二氧化碳與環(huán)氧丙烷的共聚反應(yīng)的在線粘度計監(jiān)測

1、在線粘度計監(jiān)測二氧化碳與環(huán)氧丙烷的共聚反應(yīng) 閔加棟，張文彬，張亞明，王獻紅 * ，趙曉江，王佛松 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所 高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室，長春 130022 關(guān)鍵詞 ：二氧化碳 環(huán)氧丙烷 共聚 在線粘度二氧化碳與環(huán)氧丙烷交替共聚生成的可降解聚碳酸亞丙酯因其原料和產(chǎn)物具 有雙重的環(huán)境友好性一直受到廣泛關(guān)注。然而目前的研究大部分集中在催化劑的 開發(fā)設(shè)計上 ，對于聚合反應(yīng)工程的研究相對較少 。近年來，本研究組利用稀土三 元絡(luò)合催化體系實現(xiàn)了二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚的 工業(yè)化生產(chǎn)。在 工業(yè)化實施過 程中，我們深刻 的了解到聚合體系的粘度對于聚合攪拌器 的設(shè)計，反應(yīng)的傳質(zhì)傳 熱都是

2、一個較關(guān)鍵的控制因素。因此，對聚合過程中反應(yīng)體系的粘度 進行實時監(jiān) 控具有重 要的意義。二氧化碳與環(huán)氧丙烷的共聚 合反應(yīng)是一個多相體系，二氧化碳壓力通常在3 4MPa左右，反應(yīng)在液相本體中進行，生成的聚合物溶解于未反應(yīng)的環(huán)氧丙烷單體 中， 需要測量的液相本體的粘度即隨反應(yīng)時間不斷變濃 的聚合物溶液的粘度。聚 合物溶液屬于非牛頓流體 ，其粘度具有 剪切稀化的假塑性特性，因此粘度的測定 值與測定條件的剪切速率密切相 關(guān)。此外，高壓下二氧化碳在液相本體中的溶解 以及溫度對粘度的影響，都使得取樣監(jiān)測反應(yīng)體系的粘度無法得到真實的結(jié)果。本研究采用在線粘度 計實現(xiàn)對共聚反應(yīng)體系的粘度監(jiān)控。在線粘度 計依靠一

3、個 高頻振蕩的探頭插入 到反應(yīng)介質(zhì)中， 當(dāng)該元件剪切流體時 ，它將因粘性阻力而損 失能量。損失的能量被一個電子回路測量，并且通過一個信號處理器轉(zhuǎn)換成一個 可讀的粘度讀數(shù)。女如 Fig.1所示，剪切稀化的流體實際上被認為有兩個牛頓區(qū), 第一牛頓'區(qū)或低 牛頓'區(qū)在低剪切速率 范圍，而第二牛頓'區(qū)或高牛 頓'區(qū)在高剪切速率 范圍。在高、低 牛頓'區(qū)之間的區(qū)域，粘度明 顯隨剪切速 率變化。高頻振蕩使得 測量的剪切速率（1000-1）接近第二牛頓區(qū)，因此可以達到 牛頓流體那樣高的流程重復(fù)性，而不受到攪拌等反應(yīng)條件的影響,從而實現(xiàn)對工業(yè) 聚合反應(yīng)過程的實時監(jiān)控。F

4、ig.2是聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)粘度和溫度隨時間的變化關(guān)系。由Fig.2可以看 出，該聚合反應(yīng)存在一個大約1.5hr的反應(yīng)誘導(dǎo)期，隨后反應(yīng)體系的粘度隨反應(yīng)時 間逐步增長，當(dāng)反應(yīng)10hr時其粘度增長至1200cp左右。由于該聚合反應(yīng)需要通過 循環(huán)冷卻撤除反應(yīng)熱以維持，在實際聚合過程中， 反應(yīng)溫度會出現(xiàn)一定程度的波 動。當(dāng)反應(yīng)溫度降低時，粘度會相應(yīng)增大， 反之， 溫度升高會使體系粘度下降；同時，體系內(nèi)聚合物濃度的增長導(dǎo)致粘度持續(xù)增大，總體上使得粘度隨反應(yīng)時間 呈現(xiàn)波動上升的趨勢。共聚反應(yīng)的粘度變化行為已經(jīng)被用于工業(yè)化生產(chǎn)中的反應(yīng) 監(jiān)控。致謝：本工作得到中國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系列在線粘度計)特點連續(xù)高溫測

8、呈罐體或者管道安裝高靈敏度.高重現(xiàn)性無運動部件終身免維護注意：逞度，壓力和過程連± 1 %± 0.3 %0 -10 9 cP-40°C 450°C可選可選585mm> 4 kg316 SS (哈氏C可選)IP68Safe Area/Ga Ex ia IIC T4 T6Transducer可根據(jù)要求定制送器防護等級 電 源 模擬輸岀數(shù)字輸岀壓力補償: 報警:24V DC 100mA3 路 4-20mA 黏度.修正鄴度.湼度RS485 Modbus總線 支持支持2路電壓蝕點輸出中國上海漕寶路80號Signal Proce$(x» +86(0)

9、21 6089 6520 站 +86(0)21 5106 2822 info必科技產(chǎn)品研發(fā)】SILICON XT VALLE1合成樹脂在線粘度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(西南交通大學(xué)峻啟枝區(qū)四川峻眉山614202)摘在聚配亞啟薄朋生產(chǎn)線上.合成樹脂的粘度超影響曲BCP質(zhì)的飛耍因嚴之.如何準(zhǔn)確及etw.ift出樹脂粘度.困擾莆行業(yè)內(nèi)的工程技術(shù)人員.通過_個共體項目的設(shè)計過程.詳斥閘述在塊粘復(fù)側(cè)域的殊理和丈!的方法關(guān)聚貳亞啟薄族：樹脂合成,粘險自動控制1010M3-02中0B分類號，T0630. 53文獻標(biāo)識碼，A文章編號:1671-7597 (2011)0 91*聚酰亞胺薄膜是一種耐熱.耐建.耐輜射、介電性能

10、好的高級絕緣材 料.主要采用流12法生產(chǎn)合成樹肘的帖度.方面是聚酰亞胺酸分了雖 的反映：另-方面，宜接影騙流延法生產(chǎn)的聚酰亞胺薄籐的物理及各項電 性能指標(biāo).因此，反應(yīng)釜中合成樹脂的粘度監(jiān)控.對于聚酰亞胺薄膜的空 產(chǎn)至關(guān)加要對于高疑物的粘度.常釆用旋轉(zhuǎn)法測晝.在級粘度監(jiān)控.疋 址利用反應(yīng)爹攪拌器攪并時合成樹脂對攪樣器產(chǎn)生粘滯陽礙力矩.測It 和計算出攪拌器的輸出轉(zhuǎn)矩，從而計算1B合成樹脂的粘度。1帖度測廈at合成樹脂反應(yīng)釜.由不銹鋼釜體.昭動電機.擺線針輪減速機.攪捋 簽竽組成。根據(jù)電機學(xué)原理.對丁反應(yīng)釜攪拌電機.氏輸入右功功率 越括電動機鐵損、銅損、電動機與減速機及攪捋器的機械出耗.攪樣器輸

11、出的族轉(zhuǎn)機攝功率，表示為，P、二作 + &"+孚<i)式中* £ 電動機輸入有功功率，卩二-電動機鐵損.吒.-電幼機翎 掛；E“ 額定運行時，電動機.減速機及規(guī)持裝置機械擁耗總和R-電 機旅轉(zhuǎn)角電機額定運行時的旋轉(zhuǎn)角頻率：了-被攪拌介質(zhì)引起 的負載轉(zhuǎn)矩.由于電動機、減速機及反應(yīng)釜攪拌器的機械損耗主要曲序擦力矩產(chǎn) 生.因此總機械損耗與賛轉(zhuǎn)角頻率成疋比考也到一般情況下，電動機 定子銅損約等于轉(zhuǎn)f銅損則不難推導(dǎo)電動機錮損與電動機額定參數(shù)及輸 入有功功率的關(guān)系式1：甩=Hp二$2巳丄一片空也(2)d Pz Z 吃7式中：P'N 電動機額定運行時的輸入有功功uP

12、M * A 電動機輸入有功功率：Pi -電動機內(nèi)功率，忽略電機機械損耗時.p嚴Pi 弘-電動機額定功率：-電動機效專：電動機額定轉(zhuǎn)差率； 也電 動機額定運行時的則反應(yīng)釜攪持電動機輸入有功功率衣示為：A譏+ A尹也+孚也+m一 S N &2當(dāng)反應(yīng)釜空載.即反W筆內(nèi)沒有攪樣介質(zhì)時電動機輸入右功功率可 以表示為:片=站住普+活也(4)1s片 12卅式中：斥'-反應(yīng)釜空穀時電動機輸入有功功率：PQ -反應(yīng)釜空 釵時電動機的鐵損：Q'-反應(yīng)釜空栽時電動機的旋轉(zhuǎn)角頻率。從而得到：&=(心呪)+(A-&)尋也+與2也+m1-5a”忽略反應(yīng)釜空戰(zhàn)與負娥時対電動機啟轉(zhuǎn)角頻

13、率的影響，考也到電動機 鐵損棊本不變則由(5)式可以得到因為介質(zhì)粘度產(chǎn)生的負皴轉(zhuǎn)矩：叫zf-證卜護-嘆其中：K|轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)，用驅(qū)動電機右關(guān).Kx =1-M_e1 一斥由動力粘度的定義.顯然可以將合成樹脂的粘度表示為： “+“拙-片比心置中* “-被測介質(zhì)的粘度(Pa s) : K汀粘度轉(zhuǎn)矩系數(shù).即給度與 轉(zhuǎn)矩的比.通過応稻度粘度計測鼠對應(yīng)轉(zhuǎn)矩下的介質(zhì)粘度算得；K.=屮2 系 CUE*根拯上肯導(dǎo)出的粘度計算公式.耍實時監(jiān)控介質(zhì)粘度需要檢測電動 機的輸入有功功率、電機轉(zhuǎn)速.以及反應(yīng)釜空我時的電動機的輸入冇功功 率.同時還需雯一臺島精度粘度計.抽檢介質(zhì)粘度.計口粘度轉(zhuǎn)矩系數(shù). 圖1示岀了M反應(yīng)釜況

14、拌電機驅(qū)動及粘度測詼的電氣原理圖.圖中：Q1： 電動機保護空T開關(guān)：K1-K3：松遊Y/起動的交漁接繪Sh TI-T3：電流 互感器，變比50:5： U1：三相綜合電址表ZW6433B； U2：可編程序控制器 CPU224XP： U3：觸摸屏MT6070iH； Bl：測速編碼2SE6F-CWZ5C lOOOPo圖1 1U反應(yīng)釜粘度在線控制電氣原理圖2.1電動機綸入有功功率測三相綜合電最表的4-20mAffi擬輸出瑞，輸出有功功率信號.由于互感 器變比為50:5,故“電流倍率”為102< S7-200 CPU224XP有2個模擬輸 入通道，箱入電fK«ffl0-10Vo故在模擬輸

15、入靖并接500歐修高精度電阻， 將綜含電備表輸出的4-20bA電流信號轉(zhuǎn)為2-10V電壓信號.CPU224XP模擬 輸入的AD轉(zhuǎn)換精度為11位.滿H程AD轉(zhuǎn)換值320003設(shè)片為實際的電機 輸入有功功率則三相綜合電墩表的輸出電漁為：TT SILICONValley «a【島料技產(chǎn)品研發(fā)】"16嚴一必二 + 4 = 16><張 +4 = 16昱+ 4 (8)(dA -dAJ KPup-PopPg式中：八三相綜合電蛍我輸出的倍號電流，M： %以三相綜合電就 表顯示的有功功率二必4mA輸出對應(yīng)值：dA -20mA輸出對應(yīng)值：K-倍率系 數(shù).測眾有功功率時 KmU&qu

16、ot;.這里電壓倍率為1.電流倍率為10.故 冇功功率倍率：=»0： Pi -電動機輸入冇功功率，也是三郴電貴農(nóng)的顯示 值：你三相電負農(nóng)輸出下般.P» = K dA.這里取卜限三相電雖表輸出上限.P* = W注：在設(shè)理二相綜合電蚩農(nóng)時.満腋 種輸出對應(yīng)值dA，PK 則PLC«|擬輸入端的信號電爪為：l/»/?/«500x =8丄+ 2(9)1000 怙式中：-模擬輸入電尿.V： -電流倍號轉(zhuǎn)換為電壓信號并聯(lián)電阻. 則電動機輸入有功功那的AD轉(zhuǎn)換值：AHV0 = 32000t/ = 25600- + 640010 % 從而可以計篦出電動機綸入冇功

17、功率: /4/"0-6400門(10)<11)I 25600 譏負八如十空°02x0至？ “961-S.V1-0.022.4攪拌器空我功率測定當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)濟空時.起動攪拌電機.瀆出三相粽介電址表有功功率. 通過觸摸屛.給PLGft入反應(yīng)釜空戰(zhàn)功率2.5粘度轉(zhuǎn)矩戻數(shù)有了上述各項移數(shù).PLC就可以較為準(zhǔn)確地計算出反應(yīng)釜攪拌器綸出 的轉(zhuǎn)矩.并通過觸援屏M示岀來由于反應(yīng)釜攪樣器與反應(yīng)釜內(nèi)曜的幾何特征.無法由反應(yīng)釜的幾何尺 寸韜確計貝岀反應(yīng)釜攪拌器的轉(zhuǎn)矩粘度系數(shù).岡而只彳j通過島精度粘度 計.測聯(lián)杲一轉(zhuǎn)矩下介丿貞的實際粘反.計算出轉(zhuǎn)定枯發(fā)糸數(shù)并理過觸模 屏輸入到PLC從而PLC計

18、算出某-轉(zhuǎn)矩時對應(yīng)的介質(zhì)粘度.攪拌器的輸出 轉(zhuǎn)矩單位為：N” 粘度單位為:Pa-s .聚?；虬匪嶙阋环N分子彊較大的 高聚物.即是 種非牛頓液體，所以只冇當(dāng)剪切速奉較低対.才符恫定的 粘度(第-牛傾粘度).因而耍求粘度測秋時.反應(yīng)釜的攪拌速度滿足稔 界剪切速率的要求.2.2攪拌器旋轉(zhuǎn)角頻率計算將CPU224XP的100和I0I分別設(shè)空為山反應(yīng)釜和2口反應(yīng)釜高速計數(shù)器 HSCO和HSC3的計數(shù)輸入璃。選用i000P/r的測速編碼器.減速機皺速比為 1:17.設(shè)1秒時何內(nèi)高速計S2SJK計脈沖數(shù)為N.則攪拌器的族轉(zhuǎn)角頻率 為：口= N =(12：1000x172707式中：N 7秒時間內(nèi)高速計數(shù)器J

19、R計的脈沖數(shù);。-攪nS«E轉(zhuǎn)角 頻軋2.3轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)計算攪幷電機額定轉(zhuǎn)速為980rpm,額定效率91.2%,則轉(zhuǎn)矩修疋系數(shù)為：參再文飆：胡庚生、別敏強電機學(xué).中鳳電力出版社.2005.作者簡介：(1984.漢族，江蘇省揚州市寶應(yīng)縣人.本科在諫，H1%工程及Jt自動化$業(yè)(上接第21頁)須釆用明敷設(shè)時，則應(yīng)對金城管采取陰火保護措施.當(dāng)采用具冇非延燃性 絕緣和護奩的電纜時.可以不穿金屬保護th但應(yīng)將具敷設(shè)在電線世井 內(nèi).弱電線路的電纜宜與強電線路的電纜豎井分別設(shè)置.若因條件限制， 必須合用個電境樓井時.則應(yīng)將弱電線路與強電線路分別布買在豎井兩 橫向敷設(shè)亦建筑物的昭配管.側(cè)符宜徑不宜大

20、于25«>；水平或設(shè)在頂棚內(nèi)或墻內(nèi)的暗配符.鋼符H徑不宜大于20nun。從線槽、按線盒等 處引至火災(zāi)悴渕器的底殛盒.控制設(shè)備的接線盤、揚聲器箱等的線路應(yīng)穿 金屬狀代保護盡管火災(zāi)故廣播.消厲電話、火災(zāi)警伶等設(shè)備屬于消防輔助設(shè)備. 但其電氣配線«條件允許時可優(yōu)先采用阻燃中電線穿保護佇晞敷或采用規(guī) 范規(guī)定的耐火耐熱配線措施：當(dāng)采用期敷線路時.應(yīng)對線路做耐火處理或 考股滋規(guī)耐火耐熱配線措施.火災(zāi)應(yīng)急照明和繩散拒示標(biāo)志的電氣設(shè)計應(yīng) 符合規(guī)范規(guī)定：對于火災(zāi)時堅持繼續(xù)工作的地方和部位苴於低照度應(yīng)與 般丁作照明的照度相同；設(shè)?火災(zāi)應(yīng)急照明燈時應(yīng)保訐繼續(xù)工作所需的 m.應(yīng)急照明燈的工作

21、方式可分為專用和混用兩種：前者平時強行啟 點：后者與正常工作照明一樣，平時即點燃作為工作照明的一部分.往往 裝有照明開關(guān).必要時石令火災(zāi)屮故發(fā)生燈強行點嵩肚住宅的樓梯間 照明-般兼作事故疏散照明.通常樓梯燈采用定時白熄開關(guān).囚此需亦火 災(zāi)時嵐行啟點.3.2消防系統(tǒng)的接地按地裝賈地由接地體相樓地線州部分組成的，其基本作用是給接地故 障電流提供一條經(jīng)大地通向變壓器中性接地點的因路對雷電漁和小電電 流惟一的作用繪構(gòu)成與大地間的通路.無論阿種電流，幷其流過不良的接 地裝負時.均會引起火災(zāi).例如.絕緣損壞時.相線紜接地線或按地金屬 物之間的漏電.會形成火花敗電；在接地回路中.因接地線接頭太松或腐 怫徑.

22、使電阻增加形成局祁過熱：在盛用值冋路流通的接地故障電流，會 沿鄰近附抗小的接地金屬結(jié)構(gòu)流散.形成九光放電.產(chǎn)生電花點火識.在 低阻值回埒，若接地線截面過小.會形響其熱穩(wěn)定性，使接地線產(chǎn)生過熱 現(xiàn)彖.另外，即使接地裝置處善.如果接地故障御不到及時切除.接地故 障電流會使設(shè)備發(fā)站.扶至產(chǎn)生電弧或火花.同樣會引起電Y火災(zāi).為了保證消防系統(tǒng)正常工作.對系統(tǒng)的接地規(guī)定如下：火災(zāi)自動報 警系統(tǒng)應(yīng)在消防拎制屯設(shè)置專用接地板，接地裝5£的接地電職值應(yīng)符合 卜列要求當(dāng)采用專用接地轉(zhuǎn)賈時，接地電R1值不大于4th當(dāng)采用共用 接地裝世時.接地電阻值不應(yīng)大T1Q.火災(zāi)報舟系統(tǒng)W設(shè)專用接地F 線由消防控制引至接地體。專用接地干線應(yīng)采用銅芯絕緣導(dǎo)線.其 芯線截ifti積不應(yīng)小于25釘專用接地線就穿碩質(zhì)住級料管埋設(shè)至接地 體由消防控制室接地板引至族消防電子設(shè)無的專用接地線應(yīng)選用銅芯 刻H絕緣導(dǎo)線.其若線截面枳不應(yīng)小于4mm消防電了設(shè)備凡