СПОСОБ ЗАТАРИВАНИЯ БИТУМОВ
METHOD TO PACK BITUMEN

Настоящее изобретение относится к способу затаривания битума, в частности дорожно-строительного битума, в одноразовые транспортные единицы большого объема для транспортировки битума в холодном состоянии.
Битум в отношении его использования является весьма температурно-зависимым продуктом, так как при повышенных температурах он представляет собой жидкое тело, а при низких температурах - твердое, а между этими состояниями существует широкий переходный интервал агрегатных состояний от вязкотекучего до пастообразного, причем при переходе из твердого состояния в жидкое состояние вязкоупругие свойства битума сильно меняются.
Для транспортировки битума на далекие расстояния неэкономично использовать обогреваемые транспортные цистерны, так как битум необходимо постоянно поддерживать при температуре выше точки размягчения. Кроме того, при использовании таких транспортных цистерн необходимо принимать широкие меры безопасности с точки зрения охраны окружающей среды, так как, например, в случае аварии существует повышенная опасность нанесения ущерба окружающей среде разлившимся битумом. Поэтому из-за опасности для окружающей среды, а также по причине высоких энергетических затрат все более и более отказываются от транспортировки битума в жидком виде.
При необходимости транспортировки битума на далекие расстояния до сих пор битум разливают в горячем виде в металлические бочки и затем дают остыть, после чего эти бочки на месте либо разрезают и получают битум в холодном виде или же нагревают, чтобы можно было вылить из них битум в горячем виде. Оба пути неудовлетворительны, так как в любом случае остаются в виде отходов одноразовые емкости, которые лишь с большим трудом поддаются устранению по причине их загрязнения битумом.
Поэтому в случае специального битума, например кровельного или промышленного битума, в настоящее время перешли к тому, что битум упаковывают небольшими единицами массой приблизительно 30 кг в пластмассовые пленки, которые затем расплавляют с этим битумом и перерабатывают вместе с ним. Эти пленки укладывают в специальные формы и заполняют горячим битумом, которому затем дают затвердеть. Однако этот способ трудно осуществим при больших количествах битума, как это имеет место в случае укладки битума для строительства дорог, так как приходится предусматривать очень много таких емкостей, в которых затем битум может быть оставлен остывать. Кроме того, из-за более высокой точки размягчения дорожно-строительного битума обычно используемая пластмассовая пленка не годится.
Так как, в частности, в дорожном строительстве требуются большие количества битума, то в настоящее время наблюдается стремление найти упаковочные единицы, более крупные в сравнении с обычными переносными упаковками. Такого рода упаковочные единицы имеют именно то преимущество, что помимо облегченного их заполнения отношение расплавленной в них вместе с битумом пластмассы к битуму заметно сдвинуто в сторону битума, если производить сравнение с обычными мелкими упаковками. Крупные упаковки оказываются непригодными, как правило, по той причине, что вследствие вязкоупругих свойств битум до сих пор никогда не удавалось целенаправленно загрузить в пластмассовые емкости большого объема, без того чтобы не возникал большой риск либо расплавления пластмассовых емкостей либо их настолько сильного размягчения, что их формоустойчивость нарушается и пластмассовый материал растягивается так, что начинает разрываться.
Также уже известны способы упаковывания дорожно-строительного битума в многослойные пластмассовые мешки, которые расплавляются вместе с битумом. Известные упаковки (патент США US 5452800 А) представляют собой мелкие упаковки, причем в этом источнике ничего не говорится ни о загружаемом материале, ни об особых параметрах заполнения тары. Такого рода мелкие упаковки экономичны лишь для затаривания небольших количеств, так как для затаривания и транспортировки крупных количеств битума потребуется относительно большое количество упаковочного материала. Кроме того, значительной является доля упаковочного материала в битуме после расплавления.
При переработке битума принципиально необходимо иметь в виду, что битум не имеет определенной точки плавления, а характеризуется широким термическим переходным интервалом от твердого через пастообразное к вязкотекучему и, наконец, к жидкому агрегатному состоянию, что, как указывалось выше, делает вязкоупругие свойства битума сильно температурно-зависимыми.
В основу изобретения положена задача создать способ вышеназванного рода, при котором даже для крупных количеств битума может быть выбрана упаковка, которая может расплавляться вместе с битумом, без того чтобы это оказывало влияние на качество битума.
Согласно изобретению эта задача решается тем, что изготовляют одноразовые упаковочные единицы из гибкой пластмассы с точкой плавления, лежащей в пределах от 20 до 50°С выше точки размягчения битума, причем битум перед затариванием охлаждают почти до точки размягчения соответствующего применяемого битума. Это позволяет перевести битум в состояние, в котором он уже представляет собой вязкотекучее тело, но как раз еще может перекачиваться насосом. В этом состоянии битум затем очень быстро затвердевает у холодного наружного пластмассового слоя, который является хорошим проводником тепла и очень быстро сообщает битуму температуру окружающей среды, благодаря чему непосредственно у пластмассовой пленки образуется слой уже остывшего битума. Тем самым, с одной стороны, не повреждается одноразовая упаковочная единица, а битум, с другой стороны, после его внесения в холодный упаковочный материал быстро образует на стенке устойчивое тело. И для остывания внутри битум имеет достаточно времени.
В дорожном строительстве обычно применяются битумы с различными точками размягчения, определенными по методу кольца и шара, от 45° до максимально 60°С, которые обычно хранятся при температуре приблизительно в пределах от 140 до 160°С в жидком состоянии. Применяемый в конкретном случае битум охлаждают до точно определяемой для фактической точки размягчения температуры затаривания, при которой битум хотя и находится уже в вязкотекучем состоянии, но, однако, еще может перекачиваться насосом. Кроме того, взаимосвязь между температурой плавления применяемого для упаковки пластмассового материала с температурой переработки или соответственно с точкой размягчения соответствующего подлежащего переработке битума отрегулирована, причем именно благодаря соблюдению этой взаимосвязи температуры плавления пластмассы с температурой закаченного битума достигается желаемое действие относительно “эффекта охлаждения” для создания с помощью битума щадящих условий работы упаковки.
Упаковочный материал обычно выбирается из пластмассы, которая плавится приблизительно при 115-130°С и при температуре затаривания сохраняет еще достаточную формоустойчивость, при которой она может принять в себя битум без повреждения ее. При выборе пластмассы также необходимо подумать о том, чтобы при обычной рабочей температуре битума, т.е. в пределах приблизительно от 140 до 160°С, пластмасса полностью расплавлялась, причем так, чтобы не оставалось никаких волокнистых остатков. В противном случае это сильно затруднило бы применение битума в дальнейшем при укладке в дорожное полотно.
При этом охлаждение битума можно целенаправленно производить термомаслом, что имеет то преимущество, что температура масла специально устанавливается на конечную температуру битума и может поддерживаться при этой температуре также в процессе применения битума.
3
Преимущество способа по изобретению состоит также в том, что температура в момент разливки имеет точно определенное значение, так как средняя температура в битумной массе поддерживается с точностью до ±2°С. Тем самым постоянство температуры разливки для битума данного конкретного качества может быть обеспечено в течение всего продолжающегося, как правило, в течение многих дней непрерывного процесса разливки, так что, с одной стороны, риск случайного расплавления упаковочной пластмассы сведен к минимуму и, следовательно, благодаря контролируемому поддержанию температуры на низком уровне обеспечивается безопасность работы, а с другой стороны, непрерывность процесса разливки не нарушается из-за переохлаждения и обусловленного им затвердевания разливаемого материала. В крупнопромышленном масштабе это обеспечивает экономичную, автоматизированную разливку больших объемов (например, 50000-100000 тонн в год) в упаковочные единицы большого объема (около 1 м).
Предпочтительная установка для осуществления способа оснащена пластинчатым теплообменником для охлаждения битума, в котором разность температур между охлаждающей средой и битумом на выходе из теплообменника составляет от 10 до 25°С, предпочтительно от 15 до 20°С. Такой пластинчатый теплообменник позволяет весьма целенаправленно поддерживать температуру, причем благодаря большой поверхности теплопередачи обеспечивается хороший и быстрый теплообмен. При этом пластинчатый теплообменник для поддержания постоянной температуры может быть снабжен обогревом, например, в виде электрических греющих элементов. Такой обогрев позволяет предотвращать ситуации, когда в случае кратковременного отключения установки битум затвердевает внутри пластинчатого теплообменника и перед возобновлением работ теплообменник приходится демонтировать. Кроме того, у разливочной головки предусмотрен возвратный трубопровод, который ответвляется перед заливочным вентилем и ведет обратно в емкость-хранилище. Наличие возвратного трубопровода позволяет поддерживать битум в непрерывном движении внутри циркуляционного контура также и при прерывании процесса заполнения и не дает ему затвердеть. Разливочная головка может поддерживаться с помощью греющих элементов, в частности электрических греющих элементов, при температуре разливки, так что находящийся внутри разливочной головки битум остается всегда жидким и даже после остановки процесса разливки не затвердевает.
Устройство разливочной установки схематически показано на чертеже.
Позицией 1 обозначена расходная емкость, в которой битум с помощью нагревательной системы 2 поддерживается при температуре хранения в пределах приблизительно от 140 до 160°С. Из этой емкости-хранилища 1 битум закачивается нагнетательным насосом 3 в битумопровод 5 или в случае невозможности отбора битума возвращается через возвратный трубопровод 4 в емкость. Трубопровод 5 оканчивается в теплообменнике 6, из которого охлажденный битум по разливочной линии 7 поступает в разливочную головку 8. С помощью этой разливочной головки 8 производится заливка битума в транспортные емкости 9.
В теплообменник по циркуляционному трубопроводу 10 для охлаждающей среды насосом 11 подается охлаждающая среда, в данном случае термомасло, температура которого поддерживается холодильником 12 на заданном значении, причем разность температур между охлаждающей средой и битумом на выходе из теплообменника составляет от 10 до 25°С, предпочтительно от 15 до 20°С.
Позицией 13 обозначена пустая транспортная емкость перед заполнением и позицией 14 уже заполненная емкость после заполнения. Вся установка в отношении температур контролируется с помощью обычных термоэлементов и управляется через центральный компьютер. Термоэлементы и управляющий компьютер в данном случае не показаны.
Разливка производится с помощью электронного управления через заливочные вентили на весах, показывающих затаренное количество битума. На поддонах, в частности стальных поддонах, предусмотрено специальное подвесное приспособление для крепления ручек одноразовых транспортных единиц. Одноразовые транспортные единицы удерживаются с помощью опорного приспособления до тех пор, пока битум не затвердеет настолько, что никакой дополнительной опоры уже не потребуется. Заполненные емкости 14 устанавливаются затем хотя и под крышей, но при хорошем проветривании, чтобы и внутри они также остыли до температуры окружающей среды. Так как битум обладает сильным изоляционным действием, то время охлаждения в зависимости от температуры окружающей среды составляет, например, для емкостей объемом приблизительно в один кубический метр, от 4 до 7 суток.
Заполненные таким образом емкости могут затем нормально транспортироваться по железной дороге, на судах или грузовых автомобилях без какого-либо термостатирующего оборудования и затем на месте их расплавляют вместе с одноразовой упаковкой и используют по назначению.