تهیه دانش فنی میکرو سوسپانسیون پی وی سی
محور پژوهش
مواد پیشرفته و محصولات مبتنی بر فناوری‌های شیمیایی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی شیمی
حوزه پژوهش
بسته‌های دانش فنی واحدهای پالایشی و پتروشیمی
عنوان
تهیه دانش فنی میکرو سوسپانسیون پی وی سی
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: یکی از محصولات وارداتی مبتنی بر پی وی سی در کشور نوع میکرو سوسپانسیون است که کاربردهای متنوعی دارد و از جمله در تهیه چرم مصنوعی استفاده می شود. هدف از اجرای این پژوهش دستیابی به دانش فنی تولید این نوع پی وی سی و تعیین اثرات پارامترهای فرآیندی بر پودر تولید شده بود. با توجه به وارداتی بودن این ماده، تدوین دانش فنی تولید قدمی در راه بی نیاز سازی کشور از واردات این ماده است. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها در روش تولید پلی وینیل کلراید (PVC) به روش میکرو سوسپانسیون، ابتدا مخلوطی از منومر وینیل کلراید (VCM)، آب، امولسیفایر1 و آغازگر محلول در منومر هموژن شده و سپس این مخلوط توسط پمپ به داخل راکتور پلیمریزاسیون (اتوکلاو2) ارسال می شود. پلیمریزاسیون به صورت ناپیوسته3 و یا نیمه پیوسته4 انجام می شود (برای پلیمریزاسیون به صورت پیوسته5 در مقیاس های تجاری و صنعتی هیچ نمونه ای یافت نشد). مخلوط در حال بهم خوردن، تا دمای مطلوب گرم می شود تا پلیمریزاسیون برای ایجاد یک سوسپانسیون پایدار با یک توزیع اندازه مناسب صورت گیرد. هموژناسیون مخلوط قبل از پلیمریزاسیون با به کار گرفتن نیروی های تنشی6 بالا انجام می شود. تجهیزات مناسب برای هموژناسیون در مقیاس صنعتی معمولا پمپ با فشار بالا، اولتراسو نیفیکیشن7، آسیاب کن کلوئیدی8و همزن با سرعت بالا9 هستند. مخزن همزن دار که در ابتدای فرآیند قرار دارد مشابه رآکتور پلیمریزاسیون بوده و 15 لیتر حجم دارد. این مخزن مجهز به ژاکت برای گردش آب سرد برای خنک کردن محتویات رآکتور است. قطر همزن، 10 سانتی متر و حداکثر دور آن تا 500 دور بر دقیقه است. مخزن همزن دار همچنین مجهز به بافل برای جلوگیری از تشکیل ورتکس است. مخزن همزن دار مجهز به نازل هایی برای ورود مواد جامد و خوراک مایع به داخل مخزن است. هموژنایزر از نوع پمپ با فشار بالا دو مرحله ای با ظرفیت 60 لیتر بر ساعت با قابلیت تنظیم فشار شیرهای اول و دوم و قابلیت تامین 400 بار فشار پس از ظرف همزن دار قرار گرفته است. رآکتور پلیمریزاسیون مشابه مخزن همزن دار با حجم 15 لیتر و مجهز به ژاکت و بافل و قطر همزن آن 10 سانتی متر است. دور همزن قابل تنظیم و حداکثر 150 دور بر دقیقه است. برای اتصال تجهیزات از لوله های با جنس فولاد ضد زنگ 31610 با قطر یک اینچ استفاده شده است. ابتدا آب دیونیزه به میزان 85/6 کیلوگرم به تانک همزن دار اضافه می شود. سپس عامل امولسیفایر سدیم لوریل سولفات (یا سدیم دو دسیل بنزن سولفونات) به میزان 50 گرم به تانک اضافه می شود. سپس ماده لوریل پروکساید (آغازگر) به میزان 10 گرم به مخزن اضافه می شود. سپس تانک به کمک نیتروژن از هوا تخلیه می شود. با استفاده از جریان آب سرد در ژاکت مخزن، محتویات مخزن سرد نگهداشته می شود. در همین حین 5 کیلوگرم وینیل کلراید به تانک همزن دار افزوده می شود. محتویات مخزن همزن دار برای مدت 15 دقیقه با سرعت 300 دور بر دقیقه همزده می شود در حالیکه دمای داخل تانک همزن دار به گونه ای کنترل می شود که از 30 درجه سلسیوس بیشتر نشود. پس از گذشت زمان 15 دقیقه، شیر ورودی به هموژنایزر باز شده و مخلوط داخل مخزن همزن دار توسط یک پمپ به هموژنایزر از نوع پمپ با فشار بالا هدایت می شود. فشار دو هد هموژنایزر روی مقدار دلخواه تنظیم شده (مثلا bar 150 برای مرحله اول و bar 50 برای مرحله دوم) و خروجی هموژنایزر به داخل تانک همزن دار بازگردانده می شود. این جریان برگشتی برای مدت 15 دقیقه (در برخی آزمایشات تا 45 دقیقه) بین تانک همزن دار و هموژنایزر برقرار است در حالیکه تانک همزن دار توسط آب سرد خنک می شود و دمای آن پایین تر از 30 درجه سلیسیوس کنترل می شود. لازم به ذکر است خروجی هموژنایزر قبل از تحت فشار قرار گرفتن دو هد هموژن نشده و نباید به رآکتور وارد شود. به همین دلیل مواد اولین گذر حتما باید به مخزن همزن دار بازگردانده شود. پس از فشار گرفتن هد ها خروجی هموژنایزر می تواند به رآکتور هدایت شود. رآکتور پلیمریزاسیون توسط پمپ خلا از هوا تخلیه شده و شیر خروجی از هموژنایزر به رآکتور باز شده و شیر بازگشت به مخزن همزن دار بسته می شود. دور همزن رآکتور در 150 دور بر دقیقه تنظیم شده و آب گرم داخل ژاکت رآکتور برقرار شده و دمای داخل رآکتور در دمای از پیش تعیین شده کنترل می شود (مثلا 58 درجه سلیسیوس). امولسیون بدست آمده سپس به داخل راکتور پلیمریزاسیون از جنس استنلس استیل11 با حجم 15 لیتر وارد می گردد. قبل از ورود مواد به داخل راکتور، داخل راکتور می بایست توسط پمپ خلاء پرج و از هوا تخلیه گردد. واکنش پلیمریزاسیون وینیل کلراید در دمای 58 - 50 درجه سانتی گراد انجام می گیرد در حالیکه همزن با دور بین 150- 50 دور در دقیقه مواد در داخل راکتور را به آرامی بهم می زند. همزمان با افزایش دمای محتویات داخل رآکتور، فشار داخل رآکتور نیز افزایش می یابد و با کنترل دما در دمای از پیش تعیین شده فشار ثابت می شود. بعلت گرما زا بودن واکنش پلیمریزاسیون لازم است آب سرد درون ژاکت رآکتور جریان یابد تا دما در مقدار تعیین شده تثبیت شود. واکنش پلیمریزاسیون در دمای ثابت ادامه یافته تا کاهش فشار مشاهده شود. پس از مشاهده کاهش فشار پلیمریزاسیون برای مدت یک ساعت ادامه یافته و سپس آب سرد داخل ژاکت جریان یافته تا دمای محتویات رآکتور کاهش یابد. پس از کاهش دمای محتویات داخل رآکتور تا 40 درجه سلیسیوس شیر بالای رآکتور به آرامی باز شده و گاز خروجی به مسیر تخلیه هدایت شده تا فشار داخل رآکتور کاهش یابد. پس از رسیدن فشار داخل رآکتور به 2 بار، شیر تخلیه زیر رآکتور باز شده تا دوغاب درون رآکتور تخلیه شود. محصول (دوغاب) جمع آوری شده از درون فیلتر عبور داده شده تا محصول پلیمر خیس جدا شود. پلیمر خیس روی کاغذ الومینیوم پخش شده ودرون آون با دمای 40 درجه سلیسیوس به مدت 24 ساعت قرار داده می شود تا خشک شود. محصول خشک شده برای انجام آزمایشات تعیین مشخصات محصول (شاخص K، اندازه ذرات، جرم مولکولی، SEM، ویسکوزیته پلاستیسول) استفاده می شود. کلیه تجهیزات طراحی و در داخل ساخته شده و در محل منطقه ویژه اقتصادی بندرامام نصب و پی وی سی میکرو سوسپانسیون در آن تولید شده است. دانش فنی تدوین شده و هم اکنون آماده اجرا در مقیاس بزرگ صنعتی است. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط: