ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Отгонка незаполимеризовавшихся мономеров и растворителей из "Инженерные методы расчета процессов получения и переработки эластомеров" Пространство, заполненное пульпой, и не затрудняя процесс дегазации в рабочем пространстве аппарата. В этом состоит преимущество смешения полимеризата с водой в смесительной трубе, называемой преддегазатором. В преддегазаторе идет отгонка от полимеризата основной массы растворителя и образование крошки полимера. Размер образующейся крошки в обоих случаях достаточно большой и колеблется от 1 до 20 мм. Крупные частицы образуются и в том случае, если полимеризат вводится в дегазатор через форсунку с мелкими отверстиями в головке — фильерами. Для исключения дегазации в трубе она может иметь охлаждающую рубашку. Образующаяся крошка характеризуется малоразвитой удельной поверхностью и большим размером частиц. [c.71] Крупные частицы каучука дегазируются плохо и снижают среднюю степень дегазации всей массы каучука. Очень мелкие частицы также нежелательны, так как они теряются при их отделении на ситах от воды после дегазации. Крошкообразователь должен давать однородную мелкую крошку диаметром 5—7 мм, которая быстро дегазируется. Для получения такой крошки используются специальные крошкообразователи более сложной, чем рассмотренные конструкции. [c.71] Пароводяная форсунка — устройство, в котором полимеризат выдавливается через кольцевую щель в виде пленки и диспергируется паром в водкое пространство дегазатора. Образующиеся частицы имеют очень малый размер (вплоть до пылевидных). Из-за сложности отделения мелких частиц каучука от воды фильтрованием на ситах эта конструкция в промышленности не применяется. [c.72] Инжектор, применяемый в качестве крошкообразователя, приведен на рис. 3.5, б. Пар, проходящий через инжектор с большой скоростью, дробит полимеризат на капли, после чего смесь полимеризата и пара поступает в воду, перемешиваемую в дегазаторе мешалкадхИ. Более эффективное дробление полимеризата достигается в двухступенчатом инжекторе (рис. 3.5, е). Смесь пара и полимеризата также поступает в перемешиваемую воду. [c.72] Крошкообразователи, устанавливаемые в верхней части дегазатора выше уровня перемешиваемой воды, имеют дополнительный патрубок для подвода воды. Поток, выходящий из крошкообразователя, делится на две части — пары, уходящие из дегазатора, и взвесь крошки в воде, поступающая в рабочий объем. [c.72] В крошкообразователе, изображенном на рис. 3.5, г струи пара ударяют в струи полимеризата под углом и дробят их. Существуют более сложные конструкции с регулировкой расхода полимеризата и пара. Расход полимеризата регулируется изменением зазора между диафрагмой и штоком, а расход пара — изменением проходных сечений. Работа форсунки основана на дроблении кольцевой струи полимеризата паром, ударяющим как во внутреннюю, так и в наружную поверхность струи. Производительность крошкообразователя с кольцевой струей полимеризата выше, чем производительность крошкообразователя с цилиндрической струей. В промышленных условиях для обеспечения необходимой производительности на дегазаторе устанавливается несколько крошкообразователей. Применение находит так называемое паровое сопло, или сопло Рундквиста. Раствор полимера подается по трубе в камеру, в которой снаружи и изнутри обрабатывается острым водяным паром. Затем полученная смесь смешивается с горячей водой и вспрыскивается в дегазатор первой ступени. Сопло — комбинированное, предусмотрены подвижные части для регулирования зазоров на линии пара и полимеризата. [c.72] На рис. 3.5, д показан струйный крошкообразователь, в котором раствор каучука подается тонкой струей через охлаждающее сопло непосредственно в водную фазу дегазатора. Паровые сопла, расположенные в непосредственной близости от места ввода раствора, способствуют дроблению струи каучука на капли. На рис. 3.5, е приведен крошкообразователь, в котором раствор полимера вначале эмульгируется в горячей воде, а затем подвергается воздействию паровых струй. [c.72] Наиболее сложна конструкция крошкообразователя с ротором. Крошкообразователь имеет сопло для подачи раствора каучука. В кольцевое пространство между корпусом и соплом вводится смесь водяного пара и воды. Непосредственно к корпусу примыкает смесительная камера, в которой враш,ается ротор. Наружная поверхность ротора и внутренняя поверхность смесительной камеры снабжены зубьями для дробления частиц каучука. Эксцентричный ротор создает в смесительной камере режим кавитации. Он может иметь круглое, треугольное, квадратное сечение. Расстояние между концами сопла и ротором — около 10 мм, т. е. дроблению подвергаются скорее не частицы каучука, а частицы раствора. Для распыла раствора каучука паром над слоем воды используется форсунка, в которой потоки пара и раствора каучука пересекаются под острым углом. [c.73] Для распыла раствора каучука паром используются также паровые форсунки, в которых предусматривается удлиненная зона взаимодействия пара с раствором в этой зоне раствор подвергается высоким напряжениям среза. Давление пара в подобных форсунках составляет 0,7—1,0 МПа. Высокие напряжения трения создаются в узкой кольцевой камере, где скорости пара и раствора очень высоки. Установка на выходе конической втулки позволяет увеличить напряжение среза и перепад давлений. Регулировка соотношения фаз осуществляется перемещением конической вставки, расположенной по оси крошкообразователя. Параметром, определяющим качество работы крошкообразователей — паровых инжекторов— является скорость пара в инжекторе или связанная со скоростью величина — давление пара перед инжектором. При повышении давления водяного пара более 0,8 МПа, в образующейся крошке каучука появляется значительное количество мелких частиц, затрудняющих работу вибросита и последующих аппаратов. По этой причине оптимальным является давление водяного пара 0,7—0,8 МПа. [c.73] Влияние крошкообразования на пористую структуру частиц каучука может быть выявлено при сравнении их влажности. [c.74] Влага заполняет поры, и поэтому влажность может быть мерой пористой структуры частиц. В табл. 3.3 представлены значения пористости, рассчитанные по влажности частиц каучука после дегазации. [c.75] В инжекторе образование частиц каучука не происходит, а имеет место только дробление раствора каучука на капли. Отбор проб парожидкостной взвеси из третьего инжектора трехступенчатой системы подтверждает отсутствие крошкообразования в крошкообразователе. Из крошкообразователя вылетают пары и капли раствора, концентрация растворителя в котором несколько ниже, чем в исходном растворе каучука. [c.75] Оценка процессов, происходящих в крошкообразователе, может быть выполнена следующим образом. Вначале предположим, что в крошкообразователе устанавливается тепловое и концентрационное равновесие. При удельном расходе пара 7 т/т СКД в крошкообразователь подается 10—50 % пара, т. е. максимально 3,5 т/т СКД. Из указанного количества 2,7 т/т СКД идет на наг-)ев и испарение растворителя при конденсации этой части пара. 3 паровой фазе остается 0,8 т/т СКД. Азеотропная смесь пар—толуол содержит 80 % толуола следовательно, в паровую фазу перейдет 3,2 т толуола/т СКД. При исходной концентрации толуола в растворе 9 т толуола/т СКД в растворе остается 5,8 т толуола/т СКД. Это соответствует концентрации каучука в растворе 15 % (масс.). Таким образом, в крошкообразователе в предельном случае может иметь место концентрирование раствора с 10 до 15 % (масс.) каучука в растворе. Расчет по уравнению равновесия показывает, что при таких концентрациях состав паровой фазы мало отличается от состава азеотропа. Так как наружная оболочка частиц имеет концентрацию каучука 15 % (масс.), образование твердых частиц в крошкообразователе не происходит. [c.75] Однако установление теплового и концентрационного равновесия зависит от скорости процесса, т. е. от кинетики. Кинетику взаимодействия фаз в крошкообразователе можно оценить по скорости процесса теплообмена. [c.75] Таким образом, нагрев раствора даже при завышенных значениях параметров процесса оказывается невысоким. При реальных значениях параметров раствор нагревается на несколько градусов. Следовательно, из-за кратковременности контакта в крошкообразователе имеет место только дробление раствора, а не образование твердых частиц каучука. [c.76] Насыщенный пар с давлением 0,6 МПа и температурой 200 °С, проходя через крошкообразователь, превращается в перегретый пар. Попадание перегретого высокотемпературного пара в дегазатор интенсифицирует процесс крошкообразования уже в самом дегазаторе. Таким образом, роль крошкообразователя заключается в дроблении раствора на капли и подводе в аппарат перегретого пара. [c.76] Образование частиц каучука происходит только при контакте капель раствора с водой. Интенсивное выкипание азеотропной смеси растворитель—вода приводит к формированию наружной твердой оболочки из каучука с малым содержанием растворителя. Следовательно, при использовании любых крошкообразователей образуются частицы с практически одинаковой пористостью, но условия распыла раствора в крошкообразователе приводят к изменению фракционного состава образующихся частиц каучука. [c.76] Если окажется, что кинетика отгонки растворителя слабо зависит от размера частиц каучука, влияние крошкообразования на скорость процесса будет незначительным. Подобного сравнения по промышленным данным сделать нельзя, так как одновременно с внедрением двух- и трехступенчатых инжекторов применялось секционирование второй ступени дегазации, а секционирование оказывает более сильное влияние на степень отгонки растворителя, чем крошкообразование. [c.76] Эмульгирование не снижает экономических показателей процесса, так как в систему циркуляции воды приходится непрерывно вводить свежую умягченную воду для компенсации потерь с влажной крошкой каучука, выводимой из системы дегазации. Поэтому разогрев свежей умягченной воды от 20 °С до температуры процесса осуществляется с равными затратами как без эмульгирования воды в растворе каучука, так и при наличии эмульгирования. Однако незначительное увеличение энергозатрат на привод смесителя и затрат на обслуживание и ремонт смесителя имеет место. Эти затраты окупаются интенсификацией процесса отгонки растворителя. Действительно, пористость частиц каучука при эмульгировании выше, чем без эмульгирования, а скорость отгонки растворителя при эмульгировании раствора каучука увеличивается в 1,6 раза по сравнению со скоростью отгонки без эмульгирования раствора. [c.78] Для эмульгирования испытывались обычные центробежные насосы. Однако получаемые при этом эмульсии были грубые и нестабильные. Помимо рассмотренного лопастного смесителя для эмульгирования воды в растворе каучука применяется роторно-пульсационный смеситель типа, изображенного на рис. 2.3. Смеситель имеет рабочий объем 0,06 м и обеспечивает производительность по каучуку 4000 кг/ч. [c.78] Вернуться к основной статье