УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК B01J19/18 

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных процессов взаимодействия газов с растворами полимеров в нефтяных растворителях и может найти применение в нефтяной, нефтехимической, химической промышленности, а также других отраслях индустрии.

Известна установка для получения модифицированного битума, состоящая из объемного аппарата, внутри которого расположено распределительное устройство, выполненное в виде трубопроводов наружного циркуляционного контура, содержащее статический смеситель с патрубком для подачи газовой фазы (Патент РФ 2183500 от 15.05.2001 г.).

Известная установка может быть использована для получения битумно-полимерных материалов путем совмещения нефтяного битума с различными жидкими модификаторами небольшой вязкости в статическом смесителе с распределением смеси в объеме аппарата с помощью распределительного устройства.

Однако это устройство не дает необходимого эффекта при использовании твердых полимеров при получении смеси повышенной вязкости, например растворов ТЭП, синтетических каучуков и т.д. Потому что оно имеет статический принцип действия и выполнено из неподвижных деталей, не способно равномерно распределять высоковязкие продукты в каждой точке объема нефтяного продукта, и в результате может скопиться в определенной точке объема или всплыть на поверхность совмещаемой массы жидкого продукта.

Известна также установка для проведения газожидкостных реакций и массообменных процессов, содержащая аппарат объемного типа с перемешивающим устройством, наружный контур циркуляции с насосом, смесительным устройством струйного типа с патрубком для газовой фазы, а также патрубок, заборное отверстие которого выполнено на уровне мешалки (Патент РФ 1676439 от 07.09.91, МПК В 01 J 19/24).

На этой установке можно получать материалы с широким диапазоном показателей битумно-полимерных материалов, обрабатывать высоковязкие продукты и проводить окислительные реакции в системе газ - жидкость, с достаточной эффективностью совмещать нефтяные жидкости друг с другом.

Но и эта известная установка имеет недостаток, не позволяющая расширить область ее применения. Например, она будет не эффективна при использовании в качестве модификатора твердых полимеров, синтетических каучуков, термоэластопластов и т.д. В ней отсутствуют конструктивные элементы, способные создать условия для быстрого растворения частиц полимера в нефтяных жидкостях. Все это снижает ее производительность и сужает область применения.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и производительности установки для производства битумно-полимерных материалов с использованием твердых полимеров.

Для достижения цели установка для получения битумно-полимерных материалов, содержащая аппарат с перемешивающим устройством с патрубком для подачи газовой фазы, наружный контур циркуляции, состоящий из линий раствора полимера и паров, где линия циркуляции полимера дополнительно снабжена аппаратом с перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки, установленной на валу, выполненном полым и образующим канал для подвода газовой фазы, кроме того, установка снабжена конденсатором, установленным на линии паров, и сборником конденсата, соединенным с аппаратом с перемешивающим устройством. Помимо этого аппараты с перемешивающими устройствами снабжены отражательными перегородками, установленными внутри на стенках с зазором между лопастями и перегородками, определяемым по формуле: b=(0,3÷3)h_m где h_m - высота лопасти мешалки. Эти перегородки могут быть размещены под углом к оси аппарата.

На Фиг.1 изображена установка получения битумно-полимерных материалов.

Установка состоит из аппарата 1, Фиг.1, с перемешивающим устройством, выполненным в виде лопастной мешалки 2. Внутри аппарата смонтированы отражательные перегородки 3 и дополнительно устроены патрубки 4, 5 для входа и выхода жидкости, циркулирующей по наружному циркуляционному контуру. Для подачи газовой фазы предусмотрен патрубок 6, для подвода сырьевых потоков - патрубок 7, для подачи полимера - люк 8. Для перекачки жидкостей используют насосы 9, 10, 11. Аппарат 1 снабжен также линией подачи газовой фазы 12.

Установка снабжена дополнительно аппаратом 13, Фиг.1, с перемешивающим устройством с лопастной мешалкой 14, закрепленной на полом валу 15 с отверстиями 17, 24, Фиг.2. Внутри аппарата установлены отражательные перегородки 16. Кроме того, аппарат снабжен патрубками для подвода жидкости по наружному циркуляционному контуру 18, 19, 20 и отвода паров 21 в конденсатор 22, который соединен со сборником 23, где скапливается конденсат.

Установка работает следующим образом. Через патрубок 7 в аппарат 1 подается со склада нефтяное сырье и другие жидкие компоненты, например ПАВ или ускорители и активаторы окисления. Кроме того, в аппарат 1 через люк 8 загружается полимер (модификатор), например синтетический каучук СКЭПТ. В аппарате осуществляется процесс механического перемешивания. Взаимодействие лопастей мешалки с отражательными перегородками позволяет подвергать перемешиваемую смесь нефтяного сырья с полимером и другими компонентами сдвиговым деформациям. Таким образом, создаются условия увеличения скорости движения жидкости, нефтяного сырья, относительно твердых частиц каучука и механического измельчения твердой фазы, что приводит к ускорению растворения каучука и его равномерному распределению по перемешивающему объему. Чем меньше зазор между торцами лопастей мешалки 2 и перегородками 3, тем интенсивней осуществляется процесс механического измельчения частиц каучука. Но при этом возрастают затраты электроэнергии на осуществление процесса.

С увеличением зазора улучшаются условия течения жидкости относительно частиц каучука, однако уменьшается или исключается эффект механического измельчения, что снижает интенсивность процесса растворения модификатора в нефтяном сырье.

Поэтому в данном изобретении предложено оптимальное расстояние между отражательными перегородками и лопастями мешалки, равное b=(0,3÷3)h_m, где h_m - высота лопасти мешалки, Фиг.2. На Фиг.2 показан в общем виде аппарат с перемешивающим устройством. Где поз.25 - привод электродвигателя перемешивающего устройства, 26 - редуктор, 15 - полый вал, 16 - отражательные перегородки, 2 - лопастная мешалка, поз.17, 24 - отверстия для подачи воздуха в смесь.

На Фиг.2 обозначены расположение и возможные геометрические размеры между отражательными перегородками и лопастями в соответствии с расчетной формулой.

Полученный раствор полимера в аппарате 1, Фиг.1, может быть подвергнут обработке воздухом и/или другим окислителем с целью проведения частичного или полного окисления и доведения его до показателей битумно-полимерного материала, применяемого например для строительства дорог. Однако, как правило, этого бывает недостаточно при получении битумно-полимерных материалов более вязких, с большей температурой размягчения используемых, например, в качестве мастик или гидроизоляционных материалов. Для этого в наружном циркуляционном контуре на линии раствора полимера установлен аппарат с перемешивающим устройством 13, Фиг.1. В него через патрубок 19 поступает раствор каучука из аппарата 1. В аппарате 13, Фиг.1, осуществляется процесс дальнейшего взаимодействия с окислителем, например кислородом воздуха. В нем происходит контакт вязкой жидкости с мелкодисперсной газовой фазой, воздухом. Устройство аппарата дополнительно показано на Фиг.2.

Это достигается тем, что в аппарате установлен полый вал 15 с отверстиями поз. 17, 24 для подвода воздуха (см. Фиг.1). В результате вращения лопастной мешалки через отверстия 17 засасывается и равномерно распределяется воздух по всему перемешиваемому объему. Этому способствуют установленные внутри аппарата отражательные перегородки 16. Образующиеся пары из аппарата 13 поступают в конденсатор 22, откуда конденсат подается в сборник 23 и насосом 9 возвращается в аппарат 1 на приготовление следующей партии раствора полимера.

Все использованные отличительные признаки изобретения позволяют интенсифицировать процесс растворения твердых частиц полимера (модификатора), а также довести его до показателей битумно-полимерных материалов с различными свойствами, для различного назначения таких как модифицированный дорожный битум, вяжущее для приготовления асфальтобетонной смеси строительный, кровельный битум, мастики для заливки швов и деформационных трещин в асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог, гидроизоляционные мастики и т.д.

Внедрение настоящего изобретения не требует специфического оборудования, может располагаться на небольшой территории, экологически безопасно, не требует больших капитальных вложений.

Изобретение позволяет интенсифицировать процесс получения высококачественных битумно-полимерных материалов, уменьшить энергозатраты, снизить себестоимость, расширить номенклатуру выпускаемой продукции с широким диапазоном показателей в зависимости от назначения климатических условий эксплуатации.

Установка для получения битумно-полимерных материалов относится к устройствам для проведения массообменных процессов взаимодействия газов с растворами полимеров в нефтяных растворителях и может найти применение в нефтяной, нефтехимической, химической промышленности, а также в других отраслях индустрии. Установка для получения битумно-полимерных материалов содержит аппарат с перемешивающим устройством с патрубком для подачи газовой фазы, наружный контур циркуляции, состоящий из линий раствора полимера и паров. Линия раствора полимера дополнительно снабжена аппаратом с перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки, закрепленной на валу, выполненном полым и образующим канал для подвода газовой фазы. Наружный контур циркуляции установки может дополнительно быть снабжен конденсатором, установленным на линии паров, и сборником конденсата, соединенным с аппаратом с перемешивающим устройством. Также аппараты с перемешивающими устройствами могут быть снабжены отражательными перегородками, установленными внутри на стенках аппаратов с зазором между лопастью и перегородкой, равным b=(0,3÷3)h_m, где h_m - высота лопасти мешалки. Отражательные перегородки установлены под углом к оси аппарата с перемешивающим устройством. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс получения высококачественных битумно-полимерных материалов, уменьшить энергозатраты, снизить себестоимость, расширить номенклатуру выпускаемой продукции с широким диапазоном показателей в зависимости от назначения климатических условий эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для получения битумно-полимерных материалов, содержащая аппарат с перемешивающим устройством с патрубком для подачи газовой фазы, наружный контур циркуляции, состоящий из линий раствора полимера и паров, отличающаяся тем, что линия раствора полимера дополнительно снабжена аппаратом с перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки, закрепленной на валу, выполненном полым и образующим канал для подвода газовой фазы.2. Установка для получения битумно-полимерных материалов по п.1, отличающаяся тем, что наружный контур циркуляции снабжен конденсатором, установленным на линии паров, и сборником конденсата, соединенным с аппаратом с перемешивающим устройством.3. Установка для получения битумно-полимерных материалов по п.1, отличающаяся тем, что аппараты с перемешивающими устройствами снабжены отражательными перегородками, установленными внутри на стенках аппаратов с зазором между лопастью и перегородкой, равным b=(0,3÷3)h_m, где h_m - высота лопасти мешалки.4. Установка для получения битумно-полимерных материалов по п.3, отличающаяся тем, что отражательные перегородки установлены под углом к оси аппарата с перемешивающим устройством.