Установка получения бутилкаучука

Полезная модель относится к области получения каучуков, конкретнее, к полимеризатору для получения бутилкаучука.
Известен процесс получения бутилкаучука методом низкотемпературной суспензионной сополимеризации изобутилена и небольшого количества изопрена в присутствии трихлорида алюминия в метилхлориде в полимеризаторе, в котором температура поддерживается на уровне минус 100°C [Химия и технология синтетического каучука / Кирпичников П.А. и др. // Издательство «Химия», Ленинградское отделение, 1970, с. 342-346].
Известен узел полимеризации в непрерывной установке получения бутилкаучука [Полимеры и сополимеры изобутилена: Фундаментальные проблемы и прикладные аспекты / Ю.А. Сангалов, К.С. Минскер // Академия наук Республики Башкортостан. - 2001. – с. 328-331]. Недостатком модели является недостаточный теплосъем в процессе полимеризации, что сказывается на стабильности качества полимера и длительности пробега полимеризатора.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является полимеризатор, в т.ч. и для синтеза бутилкаучука, описанный в патенте РФ [Патент РФ №2097122, С1, опубл. 27.11.1997]. В соответствии с патентом используется полимеризатор (фиг. 1), содержащий вертикальный цилиндрический корпус (1) с патрубками для подачи шихты (7) и катализатора (8) в нижней части, вывода реакционной массы в верхней части (10), внутри которого по оси расположен вал (2) с установленными по его высоте лопастными мешалками (3), а по переферии пучки теплообменных труб (4), разделенные на секторы, с трубными досками (5) и трубными перегородками (6), причем нижние трубные доски расположены на уровне нижней мешалки, а трубные перегородки на уровнях вышерасположенных мешалок. Трубные перегородки в промежутках между секторами имеют отверстия. Патрубок ввода катализатора снабжен трубой ввода катализатора (9), открытый торец которой расположен в кольцевом пространстве между пучками и второй снизу мешалкой. Труба ввода катализатора расположена под углом к оси корпуса с открытым торцом, направленным вниз. Жидкий этилен входит в трубное пространство пучков через ввод (11) и выходит в газообразном виде через вывод (12).
Недостатками данной модели являются отсутствие контроля и регулирования процесса сополимеризации в зависимости от изменения температуры в зоне реакции; перепады расхода этилена в трубные пучки полимеризатора; отсутствие корректной точки ввода катализаторного раствора в полимеризаторе; высокая адгезия полимера на внутренних поверхностях и трубках теплообменников полимеризатора, вследствие чего он преждевременно выводится из работы для растворения и вымывания полимера, т.к. при этом нарушается теплообмен и температура в реакторе повышается; негативное воздействие на процессы, проходящие после сополимеризации на узлах компримирования и ректификации возвратных продуктов за счет попадания на них азота, применяемого при выдавливании промывного растворителя из полимеризатора.
Задачей полезной модели является повышение производительности полимеризатора синтеза бутилкаучука при сохранении длительности его пробегов при его стабильной работе и получении качественного и однородного полимера.
Данная задача решается проведением процесса получения бутилкаучука с использованием полимеризатора, изображенного на фиг. 2, который снабжен устройством контроля и регулирования температуры, расположенным в нижней части аппарата непосредственно в зоне протекания реакции со шкалой с ценой деления до десятых долей градуса. На вводе жидкого этилена в трубные пучки полимеризатора установлены лимитные шайбы для дозированной подачи охлаждающего агента в зависимости от температуры в зоне реакции. Ввод катализаторного раствора в полимеризаторы выполнен в виде сопла с точкой ввода ниже второго яруса лопастей мешалок, при этом точка ввода катализатора не пересекает траекторию движения лопастей мешалки. Полимеризатор снабжен дополнительным вводом подачи горячих паров хлорметила для выдавливания промывного растворителя. Обработка поверхностей трубных пучков и стенок полимеризаторов выполнена до значения шероховатости Ra0,63-0,8.
Предлагаемый аппарат работает следующим образом: шихта, приготовленная смешением осушенных и очищенных от вредных примесей изобутилена, изопрена и возвратной изобутиленметилхлоридной фракции, охлажденная в пропановом и этиленовом холодильниках до минус 90°С, подается в нижнюю часть полимеризатора (1) через точку ввода (7); катализаторный раствор, приготовленный пропусканием очищенного метилхлорида через аппарат, заполненный гранулированным безводным трихлоридом алюминия, разбавленный и охлажденный подается в полимеризатор (1) через ввод (8). Ввод катализаторного раствора в полимеризатор выполнен в виде сопла с точкой ввода ниже второго яруса лопастей мешалок, при этом точка ввода катализатора не пересекает траекторию движения лопастей мешалки. Быстрая реакция полимеризации начинается сразу же при соприкосновении шихты и катализатора. Предлагаемый в данном техническом решении ввод катализатора способствует тому, что реакция начинается в зоне наиболее интенсивного перемешивания, создаваемого многоярусной мешалкой (2) с насаженными на нее лопастями (3). В этой зоне сразу же образуется полимер бутилкаучука, который не растворяется в хлорметиле и поэтому присутствует в реакторе в виде суспензии. Тепло реакции снимается за счет подачи жидкого этилена через ввод (11) в пучки теплообменных труб (4), этилен испаряется за счет тепла экзотермической реакции полимеризации и выводится из трубных пучков в газообразном виде через вывод (12). В зоне смешения шихты и катализатора, т.е. непосредственно в зоне протекания реакции смонтировано устройство контроля и регулирования температуры (13), которое связано с системой подачи жидкого этилена в пучки полимеризатора, которая, в свою очередь, регулируется лимитными шайбами (14), установленными на вводе жидкого этилена в полимеризатор. В целом эта система позволяет поддерживать стабильную температуру в зоне реакции, что способствует получению стабильного по качеству полимера с высокой конверсией мономеров. Отсутствие перегрева в зоне реакции также препятствует образованию низкомолекулярной фракции, способной откладываться на стенках реактора и поверхности теплообменных труб, а это, в свою очередь, приведет к увеличению пробега (времени непрерывной работы) полимеризатора. Увеличению времени пробега полимеризатора способствует и то, что в соответствии с техническим решением данной полезной модели обработка поверхностей трубных пучков и стенок полимеризаторов выполнена до значения шероховатости Ra0,63-0,8 (17). Значение шероховатости выражено в микрометрах (мкм) и взято как среднеарифметическое значение отклонений профиля поверхности.
Образовавшаяся суспензия полимера в хлорметиле за счет подачи новых порций сырья и направляющего движения лопастей мешалки поднимается вверх по реактору и выводится из него через выводную трубу (10) на стадию водной дегазации и дальше на выделение полимера.
При прохождении реакции полимер постепенно откладывается на стенках полимеризатора, на теплообменной поверхности и лопастях мешалки, когда это начинает препятствовать нормальному протеканию процесса (снятию тепла реакции, движению мешалки), полимеризатор останавливают, выдавливают из него реакционную массу и промывают углеводородной фракцией. В прототипе после промывки углеводородами полимеризатор продувается азотом, который затем попадает в систему возвратных продуктов, затрудняя процессы их компримирования и ректификации. В предлагаемой модели полимеризатор снабжен вводом для горячих паров хлорметила, которые вытесняют углеводороды в систему выделения возвратных продуктов, не препятствуя ее работе (16).
Таким образом, отличием заявляемой модели от прототипа является то, что полимеризатор синтеза бутилкаучука снабжен устройством контроля и регулирования температуры, расположенном в нижней части аппарата непосредственно в зоне протекания реакции со шкалой с ценой деления до десятых долей градуса. На вводе жидкого этилена в трубные пучки полимеризаторов установлены лимитные шайбы для дозированной подачи охлаждающего агента в зависимости от температуры в зоне реакции. Ввод катализаторного раствора в полимеризаторы выполнен в виде сопла с точкой ввода ниже второго яруса лопастей мешалок, при этом точка ввода катализатора не пересекает траекторию движения лопастей мешалки. Полимеризатор снабжен дополнительным вводом подачи горячих паров хлорметила для выдавливания промывного растворителя. Обработка поверхностей трубных пучков и стенок полимеризаторов выполнена до значения шероховатости Ra0,63-Ra0,8.
Внесенные изменения в установку позволяют увеличить ее производительность при снижении расхода катализатора, сохранении продолжительности пробега полимеризаторов и повышении качества выпускаемого каучука.
Параметры, достигнутые за счет внесения изменений в конструкцию полимеризатора, по сравнению с прототипом приведены в таблице 1.