Исследование гидродинамического влияния на молекулярные параметры продукта полимеризации изопрена в присутствии неодимсодержащего каталитического комплекса

Аннотация

Представлены результаты исследования кинетических закономерностей процесса получения полиизопрена в присутствии неодимсодержащих каталитических систем для различных технологических режимов промышленного производства. Приведена кинетическая схема ведения процесса в условиях моноцентровой природы используемого катализатора, по которой составлена математическая модель процесса полимеризации изопрена для периодического и непрерывного режимов ведения процесса. При математическом описании процесса применен кинетический подход к решению задач химической кинетики в сочетании с методом моментов. Для оценки гидродинамического влияния, оказываемого реализацией процесса в каскаде реакторов, построенная кинетическая модель дополнена макрокинетическим модулем, который учитывает соответствующие закономерности. Определены особенности расчета пусковых и статических режимов непрерывного производства. С использованием численных методов расчета получены зависимости изменений молекулярных параметров получаемого продукта для различного числа реакторов, применяемых в системе непрерывного производства, в условиях статического режима. Показано влияние гидродинамического режима в зоне реакции на молекулярно-массовое распределение получаемого продукта. В результате проведения вычислительных экспериментов, ориентированных на увеличение длины каскада реакторов, отмечен рост усредненных молекулярных масс и приближение полученных значений к величинам, характерным для периодического режима ведения процесса

Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России (код научной темы FZWU-2020-0027)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А., Подвальный С.Л. и др. Исследование гидродинамического влияния на молекулярные параметры продукта полимеризации изопрена в присутствии неодимсодержащего каталитического комплекса. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 5 (104), с. 120--138. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-5-120-138

Литература

[1] Ren C., Li G., Dong W., et al. Soluble neodymium chloride 2-ethylhexanol complex as a highly active catalyst for controlled isoprene polymerization. Polymer, 2007, vol. 48, iss. 9, pp. 2470--2474. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.02.027

[2] Марина Н.Г., Монаков Ю.Б., Сабиров З.М. и др. Соединения лантаноидов --- катализаторы стереоспецифической полимеризации диеновых мономеров (обзор). Высокомолекулярные соединения, 1991, т. А33, № 3, с. 467--496.

[3] Жаворонков Д.А., Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А. и др. Моделирование и теоретические исследования процесса полимеризации изопрена в присутствии микрогетерогенных неодимовых каталитических систем. Вестник Башкирского государственного университета, 2018, т. 23, № 4, с. 1079--1083.

[4] Левковская Е.И., Бубнова С.В., Бодрова В.С. и др. Полимеризация изопрена в присутствии каталитических систем на основе соединения гадолиния. Каучук и резина, 2014, № 1, с. 12--15.

[5] Захаров В.П., Мингалеев В.З., Захарова Е.М. и др. Совершенствование стадии приготовления неодимового катализатора в производстве изопренового каучука. Журнал прикладной химии, 2013, т. 86, № 6, с. 967--971.

[6] Берлин А.А., Дюмаев К.М., Минскер К.С. и др. Трубчатые турбулентные реакторы --- основа энерго- и ресурсосберегающих технологий. Химическая промышленность, 1995, № 9, с. 550--559.

[7] Минскер К.С., Захаров В.П., Берлин А.А. Трубчатые турбулентные реакторы вытеснения --- новый тип промышленных аппаратов. Теоретические основы химической технологии, 2001, т. 35, № 2, с. 172--177.

[8] Захаров В.П., Мингалеев В.З., Берлин А.А. и др. Кинетическая неоднородность титановых и неодимовых катализаторов производства 1,4-цис-полиизопрена. Химическая физика, 2015, т. 34, № 3, с. 69--75. DOI: https://doi.org/10.7868/S0207401X15030139

[9] Мифтахов Э.Н., Насыров И.Ш., Мустафина С.А. и др. Исследование кинетики процесса полимеризации изопрена в присутствии неодимсодержащих каталитических систем, модифицированных в турбулентных потоках. Журнал прикладной химии, 2021, т. 94, № 1, с. 81--87.

[10] Усманов Т.С., Спивак С.И., Усманов С.М. Обратные задачи формирования молекулярно-массовых распределений. М., Химия, 2004.

[11] Friebe L., Nuyken O., Obrecht W. Neodymium-based Ziegler/Natta catalysts and their application in diene polymerization. In: Nuyken O. (eds). Neodymium based Ziegler catalysts --- fundamental chemistry. Advances in Polymer Science, vol. 204. Berlin, Heidelberg Springer, 2006, pp. 1--154. DOI: https://doi.org/10.1007/12_094

[12] Усманов Т.С., Максютова Э.Р., Гатауллин И.К. и др. Обратная кинетическая задача ионно-координационной полимеризации диенов. Высокомолекулярные соединения, 2003, т. 45, № 2, с. 181--187.

[13] Подвальный С.Л. Моделирование промышленных процессов полимеризации. М., Химия, 1979.

[14] Подвальный С.Л., Барабанов А.В. Структурно-молекулярное моделирование непрерывных технологических процессов многоцентровой полимеризации. Воронеж, Научная книга, 2011.

[15] Miftakhov E., Mustafina S., Petrenko V., et al. Modeling of a continuous process of isoprene polymerization in the presence of titanium-based catalyst systems under polycentric conditions. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1479, art. 012072. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1479/1/012072

[16] Аминова Г.А., Бронская В.В., Игнашина Т.В. и др. Анализ молекулярно-массового распределения и основных характеристик разветвленности полимера при синтезе каучука на неодимсодержащем катализаторе в каскаде реакторов непрерывного действия. Химическая промышленность сегодня, 2007, № 12, с. 36--44.

[17] Мануйко Г.В., Аминова Г.А., Бронская В.В. и др. Расчет молекулярно-массового распределения полимера, полученного в каскаде реакторов с учетом передачи цепи на полимер. Теоретические основы химической технологии, 2008, т. 42, № 3, с. 348--351.

[18] Островский Г.М., Волин Ю.М., Зиятдинов Н.Н. Оптимизация в химической технологии. Казань, Фэн, 2005.

[19] Мифтахов Э.Н., Мустафина С.А. Решение прямой задачи непрерывного процесса полимеризации изопрена в присутствии микрогетерогенных каталитических систем. Патент РФ 2020610226. Заявл. 16.12.2019, опубл. 10.01.2020.

[20] Подвальный С.Л. Решение задач градиентной оптимизации каскадно-реакторных схем с использованием сопряженных систем. Вестник Воронежского государственного технического университета, 2013, т. 9, № 2, с. 27--32.

[21] Островский Г.М., Зиятдинов Н.Н., Лаптева Т.В. Оптимизация технических систем. М., КноРус, 2012.