Спосіб отримання високомолекулярного продукту на основі сірки

Спосіб отримання високомолекулярного продукту на основі сірки, що включає співполімеризацію сірки дициклопентадієном в присутності стабілізатора, який відрізняється тим, що на стадії співполімеризації сірки дициклопентадієном додатково вводять ненасичений вуглеводень - аметилстирол, ініціатор і прискорювач реакції, причому спочатку вводять сірку, ініціатор і аметилстирол, отриману суміш перемішують при температурі 120-128°С протягом 5-10хв., а далі вводять дициклопентадієн і прискорювач, отриману суміш гомогенізують при температурі 125-128°С протягом 15-20хв. і здійснюють процес співполімеризації при температурі 128-132°С протягом 100150хв. з наступним охолодженням отриманого продукту до 85-110°С і закінченням процесу співполімеризації у змішувачі Вернера при повторному нагріванні до температури 128-135°С, кристалізацією продукту протягом 48год. при температурі 42±2°С, дробленням і помелом відомими методами, при цьому стадію перемішування, гомогенізації і співполімеризації здійснюють в одному апараті при співвідношенні сірки до ненасичених вуглеводнів 5-г7:1, а дициклопентадієн і а-метилстирол вводять у співвідношенні 0,5-4-3:1. со Корисна модель стосується хімічної технології, зокрема способів отримання високомолекулярних продуктів на основі сірки, що використовуються як вулканізуючі агенти в гумовотехнічній та шинній промисловості, а також як складовий компонент для дорожніх покрить. Відомий спосіб отримання співполімерної сірки шляхом взаємодії сірки з дициклопентадієном в автоклаві при перемішуванні у водному середовищі при температурі 120-200°С [1]. Проте здійснення процесу модифікації сірки дициклопентадієном під тиском з використанням автоклава потребує додаткових затрат на дороге обладнання, що ускладнює технологічний процес і сприяє його дорожчанню. Окрім того, взаємодія сірки з дициклопентадієном у водному середовищі при витраті води, що перевищує розхід сірки ~ в 6 раз, сприяє значним енергозатратам на стадію охолодження великої кількості води і викликає необхідність в здійсненні додаткової стадії для видалення вологи з отриманого продукту, зокрема стадії фільтрації та сушки при температурі 45-50°С, що в цілому ускладнює процес і впливає на його економічність. Найближчим технічним рішенням до запропонованого є спосіб отримання співполімерної сірки, що включає співполімеризацію сірки з дициклопентадієном в присутності стабілізатора, що взятий в кількості 0,1-0,5% від маси сірки при масовому співвідношенні сірки до дициклопентадієну 5-7:1, причому спочатку вводять сірку і стабілізатор, а потім дициклопентадієн. Першу стадію процесу здійснюють при температурі 130-145°С протягом 10-45хв. в емульгаторі з числом обертів 700-1500об/хв., а другу стадію процесу - при температурі 130-145°С протягом 3090хв. при перемішуванні в змішувачі з числом обертів 10-100об/хв. з наступним охолодженням отриманого продукту до 10°С, дробленням і криогенним помолом [2]. Використання в якості ненасиченого вуглеводню лише дициклопентадієну призводить до виникнення явища гельефекту за рахунок наявності в останньому двох подвійних зв'язків, що призводить до утворення трьохмірної радикальної співполімеризації, яка сприяє нерівномірному розподілу отриманого співполімеру і вільної сірки по об'єму продукту. Такий продукт забезпечує низькі О) 10071 показники при його застосуванні для вулканізації шин. Також здійснення стадій перемішування, гомогенізації і співполімеризації в різних апаратах призводить до ускладнення і дорожчання способу в цілому. В основу корисної моделі покладено завдання вдосконалення технології отримання високомолекулярного продукту на основі сірки в напрямку зміни технологічних параметрів основних стадій процесу, що забезпечує спрощення і здешевлення способу та підвищує ефективність технологічного процесу в цілому. Покладене завдання вирішується тим, що в способі отримання високомолекулярного продукту на основі сірки, що включає співполімеризацію сірки дициклопентадієном в присутності стабілізатора, згідно з корисною моделлю, на стадію співполімеризації сірки дициклопентадієном додатково вводять ненасичений вуглеводень метилстирол, ініціатор і прискорювач реакції, причому спочатку вводять сірку, ініціатор і метилстирол, отриману суміш перемішують при температурі 120-128°С протягом 5-10хв., а далі вводять дициклопентадієн і прискорювач, отриману суміш гомогенізують при температурі 125-128°С протягом 15-20хв. і здійснюють процес співполімеризації при температурі 128-132°С протягом 100150хв. з наступним охолодженням отриманого продукту до 85-110°С і закінченням процесу співполімеризації у змішувачі Вернера при повторному нагріві до температури 128-135°С, кристалізацією продукту протягом 48год. при температурі 42±2°С, дробленням і помолом відомими методами, при цьому стадію перемішування, гомогенізації і співполімеризації здійснюють в одному апараті при співвідношенні сірки до ненасичених вуглеводнів 5-7:1, а дициклопентадієн і -метил стирол вводять у співвідношенні 0,5-3:1. Введення -метилстиролу знижує ймовірність появи гельефекту (просторової радикальної співполімеризації) за рахунок наявності лише одного подвійного зв'язку. Введення ініціатора утворення радикалів і прискорювача реакції дозволяє вести процес при низьких температурах співполімеризації і регулювати вміст ненасичених вуглеводнів в макромолекулі та її розміри. Нижнє граничне значення температури гомогенізації сірки з ініціатором і -метилстиролом (120°С), а потім і з дициклопентадієном і прискорювачем обумовлене температурою плавлення сірки, а при температурі >128°С починається реакція співполімеризації в камері гомогенізатора. Інтервал граничних значень часу гомогенізації (5-10хв.) визначений експериментально: час гомогенізації 10хв. є недоцільним, оскільки це призводить до необхідності відведення залишкової механічної енергії перемішування. Нижнє граничне значення інтервалу температур, при якій проводять процес співполімеризації, (128°С) обумовлене початком взаємодії сірки з дициклопентадієном. При температурі, вищій за верхнє граничне значення (>132°С) дициклопентадієн швидко розкладається, виділяючи при цьому надлишок теплової енергії. При веденні процесу співполімеризації 150хв.) може початися просторова співполімеризація, внаслідок чого отримують пластичну масу, яка довго затвердіває і важко подрібнюється, що не відповідає потребам споживача по помолу і однорідності продукту. Інтервал температури, до якої охолоджують продукт (85-110°С), обумовлений умовами припинення реакції при 110°С і перебування продукту в текучому стані при температурі не нижчій 85°С. Температура і час витримки продукту в контейнерах (42±2°С і 48год.) забезпечують достатню кристалізацію продукту і якісний помол, при цьому вміст кристалічної частини (35-40%) забезпечує достатню твердість матеріалу, а також стабілізує температуру розм'якшення матеріалу в межах 4245°С, що дозволяє враховувати ефект механічного нагріву при помолі продукту. При співвідношенні сірки до ненасичених вуглеводнів 3:1 кількість подвійних зв'язків є недостатньою для здійснення оптимальної співполімеризації, внаслідок чого частина сірки буде непрореагованою. Таким чином, сукупність ознак корисної моделі, що заявляється, забезпечує досягнення вказаного технічного результату, зокрема: - спрощення технологічного процесу; - здешевлення способу в цілому; - підвищення ефективності технології отримання високомолекулярного продукту на основі сірки. Для підтвердження промислової придатності корисної моделі та можливості досягнення вказаного технічного результату наводимо опис послідовності технологічних операцій процесу та приклади конкретного виконання способу. Спосіб здійснюють таким чином. 10071 В реактор з паровим підігрівом і водяним охолодженням подають рідку сірку, ініціатор та метилстирол при температурі 125±3°С. При введенні ініціатора зростає концентрація вільних радикалів в сірці. Розподілення ініціатора по всьому об'єму сірки здійснюється за допомогою турбінної мішалки гомогенізатора, яким обладнаний пристрій для отримання високомолекулярного продукту, а також турбінною мішалкою реактора. Число обертів мішалки становить 100-200об/хв., число обертів гомогенізатора - 700-800об/хв. Перемішування рідкої сірки, ініціатора та -метилстиролу здійснюють протягом 5-10хв. Для рівномірного розподілу ініціатора по всьому об'єму рідкої сірки використовують турбінну мішалку реактора і гомогенізатор, причому ініціатор подають на вхід гомогенізатора. В процесі проведення реакції на першій стадії відбувається гомогенізація компонентів суміші. При цьому працює турбінна мішалка і гомогенізатор, на вхід якого подається рідкий ненасичений вуглеводень. Після гомогенізації гомогенізатор виключають і продовжують процес співполімеризації при включеній турбінній мішалці. На наступному етапіреакції співполімеризації включають роторний гомогенізатор. Знизу подають дициклопентадієн і прискорювач хімічної реакції взаємодії сірки з ненасиченими вуглеводнями. При цьому зростає швидкість взаємодії вільних радикалів сірки і збільшується концентрація високомолекулярних сполук при низькій температурі і витраті ненасичених вуглеводнів. Гомогенізацію суміші здійснюють при температурі 125-130°С протягом 15-20хв. при числі обертів до 800об/хв. Після цього гомогенізатор виключають і процес співполімеризації продовжують при включеній турбінній мішалці. Оскільки реакція екзотермічна, а сірка і продукт співполімеризації мають низьку теплопровідність і низький коефіцієнт теплопередачі, то періодично необхідно відводити теплоту реакції за допомогою водяного охолодження через стінку сорочки для парового підігріву. Для цього необхідно відключити пару, випустити конденсат і подавати воду, а потім знову здійснювати паровий підігрів для досягнення оптимального температурного режиму реакції, попередньо випорожнивши від води сорочку реактора. Тому з метою спрощення, здешевлення і скорочення технологічного процесу в пристрої для отримання високомолекулярного продукту на основі сірки передбачено дві сорочки: для парового підігріву і водяного охолодження одночасно по окремих сорочках. Для підтримки оптимального температурного режиму можна змінювати розхід пари або води або відключити подачу одного з них, що може здійснюватись в автоматичному режимі у відповідності із заданою температурою суміші і води на виході з реактора. Процес співполімеризації сірки здійснюють при температурі 128-132°С протягом 100-150хв. Після закінчення процесу початкової співполімеризації продукт в реакторі охолоджують до температури 85-110°С. Охолодження отриманого продукту до вказаної температури здійснюється при включеній турбінній мішалці пристрою, що запобігає розшаровуванню продукту внаслідок різної питомої ваги як реагентів, так і високомолекулярних сполук. Оскільки кінцевий продукт при повній співполімеризації має високу в'язкість (більше ЮООПз), що ускладнює його вивантаження з реактора, кінцеву стадію співполімеризації здійснюють в апаратах, придатних для перемішування і вивантаження високов'язких речовин. Отриманий напівпродукт при температурі 85110°С подають в змішувач типу ЗШ або реактор з гвинтовою мішалкою і нижнім випуском продукту через люк. Процес проводять при температурі 132-135°С протягом 30-60хв. Швидкість обертання перемішуючого пристрою 30-60об/хв. Готовий продукт випускають в герметичні контейнери, обладнані водяним підігрівом. Контейнери поміщають на склад, де витримують 20-25год. Температура в контейнерах підтримується в межах 42±2°С. В процесі витримки продукту при заданій температурі проходить часткова кристалізація продукту, внаслідок чого він набуває фізичних властивостей, які забезпечують проведення з ним механічних операцій, зокрема, дроблення і помолу. Оскільки сірчані співполімери мають низьку температуру розм'якшення (42±2°С), а в процесі помолу основна механічна енергія апарату витрачається на підігрів внаслідок тертя, продукт в контейнері перед помолом охолоджують до температури