Produtor de reatores de látex da China fornecendo sistemas de reação confiáveis para aplicações industriais de polímeros

Produtor de reatores de látex da China fornecendo sistemas de reação confiáveis para aplicações industriais de polímeros

Respondendo à questão central:O que é que um reator de látex da Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd. produz para a produção industrial de polímeros?Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) projeta e fabrica reatores de látex para polimerização em emulsão de sistemas de estireno-butadieno, acetato de vinilo, acrílico e estireno-acrílico,O desafio de engenharia é a remoção de calor: a polimerização do estireno liberta 73 kJ por mole e o acetato de vinilo 88 kJ por mole,e o calor deve ser extraído com uma velocidade suficiente para manter o lote dentro de ± 1 °C do seu ponto de fixação de 50 a 90 °C ou da distribuição do tamanho das partículasOs reatores são construídos em aço inoxidável 316L para ASME VIII Divisão 1, avaliado em 1,0 MPa, com acabamentos de contato do produto em Ra 0,4-0,8 μm.

1Engenharia de um reator de látex para polimerização de emulsões

A polimerização da emulsão é particularmente exigente porque o produto é uma dispersão coloidal que pode coagular irreversivelmente.Três áreas de projeto determinam se um reator produz lote após lote de látex conforme especificação:

• Capacidade de remoção de calor:Com 73 kJ/mol de estireno e um teor final de sólidos de 50%, um lote de 20 000 L libera cerca de 7 000 MJ durante o período de alimentação, uma média de 200-400 kW e um pico consideravelmente superior.A remoção de calor segue Q = U·A·LMTD, e em um reator de látex o coeficiente de parede degrada à medida que a viscosidade aumenta e uma película de polímero se forma na superfície.Os projetos práticos combinam uma bobina de jaqueta ou meio tubo a U de 400-900 W/m2·K com um condensador de refluxo que remove o calor por vaporizar e condensar o monômero e a águaO refrigeração por refluxo é frequentemente a via dominante porque elimina o calor sem qualquer superfície de parede.
• Alimentação monomérica e nucleação de partículas:A formação de partículas de látex segue a teoria de Smith-Ewart, na qual as partículas nucleam em micelas de surfactantes durante o intervalo inicial e, em seguida, crescem por difusão de monômeros a partir de gotículas.normalmente 80-500 nm, é definido precocemente e é regido pela concentração do tensioactivo em relação à concentração crítica da micela, pela taxa de decomposição do iniciador e pelo perfil de temperatura.Porque o número de partículas é fixado dentro dos primeiros 10-20% do ciclo, o controlo preciso da fase de semente e da taxa de alimentação da emulsão monomérica durante 3-8 horas é mais importante do que qualquer coisa que aconteça mais tarde.um ponto de alimentação bem concebido abaixo da superfície do líquido, e controle de temperatura rigoroso.
• Coagulação e Controle de Grãos:O polímero coagulado, chamado grão ou coagulo, é o principal problema de qualidade e manutenção na produção de látex.através de descongelamento ou choque eletrolítico, através da agregação local de monómeros onde o alimento é mal disperso, e através do acúmulo de película de polímero na parede e no impulsor que mais tarde se desprende.rotor axial de baixa cisalhagem a velocidades de ponta de 2 a 4 m/s, em vez de turbinas radiais, defletores que sejam poucos e estreitos ou omitidos em favor de um suporte fora do centro ou em ângulo, distribuição de alimentação sob o impulsionador para dispersão imediata e uma superfície eletropolhada lisa a Ra 0.4 μm para minimizar a adesão da películaO grão superior a 0,05-0,5% em peso indica geralmente uma destas causas.

2Configuração do reator e etapas a jusante

Uma fábrica de látex é mais do que um reator. Quatro elementos definem um sistema de produção completo e fiável:

• Semi-batch versus operação continua:A maioria do látex especial é feita em semi-lotação: água, surfactante e uma porção de monômero são carregados, a semente é formada e a emulsão monomérica restante e a solução iniciadora são alimentadas durante 3-8 horas.Isto dá o máximo de controle sobre o tamanho e composição das partículas e permite que um recipiente para fazer muitos grausO látex de grande volume, como o estireno-butadieno para revestimento de tapetes e papel, é muitas vezes fabricado continuamente em um comboio de 6 a 12 tanques de agitação, com o monómero e o iniciador alimentados em vários pontos.dando qualidade constante e muito maior rendimento do espaço-tempo à custa da flexibilidade.
• Desmontagem de monómeros residuais:Após a polimerização, o monómero residual deve ser reduzido de tipicamente 0,5-2% para menos de 100-1000 ppm para cumprir as especificações do produto e os limites de emissões.A destilação é efectuada no reator ou num recipiente dedicado por destilação a vapor sob vácuo a 40-70°C, ou por depuração química com um par redox que consome o monômero restante.porque o látex espuma fortemente sob vácuoA eliminação química é mais simples, mas acrescenta fragmentos residuais do iniciador que podem afectar a cor e o odor do produto.
• Materiais, acabamento e limpeza:O aço inoxidável 316L com superfícies eletropolidas em Ra 0,4 μm é padrão, porque qualquer filme de polímero que adere à parede eventualmente se desprende como grão e contamina o produto.Os recipientes são especificados com fundo inclinado, uma grande válvula de descarga de fundo ou de furo completo que passa os nódulos do coágulo sem bloquear, e um sistema CIP de alta pressão capaz de 0,5-1,0 MPa a 60-90 °C para remoção de filme.Entre campanhas de diferentes tipos de polímeros, pode ser necessária uma evaporação com solvente ou cáustico, pelo que o recipiente e as suas vedações devem ser classificados em termos de química e temperatura de limpeza.
• Controle, segurança e emissões:O acetato de vinilo, o butadieno e os monômeros acrílicos são inflamáveis e, no caso do butadieno, podem formar peróxidos e polímero de pipoca em espaços mortos.Os reatores que os manipulam exigem a classificação ATEX ou IECEx, inertização do nitrogénio, alívio da pressão dimensionado para uma polimerização em fuga utilizando a metodologia DIERS e um sistema de injecção de inibidor de emergência como última linha de defesa.Os controlos devem incluir o controlo da temperatura em cascata da jaqueta e do refluxo, taxa de alimentação interligada à temperatura e pressão, e um gravador de lotes que documenta o perfil completo para cada campanha, o que é essencial para solucionar problemas com lotes fora das especificações.

Estratégias de remoção de calor do reator de látex Matriz de comparação

Perguntas Frequentes (FAQ)

P: O que faz um reator de látex diferente de um reator químico padrão?

R: Quatro diferenças. A remoção de calor domina: entalpias de polimerização de 73-88 kJ/mol combinadas com o aumento da viscosidade fazem com que o resfriamento, não a mistura, seja o fator limitante, de modo que os reatores de látex combinam jaquetas,condensadores de refluxoO látex é uma dispersão coloidal e coagula as partículas com alta velocidade de cisalhamento ou de ponta.Assim, os impulsionadores axiais a 2-4 m/s substituem as turbinas radiais a 5-7 m/sAs superfícies devem ser muito suaves: qualquer filme de polímero que se acumule na parede eventualmente se desprende como grão, então 316L eletropolido a Ra 0.4 μm é padrão e não opcionalE o produto não pode ser filtrado: o material coagulado não pode ser removido a jusante, pelo que a prevenção no recipiente é o único controlo de qualidade disponível.

P: Como é controlado o tamanho das partículas na polimerização por emulsão?

A: O número de partículas é estabelecido durante o intervalo de nucleação, aproximadamente os primeiros 5-20% do ciclo,e é regido principalmente pela concentração de tensioactivo acima da concentração crítica de micela e pela taxa de decomposição do iniciador à temperatura de reaçãoO maior surfactante dá mais micelas e, portanto, mais partículas menores; o maior iniciador dá mais radicais e também mais partículas.a contagem de partículas é essencialmente fixa e a alimentação de monómeros adicionais simplesmente aumenta as partículas existentesO controlo prático concentra-se, portanto, no estágio de semente: carga de surfactante precisa dentro de ± 2%, temperatura mantida dentro de ± 1°C e agitação constante durante a nucleação.A adição de um látex de sementes de um lote anterior é o método industrial padrão para reproduzir o tamanho das partículas exatamente grau após grau.

P: Como se impede a polimerização desenfreada?

R: Através de proteção em camadas. O controlo primário é o controlo de temperatura em cascata que limita a taxa de alimentação do monómero, uma vez que a alimentação é tanto o reagente como a fonte de calor;se a temperatura for superior ao valor de referênciaA proteção secundária é a capacidade máxima de arrefecimento, com camisa, refluxo,e água refrigerada todos disponíveis e o condensador de refluxo dimensionado para remover a carga de calor pico total de forma independenteA protecção terciária é um sistema de emergência de grande dimensão concebido utilizando a metodologia DIERS para uma fuga ventilada.porque a polimerização é um sistema de temperação ou híbrido em vez de um simples sistema de pressão de vaporA protecção final consiste num sistema de injecção de inibidor de emergência, tipicamente uma hidroquinona ou um agente de curto-bloqueio similar, dosado a partir de um recipiente pressurizado com nitrogénio com a sua própria fonte de alimentação,que interrompe a reação química em segundos.

P: O que causa a formação de grãos ou coágulos e como é reduzido?

R: O grão forma-se através de quatro mecanismos: cisalhamento mecânico: uma velocidade excessiva da ponta do impulsionador ou uma bomba de cisalhamento elevado num circuito externo colidem partículas em crescimento e as unem,Reduzido mantendo a velocidade da ponta em 2-4 m/s e utilizando bombas de baixa cisalhamento em circuitos de circulação- agrupamento local de monómeros: a adição de alimentos à superfície ou numa zona de má mistura cria regiões ricas em monómeros onde ocorre a polimerização em massa,fixado por alimentação abaixo da superfície do líquido, directamente debaixo do impulsor. Folha de parede: o polímero adere a superfícies ásperas ou mal arrefecidas e eventualmente se desprende, impedido por eletrolição a Ra 0,4 μm e mantendo uma velocidade de parede adequada.adição de eletrólitos, mudança de pH, ou congelamento-descongelamento comprime a camada eléctrica dupla e colapsa a dispersão,Gerenciado controlando a ordem de adição e nunca permitindo que o látex congele durante o armazenamento ou transporte.

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