УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВАПОРАЦИОННЫХ МЕМБРАН

Предложение относится у области высокомолекулярной химии, в частности, к техническим средствам для производства первапорационных мембран, предназначенных для разделения смеси простейших моно- и двухатомных спиртов, а также для получения композитных материалов на основе термодинамически совместимых полимеров.
В данной области известны технические решения для получения полимерных мембран, включающих в своей конструктивной схеме подложку для получения формирования мембраны, выбранную из коррозионностойкого металла, сушильную камеру для теплообработки формируемой мембраны, контейнеры с исходными компонентами для получения композитной полимерной мембраны [Ru 2298797, 2005; US 6174683; WO 03/033539; RU 2206500, 2003; RU 89522, 2009].
Указанные аналоги являются близкими по сущности и достигаемому результату, однако каждый аналог имеет также существенные и очевидные недостатки: используемые технические средства могут производить только жидкие или гелеобразные композиции, структура которых неоднородна и не может быть стабильно воспроизводимой из-за технического несовершенства, - отсутствие взаимосвязанных реакционных камер. Кроме того получение мембран с помощью таких установок связано с использованием токсических веществ, что вызывает дополнительные затраты на процесс соблюдения экологических норм, приводит к снижению производительности и эффективности процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения композитных полимерных мембран, содержащее сушильную камеру, смеситель, контейнеры с исходными компонентами, ультразвуковой излучатель, подложку для формирования мембраны [RU 88009 U1, С01В 31/00, С08L 45/00, 27.10-2009].
Существенными недостатками этого устройства является ограниченность его технических возможностей ввиду оснащения одной реакционной камерой, при которой невозможно получить разнокомпонентную однородную смесь из-за различных реакционных особенностей каждого нового вводимого компонента. Это приводит к значительным трудо- и времязатратам, отражается на себестоимости получаемых мембран, на снижении показателя транспортных свойств мембран.
Технической задачей и положительным техническим результатом заявленного устройства для производства первапорационных мембран является более полное его техническое оснащение для возможности производства мембран с улучшенными транспортными свойствами, надежной селективностью при разделении сложных жидких сред, а также - снижение расходов на получение таких мембран.
Указанная задача и получаемый технический результат достигается за счет того, что устройство для производства первапорационных мембран, характеризуется тем, что оно выполнено из, технологически соединенных последовательно между собой, реактора, дополнительной камеры и смесителя, при этом реактор сообщен с контейнерами, заполненными исходными компонентами, а также - с вакуум-установкой и с источником инертного газа, корпус реактора оснащен магнитной мешалкой, а полости дополнительной реакционной камеры и смесителя оснащены механическими мешалками, корпус дополнительной камеры имеет рубашку охлаждения, а ее полость сообщена магистралями с контейнером и емкостями, содержащими дополнительные исходные компоненты, полость смесителя также сообщена с контейнерами, заполненными дополнительными компонентами, из смеси компонентов, полученной в смесителе формируют первапорационную мембрану, которую обрабатывают последовательно в термостате и вакуум-шкафу, которыми оснащено данное устройство.
Устройство, характеризуется тем, что контейнеры реактора заполнены отдельно стиролом, бензолом.
Устройство также характеризуется тем, что сообщенный с дополнительной реакционной камерой бункер заполнен раствором фуллерена в толуоле, а соединенные с камерой емкости заполнены отдельно и последовательно: раствором 1,1-дифенилэтилена в толуоле, тетрагидрофураном, хлоридом лития, мономером 2-винилпиридина, третбутилметакрилатом.
Устройство также характеризуется тем, что контейнеры смесителя заполнены, соответственно: раствором поли(2,6-диметил-1,4-фениленоксида); раствором гибридного звездообразного полимера в хлороформе.
На чертеже представлена конструктивная схема устройства для производства первапорационных мембран.
60
Описываемое устройство содержит реактор 1, выполненный преимущественно из стекломатериала, и сообщенный с контейнерами 2 и 3, заполненными, соответственно: стиролом, бензолом. Полость реактора соединена патрубком с вакуум-установкой 4 и с источником инертного газа 5 (Ar, He, Kr). Корпус реактора оснащен магнитной мешалкой 6. Патрубок 7 служит также для порционного отбора пробы и анализа его методом эксклюзионной хроматографии 8. Реактор 1 сообщен магистрально с дополнительной реакционной камерой 9, в которую из бункера 10 подают дополнительный компонент - раствор фуллерена C в толуоле, посредством дозатора 11; температуру реакции контролируют с помощью датчика 12. Полость реакционной камеры 9 сообщена магистралями с емкостями 13, 14, 15, 16 и 17, заполненными дополнительными исходными компонентами, соответственно: раствором 1,1-дифенилэтилена в толуоле, тетрагидрофураном, хлоридом лития, мономером 2-винилпиридина, третбутилметакрилаом. Корпус камеры 9 имеет рубашку 18 охлаждения, а ее полость оснащена механической мешалкой 19. Камера 9 сообщена со смесителем 20, в который подают дополнительные компоненты из контейнеров 21 и 22, где контейнер 21 содержит раствор поли(2,6-диметил-1,4-фениленоксида), а 22 - раствор гибридного звездообразного полимера в хлороформе. Перемешивание смеси до однородного состава ведут с помощью механической мешалки 23. Мембрану 24 формируют на подложке 25, сушат в термостате 26, отделяют от подложки и окончательно сушат в вакуум-шкафу 27 до постоянного веса. Полученная мембрана может использоваться для высокоэффективной очистки этиленгликоля от примесей метанола, для разделения жидких сред при соблюдении экологической чистоты процессов. Работа устройства для производства первапорационных мембран осуществляется следующим образом.
n
w
n
60
60
-3
3
Запускают реактор 1 подачей в него стирола из контейнера 2, ведут его полимеризацию в среде бензола, подаваемого из контейнера 3, при этом удаляют воздух из полости камеры с помощью вакуум-насоса 4 и подачей инертного газа Ar из баллона 5; включают магнитную мешалку 6. Реакцию ведут в течение 12 часов при комнатной температуре. Из патрубка 7 отбирают пробу и с помощью хроматографа 8 определяют молекулярную массу полистирола. При положительном результате (M=6.9×10, M/M=1.04) полистирол подают в реакционную камеру 9 куда из бункера 10 через дозатор 11 подают раствор фуллерена C в толуоле (конц. 1 мг/см), соблюдая соотношение реагентов: 1 мол C на 6 групп C-Li (шесть цепей полистириллития); реакции ведут 1 час при комнатной температуре, добавляют раствор 1,1-дифенилэтилена в толуоле (из емкости 13); из емкости 14 подают тетрагидрофуран, перемешивают мешалкой 19 и охлаждают сухим льдом посредством рубашки охлаждения 18, добавляют из емкости 15 хлорид лития и мономеры: из емкости 16-2-винилпиридин, затем, из емкости 17, - третбутилметакрилат. Полученную композицию подают в смеситель 20 для окончательного формирования материала при добавлении компонентов 21 и 22 и активации механической мешалкой 23. Из этого материала получают мембрану 24 нанесением на подложку 25. Избыточные жидкие фазы из мембраны удаляют в термостате 26 и окончательно обрабатывают мембрану в вакуум-шкафу 27.
2
Характеризацию транспортных свойств мембраны осуществляли в процессе первапорационного разделения равновесной смеси 5 мас.% метанола и 95 мас.% этиленгликоля. Проницаемость мембраны при температуре 50°C составляла 55 г/м×ч, преимущественное выделение метанола осуществлялось с фактором разделения 740, что показывает высокую эффективность полученной мембраны при использовании данного устройства.