二氧化碳与环氧丙烷的共聚反应的在线粘度计监测

1、在线粘度计监测二氧化碳与环氧丙烷的共聚反应 闵加栋，张文彬，张亚明，王献红 * ，赵晓江，王佛松 中国科学院长春应用化学研究所 高分子物理与化学国家重点实验室，长春 130022 关键词 ：二氧化碳 环氧丙烷 共聚 在线粘度二氧化碳与环氧丙烷交替共聚生成的可降解聚碳酸亚丙酯因其原料和产物具 有双重的环境友好性一直受到广泛关注。然而目前的研究大部分集中在催化剂的 开发设计上 ，对于聚合反应工程的研究相对较少 。近年来，本研究组利用稀土三 元络合催化体系实现了二氧化碳与环氧丙烷共聚的 工业化生产。在 工业化实施过 程中，我们深刻 的了解到聚合体系的粘度对于聚合搅拌器 的设计，反应的传质传 热都是

2、一个较关键的控制因素。因此，对聚合过程中反应体系的粘度 进行实时监 控具有重 要的意义。二氧化碳与环氧丙烷的共聚 合反应是一个多相体系，二氧化碳压力通常在3 4MPa左右，反应在液相本体中进行，生成的聚合物溶解于未反应的环氧丙烷单体 中， 需要测量的液相本体的粘度即随反应时间不断变浓 的聚合物溶液的粘度。聚 合物溶液属于非牛顿流体 ，其粘度具有 剪切稀化的假塑性特性，因此粘度的测定 值与测定条件的剪切速率密切相 关。此外，高压下二氧化碳在液相本体中的溶解 以及温度对粘度的影响，都使得取样监测反应体系的粘度无法得到真实的结果。本研究采用在线粘度 计实现对共聚反应体系的粘度监控。在线粘度 计依靠一

3、个 高频振荡的探头插入 到反应介质中， 当该元件剪切流体时 ，它将因粘性阻力而损 失能量。损失的能量被一个电子回路测量，并且通过一个信号处理器转换成一个 可读的粘度读数。女如 Fig.1所示，剪切稀化的流体实际上被认为有两个牛顿区, 第一牛顿'区或低 牛顿'区在低剪切速率 范围，而第二牛顿'区或高牛 顿'区在高剪切速率 范围。在高、低 牛顿'区之间的区域，粘度明 显随剪切速 率变化。高频振荡使得 测量的剪切速率（1000-1）接近第二牛顿区，因此可以达到 牛顿流体那样高的流程重复性，而不受到搅拌等反应条件的影响,从而实现对工业 聚合反应过程的实时监控。F

4、ig.2是聚合反应过程中反应粘度和温度随时间的变化关系。由Fig.2可以看 出，该聚合反应存在一个大约1.5hr的反应诱导期，随后反应体系的粘度随反应时 间逐步增长，当反应10hr时其粘度增长至1200cp左右。由于该聚合反应需要通过 循环冷却撤除反应热以维持，在实际聚合过程中， 反应温度会出现一定程度的波 动。当反应温度降低时，粘度会相应增大， 反之， 温度升高会使体系粘度下降；同时，体系内聚合物浓度的增长导致粘度持续增大，总体上使得粘度随反应时间 呈现波动上升的趋势。共聚反应的粘度变化行为已经被用于工业化生产中的反应 监控。致谢：本工作得到中国海洋石油新材料公司的支持Figure 1. S

5、hear thi nning fluid viscosity curve.Ct0conda> hleMOnkmFigure 2. Depe ndence of bulk viscosity on reacti on time and temperature.Copolymerizati on of Carbon oxide and Propyle ne oxide Mon itored ByIn-situ ViscometerJiadong Min, Wenbin Zhang, Yaming Zhang, Xianhong Wang*, Xiaojiang Zhao, Fosong Wa

6、ng(State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry , Chan gch un In stitute of AppliedChemistry , Chi nese Academy of Scie nces, Cha ngchu n, 130022)Abstract : The viscosity of polymerizatio n system is vital to both react ion mon itor and reactor desig n. Thus an in-situ viscometer was employ

7、ed to measure the bulk viscosity of copolymerizati on system of carb on dioxide and propyle ne oxide emplo ying rare-earth coord in ated catalyst.A n in itiator period of about 1.5hr was observed by the viscosity reacti on time depe nden ce. Un der a shear rate of 1000 and react ionXL系列在线粘度计)特点连续高温测

8、呈罐体或者管道安装高灵敏度.高重现性无运动部件终身免维护注意：逞度，压力和过程连± 1 %± 0.3 %0 -10 9 cP-40°C 450°C可选可选585mm> 4 kg316 SS (哈氏C可选)IP68Safe Area/Ga Ex ia IIC T4 T6Transducer可根据要求定制送器防护等级 电 源 模拟输岀数字输岀压力补偿: 报警:24V DC 100mA3 路 4-20mA 黏度.修正鄴度.湼度RS485 Modbus总线 支持支持2路电压蝕点输出中国上海漕宝路80号Signal Proce$(x» +86(0)

9、21 6089 6520 站 +86(0)21 5106 2822 info必科技产品研发】SILICON XT VALLE1合成树脂在线粘度监控系统设计(西南交通大学峻启枝区四川峻眉山614202)摘在聚配亚啟薄朋生产线上.合成树脂的粘度超影响曲BCP质的飛耍因嚴之.如何准确及etw.ift出树脂粘度.困扰莆行业内的工程技术人员.通过_个共体项目的设计过程.详斥闸述在块粘復側域的殊理和丈!的方法关聚贰亚啟薄族：树脂合成,粘险自动控制1010M3-02中0B分类号，T0630. 53文献标识码，A文章编号:1671-7597 (2011)0 91*聚酰亚胺薄膜是一种耐热.耐建.耐辎射、介电性能

10、好的高级绝缘材 料.主要采用流12法生产合成树肘的帖度.方面是聚酰亚胺酸分了虽 的反映：另-方面，宜接影骗流延法生产的聚酰亚胺薄籐的物理及各项电 性能指标.因此，反应釜中合成树脂的粘度监控.对于聚酰亚胺薄膜的空 产至关加要对于高疑物的粘度.常釆用旋转法测昼.在级粘度监控.疋 址利用反应爹搅拌器搅并时合成树脂对搅样器产生粘滞阳碍力矩.测It 和计算出搅拌器的输出转矩，从而计算1B合成树脂的粘度。1帖度测厦at合成树脂反应釜.由不锈钢釜体.昭动电机.摆线针轮减速机.搅捋 签竽组成。根据电机学原理.对丁反应釜搅拌电机.氏输入右功功率 越括电动机铁损、铜损、电动机与减速机及搅捋器的机械出耗.搅样器输

11、出的族转机摄功率，表示为，P、二作 + &"+孚<i)式中* £ 电动机输入有功功率，卩二-电动机铁损.吒.-电幼机翎 掛；E“ 额定运行时，电动机.减速机及規持装置机械拥耗总和R-电 机旅转角电机额定运行时的旋转角频率：了-被搅拌介质引起 的负载转矩.由于电动机、减速机及反应釜搅拌器的机械损耗主要曲序擦力矩产 生.因此总机械损耗与賛转角频率成疋比考也到一般情况下，电动机 定子铜损约等于转f铜损则不难推导电动机锢损与电动机额定参数及输 入有功功率的关系式1：甩=Hp二$2巳丄一片空也(2)d Pz Z 吃7式中：P'N 电动机额定运行时的输入有功功uP

12、M * A 电动机输入有功功率：Pi -电动机内功率，忽略电机机械损耗时.p严Pi 弘-电动机额定功率：-电动机效專：电动机额定转差率； 也电 动机额定运行时的则反应釜搅持电动机输入有功功率衣示为：A讥+ A尹也+孚也+m一 S N &2当反应釜空载.即反W笔内没有搅样介质时电动机输入右功功率可 以表示为:片=站住普+活也(4)1s片 12卅式中：斥'-反应釜空穀时电动机输入有功功率：PQ -反应釜空 釵时电动机的铁损：Q'-反应釜空栽时电动机的旋转角频率。从而得到：&=(心呪)+(A-&)寻也+与2也+m1-5a”忽略反应釜空战与负娥时対电动机啟转角频

13、率的影响，考也到电动机 铁损棊本不变则由(5)式可以得到因为介质粘度产生的负皴转矩：叫zf-證卜护-叹其中：K|转矩修正系数，用驱动电机右关.Kx =1-M_e1 一斥由动力粘度的定义.显然可以将合成树脂的粘度表示为： “+“拙-片比心置中* “-被测介质的粘度(Pa s) : K汀粘度转矩系数.即給度与 转矩的比.通过応稻度粘度计测鼠对应转矩下的介质粘度算得；K.=屮2 系 CUE*根拯上肯导出的粘度计算公式.耍实时监控介质粘度需要检测电动 机的输入有功功率、电机转速.以及反应釜空我时的电动机的输入冇功功 率.同时还需雯一台岛精度粘度计.抽检介质粘度.计口粘度转矩系数. 图1示岀了M反应釜况

14、拌电机驱动及粘度测诙的电气原理图.图中：Q1： 电动机保护空T开关：K1-K3：松遊Y/起动的交漁接绘Sh TI-T3：电流 互感器，变比50:5： U1：三相综合电址表ZW6433B； U2：可編程序控制器 CPU224XP： U3：触摸屏MT6070iH； Bl：测速编码2SE6F-CWZ5C lOOOPo图1 1U反应釜粘度在线控制电气原理图2.1电动机綸入有功功率测三相综合电最表的4-20mAffi拟输出瑞，输出有功功率信号.由于互感 器变比为50:5,故“电流倍率”为102< S7-200 CPU224XP有2个模拟輸 入通道，箱入电fK«ffl0-10Vo故在模拟输

15、入靖并接500欧修高精度电阻， 将综含电備表输出的4-20bA电流信号转为2-10V电压信号.CPU224XP模拟 输入的AD转换精度为11位.满H程AD转换值320003设片为实际的电机 输入有功功率則三相综合电墩表的输出电漁为：TT SILICONValley «a【岛料技产品研发】"16严一必二 + 4 = 16><张 +4 = 16昱+ 4 (8)(dA -dAJ KPup-PopPg式中：八三相综合电蛍我输出的倍号电流，M： %以三相综合电就 表显示的有功功率二必4mA输出对应值：dA -20mA输出对应值：K-倍率系 数.测眾有功功率时 KmU&qu

16、ot;.这里电压倍率为1.电流倍率为10.故 冇功功率倍率：=»0： Pi -电动机输入冇功功率，也是三郴电贵农的显示 值：你三相电負农输出下般.P» = K dA.这里取卜限三相电虽表输出上限.P* = W注：在设理二相综合电蚩农时.満腋 种输出对应值dA，PK 则PLC«|拟输入端的信号电爪为：l/»/?/«500x =8丄+ 2(9)1000 怙式中：-模拟输入电尿.V： -电流倍号转换为电压信号并联电阻. 则电动机输入有功功那的AD转换值：AHV0 = 32000t/ = 25600- + 640010 % 从而可以计篦出电动机綸入冇功

17、功率: /4/"0-6400门(10)<11)I 25600 讥負八如十空°02x0至？ “961-S.V1-0.022.4搅拌器空我功率测定当反应釜内濟空时.起动搅拌电机.渎出三相粽介电址表有功功率. 通过触摸屛.给PLGft入反应釜空战功率2.5粘度转矩戻数有了上述各项移数.PLC就可以较为准确地计算出反应釜搅拌器綸出 的转矩.并通过触援屏M示岀來由于反应釜搅样器与反应釜内曜的几何特征.无法由反应釜的几何尺 寸韬确计貝岀反应釜搅拌器的转矩粘度系数.冈而只彳j通过岛精度粘度 计.测联杲一转矩下介丿贞的实际粘反.计算出转定枯发糸数并理过触模 屏输入到PLC从而PLC计

18、算出某-转矩时对应的介质粘度.搅拌器的输出 转矩单位为：N” 粘度单位为:Pa-s .聚酰或胺酸足一种分子彊较大的 高聚物.即是 种非牛顿液体，所以只冇当剪切速奉较低対.才符恫定的 粘度(第-牛倾粘度).因而耍求粘度测秋时.反应釜的搅拌速度满足稔 界剪切速率的要求.2.2搅拌器旋转角频率计算将CPU224XP的100和I0I分别设空为山反应釜和2口反应釜高速计数器 HSCO和HSC3的计数输入璃。选用i000P/r的测速编码器.减速机皱速比为 1:17.设1秒时何内高速计S2SJK计脉冲数为N.则搅拌器的族转角频率 为：口= N =(12：1000x172707式中：N 7秒时间内高速计数器J

19、R计的脉冲数;。-搅nS«E转角 频轧2.3转矩修正系数计算搅幷电机额定转速为980rpm,额定效率91.2%,則转矩修疋系数为：参再文飆：胡庚生、別敏強电机学.中凤电力出版社.2005.作者简介：(1984.汉族，江苏省扬州市宝应县人.本科在谏，H1%工程及Jt自动化$业(上接第21页)须釆用明敷设时，則应对金城管采取阴火保护措施.当采用具冇非延燃性 绝缘和护奁的电缆时.可以不穿金属保护th但应将具敷设在电线世井 内.弱电线路的电缆宜与强电线路的电缆竖井分别设置.若因条件限制， 必须合用个电境楼井时.则应将弱电线路与強电线路分别布買在竖井两 横向敷设亦建筑物的昭配管.侧符宜径不宜大

20、于25«>；水平或设在顶棚内或墻内的暗配符.钢符H径不宜大于20nun。从线槽、按线盒等 处引至火灾悴渕器的底殛盒.控制设备的接线盘、扬声器箱等的线路应穿 金属状代保护尽管火灾故广播.消厉电话、火灾警伶等设备属于消防辅助设备. 但其电气配线«条件允许时可优先采用阻燃中电线穿保护佇晞敷或采用规 范规定的耐火耐热配线措施：当采用期敷线路时.应对线路做耐火处理或 考股滋规耐火耐热配线措施.火灾应急照明和绳散拒示标志的电气设计应 符合规范規定：对于火灾时坚持继续工作的地方和部位苴於低照度应与 般丁作照明的照度相同；设?火灾应急照明灯时应保讦继续工作所需的 m.应急照明灯的工作

21、方式可分为专用和混用两种：前者平时强行启 点：后者与正常工作照明一样，平时即点燃作为工作照明的一部分.往往 裝有照明开关.必要时石令火灾屮故发生灯强行点嵩肚住宅的楼梯间 照明-般兼作事故疏散照明.通常楼梯灯采用定时白熄开关.囚此需亦火 灾时嵐行启点.3.2消防系统的接地按地装賈地由接地体相樓地线州部分组成的，其基本作用是给接地故 障电流提供一条经大地通向变压器中性接地点的因路对雷电漁和小电电 流惟一的作用绘构成与大地间的通路.无论阿种电流，幷其流过不良的接 地装負时.均会引起火灾.例如.绝缘损坏时.相线纭接地线或按地金属 物之间的漏电.会形成火花敗电；在接地回路中.因接地线接头太松或腐 怫徑.

22、使电阻增加形成局祁过热：在盛用值冋路流通的接地故障电流，会 沿邻近附抗小的接地金属结构流散.形成九光放电.产生电花点火识.在 低阻值回埒，若接地线截面过小.会形响其热稳定性，使接地线产生过热 现彖.另外，即使接地装置处善.如果接地故障御不到及时切除.接地故 障电流会使设备发站.扶至产生电弧或火花.同样会引起电Y火灾.为了保证消防系统正常工作.对系统的接地規定如下：火灾自动报 警系统应在消防拎制屯设置专用接地板，接地装5£的接地电职值应符合 卜列要求当采用专用接地转賈时，接地电R1值不大于4th当采用共用 接地装世时.接地电阻值不应大T1Q.火灾报舟系统W设专用接地F 线由消防控制引至接地体。专用接地干线应采用铜芯绝缘导线.其 芯线截ifti积不应小于25釘专用接地线就穿硕质住级料管埋设至接地 体由消防控制室接地板引至族消防电子设無的专用接地线应选用铜芯 刻H绝缘导线.其若线截面枳不应小于4mm消防电了设备凡