Способ получения девулканизата и диспергатор для реализации способа
METHOD OF PRODUCING DEVULCANIZED RUBBER AND DISPERGATOR FOR IMPLEMENTATION OF METHOD

Группа изобретений относится к области обработки полимеров, а именно к технологии регенерации эластомеров и устройствам, позволяющим осуществлять деструкцию, и может быть использована в химическом производстве.
Из существующего уровня техники известен диспергатор (Патент №7633, опубл.: 16.09.1998), который включает цилиндрический корпус с рубашкой охлаждения, загрузочный и разгрузочный патрубки, установленный соосно кожуху шнековый вал, разделенный на секции, первая секция вала снабжена конической поверхностью, расширяющейся в направлении потока материала, между гребнями шнека второй секции и корпусом имеется зазор, обеспечивающий возможность рециркуляции материала, а вал второй секции снабжен конической поверхностью, сужающейся в направлении потока материала, при этом внутренние поверхности участков кожуха, охватывающих конические поверхности вала, выполнены также коническими коаксиальными с образованием узкой щели.
Известен способ деструкции эластомерного материала (Патент RU 2145282, опубл: 10.02.2000, Бюл. №4). Способ переработки эластомерных материалов включает предварительное измельчение и осуществляемые в диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки, поэтапную деструкцию под действием усилий среза в узкой щели, образованной телами вращения, и гомогенизацию, в первой технологической зоне осуществляют поверхностную деструкцию при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала, при этом поддерживают температуру диссипационного нагрева 50-150°С, затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала, а окончательную деструкцию во второй зоне осуществляют с увеличением воздействующего давления вдоль потока материала, при этом поддерживают температуру диссипационного нагрева, не превышающую 300°С.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип способа, является способ деструкции эластомерного материала (патент RU 2325277, опубл. 27.05.2008, Бюл. №15), который включает предварительное измельчение и поэтапную деструкцию и гомогенизацию, осуществляемые в одношнековом диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки, при этом в его первой технологической зоне осуществляют поверхностную деструкцию при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала, затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала, и окончательную деструкцию во второй технологической зоне при поддержании температуры диссипационого нагрева, не превышающей 300°С, при этом в первую технологическую зону вводят воду в количестве 2-15 мас.% от массы резины и поддерживают в первой технологической зоне температуру диссипационного нагрева, не превышающую 250°С.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип диспергатора, является диспергатор (Патент RU 62353, опубл.: 10.04.2007, Бюл. №10), имеющий в своем составе сборный цилиндрический корпус с рубашкой охлаждения, загрузочным и разгрузочным патрубком, в корпусе по его оси установлен шнек, разделенный на секции с чередованием винтовых секций и гладких конических секций, в корпусе установлены также втулки, каждая из которых коаксиально охватывает одну из гладких конических секций и имеет внутренние конические поверхности с образованием щелевого кольцевого зазора между наружными поверхностями конических секций шнека и внутренними поверхностями втулок.
2
Недостатками данных технических решений является то, что из-за разного размера частиц сырья (размеры частиц во фракции могут отличаться на 2-3 мм) происходит неравномерное сдвиговое измельчение крошки и, соответственно, неравномерная деструкция материала в первой технологической зоне и низкая гомогенность получаемого продукта. Сдвиговое измельчение сырья, фракция которого выше 1 мм, протекает при «взрывной» термической реакции и сопровождается большим количеством выделяемой теплоты и сернистого газа SO. Стабилизация температурного режима (150°С) достигается вводом в первую технологическую зону модификатора (воды) в объеме до 15 массовых процентов, образуя при этом пары серной кислоты, которые негативно влияют на качество регенерата.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества получаемого продукта, а именно получение регенерата высокой степени гомогенности (сведение к нулю не прореагировавших частиц) и снижение количества (объема) выделяющихся газов.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения девулканизата происходит предварительное измельчение и поэтапная деструкция и гомогенизация, осуществляемые в одношнековом диспергаторе, разделенном на технологические зоны, связанные зонами транспортировки, при этом в его первой технологической зоне осуществляют поверхностную деструкцию при воздействии давления, уменьшающегося вдоль потока материала, затем осуществляют транспортировку, сопровождающуюся рециркуляцией материала, и окончательную деструкцию во второй технологической зоне, в первую технологическую зону вводят воду, при этом в первой технологической зоне - в зоне скользящего реза - происходит измельчение сырья до однородных фракций размером 1-1,5 мм за счет выполнения статорного конуса с несколькими пазами и ввода воды в количестве до 2 мас. % от массы резины.
Поставленная задача решается также тем, что диспергатор содержит цилиндрический корпус с рубашками охлаждения, загрузочный и разгрузочный патрубки, установленный по оси корпуса шнек, разделенный на секции, которые снабжены коническими поверхностями, расширяющимися в направлении движения потока материала, при этом статорный конус первой секции имеет пазы, обеспечивающие измельчение скользящим резом, выполненные параллельно оси конуса и имеющие серповидную форму, при этом ширина и глубина пазов имеют переменные величины и к концу паза становятся равными нулю, а длина каждого паза составляет около 2/3 от общей длины конуса.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшение качества регенерата и микроклимата рабочей зоны.
Заявленное техническое решение относится к переработке эластомеров с целью получения девулканизата путем переработки резиновой крошки в одношнековом девулканизаторе.
В предложенном способе происходит комбинированное измельчение сырья в первой технологической зоне до более однородной фракции (размеры частиц сырья отличаются не более чем на 0,5 мм), что обеспечивает протекание термической реакции более предсказуемо и с уменьшением количества подаваемого модификатора (воды) до 2 массовых %.
В предложенном варианте диспергатора изменена конфигурация статорного конуса первой технологической зоны, обеспечивающая возможность комбинированного измельчения (скользящий рез и сдвиговое измельчение).
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - диспергатор, продольный разрез;
на фиг. 2 - исполнение статорного конуса зоны II;
где
I - Зона загрузки резиновой крошки в диспергатор-девулканизатор;
II - Зона комбинированного измельчения и диспергирования резиновой крошки;
III - Зона, в которой происходит окончательный процесс девулканизации (получение регенерата);
IV - Зона выгрузки регенерата;
1 - Подающий шнек;
2 - Разогревательный шнек;
3 - Статорный конус зоны II;
4 - Роторный конус зоны II;
5 - Шнек зоны III;
6 - Статорный конус зоны III;
7 - Роторный конус зоны III;
8 - Выгружной шнек;
9 - Вал;
10 - Паз;
11 - Зона скользящего реза.
Диспергатор включает в себя: сборный цилиндрический корпус с рубашками охлаждения, загрузочным и разгрузочным патрубками. В корпусе по его оси установлен вал, разделенный на секции, на котором расположены подающий и разогревательный шнеки, роторный конус зоны II, шнек зоны III, роторный конус зоны III, выгружной шнек. После разогревательного шнека в корпусе девулканизатора расположены статорный конус, имеющий специальные пазы, обеспечивающие измельчение скользящим резом. Специальные пазы, обеспечивающие скользящий рез, выполнены на статорном конусе параллельно его оси и имеют серповидную форму. Относительно направления вращения роторного конуса, пазы начинаются более пологой составляющей. Так как пазы выполнены на конической поверхности, их ширина и глубина имеют переменные величины и к концу паза становятся равными нулю. Длина каждого паза составляет около 2/3 от общей длины конуса. Далее, за шнеком зоны III, в корпусе девулканизатора, располагается статорный конус зоны III, в которой происходит окончательный процесс девулканизации (получение регенерата). После чего располагается зона выгрузки с выгружным шнеком.
Способ реализуется в процессе работы устройства.
Резиновая крошка загружается через патрубок в корпус диспергатора (зона I) и подающим шнеком 1 доставляется в зону II - зону комбинированного измельчения и диспергирования резиновой крошки. В зоне II разогревательным шнеком 2 (за счет имеющегося зазора между втулкой корпуса и шнеком) происходит предварительный разогрев сырья с одновременной подачей его в зону скользящего реза, где и происходит измельчение сырья до фракции 1-1,5 мм. На этом этапе поддерживается температура диссипационного нагрева 50-150°С. Установка и регулирование температуры определяется различными факторами: шириной щели, фракционным составом крошки, скоростью подачи (расходом), дополнительным теплоотводом через рубашку охлаждения. В зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого эластомера температуру задают в пределах, указанных выше. Экспериментально установлено, что уменьшение температуры ниже 50°С может привести к отсутствию поверхностной деструкции, повышение свыше 150°С - к пиролизу мелких частиц.
Далее измельченная однородная фракция поступает в щелевой кольцевой зазор, образованный гладкими частями первой пары статорного и роторного конусов (II технологическая зона), создающий сопротивление потоку, где происходит дальнейшее измельчение сырья методом сдвиговой деформации и последующая деструкция крошки с образованием микротрещин на однородных по размеру частицах. Нагретая до заданных температур 140-170°С (что значительно ниже температуры пиролиза) крошка под воздействием незначительного количества (до 2 мас. %) впрыснутого модификатора (воды), претерпевает дальнейшее разрушение, образуя при этом практически однородную массу. Полученная масса, посредством шнека 5 зоны III, подается во второй конический кольцевой зазор образованный статорным 6 и роторным 7 конусами (III технологическая зона), где за счет увеличивающегося воздействующего давления происходит окончательная деструкция и пластикация материала (процесс окончательной девулканизации). Выходящая из III технологической зоны масса, имеющая температуру не более 120-160°С, поступает на выгружной шнек 8, посредством которого осуществляется удаление полученной массы из диспергатора и подачи ее на следующий технологический процесс.
Были проведены испытания на определение физико-механических свойств резиновых смесей но основе образцов регенератов №1 и №2, полученных на девулканизаторе без пазов на статорном конусе (образец №1) и на девулканизаторе с имеющимися пазами, согласно данному изобретению, (образец №2). Регенерат по обоим образцам получался из крошки одной партии. Данные испытаний приведены в таблице. Показатели условной прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве характеризуют качество регенерата по гомогенности. Из таблицы видно, что регенерат, полученный на диспергаторе и по способу, согласно заявленному изобретению, имеет более высокое качество.
За счет использования комбинированного измельчения сырья во II технологической зоне повышается качество регенерата за счет снижения количества непрореагировавших частиц при сохранении производительности. Также данные изменения позволяют значительно уменьшить максимальную температуру процесса и соответственно количество вредных выбросов из рабочей зоны.