ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование процессов полимеризации стирола из "Полистирол физико-химические основы получения и переработки" В современной технологии синтеза полистирольных пластиков (включая полистирол, ударопрочные сополимеры стирола и АБС-пластики) доминирующее место занимают процессы евободноради-кальной полимеризации. [c.128] При производстве полистирола общего назначения (в том числе пенополистирола) основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе, причем в первом случае используют периодический процесс. Эмульсионную полимеризацию применяют в сравнительно небольшом масштабе. [c.128] Для полут1ения ударопрочных сополимеров стирола с каучуком в мировой практике наиболее широко применяют метод блочно-суспензионной полимеризации, при котором сначала полимеризацию ведут в массе (до достижения конверсии 20—40%), а затем в водной суспензии. Полимеризация в массе (аналогично получению полистирола общего назначения) занимает второе место. В небольшом количестве ударопрочные композиции получают компаундированием полистирола и каучука. АБС-пластики получают в основном эмульсионной полимеризацией. Блочно-суспензионная и блочная полимеризация играют незначительную роль. [c.128] Общей тенденцией развития технологии синтеза является увеличение мощности единичных агрегатов как за счет возрастания реакционных объемов, так и за счет интенсификации режимов синтеза. В настоящее время производительность единичных агрегатов синтеза в мировой практике достигает 15—30 тыс. т, полимера в год и, по-видимому, будет возрастать и дальше. [c.128] Создание подобных агрегатов, постоянно возрастающие требования к качеству продукции ставят сложные задачи перед технологами и проектировщиками. Все большее значение в связи с этим приобретают методы математического моделирования при расчетах новых технологических процессов. [c.128] В результате интенсивного развития вычислительной техники появились широкие возможности для разработки теории химических реакторов и приложения ее к расчету реальных химических процессов. Существует обширная литература по данному вопросу. [c.128] Поскольку отсутствует единая теория, связывающая параметры структуры полимерного материала с его свойствами, то соответствующие корреляции приходится устанавливать экспериментальным путем. Исследования в этой области представляют самостоятельный интерес и выходят за рамки задач моделирования. Трудность решения этой проблемы обусловлена многими причинами. Известно, что способ приготовления образцов для физико-механиче-ских испытаний существенно влияет на их свойства. Получение строго количественной характеристики параметров структуры полимеров на данном этапе развития аналитической техники представляет часто непреодолимую трудность. Например, о проблемах, возникающих при анализе МВР и средних молекулярных весов такого классического полимера, как полистирол было достаточно сказано в гл. I. [c.129] Помимо свойств готового материала необходимо учитывать поведение расплава (для термопластов) при течении, вязкоэластические свойства растворов и расплавов. [c.129] Кинетическая модель, пригодная для расчета реальных технологических режимов, должна быть адекватна экспериментальным данным (с точностью 5—10%) в весьма широком интервале варьирования параметров процесса. Только в этом случае при математическом моделировании процесса на ЭВМ можно рассчитывать на существенный эффект. [c.129] Качество кинетической модели процесса, естественно, связано с глубиной проработки механизма и количеством известной кинетической информации. Реально, как будет ясно из дальнейшего, пользуясь только литературными данными, в настоящее время невозможно построить хорошую модель и необходимо проводить специальные кинетические эксперименты. [c.129] В кинетическую модель процесса входят дифференциальные уравнения расхода мономера (или мономеров), инициатора и других ингредиентов, решаемые совместно с уравнениями, описывающими среднюю степень полимеризации и МВР продуктов. [c.129] Расчет молекулярного веса и МВР полимера в большинстве случаев представляет ценность при оптимизации физико-механических свойств готового продукта. Принципы расчета МВР основательно разработаны в теории радикальной и ионной полимеризации, но до создания ЭВМ возможности практического приложения теории были весьма ограничены. [c.129] Обзор математических методов, используемых при расчете МВР, дан в работах [2—5]. Сложность проблемы заключается скорее, не в самих расчетах, а в точности экспериментальных данных. С этим связана, например, проблема получения полных кривых МВР и моментов распределения. В то же время очень часто на практике полимерные продукты характеризуют только тремя первыми моментами распределения. [c.130] Классическим методом расчета МВР для замкнутой системы (периодический реактор) является прямой метод решения бесконечной системы дифференциальных уравнений для активных и неактивных цепей, рассмотренный впервые Бемфордом и сотр. [8]. [c.130] Аналитическое выражение для концентрации ценей длиной г Рг), Т. е. для кривой МВР продукта, можно получить только для некоторых упрощенных кинетических моделей (например, для одного типа реакций ограничения длины ценей). [c.130] Для открытой системы (непрерывный реактор) стационарное состояние описывается системой алгебраических уравнений материального баланса. В этом случае задача упрощается, так как отпадает необходимость интегрировать дифференциальные уравнения, описывающие изменения концентраций реагентов в системе. Соответственно расширяется возможность получения аналитических выражений для МВР. [c.130] Использование производящих функций позволяет отказаться от гипотезы квайистациорарности по радикалам и упростить вычисления полной кривой МВР или моментов распределения, особенно в случае расчета каскада реакторов [И]. Однако применение метода ограничено областью, в которой кинетические константы не зависят от длины цепи и конверсии. [c.130] Последнее ограничение снимается в методе непрерывного варьирования переменного [12]. В этом методе концентрацию молекул полимера данной длины рассматривают как функцию непрерывного, а не дискретного переменного. Физический смысл этого допущения заключается в том, что для больших длин полимерных молекул изменение на одно мономерное звено можно рассматривать как непрерывное изменение. [c.130] В работе Тиле [13] рассчитаны функции МВР для инициированной полимеризации стирола в проточном реакторе классическим методом прямого интегрирования и непрерывного варьирования переменного. Результаты вычисления практически совпали. Однако для расчета каскада из двух-трех реакторов преимущества метода непрерывного варьирования очевидны. [c.131] Путем математического моделирования с использованием идеализированных моделей течения можно оценить влияние типа реактора на МВР, молекулярные веса продукта, производительность и конверсию мономера. Одна из задач, возникающих особенно часто, — предсказание работы непрерывного реактора на основании данных, полученных при эксплуатации периодически действующего аппарата. [c.131] Вернуться к основной статье