[go: up one dir, main page]

RU2527964C1 - Method of controlling process of butyl rubber drying - Google Patents

Method of controlling process of butyl rubber drying Download PDF

Info

Publication number
RU2527964C1
RU2527964C1 RU2013120748/04A RU2013120748A RU2527964C1 RU 2527964 C1 RU2527964 C1 RU 2527964C1 RU 2013120748/04 A RU2013120748/04 A RU 2013120748/04A RU 2013120748 A RU2013120748 A RU 2013120748A RU 2527964 C1 RU2527964 C1 RU 2527964C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
temperature
rubber
crumb
drying agent
Prior art date
Application number
RU2013120748/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Елфимов
Павел Владимирович Елфимов
Армен Рудикович Аветисян
Андрей Михайлович Комендантов
Анатолий Александрович Белов
Евгений Владиславович Синютин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева"
Priority to RU2013120748/04A priority Critical patent/RU2527964C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527964C1 publication Critical patent/RU2527964C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: method consists in the supply of the wet butyl rubber crumb into an expeller, mixing in the expeller, realisation of the process of throttling, obtaining the dried rubber crumb. The preliminarily dried in the expeller crumb is supplied into an expander, after the expeller division of the crumb flow into two flows is carried out in a ratio of 9:1, one flow in a quantity of 90% of the total flow is supplied directly to the expander input, the second flow in a quantity of 10% of the total flow is irrigated on a transporter with a water solution of a drying agent, as such used is ammonium hydrocarbonate (porofor), synthesised by mixing separate flows of ammonium, carbon dioxide and water at a temperature from 0°C to +5°C in a packed column. The solution of the drying agent ammonium hydrocarbonate is cooled in a refrigeration circuit to a temperature of -3÷0°C, used in irrigation of the second flow of the rubber crumb pulp, to reduce the temperature of the rubber crumb on the output from the transporter to a temperature of +10÷+13°C. The second flow is supplied to the expander input to mix with the first flow of the crumb. Further rubber drying to the moisture content of 0.01-0.05 wt % is carried out. Control over the drying process is performed by a value of difference of temperatures of the drying agent ammonium hydrocarbonate solution before and after irrigation with it of the rubber crumb by means of an automated control system (ACS), which analyses information from sensors of the solution consumption and temperature: readings of the sensors of temperature of the drying agent ammonium hydrocarbonate solution are taken before and after irrigation with it of the rubber crumb, difference of temperatures is analysed, readings of flowmeters of consumprion of the drying agent ammonium hydrocarbonate solution are taken before and after irrigation with it of the rubber crumb, difference of the solution consumption is analysed. In case of deviation from a programmed value, the ACS sends controlling commands to change the temperature of the drying agent by changing refrigerant consumption in a refrigeration circuit. The controlling commands are sent to a circulation pump to change consumption of the flow of the drying agent ammonium hydrocarbonate solution, supplied for irrigation of the rubber crumb until the specified temperature of the crumb is achieved.EFFECT: reduction of energy consumption, increased safety due to the absence of the process with an application of high pressure, increase of rubber quality.6 ex, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии получения синтетических каучуков, в частности к процессам их выделения из растворов в углеводородных растворителях, к методу сушки синтетических полимеров, в частности полиизопрена, бутилкаучука, этилен-пропиленовых каучуков - как последней стадии всего процесса выделения, следующей за растворной полимеризацией, водной дегазацией, отмывкой полимера и предваряющей упаковку, к улучшению условий сушки каучука в аппарате экструзионного типа для подготовки конечных полимерных частиц, имеющих очень низкое содержание летучих жидкостей, таких как растворители, разбавители, или воды и может быть использовано в нефтехимической промышленности.The invention relates to the chemical industry, in particular to a technology for producing synthetic rubbers, in particular to processes for their isolation from solutions in hydrocarbon solvents, to a method for drying synthetic polymers, in particular polyisoprene, butyl rubber, ethylene-propylene rubbers - as the last stage of the entire process of isolation, following solution polymerization, water degassing, polymer washing and pre-packaging, to improve the drying conditions of rubber in an extrusion type apparatus for preparing final polymer particles having a very low content of volatile liquids, such as solvents, diluents, or water, and can be used in the petrochemical industry.

Известны способы сушки или десольватации полимеров с применением экструдерных агрегатов, описанные в патентах:Known methods of drying or desolvation of polymers using extruder aggregates described in the patents:

Патент США №2833750(1958 ) относится к удалению летучих углеводородов из эластомеров, содержащих от 10 до 50%, масс. растворителя, при помощи экструдера с вентиляцией, в соответствии с чем инертные газы или вода подаются в экструдер, смешиваются с эластомером, а пары мгновенно выпариваются из смеси посредством вентилируемой секции в экструдере. Затем эластомеры выводятся через фильерную плиту экструдера.US patent No. 2833750 (1958) relates to the removal of volatile hydrocarbons from elastomers containing from 10 to 50%, mass. solvent, using an extruder with ventilation, whereby inert gases or water are supplied to the extruder, mixed with an elastomer, and the vapor is instantly evaporated from the mixture through a ventilated section in the extruder. Then the elastomers are discharged through the die plate of the extruder.

В патентах США №№3834440(1974) и 3874090(1975) приведены описания усовершенствованной экструзионной сушилки, имеющей регулируемое изменяемое дросселирование расхода, последующий канал и конвейерное устройство после сужения, имеющее неограниченный выход, открытый в атмосферу.US Pat. Nos. 3,834,440 (1974) and 3,874,090 (1975) describe an improved extrusion dryer having an adjustable variable flow rate throttling, a subsequent channel and a conveyor device after constriction, having unlimited outlet to the atmosphere.

В патенте США №3222797(1965) и патенте Великобритании №965183 (1964) раскрываются методы предварительного обезвоживания и конечной сушки различных полимеров, включая эластомеры, в аппаратах экструдерного типа.In US patent No. 3222797 (1965) and British patent No. 965183 (1964) discloses methods of preliminary dehydration and final drying of various polymers, including elastomers, in extruder-type apparatuses.

Эти патенты противопоставляют свой процесс технологии изотермической экструзии по патенту США №2833750. Согласно этим патентам процесс работает посредством передачи полимера через экструдер таким образом, что температура и давление постепенно увеличиваются, а температура полимера доводится до максимальной непосредственно перед разгрузочной плитой. Максимальные температуры поддерживаются лишь в течение ограниченных периодов времени; при этом указывается, например, что нельзя превышать температуры примерно от 149°С до 232°С в течение более чем 60 секунд. В этих же патентах отмечается, что возможно будет полезно подавать насосом в аппарат небольшое количество пара, инертного газа или перегретого пара для увеличения пористости полимера, выходящего из фильеры, тем не менее этот процесс требует применения сравнительно высоких температур для обеспечения энергии для сушки полимера.These patents contrast their process with isothermal extrusion technology in US Pat. No. 2,833,750. According to these patents, the process works by transferring the polymer through the extruder in such a way that the temperature and pressure are gradually increased, and the polymer temperature is brought to its maximum immediately before the unloading plate. Maximum temperatures are maintained only for limited periods of time; it is indicated, for example, that the temperature cannot be exceeded from about 149 ° C to 232 ° C for more than 60 seconds. The same patents note that it may be useful to pump a small amount of steam, inert gas or superheated steam into the apparatus to increase the porosity of the polymer exiting the die, however, this process requires the use of relatively high temperatures to provide energy for drying the polymer.

В производстве синтетических эластомеров, таких как:In the production of synthetic elastomers, such as:

полиизопрен, бутилкаучук, хлорбутилкаучук, бромбутилкаучук, СКЭПТ и т.п., продукт, получаемый из процесса полимеризации, представляет собой водную суспензию полимера. Для выделения полимера из суспензии и подготовки его для упаковки полимерная крошка, которая практически не содержат воды, может получаться несколькими способами.polyisoprene, butyl rubber, chlorobutyl rubber, bromobutyl rubber, SKEPT and the like, the product obtained from the polymerization process is an aqueous suspension of the polymer. To isolate the polymer from the suspension and prepare it for packaging, polymer crumb, which practically does not contain water, can be obtained in several ways.

В типичном процессе сушки сначала используют вибрирующее сито, на которое поступает первоначальная суспензия, содержащая 95..97 воды. После сита достигается содержание воды в суспензии 40…50%.In a typical drying process, a vibrating screen is first used, onto which an initial slurry containing 95..97 water is supplied. After the sieve, a water content in suspension of 40 ... 50% is achieved.

Дальнейшая сушка обеспечивается при сравнительно низких температурах на втором этапе, который состоит из отделения воды от полимера и требует применения обезвоживающего экструдера, который работает в диапазоне температур от 82 до 104°С. На этом этапе достигается содержание воды в эластомере от 0.5 до 15%, масс. Другие предварительные этапы сушки заключаются в применении экструдеров для удаления воды посредством сжатия, а также отжимные пресса, туннельные сушилки и т.п., или их сочетание.Further drying is provided at relatively low temperatures in the second stage, which consists of separating water from the polymer and requires the use of a dewatering extruder, which operates in the temperature range from 82 to 104 ° C. At this stage, the water content in the elastomer from 0.5 to 15%, mass. Other preliminary stages of drying are the use of extruders to remove water by compression, as well as squeezing presses, tunnel dryers, etc., or a combination thereof.

Любая комбинация способов, при которых получается влажный полимер, содержащий 0.5…1.0%, масс. воды, предпочтительно 0.25…0.5 %, масс., может быть использована для практического применения настоящего изобретения.Any combination of methods in which a wet polymer is obtained containing 0.5 ... 1.0%, mass. water, preferably 0.25 ... 0.5%, mass., can be used for the practical application of the present invention.

Наиболее критическим и окончательным этапом выделения каучука из водной пульпы является экструзионная сушка, которая обеспечивает получение эластомера, практически не содержащего воду. Эта технология сушки в экструдере обычно заключается в разогреве и сдавливании эластомера в аппарате с быстро вращающимся шнеком и пропускании разогретой массы, включающей в себя перегретую воду, которая при дросселировании через фильеру разрывает каучук и испаряется из него. Остаточное содержание воды составляет около 0.5%, масс.The most critical and final step in isolating rubber from aqueous pulp is extrusion drying, which provides an elastomer that is substantially free of water. This drying technology in an extruder usually consists in heating and squeezing the elastomer in a device with a rapidly rotating screw and passing a heated mass, which includes superheated water, which, when throttled through a die, breaks the rubber and evaporates from it. The residual water content is about 0.5%, mass.

Однако приведенные процессы сушки не позволяют добиваться 100% осушки полимеров, так как остатки воды в количестве 0,5%, масс., химически связанной с массой полимера, не могут быть извлечены, что снижает качество каучука.However, the above drying processes do not allow to achieve 100% drying of the polymers, since the remaining water in the amount of 0.5%, mass., Chemically related to the mass of the polymer cannot be recovered, which reduces the quality of the rubber.

Близким аналогом выбрано техническое решение по патенту №4508592 от 02.04.1985, B01D 1\00, B01D 1\28, US «Экструзионная сушка эластомеров с подачей газа».The technical solution according to patent No. 4508592 dated 04/02/1985, B01D 1 \ 00, B01D 1 \ 28, US "Extrusion drying of elastomers with gas supply" was chosen as a close analogue.

Экструзионная сушка влажной каучуковой измельченной крошки в последней фазе общего процесса сушки эластомера улучшается за счет применения газа, подаваемого в зону компрессии экструдера, обеспечивая повышенную эффективность в процессе сушки со взрыванием. Производятся каучуковые частицы, имеющие содержание влаги 0,2%, масс. Способ заключается в том, что подают влажную крошку бутилкаучука, полиизопрена, хлорбутилкаучука, бромбутилкаучука, СКЭПТ в экструдер и перемешивают таким образом, что температура и давление постепенно повышаются в зоне высокой степени сжатия, куда подается осушающий агент (газ, вода) и затем происходит процесс дросселирования.The extrusion drying of wet rubber crushed crumbs in the last phase of the overall elastomer drying process is improved by using the gas supplied to the compression zone of the extruder, providing increased efficiency in the blast drying process. Rubber particles are produced having a moisture content of 0.2%, mass. The method consists in supplying wet crumbs of butyl rubber, polyisoprene, chlorobutyl rubber, bromobutyl rubber, SKEPT to the extruder and mixing so that the temperature and pressure gradually increase in the high compression zone where the drying agent (gas, water) is supplied and then the process throttling.

Однако заявленный способ не позволяет добиваться необходимой степени осушки полимера, а подача инертного газа или пара через специальные, рассчитанные на высокое давление клапаны, на расстояниях 50 мм от фильерной плиты приводит только к дестабилизации работы экструдеров и повышению энергетических расходов - на компремирование газов и на увеличение усилия на продавливание полимера в зону большего давления из-за подачи газа и уменьшения суммарной площади фильерных отверстий, вследствие «проскока» газа или пара в некоторые отверстия и исключения этих отверстий из процесса дросселирования каучука. Способ также не обеспечивает возможность регулирования процесса сушки.However, the claimed method does not allow to achieve the required degree of polymer drying, and the supply of inert gas or steam through special valves designed for high pressure at a distance of 50 mm from the die plate only leads to destabilization of the extruders and an increase in energy costs - to compress gases and increase efforts to push the polymer into the zone of greater pressure due to gas supply and a decrease in the total area of the die holes, due to the “leakage” of gas or steam into some holes and and exception of the holes of the rubber throttling process. The method also does not provide the ability to control the drying process.

Технический результат использования предлагаемого технического решения заключается в снижении энергозатрат, повышении безопасности процесса, повышении качества каучука.The technical result of using the proposed technical solution is to reduce energy consumption, improve process safety, improve the quality of rubber.

Поставленная цель достигается следующим образом.The goal is achieved as follows.

Способ управления процессом сушки бутилкаучука заключается в подаче влажной крошки бутилкаучука в экструдер, подаче осушающего агента в экструдер, перемешивании в экструдере, осуществлении процесса дросселирования, получении осушенной крошки каучука, при этом подают в экспандер предварительно осушенную в экспеллере крошку, осуществляют разделение потока крошки каучука после экспеллера на два потока, в соотношении 9:1, подают один поток в количестве 9 частей от общего непосредственно на вход экспандера, второй поток в количестве 1 часть от общего орошают на транспортере водным раствором осушающего агента, в качестве которого используют гидрокарбонат аммония (порофор), синтезируемый смешением раздельных потоков аммиака, углекислого газа и воды при температуре от 0°С до +5°С в колонне с насадкой,A method for controlling the drying process of butyl rubber consists in feeding wet butyl rubber crumbs to an extruder, feeding a drying agent to an extruder, mixing in an extruder, carrying out a throttling process, obtaining dried rubber crumbs, while crumb pre-dried crumbs in the expeller are fed to the expander, and the rubber crumb flow is separated after expeller in two streams, in a ratio of 9: 1, serves one stream in the amount of 9 parts of the total directly to the expander's input, the second stream in the amount of 1 part of the total irrigated on the conveyor with an aqueous solution of a drying agent, which is used ammonium bicarbonate (porophore), synthesized by mixing separate streams of ammonia, carbon dioxide and water at a temperature of 0 ° C to + 5 ° C in a column with a nozzle,

- охлаждают в холодильном контуре раствор осушающего агента гидрокарбоната аммония до температуры -3÷0°С, используемого в орошении второго потока пульпы крошки каучука, для снижения температуры крошки каучука на выходе с транспортера до температуры +10+13°С,- cool in the refrigeration circuit a solution of a drying agent of ammonium bicarbonate to a temperature of -3 ÷ 0 ° C, used in the irrigation of the second stream of rubber crumb pulp, to reduce the temperature of the rubber crumb at the outlet of the conveyor to a temperature of + 10 + 13 ° C,

- подают второй поток на вход экспандера для смешения с первым потоком крошки,- serves the second stream to the input of the expander for mixing with the first stream of chips,

- производят последующую сушку каучука до содержания влаги 0,01-0,05%, масс.,- produce subsequent drying of the rubber to a moisture content of 0.01-0.05%, mass.,

- осуществляют управление процессом сушки по значению разности температур раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука при помощи автоматизированной системы управления (АСУ), анализирующей информацию от датчиков расхода раствора и температуры:- they control the drying process by the value of the temperature difference of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigating the rubber crumbs with the help of an automated control system (ACS) that analyzes information from the solution flow sensors and temperature:

- снимают показания датчиков температуры раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука,- take the readings of the temperature sensors of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigation with rubber crumbs,

- анализируют разницу температур,- analyze the temperature difference,

- снимают показания расходомеров расхода раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука,- take the readings of the flowmeters of the flow rate of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigation with rubber crumbs,

- анализируют разницу расхода раствора,- analyze the difference in flow rate of the solution,

- при отклонении от запрограммированного значения через блок управления АСУ подает управляющие команды на изменение температуры раствора осушающего агента путем изменения расхода хладагента в холодильном контуре,- when deviating from the programmed value through the control unit, the ACS gives control commands to change the temperature of the solution of the drying agent by changing the flow of refrigerant in the refrigeration circuit,

- направляют управляющие команды на циркуляционный насос на изменение расхода потока раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония, поступающего на орошение пульпы крошки каучука до достижения заданной температуры крошки.- direct control commands to the circulation pump to change the flow rate of the solution of the drying agent of ammonium hydrogen carbonate supplied to the irrigation of the rubber crumb pulp until the desired crumb temperature is reached.

На представленных чертежах:In the drawings:

Фиг.1 - общий вид установки сушки:Figure 1 - General view of the installation of drying:

1 - усреднитель,1 - averager,

2 - экспеллер (отжим),2 - expeller (spin),

3 - транспортер,3 - conveyor,

4 - приемный распределительный бункер,4 - receiving distribution hopper,

5 - трубопровод с первым потоком пульпы каучука,5 - pipeline with the first stream of rubber pulp,

6 - трубопровод со вторым потоком пульпы каучука,6 - pipeline with a second stream of rubber pulp,

7 - транспортер второго потока пульпы каучука,7 - conveyor of the second stream of rubber pulp,

8 - блок орошения,8 - irrigation unit,

9 - приемный бункер экспандера,9 - receiving hopper of the expander,

10 - экспандер (сжатие, затем расширение),10 - expander (compression, then expansion),

11 - готовый продукт- сухая крошка каучука.11 - the finished product is dry crumb rubber.

Фиг.2 - общий вид схемы управления:Figure 2 - General view of the control circuit:

12 - транспортер для орошения крошки каучука,12 - conveyor for irrigation of crumb rubber,

13 - весы,13 - scales

14 - датчик уровня жидкости в накопительной емкости,14 - liquid level sensor in the storage tank,

15 - расходомер обратного тока жидкости от накопительной емкости к холодильнику,15 - flow meter reverse fluid flow from the storage tank to the refrigerator,

16 - датчик температуры жидкости из накопительной емкости после орошения,16 - temperature sensor of the liquid from the storage tank after irrigation,

17 - датчик температуры жидкости для восполнения уровня в накопительной емкости,17 - liquid temperature sensor to replenish the level in the storage tank,

18 - расходомер тока жидкости для восполнения уровня в накопительной емкости,18 is a flow meter of fluid current to replenish the level in the storage tank,

19 - задвижка для регулирования расхода жидкости для восполнения уровня в накопительной емкости,19 - valve for regulating the flow of fluid to replenish the level in the storage tank,

20 - расходомер прямого тока жидкости от холодильника к оросительной системе,20 - flow meter direct fluid flow from the refrigerator to the irrigation system,

21 - блок управления,21 - control unit

22 - датчик температуры жидкости на выходе из холодильника перед подачей в оросительную систему,22 - liquid temperature sensor at the outlet of the refrigerator before serving in the irrigation system,

23 - холодильный контур,23 - refrigeration circuit

24 - циркуляционный насос.24 - circulation pump.

Фиг.3 - график энергопотребления к Таблице №1.Figure 3 is a graph of energy consumption to Table No. 1.

Таблица №1 - энергопотребление экспандера до и после применения осушающего агента - гидрокарбоната аммония (порофора).Table No. 1 - expander energy consumption before and after the use of a drying agent - ammonium bicarbonate (porophore).

Таблица №2 - сравнительные характеристики способов получения бутилкаучука.Table No. 2 - comparative characteristics of the methods for producing butyl rubber.

В колонне с насадкой (кольца Рашига) производят синтез осушающего агента - гидрокарбоната аммония (NH4HСO3 (порофора)) - подачей раздельных потоков: аммиака, углекислого газа и противотоком воды - который выводится с помощью насоса в контур с холодильником, охлаждаемый жидким аммиаком, и далее в линию подачи охлажденного раствора порофора на орошение колонны и отбора раствора порофора на орошение части потока пульпы каучука, выходящей из экспеллера перед загрузочным бункером экспандера. Сушка каучука резко интенсифицируется за счет подачи осушающего агента (порофора) на экспандер, вследствие того, что:In a column with a nozzle (Rashig rings), a drying agent is synthesized - ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 (porophore)) - by supplying separate streams: ammonia, carbon dioxide and a countercurrent of water - which is discharged by a pump into a circuit with a refrigerator, cooled by liquid ammonia , and then to the supply line of the cooled porophore solution for column irrigation and the selection of porophore solution for irrigation of a portion of the rubber pulp stream leaving the expeller in front of the expander loading hopper. The drying of rubber is sharply intensified by supplying a drying agent (porophore) to the expander, due to the fact that:

во-первых, после экспеллера образуется крошка с очень развитой поверхностью;firstly, after the expeller crumbs with a very developed surface are formed;

во-вторых, в крошке весьма малое содержание влаги ~0.9%…1.5%, масс., и подаваемый на орошение в крошку диссоциированный на ионы раствор осушающего агента (порофора) (NH4HСО3→NH4+,HСО3-) мгновенно впитывается порами заряженной электрически массы полимера и химически связывается с окклюдированной водой, которая также находится в виде комплексов с остатками катализатора - металлами переменной валентности (Ti, Nd - полизопрен, Аl -бутилкаучук, V - СКЭПТ), и в последующем при нагревании в экспандере практически нацело испаряется в токе сублимирующих газов - аммиака, диоксида углерода, паров воды, и удаляется из каучука.secondly, the crumb has a very low moisture content of ~ 0.9% ... 1.5%, mass., and the solution of the drying agent (porophore) (NH 4 HCO 3 → NH 4 + , HCO 3 - ) dissociated into ions supplied to the irrigation to the crumb instantly it is absorbed by the pores of the electrically charged mass of the polymer and chemically binds to occluded water, which is also in the form of complexes with catalyst residues — metals of variable valency (Ti, Nd - polyisoprene, Al-butyl rubber, V - SKEPT), and subsequently, when heated in an expander, it is practically completely evaporates in a stream of sublimating ha s - ammonia, carbon dioxide, water vapor, and removed from the rubber.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.

Крошка каучука с нескольких линий поступает на усреднитель 1, в котором происходит смешивание крошки каучука с водой при температуре около 80°С. Затем из верхней части усреднителя 1 крошка каучука снимается перфорированными лопатками и подается в приемный бункер экспеллера 2, в котором происходит отжим крошки шнеком с переменным шагом. Затем крошка с температурой 100-150°С выходит из экспеллера 2 с содержанием влаги 2%. Далее крошка подается транспортером 3 в приемный разделительный бункер 4. Затем поток крошки разделяется на два потока на разделительном устройстве:The crumb of rubber from several lines enters the averager 1, in which the crumb of rubber is mixed with water at a temperature of about 80 ° C. Then, rubber crumb is removed from the upper part of the averager 1 by perforated blades and fed to the expeller receiving hopper 2, in which the crumb is pressed by a screw with a variable pitch. Then the crumb with a temperature of 100-150 ° C leaves the expeller 2 with a moisture content of 2%. Next, the crumb is fed by a conveyor 3 to the receiving separation hopper 4. Then, the crumb flow is divided into two flows on the separation device:

крошка каучука после экспеллера 2 разделяется на два потока: один поток 9 частей от общего потока поступает непосредственно на вход в экспандер 11,the rubber crumb after expeller 2 is divided into two streams: one stream of 9 parts from the total stream goes directly to the input of the expander 11,

второй поток 1 часть от общего потока крошки каучука сначала проходит цикл увлажнения водным раствором осушающего агента гидрокарбоната аммония (NH4СО3) в блоке насыщения 8, а затем также поступает на вход экспандера 11, смешиваясь с первым потоком крошки каучука.the second stream 1 part of the total flow of rubber crumb first goes through a humidification cycle with an aqueous solution of a drying agent of ammonium bicarbonate (NH 4 CO 3 ) in saturation unit 8, and then also enters the expander 11, mixing with the first stream of rubber crumb.

Взаимодействие второго потока крошки каучука в блоке орошения 8 с водным раствором осушающего агента гидрокарбоната аммония (NH4HСО3) происходит на транспортере 12. Часть водного раствора осушающего агента - гидрокарбоната аммония стекает в накопительную емкость под транспортер 12 и затем после предварительной очистки снова подается на орошение крошки каучука. Перед подачей на орошение раствор осушающего агента гидрокарбоната аммония (далее - «раствор») охлаждается до температуры -2 ÷ +3°С, чтобы температура второго потока каучука на выходе с блока насыщения 8 и перед подачей в экспандер 11 составляла 10-15°С.The interaction of the second stream of rubber crumb in the irrigation unit 8 with an aqueous solution of a drying agent of ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ) occurs on the conveyor 12. A part of the aqueous solution of the drying agent - ammonium bicarbonate flows into the storage tank under the conveyor 12 and then, after preliminary treatment, is again fed to rubber crumb irrigation. Before feeding for irrigation, the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate (hereinafter referred to as the “solution”) is cooled to a temperature of -2 ÷ + 3 ° C so that the temperature of the second rubber stream at the outlet of saturation unit 8 and before being fed to expander 11 is 10-15 ° C .

В приемном бункере экспандера 10 потоки крошки каучука снова смешиваются в один поток и попадают в экспандер 11, в котором происходит повторная осушка крошки каучука. На выходе из экспандера 11 крошка каучука содержит количество влаги, близкое к 0%.In the receiving hopper of the expander 10, the rubber crumb flows are again mixed into one stream and enter the expander 11, in which the rubber crumb is re-dried. At the exit of the expander 11, the crumb of rubber contains an amount of moisture close to 0%.

Крошку брикетируют и упаковывают.The chips are briquetted and packaged.

Основным параметром для управления процессом сушки является значение разности температур раствора гидрокарбоната аммония до и после орошения крошки каучука. Блок управления 21 процессом обрабатывает поступающие значения вышеуказанных температур и в зависимости от величины разности температур выдает управляющие сигналы на циркуляционный насос 24 (для регулирования расхода осушающего агента) и холодильный контур 23 системы орошения (для регулирования температуры раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония).The main parameter for controlling the drying process is the value of the temperature difference of the solution of ammonium bicarbonate before and after irrigation of the rubber crumb. The process control unit 21 processes the incoming values of the above temperatures and, depending on the magnitude of the temperature difference, provides control signals to the circulation pump 24 (to control the flow of the drying agent) and the refrigeration circuit 23 of the irrigation system (to control the temperature of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate).

Датчик температуры сенсорного типа, с которого информация о температуре передается на блок управления 21, установлен на трубопроводе с возвратным раствором гидрокарбоната аммония.The sensor type temperature sensor, from which temperature information is transmitted to the control unit 21, is installed on the pipeline with a return solution of ammonium bicarbonate.

Весы 13 для определения веса крошки до орошения раствором и после установлены на транспортере. Расходомеры установлены на трубопроводах: расходомер обратного тока жидкости от накопительной емкости к холодильному агрегату 15, расходомер тока жидкости для восполнения уровня в накопительной емкости 18, расходомер прямого тока жидкости от холодильного агрегата к оросительной системе 20.Scales 13 for determining the weight of crumbs before irrigation with a solution and then installed on the conveyor. The flowmeters are installed on the pipelines: a flow meter for returning the liquid from the storage tank to the refrigeration unit 15, a flow meter for filling the level in the storage tank 18, a flow meter for direct liquid flow from the refrigeration unit to the irrigation system 20.

В Таблице №1 приведены результаты экспериментов по влиянию применения технологии сушки с использованием осушающего агента (порофора) на энергопотребление экспандера.Table 1 shows the results of experiments on the effect of using drying technology using a drying agent (porophore) on the energy consumption of the expander.

В качестве анализируемого оборудования был использован действующий экспандер с электроприводом мощностью 2,0 МВт.As the analyzed equipment, a working expander with an electric drive with a capacity of 2.0 MW was used.

Для снятия показателей потребления электроэнергии электроприводом экспандера был использован трехфазный анализатор качества электроэнергии CHAUVIN ARNOUX 8335, который был установлен непосредственно перед электроприводом экспандера и запрограммирован на снятие показаний энергопотребления с дискретностью 5 минут. Была произведена запись значений энергопотребления экспандера, работающего по обычной технологии 28 июня 2012 года с 13 до 17 часов, а затем запись значений энергопотребления экспандера, работающего по технологии с применением порофора 30 июня 2012 года с 13 до 17 часов. По результатам измерений были проанализированы значения потребляемой мощности электропривода экспандера.To measure the energy consumption by the expander’s electric drive, we used the three-phase CHAUVIN ARNOUX 8335 electric power quality analyzer, which was installed directly in front of the expander’s electric drive and was programmed to take 5 minutes of energy consumption readings. The energy consumption values of an expander working on a conventional technology from June 28, 2012 from 13 to 17 hours were recorded, and then the energy consumption values of an expander working on a technology using a porophore on June 30, 2012 from 13 to 17 hours were recorded. According to the measurement results, the values of the power consumption of the expander electric drive were analyzed.

Как видно из данных Таблицы №2 (графа 1) - использование предлагаемого способа позволяет поднять нагрузку (производительность) машин выделения - так как снижается эффективная вязкость перерабатываемой каучуковой массы из-за увеличения содержания газовой фазы, образующейся при разложении осушающего агента (порофора), и снижения в результате этого вязкостного трения внутри экспандера. Попутно уменьшается тепловыделение (графа 7) и деструкция полимера.As can be seen from the data of Table No. 2 (column 1) - the use of the proposed method allows to increase the load (productivity) of the separation machines - as the effective viscosity of the processed rubber mass decreases due to an increase in the content of the gas phase formed during the decomposition of the drying agent (porophore), and reduction due to this viscous friction inside the expander. Along the way, the heat release (column 7) and the destruction of the polymer are reduced.

Применение настоящего способа снижает температуру общего потока крошки на входе в экспандер за счет орошения (охлаждения) части потока крошки раствором порофора.The application of this method reduces the temperature of the total flow of crumbs at the inlet to the expander due to irrigation (cooling) of part of the flow of crumbs with a porophore solution.

Более того, (графа 7) - за счет применения порофора, который создает повышенное давление в последней зоне экструдера - графа 10 - отпадает необходимость использования пара, подаваемого в рубашку экструдера.Moreover, (column 7) - due to the use of porophore, which creates increased pressure in the last zone of the extruder - column 10 - there is no need to use steam supplied to the extruder jacket.

За счет перечисленных выше эффектов снижается общее энергопотребеление установки выделения с 1,9…2,0 МВт до 1,7…1,8 МВт (около 10%).Due to the effects listed above, the total energy consumption of the separation plant is reduced from 1.9 ... 2.0 MW to 1.7 ... 1.8 MW (about 10%).

Заявляемое решение является усовершенствованием процесса сушки в экструдере с дросселированием, а именно введение в свежеосушенный эластомер на второй стадии его сушки осушающего агента (порофора), с целью связывания диссоциированных на ионы молекул порофора за счет электростатических и химических факторов с остатками воды в полимере с образованием соответствующих ассоциатов и их последующим разложением на газы при повышении температуры с созданием более высокого давления, чем при обычных способах экструзионной сушки эластомеров и получения целевого продукта с содержанием воды на уровне 0.05…0.025%, масс., что не достижимо при использовании обычных технологий, т.к. вода находится в связанном состоянии как с самим каучукомThe claimed solution is an improvement in the drying process in an extruder with a throttling, namely the introduction of a drying agent (porophore) into a freshly dried elastomer at the second stage of its drying, in order to bind porophore molecules dissociated into ions due to electrostatic and chemical factors with water residues in the polymer to form the corresponding associates and their subsequent decomposition into gases with increasing temperature with the creation of a higher pressure than with conventional methods of extrusion drying of elastomers and obtaining the target product with a water content of 0.05 ... 0.025%, mass., which is not achievable using conventional technologies, because water is bound like rubber itself

Figure 00000001
, так и с теми включениями, которые присутствуют в каучуке - это металлы переменной валентности - Fe2+,3+,Ti2+3+4+,V2+3+4+5+Nd3+2+,Al3+, имеющие большой заряд на атоме и электрохимически связывающие молекулы воды (Ti4+←ОН2).
Figure 00000001
, and with those inclusions that are present in the rubber - these are metals of variable valency - Fe2 +, 3 +, Ti2 + 3 + 4 +, V2 + 3 + 4 + 5 + Nd3 + 2 +, Al3 +, which have a large charge on the atom and electrochemically binding water molecules (Ti 4+ ← ОН 2 ).

Заявленное техническое решение было разработано и опробовано, на основе результатов испытания выявлено, что способ позволяет снизить потребление электроэнергии, повысить безопасность процесса в связи с исключением системы подводки газа высокого давления и повысить качество каучука.The claimed technical solution was developed and tested, based on the test results, it was revealed that the method allows to reduce electricity consumption, improve process safety due to the exclusion of high pressure gas supply system and improve the quality of rubber.

Таблица №1Table number 1 Без применения порофора No porophore С применением порофораUsing porophore Датаdate of ВремяTime Потребляемая мощность, ВтPower consumption Датаdate of ВремяTime Потребляемая мощность, ВтPower consumption 28.06.201206/28/2012 13:02:5813:02:58 1967763,4781967763,478 30.06.201206/30/2012 13:02:3413:02:34 1696347,8261696347,826 28.06.201206/28/2012 13:07:5813:07:58 1966452,1741966452,174 30.06.201206/30/2012 13:07:3413:07:34 1702555,9951702555,995 28.06.201206/28/2012 13:12:5813:12:58 1965846,9571965846,957 30.06.201206/30/2012 13:12:3413:12:34 1687422,281687422.28 28.06.201206/28/2012 13:17:5813:17:58 1965443,4781965443,478 30.06.201206/30/2012 13:17:3413:17:34 1716544,5221716544,522 28.06.201206/28/2012 13:22:5813:22:58 1965140,871965140.87 30.06.201206/30/2012 13:22:3413:22:34 1716280,2351716280,235 28.06.201206/28/2012 13:27:5813:27:58 1964636,5221964636,522 30.06.201206/30/2012 13:27:3413:27:34 1702457,9911702457,991 28.06.201206/28/2012 13:32:5813:32:58 1964636,5221964636,522 30.06.201206/30/2012 13:32:3413:32:34 1700984,0021700984,002 28.06.201206/28/2012 13:37:5813:37:58 1964535,6521964535,652 30.06.201206/30/2012 13:37:3413:37:34 1720258,891720258.89 28.06.201206/28/2012 13:42:5813:42:58 1964838,2611964838,261 30.06.201206/30/2012 13:42:3413:42:34 1704109,5061704109,506 28.06.201206/28/2012 13:47:5813:47:58 1965140,871965140.87 30.06.201206/30/2012 13:47:3413:47:34 1711795,1831711795,183 28.06.201206/28/2012 13:52:5813:52:58 1965947,8261,965,947,826 30.06.201206/30/2012 13:52:3413:52:34 1706551,9321706551,932 28.06.201206/28/2012 13:57:5813:57:58 1966956,5221966956,522 30.06.201206/30/2012 13:57:3413:57:34 1688374,6971688374,697 28.06.201206/28/2012 14:02:5814:02:58 1967561,7391967561,739 30.06.201206/30/2012 14:02:3414:02:34 1699103,4021699103,402 28.06.201206/28/2012 14:07:5814:07:58 1968368,6961968368,696 30.06.201206/30/2012 14:07:3414:07:34 1696869,5651696869,565 28.06.201206/28/2012 14:12:5814:12:58 1971596,5221971 596,522 30.06.201206/30/2012 14:12:3414:12:34 1692357,5291692357,529 28.06.201206/28/2012 14:17:5814:17:58 1972201,7391972,201.739 30.06.201206/30/2012 14:17:3414:17:34 1722446,9341722446,934 28.06.201206/28/2012 14:22:5814:22:58 1972100,871972,100.87 30.06.201206/30/2012 14:22:3414:22:34 1717857,91717857.9 28.06.201206/28/2012 14:27:5814:27:58 1971798,2611971798,261 30.06.201206/30/2012 14:27:3414:27:34 1695441,3251695441,325 28.06.201206/28/2012 14:32:5814:32:58 1971596,5221971 596,522 30.06.201206/30/2012 14:32:3414:32:34 1699652,1741699652,174 28.06.201206/28/2012 14:37:5814:37:58 1971899,131971899.13 30.06.201206/30/2012 14:37:3414:37:34 1692617,2791692617,279 28.06.201206/28/2012 14:42:5814:42:58 1972100,871972,100.87 30.06.201206/30/2012 14:42:3414:42:34 1716362,8111716362.811 28.06.201206/28/2012 14:47:5814:47:58 1971495,6521971495,652 30.06.201206/30/2012 14:47:3414:47:34 1699565,2171,699,565.217 28.06.201206/28/2012 14:52:5814:52:58 1970789,5651970789,565 30.06.201206/30/2012 14:52:3414:52:34 1710754,8311710754,831 28.06.201206/28/2012 14:57:5814:57:58 1971596,5221971 596,522 30.06.201206/30/2012 14:57:3414:57:34 1708489,1871708489,187 28.06.201206/28/2012 15:02:5815:02:58 1972302,6091972302,609 30.06.201206/30/2012 15:02:3415:02:34 1712068,2371712068,237 28.06.201206/28/2012 15:07:5815:07:58 1971394,7831971 394,783 30.06.201206/30/2012 15:07:3415:07:34 1717242,8421717242.842 28.06.201206/28/2012 15:12:5815:12:58 1971596,5221971 596,522 30.06.201206/30/2012 15:12:3415:12:34 1718915,8861718915,886 28.06.201206/28/2012 15:17:5815:17:58 1963325,2171963325,217 30.06.201206/30/2012 15:17:3415:17:34 1708725,1671708725,167 28.06.201206/28/2012 15:22:5815:22:58 1971596,5221971 596,522 30.06.201206/30/2012 15:22:3415:22:34 1711455,3141711455,314 28.06.201206/28/2012 15:27:5815:27:58 1975328,6961975,328,696 30.06.201206/30/2012 15:27:3415:27:34 1711723,3061711723,306 28.06.201206/28/2012 15:32:5815:32:58 1977245,2171977,245,217 30.06.201206/30/2012 15:32:3415:32:34 1707465,6451707465,645 28.06.201206/28/2012 15:37:5815:37:58 1975126,9571975126,957 30.06.201206/30/2012 15:37:3415:37:34 1702695,6521702695,652 28.06.201206/28/2012 15:42:5815:42:58 1973311,3041973311,304 30.06.201206/30/2012 15:42:3415:42:34 1696742,3081696742,308 28.06.201206/28/2012 15:47:5815:47:58 1971798,2611971798,261 30.06.201206/30/2012 15:47:3415:47:34 1702761,8831702761,883 28.06.201206/28/2012 15:52:5815:52:58 1969881,7391969881,739 30.06.201206/30/2012 15:52:3415:52:34 1695251,0661695251,066 28.06.201206/28/2012 15:57:5815:57:58 1971798,2611971798,261 30.06.201206/30/2012 15:57:3415:57:34 1699826,0871699826,087 28.06.201206/28/2012 16:02:5816:02:58 1973916,5221973916,522 30.06.201206/30/2012 16:02:3416:02:34 1706064,4091706064,409 28.06.201206/28/2012 16:07:5816:07:58 1973714,7831973 714,783 30.06.201206/30/2012 16:07:3416:07:34 1708843,9681708843,968 28.06.201206/28/2012 16:12:5816:12:58 1973714,7831973 714,783 30.06.201206/30/2012 16:12:3416:12:34 1713294,0821713294,082 28.06.201206/28/2012 16:17:5816:17:58 1973210,4351973210,435 30.06.201206/30/2012 16:17:3416:17:34 1718824,4211718824,421 28.06.201206/28/2012 16:22:5816:22:58 1973916,5221973916,522 30.06.201206/30/2012 16:22:3416:22:34 1710499,5861710499,586 28.06.201206/28/2012 16:27:5816:27:58 1975732,1741975732,174 30.06.201206/30/2012 16:27:3416:27:34 1706159,0451706159,045 28.06.201206/28/2012 16:32:5816:32:58 1977547,8261977547,826 30.06.201206/30/2012 16:32:3416:32:34 1704782,6091704782,609 28.06.201206/28/2012 16:37:5816:37:58 1975530,4351975530,435 30.06.201206/30/2012 16:37:3416:37:34 1710415,9611710415,961 28.06.201206/28/2012 16:42:5816:42:58 1965846,9571965846,957 30.06.201206/30/2012 16:42:3416:42:34 1706464,3721706464,372 28.06.201206/28/2012 16:47:5816:47:58 1973109,5651973,109,565 30.06.201206/30/2012 16:47:3416:47:34 1718736,5551718736,555 28.06.201206/28/2012 16:52:5816:52:58 1966855,6521966855,652 30.06.201206/30/2012 16:52:3416:52:34 1705859,1951705859,195

Figure 00000002
приложение 1
Figure 00000002
Annex 1

Расчет производительности насоса и холодильного контура:Calculation of pump and cooling circuit performance:

Q1= с1m1dt1 - количество тепла, необходимое для охлаждения каучука, Дж;Q 1 = s 1 m 1 dt 1 is the amount of heat required to cool the rubber, J;

Q2= c2m2dt2 - количество тепла, приобретенное раствором, Дж;Q 2 = c 2 m 2 dt 2 is the amount of heat acquired by the solution, J;

Уравнение теплового баланса:Heat balance equation:

Q1 должно быть равно Q2, то есть с1m1dt1, Q 1 should be equal to Q 2 , i.e. with 1 m 1 dt 1,

где:Where:

C1 - удельная теплоемкость каучука, Дж/(кг∗°С);C 1 - specific heat of rubber, J / (kg * ° C);

m1 - масса каучука, кг;m 1 is the mass of rubber, kg;

dt1 - разность температур крошки каучука на входе транспортера и на выходе, °С.dt 1 is the temperature difference of the rubber crumb at the inlet of the conveyor and at the outlet, ° C.

Разность температур крошкиTemperature difference crumbs

dt1=tk1-tk2, dt 1 = t k1 -t k2 ,

гдеWhere

tk1 - температура крошки каучука на входе транспортера, 100-150°С, t k1 is the temperature of the rubber crumb at the inlet of the conveyor, 100-150 ° C,

а tк2 - температура на выходе с транспортера от+10÷13°С;and t k2 is the temperature at the outlet of the conveyor from + 10 ÷ 13 ° C;

С2 - удельная теплоемкость раствора, Дж/(кг*°С);C 2 is the specific heat of the solution, J / (kg * ° C);

m2 - масса раствора, кг;m 2 is the mass of the solution, kg;

dt2 - разность температур раствора на входе транспортера и на выходе, °С.dt 2 is the temperature difference between the solution at the inlet of the conveyor and at the outlet, ° C.

Разность температур раствораSolution temperature difference

dt2=tp1-tp2,dt 2 = t p1 -t p2 ,

где Where

tp1 - температура возвратного раствора, °С,t p1 - temperature of the return solution, ° C,

a tp2 - температура раствора, подаваемого на орошение, °С.at p2 - temperature of the solution supplied for irrigation, ° С.

Параметрами, по которым осуществляют управление процессом сушки, являются:The parameters by which the drying process is controlled are:

dt2 (по датчикам температуры) и m2 (по расходу раствора).d t2 (by temperature sensors) and m 2 (by solution flow rate).

Расход раствораSolution flow rate

Удельную теплоемкость каучуков для расчетов принимаемThe specific heat of rubbers for calculations accept

2 кДж/(кг*°С).2 kJ / (kg * ° C).

Удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг*°С).The specific heat capacity of water is 4.2 kJ / (kg * ° C).

Каждый час на транспортер подается 800 кг крошки каучука, чтоEvery hour, 800 kg of crumb rubber is fed to the conveyor, which

составляет 10 (от общего количества (8000 кг в час)).is 10 (of the total amount (8000 kg per hour)).

Если рассмотреть ежесекундную ситуацию на транспортере, можно рассчитать требуемый секундный расход раствора (в кг) для охлаждения крошки каучука.If you consider the situation on the conveyor every second, you can calculate the required second flow rate of the solution (in kg) to cool the rubber crumbs.

Примем удельную теплоемкость раствора равной теплоемкости воды, dt1=100°C, dt2=10°C,We take the specific heat of the solution equal to the heat capacity of water, d t1 = 100 ° C, d t2 = 10 ° C,

тогда расчет расхода раствора будет таким:then the calculation of the flow rate of the solution will be as follows:

m2=c1m1dt1/(c2dt2)=2000*(800/60/60)*100/(4200*10)=1,06 кг.m 2 = c 1 m 1 dt 1 / (c 2 dt 2 ) = 2000 * (800/60/60) * 100 / (4200 * 10) = 1.06 kg.

Необходимый расход раствора составляет около 1 кг в секунду или около 60 кг в минуту.The required flow rate of the solution is about 1 kg per second or about 60 kg per minute.

Таким образом, можно рассчитать производительность насоса и холодильного агрегата.Thus, it is possible to calculate the performance of the pump and the refrigeration unit.

ПримерExample

Получение гидрокарбоната аммония (ГКА) для использования вObtaining ammonium bicarbonate (HCA) for use in

качестве осушающего агента порофора.as a drying agent porophore.

NH4НСО3 синтезируется при пропускании эквимолярных количеств NH3 и СО2 в охлажденную воду, взятую в необходимом избытке, который определяется растворимостью образующейся соли. Соответствующие растворимости в г/100 г Н2О составляют:NH 4 HCO 3 is synthesized by passing equimolar amounts of NH 3 and CO 2 into chilled water, taken in the required excess, which is determined by the solubility of the formed salt. The corresponding solubilities in g / 100 g of H 2 O are:

При 0°С - 11,9 (10% раствор)At 0 ° С - 11.9 (10% solution)

При 20°С - 21 (17% раствор)At 20 ° С - 21 (17% solution)

При 30°С - 27 (21% раствор)At 30 ° С - 27 (21% solution)

При 40°С - 36,6 (27% раствор)At 40 ° С - 36.6 (27% solution)

Выше 40°С ГКА в водном растворе неустойчив и начинает разлагаться. Поэтому температура рабочего раствора порофора должна быть минимальной (около 0°С), соответственно его концентрация должна быть около 10 (по массе.Above 40 ° C, HCA in an aqueous solution is unstable and begins to decompose. Therefore, the temperature of the working solution of the porophore should be minimal (about 0 ° C), respectively, its concentration should be about 10 (by weight.

Процесс образования ПСА экзотермический:PSA formation process exothermic:

C O 2 ( г ) + N H 3 ( г ) + H 2 O ( ж ) = N H 4 H C O 3       (aq)                                 (1)

Figure 00000003
C O 2 ( g ) + N H 3 ( g ) + H 2 O ( well ) = N H four H C O 3 (aq) (1)
Figure 00000003

ΔНо=-98,4 кДж/мольΔNo = -98.4 kJ / mol

ΔH уд=-1,25 мДж/кг.ΔH beats = -1.25 mJ / kg.

Поэтому необходимо обеспечить соответствующий теплосъем.Therefore, it is necessary to provide adequate heat removal.

При разложении ГКА при повышенных температурах происходит, соответственно, поглощение теплоты:Upon decomposition of HCA at elevated temperatures, the absorption of heat occurs, respectively:

N H 4 HCO 3     ( aq ) = CO 2 ( г )   + NH 3 ( г )   + H 2 O ( г )                            (2)

Figure 00000004
N H four Hco 3 ( aq ) = CO 2 ( g ) + NH 3 ( g ) + H 2 O ( g ) (2)
Figure 00000004

ΔНо=+142,4 кДж/моль.ΔNo = + 142.4 kJ / mol.

ΔН уд=+1,8 мДж/кг.ΔN beats = + 1.8 mJ / kg.

Происходит также образование 3 моль газа (считая H2O (г)) на 1 моль ГКА, что может обеспечить необходимое избыточное давление в рабочей зоне аппарата.The formation of 3 mol of gas (including H 2 O (g)) per 1 mol of HCA also occurs, which can provide the necessary overpressure in the working area of the apparatus.

Объем аппарата составляет (d=1.5 дм, L=50 дм).The volume of the apparatus is (d = 1.5 dm, L = 50 dm).

Voбщ=L*πd2/4=50*3.14*1.52/4=88 дм3;Vobsch = L * πd 2 /4=50*3.14*1.5 2/4 = 88 dm 3;

Vшнека=0,55*Vобщ=48дм3.V screw = 0.55 * V total = 48 dm 3 .

Рабочий объемWorking volume

Vpaб=88-48=40 дм3.Vpaб = 88-48 = 40 dm 3 .

Коэффициент заполнения аппарата полимером R=0.9, отсюда свободный объемThe fill factor of the apparatus with polymer R = 0.9, hence the free volume

Vсвоб=Vpaб(1-0,9)=4 дм3.Vsvob = Vpab (1-0.9) = 4 dm 3 .

Расчетное давление воды при разложении порофора составляет 25/3=8,3 атм, что несколько больше предельного значения 7,9 атм. Считаем, что в аппарат в стационарном режиме подается до 36 кг полимера (эффективная плотность (dэфф=1,0 г/см3=1.0 кг/дм3).The calculated water pressure during the decomposition of the porophore is 25/3 = 8.3 atm, which is slightly higher than the limit value of 7.9 atm. We believe that up to 36 kg of polymer (effective density (deff = 1.0 g / cm 3 = 1.0 kg / dm 3 ) is supplied to the apparatus in stationary mode).

Насыщенность полимера (обобщенный поток) раствором порофора составляет 2%. Соответственно 36 кг увлажненного полимера содержат 0,72 кг раствора ГКА (72 г (72/79=0,91 моль ГКА) и 0,65 кг H2О).The saturation of the polymer (generalized flow) with a porophore solution is 2%. Accordingly, 36 kg of wetted polymer contain 0.72 kg of HCA solution (72 g (72/79 = 0.91 mol of HCA) and 0.65 kg of H 2 O).

Температура в рабочей зоне аппарата составляет в среднем 150°С, на выходе - 185°С. При данном тепловом режиме обеспечивается полное разложение ГКА согласно уравнению (2). При этом выделяется 0,91 моль *3≈2,7 моль газов. При эффективной температуре 170°С объем газов составляет:The temperature in the working area of the apparatus averages 150 ° C, at the outlet - 185 ° C. With this thermal regime, the complete decomposition of the HCA is ensured according to equation (2). In this case, 0.91 mol * 3≈2.7 mol of gases is released. At an effective temperature of 170 ° C, the volume of gases is:

V=((273+170)/273)*22,4 дм3/моль*моль=98 дм3.V = ((273 + 170) / 273) * 22.4 dm 3 / mol * mol = 98 dm 3 .

Давление в системе составляет:The pressure in the system is:

Р=V/Vсв=98/4=24,5 атм=25 атм.P = V / V sv = 98/4 = 24.5 atm = 25 atm.

Для контроля: при 170°С давление насыщенного водяного пара составляет 0,792 МПа=7,9 атм; 25/3=8,3 атм ≈7,9 атм. Т.е. реально за счет дополнительного испарения воды давление в системе повышаться не будет.For control: at 170 ° C, the pressure of saturated water vapor is 0.792 MPa = 7.9 atm; 25/3 = 8.3 atm ≈7.9 atm. Those. in fact, due to the additional evaporation of water, the pressure in the system will not increase.

Таким образом, суммарное давление на выходе системы составляет:Thus, the total pressure at the outlet of the system is:

Р=Р+Ршнека=25+25=50 атм.P = P + Rshnek = 25 + 25 = 50 atm.

Помимо образовавшихся при разложении ГКА газов, на выходе из системы при резком снижении давления, будет обеспечено испарение практически всей содержащейся в ней перегретой (до 170°С) воды в количестве 0,65 кг=36 моль (810 литров н.у.), что обеспечит, с одной стороны, практически полную осушку полимера (остаточная влажность 0,01%, масс.), а с другой стороны - диспергирование и охлаждение полимера на выходе (на 22°С):In addition to the gases formed during the decomposition of HCA, at the outlet of the system with a sharp decrease in pressure, evaporation of almost all the superheated (up to 170 ° C) water contained in it in an amount of 0.65 kg = 36 mol (810 liters of equivalent) will be ensured, which will ensure, on the one hand, almost complete drying of the polymer (residual moisture content of 0.01%, mass.), and on the other hand, dispersion and cooling of the polymer at the outlet (at 22 ° C):

При испарении массы воды mH2O=0,65 кг воды поглотится следующее количество тепла:Upon evaporation of the mass of water m H2O = 0.65 kg of water, the following amount of heat will be absorbed:

Q=mH2O∗λ=0,65 кг (2,44 МДж/кг=1,59 МДж=1590 кДж,Q = m H2O ∗ λ = 0.65 kg (2.44 MJ / kg = 1.59 MJ = 1590 kJ,

где λ - удельная теплота испарения воды.where λ is the specific heat of evaporation of water.

При этом масса полимера mn=36 кг охладится на:The mass of the polymer m n = 36 kg is cooled to:

36 кг*2кДж/(кгК)*Δt=1590 кДж.36 kg * 2 kJ / (kg K) * Δt = 1590 kJ.

Δt=Q/(mnn)=1590кДж/(36кг2кДж/кг*°С)=22°С,Δt = Q / (m n * С n ) = 1590 kJ / (36 kg ∗ 2 kJ / kg * ° С) = 22 ° С,

где Сn - удельная теплоемкость полимера.where C n is the specific heat of the polymer.

Температура полимера на выходе из экспеллера составляет 100-150°С. Для того, чтобы избежать разложение порофора, предлагается разделить поток крошки полимера на два потока в соотношении 1:9 (поток №1 - 800 кг и поток №2 - 7200 кг). При этом поток №1 охлаждается раствором порофора до 10°С.The temperature of the polymer at the outlet of the expeller is 100-150 ° C. In order to avoid decomposition of the porophore, it is proposed to divide the flow of polymer chips into two streams in a ratio of 1: 9 (stream No. 1 - 800 kg and stream No. 2 - 7200 kg). In this case, stream No. 1 is cooled by a porophore solution to 10 ° C.

I. Предполагаем, что от 100°С до 50°С охлаждение крошки полимера идет исключительно за счет реакции разложения порофора:I. We assume that from 100 ° C to 50 ° C, the polymer chips are cooled solely due to the decomposition of the porophore:

Qуд.п.=-ΔН уд=-1,8 мДж/кг.Q specific units = -ΔN beats = -1.8 mJ / kg.

Исходные данные:Initial data:

m полимера=800 кгm polymer = 800 kg

t полимера=100°Сt of polymer = 100 ° C

t порофора=0°Сt porophore = 0 ° C

t кон.=10°Сt con. = 10 ° C

φп=10%, масс.φ p = 10%, mass.

Расчет:Payment:

Qпол=mполпол*Δt=800кг*2(кДж/(кг*°С))*(100-50)°С=80 МДж.Q floor = m floor * C floor * Δt = 800kg * 2 (kJ / (kg * ° C)) * (100-50) ° C = 80 MJ.

Потребуется порофора:Porophore will be required:

mпор=Qпол/Qуд.п.=80 МДж /1,8 МДж/кг=44 кг.m then = Q floor / Q specific units = 80 MJ / 1.8 MJ / kg = 44 kg.

Потребуется раствора порофора:A porophore solution is required:

mp=mпор пор/ φп=44 кг/0,1=440 кг.m p = m then pore / φп = 44 kg / 0.1 = 440 kg.

При этом остается еще вода из раствора порофора в количестве 440-44=396≈400 кг с условной температурой 0°С.In this case, there is still water from the porophore solution in an amount of 440-44 = 396≈400 kg with a conditional temperature of 0 ° C.

Имеем:We have:

800 кг полимера (t полимера=50°С);800 kg of polymer (polymer t = 50 ° C);

400 кгН2O(tв-0°С).400 kgN 2 O (t at -0 ° C).

Уравнение теплового баланса:Heat balance equation:

mполпол*(50-tкон)=mвв*(tкон-0).m floor * C floor * (50-t con ) = m in * C in * (t con -0).

Откуда:From:

Ткон=24°С.T con = 24 ° C.

Получим 800 кг полимера с t=24°С, а 400 кг воды (t=24°С) уйдет из системы.We get 800 kg of polymer with t = 24 ° C, and 400 kg of water (t = 24 ° C) will leave the system.

II. Для того, чтобы охладить крошку полимера до 10°С потребуется дополнительное количество раствора (считаем теплоемкость раствора, равной теплоемкости чистой воды=4,2 кДж/кг*°С). Процесс охлаждения пойдет без разложения порофора.II. In order to cool the polymer chips to 10 ° C, an additional amount of solution is required (we consider the heat capacity of the solution equal to the heat capacity of pure water = 4.2 kJ / kg * ° C). The cooling process will go without decomposition of the porophore.

Уравнение теплового баланса:Heat balance equation:

mполпол*(24- 10)=mрр*(10-0);m floor * C floor * (24-10) = m p * C p * (10-0);

mр=(mполпол*14)/(Ср*10)=(800*2(14)/(4,2(10)=530 кг.m p = (m floor * C floor * 14) / (C p * 10) = (800 * 2 (14) / (4.2 (10) = 530 kg.

Получим пульпу, содержащую 800 кг полимера и 530 кг раствора порофора с температурой 10°С.We get a pulp containing 800 kg of polymer and 530 kg of a porophore solution with a temperature of 10 ° C.

На 8000 кг полимера необходимо иметь раствора порофора:For 8000 kg of polymer, it is necessary to have a porophore solution:

mр=mпол*0,02=8000*0,02=160 кг.m p = m floor * 0.02 = 8000 * 0.02 = 160 kg.

Т.е. необходимо удалить из пульпы: 530-160=370 кг раствора.Those. must be removed from the pulp: 530-160 = 370 kg of solution.

Исходные данные: Краткий справочник по химии. И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некряч. Киев: Наукова думка, 1974 - 692 с.Initial data: Brief reference book on chemistry. I.T. Goronovsky, Yu.P. Nazarenko, E.F. Nekryach. Kiev: Naukova Dumka, 1974 - 692 p.

NH4HCO3 NH 4 HCO 3

ΔНо обр(NH4НСО3 тв)=-849,9 кДж/моль;ΔNo arr (NH 4 HCO 3 tv ) = - 849.9 kJ / mol;

ΔНо обр(NH4НСО3 aq)=-823,9 кДж/моль;ΔNo arr (NH 4 НСО 3 aq ) = - 823.9 kJ / mol;

ΔНо раств(NH4НСО3)=+26 кДж/моль;ΔNo sol. (NH 4 HCO 3 ) = + 26 kJ / mol;

Растворимость в г/100 г Н2O при t, °C.Solubility in g / 100 g H 2 O at t, ° C.

S°=ll,9 S20=21 S30=27 S40=36,6S ° = ll, 9 S 20 = 21 S 30 = 27 S 40 = 36.6

ΔНо обр: Δ But arr :

СO2 (г)=-393,5 кДж/моль;CO 2 (g) = - 393.5 kJ / mol;

NH3 (г)=-46.2 кДж/моль;NH 3 (g) = - 46.2 kJ / mol;

Н2O (ж)=-285,8 кДж/моль;H 2 O (W) = - 285.8 kJ / mol;

Н2О (г)=-241,8 кДж/моль;H 2 O (g) = - 241.8 kJ / mol;

H2O:H 2 O:

ΔНисп=44кДж/моль=2,44 МДж/кг;ΔН isp = 44 kJ / mol = 2.44 MJ / kg;

С=4,2 кДж/(кг∗°С).C = 4.2 kJ / (kg ∗ ° C).

Полимер:Polymer:

С=2,0 кДж/(кг∗°С).C = 2.0 kJ / (kg ∗ ° C).

Для процесса образования NH4HСО3:For the formation of NH 4 HCO 3 :

СO2(г)+NH3(г)+Н2O(ж)=NH4НСО3 (aq)CO 2 (g) + NH 3 (g) + H 2 O (g) = NH 4 HCO 3 (aq)

-393,5 -46,2 -285,8 -823,9-393.5 -46.2 -285.8 -823.9

ΔH=-92.4 кДж/моль;ΔH = -92.4 kJ / mol;

ΔНуд=-1,246 кДж/кг=-1,25 МДж/кг;ΔN beats = -1.246 kJ / kg = -1.25 MJ / kg;

Q=+1,25 МДж/кг.Q = + 1.25 MJ / kg.

Для процесса разложения NH4НСО3:For the decomposition process of NH 4 HCO 3 :

NH4HCO3(aq)=CO2(г)+NН3(г)+Н2O(г)NH 4 HCO 3 (aq) = CO 2 (g) + NH 3 (g) + H 2 O (g)

ΔНо=+142,4 кДж/моль;ΔNo = + 142.4 kJ / mol;

ΔНуд=1803 кДж/кг=1,8 МДж/кг;ΔN beats = 1803 kJ / kg = 1.8 MJ / kg;

Q=-1,8 МДж/кг.Q = -1.8 MJ / kg.

Claims (1)

Способ управления процессом сушки бутилкаучука, заключающийся в подаче влажной крошки бутилкаучука в экспеллер, подаче осушающего агента в экспандер, перемешивании в экспандере, осуществлении процесса дросселирования, получении осушенной крошки каучука, отличающийся тем, что
подают в экспандер предварительно осушенную в экспеллере крошку, осуществляют разделение потока крошки каучука после экспеллера на два потока, в соотношении 9:1,
подают один поток в количестве 90% от общего непосредственно на вход экспандера,
второй поток в количестве 10% от общего орошают на транспортере водным раствором осушающего агента, в качестве которого используют гидрокарбонат аммония (порофор), синтезируемый смешением
раздельных потоков аммиака, углекислого газа и воды при температуре от 0°С до+5°С в колонне с насадкой,
- охлаждают в холодильном контуре раствор осушающего агента гидрокарбоната аммония до температуры -3÷0°С, используемого в орошении второго потока пульпы крошки каучука, для снижения температуры крошки каучука на выходе с транспортера до температуры +10÷+13°С,
- подают второй поток на вход экспандера для смешения с первым потоком крошки,
- производят последующую сушку каучука до содержания влаги 0,01-0,05%, масс.,
- осуществляют управление процессом сушки по значению разности температур раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука при помощи автоматизированной системы управления (АСУ), анализирующей информацию от датчиков расхода раствора и температуры:
- снимают показания датчиков температуры раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука,
- анализируют разницу температур,
- снимают показания расходомеров расхода раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония до и после орошения им крошки каучука,
- анализируют разницу расхода раствора,
- при отклонении от запрограммированного значения через блок управления АСУ подает управляющие команды на изменение температуры раствора осушающего агента путем изменения расхода хладагента в холодильном контуре,
- направляют управляющие команды на циркуляционный насос на изменение расхода потока раствора осушающего агента гидрокарбоната аммония, поступающего на орошение пульпы крошки каучука до достижения заданной температуры крошки.
A method of controlling the process of drying butyl rubber, which consists in feeding wet butyl rubber chips to an expeller, feeding a drying agent to an expander, mixing in an expander, performing a throttling process, and obtaining a dried rubber crumb, characterized in that
feed the crumb previously dried in the expeller to the expander, divide the rubber crumb stream after the expeller into two streams, in a ratio of 9: 1,
feed one stream in an amount of 90% of the total directly to the expander's input,
the second stream in an amount of 10% of the total is irrigated on the conveyor with an aqueous solution of a drying agent, which is used as ammonium bicarbonate (porophore), synthesized by mixing
separate flows of ammonia, carbon dioxide and water at a temperature from 0 ° C to + 5 ° C in a column with a nozzle,
- cool in the refrigeration circuit a solution of a drying agent of ammonium hydrogen carbonate to a temperature of -3 ÷ 0 ° C, used in the irrigation of the second stream of rubber crumb pulp, to reduce the temperature of the rubber crumb at the outlet of the conveyor to a temperature of + 10 ÷ + 13 ° C,
- serves the second stream to the input of the expander for mixing with the first stream of chips,
- produce subsequent drying of the rubber to a moisture content of 0.01-0.05%, mass.,
- they control the drying process by the value of the temperature difference of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigating the rubber crumbs with the help of an automated control system (ACS) that analyzes information from the solution flow sensors and temperature:
- take the readings of the temperature sensors of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigation with rubber crumbs,
- analyze the temperature difference,
- take the readings of the flowmeters of the flow rate of the solution of the drying agent of ammonium bicarbonate before and after irrigation with rubber crumbs,
- analyze the difference in flow rate of the solution,
- when deviating from the programmed value through the control unit, the ACS gives control commands to change the temperature of the solution of the drying agent by changing the flow of refrigerant in the refrigeration circuit,
- direct control commands to the circulation pump to change the flow rate of the solution of the drying agent of ammonium hydrogen carbonate supplied to the irrigation of the rubber crumb pulp until the desired crumb temperature is reached.
RU2013120748/04A 2013-04-24 2013-04-24 Method of controlling process of butyl rubber drying RU2527964C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013120748/04A RU2527964C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Method of controlling process of butyl rubber drying

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013120748/04A RU2527964C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Method of controlling process of butyl rubber drying

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2527964C1 true RU2527964C1 (en) 2014-09-10

Family

ID=51540194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013120748/04A RU2527964C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Method of controlling process of butyl rubber drying

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527964C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3222797A (en) * 1961-02-17 1965-12-14 Int Basic Economy Corp Methods for the removal of moisture from polymeric materials
US4508592A (en) * 1976-08-04 1985-04-02 Exxon Research & Engineering Co. Elastomer extrusion drying with gas injection
SU1361153A1 (en) * 1986-02-12 1987-12-23 Предприятие П/Я А-7745 Method of controlling process of dewatering butadiene-nitrile and butadiene-styrene rubbers
SU1407930A1 (en) * 1986-01-17 1988-07-07 Предприятие П/Я А-7345 Method of drying emulsion rubber

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3222797A (en) * 1961-02-17 1965-12-14 Int Basic Economy Corp Methods for the removal of moisture from polymeric materials
US4508592A (en) * 1976-08-04 1985-04-02 Exxon Research & Engineering Co. Elastomer extrusion drying with gas injection
SU1407930A1 (en) * 1986-01-17 1988-07-07 Предприятие П/Я А-7345 Method of drying emulsion rubber
SU1361153A1 (en) * 1986-02-12 1987-12-23 Предприятие П/Я А-7745 Method of controlling process of dewatering butadiene-nitrile and butadiene-styrene rubbers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69220845T2 (en) Pressure control for improved gas drying in systems that use temporary membrane drying
WO2018136638A1 (en) Methods and systems for treatment of ethylene oxide
PL173068B1 (en) Tobacco saturating and swelling method
US8460431B2 (en) Method and system for regenerating an amine-containing scrubbing solution obtained during gas purification
KR20060123511A (en) Method for separating substances by supercritical fluid chromatography and gas-liquid separation apparatus used therein
RU2527964C1 (en) Method of controlling process of butyl rubber drying
US11400409B2 (en) Process for aftertreatment of regeneration offgas
CN104927904A (en) Hydrotreating sulfur supplementing method
US9028792B2 (en) Process and apparatus for treating a sulphur-containing off-gas from a sulphur recovery system
EP2628520B1 (en) Device and method for cyclic adsorption of a component from output gas with a variable power compressor
US2982721A (en) Processes and apparatus for recovering hydrocarbons from gas streams
CN105536433B (en) Method and installation for separating ammonia from a gas mixture
CN101972582A (en) Switching method of pressure swing adsorption device for treating non-condensable gas
US12485378B2 (en) Methods and systems for restoring adsorptive capacity of a molecular sieve-based dehydration unit
CA2701270A1 (en) Method of removing acidic gas components from a gas mixture
US20240424439A1 (en) Methods and systems for restoring adsorptive capacity of a molecular sieve-based dehydration unit
US2970451A (en) Absorption-desorption in absorber liquid
CN211069592U (en) Gas drying experimental device
EP3981499A1 (en) Compensation and stabilisation system for an adsorption and filtration bed
US1314236A (en) arnold
JPH04371209A (en) Regeneration method of pressure difference regeneration adsorption tower
DE1520714C3 (en) Process for the continuous separation of solid, fine polyolefin particles from a slurry obtained in low-pressure polymerization
KR20110124746A (en) Extraction device using supercritical solvent
US1667426A (en) Gas-treating process
US1314237A (en) Island

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170425