8.2. Оборудование для концентрирования латексов

Концентрированные латексы необходимы при изготовлении клеев, губчатой резины и маканных изделий. Работы по получению таких латексов в настоящее время проводятся в двух направлениях: получение концентрированных латексов непосредственно в процессе полимеризации и повышение сухого остатка в готовых латексах с применением различных методов концентрирования.

В промышленности применяют следующие способы для повышения содержания сухого остатка в готовых латексах: сливкообразование, центрифугирование, вымораживание, упаривание и ультрафильтрование.

При концентрировании синтетического латекса необходимо учитывать его специфические свойства, затрудняющие практическое осуществление процесса : термическую неустойчивость, чувствительность к механическим воздействиям, способность к пленко- и пенообразованию.

Водные дисперсии неэмульсионных полимеров концентрируются упариванием или центрифугированием. Искусственные водные дисперсии имеют частицы полимера больших размеров - 7500 -100000 нм. При начальной концентрации сухого вещества 15-30% после сепарации получают концентрат с содержанием сухого вещества 50- 60% и серум с содержанием сухого вещества 6- 15%. Для снижения потерь полимера серум концентрируется дополнительно.

Для упаривания натурального латекса используется аппарат, представляющий собой вращающийся цилиндр с двойными стенками (рис.8.6.).

Рис. 8.6. Горизонтальный концентратор для концентрирования латекса в токе воздуха: 1 – корпус; 2 – штуцер для входа горячей воды; 3 – штуцер для выхода воды; 4 – стойка; 5 – опорная станция; 6 – привод; 7 – зубчатое кольцо; 8 – опорно-упорная станина; 9 – штуцер для отбора проб; 10 – рубашка

Внутри цилиндра свободно размещается другой цилиндр. Обогрев латекса осуществляется горячей водой, а упаривание – за счет продувки воздуха над нагретым латексом.

Непрерывное концентрирование латекса в вакууме можно осуществлять в колонном аппарате пленочного, распылительного или тарелочного типа (рис. 8.7.).

Рис. 8.7. Схема установки для концентрирования латекса в колонном вакуум-аппарате с выносным теплообменником:

1 – колонна; 2 – насос; 3 – фильтр; 4 – выносной теплообменник;

5 – каплеотбойник

Латекс циркулирует в системе до тех пор, пока содержание полимера в нем не достигнут желаемой величины. В качестве испарителя применяют стандартный пластичный теплообменник с пластинами из нержавеющей стали, обладающими большой жесткостью.

Из всех рассмотренных установок наиболее предпочтительно применение колонного аппарата с пластинчатым теплообменником (рис.8.8.).

Рис. 8.8. Схема пластинчатого теплообменника (а) и пластина теплообменника (б): 1 – четные пластины; 2 – нечетны пластины; 3 – неподвижная головная плита; 4 – стяжное винтовое устройство; 5, 6 – штуцеры для входа и выхода теплоносителя; 7, 8 – штуцеры для входа и выхода латекса;

9, 10 – прокладки

К его преимуществам относится непрерывность процесса, простота конструкции, относительная легкость эксплуатации и небольшие энергетические затраты.

Кроме того, для концентрирования латексов широко применяем аппарат, представляющий собой вертикальный цилиндрический пленочный аппарат (см. рис.6.39.).

В таких аппаратах ротор улавливает капели и пены кипящего латекса и отбрасывает их за счет центробежной силы на стенку. В этом случае ротор выполняет функцию каплеотбойника.

Концентрирование латекса отстаиванием возможно при использовании веществ, ускоряющих отстаивание латексов. При интенсивном смешении концентрируемого латекса с латексом – ускорителем отстоя и последующем отстое в течении суток удается получить концентрат с содержанием сухого вещества 55%. Расход латекса – ускорителя составляет 10% от массы концентрируемого латекса.

Ультрофильтрование – процесс разделения высоко- и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих преимущественно молекулы низкомолекулярных соединений.

В ходе процесса образуются два раствора, один из которых обогащен высокомолекулярным, а другой низкомолекулярным веществом.

Для ультрофильтрования характерны простота аппаратурного оформления, проведение процесса при комнатной температуре, низкие энергозатраты, чистота получаемого фильтрата.

Ультрофильтрованием концентрируют латексы до содержания полимера 60 – 70 %, однако при концентрации полимера более 40 % из-за резкого возрастания вязкости латекса проницаемость мембран снижается.

В отличии от обычного фильтрования ультрофильтрование предназначено для разделения растворов, а не суспензий . Механизм ультрофильтрования прост . В мембране существуют поры, размеры которых больше размеров молекул растворителя, но меньше размеров растворенного вещества . Поэтому через мембрану проходят только молекулы растворителя . Размеры латексных частиц (7000-10000 нм ) больше размеров пор полимерных мембран (2000-3000 нм ), поэтому латексные частицы полностью задерживаются мембраной .

В качестве материала мембран применяются полимерные пленки, пористые стекла, металлическая фольга, ионообменные материалы.

Движущей силой процесса ультрофильтрования является разность давлений (рабочего и атмосферного) по обе стороны мембраны. По способу укладки мембран аппараты для ультрофильтрования делятся на фильтр-прессы с плоскими фильтрующими элементами (рис. 8.9.) и аппараты с трубчатыми элементами, по конструкции представляющие собой кожухотрубчатые теплообменники, в которых трубки выполнены из мембраны.

Рис. 8.9. Аппарат ультрофильтрования латекса типа «фильтр-пресс»: 1 – верхняя плита; 2 – нижняя плита; 3 – стяжные шайбы; 4 – боковая пластина; 5 – фильтрующий элемент;

6 – прокладка; 7 – патрубок; 8 – фланец

Аппараты типа “фильтр-пресс” отличаются простотой изготовления и возможностью быстрой замены мембран.

Технологическая схема ультрофильтрования включает сборники латекса, фильтрационные аппараты, насосы и регулирующую арматуру.