Способ сушки синтетических каучуков

 

Изобретение относится к технологии синтетических каучуков, получаемых полимеризацией мономеров в растворе, суспензии или эмульсии и выделяемых в виде водной пульпы с последующей сушкой каучука в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления и может быть использовано в промышленности синтетического каучука. Способ сушки синтетических каучуков по изобретению в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления включает концентрирование дисперсии каучука в воде, отделение каучука от воды, отжим воды из каучука в отжимной машине, сжатие и разогрев каучука в сушильной машине, шприцевание нагретого каучука в зону атмосферного давления, обработку каучука горячим воздухом на стадии окончательной сушки и охлаждения. При этом продолжительность шприцевания каучука в зону атмосферного давления выдерживают равной эффективному времени релаксации каучука. Отношение массы воздуха, подаваемого на стадию окончательной сушки, к массе водяных паров, образующихся при сбросе давления, выдерживают в пределах от 3 до 8. При необходимости перед подачей на отжим каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации. При повышении допустимой температуры каучука после сброса давления каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, подаваемыми перед сушильной машиной. Технический результат способа - снижение температуры сушки, уменьшение энергозатрат, повышение однородности каучука и снижение потерь легколетучих антиоксидантов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к технологии синтетических каучуков, получаемых полимеризацией мономеров в растворе, суспензии или эмульсии и выделяемых в виде водной пульпы с последующей сушкой каучука в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления, и может быть использовано в промышленности синтетического каучука.

Известен способ сушки синтетического каучука путем концентрирования водной пульпы, отделения каучука от воды, отжима ее из каучука в червячной отжимной машине, сжатие и разогрев каучука до температуры 150-222^oС в червячной сушильной машине, в которую подают инертный газ (азот) в количестве 2-20 кг/т каучука, дросселирования каучука в форкамеру, в которую подают инертный газ с температурой 100-135^oС в количестве 10-200 кг/т каучука и поддерживают атмосферное давление [а.с. СССР 1407930, МПК С 08 С 3/00, В 29 В 13/06, опубл. 07.07.88].

Недостатком указанного способа сушки является использование инертного газа, подаваемого в форкамеру, и в червячную сушильную машину, что вызывает технические трудности и приводит к росту экономических затрат на сушку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ сушки синтетических каучуков, по которому концентрируют водную пульпу каучука, отделяют каучук от воды, отжимают воду из каучука в червячной отжимной машине, сжимают и разогревают каучук до температуры 160-220^oС в червячной сушильной машине, температуру разогрева (сушки) в которой регулируют путем изменения числа оборотов червячного вала, шприцуют каучук через фильеры в вибросушилку, смешивают в вибросушилке при атмосферном давлении водяные пары с воздухом, нагретым до температуры 120-160^oС, после чего каучук виброподъемником, где его обдувают нагретым воздухом, подают на брикетирование, причем длину фильеры подбирают таким образом, чтобы сжатие каучука в червячной машине достигало 3 МПа, а продолжительность прохождения каучука через калибрующую часть фильеры была бы максимальной [Рейхсфельд В.О., Шеин В.С, Ермаков В.И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1985, стр. 158-160, 167-168, 193-195].

Данный способ сушки также обладает недостатком, который вызван неоптимальной продолжительностью прохождения каучука через калибрующую часть фильеры, что приводит к росту температуры сушки, снизить которую путем изменения числа оборотов червячного вала становится невозможно из-за падения заданной производительности. В свою очередь повышение температуры сушки способствует пластикации каучука, потерям легколетучих антиоксидантов, особенно фенольного типа, а также ухудшению цветности каучука при его остывании в брикете.

Задачей изобретения является снижение температуры сушки, уменьшение энергозатрат, повышение однородности каучука и снижение потерь легколетучих антиоксидантов.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе сушки синтетических каучуков в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления, включающем концентрирование дисперсии каучука в воде, отделение каучука от воды, отжим воды из каучука в отжимной машине, сжатие и разогрев каучука в сушильной машине, шприцевание нагретого каучука в зону атмосферного давления, обработку каучука горячим воздухом на стадии окончательной сушки и охлаждения, продолжительность шприцевания каучука в зону атмосферного давления выдерживают равной эффективному времени релаксации каучука. Отношение массы воздуха, подаваемого на стадию окончательной сушки, к массе водяных паров, образующихся при сбросе давления, выдерживают в пределах от 3 до 8, причем при необходимости перед подачей на отжим каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, а в случае превышения допустимой температуры каучука после сброса давления, каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, подаваемыми перед сушильной машиной.

В отличие от известного способа сушки синтетических каучуков в червячных сушильных агрегатах выдерживанием продолжительности шприцевания каучука в зону атмосферного давления, равной времени релаксации каучука, достигают максимального давления на выходе из фильеры, что способствует более эффективному разбуханию каучука за счет накопленной упругой деформации и более интенсивному парообразованию воды в толще каучука при пониженных температурах сушки, выдерживанию величины отношения массового расхода воздуха к массе паров воды, образующихся при сбросе давления, в пределах от 3 до 8, благодаря чему стабилизируют конечное влагосодержание каучука при одновременном снижении расхода тепла водяного пара на сушку. Кроме того, в отличие от известного способа, обработкой каучука перед подачей на отжим и после процесса отжима частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации дополнительно снижают зольность каучука и уменьшают температуру сушки, что в конечном итоге позволяет снизить расход легколетучих антиоксидантов, улучшить однородность каучука и его цветность.

Предлагаемый способ сушки синтетических каучуков в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления осуществляют по приведенной схеме следующим образом.

Пульпу крошки каучука в воде по линиям 1 подают в концентратор 2, где ее отделяют от воды и направляют по линии 3 в концентратор 4. Свободную от каучука воду по линии 5 направляют на технологические нужды или после очистки сливают в химически загрязненную канализацию (ХЗК). В концентраторе 4 крошку каучука обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, подаваемыми по линиям 6, после чего отделяют от каучука и по линии 7 направляют на технологические нужды, например для отмывки полимеризата от каталитического комплекса или после очистки сбрасывают в ХЗК. Прием пульпы каучука в концентратор 2 осуществляют при необходимости с целью извлечения из каучука водорастворимых примесей, образующих концентрированные водные растворы, имеющие температуру кипения выше, чем у воды. Наличие водорастворимых примесей наиболее характерно для каучуков, синтезируемых при повышенных дозировках катализатора, эмульсионных каучуков, а также галокаучуков. Данные каучуки имеют повышенную зольность. В случае сушки низкозольных каучуков прием водной пульпы каучука осуществляют в концентраторе 4, а концентратор 2 используют как резервный. Из концентратора 4 каучук по линии 8 направляют в червячную отжимную машину 9 на отжим воды, которую по линии 10 выводят в ХЗК. Из червячной машины 9 каучук по линии 11 направляют в червячную сушильную машину 12, где его сжимают, разогревают и шприцуют в вибросушилку 13, при этом продолжительность шприцевания (продолжительность прохождения каучука через калибрующую часть фильеры) выдерживают равным эффективному времени релаксации τ_rel, которое характеризует пластоэластические свойства каучука согласно выражению где τ_init(c) - время инициализации (время, соответствующее максимальной величине вязкости каучука по Муни при температуре сушки); k_slope - константа скорости релаксации (показатель, характеризующий релаксацию момента сопротивления на вискозиметре Муни после мгновенной остановки ротора при температуре сушки), а длину калибрующей части фильеры - L (м) находят из выражения где ρ_к - плотность каучука, (кг/м³); Q - производительность по сухому каучуку, (т/ч); n - число фильерных втулок; D_ф - диаметр фильерных втулок, (м).

Из вибросушилки 13 каучук по линии 14 подают на виброподьемник 15, где каучук обдувают воздухом, подаваемым вентилятором 16 и нагреваемым в калорифере 17, и по линии 18 подают на упаковку. В вибросушилку 13 вентилятором 19 через калорифер 20 подают воздух, массовый расход которого выдерживают в отношении от 3 до 8 от массы паров воды, образующихся при сбросе давления. Отработанный воздух вентилятором 21 направляют на обезвреживание от содержащихся в нем углеводородов. Кроме того, в начале вибросушилки 13 измеряют температуру каучука измерительным устройством 22 и в случае ее отклонения от заданного значения, каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, подаваемыми по линии 6 в линию 11.

Предлагаемый способ сушки синтетических каучуков иллюстрируют следующие примеры.

Примеры 1-3 Водную пульпу бутилкаучука, заправленного агидолом из расчета 1,3 кг/т каучука, концентрируют в концентраторе и отделяют от воды, отжимают из каучука воду в червячной отжимной машине до содержания 8 мас.%, сжимают в сушильной машине, нагревают и шприцуют в вибросушилку при различной продолжительности прохождения каучука через калибрующую часть фильеры, при этом температуру разогрева выдерживают таким образом, чтобы влажность каучука на выходе из вибросушилки не превысила 0,3 мас.%. Вязкость каучука по Муни (1+8, 125^oС) в примерах 1-3 равна 52 ед., производительность по каучуку 4 т/ч, отношение массового расхода воздуха в вибросушилку к массовому расходу образующихся водяных паров равно 8, температура воздуха, подаваемого в вибросушилку равна 65^oС. Продолжительность шприцевания в примере 2 выдерживают равной эффективному времени релаксации каучука.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.1.

Примеры 4-8 Водную пульпу бутилкаучука, заправленного агидолом из расчета 1,3 кг/т каучука и имеющего вязкость по Муни (1+8, 125^oС) 52 ед., концентрируют в концентраторе, отделяют от воды, отжимают из каучука воду в червячной отжимной машине до содержания 8 мас.%, сжимают и разогревают до температуры 170^oС в червячной сушильной машине, шприцуют в течение 0,026 с в вибросушилку, в которую подают воздух, нагретый до температуры 65^oС, при различных отношениях массового расхода воздуха в вибросушилку к массовому расходу образующихся водяных паров.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.2. Примеры 4, 8 - по известному способу, примеры 5-7 - по предлагаемому способу.

Пример 9 (контрольный) Хлорбутилкаучук, получаемый путем обработки раствора бутилкаучука в гексане хлором с последующей нейтрализацией непрореагировавшего хлора и хлороводорода щелочью, выделяют из раствора путем водной дегазации раствора каучука с последующим отделением каучука от воды в концентраторе, отжимом воды из каучука в червячной отжимной машине, сжатием и разогревом каучука в червячной сушильной машине, шприцеванием каучука в вибросушилку при выдерживании продолжительности шприцевания, равной эффективному времени релаксации каучука, с подачей воздуха, нагретого до температуры 80^oС, в количестве 5 кг/кг паров воды, образующихся при сбросе давления. Каучук заправлен агидолом из расчета 1,3 кг/т каучука и имеет вязкость по Муни (1+8, 125^oС) 45 ед.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.3.

Пример 10 Сушку хлорбутилкаучука осуществляют по предлагаемому способу путем концентрирования водной пульпы каучука и отделения каучука от воды в первом концентраторе, подачи каучука во второй концентратор, где каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, после чего осуществляют отделение каучука от водной фазы и производят его сушку, аналогично примеру 9. Каучук заправляют агидолом из расчета 1,3 кг/т каучука, как и в примере 9. Вязкость по Муни каучука 45 ед.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.4.

Пример 11 (контрольный) Сушку изопренового каучука СКИ-3С, заправленного ионолом, имеющего вязкость по Муни, равной 70, осуществляют по известному способу путем отделения каучука от воды в концентраторе, отжима воды из каучука в червячной отжимной машине до содержания влаги в последнем 7 мас.%, сжатия и разогрева каучука в червячной сушильной машине, шприцевания каучука в вибросушилку при выдерживании продолжительности шприцевания, равной эффективному времени релаксации каучука, при подаче в вибросушилку воздуха, нагретого до температуры 60^oС в количестве 8 кг/кг паров воды, образующихся при сбросе давления. Дозировка ионола 1,3 кг/т каучука.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.5.

Пример 12
Сушку осуществляют по предлагаемому способу. Изопреновый каучук СКИ-3С, заправленный ионолом, имеющий вязкость по Муни, равную 70, осуществляют аналогично примеру 11, однако в процессе подачи каучука в червячную сушильную машину каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации.

Процесс характеризуют следующие показатели, представленные в табл.6.

Как видно из приведенных примеров использование предлагаемого способа сушки позволит снизить расход антиоксиданта на 15-25%, уменьшить разброс вязкости каучука по Муни на 2-5 ед., снизить затраты энергии на сушку на 0,032 Гкал/т каучука, увеличить производительность по каучуку на 10-15%.

Формула изобретения

1. Способ сушки синтетических каучуков в червячных сушильных агрегатах методом сброса давления, включающий концентрирование дисперсии каучука в воде, отделение каучука от воды, отжим воды из каучука в отжимной машине, сжатие и разогрев каучука в сушильной машине, шприцевание нагретого каучука в зону атмосферного давления, обработку каучука горячим воздухом на стадии окончательной сушки и охлаждения, отличающийся тем, что продолжительность шприцевания каучука в зону атмосферного давления выдерживают равной эффективному времени релаксации каучука.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение массы воздуха, подаваемого на стадию окончательной сушки, к массе водяных паров, образующихся при сбросе давления, выдерживают в пределах от 3 до 8.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при необходимости, перед подачей на отжим каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при повышении допустимой температуры каучука после сброса давления каучук дополнительно обрабатывают частично умягченной водой или водным конденсатом паров дегазации, подаваемыми перед сушильной машиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7