Полимеризация

прочность, гибкость итермостойкость.

ЛикиСоник^® это встроенная система анализа, которая измеряет концентрацию в полимеризации непосредственно в процессе без задержки. Устройство основано на высокоточной измерении абсолютной скорости звука и температуры процесса, что позволяет отслеживать процессы и сложные реакции.

Конструкция сенсора ЛикиСоник^® измерительных приборов обеспечивает простую очистку устройств, благодаря чему процесс не прерывается на трудоемкие работы по очистке и может протекать максимально эффективно.

В области полимеризации предлагает ЛикиСоник^® пользователю многочисленные преимущества:

1. Мониторинг в реальном времени: Технология позволяет непрерывно контролировать процесс полимеризации в реальном времени. Это позволяет сразу обнаруживать изменения и реагировать на них, обеспечивая постоянное качество продукта.
2. Не требуется взятие проб: Поскольку система измеряет непосредственно в процессе, ручное взятие проб не требуется. Это минимизирует риск загрязнений и прерываний процесса.
3. Надежная и малообслуживаемая технология: ЛикиСоник^®-измерительные приборы предназначены для длительного использования в промышленных условиях. Они устойчивы к агрессивным средам и высоким температурам, что приводит к увеличению срока службы и снижению затрат на обслуживание.
4. Оптимизация процессов: Благодаря точному контролю реакции полимеризации пользователи могут более точно управлять процессом, что приводит к более высокой урожайности и снижению производственных затрат.

Эта ЛикиСоник^® система может использоваться как для высокоточного определения концентрации, так и для фазового обнаружения и мониторинга процессов (кристаллизация). Внутренний контроль пределов сигнализирует о превышениях и отправляет информацию в реальном времени в систему управления процессом.

Таким образом, возможен быстрый и точный контроль полимеризации, степени полимеризации и концентрации мономеров и макромолекул. Этот контроль гарантирует, что в процессе всей полимеризации капролактама в PA6 достигается оптимальное качество продукта.

Точное знание о ходе полимеризации и соотношении мономеров к макромолекулам особенно важно для минимизации потерь продукта и максимизации эффективности процесса. Точное определение концентрации мономеров и макромолекул в течение всего процесса позволяет пользователю убедиться, что конечный продукт соответствует желаемым спецификациям.

ЛикиСоник^® обеспечивает высокоточный анализ концентрации капролактама с постоянной записью данных. Измерительная система также успешно используется для быстрого разделения фаз между капролактамом и сульфатом аммония.

Конструкция датчика LiquiSonic^®

Прочная конструкция датчика и выбор специальных материалов, таких как HC2000 или PFA, обеспечивают длительный срок службы системы. Кроме того, SensoTech предлагает датчики с соответствующей сертификацией ATEX, IECEx и FM.

Благодаря ЛикиСоник^® концентрация остаточного капролактама (остаточного мономера) сведена к минимуму, что оптимизирует производительность установки.

Эти ЛикиСоник^® погружные датчики могут быть легко установлены в подающих и транспортных трубопроводах. При установке ЛикиСоник^® датчиков байпас не требуется, и мертвые зоны избегаются.

Этот ЛикиСоник^® контроллер 30 может быть подключен к четырем датчикам. Это позволяет одновременно контролировать несколько точек измерения.

Типичные диапазоны измерений

Диапазон концентрации капролактама: 70 до 100 м%
Диапазон температуры: 80 до 130 °C

Диапазон концентрации капролактама: 0 до 10 м%
Диапазон температуры: 20 до 70 °C

На входе: диапазон концентрации олеума: 0 до 30 м%
Диапазон температуры: 10 до 60 °C

Основы полимеризации

Определение полимеризации

Полимеризация — это химический процесс, при котором мономеры (отдельные молекулы) соединяются в макромолекулу (полимер).

Определение выхода при химических реакциях в целом и особенно при реакциях полимеризации имеет высокую необходимость в отношении отслеживания процесса, контроля процесса и управления процессом.

Так же как измерение концентрации, в настоящее время значительно возрастает значение мониторинга полимеризации во всех областях экономики. Возможны значительные экономические эффекты, такие как экономия материалов и энергии, а также улучшение качества.

Для измерения концентрации и объема существует ряд методов измерения, таких как измерение плотности, измерение показателя преломления, измерение проводимости, измерение цвета, мутности и вязкости, которые все имеют свои физические и технологические ограничения.

Возможность определения концентраций путем измерения скорости звука известна уже давно и закрепилась как стандартный метод измерения.

Физические основы полимеризации

Скорость распространения v ультразвука в жидкостях зависит от их плотности и адиабатической сжимаемости по следующей зависимости:

v = скорость звука
ρ = плотность
βad = адиабатическая сжимаемость

Определяющим параметром для скорости звука является сжимаемость. Это приводит к тому, что при увеличении скорости звука плотность и сжимаемость могут быть противоположны. Это имеет следствием, что при небольших или малых различиях в плотности могут возникать большие различия в скорости звука. Обратный случай встречается очень редко.

Скорость звука определяется структурой вещества, т.е. атомными и молекулярными группами, изомерией или длиной цепей. Эта взаимосвязь предоставляет возможность характеризовать вещества с помощью ультразвука.

Скорость звука v некоторых выбранных мономеров и полимеров при 20 °C представлена в следующей таблице.

Структура макромолекулы, создаваемая полимеризацией мономеров, влияет на скорость звука, так как она определяется расположением атомных и молекулярных групп, изомерией и длиной цепей.

Для систем мономер-полимер в целом справедливо, что возникающие различия в скорости звука между мономером и полимером в первую очередь определяются длиной цепи и степенью разветвлений и сшивок. Таблица уже ясно показывает, что возникающие различия между мономером и полимером и, следовательно, между началом и концом реакции полимеризации частично очень велики.

Методы измерения в полимеризации

Для определения степени полимеризации используются различные методы измерения, чтобы контролировать ход и качество процесса. К распространенным методам относятся измерения вязкости, измерения концентрации, гравиметрия и калориметрия.

Проблемы при измерении вязкости

Измерения вязкости широко распространены, но могут быть проблематичными. В частности, они подвержены влиянию колебаний температуры, скоростей сдвига и присутствия примесей, что может изменить вязкость полимерной смеси и привести к неточным результатам измерений. Кроме того, вязкость трудно измерить при очень высоких или очень низких молекулярных массах.

Появление примесей может привести к ненадежным результатам измерений и требует интенсивного процесса очистки, который негативно влияет на эффективность процесса.

Преимущества измерения концентрации

В отличие от измерения вязкости, измерения концентрации менее подвержены влиянию факторов помех. Они обеспечивают прямое измерение концентрации мономеров и не зависят от физических свойств полимеров. Это приводит к более точным и надежным данным о ходе полимеризации.

Процессы

Полимеризация может происходить через различные механизмы реакции, при которых мономеры реагируют с образованием более длинных цепей или разветвленных структур, макромолекул. Полимеризации классифицируются в зависимости от механизма реакции на:

• Полимеризация в растворе
• Эмульсионная полимеризация
• Суспензионная полимеризация
• Поликонденсация

В зависимости от количества сополимеров и добавок, изменяющих продукт, изменение скорости звука показывает характерное течение. Обычно скорость звука всех вовлеченных компонентов определяется в зависимости от температуры, чтобы затем компенсировать это. По временной зависимости скорости звука можно определить ход реакции и рассчитать преобразование вещества.

В следующем описании это объясняется на примере эмульсионной полимеризации стирол-бутадиенового латекса. Определение параметров, таких как концентрация, степень полимеризации и т. д., осуществляется аналогично в других типах полимеризации.

Эмульсионная полимеризация стирол-бутадиенового латекса для реакционной системы

Эмульсионная полимеризация бутадиен-стирола, были исследованы отдельные компоненты и латексы.

На следующем рисунке показано, что скорость звука в мономерах значительно отличается от скорости звука в полимерах.

Скорость звука и концентрация находятся в прямой зависимости. Кроме того, степень полимеризации, которая отражает долю полимера в мономере, коррелирует с концентрацией. Таким образом, можно определить концентрацию и степень полимеризации с помощью ультразвуковой измерительной техники. Следующий рисунок иллюстрирует эту зависимость при полимеризации бутадиен-стирола.

В случае эмульсионной полимеризации бутадиена и стирола степень полимеризации можно определить с точностью до 0,1%.

Применения

Благодаря нашему более чем 20-летнему опыту накоплено много знаний в области полимеризации, которые были получены при применении у клиентов и в собственной лаборатории компании. Эти знания используются в новых проектах, при этом данные клиентов всегда обрабатываются конфиденциально.

Во время полимеризации внимание уделяется не только макромолекулам, но и мономерам, чтобы обеспечить точное протекание реакции и качество продукта.

Для различных производственных процессов в SensoTech доступна следующая вторичная литература:

• Оптимизация производства полиамида
• Оптимизация производства полиуретана
• Производство стирол-бутадиенового латекса (SBR) безопасно и эффективно

К числу уже изученных приложений относятся:

• Полимеризация капролактама
• Стирол-бутадиеновый латекс
• Фенол-формальдегидная смола
• Полиметилметакрилат ПММА
• Поливинилацетат ПВА
• Поливинилхлорид ПВХ
• Полиамид ПА
• Поливинилиденхлорид ПВДХ
• Эпоксидная смола
• Полистирол ПС
• Поликарбонат ПК
• Полиэстер ПЭ
• Полиэтилен
• Формальдегид-мочевинная смола
• Эластан
• Альдол в ацетальдегиде
• Полиуретан ПУ
• Полисилоксан
• Изопреновый каучук ИР
• Метилсиликоновая смола
• Силиконакрилат
• Калийметилсиликонат
• Силиконовая смола
• Полисульфидный полимер
• Парафенилен-терефталамид ППТА
• Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов HALS
• Метакриламид МАА
• индивидуальные композиции

Измерительный прибор ЛикиСоник^® позволяет контролировать и управлять различными реакциями, особенно в пакетном процессе. В зависимости от метода и процессной жидкости могут быть оптимизированы каталитические и ферментативные реакции, а также полимеризации, кристаллизации и смешивания, и обеспечено качество конечного продукта.

Для мономерно-полимерных систем в целом справедливо, что возникающие различия в скорости звука между мономером и полимером в первую очередь определяются длиной цепи и степенью разветвления и сшивания.

Таблица показывает, что различия в скорости звука между мономером и полимером, а также между началом и концом реакции полимеризации очень велики.

Скорость звука и концентрация находятся в прямой связи. Кроме того, степень полимеризации, которая отражает долю полимера в мономере, коррелирует с концентрацией. Поэтому концентрация и степень полимеризации могут быть определены с помощью ЛикиСоник^® измерительной техники.

Пример применения производства капролактама

Одним из важнейших полиамидов в мире является известный как перлон ПА6, который производится путем полимеризации мономера капролактама (CPL). Из-за сложности производственного процесса он делится на 4 области:

• Синтез сырого капролактама
• Разделение и кристаллизация сульфата аммония
• Очистка и переработка сырого капролактама
• Полимеризация в ПА6

При производстве капролактама сначала из циклогексанона, гидроксиламина и H₂также₄ основное вещество цикло-гексаноноксим производится. Добавлением олеума и аммиака создается сырой капролактам, который отделяется от фазы сульфата аммония. Затем происходит очистка и концентрация мономера капролактама с помощью экстракции и кристаллизации. После полимеризации полимер окончательно отделяется от оставшихся мономеров и очищается.