WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

1,2 – стеклянные камеры; 3,4 – центробежно-вихревая форсунка и другие типы смесителей соответственно; 5,7,14 – приемо-раздаточные патрубки; 6 – центробежный насос; 8 – сливная емкость; 9 – краны; 10,11 – дифференциальные манометры; 12,13 – гибкие шланги Рисунок 1 - Схема установки для исследования гидродинамики смешения многофазных сред Пилотная установка для получения жидких композиций представляет собой агрегат периодического действия с широкими функциональными возможностями, совмещающими процессы диспергирования и высокоэффективного перемешивания с тонким распылением (рисунок 2).

1 – диссольвер (вертикальный смесительный аппарат с дискофрезерной мешалкой); 2 – вихревая камера смешения; 3,4 – взаимозаменяемые крышки аппарата; 5 – гидроакустический смеситель-диспергатор; 6 – лопастная мешалка; 7 – загрузочный люк; 8 – насос; 9,10 – гибкие армированные шланги.

Потоки: А – исходные компоненты; Б – гомогенизированный продукт Рисунок 2 – Схема пилотной установки для получения жидких композиций Установка предназначена: 1) для приготовления тонкодисперсных жидких композиций; 2) введения в лакокрасочные материалы пигментных паст; 3) совмещения лакокрасочных материалов с различными наполнителями и модификаторами; 4) эмульгирования в водной среде и совмещения водных дисперсий полимера с пластификаторами, маслами и другим материалами; 5) восстановления эксплуатационных свойств лакокрасочных материалов; 6) выгрузки и фасовки готовой продукции.

При проведении расчетов и экспериментов были использованы оригинальные методики, полученные на основе обзора литературных источников и приспособленные к условиям получения и применения в лакокрасочных материалах на основе нефтяного битума.

При получении битумного лака и лакокрасочных материалов на его основе были использованы стандартные методы анализа согласно ТУ2311-054-00151638-2003.

В третьей главе рассмотрены вопросы интенсификации производства жидких композиций на основе нефтяного битума. Для этой цели разработана методика совершенствования технологии получения нефтяного битума на основе гидроакустики, в рамках которой предложены способ его получения и устройство для реализации (защищены патентом РФ № 2221834). А также на основе оригинальных методик расчета, приведенных в литературе, исследованы характеристики центробежно-вихревых форсунок и аналитически определены параметры, обеспечивающие требуемое качество распыления.

На рисунках 3 и 4 представлены зависимости средних размеров капель от расхода и толщины пленки жидкости (воды), а также от степени раскрытия сопла Сс.

Р=1,0 МПа Р=1,0 МПа Р=2,0 МПа Р=2,0 МПа Р=3,0 МПа Р=3,0 МПа 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 100 200 300 Расход, кг/с Толщина пленки, мкм Рисунок 3 - Влияние расхода и толщины пленки на средний диаметр капель жидкости (воды) при различных значениях давления Средний диаметр капель, мкм Средний диаметр капель, мкм P=1,0 МПа 140 P=2,0 МПа P=3,0 МПа 0 1 2 3 4 5 Степень раскрытия сопла Рисунок 4- Влияние степени раскрытия сопла Сс на средний диаметр капель жидкости при различных значениях давления Согласно полученным данным (см. рисунки 3 и 4) качество распыления, определяемое тонкостью распыла, распределением капель распыленной жидкости по размерам и распределением жидкости в струе, достигается повышением давления жидкости при минимальной степени раскрытия сопла.

В результате промышленных испытаний установлен эффект снижения вязкости сырья при воздействии гидроакустического поля, что способствует более тонкому распылению при прочих равных условиях.

На основе анализа литературных источников и проведенных в лабораторных условиях исследований по моделированию процессов смешения многофазных сред в качестве ячейки идеального смешения представлена камера закручивания центробежно-вихревой форсунки. Микросмешение в таком смесителе обеспечивается за счет практически одинакового времени пребывания всех частиц жидкости в зоне смешения и идентичными условиями прохождения всего потока жидкости через вихревую камеру, объем которой несравнимо мал по отношению к общему объему перемешиваемой жидкости, а толщина сопоставима с размерами глобул.

На основе приведенных в литературе методик расчета основных параметров процесса смешения применительно к рассматриваемой модели аналитическим путем получены распределения коэффициента турбулентной диффузии DТ и Средний диаметр капель, мкм энергии диссипации относительно радиуса вихревой камеры и параметра распределения тангенциальной скорости жидкости (рисунок 5).

C f() f() r = r R r = r R а б Рисунок 5 - Распределения коэффициента турбулентной диффузии DТ (а) и энергии диссипации (б) относительно радиуса r = r R вихревой камеры и параметра распределения тангенциальной скорости жидкости = f ( ) Применение вихревой камеры смешения сырья на основе предлагаемой модели способствует увеличению значении коэффициента турбулентной диффузии DТ более чем в 4 раза по сравнению с традиционной моделью.

Максимальная величина диссипации удельной кинетической энергии турбулентности определяет интенсивность смешения жидких потоков на микроуровне, что обеспечивает возникновение мелкомасштабных сдвиговых деформаций и, как следствие, получение тонкодисперсных эмульсий и суспензий.

В соответствии с характером процесса (кинетические параметры, физические характеристики жидких потоков и т.д.) полученные в работе закономерности (см. рисунок 5) позволяют выбирать оптимальные условия для проведения процессов смешения композиционных систем.

Т D, м / с, м / с Для получения тонкодисперсных паст на основе алюминиевой пудры, предназначенных для дальнейшего применения в лакокрасочных материалах, разработана технологическая схема дезагрегирования пигментных материалов в среде битумного лака с использованием гидроакустической технологии (рисунок 6).

A - диссольвер, Б – бисерная машина, В - вихревой смеситель. Потоки:

I – исходные компоненты + ПАВ; II – пигментная паста-полуфабрикат; III – пигментная паста Рисунок 6 - Схема получения пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума При этом ставилась задача создания оптимальных гидродинамических и адсорбционных условий, чтобы с минимальными затратами энергии осуществить диспергирование пигментов до экономически обоснованных размеров частиц и их равномерное распределение и наиболее полное смачивание (рисунок 7). Основными элементами установки, применяемой в указанной схеме, являются два аппарата. Первый - это диссольвер, он служит в качестве сырьевой емкости, основным элементом второго аппарата является диспергатор мелкодисперсных пигментов, созданный на основе вихревого смесителядиспергатора.

Традиционная технология Предлагаемая (I этап) Предлагаемая (II этап) 0 50 100 150 200 250 Время диспергирования, мин I этап – диспергирование на пилотной установке до размеров частиц 70-80 мкм; II этап – диспергирование в бисерной мельнице Рисунок 7 - Поэтапная обработка пигментной пасты Эксперименты, проведенные на пилотной установке, показывают, что наиболее оптимальным является такой порядок диспергирования, когда пигментная паста подвергается предварительному дезагрегированию до размеров частиц 70...80 мкм на бисерных мельницах, с последующим диспергированием в вихревой камере, разработанной автором. Необходимо отметить, что аппараты А и Б при этом действуют на уровне макросмешения, аппарат В – на уровне микросмешения (см. рисунок 6). Для оптимизации условий диспергирования пигмента за счет создания дополнительных сдвиговых усилий в вихревой камере использованы частицы сферической формы. При этом реализуется принцип проточной системы смешения и диспергирования сырья, что является в настоящее время наиболее существенным фактором совершенствования технологического процесса получения ЛКМ и позволяет сократить продолжительность процесса предварительного дезагрегирования частиц в 1,4…1,6 раза.

Четвертая глава посвящена разработке технологии получения пигментных жидких композиций на основе нефтяного битума и ее техникоэкономических показателей.

Дисперсность по " Клин ", мм Предлагаемая технология состоит из ряда последовательных операций, основными из которых являются:

получение нефтяного битума в качестве основы пигментной композиций;

получение пленкообразующего материала;

интенсификация процесса смачивания и диспергирования пигментных частиц в среде пленкообразующего материала.

В качестве пленкообразующего материала используется битумный лак типа БМК или ИБМК на основе нефтяного битума строительной марки БН-V.

Полученные результаты по гидроакустической обработке битумного лака (таблица 1) относительно снижения вязкости полностью соответствуют теоретическим положениям диссертационной работы.

Таблица 1 - Результаты гидроакустической обработки битумного лака типа БМК и ИБМК Количество обработок Характеристики лака 0 1 2 1 Вязкость по вискозиметру типа ВЗ-4, с 18 16 2 Плотность при 20 0С, кг/м3 934 933 Результаты испытаний показывают, что битумный лак соответствует требованиям ТУ-2311-054-00151638-2003 и может быть использован в качестве пленкообразующего материала при получении пигментированных ЛКМ.

Результаты анализов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты анализов на соответствие битумного лака типа БМК и ИБМК требованиям ТУ-2311-054-00151638-ТУ-2311-054-00151638-Наименование Разработанные Исходные образцы показателя образцы БМК ИБМК БМК ИБМК Цвет Черный Черный Черный Черный Время высыхания, ч, не более 22 24 15 при (20±2) 0С 0,5 1,0 0,35 0,при (90±2) 0С Прочность при изгибе, мм, не 3 3 2 более Прочность при ударе, кгс.см, 40 40 45 не менее 0,55 0,55 0,57 0,Твердость, у.е., не менее 15-20 18-20 14 Условная вязкость, с Массовая доля нелетучих 39 39±2 38±веществ, % Адгезия пленки, балл, не 1,0 1,1,0 1,более Как следует из таблицы 2, получены следующие результаты по гидроакустической обработке битумного лака типа БМК и ИБМК соответственно: сокращение времени высыхания на 32 и 33% при нормальных условиях и на 30% при температуре 90 С; повышение эластичности при изгибе составляет 33%, при ударе 11 и 20%; увеличение твердости на 3,5 и 8,3% соответственно; снижение вязкости составляет в среднем соотношении 20 и 26%.

Рассмотрены вопросы составления и диспергирования пигментных композиций. Проведены промышленные испытания по определению возможности использования пигментной пасты на основе нефтяного битума, обработанного по предложенной технологии (таблица 3).

Таблица 3 - Результаты гидроакустической обработки пигментной паcты на основе нефтяного битума Количество обработок Характеристика пасты 1 2 3 1 Вязкость по вискозиметру типа ВЗ-4, с 40 30 25 2 Дисперсность по "клин" 160 90 60 Результаты гидроакустической обработки пигментной паcты согласно таблице 3 свидетельствуют о снижении вязкости среды и повышении уровня дисперсности пигментных частиц по мере увеличения количества обработок, что вполне соответствует положениям диссертационной работы.

Эмаль БТ-212 серебристая была испытана на соответствие ТУ-2311054-00151638-2003. Результаты испытаний показывают, что эмаль БТ-серебристая на основе нефтяного битума соответствует техническим условиям, имеет повышенные физико-механические характеристики, в том числе высокую устойчивость к седиментации, и может быть использована для проведения окрасочных работ.

Результаты анализов приведены в таблице 4.

Результаты по гидроакустической обработке эмали БТ-212 по таблице следующие: сокращение времени высыхания на 30% при нормальных условиях; повышение эластичности при изгибе составляет 33%; увеличение твердости на 8,3%; снижение вязкости составляет в среднем соотношении 46,6%; повышение блеска пленки и укрывистости на 12 и 20% соответственно.

Таблица 4 - Результаты анализов на соответствие эмали БТ-серебристая требованиям ТУ-2311-054-00151638-Требования по ТУ-2311-054-00151638-Наименование показателя Разработанный Исходный образец образец Внешний вид Пленка без Пленка без включений включений и морщин и морщин Цвет пленки эмали соответствует эталону соответствует эталону Время высыхания при + 2 0С до степени 3, ч, не 1 0,более Прочность пленки при 3 изгибе, мм, не более 0,55 0,Твердость, у.е., не менее 35±Условная вязкость, с Массовая доля нелетучих веществ, % 42±Блеск пленки, %,не менее Укрывистость, г/мЭкономический эффект от внедрения гидроакустического смесителядиспергатора при получении битумного лака типа БМК в условиях ОАО "Татнефтепром" обусловлен более высокими технологическими показателями по смешению и диспергированию сырья по сравнению с традиционной технологией, в том числе сокращением продолжительности технологического процесса получения битумного лака в 1,6 раза. В результате практического использования рекомендаций диссертационной работы получен годовой экономический эффект в размере 4954350 рублей (по ценам 2004г.).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1 Обобщены научно-технические данные о современном состоянии и перспективах развития технологии производства пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума в качестве жидких композиций. Выявлено, что нефтяной битум марки БН-V обладает свойствами, соответствующими условиям производства ЛКМ и используется как самостоятельный пленкообразующий материал для производства лаков и красок.

2 Показана возможность эффективного применения гидроакустических генераторов на основе центробежно-вихревых форсунок для интенсификации процессов распыления, смешения и диспергирования углеводородного сырья в производстве битумного лака и пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума.

3 Исследовано влияние основных параметров центробежно-вихревых форсунок на качество распыления. Выявлено, что качество распыления, определяемое тонкостью распыла, распределением капель распыленной жидкости по размерам и распределением жидкости в струе, достигается повышением давления жидкости и количества входных каналов форсунки при минимальной степени раскрытия сопла.

4 Разработаны метод совершенствования технологии получения нефтяного битума и устройство для его реализации (защищены патентом РФ № 2221834) на основе применения гидроакустических генераторов с целью интенсификации процесса окисления сырья за счет увеличения поверхности контакта фаз и времени взаимодействия жидких остатков и воздуха.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»