Выбор технологического метода производства

Для полимеров общего назначения наиболее приемлемой является полимеризация в массе по непрерывной схеме. К ее не­сомненным достоинствам относят максимальную производитель­ность реакторов, максимальную чистоту продукта, отсутствие затрат на очистку и выделение полимера, возможность получе­ния изделий непосредственно из мономеров. Однако ей прису­щи и существенные недостатки: затруднения в организации теп­ло- и массообмена, пониженные средние степени полимериза­ции и значительная полидисперсность продукта, сложности в организации технологического транспорта полимера и получе­ния его товарной формы, в ходе которого могут изменяться па­раметры ММР и Т.п.

Полимеризацией в массе получают полимеры общего назначе­ния: ПЭВД, ПС, ПВХ, полиметилметакрилат (ПММА) и их сопо­лимеры, некоторые поликонденсационные полимеры: полиэфи­ры, полиамиды (имиды) и др. для этих процессов затраты на спе­циальное оборудование и системы автоматического регулирования вполне оправдываются. Кроме того, высокая чистота получаемых продуктов расширяет области их применения, что позволяет уве­личивать производительность оборудования и поддерживать се­бестоимость на приемлемом уровне. Именно поэтому, несмотря на все технологические сложности производства полимеров этим методом (исключение составляет лишь маловязкий при темпера­туре синтеза полиэтилен: высокого давления), он все более широ­ко применяется в мировой технологической практике.

Для получения полимеров, к которым не предъявляются осо­бые требования к чистоте, наиболее приемлемой является поли­меризация в дисперсных средах: в суспензиях и эмульсиях. К дос­тоинствам этого метода можно отнести гибкость управления режимом синтеза и, следовательно, качеством полимера, возмож­ность получения полимеров высокой молекулярной массы (эмуль­сионная полимеризация). Очевидны и недостатки: пониженная производительность аппаратуры (из-за применения дисперсион­ной среды, составляющей 0.4-0.6 объема реактора), дополни­тельные затраты на выделение и сушку полимера, на очистку сточных вод, неизбежное загрязнение полимера остатками эмуль­гаторов или стабилизаторов.

Полимеризация в дисперсных средах применяется для синте­за значительной части полимеров общего назначения: ПВХ, ПС, их сополимеров, конструкционных и специальных полимеров, например, поликарбонатов, полиарилатов, полиамидов. Допол­нительные затраты на выделение продукта окупаются возмож­ностью более четкого регулирования ММР получаемых полиме­ров и простотой аппаратурного оформления даже непрерывных производств (например, получение эмульсионного ПВХ).

Наименее экономичной является полимеризация в раствори­телях из-за неизбежных затрат на выделение продукта и регене­рацию растворителей. Однако именно в растворителях возмож­но получение стереорегулярных полимеров, обладающих особы­ми потребительскими качествами. Кроме того, эти процессы предоставляют возможность применения гетерогенных твердых катализаторов, упрощающих выделение конечного полимера (на­пример, высокоэффективные процессы получения полиэтилена среднего давления на гетерогенных контактах). Среди положи­тельных особенностей этого процесса следует отметить легкость управления температурным режимом и ММР, возможности при­менения высокоэффективных гетерогенных каталитических си­стем, использования газообразных мономеров, получения сте­реорегулярных полимеров. К отрицательным особенностям относятся низкие производительности аппаратуры, высокие затраты на выделение полимера и регенерацию растворителей, пониженные значения средних молекулярных масс продуктов.

В промышленности методом полимеризации в растворителях получают значительную часть полимеров общего назначения: ПЭНД, ПЭСД, стереорегулярные полимеры: каучуки, полипро­пилен; растворы полимеров (лаки), например, ПММА, поливи­нилацетат (ПВА), поливинилиденхлорид, часть поликонденса­ционных полимеров и т.п.

Различаются эти методы и по товарной форме получаемых продуктов, в т.ч. и размеру частиц полимера. При полимериза­ции в массе товарную форму полимера приходится получать спе­циально путем формирования гранул определенного размера раз­личными способами (в том числе и экструзией, оказывающей влияние на ММР). Наиболее тонкодисперсные полимеры полу­чаются при эмульсионной полимеризации - частицы имеют ди­аметр -0.01-0.3 мкм (возможно получение частиц диаметром до -10 мкм). Полимеризация в суспензии дает частицы с d = 50-100 мкм (гранулы вспенивающегося полистирола имеют размеры 0.4- 3.2 мм). Размер частиц имеет большое значение при переработке полимеров в изделия.

Столь же сложным и неоднозначным является выбор типа реактора, который в значительной степени диктуется уже выбо­ром режима производства (периодического или непрерывного) и технологического метода. При этом приходится учитывать весь комплекс особенностей синтеза полимеров (реологических, тепловых и др.), а также их сильное влияние на качество образующегося полимера, опреде­ляемое параметрами ММР.

Для большей части процессов синтеза полимеров наи­более приемлемыми являются реакторы с принудительным меха­ническим перемешиванием, т.е. различного типа реакторы смеше­ния, позволяющие более надежно контролировать условия синтеза. Применению реакторов вытеснения препятствует большая и неньютоновская вязкость реакционных смесей, а также зна­чительная продолжительность большинства процессов синте­за полимеров. Из-за этого большее распространение получи­ли периодические реакторы смешения, производительность ко­торых не намного отличается от производительности реакторов вытеснения вследствие относительно небольшой доли непро­изводительных затрат времени на загрузку исходных веществ, выгрузку продуктов и т.п. Эти затраты уменьшаются при уве­личении единичного объема реакторов. Некоторая общая ори­eнтиpoвкa применимости различных реакторов приведена в таблице.

управления Технологический процесс управляется с помощью: температуры, давления, концентрации мономера, инициатора (катализатора) и регулятора ММР, времени реакции (степень превращения мономера)..