CC BY
53
УДК 66.023
М. А. Закиров, М. М. Кадыров
МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ УЗЛА ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА
Ключевые слова: Синтетический каучук, дегазация крошки каучука, дисковая мешалка.
В работе приводится описание, области применения и перспективы совершенствования технологии получения современных синтетических этилен-пропиленовых каучуков с третьим компонентом. Указаны недостатки в работе существующего оборудования узла дегазации крошки каучука. На действующем дегазаторе предлагается установить дополнительную дисковую мешалку, с целью обеспечения улучшения качества дегазации крошки синтетического каучука
Keywords: Synthetic rubber, degassing crumb rubber, the disc mixer.
The paper provides description, applications and prospects of improvement of the technology of modern synthetic ethylene-propylene rubbers with the third component. The drawbacks in the existing equipment are indicating for the node of degassing crumb rubber. On the existing degasser is proposed to install additional disk mixer, with the aim of ensuring improvement in the quality of degassing of the crumbs of synthetic rubber
Введение
Промышленность синтетических каучуков, родившаяся в нашей стране в 30-е годы прошлого столетия, в сжатые сроки выросла в одну из ведущих и наиболее перспективных отраслей промышленности. Быстрый прогресс в этой области привел к созданию большого числа новых каучуков, обладающих ценным комплексом
эксплуатационных свойств. Это обусловило необходимость разработки и внедрения в производство новых технологических процессов получения синтетических каучуков [1].
Предприятиями синтетического каучука за 2015 год выработано 1070 тысяч тонн каучуков и латексов, что на 17,2 % выше производства данной продукции в 2014 году.
За рассматриваемый период работы на 27 % выросла выработка полиизопрена, производство сополимерных каучуков выросло на 12,7 %. По сравнению с предыдущим 2014 годом увеличилось производство бутилкаучука, полибутадиена, термоэластопластов, бутадиен-нитрильных
каучуков, этиленпропиленовых, натрий-
бутадиеновых каучуков. Таким образом, производство каучуков превысило миллионный рубеж. Основной задачей предприятий синтетического каучука является, по крайней мере, сохранение позиций на внутреннем и внешнем рынках, что, в первую очередь, может быть достигнуто за счет модернизации действующих производств и оборудования [2].
В общем объеме производства каучуков и латексов четыре предприятия Российской Федерации занимают более 80 % общего объема производства. Так ПАО «Нижнекамскнефтехим» вырабатывает 24% общего отечественного объема полимеров, ООО «Тольяттикаучук» - 23 %, ОАО «Воронежсинтезкаучук» - 19 %, ЗАО «Каучук» (г. Стерлитамак) - 16 %.
Впервые промышленное производство сополимеров этилена и пропилена - этилен-пропиленового каучука (СКЭП) было начато в 1959 году в Италии. В настоящее время различные типы
двойных и тройных (с третьим компонентом -СКЭПТ) сополимеров производят во всех передовых по развитию промышленности государствах, в частности, США, Италии, Голландии, Великобритании, Канаде, Японии, Франции и др. Каучук СКЭПТ относится к каучукам общего назначения, пользуется повышенным спросом в мире. В 2012 году общемировое потребление СКЭПТ достигло 1090 тыс. тонн в год. Мощности по производству каучука СКЭПТ сосредоточены в экономически развитых регионах мира: мощности в Северной Америке составляют около 50 % от общемировых, или 550 тыс. тонн в год, на Западную Европу приходится около 290 тыс. тонн в год и на Азию - 250 тыс. тонн в год.
СКЭПТ представляет собой [3] монолитную эластичную однородную массу плотностью 850 -870 кг/м3, горюч, не ядовит. Он легко обрабатывается на вальцах, при температуре 60 -80°С, каландруется, шприцуется, формуется и смешивается с большим количеством наполнителей и масел. Механическая обработка на вальцах не оказывает заметного влияния на молекулярную массу сополимера. Вулканизуется СКЭПТ обычным методом - серной вулканизацией, что позволяет использовать типовое оборудование для обработки резиновых смесей на шинных заводах. Особенно ценными свойствами вулканизатов является высокая теплостойкость как при 100°С, так и при 150°С, высокая озоностойкость и стойкость к кислотам, щелочам и некоторым специальным средствам. СКЭПТ не обладает хладотекучестью, что особенно важно при использовании продукции из него в районах с умеренно холодным и холодным климатом.
Наиболее крупным потребителем каучука СКЭПТ является автомобилестроение,
определяющее основной спрос на этот продукт нефтехимиков. Все большее значение в автомобилях приобретает комфортность, в частности бесшумность и отсутствие проникновения пыли в салон автомобиля. Это привело к расширению номенклатуры и типоразмеров оконно-дверных уплотнителей из СКЭПТ. За последние годы
значительно возросло использование СКЭПТ в производстве автомобильных шлангов. Новой отраслью, где находит применение СКЭПТ, является строительная индустрия, и в первую очередь, производство пленочно-кровельных покрытий. Традиционными областями применения СКЭПТ являются производство модифицированных пластиков, бытовых шлангов, при производстве проводов и кабелей низкого, среднего и высокого напряжений. В отечественной промышленности каучуки СКЭПТ применяются при получении резинотехнических изделий (изготовление прокладок ветровых стекол автомобилей), в кабельной промышленности (для оболочковых резин специальных кабелей воздушной прокладки) и др.
В России до недавнего времени СКЭПТ выпускался в городе Уфа на заводе «Оргсинтез», с мощностью около 3 тыс. тонн в год. Поскольку производственные мощности указанного завода не удовлетворяли все возрастающую потребность в каучуке этой марки, дефицит Российской Федерации восполнялся за счет импортных поставок. Поэтому назрела необходимость создания нового производства СКЭПТ в России. В связи с вышеуказанным, первое и единственное крупное производство СКЭПТ проектной мощностью 30 тыс. тонн в год было запущено на ПАО «Нижнекамскнефтехим» в 1995 - 1996 гг. В настоящее время наблюдается недостаток этиленпропиленовых синтетических каучуков на мировом рынке, что предопределяет необходимость расширения его выпуска и актуальность проводимой модернизации действующего оборудования, используемого для его производства на ПАО «НКНХ» [3].
Технологическая схема производства СКЭПТ
Этиленпропиленовый каучук СКЭП является продуктом сополимеризации этилена с пропиленом, а этиленпропиленовый каучук тройной - СКЭПТ -этилена, пропилена и дициклопентадиена (или этилиденнорборнена) в среде нейтрального растворителя Нефрас в присутствии катализатора Циглера-Натта.
Производство этиленпропиленового каучука осуществляется в цехе выделения и сушки каучуков завода СК ПАО «НКНХ», где технологической схемой предусмотрены усреднение, дегазация полимеризата, выделение, сушка и упаковка готового этиленпропиленового каучука СКЭПТ.
Усреденение полимеризата производится на двух последовательно работающих усреднителях, в которых, за счет разности плотностей, образуется нижний водный слой и верхний более легкий слой полимеризата. Водный слой из кубовой части усреднителей насосами отводится на дальнейшее разделение и очистку от органических соединений, усредненный верхний слой полимеризата, по мере накопления, насосами подается в крошко-образователи системы дегазации каучука. В крошкообразователях [4, 5] полимеризат, под
действием подаваемого острого водяного пара и горячей циркуляционной воды измельчается, нагревается и образует пористую массу - крошку каучука в смеси с паром, горячей водой и парами углеводородов. Для предотвращения возможного слипания образующейся крошки в циркуляции-онную воду добавляют антиагломерат, а для сохранения рН-среды в объеме дегазатора - щелочь.
При поступлении смеси полимеризата и крошки каучука в кубовую часть дегазатора (рис.1) незаполимеризовавшиеся мономеры и растворитель при температуре от 90 до 110°С испаряются из измельченного полимеризата, образуя крошку каучука, которая под действием разности плотности, всплывает в верхнюю часть сепарационной зоны дегазатора. Содержащийся в циркуляционной воде антиагломерат адсорбируется на поверхности крошки каучука, образуя тонкую пленку, что предотвращает слипание крошки.
Щ ш
9
Рис. 1 - Схема модернизированного дегазатора синтетического каучука: 1 - корпус; 2 -полусферическая крышка; 3 - мотор-редуктор; 4 - муфта упругая; 5 - барботер для подачи пара; 6 - вал мешалки; 7 - лопастная мешалка; 8 - дисковая мешалка; 9 - люк Ду 600
Для обеспечения равномерного распределения полимеризата и крошки каучука в объеме аппарата, в дегазаторе установлены две четырехлопастные разборные мешалки 7 на консольном валу 6, вращающемся с частотой 64 об/мин от мотора-редуктора 3 марки МР-2-1600, расположенного на верхней полусферической крышке 2 сепарационной зоны дегазатора.
Как показывает опыт эксплуатации [3], указанные четырехлопастные мешалки не обеспечивают равномерность распределения концентрации частиц каучука по высоте дегазатора. Поскольку плотность каучука меньше плотности воды, крошки каучука стремятся всплыть, поэтому при недостаточном перемешивании концентрация частиц крошки каучука в верхней части водного слоя будет выше, чем в нижних частях.
Неравномерность концентрации частиц каучука по высоте дегазатора влияет на функцию распределения частиц по времени пребывания в аппарате. Так при слишком большой концентрации твердых частиц в верхней зоне сепарации возможно их слипание, образование крупных кусков - глыб, что приводит к внеплановым остановкам работы оборудования узла дегазации. При выборе типа мешалки также необходимо учесть затрачиваемую мощность на перемешивание суспензии, которая зависит от скорости вращения и типа перемешивающего устройства. Установка дополнительной турбинной или лопастной мешалки требует значительного увеличения мощности привода в связи с резким увеличением сопротивления со стороны водной суспензии с частицами крошки каучука.
Недостатки и рекомендации по их устранению
Одним из недостатков действующего дегазатора (рис. 1), как отмечалось выше, является неравномерность распределения водяного пара по сечению аппарата, подаваемого барботером 5 в кубовую часть дегазатора. При перемешивании действующими лопастными мешалками подаваемый снизу пар, как более легкая дисперсная фаза, концентрируется вдоль оси мешалки, что отрицательно сказывается на поверхности, времени контакта и равномерном распределении дисперсной паровой (газовой) фазы в рабочем объеме дегазатора, и в конечном итоге, - на качестве выпускаемого каучука.
В связи с вышеизложенным, предлагается установить между действующими лопастными мешалками 7 дополнительную дисковую мешалку 8, которая обеспечивает перераспределение поднимающегося пара, создавая незначительные радиальные потоки в суспензии, тем самым, предотвращая слипание всплывающей крошки каучука.
Дисковую мешалку следует выполнять также разъемной, состоящей из двух симметричных
половинок, стягивая болтами на консольном валу, используя для монтажа действующие люки 9 с условным диаметром 600 мм в корпусе дегазатора. Как и в предыдущих работах [6, 7] по модернизации действующего оборудования на ПАО «Нижнекамскнефтехим», потери мощности на перемешивание дисковой мешалкой незначительны и не требуют увеличения мощности и частоты вращения установленного на дегазаторе мотора-редуктора. Капитальные затраты на изготовление и монтаж дисковой мешалки минимальны, и по нашим расчетам, окупятся менее чем за 4 месяца в результате сокращения времени простоев аппарата на внеплановые остановки по удалению образующихся глыб крошки каучука, а также за счет улучшения качества выпускаемой продукции в результате обеспечения однородной структуры образующейся в дегазаторе крошки каучука.
Литература
1. Г.Н. Ларионова. Вестник Казанского технологического университета. 16, №12, 225 - 228. (2013).
2. А.А. Стародубова, А.Н. Дырдонова, Е.С. Андреева. Вестник технологического университета. 15, №11, 208 - 211. (2012).
3. Технологический регламент производства этиленпропиленового каучука на установке выделения и сушки каучука в цехе 1509 завода СК ПАО «НКНХ».
4. В.О. Рейхсфельд, Л.Н. Еркова. Оборудование производства основного органического синтеза и синтетических каучуков. Химия, Ленинград. 1974. 440 с.
5. Л.А. Аверко-Антонович, Ю.О. Аверко-Антонович, И.М. Давлетбаева, П.А. Кирпичников. Химия и технология синтетического каучука: Уч. пособие для вузов. Химия, КолосС, Москва. 2008. 357 с.
6. М.А. Закиров, Ш.Б. Гатауллин. Вестник технологического университета. 19, № 23, 40 - 43, (2016).
7. Д.В. Козляков, И.А. Сабанаев, Ф.М. Алмакаева. Вестник технологического университета. 18, № 18, 199 - 202, (2015).
© М. А. Закиров - кандидат технических наук, доцент кафедры Машин и аппаратов химических производств Нижнекамского химико-технологического института (филиала) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет», zakirovma50@mail.ru; М. М. Кадыров - студент группы 2715 Нижнекамского химико-технологического института (филиала) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет».
© M. A. Zakirov - candidate of technical sciences, associate professor of the department of Machines and apparatus of chemical plants of Nizhnekamsk chemical-technological institute of the Kazan national research technological university, zakirovma50@mail.ru; M. M. Kadyrov - student of group 2715 of Nizhnekamsk chemical-technological institute of the Kazan national research technological university.
