Непрерывная (предварительная и окончательная) полимеризация

Поликапроамид (полиамид 6) образуется из мономера (е-капролактама) путем проведения ряда реакций, протекающих по механизму полимеризации и поликонденсации (полиамидирование).

При гидролитическом полиамидировании капролактама протекают следующие химические реакции:

• — гидролиз (начальная стадия с открытием кольца и полиприсоединением в качестве доминирующих реакций);
• — полиприсоединение (главная стадия образования с реакцией полиприсоединения в основном);
• — поликонденсация (стадия приведения в равновесие с реакцией поликонденсации).

Процесс может происходить только при высоких температурах и в присутствии веществ, ускоряющих реакцию полиамидирования капролактама. Дозирование компонентов реакции полиамидирования — капролактама, обессоленной воды и раствора уксусной кислоты осуществляется непрерывно в многофункциональный реактор поз. АТ1201(АТ2201).

Для каждой технологической линии предусмотрена техническая возможность работы с вводом регенерированного капролактама и без ввода.

Имеется четыре линии подачи компонентов реакции полиамидирования в многофункциональный реактор поз. АТ1201(АТ2201):

• — капролактам из промежуточной емкости для капролактама поз. АТ1101;
• — концентрат капролактама (при необходимости) из емкости для концентрированного раствора поз. АТ1506;
• — обессоленная вода или конденсат из емкости для конденсата;
• — раствор уксусной кислоты из расходной емкости стабилизатора поз. АТ1111.

Раствор уксусной кислоты и обессоленная вода (конденсат) дозируются в заданном соотношении непосредственно в поток капролактама перед входом в многофункциональный реактор.

Соотношение капролактам/добавки регулируется автоматически в зависимости от количества вводимого сырья в многофункциональный реактор. Уровень заполнения реактора регулируется (поддерживается постоянным) автоматической системой управления регулятором массового расхода товарного капролактама.

Ввод концентрата капролактама в многофункциональный реактор вводится в автоматическом режиме в зависимости от уровня в сборнике для концентрированного капролактама поз. АТ1506.

В многофункциональном реакторе осуществляется непрерывное перемешивание компонентов реакционной смеси, их гомогенизация и предварительный нагрев за счет циркулирующих в змеевиках паров ВОТ. Для исключения возможности окисления реакционной смеси кислородом воздуха в верхнюю часть многофункционального реактора подается азот.

Системой управления осуществляется автоматический контроль и регулирование температуры паров в колонне с дефлегматором. Нагретая реакционная смесь из многофункционального реактора по обогреваемому жидким теплоносителем трубопроводу самотеком передается через регулирующий клапан в реактор предполимеризации поз. АR1201(АR2201). Перетекание происходит за счет разности уровня.

Полиамидировании капролактама протекает в две стадии:

• — предварительное полиамидирование в реакторе предполимеризации поз. АR1201(АR2201), в котором начинается реакция полимеризации;
• — окончательное полиамидирование в реакторе полимеризации поз. АR1202(АR2202), в котором полимер доводится до требуемой вязкости.

Процесс предварительного полиамидирования проводится непрерывно при высокой температуре, которая обеспечивается за счет обогрева парами динила от испарителя и под давлением в реакторе предполимеризации поз. АR1201(АR2201).

Поступающая в первую зону реактора предполимеризации реакционная смесь стекает ровным слоем по конусообразной направляющей во вторую зону, где дополнительно подогревается. При этом происходит частичное испарение воды и мономерного лактама в первую зону аппарата, из которой пары отводятся по трубопроводу в колонну с дефлегматором поз. АС1201 и далее в конденсатор поз. АН1201 (АН2201), где конденсируются за счет подачи воды речной техпотребителей. Часть паров воды и лактама конденсируется в колонне и возвращается обратно в реактор. Для исключения возможности окисления реакционной смеси кислородом воздуха в первую зону реактора подается азот. Автоматической системой управления осуществляется контроль и регулирование уровня в реакторе, контроль температуры расплава в пяти температурных зонах аппарата. Регулирование температуры расплава (тем самым регулирование массовой доли влаги) осуществляется в первой зоне.

Из реактора предполимеризации поз. АR1201(АR2201) расплав полимера за счет разности давлений передается по трубопроводу, обогреваемому жидким ВОТ, через клапан регулирующий, в реактор полимеризации поз. АR1202(АR2202), для проведения второй стадии полиамидирования. Полимер постепенно доводится до необходимого качества в процессе окончательного полиамидирования при разряжении и высокой температуре.

При нормальном режиме работы средняя лопасть мешалки поз. АМ1202 должна касаться уровня расплава. Вход расплава полимера осуществляется через кольцевой зазор, расположенный по диаметру всего корпуса аппарата, что способствует образованию большой активной поверхности и быстрому испарению воды.

За счет дополнительного удаления воды из расплава происходит сдвиг равновесия в сторону образования дополнительных амидных связей, что способствует повышению молекулярной массы поликапроамида. Процесс протекает по механизму реакции поликонденсации. Испаряющиеся пары воды и мономера из верхней зоны реактора полимеризации поз. АR1202(АR2202), отводятся через колонну с дефлегматором поз. АС1202 (АС2202) в конденсатор поз. АН1202 (АН2202). В колонне с дефлегматором пары конденсируются и возвращаются обратно в реактор. Разряжение в верхней зоне реактора полимеризации создается с помощью вакуумного насоса с компенсационной емкостью (гидрозатвором) поз. АР1510А/АР1510 В. Разрежение в реакторе полимеризации поддерживается постоянным с помощью клапана регулирующего PCV1205 (PCV2205), установленного на вакуумной линии VAC-120 009−50-Н13 (VAC-220 009−40-Н13). Автоматической системой управления осуществляется контроль и регулирование заданного параметра с сигнализацией при его отклонении.

При необходимости наработки на одной из линий полиамида 6 с относительной вязкостью (2,40 — 2,80) реактор полимеризации поз. AR1202 (AR2202) работает под давлением, для чего в аппарат предусмотрена подача азота, а вакуумная линия перекрывается. Вакуум и высокая температура в верхней зоне аппарата способствуют более интенсивной отгонке паров воды и НМС из расплава, что приводит к повышению его вязкости.

Реактор полимеризации условно разделен на четыре зоны обогрева. Верхняя зона реактора снабжена рубашкой обогрева и внутренним теплообменником специальной конструкции, который представляет собой решетку с обогревающими элементами в форме «галстука». В рубашку обогрева и в обогревающие элементы теплообменника подается парообразный ВОТ из испарителя динила. Нижняя зона реактора снабжена рубашкой обогрева жидким ВОТ и имеет три отдельных контура циркуляции с помощью:

• — циркуляционного насоса ВОТ поз. АР1804 (АР2804) — поступает на обогрев средней части реактора;
• — циркуляционного насоса ВОТ поз. АР1803 (АР2803) — поступает в рубашку обогрева трубопровода между реактором полимеризации и стренговым гранулятором, в рубашку обогрева нижней части полимеризатора;
• — циркуляционного насоса ВОТ поз. АР1802 (АР2802) — поступает во встроенный теплообменник нижней части реактора.

Из верхней зоны аппарата расплав полимера поступает через теплообменник специальной конструкции, который обеспечивает нагрев и гомогенность потока расплава, в нижнюю зону аппарата.

В нижней части реактора расположен теплообменник, который способствует мягкому температурному переходу расплава из высокотемпературной зоны в низкотемпературную.

Отвод тепловой энергии осуществляется за счет передачи тепла жидкому ВОТ, который подается в рубашку обогрева многофункционального реактора поз. АТ1201 (АТ2201) на обогрев. При постоянном содержании воды и пониженной температуре повышается степень полиамидирования (вязкость) поликапроамида. Для обеспечения ламинарного потока расплава полимера при последовательном возрастании его вязкости в средней части аппарата установлено 9 штук и в нижней — 6 штук конусообразных с различной перфорацией металлических пластин. Заканчивается нижняя часть реактора конусом, переходящим в штуцер для слива расплава полимера.

Перфорированные металлические пластины предотвращают образование сетчатого полимера, способствуют образованию полимера линейной структуры требуемой вязкости. Температура расплава поддерживается в необходимых пределах за счет обогрева парообразным и жидким теплоносителями ВОТ.

Автоматической системой управления осуществляется контроль и регулирование уровня в реакторе, контроль температуры расплава в шести температурных зонах аппарата. Регулирование температуры расплава осуществляется в верхней зоне. Регулирование уровня расплава в аппарате осуществляется с помощью клапана регулирующего LCSV1203 (LCSV2203). Расплав полимера выгружается через выходной штуцер нижней части реактора полимеризации, разделяясь на две технологические линии, А и В, и с помощью выгружных насосов для полимера поз. АР1203А, В (АР2203А, В) подается на фильтрацию с последующим гранулированием.

Производительность регулируется настройкой скорости работы выгружных насосов для полимера поз. АР1203А, В (АР2203А, В). Изменение производительности влечет изменение времени пребывания, эффекта испарения вверху реактора, теплового баланса и, следовательно, температуры в большинстве зон реактора, что ведет к изменению относительной вязкости и содержания НМС в расплаве полимера. Более высокая производительность вызывает снижение относительной вязкости и увеличение содержания НМС, более низкая производительность приводит к обратному эффекту. Производительность не должна варьировать более чем (70 — 110) % номинальной мощности.