Установка для получения сополимеров на основе n-винилпирролидона

Предложена установка для получения сополимеров на основе N-винилпирролидона с 2-метил-5-винилтетразолом (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридином (МВП), содержащая реактор, снабженный перемешивающим устройством, реактор с одной стороны соединен линией подачи жидкости через управляемый дозатор с резервуаром с мономером с наибольшей реакционной способностью, а с другой стороны он соединен с управляемым пробоотборником, пробоотборник с одной стороны соединен линией подачи жидкости с резервуаром с растворителем реакционной массы, а с другой стороны линией подачи жидкости он соединен с хроматографом, хроматограф соединен линией аналитического сигнала с управляющим устройством, управляющее устройство соединено первой линией управляющего сигнала с управляемым пробоотборником, второй линией управляющего сигнала оно соединено с хроматографом и третьей линией управляющего сигнала оно соединено с управляемым дозатором. Установка позволяет проводить управляемую сополимеризацию мономеров в случае существенных различий в скоростях элементарных стадий (инициирования, роста и обрыва цепи), а также при значительно различающейся реакционной способности вводимых в реакцию мономеров.

Полезная модель относится к установкам для проведения управляемой сополимеризации мономеров в случае существенных различий в скоростях элементарных стадий (инициирования, роста и обрыва цепи), а также при значительно различающейся реакционной способности вводимых в реакцию мономеров.

Более конкретно полезная модель предлагает техническое средство для получения сополимеров на основе N-винилпирролидона, представленных общей формулой (I):

,

где мономерное звено М представляет фрагмент 2-метил-5-винилтетразола (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридина (МВП):

,

а содержание мономерных звеньев n изменяется в пределах от 25 до 90% (мольн.). Предлагаемая установка позволяет получать сополимеры с заданной средневязкостной молекулярной массой в интервале от 15 до 250 кДа и заданным соотношением сомономеров в сополимере, что достигается применением хроматографа в качестве устройства, контролирующего состав реакционной смеси и подающего аналитический сигнал на устройство, управляющее подачей одного из реагентов.

Известна установка для получения сополимеров N-виниламидов, в частности, с ненасыщенными эфирами сорбозы (патент РФ 80845 на полезную модель, опубл. 27.02.2009). Указанная установка содержит рабочую камеру, с полостью которой соединены контейнеры с исходными компонентами. Для подачи исходных компонентов установка оснащена дозаторами, соединяющими контейнеры с исходными компонентами с рабочей камерой. Установка дополнительно снабжена системой выделения и очистки готового продукта, анализ которого осуществляется автоматически с применением хроматографа, снабженного различными детекторами (электрохимическим и ультрафиолетовым).

Основным недостатком известной установки является невозможность автоматического изменения расхода исходных компонентов в зависимости от характеристик получаемого продукта, поскольку обратная связь дозаторов с хроматографом отсутствует. В результате этого, управление процессом сополимеризации не может быть в должной степени реализовано.

Техническим результатом применения предлагаемой полезной модели является полностью автоматизированная установка, позволяющая управлять сополимеризацией мономеров со значительно различающейся реакционной способностью по заранее заданной математической модели процесса, а также автоматически компенсировать отклонения характеристик готового продукта за счет наличия обратной связи.

На чертеже показана принципиальная конструкция установки для получения сополимеров (МВТ) или (МВП) на основе N-винилпирролидона (Фиг.1). Основным технологическим узлом предлагаемой установки является реактор 1, снабженный перемешивающим устройством, который может быть дополнительно оборудован средствами для поддержания постоянной температуры или создания градиента температуры во времени, а также средствами для создания инертной атмосферы. Поток, содержащий мономер с наибольшей реакционной способностью, из резервуара 2 по линии подачи жидкости направляется в реактор 1 через управляемый дозатор 3. Отбор проб реакционной массы, их разбавление и промывка подающего тракта растворителем из резервуара 5 осуществляется управляемым пробоотборником 4, выход которого соединен с узлом ввода пробы 6 хроматографа 7. В результате хроматографического разделения в режиме реального времени хроматограф 7 подает на управляющее устройство 8 аналитический сигнал (АС), содержащий информацию о качественном и количественном составе пробы. Управляющее устройство 8 анализирует АС в соответствии с заранее заданной математической моделью процесса, генерирует и подает на дозатор 3 первый управляющий сигнал (УС1), подает на пробоотборник 4 второй управляющий сигнал (УС2) и подает на хроматограф 7 третий управляющий сигнал (УС3), что обеспечивает обратную связь.

Предлагаемая установка работает следующим образом. Перед проведением сополимеризации N-винилпирролидона с 2-метил-5-винилтетразолом (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридином (МВП) в управляющее устройство 8 вводят исполняемую последовательность команд, реализующую математическую модель процесса сополимеризации, а также начальные входные параметры, в частности: загрузку реагентов, температуру, количество инициатора и др. В резервуар 2 загружают композицию, содержащую второй сомономер, а в резервуар 5 загружают растворитель в количествах, несколько превосходящих рассчитанные из материального баланса процесса сополимеризации. В реактор 1 загружают требуемое количество композиции, содержащей N-винилпирролидон, включают перемешивающее устройство и обеспечивают заданную температуру.

Исполняемая последовательность команд управляющего устройства 8 открывает управляемый дозатор 3, обеспечивая поступление заданного количества композиции, содержащей второй сомономер, из резервуара 2 в реактор 1. По истечении времени, определенного математической моделью процесса сополимеризации, управляющее устройство 8 задействует пробоотборник 4, который отбирает из реактора 1 установленный объем реакционной массы, разбавляет его в потоке установленным объемом растворителя из резервуара 5, подает разбавленную пробу в узел ввода пробы 6 и обеспечивает промывку подающего тракта 46. В хроматографе 7 происходит разделение компонентов реакционной массы и определение их относительных содержаний. Указанная информация в виде АС поступает на управляющее устройство 8. Управляющее устройство 8 анализирует АС на предмет соответствия заданной математической модели и генерирует управляющие сигналы: останавливает работу пробоотборника 4 (УС1), запускает программу регенерации на хроматографе (УС2) и дозирует подачу второго сомономера (УС3). Приведенный цикл реализуется до достижения заданной степени сополимеризации, после чего управляющее устройство 8 прекращает подачу второго сомономера, останавливает работу пробоотборника 4 и запускает программу регенерации на хроматографе.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет получать сополимеры N-винилпирролидона с МВТ или 2 МВП, обладающие заранее заданными свойствами, в частности, средневязкостной молекулярной массой и соотношением мономерных звеньев.

Установка для получения сополимеров на основе n-винилпирролидона с 2-метил-5-винилтетразолом (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридином (МВП), содержащая реактор, снабженный перемешивающим устройством, реактор с одной стороны соединен линией подачи жидкости через управляемый дозатор с резервуаром с мономером с наибольшей реакционной способностью, а с другой стороны он соединен с управляемым пробоотборником, пробоотборник с одной стороны соединен линией подачи жидкости с резервуаром с растворителем реакционной массы, а с другой стороны линией подачи жидкости он соединен с хроматографом, хроматограф соединен линией аналитического сигнала с управляющим устройством, управляющее устройство соединено первой линией управляющего сигнала с управляемым пробоотборником, второй линией управляющего сигнала оно соединено с хроматографом и третьей линией управляющего сигнала оно соединено с управляемым дозатором.