Отличительной особенностью процессов получения стереорегулярных каучуков (СКД, СКИ) полимеризацией в растворе является высокая вязкость реакционной среды, особенно к концу процесса, что вызывает большие затруднения при перемешивании рабочей массы и отводе от нее тепла.
Как показала практика и специальные исследования, мешалки обычного типа (рамные, пропеллерные, турбинные, лопастные) оказываются неэффективными, так как в этом случае на стенке аппарата остается, достаточно • большой слой жидкости (раствора каучука), не перемешиваемый мешалкой, который создает основное сопротивление теплоотдаче.
В настоящее время в отечественной промышленности применяются полимеризаторы со скребковыми мешалками (рис.9) объемом 16 и 20 м3. Полимеризатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с охлаждающей рубашкой 2. Внутри аппарата на вертикальном валу 3 закреплена ленточная мешалка 4, снабженная несколькими рядами (от 2 до 8) скребков 5. Вал мешалки полый, и в него можно подавать рассол. Аппарат изготовлен из двухслойной стали Ст.З + 0Х13, мешалка из стали 1Х13. Для обеспечения герметичности полимеризатора в сальник мешалки непрерывно подается трансформаторное масло, не содержащее влаги и сернистых соединений. Сальник уплотняют консистентной смазкой.
Рис. 9. Полимеризатор для получения каучуков полимеризацией в растворе:
1 — корпус; 2 - рубашка; 3 — вал; 4 — ленточная мешалка; 5 — скребки; б — мотор с редуктором; 7 — предохранительное устройство с мембраной.
Скребковое устройство (рис.10) состоит из собственно скребка, несущей рамы и упругих элементов, соединяющих скребок с рамой. В качестве упругих элементов применяются металлические стержни из пружинной стали. Соединение стержней с рамой и скребком осуществляется с помощью цанговых зажимов, что облегчает сборку и разборку скребкового устройства. Лезвие скребка изготовляется из фторопласта. Недостатком описанного скребкового устройства является интенсивный износ скребка. У мешалки со скользящими скребками (рис.11) износ скребка меньше. Благодаря гидродинамическому давлению клина жидкости, противодействующему упругой силе пружины, между кромкой скребка и стенкой аппарата остается тонкая пленка жидкости, выполняющая роль смазки и уменьшающая износ скребка от трения его о поверхность аппарата. Для создания клина скребок устанавливается под острым углом (j < 90°) к касательной к стенке аппарата.
Рис. 10. Скребковое устройство: 1 — цанговый зажим; 2 — пружина; 3 — планка; 4 — лезвие скребка.
Число скребков, устанавливаемых по сечению аппарата, зависит от его диаметра. По высоте скребки устанавливаются таким образом, чтобы поверхность, сметаемая одним скребком, перекрывалась поверхностями, сметаемыми соседними скребками (рис.12).
Интенсивный теплообмен при применении скребковой мешалки является следствием не турбулентности, создаваемой скребками, а того, что пограничный слой непрерывно удаляется со стенки скребками и смешивается с основной массой реакционной среды в центре аппарата.
Рис. 11. Схема скользящего скребка:
1— корпус; 2 — вал; 3 — каркас мешалки; 4 — пластинчатая пружина; 5 — скребок. Рис. 12. Схема расположения скребков в одной плоскости (а) и в разных плоскостях (б).
Частота вращения мешалки составляет 21 — 48 об/мин.
Растворная полимеризация, как и эмульсионная, осуществляется не в одном аппарате, а в батарее последовательно соединенных полимеризаторов (четыре, пять, шесть или больше).
Для искусственного растягивания процесса полимеризации, необходимого для обеспечения съема тепла, может быть предусмотрена дробная подача мономера в полимеризаторы батареи (первый, второй, третий, пятый и в любых других комбинациях). Растворитель и мономер могут подаваться предварительно охлажденными до — 15 °С, что позволяет снимать значительную часть тепла.
В описанной конструкции полимеризаторов со скребковыми мешалками все же наблюдается заметный перепад температур (а следовательно, и концентраций) в радиальном направлении, зависящий от вязкости полимеризата, что может приводить к снижению физико-механических показателей полимера. Уменьшение перепада температур в радиальном направлении могло бы быть достигнуто за счет повышения скорости вращения мешалки, однако при этом потребовалось бы создание приводов исключительно большой мощности и повышение интенсивности теплосъема не смогло бы обеспечить необходимый температурный режим из-за возрастающего тепловыделения вследствие перемешивания.
 |
Рис. 13. Перемешивающее устройство (а) и его вид сверху (б): 1—спирали ленточной мешалки;2 - скребки.
Более совершенной является одна из современных конструкций полимеризатора со скребковым перемешивающим устройством (рис.13). Ленточная мешалка 1 не имеет вала, что благоприятно сказывается на увеличении времени непрерьюной работы аппарата без его чистки. Мешалка представляет собой две спирали, соединенные в жесткую конструкцию; между витками спирали укреплены скребки. Конструкция мешалки обеспечивает равномерное распределение концентрационных и температурных полей во всем объеме аппарата, что повышает качество полимера. Скребковое устройство не имеет пружин и прижимается к стенке аппарата за счет силы, создаваемой сопротивлением перемешиваемой среды. Вследствие этого сила прижатия скребка 2 регулируется автоматически и величина ее возрастает с увеличением вязкости среды. Мешалка снабжена большим количеством скребков, чем в аппарате, показанном на рис. 9. Благодаря этому за один оборот мешалки каждый участок поверхности скребки ометают несколько раз, что также повышает эффективность отвода тепла. Коэффициент теплопередачи в описанном аппарате более высокий (до 400 Вт/(м2 *0С), что обеспечивает большую производительность полимеризатора. Объем аппарата 20 м3.