粒料經一個正壓空送系統連續地輸送到產品料倉,然后從這些料倉出來,粒料通過一個“拉一推”空送系統送到包裝料斗,產品經包裝后出廠。
熱載體系統包括以燃料油為燃料的加熱爐,它可向脫揮發物器和其他工藝部分提供所要求的熱導生。以水為冷卻介質的換熱器,為反應器提供冷載體,而熱交換器為反應器補充熱量,提供中等溫度的載體,反應器熱載體系統所吸收的熱量用作為供料預熱器的加熱介質熱量。
(三)化學反應過程
聚苯乙烯連續本體法聚合主要分兩種反應:熱引發和引發劑引發。
1.熱引發的反應機理
熱引發就是在高溫下,使部分苯乙烯的雙鍵打開,生成自由基,從而引發大量的苯乙烯進行聚合反應。
2.引發劑引發的反應機理
引發劑引發就是引發苯乙烯所需要的自由基是由引發劑受熱分解提供的。引發劑一般是采用有機過氧化物(DP—275B或TBPB)。在前兩個反應器的每個反應區內引發劑引發比熱引發的溫度分布大約下降15~20℃,而反應速度與熱引發的相同。
液態的苯乙烯經上述的三個步驟轉化為固體的聚苯乙烯,可能由于存在其他的反應,如支化、交聯等使反應變得更為復雜。
3.橡膠改性的聚苯乙烯,即抗沖聚苯乙烯
苯乙烯純凈的均聚物是五色透明、剛性很強、極易脆裂的材料。為提高其韌性,改進耐沖擊性,把橡膠加入到聚苯乙烯中增加它對能量的吸收能力,這樣在受到沖擊時破碎的趨勢減少。
在生產抗沖聚苯乙烯時,供料是由含有橡膠的苯乙烯溶液和各種添加劑組成的。此時橡膠溶液是均相的,清澈的,但在苯乙烯引發、有聚苯乙烯生成后不久,反應混合物就變得不透明了,這種現象說明了聚合物溶液的一種特性,即兩種聚合物溶解在同一種溶劑中時要分成兩相。此時反應混合物是由兩種溶液組成的:
①一種為橡膠溶解在苯乙烯中形成的溶液,作為連續相;
②另一種為聚苯乙烯在苯乙烯中形成的溶液作為分散相,以小液珠狀懸浮在橡膠溶液中。
隨著聚合反應的進行,溶液中聚苯乙烯數量增加,橡膠溶液對聚苯乙烯溶液的比例減少,當聚苯乙烯在苯乙烯中的溶液量大于橡膠在苯乙烯中的溶液量時,出現了相轉變,即聚苯乙烯在苯乙烯中的溶液變成了連續相,橡膠在苯乙烯中的溶液變成了分散相。橡膠相像無數個“小島嶼”分散在聚苯乙烯相的“海洋”中。相轉變完成的快慢與攪拌速度、溶液黏度、固含量等因素有關。通常固含量為30%左右時,所形成的橡膠顆粒就達到了足夠穩定的狀態。此時所形成的橡膠粒子的大小與分散狀況對產品性能影響很大。在聚合過程中,一部分苯乙烯接枝到橡膠上形成連接在橡膠鏈上的聚苯乙烯鏈。已發現接枝到1、2乙烯基團上的機會占優勢。支化增加了兩相的相溶性,使橡膠粒子變小。同時也可能存在交聯反應,即一個橡膠分子接到另一個橡膠分子上。表征接枝和交聯程度的相對數值為凝膠含量和溶脹指數。凝膠含量增加,伸長率增加,拉伸強度增加。而溶脹指數高的材料,伸長拉伸性能好。
(四)主要操作條件及工藝技術特點
1.操作條件一覽表
生產PS操作條件如表5—15所示(以DOW化學工藝三個反應器為例)
2.工藝技術特點
連續本體法生產聚苯乙烯具有如下特點:
(1)滿釜操作,反應容易控制,產品質量好;
(2)轉化率高;
(3)能耗較低;
(4)切換牌號靈活,過渡時間少;
(5)三廢排放少。
(五)催化劑及助劑
1。催化劑
引發劑一般采用過氧化物,在一定溫度下能有效提供苯乙烯單體聚合反應所需要的自由基,使反應溫度降低,同時增加聚合度。
2.助劑
為了改善產品的性能,聚合反應體系中需要添加一些助劑,主要有橡膠、礦物油、硬脂酸鋅、蘭料等。
為提高通用級聚苯乙烯的韌性,改進耐沖擊性,把橡膠加入到聚苯乙烯中增加它對能量的吸收能力,這樣在受到沖擊時破碎的趨勢減少。
潤滑劑礦物油能減少分子內部的摩擦,提高分子的流動性,具有內填充和增塑的作用。增加產品中的礦物油含量可降低熱變形溫度,提高熔體流動速率。在第一反應器中礦物油與聚合混合物混合,可降低熔體黏度,減少攪拌槳葉對反應物的剪切力,使第一反應器中形成的橡膠粒子尺寸增大,提高伸長率。硬脂酸鋅作為產品的脫模劑,有利于用戶在擠出機上的加工成型。蘭料能增加CPPS的透明度。
(六)原料及產品性質
1.主要原材料性質
2.產品性質
聚苯乙烯樹脂具有良好的熱塑性和熱加工性能,熱變形溫度高,殘留單體含量低,無毒、透明、絕緣,加入一定助劑后還具有阻燃性。
二、重點部位及設備
(一)重點部位
1.反應系統
由于聚合物在此系統中發生劇烈反應,因此控制該系統操作平穩非常重要,若反應失控會造成暴聚,影響產品質量,甚至會造成裝置停車。
2.脫揮發及真空系統
該系統主要靠瞬間加熱閃蒸使未反應單體從聚合物中分離出來,若溫度太低或真空度太低則閃蒸效果不好,易產生稀料。進而影響產品質量,甚至造成停車及火災事故。
3.擠出和造粒系統
高溫熔融狀態聚合物從該系統擠出,不易操作。揮發性物質從模頭排出,易造成火災爆炸事故。
(二)重點設備
1.反應器
是發生聚合反應的地方,制造非常精密,內部有攪拌,攪拌槳葉若變形則造成局部溫度失控,設備損壞。
2.切粒機
切粒機基本由軸承和能轉動的拉輥組成,若傳動部分故障,會造成聚合物無法正常擠出成型,裝置被迫降負荷或滿釜停車。
3.反應系統壓力調節閥
最終反應器出口進聚合物加熱器之間的管線上安裝了一個壓力調節閥,通過該調節閥對反應系統壓力的調節,使整個反應系統實現平穩,反應溫度、物料流速都能得到良好的控制。若該調節閥失靈,則整個系統的反應就會失控,造成停車事故,甚至導致火災、爆炸事故的發生。
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