朵偉芝

（安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽 巢湖238000）

聚醋酸乙烯聚合度的在線監(jiān)測

朵偉芝

（安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽 巢湖238000）

基于聚醋酸乙烯聚合度和粘度的線性關(guān)系以及哈根·泊肅葉方程，提出聚合度在線監(jiān)測的一種方法，該法應(yīng)用于在線聚合度監(jiān)測，結(jié)果令人滿意。

聚醋酸乙烯；聚合度；粘度；哈根·泊肅葉方程；在線監(jiān)測

在聚乙烯醇的生產(chǎn)工藝中，聚醋酸乙烯的聚合度決定著聚乙烯醇的聚合度，通過對聚醋酸乙烯聚合度的控制來實現(xiàn)不同品種聚乙烯醇的生產(chǎn)。因此，只有在聚合工段得到準(zhǔn)確聚合度才能保證聚乙烯醇的質(zhì)量穩(wěn)定。目前，分析人員從取樣到檢測往往耗費2～3h，得到的結(jié)果比較滯后，導(dǎo)致不能及時調(diào)整控制策略，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，尋找到一種能在線監(jiān)測聚醋酸乙烯聚合度的方法和顯得尤為重要。

1 推算聚合度的經(jīng)驗公式

1.1 理論公式的推導(dǎo)

聚合物溶液的粘度和聚合物的分子量有關(guān)。當(dāng)聚合物的種類、溶劑的種類和溫度一定時，聚合物的粘度η僅由分子量M來確定，可用公式η=K·Ma（式1）來表示。M和平均聚合度P的關(guān)系是：M=M0·P（式2），其中M0是一個聚合物結(jié)構(gòu)單元的分子量。由式1和式2得：η=K·（M0·P）a（式3），兩邊取對數(shù)得：ln[η]=lnK+a· lnM0+a·lnP（式4），令K1=lnK+a·lnM0，得到：ln[η]=a· lnP+K1（式5）。

對同一試樣的聚合度，當(dāng)溫度一定時，聚合物的濃度和粘度有一定的關(guān)系，聚合物的濃度隨著粘度的增大而增大?？紤]到此因素，我們可以用ln[η]/C來代替ln [η]，其中，C為濃度，于是，式5變?yōu)椋簂n[η]/C=a·lnP+ K1（式6），整理變形得：lnP=（1/a）·ln[η]/C-K1/a，令K1=1/a，K2=K1/a，得lnP=K1·ln[η]/C+K2（式7）。因此，由式7可知，lnP與ln[η]/C存在一定的線性關(guān)系[1]。

1.2 旋轉(zhuǎn)粘度計法測定粘度

稱取5g左右經(jīng)真空干燥充分的聚醋酸乙烯固體，加入100mL甲醇，加熱攪拌使其完全溶解，置于30℃的恒溫水浴槽中保溫1h，然后利用NDJ旋轉(zhuǎn)粘度計在750r/min的條件下測量其粘度η。再測經(jīng)烘干冷卻的稱量瓶的質(zhì)量為m0，取10mL聚醋酸乙烯的稀釋液置于此稱量瓶，稱重為m1，放入100℃～105℃紅外干燥箱內(nèi)烘烤45min后取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重為m2，濃度C=（m2-m0）/（m1-m0）·100%。經(jīng)過計算可得一系列的ln[η]/C數(shù)據(jù)。

1.3 奧式粘度計法測定聚合度

取上述稀釋液10mL，加入奧式粘度計中，放到（30±0.1）℃的恒溫水浴槽中，調(diào)整奧式粘度計與水平面垂直，測定稀釋液在粘度計中從A到B的時間Z1，反復(fù)測定三次，同時測定稀釋液的溫度，查表得K。

則N=10×（m2-m0）/K，n=lg（Z1/Z0）/N+（N-1）× 0.01+0.003，P=n×11638-1154，其中：K為溫度校正系數(shù)，Z0為奧式粘度計的甲醇空白。利用此公式計算得到聚合度P，由此可得lnP的一系列數(shù)據(jù)[2]。

1.4 數(shù)據(jù)擬合

利用Excel，繪制lnP-ln[η]/C的圖形，見圖1，經(jīng)過直線擬合處理得一元線性方程：y=4.5565x+6.2636，R2=0.9464，其中y為lnP，x為ln[η]/C。將lnP=K1·ln[η] /C+K2與y=4.5565x+6.2636進(jìn)行比較，得K1=4.5565，K2=6.2636，即式7可寫為：lnP=4.5565ln[η]/C+6.2636，此即為聚合度的經(jīng)驗公式。

2 聚合度在線監(jiān)測

假設(shè)一塔釜的聚醋酸乙烯溶液為牛頓流體，并在水平方向管道作穩(wěn)定的層流運動，取經(jīng)過樹脂冷卻器冷卻后的水平管道，則由哈根·泊肅葉方程得：Q=∏·R4·ΔP/（8·η·L），即η=∏·R4·ΔP/8·L·Q，其中：R為流體流經(jīng)管道的半徑，L為取樣段長度，ΔP為取樣段的水平壓差，Q為通過取樣段截面的流量[3]，如圖2。

圖1 lnP-ln[η]/C的線性關(guān)系

圖2 聚醋酸乙烯溶液流經(jīng)的水平管道

在樹脂冷卻器冷卻后的水平管道上取2m，在兩端安裝壓力表，在B端安裝渦輪流量計，利用η=∏·R4· ΔP/8·L·Q，通過信號傳輸和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理，可得在線的粘度。

利用此在線粘度和已有的一塔釜在線濃度的數(shù)據(jù)，以及之前得到的聚合度經(jīng)驗公式lnP=4.5565ln[η]/C+ 6.2636，經(jīng)過信號傳輸與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與處理，實現(xiàn)了在線實時聚合度的監(jiān)測。

生產(chǎn)實踐中，在線聚合度的變化趨勢為聚合工段調(diào)整聚合度提供了很好的方向。在生產(chǎn)穩(wěn)定時，在線聚合度與實際聚合度相差在±50以內(nèi)，指導(dǎo)性較強(qiáng)，但在線聚合度受外界溫度影響較大，在轉(zhuǎn)換品種過程中，在線聚合度與實際聚合度有較大誤差。

3 結(jié)論

（1）利用聚合度與粘度的關(guān)系，通過試驗得到了聚合度的經(jīng)驗公式lnP=4.5565ln[η]/C+6.2636，再根據(jù)哈根·泊肅葉方程η=∏·R4·ΔP/8·L·Q可以實現(xiàn)聚合度在線監(jiān)測。

（2）根據(jù)在線聚合度控制及時準(zhǔn)確地調(diào)整聚合度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。穩(wěn)定生產(chǎn)時，在線聚合度的控制誤差較小，在±50以內(nèi)，指導(dǎo)性強(qiáng)；在轉(zhuǎn)換品種或其它特殊情況時，在線聚合度可以提供準(zhǔn)確的變化趨勢，方便聚合工序及時進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)。

（3）此在線聚合度實時監(jiān)測控制還有很多不完善之處，比如，未考慮到溫度對聚合度的影響，因此在線聚合度受溫度的影響較大；另外，在轉(zhuǎn)換品種過程中監(jiān)測的準(zhǔn)確度還不夠高等。

（4）在線聚合度的監(jiān)測還需要在以后的長期生產(chǎn)實踐中進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

[1]潘祖仁.高分子化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]武漢大學(xué).分析化學(xué)[M].高等教育出版社，2000.

[3]崔鵬，魏鳳玉.化工原理[M].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003.□

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.05.031

O632.1

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1008-553X（2016）05-0100-02

2016-02-15

朵偉芝（1985-），女，畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，工程師，從事聚乙烯醇的研發(fā)工作，18792193382，duoweizhi007@163.com。