Производство поливинилового спирта

Поливиниловый спирт получают в промышленности омылением ПВА, растворенного в метиловом спирте или метилацетате, в присутствии щелочи или кислоты. Наиболее распространен каталитический алкоголиз ПВА, протекающей по схеме:

Скорость этого процесса и физическое состояние образующегося ПВС определя­ется модулем ванны (массовым соотношением ПВА: метанол) и интенсивностью перемешивания реакционной смеси. Интенсивность процесса заметно снижается при наличии воды и повышается с ростом температуры.

Виниловый спирт в момент получения изомеризуется в ацетальдегид:

ПВС нерастворим в метаноле, поэтому по мере увеличения содержания в нем гидроксильных групп (60 % превращенных ацетатных групп) он выпадает из реакционной смеси в виде тонкого порошка, мелких гранул или геля в зависимости от модуля ванны. Дальнейшее омыление протекает гетерогенно, причем лучше, если ПВС осаждается в виде порошка.

В промышленности получили распространение как периодические, так и непрерывные методы производства ПВС. Выбор того или иного метода определяется назначением ПВС и объемом его производства.

Технологический процесс производства ПВС периодическим методом заключается в омылении ПВА, отжиме, промывке и сушке порошка (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схема производства поливинилового спирта периодическим методом: 1 — реактор омыления; 2 — холодильник; 3 — центрифуга; 4 — сушилка

28-33 %-ный раствор ПВА в метаноле поступает в реактор омыления 1 объемом 20-40 м³, снабженный якорно-лопастной мешалкой, рубашкой и обратным холодиль­ником 2. Гидролиз проводится 6-8 %-ным метапольным раствором гидроксида на­трия, который вводится в реактор 1 порциями в несколько приемов. Обычно на 100 моль ПВА добавляют 1,1 моль щелочи. Для лучшего протекания процесса реак­ционную смесь разбавляют метанолом, подаваемым в реактор 1, до модуля ванны 1:3,5 1:3,7. Ниже приведена примерная рецептура омыления ПВА, масс, ч.:

ПВА 100

Метанол 350-370

Гидроксид натрия 0,51

Гидролиз ПВА проводится при 40-50°С в течение 3-5 ч до содержания ацетатных групп 1 -3%. По мере омыления ПВА выделяется ПВС в виде порошка, нерастворимого в метаноле. Изменение модуля ванны в первую очередь сказывается на характере порошка ПВС: чем меньше метанола, тем крупнее частицы ПВС. Крупный порошок плохо отмывается от следов щелочи.

Суспензию ПВС в смеси метанола и образовавшегося метилацетата подают на центрифугу 3 для отделения от жидкой фазы и промывки свежим метанолом. Порошок ПВС направляют в сушилку 4 (например, вакуум-гребковую), где он сушится при 40-55 °С и давлении 0,02-0,03 МПа до содержания летучих 2-4 %, а затем просеивают и упаковывают. Смесь метанола с метилацетатом поступает на регенерацию.

Порошкообразный ПВС имеет разнообразное применение, но если он предназначен для переработки в поливинилацетали, его растворяют в воде до отделения от метанола. В реактор, содержащий суспензию ПВС в смеси метанола и метилацетата, при непрерывном перемешивании и температуре 60-70°С добавляют порциями воду в таком количестве, чтобы получился 8-10 %-ный раствор ПВС в воде. Более летучие растворители (метанол и метилацетат) полностью отгоняют при кипении смеси и за­тем передают на регенерацию. Водный раствор ПВС после фильтрования поступает на ацеталирование.

Технологический процесс производства ПВС непрерывным методом основан на омылении ПВА водным или водно-метанольным раствором щелочи. Он включает следующие стадии: омыление ПВА, дробление, отжим и промывка ПВС, сушка порошка (рис. 9.3).

25 %-ный раствор ПВА в метаноле, нагретый до 50°С, шестеренчатым насосом подается на омыление в горизонтальный двухшнековый аппарат-омылитель 1, снабженный рубашкой для обогрева и шнеками, которые имеют по 18 витков и вращаются

навстречу друг другу со скоростью 0,25 об/с. Длина шнеков до 3000 мм, наружный диаметр аппарата 350 мм. В аппарат 1 одновременно подают водно-метанольный раствор (91% метанола, 6% воды и 3% NaOH) в таком количестве, чтобы модуль ванны по ПВА составил 1: 3,5. Омыление ПВА при 50-60°С продолжается 1-2 мин. Образующийся ПВС содержит 0,5-1,0% ацетатных групп. Производительность аппарата 270 кг/ч.

Суспензия ПВС непрерывно подается в дробилку 2, а затем в шнековый отжимной аппарат 3, фильтрат из которого после дополнительного фильтрования поступает в приемник и далее в аппарат для регенерации метанола. ПВС из отжимного аппарата переводят в дробилку 4, а затем шнековым транспортером 5 в бункер 6. Из него ПВС, содержащий до 60 % летучих, поступает в вакуум-гребковую сушилку 7 и после сушки при 50-60°С выходит в виде белого порошка с содержанием летучих 2-4%. После просеивания порошок упаковывается в тару.

Промышленностью выпускается два типа ПВС: полностью гидролизованный, содержащий 0,8-3 % ацетатных групп, и не полностью гидролизованный, содержащий 8-27 % ацетатных групп.

Остаточное содержание ацетатных групп оказывает сильное влияние на растворимость ПВС в холодной воде, на физико-механические и эксплуатационные свойства. ПВС различается также по молекулярной массе, которая изменяется от 10 000 до 100 000. Это проявляется в вязкости его 4 %-ных водных растворов (6-65 мПа•с). Молекулярная масса ПВС зависит от молекулярной массы ПВА. Изменяя условия полимеризации ВА, можно получить как низкомолекулярный, так и высокомолекулярный полимер.