Химические волокна

Полиамиды. Технология и оборудование

1. Процессы и оборудование синтеза поликапроамида

Основным способом получения поликапроамида (ПА 6) является способ гидролитической полимеризации капролактама. Процесс можно представить в следующем общем виде:

Вначале под воздействием воды идет гидролиз амидной связи лактама, цикл размыкается и образуется аминокапроновая кислота.

Затем аминокапроновая кислота взаимодействует с молекулой лактама, и образуется димер

Далее идет ступенчатое присоединение лактамных циклов к растущей цепи. При приближении к состоянию равновесия мономер : полимер также протекает реакция поликонденсации макромолекул по концевым группам. Устанавливается равновесие лактам : полиамид. Получаемый полимер всегда содержит некоторое количество низкомолекулярных соединений (НМС).

При синтезе из-за присутствия в реакционной среде воды устанавливается и амидное равновесие в результате гидролиза амидной группы полимера, что определяет величину молекулярной массы полимера:

Основными параметрами процесса являются продолжительность, температура и среда, в которой протекает реакция. Активатором процесса полимеризации является вода в количестве 1,5−3 % от массы капролактама. Используют деаэрированную воду для предотвращения попадания кислорода в реакционную среду. Для блокирования концевых групп полимера с целью предотвращения увеличения вязкости расплава при последующем плавлении полимера добавляют регуляторы роста цепи, в частности уксусную кислоту в количестве 0,15−0,2 % от массы капролактама. Для формования волокна применяется полимер с молекулярной массой 16 000−22 000 (степень полимеризации 150−200).

1.1. Процесс и оборудование фирмы Zimmer AG

Процесс получения гранулята поликапроамида (ПА 6) включает следующие стадии: прием сырья и приготовление добавок, полиамидирование, фильтрацию расплава, формирование стренг и гранулирование, экстракцию НМС, сушку и охлаждение гранулята; очистку азота (вспомогательная стадия); транспортирование, затаривание и складирование гранулята (рис. 1). Для полимера средней вязкости (текстильного качества) полимеризация капролактама в присутствии катализатора и стабилизатора проводится в одну стадию, при производстве полимера высокой вязкости (для шинного корда) − в две стадии.

получение поликапроамида по способу фирмы Zimmer

Рис. 1. Технологическая схема получения поликапроамида по способу фирмы Zimmer1 – емкость для хранения капролактама; 2, 9, 19, 23, 33, 36, 37, 39, 48, 50, 56, 65 – насосы; 3, 6, 57, 60 – фильтры; 4 – подогреватель капролактама; 5 – аппарат полиамидирования (предполимеризатор); 7 – смеситель приготовления добавок; 8 – расходная емкость добавок; 10, 12 – шестеренчатые выгружные устройства; 11 – конечный полимеризатор; 13 – фильтр свечевой; 14 – литьевая головка; 15 – гранулятор; 16 – вибросито; 17 – предварительный экстрактор; 18, 22 – шлюзовые питатели; 20 – водоотделитель; 21 – экстрактор; 24 – центрифуга; 25 – осушитель гранулята; 26 – роторный питатель; 27 − бункер-охладитель гранулята; 28 – дефлегматор; 29, 30, 41 – испарители динила; 31 – выпарной конденсатор; 32, 44, 46, 59, 67 – гидрозатворы; 34, 47, 51, 58, 63, 66, 68, 69 – теплообменники; 35 – подпиточный бак; 38, 40 – нагреватели динила; 42 – парциальный конденсатор; 43 – выпарной конденсатор; 45, 53 – водоструйные насосы; 49 – бак для воды; 52 − фильтр воды; 54 − промежуточный сборник воды; 55 – сборник экстракционной воды; 61 – газодувка; 62 − узел очистки азота; 64 – колонна охлаждения азота

Степень конверсии в процессе полимеризации составляет приблизительно 90 %, непрореагировавший капролактам и олигомеры, растворимые в воде, могут быть экстрагированы из расплава или гранулята и затем регенерированы. Фирмой предусмотрена переработка экстракционных вод вместе с твердыми отходами, образующимися в производстве продукции из ПА 6. В деполимеризаторе твердые отходы и олигомеры разлагаются до капролактама в среде острого пара в присутствии катализатора. Последующая дистилляция капролактама проводится в аппарате периодического или непрерывного действия. Регенерированный капролактам повторно используется в виде расплава в процессе полимеризации.

Прием сырья. Жидкий капролактам транспортируется в цистернах, состоящих из корпуса, теплоизоляционного слоя и наружной обшивки. Корпус и наружная обшивка изготовлены из нержавеющей стали. Внутри цистерны имеются перегородки (волнорезы) и змеевик для разогрева капролактама. Теплоизоляция цистерны обеспечивает сохранение капролактама в жидком состоянии при температуре 90−75 °С не менее трех суток в зимнее время. Слив капролактама в баки хранения осуществляется передавливанием азотом. Баки для хранения представляют собой горизонтальные цилиндрические аппараты, снабженные наружными змеевиками обогрева. Из баков для хранения жидкий капролактам центробежным насосом через фильтр тонкой очистки непрерывно подается к предварительному подогревателю, где нагревается до температуры 160–190 °С. Количество подаваемого капролактама регулируется автоматически в зависимости от его уровня в предполимеризаторе.

Приготовление добавок осуществляется в смесителе, представляющем собой вертикальную цилиндрическую емкость, оснащенную перемешивающим устройством. В смеситель подается расчетное количество обессоленной воды (активатора) и уксусной кислоты (стабилизатора). Смесь перемешивается, отбирается проба на анализ для определения массовой доли воды и кислоты. При получении положительных результатов смесь подается через фильтр в вертикальную цилиндрическую расходную емкость. Из нее раствор поршневым насосом дозируется в линию передачи капролактама в предполимеризатор.

Аппарат предварительного полиамидирования. Процесс предварительного полиамидирования проводится непрерывно под давлением 0,15 МПа в предполимеризаторе, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из сферической крышки, обечайки (корпуса), конусообразного днища (рис. 2). Общая высота аппарата − 11 м, диаметр − 1 м.

Условно предполимеризатор разделен на три секции. В центре первой пустотелой секции находится конусообразная направляющая диаметром 300 мм, высотой 88 мм, способствующая равномерному растеканию капролактама в виде пленки. В первой секции установлен датчик уровня расплава.

Вторая секция аппарата предназначена для подогрева капролактама до температуры реакции 260 °С с помощью вмонтированного теплообменника, в межтрубное пространство которого подается парообразный теплоноситель (динил), предварительно нагретый в электроиспарителе.

Предполимеризатор

Рис. 2. Предполимеризатор

При этом происходит испарение воды и небольшого количества капролактама. Пары поднимаются в первую секцию аппарата, создавая в ней давление до 0,15 МПа, затем поступают в дефлегматор, установленный непосредственно на крышке предполимеризатора, где пары капролактама конденсируются и возвращаются в процесс. Водяной пар улетучивается и конденсируется в выпарном конденсаторе, вода стекает в гидрозатвор, откуда насосом подается в верхнюю часть дефлегматора для его орошения.

В третьей секции на равном расстоянии друг от друга по высоте (через 950 мм) для распределения реакционной массы установлены перфорированные металлические пластины толщиной 12 мм. Количество отверстий и их диаметр в каждой пластине различны. Заканчивается секция конусом, переходящим в штуцер для слива расплава полимера. Нижняя секция снабжена рубашкой, в которую подается парообразный динил от электроиспарителя для нагрева расплава до температуры около 255 °С. Выходящий из предполимеризатора полимер транспортируется насосом в конечный полимеризатор.

Аппарат окончательной полимеризации. Это вертикальный цилиндрический аппарат высотой 16 м (рис. 3). Условно аппарат разделен на две зоны. Верхняя зона включает в себя обогреваемое распределительное устройство, теплообменник и рубашку обогрева. В распределительное устройство и рубашку обогрева подается паровой динил от электроиспарителя. В теплообменник поступает жидкий динил от электроподогревателя.

В нижней зоне аппарата размещены шесть распределительных перфорированных пластин. Обогрев этой части аппарата осуществляется с помощью наружного змеевика, в который подается жидкий динил при температуре 250 °С. Остаточное давление в аппарате составляет 50−60 кПа. В процессе окончательной полимеризации достигается необходимая вязкость полимера в зависимости от величины давления или глубины вакуума, создаваемого водоструйным насосом.

Фильтрование расплава, литье стренг, гранулирование. Фильтрование расплава осуществляется на свечевых фильтрах. В качестве фильтрующего материала используется стальная сетка с размером ячеек 20 мкм. Общая поверхность фильтрации – 3,6 м2. Фильтр оснащен «рубашкой» обогрева, в которую насосом подается жидкий динил, поступающий от электронагревателя

Конечный полимеризатор

Рис. 3. Конечный полимеризатор

Отфильтрованный расплав полимера поступает в стренговое литьевое устройство. Литьевая головка снабжена разделительной пластиной расплава со 124 отверстиями диаметром 7 мм и фильерой с 18−29 отверстиями диаметром 3,5 мм. Потоком воды стренги подводятся к резательной головке гранулятора. Далее гранулят поступает на вибросито и в сборник.

Сборник гранулят–вода представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат объемом 10 м3 (рис. 4). Аппарат оснащен тремя экстракционными тарелками, устройством для регулирования производительности, фильтрующим стаканом для переливной воды, уровнемером и рубашкой обогрева. В рубашку обогрева подается пар 0,05 мПа, благодаря чему температура продукта поддерживается на уровне 95 °С.

Сборник водогранулятной смеси

Рис. 4. Сборник водогранулятной смеси

Поступающий в сборник гранулят промывается противоточной экстракционной водой из экстрактора. Промывная вода с содержанием НМС до 13,5 % сливается из сборника гранулят–вода через фильтрующее устройство и передается на регенерацию. Промытый гранулят поступает к шлюзовому ячеистому дозатору для непрерывной подачи центробежным насосом в водоотделитель.

Водоотделитель представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость с вмонтированной конической перфорированной воронкой. Он установлен непосредственно над экстрактором. На участке трубопровода от центробежного насоса до экстрактора водогранулятная смесь подогревается паром (0,05 мПа) для поддержания температуры продукта не ниже 95 °С. Водогранулятная смесь, непрерывно поступающая в водоотделитель, освобождается от избытка воды, после чего направляется в экстрактор. Вода из водоотделителя непрерывно сливается в промежуточный сборник – вертикальный цилиндрический аппарат, оснащенный поплавковым клапаном.

Экстрактор. В экстракторе (рис. 5) осуществляется процесс экстракции – удаление из гранулята ПА 6 низкомолекулярных соединений обработкой горячей обессоленной водой. Экстрактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с приваренной эллиптической крышкой и конусным днищем. Его высота – 23,6 м, вместимость – 25,9 м3.

Экстрактор

Рис. 5. Экстрактор

На крышке аппарата расположены патрубки для загрузки гранулята, для съемного стакана с фильтрующими пакетами и для регулирующего устройства, под крышкой − штуцер для перелива экстракционной воды. В коническом днище находятся патрубки для выгрузки гранулята и для подачи в экстрактор промывной воды. Экстрактор оснащен уровнемером, двумя рубашками обогрева, в которые подается пар с давлением 0,05 мПа, и экстракционными тарелками, которые совместно с регулирующим

устройством регулируют пропускную способность экстрактора. Регулирующее устройство представляет собой пустотелый вал длиной 21,6 м, диаметром 100 мм, на котором жестко закреплены 10 конусов-дефлекторов, расположенных по высоте аппарата на расстоянии 1,9 м друг от друга.

Каждый дефлектор опущен в неподвижный конус, имеющий перфорацию диаметром 1,5 мм, образуя таким образом экстракционную тарелку. При вращении вала конусы-дефлекторы поднимаются или опускаются на высоту 100 мм, образуя зазоры между неподвижными конусами. Величина зазора позволяет регулировать пропускную способность экстрактора.

Гранулят непрерывно выгружается из экстрактора шлюзовым дозатором. К нему непрерывно из сборника подводится экстракционная вода, с помощью которой осуществляется гидротранспорт гранулята к центробежному насосу и далее к центрифуге, установленной над сушильным аппаратом.

Центрифуга представляет собой цилиндрический аппарат диаметром 1210 мм, высотой 1000 мм, оснащенный ситами (24 шт.), ротором, имеет шесть выходных каналов для удаляемых продуктов. В случае останова центрифуги автоматически отключаются насос подачи гранулята и шлюзовой дозатор.

Сушильная колонна

Рис. 6. Сушильная колонна

Сушка гранулята. Освобожденный от транспортирующей воды гранулят непрерывно поступает в сушильную колонну непрерывного действия. Процесс сушки осуществляется потоком горячего азота. Сушильная колонна – вертикальный аппарат диаметром 1700−1900 мм, высотой 14,9 м, со сферической крышкой и конусным днищем. В крышке сушилки расположены штуцеры для подачи гранулята и выхода отработанного азота (рис. 6).

Аппарат условно разделен на две зоны: предварительной и окончательной (глубокой) сушки продукта. Каждая зона оснащена индивидуальным распределительным кольцом для азота. Распределительные кольца, держатели колец и части кожуха аппарата, расположенные в районе штуцеров для подачи азота, имеют перфорацию диаметром 1,6 мм. Это позволяет подавать потоки азота в нужном направлении, усиливая их действие и обеспечивая эффективную сушку гранулята.

В рабочем состоянии сушильная колонна полностью заполнена гранулятом. Постоянный уровень заполнения аппарата поддерживается посредством автоматического регулирования оборотов шлюзового дозатора роторного типа, установленного на линии выгрузки сухого гранулята из колонны. После прохождения экстрактора и сушильной колонны содержание НМС в полимере составляет не более 0,5 % (массовых), влаги − 0,04– 0,08 % (массовых).

Узел очистки азота. В технологическом процессе осуществляется очистка циркулирующего азота. Узел очистки азота состоит из реактора, автоматического дозатора водорода, устройства измерения объемной доли кислорода в потоке азота (рис. 7).

Способ очистки азота заключается в выжигании присутствующего в нем кислорода. В реактор, заполненный палладиевым катализатором, подается азот и водород. На катализаторе происходит сгорание водорода и кислорода. Это реакция экзотермическая, температура очищаемого азота поднимается в зависимости от содержания в нем кислорода (каждая 0,1 объемного процента увеличивает температуру на 17 °С). Расход водорода устанавливается с помощью контактных приборов и электронного регулятора, регулирующего клапана на линии подачи водорода. Объемный расход водорода составляет 0,05 м3/ч при концентрации кислорода в азоте 10 ррm. На трубопроводе выхода очищенного азота из реактора установлен контактный термометр, с помощью которого блокируется подача водорода в случае превышения концентрации водорода в очищенном азоте выше 0,1 объемных процентов. Температура очищенного азота на выходе из реактора не должна превышать 70 °С. Устройство измерения объемной доли кислорода в очищенном азоте состоит из камеры с диффузионной мембраной, анодом, катодом и электролитом. Для замера в камеру подается безнапорный поток очищенного азота.

Узел очистки азота

Рис. 7. Узел очистки азота

Охлаждение гранулята ПА 6. Из сушильной колонны горячий гранулят непрерывно подается в бункер-охладитель, где при движении сверху вниз охлаждается встречным потоком азота. Бункер-охладитель представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость диаметром 2 м, высотой 5,5 м и вместимостью 10,5 м3. Оснащен двойной перфорированной вставкой, расположенной на уровне входного штуцера для азота. Наружная вставка имеет перфорацию диаметром 10 мм, внутренняя – диаметром 1,1 мм, что способствует равномерному распределению азота, поступающего в нижнюю часть бункера для охлаждения гранулята. Азот циркулирует в замкнутом контуре: из бункераохладителя через пластинчатый пылевой фильтр и теплообменник отработанный азот направляется к газодувке.

Транспортирование, затаривание и складирование гранулята. Охлажденный гранулят из бункера-охладителя с помощью мини-конвейера (рис. 8) транспортируется к бункеру-смесителю. Мини-конвейер, обеспечивающий транспортирование 1200 кг/ч гранулята, представляет собой устройство с программным управлением, регулирующим как объем транспортируемого продукта, так и объем транспортирующего газа в системе пневмотранспорта.

Бункер-смеситель представляет собой цилиндрическую емкость с коническим днищем высотой 18,0 м и диаметром 3,0 м, оснащен шестью смесительными трубами высотой 15 м, диаметром 0,2 м и двумя уровнемерами, предназначен для приема, перемешивания и хранения гранулята. Из бункера-смесителя гранулят мини-конвейером транспортируется на установку автоматической загрузки в мешки.

Мини-конвейер

Рис. 8. Мини-конвейер:

1 – подключение трубопровода; 2 – подключение движущего газа; 3 – подключение управляющего газа; 4 – продувочный газ

Удаление мономера и НМС из расплава ПА 6. При прямом формовании для удаления мономера и НМС из расплава полимера используются вакуумные демономеризаторы. При температуре 260−270 °С и остаточном давлении 268−400 Па капролактам кипит, и его пары вместе с частью олигомеров удаляются из расплава. Одновременно удаляется влага. Ускорение отгона НМС достигается, когда расплав полимера в аппарате разбрызгивается или распределяется в виде тонких струек или пленки. Расплав полимера из таких аппаратов содержит 2,8−3 % НМС, 0,1−0,2 % влаги.

Демономеризатор (рис. 9) состоит из корпуса 1 и сферической насадки 3, соединенной с корпусом фланцами 2. Нижняя часть корпуса переходит в конус 10. В верхней части аппарата между насадкой 3 и корпусом 1 образуется карман 6. На сферической насадке имеются патрубки, основной из которых 4 служит для создания вакуума и отвода удаляемых мономера и олигомеров. Патрубки используются для установки контрольно-измерительных приборов, а также для подвода азота для защиты ПА 6 от окисления при резком падении вакуума.

Вакуумный демономеризатор непрерывного действия

Рис. 9. Вакуумный демономеризатор непрерывного действия

Аппарат обогревается в змеевике 11 жидким динилом, условно разделен на три зоны: нижнюю, среднюю и верхнюю. Напорный блок аппарата полиамидирования непрерывно подает расплав ПКА под давлением 40−105 Па через два патрубка 7 во внутренний карман 6. Из кармана расплав переливается через край корпуса аппарата 1 во внутреннюю его полость 5 и стекает по стенке тонким слоем в конусную часть 10.

Уровень расплава в конусной части аппарата регулируется с помощью уровнемеров путем изменения подачи расплава в аппарат. Верхний уровень 8 устанавливается не выше 2700 мм, нижний 9 не должен опускаться ниже 1950 мм от выходного патрубка в конусе аппарата. При повышении уровня уменьшается путь расплава в тонком слое, и сокращается поверхность пленки, из которой происходит наиболее интенсивное удаление НМС. При чрезмерном снижении уровня ухудшается выравнивание температуры по всей массе расплава в конусной части аппарата.

1.2 Процесс и оборудование фирмы Aquafil Engineering GmbH для синтеза ПА 6

Отличительной особенностью процесса фирмы Aquafil Engineering GmbH является использование сырьевой смеси, состоящей из свежего капролактама и 80 % концентрата − воды с содержанием до 80 % (массовых) экстрагентов – капролактама и олигомеров. Линия непрерывной полимеризации по технологическому оформлению аналогична установке фирмы Zimmer, но одним из новых компонентов в ней является концентрационная установка. Экстракционные и промывочные воды (технологическая лактамная вода) с содержанием мономера и НМС 13–14 % (массовых) подаются на установку концентрации, где часть воды испаряется, а концентрация экстрагентов в оставшейся воде увеличивается.

Сырьевые компоненты подаются в смесительный резервуар станции смешивания. Дополнительной подпиткой водой обеспечивается концентрация воды в смеси 2,5−4 %. Компоненты перемешиваются, и смесь, нагретая до температуры реакции, поступает в предполимеризатор. За счет перепада давления предполимер передается из предполимеризатора в вакуумную реакционную трубу. Достижение заданной вязкости при этом осуществляется при атмосферном давлении или небольшом вакууме и высокой температуре с распределением продукта по сечению аппарата. В вакуумной реакционной трубе предусмотрены три испарительные охлаждающие системы для равномерного охлаждения полимера и оптимизации скорости реакции полимеризации. В качестве среды охлаждения используют теплоноситель терминол, который испаряется в рубашке аппарата и конденсируется в охлаждаемых воздухом конденсаторах.

Из нижней части трубы полимер выгружается с помощью шестеренчатого насоса и по обогреваемому трубопроводу поступает к литьевой головке гранулятора. В трубопроводе при необходимости может быть установлен фильтр полимера. Используется подводная грануляция с закрытым водяным циркуляционным контуром. Горячий полимер нарезается на круглые гранулы, которые потоком воды транспортируются к виброситу и центрифуге, где разделяются вода и гранулят. Вода поступает в емкость для сбора воды, гранулят – в резервуар гранулят–вода, который находится под ситом. Технологической схемой предусматривается двухступенчатая экстракция капролактама и НМС из гранулята. Вода из экстракторов поступает обратно в резервуар гранулят–вода. В качестве питательной воды для экстракторов используется чистая вода, поступающая из установки выпаривания лактамной воды. Таким образом, образуется замкнутый циркуляционный контур. Вода нагревается паром непосредственно у входа в экстракторы. Экстракторы работают в среде азота. В верхнюю часть первого экстрактора может дополнительно дозироваться капролактам для лучшего растворения олигомеров при экстракции.

Сушка гранулята осуществляется также в двух аппаратах. Смесь воды и гранулята из второго экстрактора насосом подается на отделитель, который установлен над предварительным осушителем гранулята. Вода через центробежный сепаратор поступает обратно к шлюзовому затвору экстрактора. Гранулят выгружается шлюзовым затвором в токе азота в сепаратор, который находится над осушителем. В осушителях циркулирует горячий чистый азот, который подается вентилятором снизу вверх противотоком грануляту. Транспортирование гранулята в силосы хранения осуществляется с помощью холодного азота.

Концентрирование лактамной воды. Со всех стадий технологического процесса лактамная вода, содержащая капролактам и НМС, собирается в резервуаре объемом примерно на сутки работы. Из этого резервуара насос непрерывно перекачивает лактамную воду в трехступенчатую установку концентрирования (рис. 10) через фильтр.

Схема установки концентрирования лактамной воды

Рис. 10. Схема установки концентрирования лактамной воды

Лактамная вода из емкости хранения под действием собственного веса поступает в первый испаритель 1, работаюший на воде с самой низкой концентрацией экстрагентов, но при самом глубоком вакууме и самой низкой температуре. Первый испаритель подогревается парами из второго испарителя. После первого испарителя с помощью насоса лактамная вода поступает во второй испаритель 2, который подогревается парами из третьего испарителя. Выпаренная вода (технологический пар) предварительно проходит через каплеотделители 4 и ректификационную колонну 5 для удаления капель воды с капролактамом. Из второго испарителя с помощью насоса лактамная вода подается в третий испаритель 3, обогреваемый водяным паром из бойлера 9. В третьем испарителе концентрация экстрагентов в обрабатываемой воде достигает 80 %. Первый и второй испарители работают под вакуумом. Третий испаритель работает при давлении, близком к атмосферному. Охлаждаемый водой конденсатор 6 создает вакуум в системе за счет резкого охлаждения паров и уменьшения их объема.

Лактамная вода подается в вертикальные оросительно-пленочные испарители сверху и течет вниз тонким слоем по внутренним стенкам труб теплообменника. Обогревающий пар конденсируется на внешней поверхности труб теплообменника. Выпаренная и сконденсированная чистая вода с содержанием капролактама менее 0,1 % собирается в резервуаре для хранения воды, который одновременно выполняет функцию гидрозатвора, затем насосом подается обратно в процесс экстракции. Таким образом, образуется замкнутый циркуляционный водяной контур. В нижней части каждого испарителя находится сборник, где разделяются пар и лактамная вода.

Лактамная вода с увеличившейся концентрацией экстрагентов из сборника циркуляционным насосом подается в верхнюю часть испарителя. Во избежание закупорки труб олигомерами в первый испаритель дозируется некоторое количество чистого капролактама, который растворяет олигомеры. Из сборника третьего испарителя лактамная вода непрерывно отбирается в резервуар хранения 7, где обеспечивается ее циркуляция в среде азота до того момента, пока она не будет затребована станцией смешивания 8. Все резервуары для воды обогреваются и продуваются азотом. Трубопроводы и насосы для лактамной воды обогреваются водяным паром.

Данная схема, по сравнению со схемой фирмы Zimmer, имеет следующие преимущества: практически исключаются потери капролактама и НМС, не требуются крекинг олигомеров и дистилляция капролактама, снижены расход деминерализованной воды и энергопотребление.

2. Процесс и оборудование синтеза полигексаметиленадипамида

Исходными продуктами для получения полигексаметиленадипамида (ПА 6,6) являются адипиновая кислота и гексаметилендиамин, в результате поликонденсации которых выделяется вода и образуется полимер:

Основным фактором, влияющим на молекулярную массу получаемого полимера, является соотношение мономеров. Избыток одного из компонентов при высокой температуре приводит к частичной деструкции полимера, поэтому исходным веществом для поликонденсации служит не смесь мономеров, а их средняя соль гексаметиленадипамид, так называемая соль АГ, которая легко очищается от избытка мономеров перекристаллизацией из различных растворителей:

В ходе процесса необходимо тщательное удаление воды из реакционной среды. Реакция синтеза идет практически до конца. Получается полиамид, содержащий менее 1 % НМС.

Технологический процесс получения полигексаметиленадипамида (ПА 6,6) состоит из стадий приготовления соли АГ, поликонденсации соли АГ, фильтрации расплава полиамида, охлаждения, измельчения и сушки полимера (рис. 11).

Соль АГ готовят смешением метанольных растворов адипиновой кислоты и гексаметилендиамина в аппарате 1 при нагревании. Выделяющиеся кристаллы соли АГ осаждаются и после охлаждения в промежуточной емкости 3 отделяются от метанола в центрифуге 5. Контрольную пробу отбирают пробоотборником 4. Готовую соль подают на поликонденсацию в реактор 7, в который загружают также уксусную кислоту из расчета 1/150 моля на 1 моль соли из емкости 10. Реактор представляет собой цилиндрический аппарат, выполненный из хромоникелевой стали и снабженный «рубашкой» для обогрева высокотемпературным теплоносителем. Система подготовки и циркуляции высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) включает аппараты 16– 19.

получение полигексаметиленадипамида

Рис. 11. Технологическая схема получения полигексаметиленадипамида

По непрерывному методу поликонденсацию проводят в аппарате со шнековой мешалкой в атмосфере чистого азота и под давлением 1,76 МПа при постепенном нагреве реакционной смеси в течение 1-2 ч до температуры 220 °С и от 220 до 280 °С – в течение 1,5 ч, затем давление снижают до атмосферного на 1 ч и снова повышают до 1,76 МПа. При снижении давления выделяющаяся в ходе реакции вода закипает, и ее пары перемешивают расплав полимера. Общая продолжительность процесса поликонденсации составляет 6−8 ч. Контролируют процесс по количеству выделившейся воды, пары которой конденсируются в холодильнике 8, а конденсат стекает в мерник 9. По окончании реакции расплав полимера сжатым азотом через обогреваемую фильеру 11 в виде жилок или лент выдавливается в ванну 12 с проточной водой, в которой быстро охлаждается и поступает с помощью направляющего устройства 13 и тянущих валков 14 на измельчение в гранулятор 15. При синтезе полигексаметиленадипамида из технологического процесса исключается операция экстракции, так как полимер содержит незначительное количество (около 1 %) низкомолекулярных соединений. После гранулирования полимер пневмотранспортом направляется на сушку, которая продолжается 30−48 ч; влажность высушенного полимера должна быть не более 0,01 %. Затем полимер поступает на упаковку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *