СИСТЕМА ПРОМЫВКИ ДИСПЕРСИИ

Полезная модель относится к области промышленного синтеза полисульфидных полимеров (олигомеров). Полисульфидные полимеры (олигомеры) являются одним из первых видов синтетических каучуков и относятся к классу полимеров специального назначения. Отличительными особенностями вулканизаторов этих полимеров являются стойкость к набуханию в различных растворителях и маслах, влагонепроницаемостью и газонепроницаемостью, озоностойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям, стабильность при длительном хранении и эксплуатации, сочетающиеся с хорошей морозостойкостью. Промышленное производство полисульфидных эластомеров начато в 1929 году в США фирмой «Тиокол Кемикл Корпорэйшн». Наиболее широкое применение получили жидкие полимеры или жидкие тиоколы на основе ди(β-хлорэтил) формаля, выпуск которых составляет 80% от общего производства полисульфидных полимеров.
На основе жидких тиоколов выпускаются торговые марки герметиков, отличающихся природой наполнителя, консистенцией, скоростью вулканизации и специфическими свойствами при эксплуатации.
В авиационной промышленности эти материалы применяют для герметизации, уплотнения фюзеляжей, воздухопроводов, кабины пилота, иллюминаторов и металлических соединений различного типа. Герметики должны иметь адгезию к алюминиевым сплавам, стойкость к обычному и реактивному топливам и хорошие эксплуатационные свойства в условиях полета.
В судостроении герметики используют для защиты стальных корпусов от кавитации и эрозии в подводных условиях.
В строительной технике тиоколовые герметики применяют для герметизации наружных навесных стен, температурных и осадочных швов.
В автомобилестроении полисульфидными герметиками заменяют резиновые прокладки для создания крепления неподвижных ветровых стекол.
Водные тиоколовые дисперсии можно применять для получения антикоррозионных покрытий для металлов. Дисперсии наносятся на поверхность и после высыхания образуются пленки с хорошей бензостойкостью и маслостойкостью, с хорошей влагонепроницаемостью и газонепроницаемостью.
Жидкие тиоколы более распространены, чем твердые, что связано с их способностью вулканизироваться при комнатной температуре с образованием эластичных воздухонепроницаемых покрытий, способных устойчиво работать в широком интервале температур (от -40 до 100÷130°C) в среде масел, растворителей, в условиях вибрации, при повышенной влажности среды.
Полисульфидные олигомеры представляют собой реакционноспособные олигомеры, образующие после отверждения герметики с уникальным комплексом свойств. Высокая термодинамическая гибкость и наличие в основной цепи химически связанной серы (до 80%) сообщают герметикам на основе полисульфидных олигомеров высокую устойчивость к действию топлива, газопроницаемость, водостойкость и благодаря насыщенности основной цепи, высокую стойкость к ультрафиолету, озону, радиации.
В основе синтеза жидких тиоколов лежит реакция поликонденсации ди- или тригалогенпроизводных органических соединений с ди- или полисульфидами натрия. Наиболее распространенным мономером является 2,2-дихлорэтилформаль, который обеспечивает наиболее высокую термодинамическую гибкость макромолекулярных цепей.
Увеличение содержания трихлорпропана в жидком тиоколе в первую очередь приводит к уменьшению относительного удлинения. В связи с этим, как правило, там, где от герметиков требуется высокие значения деформации (строительство), используют тиоколы с содержанием трихлорпропана до 0,5%.
Применение трихлорпропана в качестве разветвляющего агента обеспечивает стабильность состава и функциональности серосодержащих олигомеров и существенно влияет на физико-механические свойства. В зависимости от степени расщепления дисперсии тиокола и содержание трихлорпропана может быть получена целая гамма марок жидкого тиокола с различной молекулярной массой, вязкостью, содержанием концевых SH-групп.
Процесс получения жидких полисульфидных полимеров (олигомеров) многостадийный и состоит из следующих основных стадий:
1. приготовление формалевой шихты (получение 2,2-дихлорэтилформаля);
2. поликонденсация хлорпроизводных с тетрасульфидом или дисульфидом натрия и десульфидирование водной дисперсии полисульфиного полимера (олигомера) раствором едкого натра;
3. промывка водой дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) от избытка полисульфида натрия и минеральных солей методом декантации;
4. расщепление водной дисперсии высокомолекулярного полисульфидного полимера (олигомера) гидросульфидом натрия в присутствии сульфита натрия;
5. коагуляция водной дисперсии жидкого полисульфидного полимера (олигомера) раствором серной кислоты;
6. промывка от кислот и солей и предварительное обезвоживание жидкого полисульфидного полимера (олигомера) на центрифугах;
7. сушка жидкого полисульфидного полимера (олигомера) при вакуумметрическом давлении;
8. фильтрация готового продукта.
Вышеперечисленные стадии технологического процесса имеют место при синтезе всех марок жидких полисульфидных полимеров (олигомеров). Получение различных марок полимеров отличается рецептурой и технологическими параметрами.
Предметом настоящей полезной модели является устройство для выполнения третьей стадии процесса получения полисульфидных полимеров (олигомеров). В качестве прототипа используется устройство для промывки водой дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) от избытка полисульфида натрия и минеральных солей методом декантации, которое применяется в схеме промышленного синтеза полисульфидных полимеров (олигомеров), который осуществляется взаимодействием органических галогенпроизводных с полисульфидом натрия с последующим десульфидированием тетрасульфидной дисперсии едким натром (см. Аверко-Антонович Л.А, Кирпичников П.А., Смыслова Р.А. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе. Л.; Химия, 1983.).
На фиг.1 приведена схема прототипа, используемого на стадии промывки водной дисперсии полисульфидного полимера (олигомера), полученной на стадии поликонденсации и десульфидирования. Прототип включает, по крайней мере, одну емкость 1 (далее деконтатор), в которой проводится промывка водой нерасщепленной дисперсии с целью удаления из нее не вошедшего в реакцию раствора полисульфида натрия и солей, образовавшихся в процессе поликонденсации и десульфидирования. Дисперсия поступает в деконтатор 1 через входное отверстие 2. Промывка дисперсии осуществляется путем многократного повторения процессов:
- залив дисперсии водой через входное отверстие 3 при непрерывной работе устройства для перемешивания дисперсии 4;
- перемешивание дисперсии;
- отстой дисперсии;
- слив воды через выходное отверстие 5.
Промывка дисперсии ведется до бесцветной или слабо-желтой окраски промывной воды, при этом число отмывок должно быть не менее одной. Промытая водная дисперсии извлекается из деконтатора 1 через выходное отверстие 6.
Существующий, в настоящее время, технический уровень в этой области приводит к значительному расходу времени для отстоя дисперсии на стадии промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера).
Заявляемой задачей (и основным отличительным признаком) полезной модели является замена деконтатора (на стадии промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера)) системой декандеров. Устройство и способы использования декадеров см., например, в «Применение центробежной техники компании "Вестфалия Сепаратор" ФРГ в производстве лизина». (Пищевая промышленность, 2006, №8, 40-41 с.) или «Новое поколение центрифуг в сгущении и обезвоживания осадков и шламов» (Раскатов А.В., Доклады ЭКВАТЭК - 2006 г., 776 с.).
Основным техническим результатом заявляемой полезной модели является значительное уменьшение времени, необходимого для выполнения стадии промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера), за счет элиминации времени, которое необходимо для отстаивания водной дисперсии полисульфидного полимера (олигомера).
На фиг.2 приведена схема конкретного варианта реализации предлагаемой полезной модели, на которой перемещение продуктов показано сплошными линиями с указанием направления перемещения, при помощи, стрелок. Здесь прототип заменяется устройством, содержащем несколько декандеров. Это устройство включает следующие элементы:
1. Емкости 10 для содержания и перемешивания водной дисперсии полисульфидного полимера (олигомера), передаваемой со стадии поликонденсация и десульфидирования. Назначение емкостей 10 - это обеспечение непрерывности процесса декантирования осуществляемого декандерами. Пока заполняется одна из емкостей 10, содержимое другой емкости 10 передается на входы декандеров 11. В других реализациях может быть одна или более двух емкостей 10. Так же, возможно, дополнительное добавление воды в емкости 10.
2. Два декандера 11, которые могут работать параллельно. Входы декандеров 11 соединены через насос с выходными отверстиями емкостей 10. В других реализациях может быть один или более двух декандеров.
3. Жидкая часть разделенной дисперсии с выходов 12 декандеров 11 непрерывно передается на дальнейшую обработку или сразу в систему утилизации отходов.
4. Густая часть разделенной дисперсии, состоящей, в основном, из высокомолекулярного полисульфидного полимера (олигомера), с выходов 13 декандеров 11 непрерывно поступает на смесители 14, где она смешивается с водой, и далее передается в промежуточную емкость 15. Смешивание с водой необходимо, по крайней мере, для того, что бы была возможность просто транспортировать этот продукт по трубопроводам дальше. Промежуточная емкость 15 необходима, по крайней мере, для обеспечения непрерывности процесса отмывки при кратковременных остановках декандеров 11.
5. С выхода промежуточной емкости 15 продукт посредством насоса передается в буферные емкости 16, где он содержится и перемешивается. Назначение буферных емкостей 16 - это обеспечение непрерывности процесса декантирования осуществляемого декандерами. Пока заполняется одна из буферных емкостей 16, содержимое другой буферной емкости 16 передается на вход декандера 17. В других реализациях может быть одна или более двух буферных емкостей 16. Возможна, передача (транспортировка) в буферные емкости 16 продуктов, полученных из жидкой части разделенной декандером 11 водной дисперсии (на фиг.2 это показано пунктирной линией). Так же, возможно, дополнительное добавление воды в буферные емкости 16.
6. Декандер 17. Входы декандера 17 соединены через насос с выходными отверстиями емкостей 16. В других реализациях может более одного декандера.
7. Жидкая часть разделенной дисперсии с выхода 18 декандера 17 непрерывно передается на дальнейшую обработку или сразу в систему утилизации отходов.
8. Густая часть разделенной дисперсии, состоящей, в основном, из высокомолекулярного полисульфидного (олигомера) с выхода 19 декандера 17 непрерывно поступает на смеситель 20, где она смешивается с водой, и далее передается в промежуточную емкость 21. Смешивание с водой необходимо, по крайней мере, для того, что бы была возможность просто транспортировать этот продукт по трубопроводам дальше. Промежуточная емкость 21 необходима, по крайней мере, для обеспечения непрерывности процесса отмывки при кратковременных остановках декандера 17.
9. С выхода промежуточной емкости 21 продукт посредством насоса передается в буферные емкости 22, где он содержится и перемешивается. Назначение буферных емкостей 22 - это обеспечение непрерывности процесса декантирования осуществляемого декандерами. Пока заполняется одна из буферных емкостей 22, содержимое другой буферной емкости 22 передается на следующую стадию (расщепления). В других реализациях может быть одна или более двух буферных емкостей 22. Так же, возможно, дополнительное добавление воды в буферные емкости 22.
Вышеприведенная схема устройства промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) от избытка полисульфида натрия и минеральных солей имеет двухкаскадную структуру использования декандеров. Другими словами, между буферными емкостями расположены две группы декандеров (одна из двух параллельно работающих декандеров, другая из одного).
В реальных промышленных условиях может оказаться экономически выгодным применение устройства для промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) от избытка полисульфида натрия и минеральных солей, которое имеет однокаскадную структуру использования декандеров.
Более жесткие требования к конечному продукту (тиоколу) может потребовать применения устройства промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) водой от избытка полисульфида натрия и минеральных солей, которое будет иметь трехкаскадную (или даже более сложную) структуру использования декандеров.
Как было отмечено выше, основным техническим результатом заявляемой полезной модели является значительное уменьшение времени на промывку дисперсии полисульфидного полимера (олигомера). Процедура отстоя дисперсии требует значительно большего времени, чем процесс использования декандеров. Время работы декандеров напрямую зависит от их производительности. Поэтому можно сокращать время разделения дисперсии, выбирая более производительные декандеры.
Например, если выбрать производительность декандеров равной среднему количеству водной дисперсии, которое поступает в единицу времени со стадии поликонденсация и десульфидирование, то время разделения водной дисперсии на жидкую и густую части будет практически равно нулю. Другими словами, в этом случае, время, потребляемое на процедуру отстоя водной дисперсии по старой схеме, будет полностью исключено из процесса промывки дисперсии полисульфидного полимера (олигомера) по новой схеме.