Polymerisation

Полимеризация — это химический процесс, при котором более мелкие молекулы, называемые мономерами, соединяются в более крупные молекулы, полимеры. Этот процесс является основополагающим для производства многих пластмасс и других материалов. Ключевым аспектом полимеризации является степень полимеризации, которая указывает, сколько мономерных единиц связано в одной молекуле полимера. Степень полимеризации существенно влияет на физические свойства полученного полимера, такие как прочность, гибкость итермостойкость.

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

Конструкция сенсора ЛиквиСоник^® Измерительные приборы позволяет легко очищать устройства, благодаря чему процесс не прерывается на трудоемкие очистительные работы и может протекать максимально эффективно.

В области полимеризации предлагает ЛиквиСоник^® пользователю множество преимуществ:

1. Мониторинг в реальном времени: Технология позволяет непрерывно контролировать процесс полимеризации в реальном времени. Это позволяет сразу обнаруживать изменения и реагировать на них, обеспечивая стабильное качество продукции.
2. Не требуется отбор проб: Поскольку система измеряет непосредственно в процессе, не требуется ручной отбор проб. Это минимизирует риск загрязнений и прерываний процесса.
3. Прочная и малотребовательная к обслуживанию технология: ЛиквиСоник^®-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 увеличению выхода и снижению производственных затрат.

Эта ЛиквиСоник^® Система может использоваться как для высокоточного определения концентрации, так и для обнаружения фаз и мониторинга процессов (кристаллизация). Внутренний контроль предельных значений сигнализирует о превышениях и недостижениях 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 обеспечивает достижение оптимального качества продукции на протяжении всей полимеризации капролактама до PA6.

Точное знание о ходе полимеризации и соотношении мономеров к макромолекулам особенно важно для минимизации потерь продукта и максимизации эффективности процесса. Путем точного определения концентрации мономеров и макромолекул в течение всего процесса пользователь может гарантировать, что конечный продукт соответствует желаемым спецификациям.

ЛиквиСоник^® обеспечивает высокоточный анализ концентрации капролактама с постоянной записью данных. Измерительная система также успешно используется для быстрого фазового разделения между капролактамом и аммонийсульфатом.

Конструкция датчика LiquiSonic^®

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

С помощью ЛиквиСоник^® концентрация возвратного капролактама (остаточного мономера) сводится к минимуму, что оптимизирует производительность установки.

Датчики ЛиквиСоник^® погружные могут быть легко установлены в подводящих и транспортных трубопроводах. При установке ЛиквиСоник^® датчиков байпас не требуется, и мертвые зоны избегаются.

Контроллер 30 ЛиквиСоник^® может быть подключен к четырем датчикам. Это позволяет одновременно контролировать несколько точек измерения. может быть подключен к четырем сенсорам. Таким образом, возможно одновременно контролировать несколько точек измерения.

Типичные диапазоны измерения

Диапазон концентраций капролактама: 70 до 100 м%
Диапазон температур: 80 до 130 °C

Диапазон концентраций капролактама: 0 до 10 м%
Диапазон температур: 20 до 70 °C

На входе: Диапазон концентраций олеума: 0 до 30 м%
Диапазон температур: 10 до 60 °C

Основы полимеризации

Определение полимеризации

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

Определение степени превращения в химических реакциях в целом, и в частности в реакциях полимеризации, имеет высокую значимость для отслеживания процесса, контроля процесса и управления процессом.

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

Для измерения концентрации и конверсии 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 пределы применения.

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

Физические основы полимеризации

Скорость распространения v ультразвука в жидкостях зависит от их плотности и адиабатической сжимаемости по следующему соотношению:

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 противоположными. Это приводит к тому, 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 цепи. 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, образованной в результате полимеризации мономеров, влияет на скорость звука, так как она определяется расположением атомных и молекулярных групп, изомерией и длиной цепи.

Для систем мономер-полимер в общем случае различия в скорости звука между мономером и полимером в первую очередь определяются длиной цепи и степенью разветвления и сшивания. Таблица уже ясно показывает, что различия между мономером и полимером, а значит, 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 распространены, но могут быть проблематичными. В частности, они зависят от колебаний температуры, скоростей сдвига и наличия загрязнений, что может изменить вязкость полимерной смеси и привести к неточным результатам измерений. Кроме того, вязкость при очень высоких или очень низких молекулярных массах трудно измерить.

Появление загрязнений 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 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 реакций, 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 характерный ход. Обычно скорость звука всех участвующих компонентов определяется в зависимости от температуры, чтобы затем компенсировать это. По временной зависимости скорости звука можно определить ход реакции и рассчитать превращение вещества.

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

Эмульсионная полимеризация стирол-бутадиенового латекса для реакционной системы

В эмульсионной полимеризации бутадиен-стирола были исследованы отдельные компоненты и латексы.

На следующем рисунке показано, что скорость звука мономеров значительно отличается от скорости звука полимеров.

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

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

Приложения

Благодаря нашему более чем 20-летнему опыту накоплено множество знаний в области полимеризации, которые были получены через приложения у клиентов и в собственном техническом центре компании. Эти знания внедряются в новые проекты, при этом данные клиентов всегда обрабатываются конфиденциально.

Во время полимеризации в фокусе мониторинга оказываются не только макромолекулы, но и мономеры, чтобы обеспечить точный ход реакции и качество продукта.

Для различных производственных процессов доступна следующая вторичная литература от SensoTech:

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

К числу исследованных 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
• Силиконовый акрилат
• Калийметилсиликонат
• Силиконовая смола
• Полисульфидный полимер
• Парафенилен терефталамид ППТА
• Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов ХАЛС
• Метакриламид МАА
• индивидуальные композиции

Измерительный прибор ЛиквиСоник^® позволяет контролировать и управлять различными реакциями, особенно в пакетном процессе. В зависимости от метода и процессной жидкости можно оптимизировать каталитические и ферментативные реакции, а также полимеризацию, кристаллизацию и смешивание, обеспечивая качество конечного продукта.

Для мономерно-полимерных систем в целом справедливо, что 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 зависимости. Кроме того, степень полимеризации, которая отражает долю полимера в мономере, коррелирует с концентрацией. По этой причине концентрация и степень полимеризации могут быть определены с помощью ЛиквиСоник^® измерительной техники.

Пример применения: производство капролактама

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

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

При производстве капролактама сначала из циклогексанона, гидроксиламина и H₂так₄ основное вещество циклогексаноноксим производится. Добавлением олеума и аммиака образуется сырой капролактам, который отделяется от фазы сульфата аммония. Затем очищается и концентрируется мономер капролактам путем экстракции и кристаллизации. После полимеризации полимер окончательно отделяется от остаточных мономеров и очищается.