CC BY
28
УДК 678.04
О ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ РАСТВОРА КАУЧУКА
ПЕРЕД ДЕГАЗАЦИЕЙ
Э.М. РИВИН, к.т.н., технический директор, Д.А. АНТИПИН, руководитель группы механиков, Г.В. ПРОСКУРИН, вед. инженер-технолог ООО «БизнесХим»
(394014, г. Воронеж, Ленинский пр., 43а) E-mail: [email protected] В течение многих лет предварительное концентрирование раствора каучука после полимеризации рассматривалось, главным образом, применительно к безводной дегазации. С целью сохранения свойств каучука все чаще стала применяться комбинированная схема, сочетающая предварительное концентрирование полимеризата с водной дегазацией и позволяющая сохранить на заводах хорошо освоенный процесс водной дегазации. Приведены принципиальные технологические схемы предварительного концентрирования полимеризата под избыточным давлением и под вакуумом.
Ключевые слова: раствор каучука, полимеризация, дегазация, полимеризат, технологическая схема.
В процессе создания и освоения производств полимеров, получаемых полимеризацией в растворах (полибутадиена, полиизопрена, бутилкаучука, тер-моэластопластов, бутадиен-стирольных статистических каучуков и др.) вопрос предварительного концентрирования растворов каучука после полимеризации перед дегазацией возникал неоднократно и, в основном, не увязывался с новыми схемами безводной дегазации, описанными в обзорной статье [1].
Ранее, в работе [2], было приведено распределение расходов энергоресурсов по основным стадиям производства растворных каучуков. Было показано, что одним из способов энергосбережения является использование схемы предварительного концентрирования полимеризата, позволяющее отгонять до % растворителя без расхода острого водяного пара, снизив его расход до 50%. Другим возможным способом экономии энергоресурсов, в частности, электроэнергии, является использование кинетической энергии водяного пара вместо электропривода [3], к сожалению, не нашедшее широкого промышленного применения.
Промышленному освоению стадии предварительного концентрирования полимеризата перед водной дегазацией препятствовали:
• относительная простота достаточно быстро освоенной схемы водной дегазации с внедрением инжекторов и других интенсивных смесительных устройств, решившей проблемы получения пористой, легко дегазируемой крошки каучука;
• наличие ресурсов водяного пара, не способствовавшее энергосбережению;
• достаточно обоснованные опасения о возможности забивки оборудования для получения и переработки стадии концентрирования полимером;
• сложности подбора высоконапорных насосов для транспортировки высоковязких сред — концентрированных растворов полимеров.
Однако все эти сложности на практике разрешимы.
С учётом требований потребителей и для уменьшения жестких термомеханических воздействий на каучук все чаще в мировой практике применяется комбинированная схема выделения каучука из растворов, включающая предварительное концентрирование полимеризата, водную дегазацию, сушку каучука с отжимом влаги в червячных машинах с досушкой до требований стандартов в конвейерных воздушных сушилках [4].
По мере повышения температуры кипения используемого растворителя его отгонка из раствора каучука становится более затруднительной, она может потребовать и создания вакуума в системе предварительного концентрирования, усложнения и существенного удорожания узла нагрева полиме-ризата и перехода от простой схемы концентрирования «за один проход» к схеме с циркуляцией части полимеризата.
Это усложнение четко прослеживается при переходе от растворителя изопентана (для полиизопрена или бутилкаучука) к нефрасу (н-гексану), смеси его с толуолом и чистому н-гексану (для полибутадиена).
Вполне реальна стадия предварительного концентрирования с удалением значительной части изо-пентана без вакуумирования, но отгонка нефраса и тем более толуола без разрежения вряд ли возможны. В работе [5] приведена предварительная схема концентрирования полимеризата с использованием инжектора.
Схемы и оборудование для подогрева полимери-зата и вакуумирования могут существенно отличаться друг от друга: возможны предварительный подогрев холодного полимеризата в теплообменнике, подогрев циркулирующего полимеризата в теплообменнике, создание вакуума с использованием инжекционных систем с циркуляцией воды или самого растворителя либо применение «мокрых»
Рис . 1. Принципиальная схема предварительного концентрирования раствора каучука в легкокипящем растворителе под избыточным давлением:
1 — теплообменник, обогреваемый водяным паром; 2 — ёмкость с перемешивающим устройством; 3 — циркуляционный насос; 4 — конденсатор, охлаждаемый промводой; 5 — промежуточный сборник для отогнанного растворителя; 6 — насос для откачки отогнанного растворителя
Рис . 2. Принципиальная схема предварительного концентрирования раствора каучука под вакуумом, создаваемым вакуум-насосом:
1 — теплообменник, обогреваемый водяным паром; 2 — ёмкость с перемешивающим устройством; 3 — циркуляционный насос; 4 — конденсатор, охлаждаемый промводой; 5 — промежуточный сборник для отогнанного растворителя; 6 — насос для откачки отогнанного растворителя; 7 — вакуум-насос (схема циркуляции жидкости условно не показана); 8 — система конденсации
вакуум-насосов и т.д. При этом для узла концентрирования полимеризата применение дефицитных марок нержавеющей стали не обязательно.
Ниже на рис. 1 приведена принципиальная схема узла предварительного концентрирования полимеризата в легколетучем растворителе под избыточным давлением. Эта схема приемлема при использовании в качестве растворителя (полностью или частично) предельных углеводородов до С5 включительно.
Вариант принципиальной технологической схемы предварительного концентрирования раствора каучука с использованием принципа инжекции (с циркуляцией через инжектор растворителя) приведен в [5, рис. 2].
Эта схема приемлема при использовании в качестве растворителей предельных углеводородов, начиная с С6, и ароматических соединений (н-гексан, нефрас, толуол, их смесей и т.п.).
Принципиальная схема предварительного концентрирования раствора каучука под вакуумом, создаваемым вакуум-насосом, приведена на рис. 2. Область применения этой схемы — такая же, как схемы, приведённой в [5, рис. 2].
В существующие производства растворных ка-учуков узел предварительного концентрирования может быть встроен на уровне технического перевооружения с частичным использованием существующего оборудования. Такое решение может оказать-
ся эффективным, так как оно позволит избежать дорогостоящего сооружения новых цехов безводной дегазации, дающих сокращение энергопотребления на стадии самой дегазации порядка 10% [5].
Для частичного повышения концентрации раствора каучука перед дегазацией может быть использован и отсос паров углеводородов из усреднителей полимеризата перед дегазацией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ривин Э.М., Горбунова О.В., Антипин ДА. К вопросу совершенствования оборудования выделения каучуков из растворов // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2013. — № 4. — С. 16-19.
2. Ривин Э.М., Скульский А.С. Пути снижения расхода энергоресурсов в производстве синтетических каучуков // Промышленная энергетика. — 1985. — № 11. — С. 6-8.
3. Разумов В.В. Внедрение достижений научно-технического прогресса при реконструкции Волжского завода СК // Экономика, организация и управление в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. — 1984. — № 10. — С. 15-18.
4. Золотарев В.Л. Еще раз о безводной дегазации синтетических каучуков растворной полимеризации // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2014. — № 2. — С. 22-24.
5. Ривин Э.М., Проскурин Г.В., Антипин ДА. Энергопотребление в процессах водной и безводной дегазации каучуков растворной полимеризации // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2014. — № 3. — С. 21-25.
PRELIMINARY CONCENTRATION OF RUBBER SOLUTION BEFORE DEGASSING PROCESSES
Rivin E.M., Cand.Sci.(Tech.),
Antipin D.A.,
Proskurin G.V.
BiznesChem (Leninsky Prospekt, 43a, Voronezh, 394004, Russian Federation, E-mail: [email protected])
ABSTRACT
For many years the pre-concentration of rubber solution after polymerization was most often viewed as applicable only to a nonaqueous degassing process. In recent years the pre-concentration of polymerisate has been frequently combined with aqueous degassing for the purpose of preserving rubber properties. This scheme allows enterprises to keep aspects of the familiar aqueous degassing process.
The article presents several process flow diagrams for the pre-concentration of polymerisate solution under overpressure conditions and under vacuum.
Keywords: rubber solution, polymerization, degassing, polymer, process flow diagram.
REFERENCES
1. Rivin E.M., Gorbunova O.V., Antipin D.A. Promishlennoye proizvodstvo i ispolzovaniye elastomerov [Industrial production and use of elastomers]. 2013, no. 4, pp. 16-19. (In Russ.).
2. Rivin E.M., Skulsky A.C. Promishlennaya energetica [Industrial Energetics]. 1985, no. 11, pp. 6-8. (In Russ.).
3. Razumov V.V. Ekonomica, organizatsiya i upravlenie v neftepererabativayushchey i neftekhimicheskoy promishlennosti [Economics, organization and management in oil-refining and oil-chemical industry]. 1984, no. 10, pp. 15-18. (In Russ.).
4. Zolotaryov V.L. Promishlennoye proizvodstvo i ispolzovaniye elastomerov [Industrial production and use of elastomers]. 2014, no. 2, pp. 22-24. (In Russ.).
5. Rivin E.M., Proskurin G.V., Antipin D.A. Promishlennoye proizvodstvo i ispolzovaniye elastomerov [Industrial production and use of elastomers]. 2014, no. 3, pp. 21-25. (In Russ.).
