CC BY
37
УДК 543.4:544.2
Т. Б. Минигалиев, А. Р. Мухтаров, В. П. Дорожкин
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СРЕДЫ НА КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ВУЛКАНИЗАТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИЗОПРЕНА
Ключевые слова: 1,4-цис полиизопрен, резина, кинетика, термодеструкция, воздух, аргон, углекислый газ
В работе произведена оценка временных характеристик процесса термодеструкции вулканизатов каучука 1,4-цис полиизопрена в окислительной (воздушной), инертной (аргон), и в среде углекислого газа. Установлено, что в диапазоне температуры до 600-650 оС обеспечиваются максимальные выходы газообразной и жидкой фракции.
Keywords: 1,4-cis polyisoprene, rubber, kinetic, thermal degradation, air, argon, carbonic gas
In operation the appraisal of time performances of process of thermal degradation of cured stocks of rubber 1,4-tsis polyisoprene in oxidising (air), inert (argon), and in the environment of a carbon dioxide has been effected. It is erected that in a range to temperatures 600-650 оС the maximum yields of gaseous and liquid fraction are provided.
Введение
Пиролиз резин в газовой среде один из сложных процессов переработкиизношенных шин, его скорость зависит от многих факторов газовой среды [1] морфологии применяемого сырья [2].
Например исследователями из
Новосибирска предлагается для термодеструкциии применять закись азота [3]. В работе произведена оценка времени затрачиваемого на переработку.
Оценка кинетических особенностей термодеструции каучука на основе полиизопрена отражена в работе [4].
Экспериментальная часть
Объектом исследования был вулканизат следующего состава: каучук - 100 мас.ч.;
стеариновая кислота - 1,0; альтакс - 0,6;
дифенилгуанидин - 3,0; оксид цинка -5,0; неозон Д -
0,3; сера - 1,0. Вулканизацию проводили при температуре 150 оС в течение 30 минут.
Процесс пиролиза полиизопрена и резин на его основе проводили в цилиндрическом реакторе, описанном в статьях [5] и [6].
Эксперимент проводили в воздушной среде и в среде углекислого газа. Температура процесса варьировалась от 600 до 700 оС. Время
термообработки до 60 минут.
Обсуждение результатов
В процессе термодеструкции вулканизатов полиизопрена получаются три фракции: газ, жидкая фракция, твёрдая фракция (пирокарбон).
Результаты количественной обработки данных экспериментов по изучению термической деструкции вулканизатов полиизопрена в присутствии кислорода аргона и углекислого газа представлены на рисунках 1 - 4.
При рассмотрении полученных
зависимостей можно увидеть, что применение углекислого газа ускоряет процессы распада вулканизационнй сетки и деполимеризации каучука при температурах до 650 оС.
При оценке констант скоростей разложения каучука применялось уравнение вида:
W = кСп
где С - доля не разложившегося каучука,%; к -константа скорости, мин-1, п - порядок скорости реакции
Установлено, что порядок скорости реакции лежит в пределах 1,13 - 1,33. Константы скорости варьируются в пределах 0,053 - 7,118 мин-1.
Скорость процессов распада вулканизационной сетки и деполимеризации каучука с образованием газовой фракции существенно не растет с увеличением температуры. Энергия активации данных процессов лежит в диапазоне 9,86 - 83,6 кДж/моль.
Энергия активации процессов образования пирокарбона из резины лежит в диапазоне 211,8 -224,3 кДж/моль.
^г.сь-Са, %мас.; %мас./с.
Рис. 1 - Доля газа и скорость его выделения при термодеструкции вулканизата на основе полиизопрена в разных средах в зависимости от времени при температуре 600 оС
Интересным температурным режимом в плане предполагаемого технологического процесса пиролиза резин является температура 600 (рис.1). При данной температуре углекислотная газовая среда увеличивает глубину переработки и скорость выделения газа.
^ж.с'б+5 %мас.; W, %мас./с.
Рис. 2 - Доля жидкой фракции и скорость её выделения при термодеструкции вулканизата на основе полиизопрена в разных средах в зависимости от времени при температуре 600 оС
Оценив скорости образования жидких фракций (рис. 2) можно отметить, что на начальной стадии процесса (в период от 0 до 5 минут) скорость деструкции резин максимальна в среде углекислого газа, что обеспечивается высокой скоростью перыичной реакции деполимеризации (рис. 1)
Для обеспечения приемлемой глубины переработки отходов резин, содержащих полиизопрен наиболее приемлемым является термический режим обеспечивающий глубину термодеструкции резин порядка 80%. Наиболее приемлемым диапазоном температур можно считать 600 - 650 оС (рис. 3 и 4) при этом основная часть процессов завершается на сороковой минуте пребывания в реакторе. Так как на производстве практически нет возможности обеспечить точный состав газовой среды в реакторе то предпочтительной является данная температура.
сотв., %мас.; \У, %мас./с.
Рис. 3 - Доля конденсированной части (каучук + техуглерод) и скорость её выделения при термодеструкции вулканизата на основе
полиизопрена в разных среда аргона в зависимости от времени при температуре 600 °С
бо’тв. ? %мас.; \¥, %мас./с.
Рис. 4 - Доля конденсированной части (каучук + техуглерод) и скорость её выделения при термодеструкции вулканизата на основе полиизопрена в разных средах в зависимости от времени при температуре 650 оС
Выводы
В работе произведена оценка временных характеристик процесса термодеструкции вулканизатов каучука 1,4-цис полиизопрена в окислительной (воздушной), инертной (аргон), и в среде углекислого газа. Установлено, что в диапазоне температур до 600-650 оС обеспечиваются максимальные выходы
газообразной и жидкой фракции.
Литература
1. H. Karatas, H. Olgun, F. Akgun, Fuel Proc. Tech., 102, 1, 166-174 (2012).
2. F. Sadaka, I. Campistron, A. Laguerre, J.F. Pilard, Polym. Deg. Stab., 97, 5, 816-828 (2012).
3. K.A. Dubkov, S.V. Semikolenov, D.P. Ivanov, Polym. Deg. Stab, 97, 7, 1123-1130 (2012).
4. S.M. Al-Salem, P. Lettieri, J. Baeyens, J. Haz. Mat., 172, 23, 1690-1694 (2009).
5. О.А. Коробейникова, Т.Б. Минигалиев, В.П. Дорожкин, Вестник КГТУ, 14, 11, 195-201 (2011).
6. Т.Б. Минигалиев, О.А. Коробейникова, В.П. Дорожкин, Вестник КГТУ, 15, 18, 144-146, (2012).
© В. П. Дорожкин - докт. хим. наук, профессор кафедры химической технологии НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ»; Т. Б. Минигалиев - канд. техн. наук, доцент кафедры химической технологии НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ»,е-таі1: minigaliev.tb@gmail.com; А. Р. Мухтаров - студент НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ».
