Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Катионные полиэлектролиты в технологии выделения каучуков из латекса (Показатели. Свойства. Применение). Учебное пособие
.pdf
Отделение коагуляции. Установки коагуляции для
различных способов выделения, а также для различных типов
каучуков, получаемых полимеризацией в эмульсии, отличаются
как по технологическим параметрам процессов, так и по
аппаратурному оформлению.
Наиболее часто используются следующие типы установок для
коагуляции:
- струйные аппараты, предназначенные для коагуляции
латексов «горячей» полимеризации с использованием в качестве
эмульгаторов сульфанола;
- установки бессолевой механической коагуляции;
преимущества таких установок: компактность, минимальный сброс
воды в химически загрязненную канализацию (ХЗК), отсутствие
соли. Недостатки: высокая энергоемкость (свыше 600 кВт);
- установки каскадной коагуляции; наиболее распространен
тип установок, состоящий из трех аппаратов с перемешивающими устройствами. Такие установки имеют три типа
аппаратов: флокуляции, формирования крошки каучука и
дозреватель.
При использовании коагулирующей системы соль –
кислота для выделения каучуков эмульсионной полимеризации
(бутадиен-α-метилстирольных, бутадиеновых СКДЭ, СКДЭМ,
нитрильных и т.д.) аппарат первой стадии коагуляции имеет
важное значение. Процессы, протекающие в этом аппарате, в
значительной степени определяют его производительность,
размер, полидисперсность получаемой крошки и качество ее
отмывки. Одним из основных показателей является удельный
расход соли на 1 т каучука. Аппарат – флокулятор представляет
собой цилиндр, в который вводится латекс и водный раствор
электролита (рис. 3).
Во втором аппарате каскада, схема которого представлена
на рис. 4, происходит основной процесс формирования крошки
по размеру, структуре, однородности и другим важнейшим
технологическим и качественным показателям.
11
Рис. 3. Ааппарат флокуляции
Рис. 4. Аппарат коагуляции: I – латекс; II – масло;
III – хлорид натрия; IV – серум и серная кислота
Важнейшим условием успешного ведения
технологического процесса является подбор размеров и
конструкции основного аппарата коагуляции.
Наиболее оптимальное соотношение диаметра аппарата (Д)
к его высоте (Н) 1/1,5–1/1,7. Объем аппарата должен быть
рассчитан на фактическую среднюю производительность данного
агрегата с учетом времени пребывания в аппарате 8–10 мин при
концентрации крошки каучука 5–10 %.
12
Материал для изготовления аппарата должен быть
коррозионностойким в данной среде. Обычно это нержавеющая
сталь, сталь, гуммированная полуэбонитом или плакированная
нержавеющей сталью или титаном и т.п. Внутренняя поверхность
должна быть полированной для снижения адгезии каучука к
материалу аппарата.
Оптимальный тип мешалки пропеллерные трехлопастные
двухъярусные с диаметром d = 1/3D диаметра аппарата. Наиболее
эффективным расположением нижнего яруса мешалки от дна
была высота Н = 0,2Н высоте аппарата, расстояние от нижнего до
верхнего яруса Н = 0,3–0,4Н с углом наклона лопастей, плавно
переходящих от 60° у вала до 30° на конце лопасти. Такая
мешалка оказалась наиболее экономичной по потреблению
электроэнергии. Пропеллерная мешалка по сравнению с
лопастной способствует получению более однородной крошки
каучука за счет снижения механического измельчения ее в
процессе выделения.
Третий аппарат каскада коагуляции – дозреватель. По
сравнению со вторым (основным) аппаратом коагуляции
дозреватель значительно меньше влияет на размер и структуру
крошки каучука. В процессе получения каучуков СКС–30
АРКПН, маслонаполненных СК(М)С–30 АРКМ-15, СК(М)С–30
АРКМ–27 в дозревателе выдерживается рН среды 3,0–4,5, то есть
более низкий, чем в аппарате коагуляции. При производстве
каучука СКС–30АКО рН 10,5–12,0 при температуре 75–85 °С.
Конструкция и размеры дозревателя аналогичны второму
аппарату коагуляции. Отличие заключается в том, что
дозреватель требует более низкой интенсивности
перемешивания, поэтому число оборотов мешалки в нем снижено
до 120–140 в 1 мин.
Отделение отмывки и обезвоживания каучука. Отделение
состоит из концентратора для разделения крошки каучука и серума,
аппарата для промывки крошки каучука, концентратора для
отделения крошки каучука от промывной воды, отжимных машин
(экспеллеров), дробилок, воздуходувок, пневмотран-спорта, а также
установки очистки отработанной воды от мелкой крошки каучука
(сборники воды, насос и системы разделителей фаз).
13
Концентраторы для разделения крошки каучука и серума
имеют различные устройства. В последние годы широко
используются на концентраторы, работающие по принципу
отстойника со скребковым механизмом в верхней части.
Скребковый механизм расположен под небольшим углом (5–10°)
к горизонту. Под таким же углом расположена наклонная
плоскость, по которой крошка сдвигается к течке, выходящей к
аппарату для промывки крошки.
Концентратор снизу трубопроводом диаметром 200–250 мм
соединен с гидрозатвором, который регулирует уровень
жидкости в концентраторе. Сброс серума с гидрозатвора
производится в сборник серума. Высотой уровня жидкости в
концентраторе регулируется рабочая длина наклонной плоскости.
При минимальном уровне пульпы в концентраторе увеличивается
длина рабочей поверхности наклонной плоскости. Это
обеспечивает минимальное содержание влаги в крошке каучука
за счет увеличения времени стекания влаги.
Концентраторы более устойчивы в эксплуатации, чем
вибросита. Однако требуется точный подбор скорости скребкового
механизма. Оптимальным является вращение со скоростью
2–4 мин-1, количество скребков в скребковом механизме – 8, что
обеспечивает равномерную подачу крошки ка учука.
Промывной аппарат по размерам и материалам аналогичен
аппаратам коагуляции (12,5–20,0 м3). Отличие заключается в
используемой мешалке. Мешалка двухъярусная, лопастная с
углом наклона лопастей 30° и числом оборотов 50–65 мин-1. Этот
более мягкий режим перемешивания обеспечивает минимальное
измельчение крошки каучука при достаточной турбулентности.
На внутренней стороне стенок расположено 6 завихрителей
шириной 100–120 мм.
Крошка в аппарат поступает по течке из концентратора –
отделителя серума. В это место подводится также частично
умягченная вода, подогретая в теплообменниках паровым
конденсатом от сушилок до 50–60 °С. Подача воды ведется
из расчета 12–16 м3 на 1 т каучука, рН воды 6,8–7,5, рН среды
на выходе из аппарата 5–6. Концентрация пульпы в аппарате
5–10 %. При работе на кислых режимах коагуляции (рН = 2–4)
14
предусмотрена подача 20 %-ного раствора NaOH для достижения
значения рН = 6–7. Такой режим отмывки обеспечивает минимум
потерь продукции; выдерживание нормы по содержанию золы в
каучуке согласно требованиям ГОСТ или ТУ; оптимальный рН
среды для лучшего захвата крошки каучука отжимной машиной,
так как при рН ниже 4,0 и выше 8,0 захват крошки ухудшается,
что ведет к увеличению влажности после отжимных машин.
Пульпа из промывного аппарата поступает в концентраторразделитель, аналогичный концентратору для отделения серума.
Из концентратора крошка поступает в отжимную машину, а
отработанная вода в сборник, откуда насосом подается на
специальные разделители фаз.
Концентрат (или пульпа), содержащий до 50 г/м
3
крошки
каучука, направляется в промывную емкость в количестве
10–30 % от подаваемой свежей частично умягченной воды. Это
обеспечивает экон омию воды, снижение потерь каучука и
экономию тепла, расходуемого на подогрев воды
Главную роль на этом участке технологическог о процесса
играют отжимные машины (ОМ) или экспеллеры (рис. 5).
Рис. 5. Экспеллер для предварительного обезвоживания
каучука: 1 – питающий бункер; 2 – вал; 3 – фильтрующий цилиндр;
4 – коробка передач; 5 – выпускное отверстие; 6 – отверстие для стока
фильтров
15
Экспеллер имеет один вал 2 с винтовым шнеком,
вращающимся против часовой стрелки, если смотреть со стороны
питающего бункера 1. Пресс снабжен подающим и разгрузочным
конвейерами. Подающий (питающий) конвейер и вал снабжены
устройством (редуктором) для регулирования скорости
движения. Для улавливания и удаления случайных
металлических примесей в крошке каучука используется
металлодетектор (металлоискатель с магнитом), установленный
перед шнековым прессом. Путем изменения размера выпускного
отверстия 5 при данной скорости подачи материала или
изменения скорости подачи при постоянном размере отверстия
меняется сила давления на каучук и, следовательно, степень его
обезвоживания. Горизонтальный нажимной шнек приводится в
движение электродвигателем через коробку передач 4.
Внутренний, фильтрующий цилиндр 3 пресса состоит из
набора пластин (М-образных полос), образующих продольные
щели для выхода отжимаемой из каучука воды .
Крошка каучука после прохождения экспеллеров содержит
на выходе до 15 % влаги. В сушилку крошка каучука попадает с
влажностью 5–7 % за счет частичного испарения воды во время
подачи ее пневмотранспортом. Уменьшение влажности достигается за счет удаления ее воздушным потоком, который
используется при подаче крошки каучука в сушилку. При этом
содержание влаги в крошке каучука уменьшается на 1 %.
Оптимальный режим отмывки каучука на данном участке
технологического процесса:
- температура среды в промывной емкости должна быть
50–60 °С;
- рН водной среды в промывной емкости в зависимости от
марки каучука необходимо выдерживать от 5 до 10 ед.
Нейтральность готового каучука обеспечивается выдерживанием
рН умягченной воды 6,9–7,4 ед.
Отделение сушки - одно из важнейших отделений, которое
определяет уровень технологии цехов выделения каучуков.
Наиболее распространены типы сушилок, применяемые в
промышленности для сушки каучуков в крошке: одн оходовые,
полутораходовые, трехходовые, многоходовые для сушки
16
каучука в виде ленты. Кроме того, имеются термом еханические
сушилки-экспандеры, вибросушилки, для сушки в кипящем слое.
В настоящее время наиболее рационально применение
полутораходовых сушилок, т.е. верхний полуконвейер и нижний
полный конвейер. Ворошение слоя крошки в этом случае
происходило при переходе с верхнего полуконвейера на
нижний. Поэтому отпала необходимость в применении
промежуточных рыхлителей. С переходом на полутораходовые
сушилки появилась возможность рационального использования
минимального количества потребляемого свежего воздуха ,
засасываемого в сушилку. Воздух с нижнего конвейера,
особенно с последних зон, содержит небольшое количество
влаги, поэтому данный подогретый воздух не выбрасывается в
атмосферу, а направляется к верхнему конвейеру, где
подогревается на 10–15 ° С, и уже после прохождения через слой
крошки каучука увлажненный частично выбрасывается в
атмосферу (через печи дожига). Соотношение свежий воздух –
циркулирующий воздух 1 : (7-8).
Отделение упаковки. Конструкция установок для упаковки
синтетического каучука зависит от формы, в которой он должен
быть получен (лента или крошка). При производстве
эмульсионных каучуков некоторые из них получают на
лентоотливочных машинах в виде ленты, которую затем сушат,
припудривают и наматывают в рулоны. Далее рулоны
упаковывают в мешки. Такое аппаратурное оформление
целесообразно при производстве жестких каучуков, требующих
термопластикации перед их использованием для приготовления
резиновых смесей у потребителей.
При производстве мягких каучуков, не требующих
термопластикации, получение каучука в виде ленты и упаковка
в рулоны сопряжены с рядом трудностей: частые обрывы
ленты, изменение формы рулонов при хранении, ухудшение
условий транспортировки и последующей переработки.
Вследствие этого мягкие каучуки целесообразно выпускать в
виде плоских брикетов весом 30–32 кг. Такие установки
получили наибольшее распространение, так как на них
возможна высокая степень механизации и автоматизации
17
ручного труда, улучшение условий труда обслуживающего
персонала.
В зависимости от запросов потребителей и свойств
каучука (в первую очередь хладотекучести) обернутые в
полиэтиленовую пленку брикеты упаковывают в
маркированные четырехслойные бумажные мешки или
металлические контейнеры (многооборотные) по 15 шт.
в каждый.
В работе автоматической пленкооберточной машины
большое значение имеет качество используемой полиэтиленовой
пленки. Толщина пленки по всей ширине и длине рулона должна
различаться не более чем на ±5 %. В противном случае меняется
прочность получаемого сварного шва.
Глава 2. Основные способы выделения каучуков
из латекса
2.1. Выделение каучуков из латекса бессолевым методом
В промышленности широкое распространение получили
каучуки, полученные эмульсионной полимеризацией в
присутствии различных анионактивных эмульгаторов.
Выделение каучуков из латексов осуществляют различными
способами, среди которых наиболее распространенным является
коагуляция водными растворами электролитов (чаще всего
хлорид натрия), белками различного происхождения,
синтетическими полиэлектролитами на основе водорастворимых
полимеров.
При использовании в качестве коагулирующего агента
хлорида натрия полное выделение полимера из латекса
достигается при его расходной норме 180-250 кг/т каучука, что
приводит к значительному загрязнению сточных вод. Белковые
коагулянты (соевая мука, мездровый клей, белкозин и др.)
требуются для выделения 1 т каучука в значительно меньших
количествах (3-5 кг/т каучука). Однако большой расход серной
кислоты, высокая чувствительность к изменениям рН, низкая
18
устойчивость водных растворов коагулянтов, особенно при
повышенных температурах, создают дополнительные трудности
при их использовании.
Традиционные способы коагуляции отличаются
эффективностью и относительной дешевизной, которые, однако,
входят в противоречие с экологическими требованиями. Соли
различного происхождения, попадая со стоками в водоемы в
количествах, исчисляемых сотнями тысяч тонн в год, наносят
непоправимый ущерб окружающей среде. Поэтому весьма
актуальной проблемой является разработка новых методов
бессолевой коагуляции латексов, позволяющих исключить
применение минеральных солей.
Один из перспективных методов бессолевого выделения
эмульсионных каучуков коагуляция (флокуляция) латексов
действием органических реагентов различной природы. В
качестве первых органических коагулянтов были предложены
соли алкил (циклоалкил) аминов – уксуснокислые, борнокислые.
Возможно введение аминов могут в систему в нейтральной
форме (в виде эмульсии) с последующим добавлением кислоты,
что, и вызывает коагуляцию. Положительные результаты
достигаются при использовании жирных спиртов фракции С3-С
или их этоксилатов, а также ароматических аминов, получаемых
алкилированием и арилированием фенилендиамина, бензидина,
хинолина, дигидрохинолина.
Известны результаты разработки технологического
процесса выделения бутадиен-стирольных и бутадиеннитрильных каучуков с использованием в качестве коагулянтов
продуктов аминометилирования фенолов (АМФ) по реакции
Манниха. Расход коагулянтов подобного типа составляет от 15 до
40 кг/т каучука и в значительной степени определяется природой
стабилизирующего ПАВ.
Введение низкомолекулярных полиалкиленполиаминов
Н
N[-(С2Н)nNH-]mH, где n ³ 2, m ³ 2 в количестве 0,01-2,0 масс. ч.
2
на 100 масс. ч. полимера при коагуляции латексов бутадиенстирольных сополимеров, поливинилхлорида (ПВХ),
полистирола (ПС) позволяет резко снизить расход Na Cl.
20
19
Высокой эффективностью отличаются полимерные
коагулянты - катионные (и амфолитные) полиэлектролиты (ПЭ).
Они могут быть получены по реакции Манниха
аминоалкилированием частично гидролизованного поли(мет)акриламида, сополимеров (мет)акриламида с метакриловой и
малеиновой кислотами, акрилонитрилом, диметил- и
диэтиламинометакрилатом.
Для бессолевой коагуляции латексов бутадиен-стирольных
(-нитрильных) каучуков применим коагулянт – поли (N - 3,5 –
дитретбутил – 4 - окситолил) этиленимин, обладающий одновременно свойствами стабилизатора каучука. Используют также
сополимеры, получаемые взаимодействием низкомолекулярных
полиалкиленполиаминов с эпигалоидгидринами. Коагулянты
вводят в количестве 0,05-50 кг/т каучука к латексам со значением
рН = 1,5-7,0 в комбинации с натриевыми солями неорганических
кислот.
Перспективными коагулирующими агентами являются и
амфолитные полиэлектролиты, например, сополимер акриловой
кислоты и 2-метил-5-винилпиридина. Отдельную группу
амфолитных коагулянтов образуют белковые продукты гидролизаты коллагена (“Белкозин”), шквары от производства
мездрового клея или смеси ее с мездрой, белки растительного
происхождения (соевая мука). Некоторые белковые коагулянты
благодаря простоте получения и доступности (утилизация
белковых отходов кожевенного и других производств) нашли
свое промышленное применение, например, «Белкозин», для
выделения бутадиен-стирольных каучуков из латексов.
Однако белковые коагулянты обладают существенным
недостатком-неустойчивостью при хранении (разложением),
сопровождающимся снижением коагулирующей активности,
загазовыванием производственных помещений. Значительные
затруднения при работе с белковыми коагулянтами связаны и с
высокой чувствительностью к изменениям рН в ходе процесса
выделения каучука.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]