Читайте также:
|
Способ удаления низкомолекулярных соединений из расплава поликапроамида под вакуумом более всего соответствует технологическим особенностям полиамидирования капролактама, протекающей по механизму гидролитической ступенчатой (складчатой, аддитивной) полимеризации: 
Такой метод позволяет осуществить непрерывную схему полиамидирования капролактама и прямое формование волокна непосредственно из расплава. Поэтому вакуумирование расплава поликапроамида обычно проводится по непрерывному методу. При этом наряду с удалением низкомолекулярных соединений происходит дополиамидирование поликапроамида по механизму жидкофазной дополиконденсации (НVSR) за счёт взаимодействия концевых функциональных групп макромолекул полимера:
За счёт выделяющейся воды не исключается протекание процесса дополиамидирования по вышеприведённой реакции гидролитической полимеризации капролактама, содержащегося в расплаве поликапроамида.
Соответственно улучшается равномерность молекулярно-массового распределения (ММР) получаемого полимера.
Особую трудность при демономеризации представляет удаление олигомеров капролактама, так как эти соединения отличаются высокой химической стабильностью, малой летучестью и плохой растворимостью в расплаве поликапроамида. Они осаждаются на стенках трубопроводов, по которым передаются парообразные низкомолекулярные соединения к источнику вакуума, что является причиной аварий и других неполадок в технологических установках вследствие забивки коммуникаций. Поэтому на многих предприятиях осуществляется предварительное каталитическое расщепление олигомеров, называемых капролактамно-олигомерным конденсатом (КОК), до мономера. Такой технологический приём используется и в производственной практике ОАО «Гродно Химволокно». Выход мономера (капролактама) при расщеплении КОКа составляет около 95% (масс.), аварийные ситуации полностью исключаются.
Для повышения производительности аппаратов остаточное давление в них не должно превышать 133-665 Па. При этом количество удаляемых низкомолекулярных соединений в большой мере зависит от удельной поверхности расплава и величины остаточного давления. Чем тоньше струя расплава, чем глубже вакуум (меньше остаточное давление в аппарате), тем интенсивнее процесс извлечения низкомолекулярных соединений. Например, при уменьшении остаточного давления с 2260 до 665 Па скорость удаления низкомолекулярных соединений возрастает вдвое. Обычно остаточное давление, которое требуется поддерживать в течение всего процесса демономеризации, должно составлять 199-266 Па.
Оптимальная температура процесса демономеризации расплава под вакуумом находится в пределах 270-275°С. Поэтому одним из важных факторов, определяющим скорость процесса демономеризации, является подвод тепла к вакуумируемому расплаву.
Отмечается, однако, что при удалении низкомолекулярных соединений под вакуумом понижается температура расплава и для компенсации этого эффекта необходимо расплав перед вводом в вакуумную камеру перегревать на 10-15°С.
Процесс резко интенсифицируется при перемешивании расплава.
Процессы дополиамидирования поликапроамида наиболее заметны на начальной стадии вакуумирования (примерно в течение первого часа). Затем данные процессы в значительной степени замедляются по причине эффективного обезвоживания расплава в условиях вакуума. Соответственно, реакция гидролитической полимеризации капролактама практически приостанавливается.
Ниже представлены демономеризаторы различных инжиниринговых фирм, принципиально различающиеся в конструктивном исполнении, но предназначенные для удаления низкомолекулярных соединений из расплава поликапроамида или методом вакуумирования, или путём обработки расплава перегретым паром, учитывая хорошую растворимость низкомолекулярных соединений в воде.
Аппарат струйного типа (Германия)
1 – патрубок для отсоса низкомолекулярных соединений, т.е. штуцер для присоединения к вакуумной линии; 2 – фильеры для подачи расплава поликапроамида в вакуумную камеру; 3 – «болото» («пена»); так как в условиях вакуума расплав слегка пенится; 4 – штуцер для подачи азота N2 («поплавок»); 5 – штуцер для слива демономеризованного расплава поликапроамида, т.е. труба для отбора расплава на формование волокна; 6 – направляющие «колпаки».
Расплав «равновесного» («сырого») полимера, содержащего 10-13% (масс.). низкомолекулярных соединений, поступает из аппарата непрерывного полиамидирования (АНП) в вакуумную камеру демономеризатора через фильтр по направляющим колпакам 6, благодаря чему увеличивается удельная поверхность расплава и соответственно ускоряется процесс испарения низкомолекулярных соединений. Увеличение удельной поверхности расплава достигается также путём осуществления так называемого метода «ложного» формования за счёт пропускания расплава через отверстия последовательно установленных фильер 2 в вакуумной камере демономеризатора.
Аппарат плёночного типа (Германия)
1 – штуцер для присоединения к вакуумной линии, т.е. для отсоса низкомолекулярных соединений; 2 – штуцер для подачи расплава в вакуумную камеру; 5 – труба (штуцер) для отбора демономеризованного расплава на формование волокна; 6 – направляющие поверхности (пластины) для растекания подаваемого расплава на демономеризацию в виде тонкой плёнки; 7 – «болото», где создаётся определённая высота столба демономеризованного расплава, обеспечивающего заданное давление расплава перед поступлением на формование волокна.
Пароэжекторный эвакуатор модели «ЭП-7» (Россия)
Принцип действия пароэжекторных эвакуаторов основан на распылении расплава поликапроамида водяным паром, перегретым до температуры 320-340ºС («ЭП-7»: ЭП – эвакуатор пароэжекторный; 7 – количество эвакуаторов, подключаемых к конденсационной системе).
1 – корпус с обогреваемой рубашкой; 2 – канал для подачи расплава на обработку; 3 – блок для распыления; 4 – сопло; 5 – датчик давления расплава; 6 – канал подачи перегретого пара для распыления расплава; 7 – датчики уровня; 8 – манометр; 9 – канал для удаления отработанного пара; 10 – ловушка для брызг полимера; 11 - вентиль; 12 – шнек для выгрузки расплава; 13 – обогревающая рубашка; 14 – приводной вал шнека; 15 – шестерёнчатый насос для подачи расплава; 16 – запорное устройство; 17 – сепаратор.
Аппарат непрерывного действия состоит из обогреваемого перегретым паром корпуса 1, обогревающей рубашки 13, к верхнему фланцу корпуса 1 подключён блок 3 для пароэжекторного распыления и сепарации (разделения на части) расплава поликапроамида. В блок распыления 3 одновременно подаются: через канал 2 – расплав, а через канал 6 – перегретый пар. Перегретым паром, выходящим с высокой скоростью из кольцевой щели сопла 4, расплав распыляется до частиц размером 2-10 мкм (микро ≡ 10-6). В процессе распыления расплава содержащиеся в нём низкомолекулярные соединения (как правило, в основном капролактам) частично переходят в газообразное состояние и отводятся в смеси с отработанным паром через сепаратор 17, где происходит разделение газовой смеси и полимера. Сепаратор 17 состоит из полого цилиндра, внутри которого расположена ленточная спираль штопорного типа. Сепаратор 17 размещен внутри широкой части корпуса 1 аппарата и позволяет легко отделять струю стекающего полимера от отработанного пара.
Демономеризованный расплав стекает в нижнюю часть корпуса 1 и оттуда разгрузочным шнеком 12, имеющим индивидуальный привод 14, направляется на формование волокна.
Уровень расплава в аппарате поддерживается автоматически посредством датчиков-уровнемеров 7 и соответствующих регуляторов, изменяющих частоту вращения шестерёнчатого насоса 15, подающего расплав для распыления в зависимости от расхода уже обработанного паром расплава. Также на линии подачи расплава предусмотрено запорное устройство 16. Давление расплава контролируется манометром 5.
Смесь отработанного пара с низкомолекулярными соединениями отводится из корпуса 1 аппарата через канал 9 в ловушку 10, где улавливаются случайные капли полимера, которые могут увлекаться потокам пара. Ловушка 10 периодически продувается через вентиль 11 для освобождения от небольших количеств попавшего туда расплава. Очищенный в ловушке 10 от капель полимера отработанный пар направляется в отдельные специальные аппараты, конденсирующие пар. Вначале полностью конденсируются низкомолекулярные соединения и небольшая часть пара. Затем конденсируется остальная часть пара, практически не содержащая примеси низкомолекулярных соединений. Такая раздельная конденсация позволяет получать 15-20%-ный раствор низкомолекулярных соединений в воде, который направляется далее на регенерацию капролактама. Конденсационная система обычно рассчитана на подключение к ней 7-10 пароэжекторных эвакуаторов.
Характерной особенностью удаления низкомолекулярных соединений из расплава поликапроамида посредством перегретого водяного пара является недостаточная осушка расплава. Поэтому содержание низкомолекулярных соединений в расплаве после обработки паром быстро возрастает за счёт гидролиза амидных связей полимерных цепей. Например, если расплав, стекающий из сепаратора 17, имеет 2,8-3,0% (масс.) низкомолекулярных соединений, то их содержание через 15-20 мин возрастает в расплаве до 3,5-3,7% (масс.)
Производительность «ЭП-7» составляет 25-30 кг/ч / 600-720 кг/сут. Расход пара – 90-100 кг/ч. Давление пара в корпусе 1 аппарата составляет (0,05-0,1)·105 Па и контролируется манометром 8.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 166 | Нарушение авторских прав