Исходным сырьём для синтеза полиуретана служит полиэфирный полиол, который обычно получают путём реакции органических поликарбоновых кислот с органическими многоатомными спиртами. Производственный процесс включает пять основных этапов: предварительная проверка перед началом производства, загрузка сырья, повышение температуры, добавление катализатора и повторное повышение температуры.

I. Обзор технологии Полиэфирные полиолы являются важным сырьём для синтеза полиуретановых материалов. В качестве сырья для полиэфирных смол обычно используются гидроксильные полиэфирные соединения, которые также называют полиэфирными полиолами. В промышленности эти полиэфирные полиолы, необходимые для производства алкидных смол и ненасыщенных полиэфиров, имеют относительно низкую молекулярную массу — обычно от 1000 до 3000. Полиэфирные полиолы на основе адипиневой кислоты обладают широким спектром применения: их можно использовать для производства мягких и жёстких полиуретановых пенопластов, резиновых клеев, искусственной кожи и лакокрасочных материалов. Благодаря тщательному проектированию технологических условий и экспериментам с соотношением исходных компонентов удалось получить полиэфирные полиолы на основе адипиневой кислоты с молекулярной массой примерно от 1500 до 2000. Используя эти полиэфирные полиолы методом заливки, можно получать полиуретановые материалы с широким спектром свойств. После многочисленных исследований была усовершенствована традиционная технология дегидратации азотом: были выявлены оптимальные температурные режимы, усилен вакуум и подобраны соответствующие сроки теплоизоляции — все эти важные этапы позволили сократить время реакции, снизить энергозатраты, добиться снижения себестоимости продукции и гарантировать высокое качество конечного продукта.

Во-вторых, перед началом производства убедитесь, что реакционный котёл пуст, нижний клапан закрыт, запасы сырья достаточны, а партии сырья, подлежащие загрузке, соответствуют требуемым параметрам и количеству. Убедитесь, что трубопроводы полностью продуты; продувка трубопроводов крайне важна, поскольку она влияет на последующую дегидратацию и может сказаться на оттенке конечного продукта. Закройте все клапаны на трубопроводах подачи сырья в каждый реакционный котёл; давление в реакционных котлах нормальное, мешалки в котлах работают исправно, циркуляция воды для мешалок также в норме. Блокировочные клапаны SV и ручные клапаны на байпасе ректификационной колонны (вакуумном трубопроводе) закрыты; регулирующий вакуумный клапан закрыт; клапаны SV и ручные клапаны на ректификационной колонне открыты. Дренажная линия находится в состоянии полного слива; открыт дренажный клапан и клапан выравнивания давления в газовой фазе дренажной линии. Слив из резервуара для回收 спирта уже осуществлён, клапаны вернулись в нормальное рабочее состояние. Температура и давление в котле находятся в пределах нормы; состояние котельной системы — нормальное. Клапаны на входе и выходе горячего масла работают исправно.

3. После завершения подачи сырья и продувки открыть клапаны для опорожнения дренажных линий и клапаны выравнивания давления, а также открыть люки, чтобы дополнительно убедиться в том, что реактор пуст. Начать подачу низкомолекулярного спирта: сначала зафиксировать расход на счетчике расхода низкомолекулярного спирта, убедиться, что запорные вентили на других реакторах закрыты, открыть необходимый запорный вентиль реактора, задать соответствующую программу на компьютере, сначала обнулить суммарный объем, ввести требуемое количество спирта и убедиться, что программа соответствует заказу. Запустить программу подачи сырья на отдельном компьютере. Прежде всего, проверить, запущен ли насос в зоне наполнения; зимой, из-за холодной погоды, насос может выйти из строя во время подачи сырья. В этом случае дальнейшая подача будет невозможна, что вызовет сложности и повлияет на производство. Далее проверить мгновенный расход — он должен находиться в диапазоне 6–8 м²/ч. Также следует обратить внимание на спирт: если в потоке расхода наблюдаются пузырьки более 30 минут, необходимо остановить программу, слить содержимое реактора и заново рассчитать объем подачи. После завершения подачи закрыть запорные вентили, записать данные и провести контрольную проверку, чтобы убедиться, что фактический объем подачи соответствует заказу; если объем оказался меньше, необходимо добавить недостающее количество. Проверить уровень жидкости в реакторе, взвесить 14 граммов OB-1 и засыпать их в реактор — это делается в основном для повышения белизны; однако не стоит добавлять слишком много, так как это может повлиять на цветовой тон продукта. Включить мешалку и мешать около 30 минут. Затем добавить адипиновую кислоту — нужно уточнить по заказу, какая именно адипиновая кислота требуется. Перед добавлением еще раз пересчитать количество адипиновой кислоты, чтобы убедиться, что его достаточно. Если количество недостаточно, не добавляйте кислоту и свяжитесь с руководством. Для добавления адипиновой кислоты установите воронку над реактором, поднимите адипиновую кислоту на воронку с помощью мостового крана. Во время движения крана не допускайте сильных колебаний мешка. С помощью ножа разрежьте дно мешка. Чтобы гарантировать соответствие качества и цветового тона продукта, не используйте адипиновую кислоту из грязных мешков. После добавления адипиновой кислоты плотно завяжите мешок и еще раз проверьте, сколько именно вещества было добавлено, чтобы избежать перепадов или недостаточного количества, что могло бы повлиять на последующее производство. Закрыть реактор, плотно прикрутить крышку люка, затянуть винты по диагонали, затем подать давление до 0,015 МПа и отключить подачу азота. Проверить герметичность с помощью мыльного раствора. Обратить внимание на наличие утечек: если есть утечки, проверьте, хорошо ли затянуты соединения, и повторно затяните их. Если прокладки плохо подобраны, своевременно замените их. Герметичность крайне важна: при плохой герметизации при нагреве содержимое реактора может начать вытекать наружу, что негативно скажется на производстве.

4. Нагревание: сначала осуществляется нагревание паром; цель состоит в том, чтобы температура пара была низкой, что позволяет адипиновой кислоте в реакторе полностью расплавиться, не пригорая к нагревательным трубкам. Когда температура достигнет 128℃ и в смотровом окне для слива появится вода, подтверждая, что содержимое реактора полностью расплавилось, пар следует отключить. Затем проверьте давление горячего масла — оно обычно должно находиться в пределах 0,15 МПа. После этого включите подачу горячего масла и настройте программу на автоматическое поддержание температуры 128℃; верхний предел устанавливайте в зависимости от состава исходного сырья. После часового поддержания постоянной температуры приступайте к следующей стадии. Дегидратация и нагрев: запустите программу дегидратации и нагрева; в течение этого периода внимательно следите за температурой на верхней части дистилляционной колонны — она не должна выходить за верхний и нижний пределы. Если температура выйдет за эти пределы, спирт из реактора начнёт улетучиваться, что скажется на кислотном числе. Во время дегидратации регулярно осматривайте систему: наблюдайте за состоянием потока воды в смотровом окне и за давлением на схеме процесса; обычно максимальное давление составляет 0,001 МПа. Если во время нагрева давление начинает меняться, возможно, произошло засорение трубопроводов — в этом случае используйте пар для прочистки трубопроводов. При повышении температуры можно включить азот на верхушке реактора — это способ борьбы с последствиями; также можно уменьшить скорость нагрева или изменить режим работы верхней части колонны, чтобы предотвратить появление перелива жидкости.

Пятое: После того как кислотное число катализатора будет соответствовать норме, добавьте необходимое количество катализатора в зависимости от марки сырья. Избыток или недостаток катализатора может повлиять на реакцию и привести к некачественному продукту. В этот период слейте回收 спирт, полученный в результате предыдущей реакции в печи; на откачку под вакуум потребуется около десяти минут. Запустите вакуумный насос: закройте нижний клапан буферного резервуара вакуумного насоса, закройте верхний сливной клапан, включите циркуляционную воду — не открывайте её слишком сильно; обычно достаточно открыть её примерно на одну треть. Затем включите вакуумный насос и проверьте, нет ли проблем с током и давлением в буферном резервуаре.

6. После того как образцы охлаждения будут признаны годными, приступайте к охлаждению: закройте клапан на выходе горячего масла, откройте клапан на выходе холодного масла, открыть клапан на входе холодного масла и включите насос холодного масла. Установите температуру на выходе на уровне 40 °C, наблюдайте за давлением — обычно оно составляет около 0,2 МПа. Проверьте, не изменилась ли температура горячего масла в каждом реакторе. После охлаждения остановите оборудование.

7. Заключение

1. Продолжительность теплоизоляции, то есть время реакции при высокой температуре, увеличиваясь, приводит к сокращению общего количества экстрактивных веществ и соответствующему удлинению общей продолжительности реакции.

2. Повышение температуры благоприятно для реакции поликонденсации спиртов и кислот — оно снижает кислотное число до вакуумирования, сокращает время вакуумирования, увеличивает выход воды и уменьшает количество извлекаемых веществ. Однако температура реакции не должна быть слишком высокой, так как при чрезмерно высокой температуре легко происходит разложение с отщеплением карбоксильной группы.

3. Влияние количества кислоты на количество этиленгликоля оказывает воздействие как на кислотное число до, так и после вакуумирования. В процессе чистой спиртово-кислотной поликонденсации целесообразное введение ангидридов органических кислот благоприятно сказывается на контроле степени разветвления; при этом увеличивается выход воды и сокращается общее время реакции. Таким образом, добавление ангидридов органических кислот при определённой степени разветвления влияет на продолжительность вакуумирования, а также на выход воды и температуру её отвода.

4. Теория влияния гидроксильного числа. Гидроксильное число оказывает значительное влияние на технологию производства полиэфиров и эластомеров из полиуретана. При высоком гидроксильном числе до вакуумирования кислотное число низкое, а количество откачиваемого вещества — большое. Реальное гидроксильное число полиэфира увеличивается по мере роста теоретически рассчитанного значения. Время вакуумирования и вязкость полиэфира при степени разветвления 1/1 существенно зависят от гидроксильного числа. С увеличением гидроксильного числа время вакуумирования значительно сокращается, а вязкость полиэфира — снижается. При степени разветвления 1/2 при повышении гидроксильного числа температура выходящей воды также понижается.