Polymerization Theory(brief)aks/oct

Polymerization Theory
(brief)








aks/oct-2016 1


Polymerization Parameters

Effect of Hydrogen concentration and polymerization temperature on polymer chain length (MFR) and Catalyst Yield (mileage)









aks/oct-2016 2


Polymer Chain Length

‘MFR’ of polymer is the inverse of polymer chain length, means

 A high MFR means a short chain length

 A low MFR means a long chain length




aks/oct-2016 3



Polymer Chain Length





Addition of HYDROGEN to the polymerization reaction controls the length of the polymer chain (i.e. MFR).

More the H2 in the loop, higher is the product MFR.











aks/oct-2016 4


Polymer Chain Length




Hydrogen acts as a chain transfer agent, means;

transferring the growing polymer chain off the catalyst active site, thus controlling the length of the chain.











aks/oct-2016 5


Polymer Chain Length


Without H2 addition, the polymer chains would continue to grow and block the active sites on the catalyst.

Thus, it would slow the polymerization
reaction and reduce yield (mileage).












aks/oct-2016 6


Polymer Chain Length







There is a direct logarithmic relationship between [H2] in the reactors and MFR.


















aks/oct-2016 7

Polymer Chain Length


H2 FEEDING LOOPS vs. MFR
(FT4S/TEAL/C Donor - Typical Plant Data)
10,000







1,000







100







10
0.1 1 10 100 1000
MELT FLOW RATE, (g/10min)

aks/oct-2016 8





Polymer Chain Length




To allow HIGH [H2] concentrations, without lowering reactor temperature, the reactor operating pressure of the loop reactors must be INCREASED.

note: this will be specifically needed for the high MFR reactor products (> 20 MFR) without cracking with peroxides.






aks/oct-2016 9


Polymerization Rate



H2 also increases the polymerization rate.

 Chain transfer rate of the growing polymer increases with increase in hydrogen concentration and Polymerization temperature.

 With a fixed polymerization time, yield
increases.



aks/oct-2016 10


Polymerization Rate




INCREASING the Reactor temperature INCREASES the polymerization (production) rate - This is desirable economic option.



















aks/oct-2016 11

Catalyst Mileage (Yield)

In production plants, catalyst performance is
referred to as YIELD or MILEAGE





Mileage = kg of PP / gm of
catalyst



aks/oct-2016 12


Catalyst Mileage (Yield)
Catalyst mileage is affected by several
parameters like,
• Polymerization time (residence time in
loop reactors)
• Polymerization temperature
• H2 concentration in the slurry
• Propane concentration in reactor








aks/oct-2016 13

Catalyst Mileage (Yield)


TYPICAL CATALYST YIELD vs.
POLYMERIZATION TIME
(TEMP = 70oC; C DONOR
60



50



40



30



20



10



0
0 1 2 3 4
POLYMERIZATI ON TIME (hrs)


aks/oct-2016 14



Catalyst Mileage (Yield)
Typical Catalyst Yield vs. Polymerization Temperature
Donor: C

45 Yield FT4S


40


35


30


25


20


15


10


5


0
40 50 60 70 80 90
POLYMERIZATI ON TEMPERATURE oC


aks/oct-2016 15


Catalyst Mileage (Yield)





For the Z-N catalysts, the reaction temperature is optimal at 70 °C.

 At 70 °C, catalytic system is best efficient both in terms of yield and of product morphology.

 At a lower temperature reduces catalyst yield, production capacity and polymer isotacticity.

 At a higher temperature has a marginal increase on catalyst yield.







aks/oct-2016 16

Catalyst Mileage (Yield)



Mileage is generally not corrected for the
reactor temperature.

It is estimated that each 1oC increase in reactor temp gives  2% increase in mileage.













aks/oct-2016 17

Catalyst Mileage (Yield)

In summary:

 Increasing residence time in reactor increases
mileage

 Increasing MFR of PP increases mileage


 Increasing reactor temperature increases mileage


 Increasing [propane] in reactor decreases mileage






aks/oct-2016 18



End…..




aks/oct-2016 19

Kết quả (Việt) 1:

Trùng hợp lý thuyết(tóm tắt)AKS/tháng mười-2016 1 Tham số trùng hợpTác động của nhiệt độ tập trung và trùng hợp hydro chiều dài chuỗi polyme (MFR) và chất xúc tác sản lượng (số dặm)AKS/tháng mười-2016 2 Chiều dài chuỗi polyme'MFR' polymer là nghịch đảo của chiều dài chuỗi polymer, có nghĩa là MFR cao có nghĩa là độ dài chuỗi ngắn MFR thấp có nghĩa là độ dài chuỗi dàiAKS/tháng mười-2016 3 Chiều dài chuỗi polymeBổ sung của HIĐRÔ vào phản ứng trùng hợp kiểm soát độ dài của chuỗi polyme (tức là MFR).Hơn H2 trong vòng lặp, cao là sản phẩm MFR.AKS/tháng mười-2016 4 Chiều dài chuỗi polymeHydro hoạt động như một đại lý chuyển chuỗi, phương tiện;chuyển chuỗi polyme đang phát triển ra chất xúc tác hoạt động trang web, do đó kiểm soát độ dài của chuỗi.AKS/tháng mười-2016 5 Chiều dài chuỗi polymeMà không cần bổ sung H2, Chuỗi polyme sẽ tiếp tục phát triển và ngăn chặn các trang web đang hoạt động trên các chất xúc tác.Vì vậy, nó sẽ làm chậm sự trùng hợpphản ứng và làm giảm năng suất (số dặm).AKS/tháng mười-2016 6 Chiều dài chuỗi polymeĐó là trực tiếp lôgarít mối quan hệ giữa [H2] trong các lò phản ứng và MFR.AKS/tháng mười-2016 7 Chiều dài chuỗi polymeH2 thức ĂN VÒNG vs MFR(Tài trợ TEAL-FT4S-C - dữ liệu điển hình thực vật)10.0001.000100100.1 1 10 100 1000Làm TAN CHẢY tỷ LỆ, (g / 10min)AKS/tháng mười-2016 8 Chiều dài chuỗi polymeĐể cho phép các nồng độ THẤP [H2], mà không làm giảm nhiệt độ lò phản ứng, các lò phản ứng áp lực của các lò phản ứng vòng lặp hoạt động phải được tăng LÊN.lưu ý: điều này sẽ được đặc biệt cần thiết cho các cao MFR lò phản ứng sản phẩm (> 20 MFR) mà không nứt với peroxides.AKS/tháng mười-2016 9 Trùng hợp tỷ lệH2 cũng làm tăng tỷ lệ trùng hợp. Chuỗi chuyển tốc độ phát triển polymer tăng cùng với sự gia tăng nồng độ hydro và trùng hợp nhiệt độ. Với một thời gian cố định trùng hợp, năng suấttăng.AKS/tháng mười-2016 10 Trùng hợp tỷ lệTĂNG nhiệt độ lò phản ứng TĂNG tỷ lệ trùng hợp (sản xuất) - đây là mong muốn lựa chọn kinh tế.AKS/tháng mười-2016 11 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Trong các nhà máy sản xuất, chất xúc tác hiệu suất làđược gọi là năng SUẤT MILEAGEMileage = kg PP / gm củachất xúc tácAKS/tháng mười-2016 12 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Chất xúc tác mileage bị ảnh hưởng bởi một sốCác thông số như thế nào,• Cách trùng hợp thời gian (thời gian cư trú ởlò phản ứng vòng lặp)• Nhiệt độ trùng hợp• H2 tập trung ở trong bùn• Propane nồng độ trong lò phản ứngAKS/tháng mười-2016 13 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Năng SUẤT chất xúc TÁC điển HÌNH vs.THỜI GIAN TRÙNG HỢP(TEMP = 70oC; NHÀ TÀI TRỢ C60504030201000 1 2 3 4POLYMERIZATI ON thời GIAN (giờ)AKS/tháng mười-2016 14 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Chất xúc tác điển hình năng suất vs trùng hợp nhiệt độNhà tài trợ: CNăng suất 45 FT4S403530252015105040 50 60 70 80 90POLYMERIZATI ON nhiệt ĐỘ oCAKS/tháng mười-2016 15 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Đối với những chất xúc tác Z-N, nhiệt độ phản ứng là tối ưu ở 70 ° C. Tại 70 ° C, các hệ thống chất xúc tác là tốt nhất hiệu quả về năng suất và các hình thái sản phẩm. ở nhiệt độ thấp làm giảm năng suất chất xúc tác, năng lực sản xuất và polymer isotacticity. ở nhiệt độ cao có tăng biên về năng suất chất xúc tác.AKS/tháng mười-2016 16 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Mileage nói chung không được sửa chữa cho cácnhiệt độ lò phản ứng.Chúng tôi ước tính rằng mỗi 1oC tăng nhiệt độ lò phản ứng cho  tăng 2% trong số dặm.AKS/tháng mười-2016 17 Chất xúc tác Mileage (năng suất)Tóm lại: Tăng thời gian cư trú ở lò phản ứng tăngmileage Tăng MFR của PP tăng mileage Tăng nhiệt độ lò phản ứng tăng mileage Tăng [propane] trong lò phản ứng giảm mileageAKS/tháng mười-2016 18 Kết thúc...AKS/tháng mười-2016 19

Kết quả (Việt) 2:

Trùng hợp Lý thuyết
(tóm tắt)








aks / oct-2016 1


trùng hợp Parameters

Ảnh hưởng của nồng độ hydro và nhiệt độ trùng hợp trên chiều dài chuỗi polymer (MFR) và Catalyst Năng suất (mileage)









aks / oct-2016 2


polymer chuỗi dài

'MFR' của polymer là nghịch đảo chiều dài chuỗi polymer, có nghĩa

 một MFR cao có nghĩa là chiều dài chuỗi ngắn

 một MFR thấp có nghĩa là một chuỗi dài dài




aks / oct-2016 3



polymer chuỗi dài





Bổ sung hydro để phản ứng trùng hợp kiểm soát độ dài của chuỗi polymer (tức là MFR ).

Nhiều H2 trong vòng lặp, cao hơn là các sản phẩm MFR.











aks / oct-2016 4


polymer chuỗi dài




Hydrogen hoạt động như một đại lý chuyển chuỗi, phương tiện;

chuyển giao các chuỗi polymer phát triển ra các trang web hoạt động xúc tác, do đó kiểm soát độ dài của chuỗi.











aks / oct-2016 5


polymer chuỗi dài


Nếu không có H2 Ngoài ra, các chuỗi polymer sẽ tiếp tục tăng trưởng và ngăn chặn các trang web đang hoạt động trên các chất xúc tác.

Vì vậy, nó sẽ làm chậm sự trùng hợp
phản ứng và làm giảm năng suất (mileage).












aks / oct -2016 6


polymer chuỗi dài







có một mối quan hệ trực tiếp giữa logarit [H2] trong các lò phản ứng và MFR.


















aks / oct-2016 7

polymer chuỗi dài


H2 ĂN Loops vs MFR
(FT4S / TEAL / C nhà tài trợ - dữ liệu Thực vật điển hình)
10.000







1000







100







10
0,1 1 10 100 1000
MELT FLOW RATE, (g / 10min)

aks / oct-2016 8





polymer chuỗi dài




Để cho phép CAO [H2] nồng độ, mà không làm giảm nhiệt độ lò phản ứng, áp suất vận hành lò phản ứng của các lò phản ứng vòng lặp phải được TĂNG .

lưu ý:. đây sẽ là cần thiết đặc biệt cho các sản phẩm của lò phản ứng MFR cao (> 20 MFR) mà không nứt với peroxit






aks / oct-2016 9


trùng hợp lệ



H2 cũng làm tăng tỷ lệ trùng hợp.

 tốc độ truyền chuỗi polymer tăng ngày càng tăng với sự gia tăng . nồng độ hydro và nhiệt độ trùng hợp

 với một thời gian trùng hợp cố định, năng suất
. tăng



aks / oct-2016 10


Polymerization Rate




tĂNG nhiệt độ lò phản ứng tĂNG sự (sản xuất) tỷ lệ trùng hợp -. Đây là lựa chọn kinh tế mong muốn



















aks / oct-2016 11

Catalyst Mileage (Yield)

trong các nhà máy sản xuất, hiệu suất xúc tác được
gọi là nĂNG sUẤT hoặc MILEAGE





Mileage = kg PP / gm của
chất xúc tác



aks / oct-2016 12


Catalyst Mileage (Yield)
Catalyst dặm bị ảnh hưởng bởi nhiều
thông số như,
• thời gian trùng hợp ( thời gian cư trú tại
các lò phản ứng vòng lặp)
• nhiệt độ trùng hợp
tập trung • H2 trong bùn
tập trung • Propane trong lò phản ứng








aks / oct-2016 13

Catalyst Mileage (Yield)


TIÊU BIỂU CATALYST LƯỢNG vs
trùng tHỜI gIAN
(TEMP = 70oC; C TÀI TRỢ
60



50



40



30



20



10



0
0 1 2 3 4
POLYMERIZATI ON TIME (giờ)


aks / oct-2016 14



Catalyst Mileage (Yield)
tiêu biểu Catalyst Yield vs trùng Nhiệt độ
nhà tài trợ: C

45 Yield FT4S


40


35


30


25


20


15


10


5


0
40 50 60 70 80 90
POLYMERIZATI VỀ nHIỆT oC


aks / oct-2016 15


Catalyst Mileage (Yield)





Đối với các chất xúc tác Zn, nhiệt độ phản ứng tối ưu ở 70 ° C.

 ở 70 ° C, hệ thống xúc tác có hiệu quả tốt nhất cả về sản lượng và hình thái sản phẩm.

 ở nhiệt độ thấp làm giảm năng suất chất xúc tác, năng lực sản xuất và isotacticity polymer.

 ở nhiệt độ cao có tăng nhẹ về năng suất chất xúc tác.







aks / oct-2016 16

Catalyst Mileage (Yield)



Mileage thường không được điều chỉnh cho
nhiệt độ lò phản ứng.

người ta ước tính rằng mỗi tăng 1oC trong lò phản ứng tạm thời cho tăng  2% trong số dặm.













aks / oct-2016 17

Catalyst Mileage (Yield)

tóm lại:

 tăng thời gian cư trú tại lò phản ứng làm tăng
số dặm

 tăng MFR PP tăng số dặm


 tăng nhiệt độ lò phản ứng làm tăng số dặm


 tăng [propan] trong lò phản ứng giảm số dặm






aks / oct-2016 18



End ... ..




aks / oct-2016 19