К.т.н. Мальцев М.В., к.т.н. Шабанов И.Е., Лях В.П.

Воронежская государственная технологическая академия (ВГТА), г. Воронеж

Разработка и исследование насадок дегазационных колонн

Технология производства синтетического каучука включает в себя стадию десорбции незаполимеризовавшихся мономеров. Десорбция мономеров из эмульсионных латексов является сложным технологическим процессом, во многом определяющим качество получаемого каучука. Отгонка мономеров из латексов осуществляют в дегазационных колоннах пониженного давления острым водяным паром.

При проведении процесса дегазации латекса необходимо: 1) строго выдерживать температурный режим, так как повышение температуры вызывает коагуляцию латекса и, как следствие, преждевременный выход колонн из строя; 2) создавать минимальное остаточное давление в аппарате, что позволит проводить процесс при пониженных температурах; 3) обеспечивать наибольшую площадь контакта между паром и латексом [1].

В настоящее время известны дегазационные колонны с различными насадками, позволяющими увеличить удельную площадь поверхности контакта пара и латекса, такие как кольца Рашига, провальные тарелки и насадка типа «диск-кольцо» [2]. Простота конструкции и обслуживание способствовали широкому распространению последних. Однако в процессе работы, на поверхности таких насадок довольно быстро образуется нарост коагулюма, что приводит к снижению эффективности процесса, а в конечном итоге остановки работы аппарата для их очистки.

На основе анализа имеющихся конструкций и условий работы дегазационных колонн была предложена новая конструкция насадок. Основной принцип работы предлагаемой насадки основан на формировании сплошной завесы латекса в рабочей зоне аппарата, при ее истечении из кольцевого канала, образованного за счет прогиба свободного края упругой оболочки. Предложенная конструкция насадки позволяет исключить налипание коагулюма на рабочие органы аппарата и увеличить удельную площадь контакта фаз на единицу объема колонны. При этом появляется возможность регулирования параметров работы насадки, следовательно, и всей дегазационной колонны.

Выдача латекса в виде куполовидной завесы осуществляется в непрерывном режиме, при этом основным технологическим параметром, является давление латекса в распределительном канале насадки. При решении такого рода научных задач, целью которых, является получение зависимостей для проектирования насадок, заданными обычно являются: w–ширина формующего канала связанная с толщиной истекающей пленки латекса; d–диаметр формующей щели насадки; m_Э–эффективная вязкость латекса. Искомым является закон распределения давления в насадке р, обеспечивающего открытие щели до значения w, скорость истечения жидкости из щели V_и, расход жидкости Q и конструктивные размеры каналов H, h влияющих на режим истечения латекса. На основе уравнений расхода жидкости через распределительные каналы насадки определена закономерность распределения давления вдоль формующей зоны (1).

(1)

Представленное выражение устанавливает закономерность изменения давления в каналах насадки от их геометрических параметров.

Одной из задач экспериментального исследования таких насадок, является выявление оптимальных параметров формирования сплошной завесы латекса. Оценка качества истекающей пленки латекса осуществлялась по следующим условным типам завесы: капельное истечение, струйное истечение, устойчивая завеса и неустойчивая завеса. Равновесие истекающего латекса поддерживается, с одной стороны избыточным давлением, его вязкостью, силой поверхностного натяжения, с другой параметрами массообменного процесса.

Рис. 1 Расчетная схема для определения закона распределения давления латекса в каналах насадки

Анализ полученных данных показал, что для значений ширины формующего канала 0,2 - 0,3 мм формирование устойчивой завесы латекса возможно в довольно широком интервале прикладываемых внутренних избыточных давлений. Так истечение латекса из формующего канала шириной d=0,2 мм возможно при величине избыточного давления внутри распределительного канала насадки Р=0,14 ¸ 0,16 МПа, и при Р=0,05 ¸ 0,09 МПа для d=0,3 мм соответственно. При этом установлено, что величина отношения максимального диаметра устойчивой завесы латекса к диаметру формующего канала насадки может достигать 10 и более.

Литература:

1. Башкатов Т.В., Жигалин Я.Л. Технология синтетических каучуков. – М.: Химия, 1980, - 336 с.

2. Кирпичников, П. А. Химия и технология синтетического каучука [Текст] : Учебник для студ. вузов / П. А. Кирпичников, Л. А. Аверко-Антонович, Ю. О. Аверко-Антонович - Л.: Химия, 1987. - С.424. : ил.- (Для высшей школы) - Библиогр.: - С.420-421.