ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепло- и массоперенос из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" При разработке технологических процессов синтеза, и особенно процессов переработки полимеров, проблемы отвода теплоты полимеризации, диссипации энергии вязкого течения, разогрева, охлаждения высоковязких систем, удаления из них растворителя, остаточного мономера и т. п. часто являются определяющими при выборе технологической схемы и аппаратурного оформления процесса. [c.124] Специально вопросу тепло- и массопереноса в полимеризационных средах посвящена работа [62]. [c.124] На втором этапе исследований при создании опытных установок, проблемы тепло- и массопереноса, диффузии и гидродинамики возникают в полной мере при расчете и выборе аппаратуры и решаются на уровне инженерных расчетов. [c.125] Если возникают исследовательские задачи, то они решаются путем модельных экспериментов, чаще всего с помощью имеющегося на опытной установке оборудования. [c.125] В настоящее время все сильнее проявляется тенденция концентрировать весь комплекс исследовательских работ на первой — лабораторной стадии, включая макрокинетические исследования. [c.125] Специфической можно считать задачу, связанную с физической химией высокомолекулярных веществ, сушествующих в виде разбавленных и концентрированных растворов, расплавов, суспензий, эмульсий, тонкодисперсных порошков и т. п. Собственно на физической химии этих систем и базируется технология синтеза и переработки полимеров. Течение высоковязких систем — объект изучения реологии. [c.125] Теоретический подход к решению этих вопросов чаще всего заключается в анализе ряда типовых задач. К ним относятся, например, задачи о течении жидкостей в трубах и кольцевых каналах. Рассматриваются жидкости с различной (в том числе изменяющейся) вязкостью, а также суспензии, расплавы. Рассчитываются характеристики потока при ламинарном и турбулентном режимах. [c.125] В основе расчета турбулентного режима тепло- и массообмена лежат те или иные физические модели, например модель крупномасштабных движений с прерывистым пограничным слоем [63]. Определение размера крупномасштабных движений представляет известную трудность. [c.125] Эти же приближения можно использовать для расчета теплообмена в аппаратах сложной конфигурации. Исходными данными для расчета наряду с теплофизическими константами реакционной среды являются геометрические размеры аппарата, скорости сдвига или крутящий момент (для перемешивающего устройства), диссипация энергии. [c.125] Для устройств с циркуляционным характером движения среды (винтовые и шнековые мешалки, циркуляционные контуры и т. п.) интенсивность этого движения будет напорно-расходной характеристикой устройства. [c.126] В зависимости от частоты вращения мешалки и вязкости среды (т. е. от значения критерия Рейнольдса) режимы перемешивания с точки зрения характера теплообмена разделяются на четыре типа (рис. 3.6) ламинарный (Nu Re ), переходный (Nu- Re ), турбулентный (Nu- Re / ), развитый турбулентный (Nu Re / ). [c.126] Для полимеризационных сред с высокой вязкостью (10 — 10 Па-с) можно применять только аппараты с тихоходными мешалками или шнековые устройства с ламинарным течением жидкости. [c.126] Однако имеются данные о том, что коэффициент теплоотдачи резко возрастает при кипении жидкой среды, по-видимому, из-за увеличения коэффициента турбулентного переноса. [c.127] Вообще, подбор по литературным данным подходящей физической модели реакционной среды и планируемого аппарата имеет очень важное значение при инженерных расчетах реакционной аппаратуры. [c.127] Теплообмен в концентрированных суспензиях экспериментально изучен в работе [65], в которой были использованы модельные системы с частицами различной формы. Данные этой работы весьма ценны для моделирования суспензионных процессов полимеризации. [c.127] Особым случаем теплообмена является гетерогенная (или гетерофазная) полимеризация с внешним и внутренним теплообменом частицы полимера. Расчеты показывают, что, например, при полимеризации олефинов перепад температур между центром частицы и ее поверхностью может достигать 10 °С и более. Это означает, что в ряде случаев нужно контролировать предельный размер образующихся частиц полимеров. [c.127] В большинстве существующих технологических процессов синтеза полимеров имеется стадия отделения от полимеров следов растворителя или мономера. Растворитель удаляют выпариванием под вакуумом, перегонкой с водяным паром и другими приемами. В общем случае система полимер — растворитель является бинарной, газ над раствором представляет собой однокомпонентный пар. В случае смеси растворителей или присутствия летучего мономера при расчетах следует оперировать парциальными давлениямп пара над жидким нелетучим полимером. [c.127] Термодинамическое равновесие системы полимер — растворитель отличается от классических равновесий типа низкомолекулярная жидкость — пар тем, что при повышении концентрации полимера давление насыщенных паров растворителя над раствором полимера уменьшается, а температура кипения растворителя при Р = onst повышается (рис. 3.7) [62]. [c.127] Экспериментально установлено, что концентрированные растворы полимеров не подчиняются закону Рауля, так как эти зависимости имеют нелинейный характер. Конкретный вид зависимости определяется природой растворителя и полимера, т. е. каждый раз устанавливается экспериментально. [c.127] Параметр Флори — Хаггинса зависит от концентрации компонентов и температуры, поэтому обычно экспериментальные измерения необходимы. [c.128] Вернуться к основной статье