关于聚合工艺的相关要点研究

(整期优先)网络出版时间:2024-03-13
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关于聚合工艺的相关要点研究

祝相峰

中国石油广西石化分公司PMT3

摘 要:通过科技发展引导下不断的研究和实践,聚合生产工艺正经历着持续的更新和完善。进一步深入研究聚合工艺优化策略,有助于提高聚合物质量、产量和环境保护。为此,本文介绍聚合物生产中两项重要的聚合工艺,分析聚合工艺应用过程中,存在的安全问题,总结相关策略,为改进聚合工艺、实现安全生产提供参考。

关键词:聚合工艺;本体聚合工艺;溶液聚合工艺;釜式聚合反应器;聚合工艺危险性预防

0 引言

目前,在生产塑料、合成橡胶、化学纤维、涂料等领域中,聚合工艺这类高分子聚合物的主要生产方式尽管聚合工艺生产已经取得了重大进展,我国聚合物产量位居世界重要地位,几乎涉及工业、民用、军事、农业、建筑等各大重要领域,但是由于聚合工艺还存在一定不稳定性,在产量和安全方面仍有待进一步提升,优化工艺流程、提高工艺产能、确保工艺安全等工作,始终是需要投入和探讨的重要内容。

1 聚合与聚合工艺

聚合是有机化学和高分子化学中的重要术语,聚合主要由一种或多种小分子化合物通过反应转变为大分子聚合物,聚合物的分子量大体为1×104—1×107。聚合工艺就是涉及到化合物聚合反应的工艺过程。聚合工艺有多种方法,主要有适用于高粘度聚合的本体聚合工艺和溶液聚合工艺,适用于低粘度的悬浮聚合工艺和乳液聚合工艺,等。应用于聚合工艺生产的聚合反应器的类型主要有以下类型:釜式聚合反应器、塔式聚合反应器、管式聚合反应器、特殊型聚合反应器等;其中搅拌釜聚合反应器以其多变的形式,成为最常用于聚合物生产的聚合装置,约70%以上聚合工艺采用该类聚合反应器。

经过聚合工艺加工产生的聚合物,其主要具备以下特征:可塑性能强,成纤、成膜、高弹力效果,这些性能都是低分子量单体所不具备的,这类聚合物在工业、农业、建筑、军事、生产生活领域应用广泛,例如化学纤维、合成橡胶、塑料、涂料等,都属于高分子聚合物反应的主要产品。

2 聚合工艺

2.1 本体聚合法

本体聚合法因其聚合工艺应用相对简单,流程短,产品生产优势明显:无反应介质,产物纯净度高,聚合物易分离等特点,此法后处理过程简单,节省了复杂的分离回收等操作流程无需使用过多的生产设备,属于较为实用经济的一种聚合方法,显著优点促进本体聚合法被广泛的应用于聚合物生产。该聚合工艺表现出较好的聚合效果,采用釜式聚合反应器有效反应容积大,生产能力生产成本相对较有利于工业化、连续化、规模化生产。而且在聚合物生产领域发挥出较高的应用价值。以其科学高效的应用降低了聚合工艺成本,非常适合制造透明度和质量较好的板材和型材。本体聚合法也存在一定需要克服的不足:放热反应,传热系数小,散热困难,温度控制较难,造成聚合物分子量分布宽。需要采取合理的措施:合理设计反应器的形状大小增大传热面积,单体中加入聚合物;分段聚合(预聚合)粘度随转化率变化显著,产生凝胶效应,分子量很大;出现单体反应不完全情况时应该予以解决并去除。对工业化生产来说,研究和实践表明本体预聚方式安全和适合

2.2 溶液聚合法

溶液聚合法是聚合生产中常用聚合工艺,此法将单体溶解在适当的溶剂中,在催化剂的作用下,通过溶液蒸发的方式,释放聚合反应的热量,控制聚合反应温度,实现聚合物的收率,其中催化剂的选择和配比、温度的控制等都是非常重要的。工艺反应生成的聚合物溶解于所使用的溶剂中(如丙烯腈/NaSCN水溶液),或者不溶解于溶剂中(如丙烯腈/水),会得出不同的聚合物。该工艺的优点是以溶剂为传热介质时,聚合温度相对容易控制;由于溶剂的热能易传导作用,聚合物的分子量及分子量分布容易调节,聚合产物易于传送,当制造粘合剂、涂料及纺丝桨时,经过聚合之后的溶液,可以直接应用于生产。该工艺的局限性是因为单体浓度低,分子量不高,聚合速率偏慢;因为有溶剂回收及其纯化等各项工序,在生产过程中容易对环境造成污染,并且存在安全问题。聚合工艺应用难度大,相关人员要始终将工艺创新作为研究重点,不断优化溶液聚合法的应用方式,设法减少聚合反应生成的污染物。总体来讲,溶液聚合工艺在提高生产效率与产能方面,比本体聚合工艺更具有优势。

3 聚合工艺的危险性分析与控制措施

3.1 聚合工艺的危险性

聚合工艺具有一定的危险性,属于国家安全监管总局重点监管的危险化工工艺之一,这是由于聚合反应是一种放热反应,在反应过程中会释放出大量的热量,容易引发火灾和爆聚、自聚、燃爆等爆炸事故。这是由于:①聚合工艺所采用的原料,例如:苯、丙烯、乙烯、甲醛等均属于易燃易爆物质,同时,受到反应温度、搅拌速度、冷却效率等各项因素的影响,期间极易出现反应器内部过热的情况,引发的异常现象,是引起火灾和爆炸事故的根源;②聚合工艺使用催化剂多数是烷基铝等类型,化学反应活性高,接触空气易自燃,遇水会分解爆炸;③聚合反应设备、管道的腐蚀、胀裂,容易造成大量物料泄露,引起燃烧和爆炸,甚至大范围的环境污染。因此,聚合工艺成为我们国家安全监管总局重点监管的危险化工工艺之一。

3.2 聚合工艺安全控制措施

某企业通过开展精细化工反应安全风险评估,完善风险管理和控制措施,做到了有效防范聚合反应事故,极大提升企业安全生产水平。该企业采取的主要措施如下:

3.2.1 保证安全控制系统正常

聚合工艺生产期间要严格遵守各项安全控制和管理的基本要求:①反应釜的温度和压力等指标,要有实时监控、报警和联锁系统;②设置紧急冷却系统,当出现紧急情况时,确保紧急切断系统正常启动;③紧急加入反应终止剂系统;搅拌的稳定控制和联锁系统;④严格控制投料顺序和投料配比,进行料仓静电消除,安装可燃气体置换系统、可燃和有毒气体检测报警装置;⑤高压聚合反应釜设有防爆墙和泄爆面等。

3.2.2 主要采取的安全控制方式

按照我国精细化工反应安全风险评估规范的各项要求,工艺开始前要对反应中使用的原材料、中间物料、产品等,进行化学品热稳定测试,并进行化学反应过程中的热力学、动力学分析。将聚合反应釜内温度、压力与釜内搅拌电流、聚合单体流量、催化剂加入量、聚合反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系,在聚合反应釜处设立紧急停车系统。当反应超温、搅拌失效或冷却失效时,可以及时加入聚合反应终止剂,并具备安全泄放系统,或者设置其他风险管理和控制措施,以提升企业本质安全水平,防范事故的发生。反应前期要防止升温过快,当反应引发后,放热量逐渐增加,要及时冷却降温。

4 结语

随着聚合工艺的发展和进步,聚合物产能的不断增加,市场应用前景广阔今后,企业应不断完善聚合生产工艺,实现降本增效,并根据自身情况科学布局,配套建设具有市场容量发展前景的聚合物产品。

参考文献:

[1]徐宪义.聚合工艺的危险性分析与控制措施[J].北京:中国化学品安全协会,2023-11-02.

[2]蔡华伟.聚合工艺重点参数的监控及安全控制[J].化工管理,2014(15):186-188.