УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА Российский патент 1995 года по МПК B29B15/02 

Изобретение относится к производству синтетических полимеров, в частности к производству синтетического каучука, а именно к выделению полимеров из их углеводородных растворов.

Известна установка для выделения полимерных материалов из углеводородных растворов, содержащая аппараты первой и второй ступени выделения, сепаратор и последовательно установленные после каждого аппарата концентраторы и насосы [1]
Однако эта известная установка не может обеспечить требуемой степени отгонки растворителя из крошки.

Известна и другая установка для дегазации крошки каучука, содержащая аппарат первой ступени выделения с крошкообразователем, верхним патрубком для вывода парогазовой фазы, боковым патрубком для подачи пара в аппарат и нижним патрубком для вывода пульпы из аппарата и перекачки ее насосом в дегазатор второй ступени, верхний патрубок, установленный по центру дегазатора второй ступени выделения для отвода парогазовой фазы, нижний патрубок для вывода пульпы и дальнейшей ее перекачки и аппарат третьей ступени выделения с боковым патрубком для подачи пара в аппарат, нижним патрубком для вывода раствора полимера в воде из аппарата, верхним патрубком для вывода парогазовой фазы и дополнительным боковым патрубком для ввода пульпы [2]
Однако в этой известной установке высокий удельный расход водяного пара на дегазацию крошки полимера вследствие того, что перенос массы растворителя из глубины крошки полимера на поверхность происходит за счет разности концентраций в основном молекулярной диффузией в твердой фазе, несмотря на интенсивное перемешивание, которое играет второстепенную роль во внутреннем массопереносе.

Технический результат состоит в повышении эффективности и экономичности дегазации крошки каучука и достижении большей чистоты каучука.

Для достижения технического результата установка снабжена установленным между дегазатором второй ступени выделения и аппаратом третьей ступени выделения дополнительным дегазатором с мешалкой, верхним патрубком, установленным по оси дополнительного дегазатора, соединенным с ним паровым эжектором для создания вакуума в дополнительном дегазаторе, верхним боковым патрубком для ввода пульпы из дегазатора второй ступени выделения, установленным с возможностью подачи пульпы по центральной оси дополнительного дегазатора, нижним боковым патрубком, установленным на уровне мешалки и соединенным с дополнительным патрубком для ввода пульпы аппарата третьей ступени выделения, дегазатор второй ступени выделения снабжен мешалкой и боковым патрубком, установленным в его средней части, соединенным с паровым эжектором, нижний патрубок для вывода пульпы установлен на уровне мешалки и связан с верхним боковым патрубком для ввода пульпы дополнительного дегазатора, аппарат первой ступени выделения снабжен дополнительным боковым патрубком для подачи в аппарат пара, соединенным с верхним патрубком дегазатора второй ступени выделения, причем дегазатор второй ступени выделения и дополнительный дегазатор снабжены перфорированными коническими тарелками, установленными в верхних частях дегазатора второй ступени выделения и дополнительного дегазатора попарно друг над другом и обращенными основаниями друг к другу, а в каждой паре одни тарелки выполнены с диаметром оснований меньше диаметра дегазаторов и обращены вершинами конусов вверх, другие тарелки в каждой паре выполнены в виде усеченных конусов с диаметром оснований, равным диаметру дегазаторов, а перфорации в тарелках выполнены по форме арки, обращенной выпуклостью от поверхности тарелки, расположены по концентрическим окружностям и под острым углом к поверхности тарелки.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2.

Установка для дегазации крошки каучука включает аппарат 1 первой ступени выделения, в котором установлены тарелки 2 с размещенными над ними мешалками 3. С аппаратом 1 соединены патрубок 4, инжектор 5 с патрубками 6 и 7 для подачи раствора диспергатора и водяного пара, соответственно. Над аппаратом 1 расположены соединенные с ним сепаратор 8, конденсатор 9, отстойник 10 с патрубками 11 и 12 для отвода растворителя и воды соответственно. Аппарат 1 первой ступени в нижней части содержит патрубки 13 и 14 для подачи острого пара. Установка включает также насос 15 для отвода из нижней части аппарата 1 смеси воды и крошки каучука в верхнюю часть парового дегазатора 16, выполненного в виде цилиндрической колонны (корпуса) 17 с мешалкой 18 в нижней части и коническими перфорированными центробежными 19 и центростремительными 20 тарелками, поочередно поярусно расположенными в верхней части колонны 17, которая снабжена верхним боковым патрубком 21 для подачи пульпы из воды и крошки каучука на центр верхней центробежной конической тарелки 19. Патрубок 21 соединен с нагнетательным патрубком насоса 15.

Центробежные конические тарелки 19 выполнены в виде конусов с вершинами, ориентированными вверх, с основаниями меньше диаметра цилиндрического корпуса 17 парового дегазатора 16, центростремительные конические тарелки 20 выполнены в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, прилегающими плотно к стенкам цилиндрического корпуса 17. Паровой дегазатор 16 снабжен боковым паровым патрубком 22 для ввода острого пара, нижним боковым патрубком 23 на уровне мешалки 18 для отвода пульпы из дегазатора 16 насосом 24 в верхнюю часть дополнительного вакуумного дегазатора 25, выполненного в виде цилиндрической колонны (корпуса) 26 высотой не менее 14 м с мешалкой 27 в нижней части и поочередно поярусно расположенными в верхней части перфорированными коническими центробежными 28 и центростремительными 29 тарелками с боковым патрубком 30 в верхней части для подачи пульпы из патрубка 23 парового дегазатора 16 насосом 24 на центр верхней центробежной тарелки 28.

Центробежные конические тарелки 28 дополнительного вакуумного дегазатора 25 выполнены в виде конусов с вершинами, ориентированными вверх, с основаниями меньше диаметра цилиндрического корпуса 26 дегазатора 25, центростремительные конические тарелки 29 выполнены в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, прилегающими плотно к стенкам цилиндрического корпуса 26 дополнительного вакуумного дегазатора 25.

Перфорации центробежных конических тарелок 28 и центробежных конических тарелок 19, центростремительных конических тарелок 29 и центростремительных конических тарелок 20 выполнены в виде арочных прорезей 31 выпуклостью вверх, расположенных по концентрическим окружностям с осями, направленными под острым углом к горизонтали вниз в одну и ту же сторону. Дополнительный вакуумный дегазатор 25 снабжен верхним осевым патрубком 32 для подсоединения с паровым эжектором 33 и нижним боковым патрубком 34 на уровне мешалки 27 для откачки из дополнительного вакуумного дегазатора 25 пульпы насосом 35 в верхнюю часть аппарата 36 второй ступени выделения, который снабжен тарелками 37 с размещенными над ними мешалками 38, паровым патрубком 39 в верхней части для подачи пара в качестве рабочего пара в эжектор 33, патрубком 40 в нижней части для ввода острого водяного пара. Выходной патрубок парового эжектора 33 соединен с патрубком 14 аппарата 1 первой ступени выделения для ввода острого пара. К аппарату 36 второй ступени выделения подсоединен насос 41 для откачки пульпы на концентрирование в крошкоотделитель (сепаратор) 42.

Установка для дегазации крошки каучука работает следующим образом.

Раствор полимеризата (фиг. 1-5) подается инжектором 5 в аппарат 1 первой ступени выделения, из верхней части которого отводится смесь паров воды и углеводородного растворителя через сепаратор 8 в конденсатор 9, из которого конденсат поступает в отстойник 10, через верхний патрубок 11 отстойника 10 отводится углеводородный растворитель, а через нижний патрубок 12 вода. В нижнюю часть аппарата 1 через патрубки 13 и 14 вводится острый пар. Из нижней части аппарата 1 первой ступени выделения насосом 15 подается пульпа смесь крошки каучука, углеводородного растворителя и воды в верхнюю часть парового дегазатора 16 через патрубок 21 в центр верхней центробежной конической тарелки 19, откуда пульпа стекает на внутреннюю поверхность центростремительной конической тарелки 20 и через меньшее основание отверстие стекает вниз на центробежную коническую тарелку 19 и т.д. взаимодействуя с паром, поднимающимся вверх, проходя через арочные прорези 31 в тарелках 19 и 20, при этом под действием выходящего пара через арочные прорези крошка каучука перемещается на центробежных тарелках 19 от центра к периферии вниз и на центростремительных тарелках 20 от периферии к центру вниз. Таким образом, в паровом дегазаторе 16 происходит противоточное взаимодействие пульпы крошки каучука и острого пара, температура которого выше температуры пульпы, в результате чего углеводородный растворитель диффундирует из глубины крошки каучука на поверхность и в первую среду. Пар подается в патрубок 22 парового дегазатора 16 из выходного патрубка парового эжектора 33. После взаимодействия с паром в дегазаторе 16 пульпа будет содержать меньше углеводородного растворителя, чем до взаимодействия, в результате чего в нижней части парового дегазатора 16 с мешалкой 18 крошка каучука будет находиться в воде с меньшим содержанием углеводородов, что создает условия увеличения движущей силы процесса диффузии углеводородов из глубины крошки на поверхность и в жидкую фазу под действием массопроводности.

После взаимодействия с паром в паровом дегазаторе 16 крошка каучука вместе с водой стекает вниз, интенсивно перемешивается с водой мешалкой 18 и откачивается через патрубок 23 насосом 24 в верхнюю часть дополнительного вакуумного дегазатора 25 через патрубок 30 в центр верхней центробежной конической тарелки 28, откуда пульпа стекает в периферийную внутреннюю часть поверхности центростремительной конической тарелки 29, на поверхности которой пульпа перемещается от периферии к центру и стекает через меньшее отверстие основание в центр нижерасположенной центробежной конической тарелки 28 и т.д. взаимодействуя на тарелках 28 и 29 с поднимающимся вверх и проходящим через арочные прорези 31 в тарелках 28 и 29 паром, при этом образование пара в дополнительном вакуумном дегазаторе 25 происходит за счет самоиспарения в условиях резкого уменьшения давления от избыточного в паровом дегазаторе 16 до вакуума в дополнительном вакуумном дегазаторе 25.

В дополнительном вакуумном дегазаторе 25 вакуум создается паровым эжектором 33, в который в качестве рабочего пара подается пар через патрубок 39 из верхней части аппарата 36 второй ступени выделения, который вместе с отсасываемыми из дополнительного вакуумного дегазатора 25 через патрубок 32 парами воды и углеводородов смешивается и подается в качестве острого пара в среднюю нижнюю часть парового дегазатора 16 через патрубок 22. Под действием выходящего пара через арочные прорези 31 крошка каучука перемещается на центробежных конических тарелках 28 от центра к периферии и вниз, и на центростремительных конических тарелках 29 от периферии к центру вниз. В результате противоточного взаимодействия крошки каучука и пара в условиях вакуума дополнительного вакуумного дегазатора 25 углеводородный растворитель диффундирует из глубины крошки каучука на поверхность и в паровую фазу под действием трех действующих сил разности давлений, разности температур и разности концентраций. Разность температур создается за счет резкого понижения температуры вследствие самоиспарения и в условиях резкого понижения давления от избыточного в паровом дегазаторе 16 до вакуума в дополнительном вакуумном дегазаторе 25. В нижней части дополнительного вакуумного дегазатора 25 крошка каучука интенсивно перемешивается с водой мешалкой 27, и происходит интенсивная диффузия углеводородов из глубины крошки каучука на поверхность под действием разности концентраций, так как после самоиспарения в условиях вакуума концентрация углеводородов в воде резко уменьшилась.

Из нижней части дополнительного вакуумного дегазатора 25 через патрубок 34 на уровне мешалки 27 пульпа насосом 35 откачивается в верхнюю часть аппарата 36 второй ступени выделения, где продолжается дегазация на тарелках 37 под действием мешалок 38 и острого водяного пара, подаваемого через патрубок 40 в нижней части аппарата 36.

Крошка каучука, освобожденная от углеводородов, отводится вместе с водой насосом 41 из нижней части аппарата 36 второй ступени выделения в крошкоотделитель 42, где крошка каучука отделяется от воды и подается на сушку, а горячая вода частично поступает в аппарат 1 первой ступени выделения вместе с раствором полимеризата.

Высота вакуумного дегазатора принята равной не менее 14 м для обеспечения гидравлического затвора между минимальным давлением в нижней части вакуумного дегазатора, которое может быть равно 0,1 МПа, и минимальным давлением в верхней части вакуумного дегазатора, обеспечиваемым паровым эжектором, которое теоретически может быть равно нулю. При плотности пульпы, равной меньше 800 кг/м³ (принимают 750 кг/м³), для обеспечения гидрозатвора потребуется высота вакуумного гидрозатвора, равная не менее 14 м, так, чтобы произведение этой высоты, плотности и ускорения силы тяжести составляло давление около 0,1 МПа, 14.50.9,81 0,105 МПа.

Как видно, в паровом 16 и вакуумном 25 дегазаторах происходит дополнительная интенсивная дегазация крошки каучука за счет искусственно создаваемой движущей силы для внутреннего переноса массы углеводородов в крошке каучука, что позволяет при меньших расходах энергии, тепла в виде острого водяного пара добиться уменьшения остаточного содержания углеводородов в крошке каучука, несмотря на необходимость установки дополнительного оборудования в виде двух дополнительных дегазаторов и насосов.

Использование: в производстве синтетического каучука, а именно для выделения полимеров из углеводородных растворов. Сущность изобретения: установка для дегазации крошки каучука снабжена установленным между дегазатором (Д) второй ступени выделения и аппаратом третьей ступени выделения дополнительным дегазатором (ДД) с мешалкой (М), верхним патрубком (П), установленным по оси ДД, соединенным с ним паровым эжектором для создания вакуума в ДД. Установка снабжена верхним боковым П для ввода пульпы (ПУ) из Д второй ступени выделения, установленным с возможностью подачи ПУ по центральной оси ДД, нижним боковым П, установленным на уровне М и соединенным с дополнительным П для ввода ПУ аппарата третьей ступени выделения. Д второй ступени выделения снабжен М и боковым П, установленным в его средней части, соединенным с паровым эжектором. Нижний П для вывода ПУ установлен на уровне М и связан с верхним боковым П для ввода ПУ ДД. Аппарат первой ступени выделения снабжен дополнительным боковым П для подачи в аппарат пара, соединенным с верхним ПД второй ступени выделения. ДП второй ступени выделения и ДД снабжены перфорированными коническими тарелками (Т), установленными в верхних частях ДП второй ступени выделения и ДД попарно друг над другом и обращенными основаниями друг к другу. В каждой паре одна Т выполнена с диаметром основания меньшим диаметра Д, и обращена вершиной конуса вверх. Другая Т в каждой паре выполнена в виде усеченного конуса с диаметром основания, равным диаметру Д. Перфорация в Т выполнена по форме арки, обращенной выпуклостью от поверхности Т, расположена по концентрическим окружностям и под острым углом к поверхности Т. 5 ил.

УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА, содержащая аппарат первой ступени выделения с крошкообразователем, верхним патрубком для вывода парогазовой фазы, боковым патрубком для подачи пара в аппарат и нижним патрубком для вывода пульпы из аппарата и перекачки ее насосом в дегазатор второй ступени, верхний патрубок, установленный по центру дегазатора второй ступени выделения для отвода парогазовой фазы, нижний патрубок для вывода пульпы и дальнейшей ее перекачки и аппарата третьей ступени выделения с боковым патрубком для подачи пара в аппарат, нижним патрубком для вывода раствора полимера в воде из аппарата, верхним патрубком для вывода парогазовой фазы и дополнительным боковым патрубком для ввода пульпы, отличающаяся тем, что она снабжена установленным между дегазатором второй ступени выделения и аппаратом третьей ступени выделения дополнительным дегазатором с мешалкой, верхним патрубком, установленным по оси дополнительного дегазатора, соединенным с ним паровым эжектором для создания вакуума в дополнительном дегазаторе, верхним боковым патрубком для ввода пульпы из дегазатора второй ступени выделения, установленным с возможностью подачи пульны по центральной оси дополнительного дегазатора, нижним боковым патрубком, установленным на уровне мешалки и соединенным с дополнительным патрубком для ввода пульпы аппарата третьей ступени выделения, дегазатор второй ступени выделения снабжен мешалкой и боковым патрубком, установленным в его средней части, соединенным с паровым эжектором, нижний патрубок для вывода пульпы установлен на уровне мешалки и связан с верхним боковым патрубком для ввода пульпы дополнительного дегазатора, аппарат первой ступени снабжен дополнительным боковым патрубком для подачи в аппарат пара, соединенным с верхним патрубком дегазатора второй ступени выделения, причем дегазатор второй ступени выделения и дополнительный дегазатор снабжены перфорированными коническими тарелками, установленными в верхних частях дегазатора второй ступени выделения и дополнительного дегазатора попарно одна над другой и обращенными основаниями одна к другой, а в каждой паре одна тарелка выполнена с диаметром основания, меньшим диаметра дегазатора, и обращена вершиной конуса вверх, вторая тарелка в каждой паре выполнена в виде усеченного конуса с диаметром основания, равным диаметру дегазаторов, а перфорация в тарелках выполнена по форме арки, обращенной выпуклостью от поверхности тарелки, расположены по концентрическим окружностям и под острым углом к поверхности тарелки.