Свойства битумов
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
й промышленности на старых установках или при производстве малотоннажных сортов битума. Этот процесс используется и за рубежом.
Процесс проводят периодически. В нижнюю часть куба закачивают сырье до определенной высоты аппарата (не менее 2 м для обеспечения взрывобезопасности в соответствии с правилами техники безопасности) и начинают подачу воздуха. После достижения заданного уровня сырья в кубе постепенно повышают расход воздуха. Расход воздуха в процессе изменяют таким образом, чтобы температура окисления поддерживалась на требуемом уровне: при падении температуры увеличивают расход воздуха, при повышении - снижают.
Для повышения производительности куба сырье предварительно нагревают, что обеспечивает увеличение скорости окисления. Последующее повышение температуры процесса предупреждают подачей контролируемого количества воды в газовое пространство куба. После получения продукта с заданными свойствами его охлаждают за счет подачи воды в газовое пространство или циркуляции битума через холодильник. Подача воды в газовое пространство куба или в поток воздуха является наряду iиркуляцией битума через холодильник обычным приемом для поддержания заданной температуры окисления. Подача воды приводит также к снижению концентрации кислорода в газовом пространстве за счет образования водяного пара, что уменьшает взрывоопасность процесса. Кроме того, наличие водяного пара препятствует отложению коксообразных веществ (способных к самовозгоранию) на стенках газового пространства и в линии отработанных газов. iелью устранения опасности вспенивания и выброса битума воду следует подавать при температуре в кубе не ниже 200 С, для чего необходимо предусматривать соответствующую блокировку.
Скорость окисления в кубе периодического действия возрастает с повышением температуры, давления и увеличением высоты зоны реакции. Последнее привело к тому, что современные окислительные аппараты - не горизонтальные, а вертикальные цилиндрические сосуды. Наряду с влиянием на скорость окисления температура и давление влияют также на качество продукции.
Окисление в трубчатом реакторе. В отечественной практике для производства окисленных битумов применяют змеевиковой трубчатый реактор с вертикальным расположением труб. Окисление происходит в турбулентном потоке воздуха. Движение воздуха и окисляемого сырья, диспергированного в воздухе,- прямоточное. Прореагировавшая газожидкостная смесь поступает из реактора в испаритель, где разделяется на газы и жидкость. Газы уходят с верха испарителя на обезвреживание, жидкая фаза - битум - из нижней части испарителя откачивается в парк.
Значения удельного расхода воздуха для производства дорожных и строительных битумов (50-300 м3/т), должны обусловливать содержание сырья в воздухе, равное 0,4- 2,0% (об.) (для средних давлений и температур в реакторе). Однако при таком соотношении реагирующих фаз, вероятно, из-за недостаточной поверхности контакта реакция окисления не проходит достаточно полно. Степень полноты реакции повышается при увеличении содержания жидкой фазы в реакционной смеси, что достигается рециркуляцией части продукта. Это подтверждается следующими данными, полученными при производстве дорожных битумов в трубчатом реакторе (Омский НПК) при температуре окисления 270 С и линейной скорости в трубах 7,0-9,4 м/с :
Содержание, % (об.)
жидкости в реакционном потоке - 2,3,7
кислорода в газах окисления - 0,0,0
Невысокое содержание кислорода в отработанных газах окисления при содержании жидкости в реакционной смеси более 8,0% (масс.) свидетельствует о хорошем использовании кислорода воздуха в реакциях окисления. Примерно такое же содержание жидкости в реакционной смеси, обеспечивающее удовлетворительную работу реактора, отмечено и в других исследованиях. Таким образом, рециркуляция необходима для удовлетворительной работы трубчатого реактора.
Особенностью производства битумов в трубчатом реакторе является протекание стадии собственно окисления в режиме, близком к идеальному вытеснению (хотя в целом трубчатый реактор, работающий с рециркуляцией, соответствует более сложной модели и при значительных коэффициентах рециркуляции приближается по характеру структуры потоков жидкости к реактору идеального смешения). В этом случае для обеспечения приемлемой скорости реакции необходимо уже на вход в реактор подавать нагретые реагенты. В дальнейшем же во избежание перегрева реакционной смеси ее необходимо охлаждать. Таким образом, вначале требуются затраты энергии на нагрев сырья в трубчатой печи, а затем - на охлаждение реагирующих фаз потоком вентиляторного воздуха. При использовании легкого сырья или при сравнительно глубоком окислении (до строительных битумов) нагрев сырья в трубчатой печи можно заменить нагревом в теплообменниках битум - сырье. Средняя температура в реакторе должна быть не ниже 265 С, иначе реакция окисления резко замедляется.
Окисление в пустотелой колонне. Наибольший объем окисленных битумов получают в аппаратах колонного типа, которые представляют собой вертикальные пустотелые цилиндрические сосуды, работающие по схеме непрерывного действия. В колонне поддерживают определенный уровень окисляемого жидкофазного материала. Воздух на окисление подают в нижнюю часть колонны через маточник. Барботаж воздуха через слой жидкости приводит к ее практически полному перемешиванию, что подтверждается равенством температур по всей высоте зоны реакции и