Этапы разработки и создание промышленного процесса синтеза полимеров
жүктеу/скачать 92,54 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.4.3 Расчет объемов реакторов полимеризации
| 1.4.2 Кинетические расчеты
Для инженера–технолога, разрабатывающего процесс и реак- тор, в котором будет осуществляться полимеризация, необходимо знание в первую очередь кинетики реакции. Почему? От скорости протекания процесса зависит объем реактора, производительность и интенсивность работы оборудования. Зная зависимость скорости процесса от различных факторов, технолог может сознательно управлять процессом и применять различные приемы для достиже- ния максимального выхода продукта с минимальной затратой вре- мени. Уравнения скорости полимеризации имеют разную форму в зависимости от механизма процесса. Например, для определения конверсии мономера в полимер в радикальной полимеризации мож- но воспользоваться уравнением вида ln 1 = k ⋅C0,5 1 x И ⋅ (1− e−0,5⋅kРАС ) ⋅ τ , − где k – общая константа скорости полимеризации; kРАС – константа скорости распада инициатора; СИ – концентрация инициатора; τ – время полимеризации; x – конверсия мономера в полимер. Нижеследующее уравнение позволяет рассчитывать молеку- лярную массу полимера в зависимости от выбранных условий экспе- k римента или определить отношение P 0,5 , а также условия, при кото-kO рых возможно получение заданного значения полидисперсности (РП): 1 k ⋅ r = O P , PП k 2 2 P ⋅CПM + KM + K CС S ⋅ S + K ⋅ X CM CM k k k где K M M = ; K S Х k S = ; KП = kР, kО, kM, kS и kХ – соответственно, P kP kP константы скорости роста цепи, обрыва цепи, передачи цепи на мо- номер, растворитель и передатчик цепи, а CМ, CS и CX – концентра- ции мономера, растворителя и передатчика цепи. 1.4.3 Расчет объемов реакторов полимеризации Главной задачей при проектировании конструкции реактора является определение размера зоны химического превращения мо- номера в полимер. При решении такого рода задачи используют раз- личные по сложности математические зависимости, соответствую- щие тому или иному реакционному аппарату. Под объемом реактора VР следует понимать только тот объем, который занят смесью реагирующих веществ. Пространство реакто- ра над жидкостью и пространство, занятое твердым веществом, не входят в объем реактора, обозначаемый VР. Для реактора периодического действия справедливо характе- ристическое уравнение вида x dx τ = N0 ⋅ ∫ , 0 rP ⋅VP где N0 – количество исходного вещества, кмоль, x – степень превра- щения мономера в полимер, rP – скорость реакции, VP – объем реак- тора, м3, τ – время реакции, c. Расчетное уравнение для проточного реактора идеального смешения имеет вид V C ⋅ x τ = P = 0 , U rP где U – объемная скорость, м3/с; С0 – начальная концентрация моно- мера, кмоль/м3. Для реактора вытеснения непрерывного действия характери- стическое уравнение совпадает по форме с таковым для реактора пе- риодического действия. При отсутствии кинетических данных, пользуются эмпириче- ским уравнением вида VP =U ⋅ τ , где τ – время пребывания реакционной смеси в реакторе, с. В общем случае уравнение теплового баланса процесса синтеза полимера имеет вид: dm ±∆H ⋅ rP ⋅СVТP = α ⋅F (t t ) dt dm P ⋅ − ИС+П m ⋅c ⋅ + r ⋅ ИСП P КОНД + c ⋅ (t − t M ) ⋅ КОНД + q + q , dτ dτ П d τ где ∆Н – энтальпия полимеризации, кДж/кмоль; rР – скорость реак- ции, кмоль/(м3⋅с); VР – объем реакционной зоны реактора, м3; m – масса реагентов, кг, сР – средняя теплоемкость, кДж/(кг⋅К); mисп и mконд – масса испаряющегося компонента смеси и возвращаемого в реактор соответственно, кг; rисп – теплота испарения, кДж/кг; qм – тепловой поток, создаваемый механической мешалкой, кВт; qП – те- пловой поток потерь тепла, кВт; t, tст, tконд – температура, °С, соот- ветственно текущая, стенки и конденсации; τ – время, с. жүктеу/скачать 92,54 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|