旋转床反应器中聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯热解聚为单体的研究
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)是重要的聚合物，使用量大。如果使用后被随意丢弃，不仅造成环境问题，而且造成聚合物资源的浪费，因此这些废弃聚合物的回收利用成为关键。热解聚是回收这些废弃聚合物的一种有效方法，但目前使用的固定床反应器传热效果不佳且积碳严重，而流化床反应器需要大量惰性气体流化且床层易塌陷，两种热解聚方法均存在致命缺陷。基于此，本课题提出了旋转床反应器进行废弃PMMA和PS热解聚制备单体的方法，该旋转床反应器的旋转保证了热介质与原料之间的有效混合，且不需要大量惰性气体流化,不会出现床层的塌陷，具有较好的传热效果，有利于进行连续化的热解聚反应。本课题自行设计、加工了一种旋转床反应器，探究了这两种聚合物在旋转床反应器中的热解制备单体的规律，并对旋转床反应器中颗粒的运动和混合进行了模拟研究。论文的主要研究内容和结论如下: 首先，在自制的旋转床反应器上，进行了聚甲基丙烯酸甲酯热解制备单体的研究，考察了温度、氮气流量、转速、填充介质、填充比等因素对聚甲基丙烯酸甲酯转化的影响。结果表明，增大氮气的流量、增大转速和填充比可以提高液相产物和单体的收率，使用氧化硅颗粒作为填充介质时液相产物的收率最大。热解后液相产物收率最高，液相产物收率最高为96.2 wt％,单体甲基丙烯酸甲酯的收率最高为91.2 wt％。聚甲基丙烯酸甲酯的最佳热解温度为400℃。在连续化热解时，液相产物和单体甲基丙烯酸甲酯的收率逐渐降低，液相产物的收率最终稳定在89 wt％,单体收率稳定在79 wt％。 其次，采用上述旋转床反应器研究了聚苯乙烯的热解行为，考察了温度、氮气流量、转速、填充比、填充介质等因素对聚苯乙烯转化的影响。结果表明，增大氮气流量、增大旋转床转速和旋转床的填充比可以提高液相产物和苯乙烯的收率，氧化硅颗粒作为填充介质可获得更多的单体和液相产物。聚苯乙烯的最佳热解温度为475℃,热解的产物主要为含苯乙烯的液相产物，液相产物收率最高为92.0 wt％,单体苯乙烯的收率最高为64.4 wt％。 最后，使用离散元软件EDEM对旋转床内部颗粒的混合与运动进行了冷态模拟。旋转床内部抄板数量从0增至12,颗粒的混合效果逐渐增强并趋于平稳，8抄板时颗粒的混合运动效果最佳。氧化硅颗粒和金属铁颗粒一起作为填充热介质时，二者粒径大小从2 mm∶2 mm变化到2 mm∶1.5 mm再到3 mm∶1.5 mm,减小了金属铁颗粒的相对粒径，两种颗粒的混合效果变差，等粒径时两种颗粒的混合效果更好。
聚甲基丙烯酸甲酯;聚苯乙烯;旋转床反应器;热解聚工艺;废物利用
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
吴卫泽
2023
中文
X705
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）