СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ, НЕ СОДЕРЖАЩИХ ВОДУ И РАСТВОРИТЕЛИ
METHOD OF OBTAINING POLYMERS, WHICH DO NOT CONTAIN WATER AND SOLVENTS

Настоящее изобретение относится к полимерам, не содержащим воду и растворители, в частности к не содержащим воду и растворители продуктам на основе синтетических каучуков, например к продуктам на основе негалогенированного и галогенированного бутилкаучука, а также к способу их получения. Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству, подходящему для осуществления указанного способа.
Синтетические каучуки имеют важное промышленное значение, и их обычно получают путем (со)полимеризации мономеров, которую обычно осуществляют посредством процессов в суспензии, эмульсии или растворе. Примеры синтетических каучуков включают бутилкаучуки и галогенированные бутилкаучуки, полиизобутилен, этиленпропилендиеновые каучуки класса М (EPDM), нитрилбутадиеновые каучуки (NBR) и стиролбутадиеновые каучуки (SBR).
После (со)полимеризации выгружаемая из химического реактора смесь содержит, по меньшей мере, полимер, растворители, остаточные мономеры и катализатор. Чтобы получить полимер, выходящий поток обычно обрабатывают паром и горячей водой. Причем вымывается большая часть растворителя и непрореагировавших мономеров. Одним из недостатков контакта с паром и водой является коагуляция синтетических каучуков. Каучуковые полимеры затем присутствуют в воде в форме влажных крошек. Большую часть воды затем отделяют отеканием, сопровождающимся, например, применением сушащих экструдеров и этапа заключительной вакуумной сушки.
Сополимеризация изобутена и изопрена, которая дает, например, бутилкаучук, осуществляется промышленно при низких температурах от около -60°С до около -100°С для получения высокой молекулярной массы. В случае процесса в суспензии применяется хлорметан в качестве разбавителя, в то время как в случае процесса в растворе в качестве растворителя используется инертный углеводород. После полимеризации бутилкаучуковый полимер присутствует либо в виде суспензии в хлорметане, либо в виде гомогенного раствора в углеводороде. Непрореагировавшие мономеры также присутствуют в выгружаемой из химического реактора смеси. Бутилкаучуковый полимер необходимо выделить и изолировать от разбавителя или растворителя.
В случае процесса в суспензии выходящий поток из реактора полимеризации обрабатывают паром и горячей водой в испарительном барабане. Большую часть хлорметана и непрореагировавших мономеров вымывают и воду отделяют от паров путем конденсации. Когда полимер из реактора подлежит дальнейшей обработке, такой как галогенирование, бутилкаучуковый продукт может быть выделен непосредственно в виде раствора путем выгрузки содержимого реактора в горячий растворитель, такой как гексан. Хлорметан после этой стадии испаряется, и применяется следующая стадия отгонки для удаления остатков мономеров.
В случае процесса в растворе в ходе стадии полимеризации применяют растворитель на основе инертного углеводорода и катализатор на основе алкил-галогенида алюминия. Оставшиеся мономеры затем удаляют из реакционного раствора с помощью отгоночного процесса дистилляции. После этой стадии дистилляции бутилкаучуковый полимер присутствует в виде гомогенного раствора в углеводороде. Этот раствор может быть либо далее обрабатываться, например, на стадии галогенирования, либо бутилкаучуковый полимер может быть выделен непосредственно из раствора. Выделение бутилкаучука из раствора аналогично выделению при процессе в суспензии и также включает контакт с паром и горячей водой, при котором полимер коагулирует. Бутилкаучуковый полимер затем присутствует в виде влажных крошек в воде (от 6 до 10 мас.% полимера в воде). Чтобы противодействовать коагуляции соли жирных кислот добавляют в испарительный барабан, содержащий бутилкаучуковые крошки в воде после процесса коагуляции/отгонки паром. После добавления добавок бутилкаучук затем превращают в конечную промышленную брикетированную форму путем дальнейшей сушки. Сушка обычно осуществляется путем отекания с последующим применением сушащих экструдеров и конечной стадии сушки в псевдоожиженном слое.
Промышленно важной химической модификацией бутилкаучука является галогенирование, которое приводит к хлорированному и бромированному бутилкаучуку, далее в настоящем документе также упоминаемому как галобутилкаучуки или, по отдельности, как бромбутилкаучук или хлорбутил каучук.
Галобутил каучук технически получают посредством контакта раствора бутилкаучука регулярного строения в алкане с хлором или бромом в перемешиваемом сосуде. Указанный раствор в основном называется цементом. Непрореагировавшие галоген и галогенид водорода, образовавшиеся в качестве побочного продукта, нейтрализуют добавлением каустического раствора. На этой стадии также могут быть введены добавки. Полученный раствор затем подвергают отгонке паром, чтобы удалить растворитель, при этом каучук коагулируется в твердый продукт. Твердый продукт в основном получают в виде 5-12%-ной суспензии в воде. Стабилизаторы и/или антиоксиданты добавляют к галогенированному бутилкаучуку непосредственно перед выделением. Галогенированный бутилкаучук затем обрабатывают с использованием механического сушащего оборудования посредством способа, аналогичного способу, применяемому для бутилкаучука регулярного строения; однако благодаря высокой реакционной способности галогенированного продукта используют менее жесткие условия.
Упомянутые выше способы коагуляции и отгонки паром обладают недостатком очень высокого энергопотребления. Большое количество пара необходимо не только для испарения растворителя, но также для нагрева и поддержания полного содержания воды очистительных барабанов при высокой температуре. Дополнительная добавка пара также необходима для удаления остаточных количеств растворителя путем снижения парциального давления растворителя в очистительном барабане.
В вышеупомянутых способах также применяется большое количество воды, поскольку концентрация бутилкаучука в суспензии после коагуляции составляет в основном только от 5 до 12 мас.% и только от 5% до 20% для галогенированных бутилкаучуков. Вся вода этой суспензии состоит из сточной воды и должна быть утилизирована. В то время как сточная вода содержит соли натрия после нейтрализации, восстановление и переработка сточной воды для удаления солей натрия не является экономически рентабельной из-за слишком низкой концентрации солей.
Каучуковые крошки отделяют от воды механически, используя простые ситовые поддоны или решето. (Гало)бутилкаучук еще содержит от около 30 до около 50% воды после этого первого разделения. Затем осуществляется дополнительная механическая сушка с использованием экструдеров путем вымывания продукта и отжима воды. Недостатком этого механического способа сушки является загрязнение воды небольшими частицами каучука, которые не удерживаются ситами, в результате чего сточная вода требует дополнительной обработки.
Упомянутое выше механическое удаление воды позволяет только уменьшить содержание влаги до около 5-15%. Затем нужны дополнительные этапы тепловой сушки. Каучук нагревают до температуры от 150 до 200°С под давлением в одношнековом или двухшнековом экструдере. Для поддержания давления устанавливается матричный диск. Когда каучук проталкивают через матричный диск, вода в каучуке испаряется и образуются крошки с открытыми порами. Режущее устройство затем режет крошки на небольшие кусочки. Крошки транспортируют в конвекционную сушилку, где остаточную влагу удаляют горячим воздухом. После такой сушки (гало)бутилкаучук обычно обладает влагосодержанием от 0,1 до 0,7%. Стадия охлаждения, осуществляемая посредством протекания холодного воздуха через каучуковые крошки, нужна для охлаждения крошек бутилкаучука до максимальной температуры формирования брикетов 60°С. Крошки затем формируют в брикеты посредством гидравлических прессов и брикеты упаковывают в ящики или контейнеры для отправки.
Упомянутые выше способы сушки (гало)бутилкаучуков являются сложными и требуют громоздкого оборудования. Кроме того, параметры обработки необходимо тщательно контролировать во избежание нагрева и касательного напряжения, которые ускоряют разложение (гало)бутил каучука.
Разработаны различные другие специальные способы, направленные на удаление воды и летучих органических растворителей из полимеров. Дегазация экструдера до вакуума с или без использования азеотропообразователей широко принято в практических применениях, как наиболее важный способ, однако энергетические требования таких способов предшествующего уровня техники очень высоки.
В документе US 3,117,953 А1 раскрывается устройство и способ очистки полиэтилена высокого давления. Однако замена цемента синтетического каучука на полиэтилен в документе US 3,117,953 А1 приводит к появлению крошек до входа в экструдер, что вовсе нежелательно.
В документе DE 19537113 раскрывается способ и аппарат для получения полимерных смол, в частности поликарбонатных смол, с применением отгонки паром, приемного сосуда и экструдера. Однако введение пара приводит к нежелательному высокому содержанию остаточной воды или очень высокому энергопотреблению.
В документе US 4,055,001 предлагается способ изготовления полимеров, таких как бутилкаучук, имеющий содержание воды менее чем 0,1 мас.%, путем применения ультразвукового волновода-концентратора в ходе процесса сушки. Однако очень высокое касательное напряжение, связанное с применением ультразвука, недопустимо для полимеров, например для галобутилкаучуков.
В документе ЕР 0102122 предлагается способ выделения полимеров из раствора, в частности для выделения полиэтилена, применяя частично заполненный экструдер. Однако в документе ЕР 0102122 не упоминается об удалении остаточной воды.
В документе US 2001/056176 А1 предлагается одноэтапный способ выделения полимера и, более конкретно, пример концентрирования каучуковых растворов. Каучуковый раствор нагревается паром, чтобы удалить существующие растворители за один этап путем дегазации в условиях вакуума для получения белой крошки. В документе US 2001/056176 А1 показано, что требуется большой волюметрический поток паров, чтобы удалить летучие компоненты при низком давлении пара, что приводит к тому, что в крошках заключена дополнительная вода, что требует последующего ее удаления.
В документе US 5,283,021 А1 описан двухэтапный способ удаления растворителя из раствора эластомерного полимера. Раствор полимера нагревают непосредственно путем нагрева жидкой среды и распыляют в условиях вакуума. Во время распыления растворитель испаряется, создавая крошки, которые затем подаются на экструдер для дополнительной дегазации. Однако создание крошек на этом этапе нежелательно.
В документе ЕР 1127609 А2 предлагается способ обработки продукта, по меньшей мере, в одной месильной машине. В документе ЕР 1127609 А2 используется энергия, вводимая частично через стенку самой месильной машины, для испарения растворителя из растворов, содержащих эластомеры и термопластмассы. Поэтому требуется месильная машина с большой площадью поверхности, что приводит к высоким капитальным затратам. Другая часть энергии вводится посредством вращающегося вала месильной машины в виде механической энергии. Механическая энергия более дорогостояща и, следовательно, менее предпочтительна для окружающей среды по сравнению с нагревом паром. Месильные машины, применяемые по документу ЕР 1127609 А2, требуют технического обслуживания и чистки. Введение механической энергии посредством месильной машины, кроме того, сильно зависит от вязкости продукта, что снижает гибкость способа.
В документе ЕР 1165302 А1 предлагается устройство и способ дегазации пластмасс. Устройство по ЕР 1165302 А1 представляет собой экструдер с задним вентиляционным отверстием и несколькими вентиляционными секциями, используемыми в условиях вакуума. Вакуум необходим для достижения низкой концентрации остаточных летучих веществ. В документе ЕР 1165302 А1 раскрывается, что разделяющее средство может применяться для дальнейшего улучшения эффективности дегазации. Пластмасса, применяемая по ЕР 1165302 А1, термопластичный поликарбонат сохраняет жидкость в расплавленном состоянии в конце процесса дегазации. Цемент синтетического каучука, обработанного по документу ЕР 1165302 А1, должен, однако, превратиться в крошки в конце стадии дегазации и не может быть обработан далее.
В публикации "Process Machinery", часть I и II, март и апрель 2000 г.; автор: C.G.Hagberg, описано непосредственное испарение каучуковых растворов с применением испарительного резервуара и экструдера. Однако в этой публикации не упоминается о содержании летучих соединений в конечном продукте.
С учетом вышеупомянутого целью настоящего изобретения является обеспечение непрерывного энергоэффективного, экологически и экономически предпочтительного способа удаления летучих соединений из жидкой среды, содержащей, по меньшей мере, один полимер, предпочтительно, по меньшей мере, один синтетический каучук, при этом получают полимерный продукт, который по существу не содержит летучих соединений.
Эта задача достигается посредством способа удаления летучих соединений из жидкой среды (F), содержащей, по меньшей мере, один нелетучий полимер и, по меньшей мере, одно летучее соединение, где способ включает, по меньшей мере, следующие этапы:
а) обработка жидкой среды (F), по меньшей мере, в одном блоке концентратора, содержащем, по меньшей мере, нагреватель, бак (4) дегазации и паропровод, при этом жидкая среда (F) нагревается, нагретая жидкая среда (G) подается в бак дегазации, откуда часть летучих соединений удаляют через паропровод, чтобы получить концентрированную жидкую среду (Н),
б) повторный нагрев концентрированной жидкой среды (Н), полученной на стадии а), по меньшей мере, в одном блоке повторного нагрева для получения повторно нагретой концентрированной жидкой среды (L);
в) подача повторно нагретой концентрированной жидкой среды (L), полученной на стадии б), по меньшей мере, в один блок экструдера, содержащий, по меньшей мере, секцию дегазации экструдера, содержащую, по меньшей мере, секцию транспортировки, вентиляционный порт с одним или более паропроводами, секцию накопления и выпускную секцию, летучие соединения выводятся через вентиляционные порты и паропроводы;
таким образом, повторно нагретая концентрированная жидкая среда (L) свободно протекает при попадании в секцию дегазации экструдера, и продукт (Р), полученный в выпускной секции, по существу не содержит летучих соединений.
Следует указать, что объем настоящего изобретения также охватывает любые нужные комбинации предпочтительных диапазонов и областей, указанных для каждой отличительной особенности.
В контексте настоящего изобретения термин "свободно протекающий" означает вязкость в диапазоне от 500 до 50000000 мПа·с, предпочтительно от 5000 до 30000000 мПа·с и наиболее предпочтительно от 10000 до 300000 мПа·с.
Поскольку не упомянуто иного, значения вязкости текучих сред относятся к вязкости при нулевом сдвиге, экстраполированной по измерениям при заданной температуре с использованием вискозиметра Haake Rheostress RS 150 или ротационного вискозиметра с чашей бобинодержателя для очень вязких образцов.
В контексте настоящего изобретения термин "по существу не содержит летучих соединений" означает общую концентрацию летучих соединений менее 1 мас.%, предпочтительно менее 0,5 мас.%, основываясь на массе нелетучего полимера.
В частности, термин "по существу не содержит летучих соединений" означает по существу отсутствие воды и по существу отсутствие летучих органических соединений.
Нелетучие полимеры считаются по существу не содержащими воды, если остаточная концентрация воды составляет менее 0,5 мас.%, предпочтительно менее 0,25 мас.%, более предпочтительно менее 0,1 мас.% и наиболее предпочтительно менее 0,075 мас.% на основе массы полимера.
В контексте настоящего изобретения термин "летучие органические соединения" означает органические соединения с точкой кипения ниже 250°С при нормальном давлении.
Нелетучие полимеры считаются по существу несодержащими летучего органического соединения, если остаточная концентрация указанных летучих органических соединений составляет менее 0,75 мас.%, предпочтительно менее 0,25 мас.% и наиболее предпочтительно менее 0,1 мас.% на основе массы полимера. Указанные летучие органические соединения обычно представляют собой растворители, используемые при полимеризации или последующих этапах обработки, например этапе галогенирования, и включают углеводороды, например гексаны и пентаны.
Предпочтительные нелетучие полимеры являются продуктами на основе синтетических каучуков.
В контексте настоящего изобретения термин продукты на основе синтетических каучуков включают бутилкаучуки и галогенированные бутилкаучуки, полиизобутилен, этиленпропилендиеновые каучуки М-класса (EPDM), нитрил-бутадиеновые каучуки (NBR) и стиролбутадиеновые каучуки (SBR). Предпочтительные продукты на основе синтетических каучуков представляют собой бутилкаучуки и галобутил каучуки, например бромбутил и хлорбутилкаучук, причем бромбутилкаучук даже более предпочтителен.
В контексте настоящего изобретения бутилкаучук означает (со)полимер изобутена (2-метилпропена) и изопрена (2-метилбута-1,3-диена). На мольной основе содержание изопрена в полимере составляет от 0,001% до 5, предпочтительно от 1,8 до 2,3 мольных %. Бутилкаучук состоит из цепей линейного полиизобутена с произвольно распределенными изопреновыми звеньями. Изопреновые звенья вводят ненасыщенные участки в цепь полимера, что обеспечивает вулканизацию. Массовая средняя молекулярная масса молекул бутилкаучука Mw обычно составляет от 50000 до 1000000 г/моль, предпочтительно от 300000 до 1000000 г/моль.
Галогенированные бутилкаучуки также содержат некоторое количество галогена, химически связанного с молекулами каучуков. Количество химически связанного галогена обычно составляет в диапазоне от 0 до 3 мас.% по отношению к общей массе полимера. (Гало)бутилкаучуки также могут содержать добавки, например 0,0001-4 phr (phr = частей на сто частей каучука по отношению к массе каучука), эпоксидированного соевого масла (ESBO), 0,0001-5 phr стеарата кальция и от 0,0001 до 0,5 phr антиоксидантов. Другие добавки также применимы в зависимости от применения продукта на основе бутилкаучуков, например наполнители или красители.
В случае бромбутилкаучука обычное содержание брома в готовом продукте составляет от 1,5 до 2,5 мас.%, предпочтительно от 1,6 до 2,0 мас.%.
В случае хлорбутилкаучука обычное содержание хлора в готовом продукте составляет от 1,0 до 1,5 мас.%, предпочтительно от 1,15 до 1,35 мас.%.
Сущность настоящего изобретения раскрыта более подробно посредством схематических чертежей, на которых:
на фиг.1 показан блок одностадийного концентратора, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий одну секцию дегазации экструдера, одну секцию накопления и одну выпускную секцию.
на фиг.2 показан блок одностадийного концентратора, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий две секции дегазации экструдера, две секции накопления и одну выпускную секцию.
на фиг.3 показан блок одностадийного концентратора с клапаном сброса давления, блок повторного нагрева и блок экструдера с клапаном сброса давления, дополнительно содержащий две секции дегазации экструдера, две секции накопления, боковое загрузочное устройство и выпускную секцию.
на фиг.4 показан блок двухэтапного концентратора, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий одну секцию дегазации экструдера, одну секцию накопления и выпускную секцию.
на фиг.5 показан блок одностадийного концентратора, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий три секции дегазации экструдера, три секции накопления и одну выпускную секцию, причем одна секция дегазации экструдера является секцией дегазации против потока.
на фиг.6 показан блок одностадийного концентратора, содержащий устройство регулировки давления, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий устройство регулировки давления, четыре секции дегазации экструдера, четыре секции накопления и одну выпускную секцию, причем одна секция дегазации экструдера является секцией дегазации против потока.
на фиг.7 показан блок одностадийной предварительной промывки, блок одностадийного концентратора, блок повторного нагрева и блок экструдера, содержащий одну секцию дегазации экструдера, одну секцию накопления и одну выпускную секцию.
на фиг.8 показан основной блок предварительной промывки.
на фиг.9 показан блок предварительной промывки, содержащий коагулятор.
на фиг.10 показан двухэтапный блок предварительной промывки.
на фиг.11 показан двухэтапный блок предварительной промывки с дополнительными нагревателями.
Основной и примерный варианты осуществления стадии обработки показаны на фиг.1. На стадии а) жидкая среда F, содержащая, по меньшей мере, один нелетучий полимер и, по меньшей мере, одно летучее соединение, передается посредством насоса 1 на нагреватель 2, где жидкая среда F нагревается.
Жидкая среда F, также называемая цементом, содержит например, от 3 до 50 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, и от 60 до 97 мас.% летучих соединений, в частности растворителя или растворителя и воды, причем вышеупомянутые компоненты составляют от 90 до 100, предпочтительно от 95 до 100 мас.% от общей массы жидкой среды F.
Растворитель предпочтительно выбирается из группы, состоящей из линейных или разветвленных алканов с числом атомов С от 4 до 10, предпочтительно от 4 до 7 атомов С. Более предпочтительными растворителями являются н-пентан, изопентан, н-гексан, циклогексан, изогексан, метилциклопентан, метилциклогексан и н-гептан, а также смеси, содержащие или состоящие из этих алканов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкая среда F содержит от 3 до 40 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, от 60 до 95 мас.% летучих органических соединений, в частности растворителя, и от 0,5 до 20 мас.% воды, причем вышеупомянутые компоненты составляют от 95 до 100 мас.% общей массы жидкой среды F.
Жидкую среду F обычно получают с помощью способов полимеризации или на последующих стадиях обработки. Этапом последующей обработки является, например, галогенирование бутилкаучука. Жидкие среды F, содержащие воду, обычно получают после отгонки паром, сопровождающего полимеризацию.
Жидкая среда F, попадающая в нагреватель, обычно и предпочтительно имеет температуру от 10°С до 100°С, предпочтительно от 30°С до 80°С. Вязкость жидкой среды F составляет, например, в диапазоне от 100 до 25000 мПа·с, предпочтительно в диапазоне от 500 до 5000 мПа·с.
Нагревателем может быть любое устройство, которое позволяет повысить температуру жидкой среды F. В предпочтительном варианте осуществления нагревателем 2 является теплообменник. Теплоноситель выбирается из группы, состоящей из пара, топлива или горячей воды под давлением. Теплообменник, например, относится к кожухотрубному типу, где жидкая среда F находится внутри труб, а теплоноситель находится со стороны оболочки. Для повышения теплопереноса могут быть применены специальные вставки в трубы. Также может быть использован другой тип теплообменника, в котором жидкая среда F находится на наружной стороне труб теплообменника. Преимущество упомянутых выше типов теплообменников состоит в том, что не допускается неравномерное распределение и обеспечена простота технического обслуживания, а также достаточный теплоперенос. Указанные теплообменники хорошо известны и имеются в продаже. В менее предпочтительном варианте осуществления также могут быть применены теплообменники пластинчатого типа.
При нагревании получают нагретую жидкую среду G. Нагретая жидкая среда G имеет более высокую температуру, чем жидкая среда F, предпочтительно температуру от 100 до 200°С, более предпочтительно от 110 до 190°С и даже более предпочтительно от 120 до 175°С. Нагретую жидкую среду G затем транспортируют дополнительно в бак дегазации 4. В баке дегазации летучие соединения, по меньшей мере, частично испаряются. Пары отделяют и удаляют из нагретой жидкой среды G по всасывающему трубопроводу 4.1. Давление в баке 4 дегазации составляет, например, в диапазоне от 100 до 4000 гПа, предпочтительно в диапазоне от 200 до 2000 гПа и более предпочтительно в диапазоне от 230 до 1100 гПа.
Пары, удаленные по всасывающему трубопроводу 4.1, предпочтительно конденсируют и повторно возвращают в процесс для подготовки жидкой среды F. После дегазации и отделения получают концентрированную жидкую среду Н, которую удаляют из бака 4 дегазации с помощью насоса 4.2.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения бак дегазации сконструирован в форме циклона, что дополнительно способствует отделению паров от нагретой жидкой среды G. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения бак дегазации 4 имеет дно конической или, по меньшей мере, торосферической формы, чтобы обеспечивать полное или по существу полное опустошение бака.
В другом варианте осуществления внутренняя поверхность бака дегазации может быть нагрета.
Насос 4.2 предпочтительно напрямую соединен с выпускным отверстием бака 4 дегазации. В основном соединительная деталь между насосом и баком предпочтительно как можно более короткая.
Из-за высокой вязкости концентрированной жидкой среды Н на этой стадии впускное отверстие насоса предпочтительно сконструировано большим, таким образом, снижается перепад давлений на впускном отверстии.
Насос 4.2 может быть выбран из группы, состоящей из насосов вытесняющего действия, шестеренчатых насосов, возвратно-поступательных насосов, мембранных насосов, винтовых насосов, насосов экструдерного типа, аналогичных одношнековым или двухшнековым экструдерам со встречным вращением или вращением в одном направлении, или насосов месильного типа. Насосы вытесняющего действия и шестеренчатые насосы предпочтительны, шестеренчатые насосы даже более предпочтительны.
В другом предпочтительном варианте осуществления насос 4.2 содержит комбинацию экструдера или месильной машины и шестеренчатого насоса и питается от экструдера или месильной машины.
Количество летучих соединений, которые удаляют на этом этапе а) например, зависит от температуры жидкой среды G и давления в баке 4 дегазации. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температуру жидкой среды G и давление в баке 4 дегазации выбирают такими, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще свободно протекала, как указано выше, и содержала, например, от 10 до 60, предпочтительно от 25 до 60 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, и от около 40 до около 90, предпочтительно от 40 до 75 мас.% летучих соединений, причем вышеупомянутые компоненты нелетучего полимера, летучее органическое соединение и вода составляют от 90 до 100 мас.%, предпочтительно от 95 до 100 мас.% от общей массы жидкой среды Н.
В предпочтительном варианте осуществления и когда исходный материал жидкой среды F содержит воду, жидкая среда Н, например, содержит от 10 до 60, предпочтительно от 25 до 60 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, от примерно 25 до примерно 90, предпочтительно от 25 до 75 мас.% летучих органических соединений, в частности, растворителя, и от примерно 0,5 до примерно 15 мас.% воды, причем вышеупомянутые компоненты нелетучего полимера, летучего органического соединения и вода составляют от 90 до 100 мас.%, предпочтительно от 95 до 100 мас.% от общей массы жидкой среды Н.
Температура концентрированной жидкой среды Н ниже, чем температура нагретой жидкой среды G и составляет, например, в диапазоне от 15 до 100°С, предпочтительно в диапазоне от 30 до 100°С. Концентрированная жидкая среда Н все еще свободно протекает, как указано выше.
На стадии б) концентрированная жидкая среда Н, полученная на стадии а), затем проходит через блок 6 повторного нагрева, чтобы получить повторно нагретую концентрированную жидкую среду L. В предпочтительном варианте осуществления блок повторного нагрева содержит теплообменник, причем то же описание, включая предпочтительные варианты в отношении теплоносителя и типов теплообменника, применимо, как указано выше, для теплообменника 2.
Температура повторно нагретой концентрированной жидкой среды L выше, чем температура концентрированной жидкой среды L, и составляет, например, в диапазоне от 50°С до 200°С, предпочтительно в диапазоне от 90°С до 180°С. Повторно нагретая концентрированная жидкая среда L все еще свободно протекает, как указано выше.
На стадии в) повторно нагретая концентрированная жидкая среда L, полученная на стадии б), проходит на блок экструдера и подается в секцию 16 транспортировки секции дегазации экструдера в точке 12 подачи.
Подходящие типы экструдеров включают одношнековые и многошнековые экструдеры, содержащие любое число баррелей и типы шнековых элементов, и другие одновальные и многовальные транспортировочные месильные машины. Возможными вариантами осуществления многошнековых экструдеров являются двухшнековые экструдеры, кольцевые экструдеры или экструдеры с планетарной прокаткой, причем предпочтительны двухшнековые экструдеры и экструдеры с планетарной прокаткой.
Одношнековые экструдеры включают экструдеры с аксиальными колебаниями шнека. Двухшнековыми экструдерами являются, например, двухшнековые экструдеры со встречным вращением в зацеплении, со встречным вращением без зацепления, с вращением в одном направлении с зацеплением и с вращением в одном направлении без зацепления, причем предпочтительны двухшнековые экструдеры с вращением в одном направлении с зацеплением.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения экструдеры могут быть либо нагреты посредством баррелей до температуры 300°С, либо охлаждены.
В предпочтительном варианте осуществления экструдер содержит средство для управления отдельными зонами независимо друг от друга при разных температурах, так что эти зоны могут быть либо нагреты, либо не нагреты, либо охлаждены. В другом предпочтительном варианте осуществления экструдер содержит для каждой секции транспортировки, по меньшей мере, одну отдельную зону, которой можно управлять независимо при разных температурах.
Предпочтительные материалы экструдера должны быть коррозионно стойкими и по существу должны предотвращать загрязнение повторно нагретой концентрированной жидкой среды L и продукта Р металлами или ионами металлов.
Предпочтительные материалы экструдера включают азотированную сталь, сталь-дуплекс, нержавеющую сталь, сплавы на основе никеля, композитные материалы типа металлокерамики, материалы, полученные горячим изостатическим прессованием, высокостойкие к износу материалы типа стеллита, металлы с покрытием, например с покрытием из керамики, нитрид титана, нитрид хрома и алмазоподобный углерод (DLC).
Секция 16 транспортировки открыта на вентиляционный порт 15. В секции 16 транспортировки часть растворителя испаряется и отделяется от повторно нагретой концентрированной жидкой среды L. Пары удаляют через вентиляционный порт 15 посредством паропровода 15.1.
Поскольку испарение летучих соединений имеет тенденцию увлекать повторно нагретую концентрированную жидкую среду L или продукт Р к вентиляционным портам, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения вентиляционные порты 15 сконструированы для предотвращения выхода материала, в частности повторно нагретой концентрированной жидкой среды L или продукта Р, из вентиляционных портов.
Подходящими средствами для осуществления этой цели являются более жесткие шнеки, которые смонтированы на вентиляционных портах и транспортируют любой материал назад в экструдер, или ролики или ленты, которые применены внутри вентиляционных портов, чтобы толкать осажденный материал назад в экструдер. В качестве альтернативы или дополнительно к вышеупомянутому может быть применено покрытие вентиляционных портов, которое снижает или предотвращает прилипание материала к поверхности. Подходящее покрытие включает DLC, этилен-тетрафторэтилен (ETFE), политетрафторэтилен (PTFE) и сплавы никеля.
Давление на вентиляционном порте 15 составляет, например, от 1 до 2000 гПа, предпочтительно от 5 до 900 гПа.
Паропровод 15.1 может быть и предпочтительно присоединен к установке для конденсации.
В основном назначение установки для конденсации состоит в сборе летучих соединений, удаляемых через вентиляционные порты посредством паропроводов, и обычно она содержит испаритель и вакуумный насос. Любая установка для конденсации, известная в этой области, может быть использована для возврата летучих соединений.
В основном, предпочтительной является рециркуляция конденсированных летучих соединений, необязательно после выполнения фазы отделения для отделения летучих органических соединений от воды, в процесс подготовки жидкой среды F.
Секция 16 транспортировки заканчивается секцией 20 накопления. Назначение накопления состоит в обеспечении некоторого уровня давления в вентиляционном порте 15 и подаче механической энергии в материал, чтобы облегчить испарение летучих соединений. Секция 20 накопления может содержать любые средства, которые позволяют накапливать материал. Она может быть сконструирована так, чтобы она содержала, например, месильные или дросселирующие элементы, диски из черновой меди или матричные диски.
Примерами дросселирующих элементов являются конические или цилиндрические пути потока или другие дросселирующие средства.
Применение месильных элементов, дисков из черновой меди или матричных дисков внутри секции накопления предпочтительно, дросселирующие элементы являются даже более предпочтительными. Примеры месильных элементов включают месильные блоки, которые могут быть сконструированы в виде двойных или тройных колонковых транспортирующих вперед, назад или нетранспортирующих месильных блоков; смешивающие одношнековые или двухшнековые колонковые элементы с канавками, одиночные смешивающие колонковые зубчатые элементы, пластины из черновой меди и одиночные, двойные или тройные колонковые эксцентриковые диски. Месильные элементы могут быть собраны в любой комбинации на шнековых валах экструдера, в частности двухшнекового экструдера со встречным вращением или двухшнекового экструдера с вращением в одном направлении.
Обычная секция накопления содержит от 2 до 10 месильных блоков, часто оканчивающихся месильным элементом по типу транспортировки назад. Для смешивания разделяющего средства могут быть применены элементы зубчатого типа или шнековые элементы с канавками.
Эксцентриковые диски предпочтительно применяют в последней секции экструдера, где продукт Р обладает высокой вязкостью и по существу не содержит летучих соединений.
Для экструдеров с планетарной прокаткой предпочтительны месильные элементы типа роликов зубчатой формы или роликов с канавками и зазорами.
В основном блок экструдера может содержать одну или более транспортировочных секций и одну или более секций накопления, причем их число ограничено только конструктивными соображениями. Обычное число секций транспортировки и секций накопления составляет от 1 до 30, предпочтительно от 2 до 20 и более предпочтительно от 3 до 15.
Последняя секция 20 накопления обычно сконструирована для формирования заглушки продуктом на выпускном отверстии экструдера, таким образом, предотвращая попадание окружающего воздуха в экструдер. При прохождении из секции 16 транспортировки и секции 20 накопления в выпускную секцию 22 повторно нагретая концентрированная жидкая среда L претерпевает переход от свободно протекающей повторно нагретой концентрированной жидкой среды L к продукту Р, который обычно имеет комковатый вид.
Выпускная секция 22 обычно содержит средство, позволяющее продукту выйти из экструдера и необязательно, но предпочтительно, оборудования для обработки продукта. Примеры подходящего оборудования для обработки продукта включают комбинации матричных дисков и резаков; матричных дисков и средств комкования под водой; средств для формирования крошек, аналогичных шнековым элементам с зубцами и отверстиями; турбулизаторов, которые могут быть сконструированы в виде цилиндров с отверстиями в них, причем продукт прессуют с наружной стороны до внутренней части цилиндра, и вращающийся нож внутри цилиндра режет продукт на куски; зафиксированные ножи расположены на торцевой пластине экструдера, при этом вращение шнека вызывает режущее действие, которое предпочтительно применяется при работе с двухшнековыми вращающимися в одном направлении, одношнековыми экструдерами и экструдерами с планетарной прокаткой.
Чтобы уменьшить механическое и термическое напряжение продукта, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения оборудование для обработки продукта комбинируют со средством охлаждения.
Средство охлаждения содержит любое средство, которое позволяет отвести тепло от продукта. Примеры средств охлаждения включают пневматические транспортеры крошек с конвективным воздушным охлаждением, вибрационные транспортеры для крошки с конвективным воздушным охлаждением, вибрационный транспортер для крошки с охлажденными контактными поверхностями, ленточный транспортер с конвективным воздушным охлаждением, ленточный транспортер с охлажденными лентами, разбрызгивание воды на горячие крошки на выпускном отверстии экструдера и, как уже упомянуто, средство комкования под водой, причем вода служит в качестве охладителя.
Продукт Р затем может быть обработан дополнительно для заключительной упаковки и отправки. (Гало)бутил каучук, например, охлаждают до температуры 60°С или ниже, формуют в брикеты, например, посредством гидравлического пресса, а затем упаковывают в ящики или тару для отправки.
3
В основном повышенная скорость подачи повторно нагретой концентрированной жидкой среды L в точке 12 подачи требует соответствующего повышения скорости шнека экструдера. Кроме того, скорость шнека определяет время пребывания жидкой среды L. Таким образом, скорость шнека, скорость подачи и диаметр экструдера обычно взаимозависимы. Обычно экструдер используют таким образом, чтобы безразмерная пропускная способность V/n·d, где V обозначает объемную скорость потока, n - скорость шнека, выраженную в оборотах в минуту, и d - эффективный диаметр экструдера, регулируется от примерно 0,01 до примерно 0,2, предпочтительно от примерно 0,015 до примерно 0,1. Максимальная и минимальная скорости подачи и скорости шнека экструдера определяются, например, размером экструдера, физическими свойствами продукта на основе синтетического каучука, содержащегося в жидкой среде L, и нужными значениями остаточных летучих соединений. Однако, задавая эти свойства, специалист в этой области может определить рабочие параметры по некоторым исходным экспериментам.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения экструдер используется при скорости подачи от 5 до 25000, предпочтительно от 5 до 6000 килограмм в час.
В основном дегазации экструдера может способствовать добавление разделяющего средства, которое будет удалено вместе с другими летучими соединениями. Даже хотя разделяющее средство может быть добавлено в любом месте в блоке экструдера, предпочтительно добавление в одной или более секциях накопления. В более предпочтительном варианте осуществления разделяющее средство добавляют в одной или более секциях накопления, за исключением последней (20).
Подходящими разделяющими средствами являются вещества, которые инертны по отношению к повторно нагретой концентрированной жидкой среде (L) и/или продукту (Р) и обладают давлением паров больше 100 гПа при температуре 100°С.
В контексте настоящего изобретения термин "инертный" означает, что разделяющее средство не вступает или практически не вступает в реакцию с полимерами, содержащимися в повторно нагретой концентрированной жидкой среде (L) и/или продукте (Р). Подходящими разделяющими средствами являются азот, диоксид углерода, благородные газы, пропан, бутан, вода или смесь упомянутых выше веществ. Количество разделяющего средства может составлять от 0,0001 до 10, предпочтительно от 0,001 до 5 и более предпочтительно от 0,1 до 2 мас.% на основе количества полимерного продукта, полученного в выпускной секции.
Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству, подходящему, чтобы осуществлять способ по настоящему изобретению. Следовательно, настоящее изобретение также охватывает устройство, включающее, по меньшей мере:
- один блок концентрирования, содержащий нагреватель (2), сообщающийся с баком (4) дегазации, причем нижняя часть бака (4) дегазации сообщается с насосом (4.2), верхняя часть бака (4) дегазации сообщается с, по меньшей мере, одним паропроводом (4.1)
- один блок (6) нагревания, сообщающийся с насосом (4.2) блока концентрирования и точкой (12) подачи на блоке экструдера
- один блок экструдера, содержащий, по меньшей мере, одну точку (12) подачи, одну секцию (16) дегазации экструдера, одну секцию (20) накопления и одну выпускную секцию (22), причем секция (16) дегазации экструдера дополнительно содержит, по меньшей мере, один вентиляционный порт (15), соединенный с паропроводом (15.1).
В контексте настоящего изобретения термин "сообщается" включает прямое или непрямое соединение, причем непрямое соединение может быть осуществлено, например, посредством трубок или трубопроводов. Термин "сообщается" дополнительно включает вариант, когда между сообщающимися блоками или средствами расположены дополнительные блоки или средства.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.2. На фиг.2 показана другая блок-схема и подходящее устройство для осуществления способа по настоящему изобретению, включающее блок концентратора с насосом 1, нагреватель 2, бак дегазации 4, паропровод 4.1 и насос 4.2, блок повторного нагрева, содержащий нагреватель 6, и блок экструдера, содержащий две секции дегазации экструдера с двумя секциями 16А и 16В транспортировки, каждая из которых присоединена к вентиляционному порту 15А и 15В и паропроводу 15.1А и 15.1В, две секции 18 и 20 накопления, оканчивающиеся секциями 16А и 16В транспортировки, и выпускную секцию 22. Помимо этого блок экструдера дополнительно содержит боковое загрузочное устройство 24.
В основном блок экструдера может содержать одно или более боковых загрузочных устройств, которые могут быть расположены в любом месте в экструдере, предпочтительно в непосредственной близости от точки подачи или выпускной секции 22. Боковые загрузочные устройства подходят для добавления добавок к полимеру.
Примеры добавок, в частности, для продуктов на основе (гало)бутилкаучука включают стабилизирующие вещества, раскислители типа ESBO (эпоксидированное соевое масло), стеараты типа стеаратов кальция, антиоксиданты и т.п. Примеры подходящих антиоксидантов включают пространственно затрудненные фенолы типа бутилгидрокситолуолов и их производных типа In-ganox 1010 и 1076, амины, меркаптобензимидазолы, некоторые фосфиты и т.п.
В частности, (гало)бутилкаучуки смешивают с добавками, например, 0,0001-4 phr эпоксидированного соевого масла (ESBO), 0,0001-5 phr стеарата кальция и 0,0001-0,5 phr антиоксидантов (phr = частей на сто частей каучука по отношению к массе каучука). Другие добавки также применимы в зависимости от применения продукта на основе бутилкаучука, например наполнители или красители.
В качестве альтернативы или дополнительно к этому, добавки также могут быть уже добавлены к жидкой среде F или, поскольку они являются жидкими, добавлены вместе с разделяющим средством.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения этап а) повторяют, по меньшей мере, один раз, предпочтительно один или два раза. Преимущество повторения этапа а) состоит в том, что общее энергопотребление для получения концентрированной жидкой среды Н можно значительно снизить за счет оптимизации параметров более простого управления для каждого блока концентрирования. Повторение этапа а) предпочтительно осуществляют путем соединения соответствующего числа блоков концентрирования последовательно.
Пример этого варианта осуществления показан на фиг.4. На фиг.4 показана другая блок-схема и подходящее устройство для осуществления способа по настоящему изобретению, содержащее блок двухэтапного концентратора с насосом 1, первый блок концентратора, содержащий нагреватель 2А, бак 4А дегазации, снабженный паропроводом 4.1А и насосом 4.2А, второй блок концентратора, содержащий нагреватель 2В, бак 4В дегазации, снабженный паропроводом 4.1В и насосом 4.2В, блок повторного нагрева, содержащий нагреватель 6, и блок экструдера, содержащий две секции дегазации экструдера с двумя секциями 16А и 16В транспортировки, каждая из которых присоединена к вентиляционному порту 15А и 15В и паропроводу 15.1А и 15.1В, две секции 18 и 20 накопления, заканчивающиеся секциями 16А и 16В транспортировки, и выпускную секцию 22. Нагретая жидкая среда G подвергается первой стадии концентрирования, при этом получают предварительно концентрированную жидкую среду J, которую затем повторно нагревают нагревателем 2В, чтобы получить повторно нагретую предварительно концентрированную жидкую среду К, которую затем подвергают второй стадии концентрирования, при этом получают концентрированную жидкую среду Н. Концентрированную жидкую среду Н затем дополнительно обрабатывают, как указано выше.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения блок концентрирования, блок повторного нагрева или блок экструдера могут независимо друг от друга быть снабжены одним или более устройствами регулировки давления, которые позволяют очень точно управлять этими блоками при заранее определенных условиях.
Устройства регулировки давления могут быть активными или пассивными, причем предпочтительны активные устройства регулировки давления. Примеры активных устройств регулировки давления включают клапаны управления, аналогичные клапану сброса давления, примеры пассивных устройств регулировки давления включают сопла и контактные плиты или дисковые диафрагмы. Подходящие клапаны могут быть выбраны среди шаровых, поршневых, запорных или игольчатых клапанов.
В случае пассивного устройства регулировки давления предпочтительно рассчитать отверстие, чтобы вызвать некоторый перепад давлений. Этот расчет основан на вязкости жидкой среды в этой точке и пропускной способности. Любой специалист в этой области может выполнить такой расчет.
Активными устройствами регулировки давления обычно управляют посредством измерения давления выше по ходу потока относительно устройства. Например, давление измеряют и сравнивают с контрольной точкой. Устройство регулировки давления затем регулируют в соответствии с определенным отклонением.
В альтернативном варианте перепад давлений по сравненю с устройством измеряют вместо абсолютного давления выше по ходу потока относительно устройства регулировки давления. Положение клапана регулируется вручную, электрически, пневматически или гидравлически. Управление положением клапана, т.е. регулировка давления в заданной точке, может, например, быть выполнено вручную или с любой автоматизированной системы управления процессом.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения с дополнительными устройствами регулировки давления показан на фиг.3, который, помимо устройств управления давлением, очень схож с фиг.2. Давление нагретой жидкой среды G регулируют посредством устройства 3 регулировки давления, давление повторно нагретой, концентрированной жидкой среды L, попадающей в экструдер, регулируют посредством устройства 7 регулировки давления.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения повторно нагретая концентрированная жидкая среда (L) впрыскивается в первую секцию дегазации экструдера блока экструдера, причем первая секция дегазации экструдера содержит один или более задних вентиляционных портов в направлении выше по ходу потока, каждый из которых соединен с паропроводом.
Преимущество задних вентиляционных портов состоит в том, что летучие соединения, присутствующие в повторно нагретой концентрированной жидкой среде L, претерпевают резкое и быстрое испарение, при этом вызывая, по меньшей мере, частичное разделение продукта на основе синтетического каучука и летучих соединений, паров, выходящих через задние вентиляционные порты в направлении выше по ходу потока. В основном, от примерно 50 до примерно 99 мас.% летучих соединений, присутствующих в жидкой среде L, будет удалено через вентиляционные порты выше по ходу потока.
Пример этого варианта осуществления показан на фиг.5. На фиг.5 показана другая блок-схема и подходящее устройство для осуществления способа по настоящему изобретению, содержащее блок одностадийного концентратора с насосом 1, блок концентратора, содержащий нагреватель 2, бак дегазации 4, снабженный паропроводом 4.1 и насосом 4.2, блок повторного нагрева, содержащий нагреватель 6, и блок экструдера, содержащий три секции дегазации экструдера, причем точка 12 подачи расположена у первой секции дегазации экструдера, содержащей секцию 16А транспортировки, задний вентиляционный порт 13, присоединенный к паропроводу 13.1 в направлении выше по ходу потока, и блок экструдера дополнительно содержит две секции дегазации экструдера ниже по ходу потока, каждая из которых содержит секцию 16В и 16С транспортировки, вентиляционный порт, 15А и 15В, причем каждый из вентиляционных портов 15А и 15В присоединен к паропроводу 15.1А и 15.1В, и каждая из секций 16А, 16В и 16С транспортировки заканчивается секцией 18А, 18В и 20 накопления, и блок экструдера дополнительно содержит выпускную секцию 22. В основном потоки обрабатывают, как указано выше, с тем отличием, что большие количества соединений жидкой среды, присутствующих в повторно нагретой концентрированной жидкой среде L, уже удалены через вентиляционный порт 13 и присоединенный к нему паропровод 13.1.
Другой пример этого варианта осуществления показан на фиг.6. На фиг.6 показана другая блок-схема и подходящее устройство для осуществления способа по настоящему изобретению, содержащее блок одностадийного концентратора с насосом 1, блок концентратора, содержащий устройство 3 регулировки давления, нагреватель 2, бак дегазации 4, снабженный паропроводом 4.1 и насосом 4.2, блок повторного нагрева, содержащий нагреватель 6, и блок экструдера, содержащий устройство 7 регулировки давления выше по ходу потока относительно точки 12 подачи экструдера, четыре секции дегазации экструдера, причем точка 12 подачи расположена у первой секции дегазации экструдера, причем первая секция дегазации экструдера содержит секцию 16А транспортировки, задний вентиляционный порт 13, присоединенный к паропроводу 13.1 в направлении выше по ходу потока, и блок экструдера дополнительно содержит три секции дегазации экструдера ниже по ходу потока, каждая из которых содержит секцию транспортировки, 16В, 16С и 16D, вентиляционный порт, 15А, 15В и 15С, причем каждый из вентиляционных портов 15А, 15В и 15С присоединен к паропроводу 15.1А, 15.1В и 15С, и каждая из секций 16А, 16В, 16С и 16D транспортировки заканчивается секцией 18А, 18В, 18С и 20 накопления, и блок экструдера дополнительно содержит выпускную секцию 22. В основном, потоки обрабатывают, как указано выше.
Жидкая среда F, которая подается в нагреватель 2, обычно и как уже указано выше, содержит например, от 3 до 50 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, и от 60 до 97 мас.% летучих соединений, в частности растворителя или растворителя и воды, причем упомянутые выше компоненты добавляют от 90 до 100, предпочтительно от 95 до 100 мас.% общей массы жидкой среды F и в предпочтительном варианте осуществления от 3 до 40 мас.% нелетучего полимера, предпочтительно синтетического каучука и более предпочтительно (гало)бутилкаучука, от 60 до 95 мас.% летучих органических соединений, в частности растворителя, и от 0,5 до 20 мас.% воды, причем упомянутые выше компоненты добавляют от 95 до 100 мас.% от общей массы жидкой среды F.
В зависимости от источника жидкой среды F она дополнительно может содержать гидрофильные соединения, которые необходимо удалить до некоторой степени, чтобы она удовлетворяла сертификации нужного продукта.
Кроме того, когда жидкая среда F содержит воду, предпочтительно снизить влагосодержание, чтобы улучшить способ с точки зрения его энергопотребления.
Обнаружено, что значительное снижение оставшихся гидрофильных соединений или воды или и того, и другого может быть достигнуто преимущественно путем подготовки жидкой среды F в процессе удаления гидрофильных соединений и необязательно воды из необработанной жидкой среды А, содержащей, по меньшей мере, один нелетучий полимер, по меньшей мере, одно летучее органическое соединение, одно или более гидрофильные соединения и необязательно воду, способ включает, по меньшей мере, стадию, предшествующую стадии а) обработки необработанной жидкой среды (А), по меньшей мере, в одном блоке предварительного вымывания, содержащем, по меньшей мере, разделительный аппарат (26), при этом жидкая среда (А) смешивается с водой для получения органической фазы (28), содержащей главным образом нелетучий полимер и летучие органические соединения, и водной фазы (27), содержащей главным образом воду и гидрофильные соединения, и органическая фаза (28) отделяется от водной фазы (27) в разделительном аппарате (26) и дополнительно используется в качестве жидкой среды F, и, по меньшей мере, часть водной фазы (27) будет удалена из разделительного аппарата (жидкая среда С).
В контексте настоящего изобретения термин "гидрофильные соединения" обозначает, по меньшей мере, частично водорастворимые летучие и нелетучие соединения. Примеры включают неорганические соли и, в частности, остатки катализаторов, используемых для реакции полимеризации, например соли алюминия, железа или соли других переходных металлов или галогениды, полученные в результате реакций галогенирования и нейтрализации.
Примеры вариантов осуществления этапа перед а) показаны на фиг.8, 9, 10 и 11.
В общем виде пример варианта осуществления этапа предварительного вымывания показан на фиг.8. На стадии до стадии стадией а) жидкая среда А, содержащая, по меньшей мере, один нелетучий полимер, по меньшей мере, одно летучее соединение и, по меньшей мере, одно гидрофильное соединение, передается на разделительный аппарат 26, где она смешивается с водой. При смешивании с водой получают органическую фазу 28 и водную фазу 27. Органическую фазу 28 удаляют из разделительного аппарата 26 и дополнительно используют в качестве жидкой среды F, водную фазу 27, по меньшей мере, частично удаляют из разделительного аппарата 26 в виде жидкой среды С, которую утилизируют.
Улучшенный вариант осуществления стадии предварительного вымывания показан на фиг.9. На стадии до стадии а) необработанная жидкая среда А, содержащая, по меньшей мере, один нелетучий полимер, по меньшей мере, одно летучее соединение и, по меньшей мере, одно гидрофильное соединение, подается в секцию 30 смешивания разделительного аппарата 26, который снабжен мешалкой 32, и проходит через разделительную стенку 34 в секцию осаждения, где смесь разделяется на водную фазу 27 и органическую фазу 28, причем разделение поддерживается посредством коагулятора 39. Часть водной фазы 27 удаляют из разделительного аппарата 26 в виде жидкой среды С, которую обычно утилизируют, остальную часть обогащают свежей водой Е и возвращают в процесс посредством линии 38 рециркуляции под действие рециркуляционного насоса 36 назад в секцию 30 смешивания. Органическую фазу 28 удаляют и подвергают последующей обработке на этапах а) - в) в виде жидкой среды F.
В основном, коагулятор на стадии предварительного вымывания является предпочтительным, но необязательным. Он помогает собирать и коагулировать капли и направлять их на границу раздела фаз, что обычно приводит к более короткому времени пребывания. Подходящие примеры коагуляторов включают структурированные или неструктурированные уплотняющие пластины. Структурированными уплотняющими пластинами являются, например, плоские пластины, плоские направляющие устройства, двускатные направляющие устройства и направляющие устройства с отверстиями в вертикальном направлении. Направляющие устройства или пластины могут быть расположены прямоугольно или параллельно направлению основного потока или с уклоном. Неструктурированными направляющими пластинами являются, например, пластины из проволочной сетки, направляющие устройства, изготовленные из колец, сфер, цилиндров, геометрии нерегулярной формы и водосливные устройства типа распределительных пластин, которые имеют отверстия или щели, вертикальных пластин, покрывающих участок главного пути потока. Направляющие пластины могут быть изготовлены из любого технически осуществимого материала, например металлов, стекла, керамики, металлов с покрытием, металлов с грунтовкой и полимерных материалов типа, например, ПТФЭ (PTFE), ETFE, полиэтилена (РЕ), полиэфирэфиркетона (PEEK), полипропилена (РР), полиамида (РА) и поливинилиденфторида (PVDF).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения стадию до стадии а) повторяют, по меньшей мере, один раз, предпочтительно один раз.
Другой улучшенный и предпочтительный вариант осуществления этапа предварительного вымывания показан на фиг.10. На стадии до стадии а) этого двухстадийного предварительного вымывания/ жидкая среда А, содержащая, по меньшей мере, один нелетучий полимер, по меньшей мере, одно летучее соединение и, по меньшей мере, одно гидрофильное соединение, подается в секцию 30А смешивания первого разделительного аппарата 26А, который снабжен мешалкой 32А, и проходит через разделительную стенку 34А в секцию осаждения, где смесь разделяется на водную фазу 27А и органическую фазу 28А, причем разделение поддерживается посредством коагулятора 39А. Часть водной фазы 27А удаляют из разделительного аппарата 26А в виде жидкой среды С, которую обычно утилизируют, с остальной частью, повторно возвращаемой в процесс посредством рециркуляционной линии 38А под действием рециркуляционного насоса 36А назад в секцию 30А смешивания. Органическую фазу 28А удаляют и подают в виде жидкой среды В в секцию 30В смешивания второго разделительного аппарата 26В, который также снабжен мешалкой 32В, и она проходит через разделительную стенку 34В в секцию осаждения, где смесь разделяется на водную фазу 27В и органическую фазу 28В, причем разделение поддерживается посредством коагулятора 39В. Часть водной фазы 27В повторно возвращают в процесс в секцию 30А смешивания первого разделительного аппарата 26А в виде жидкой среды D под действием рециркуляционного насоса 40 и рециркуляционной линии 42, а остальную часть обогащают свежей водой Е и рециркулируют посредством рециркуляционной линии 38В под действием рециркуляционного насоса 36В назад в секцию 30В смешивания второго разделительного аппарата 26В. Органическая фаза 28, покидающая второй разделительный аппарат 26В, подвергается последующей обработке по этапам а) - в) в виде жидкой среды F. Преимущество этого двухстадийного этапа предварительного вымывания состоит в том, что жидкая среда F по существу не содержит гидрофильных соединений, и количество отходов снижено за счет рециркуляции, которая приводит к более высокой концентрации гидрофильных соединений в жидкой среде С.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения разделение осуществляют при температуре выше 40°С. Верхний предел зависит от структуры полимера и конструкции разделительного аппарата. Обычно верхний предел составляет 125°С.
В более предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения разделение выполняют при температуре от 40 до 110°С, предпочтительно при температуре от 80 до 110°.
В зависимости от состава жидкой среды А и точек кипения ее компонентов разделительный аппарат может быть сконструирован для работы под давлением.
В основном эффективность этапа предварительного вымывания возрастает с повышением температуры.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения органическая фаза 28, покидающая разделительный аппарат, может быть предварительно нагрета для облегчения свободного потока жидкой среды F. Эта задача также может быть достигнута посредством нагревателя, причем предпочтительны теплообменники, описанные для нагревателя 2 выше.
Другой улучшенный и предпочтительный вариант осуществления с дополнительными нагревателями для жидкой среды А и жидкой среды F показан на фиг.11, который, помимо нагревателей, идентичен фиг.10. Жидкая среда А нагревается до попадания в разделительный аппарат посредством нагревателя 25, органическая фаза 28, покидающая второй разделительный аппарат 26В, нагревается нагревателем 44.
Характеристики стадии, предшествующей стадии а), особенно предпочтительны для текучих сред F, содержащих галобутилкаучуки, и, в частности, для хлорбутил и бромбутилкаучуков, поскольку растворы необработанного галобутил каучука часто содержат большие количества неорганических галогенидов в результате галогенирования полимера.
Например, жидкая среда А, возникающая при бромировании бутилкаучука, обычно содержит уровни неорганического бромида от 3000 до 5000 частей на миллион, рассчитанные по массе бромбутилкаучука. При выполнении стадии до стадии а) этот уровень можно снизить до менее 500 частей на миллион, предпочтительно до менее 300 частей на миллион и даже более предпочтительно до менее 100 частей на миллион.
Например, жидкая среда А, возникающая при хлорировании бутилкаучука, обычно содержит уровни неорганического хлора от 15000 до 5000 частей на миллион, рассчитанные по массе хлорбутил каучука. При выполнении стадии, предшествующей стадии а), этот уровень можно снизить до менее 500 частей на миллион, предпочтительно до менее 300 частей на миллион и даже более предпочтительно до менее 100 частей на миллион.
Также обнаружено, что характеристики стадии, предшествующей стадии а), позволяют значительно снизить содержание влаги жидкой среды F по сравнению с жидкой средой А, что дает значительный вклад в более низкое энергопотребление для последующих этапов а) - в).
Другой вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.7. На фиг.7 показана основная блок-схема и подходящее устройство для осуществления способа, включающего стадию, предшествующую стадии а), и стадии а) - в).
На стадии до стадии а) жидкую среду А, содержащую, по меньшей мере, один нелетучий полимер, по меньшей мере, одно летучее соединение и, по меньшей мере, одно гидрофильное соединение, подают в секцию 30 смешивания разделительного аппарата 26, который снабжен мешалкой 32, и она проходит через разделительную стенку 34 в секцию осаждения, где эта смесь разделяется на водную фазу 27 и органическую фазу 28, причем разделение поддерживается посредством коагулятора 39. Часть водной фазы 27 удаляют из разделительного аппарата 26 в виде жидкой среды С, которую обычно утилизируют, с остальной частью, обогащенной свежей водой Е и возвращаемой обратно в процесс посредством рециркуляционной линии 38 под действием рециркуляционного насоса 36 назад в секцию 30 смешивания. Органическую фазу 28 удаляют в виде жидкой среды F. На стадии а) жидкую среду F передают посредством насоса 1 на нагреватель 2, при этом получают нагретую жидкую среду G. Нагретую жидкую среду G подают в бак дегазации 4. Пары, выделяемые нагретой жидкой средой G, отделяют и удаляют по всасывающему трубопроводу 4.1. После дегазации и отделения получают концентрированную жидкую среду Н, которую удаляют из бака 4 дегазации с помощью насоса 4.2.
На стадии б) концентрированная жидкая среда Н, полученная на стадии а), затем проходит через блок 6 повторного нагрева, чтобы получить повторно нагретую концентрированную жидкую среду L. На стадии в) повторно нагретая концентрированная жидкая среда L, полученная на стадии б), проходит на блок экструдера и подается в секцию 16 транспортировки экструдера в точке 12 подачи. Секция 16 транспортировки открыта на вентиляционном порте 15. В секции 16 транспортировки часть растворителя испаряется и отделяется от повторно нагретой концентрированной жидкой среды L. Пары удаляют через вентиляционный порт 15 посредством паропровода 15.1. Секция 16 транспортировки заканчивается секцией 20 накопления. При прохождении от секции 16 транспортировки и секции 20 накопления в выпускную секцию 22 повторно нагретая концентрированная жидкая среда L претерпевает переход от свободно протекающей повторно нагретой концентрированной жидкой среды L к продукту Р.
Настоящее изобретение, в частности, дает преимущество с точки зрения потребления энергии и свежей воды. Полученные продукты не содержат летучих соединений.
Примеры
Аналитические методы
Влагосодержание текучих сред F: Образец помещают в центрифугу и центрифугируют в течение 5 мин на скорости 4000 оборотов в минуту при комнатной температуре. Затем воду собирают на дне чаши и взвешивают.
Общая концентрация летучих веществ: Образец каучука разрезают на маленькие кусочки размером 2×2 мм. Примерно 30 г кусочков каучука кладут в оксидоалюминиевый тигель. Определяют массу тигеля и каучука. Тигель с образцом каучука затем помещают в вакуумную печь при уровне вакуума 130 гПа на время 60 мин при температуре 105°С. После сушки тигель помещают в эксикатор и дают остыть в течение 30 мин. Тигель затем взвешивают повторно. Определяют потерю массы.
Концентрация остаточного растворителя в продукте Р: Концентрацию остаточного растворителя в продукте определяют по методу газовой хроматографии в свободном пространстве над продуктом. Навеску (0,5±0,005 г) образца помещают в емкость со свободным пространством над продуктом и добавляют измеренное количество растворителя (1,2 дихлорбензол, ODCB). Емкость запечатывают и встряхивают, пока каучук не растворится. Емкость нагревают, чтобы летучие органические соединения были распределены при равновесии между образцом и газовой фазой в емкости (свободное пространство над продуктом). Кратное количество газа в свободном пространстве над продуктом вспрыскивают в поток газа-носителя, который переносит образец вдоль хроматографической колонны. Стандарты известного состава используют для калибровки газовой хроматографии (GC). К растворителю добавляют толуол для использования в качестве внутреннего стандарта.
Остаточная концентрация воды в продукте Р: Общая концентрация летучих веществ представляет собой сумму для воды, растворителей и мономеров. Поскольку концентрация мономеров обычно меньше 0,0005 мас.%, влагосодержание можно определить путем вычитания концентрации растворителя из общей концентрации летучих веществ.
Концентрация растворителя в текучих средах: Концентрацию растворителей в текучих средах измеряют с помощью газовой хроматографии. Внутренним стандартом является изооктан. Образец разбавляют толуолом, а затем впрыскивают в газовый хроматограф. Газовую хроматографию выполняют на хроматографе HP 6890 со следующим характеристиками:
- тип колонны DB-5 компании J&W, длина 60 м, диаметр 0,23 мм, толщина пленки 1,0 мкм
- температура инжектора: 250°С
- температура детектора: 350°С
- газ-носитель: гелий
- давление в колонне: 96 кПа
- детектор: плазменно-ионизационный детектор
Вязкость текучих сред: Вязкость измеряют в ротационном вискозиметре конического типа. Все значения вязкости относятся к экстраполированной вязкости при нулевом значении поперечного сдвига.
Примеры 1-7: Предварительное вымывание
Общие замечания
Необработанный раствор бромбутилкаучука, далее в настоящем документе упоминаемый как жидкая среда (А), получают с помощью установки для производства промышленного бромбутилкаучука. Жидкая среда (А) содержит две фазы: водную фазу (56 мас.%) и органическую фазу (44 мас.%). Общее отношение бромбутилкаучука к гексанам только в органической фазе является постоянным для всех примеров и составляет 22 мас.% бромбутил каучука и примерно 78 мас.% гексанов. Готовый и высушенный бромбутилкаучук, содержащийся в жидкой среде (А), обладает следующими свойствами: По Муни (ML 1+8, 125°С) 32±4, содержание связанного брома 1,8±0,2 мас.%.
Жидкая среда (А) дополнительно содержит некоторые добавки, концентрация дана в виде массовой доли по отношению к массе каучука (phr = частей на сто частей каучука):
ESBO: от 1 до 1,6 phr, стеарат кальция от 1,3 до 1,7 phr, ирганокс от 0,03 до 0,1 phr
Водная фаза имеет типичное значение рН 9,5. Помимо добавок жидкая среда (А) содержит неорганические компоненты типа бромидов, хлоридов, кальция, натрия, алюминия и небольшие количества других неорганических компонентов.
Эксперименты в примерах 1-7 проводят с использованием стеклянного сосуда объемом 11. Эксперименты проводят по партиям. Сосуд снабжен мешалкой.
Влагосодержание в органической фазе определяют, как указано выше.
Пример 1
Образец жидкой среды (А) помещают в сосуд с мешалкой и перемешивают в течение 10 мин при температуре 58°С. Затем мешалку останавливают, и образец оставляют, чтобы он отстоялся. Через 30 мин органическую фазу отделяют от водной фазы, и остаточное влагосодержание измеряют в центрифуге. Остаточное количество воды составляет 35% по объему.
Пример 2
160 мл жидкой среды (А) помещают в сосуд и добавляют 240 мл воды. Смесь перемешивают в течение 10 мин при температуре 58°С. Затем мешалку останавливают и смесь оставляют, чтобы она отстоялась. Через 30 мин органическую фазу отделяют от водной фазы и остаточное влагосодержание измеряют в центрифуге. Остаточное количество воды в органической фазе составляет 10,0% по объему.
Пример 3
160 мл жидкой среды (А) помещают в сосуд и добавляют 240 мл воды. Смесь перемешивают в течение 10 мин при температуре 90°С. Затем мешалку останавливают и смесь оставляют, чтобы она отстоялась. Через 30 мин органическую фазу отделяют от водной фазы и остаточное влагосодержание измеряют в центрифуге. Остаточное количество воды в органической фазе составляет 6,5% по объему.
Пример 4
160 мл жидкой среды (А) помещают в сосуд и добавляют 240 мл воды. Смесь перемешивают в течение 10 мин при температуре 105°С. Затем мешалку останавливают и смесь оставляют, чтобы она отстоялась. Через 30 мин органическую фазу отделяют от водной фазы и остаточное влагосодержание измеряют в центрифуге. Остаточное количество воды в органической фазе составляет 1,5% по объему.
Пример 5
Берут образец жидкой среды (А) и дают ему отстояться. Анализируют водную фазу и органическую фазу. Водная фаза содержит 4940 мг/л неорганических бромидов. Органическая фаза содержит 20 мас.% бромбутил каучука, 68 мас.% гексана и 12 мас.% воды. Общая концентрация неорганического брома в органической фазе составляет 0,15 мас.% (1500 частей на миллион).
Пример 6
100 мл органической фазы, полученной в примере 5, помещают в сосуд с мешалкой, описанный выше. Добавляют 40 мл воды. Полученную смесь перемешивают в течение 15 мин при температуре окружающего воздуха, а затем дают ей отстояться в течение 30 мин. Полученная водная фаза содержит 2280 мг/л неорганических бромидов. Органическая фаза содержит в общем 0,04 мас.% (400 частей на миллион) неорганических бромидов.
Пример 7
100 мл органической фазы, полученной в примере 5, помещают в сосуд с мешалкой, описанный выше. Добавляют 80 мл воды. Полученную смесь перемешивают в течение 15 мин при температуре окружающего воздуха, а затем дают ей отстояться в течение 30 мин. Полученная водная фаза содержит 1100 мг/л неорганических бромидов. Органическая фаза содержит в общем 0,025 мас.% (250 частей на миллион) неорганических бромидов.
Примеры 8-27: Концентрация и прямое испарение
Жидкую среду (F), содержащую бутилкаучук, используемый в качестве сырьевого материала для примеров 7-28, получают из двух различных источников:
Подготовка жидкой среды F1
Необработанный раствор бутилкаучука берут на заводе с промышленным производством, дают ему отстояться несколько часов и органическую фазу отделяют от основной массы водной фазы. Органическую фазу затем используют для проведения экспериментов в качестве жидкой среды (F1). Жидкая среда (F1) содержит 20 мас.% каучука, 70 мас.% гексанов и 10 мас.% воды, рассчитанных на 100 мас.% этих трех компонентов. Концентрация добавок по отношению к доле бромбутилкаучука составляет:
ESBO: от 1 до 1,6 phr, стеарат кальция: от 1,3 до 1,7 phr и ирганокс: от 0,03 до 0,1 phr
Бромбутилкаучук, растворенный в жидкой среде (F1), когда он подготовлен и высушен, обладает следующими свойствами: по Муни (ML 1+8, 125°С) от 28 до 36, содержание связанного брома от 1,6 до 2,0 мас.%.
Вязкость жидкой среды F1 при температуре 60°С составляет 1760 мПа·с.
Подготовка жидкой среды F2
Имеющийся в продаже бромбутилкаучук с вязкостью по Муни (ML 1+8, 125°С) от 28 до 36, содержанием брома от 1,6 до 2,0 мас.% и концентрацией органических летучих веществ <0,7 мас.% растворяют в техническом гексане, при этом получают жидкую среду (F2), содержащую 20 мас.% каучука, 79 мас.% гексанов и 1 мас.% воды, рассчитанных на 100 мас.% этих трех компонентов. Концентрация добавок по отношению к доле бромбутилкаучука составляет:
ESBO: от 1 до 1,6 phr, Стеарат кальция: от 1,3 до 1,7 phr и ирганокс: от 0,03 до 0,1 phr
Примеры 8-12: Концентрация Блок концентратора
Блок концентратора, используемый для этих примеров, аналогичен показанному на фиг.1. Возвратно-поступательный насос используют для накачивания жидкой среды F1, которую готовят, как указано выше, в нагреватель (2). Нагреватель (2) представляет собой одиночный теплообменник типа труба в трубе. Внутренняя труба снабжена статической мешалкой типа Kenics, диаметр внутренней трубы составлял 15 мм. Трубу нагревают посредством оболочки в форме трубы. Теплоносителем является топливо (Marlotherm). Клапан (3) сброса давления предварительно установлен на бак (4) дегазации, давление выше по ходу потока относительно клапана регулируют автоматически, чтобы установить значение заданной точки. Эту заданную точку выбирают таким образом, чтобы предотвратить кипение в нагретой жидкой среде (G1). Нагретую жидкую среду (G) вводят в бак (4) дегазации сверху. Коническое выпускное отверстие бака (4) дегазации снабжено насосом (4.2), который представляет собой комбинацию насоса типа экструдера и шестеренчатого насоса. Эта комбинация обладает тем преимуществом, что она позволяет обращаться со средами с высокой вязкостью и создавать высокое давление. Образцы берут из концентрированной жидкой среды (Н), чтобы исследовать концентрацию и вязкость после этапа концентрирования.
Пример 8
Теплоноситель нагревателя 2 установлен на 125°С, давление в разделительном сосуде 4 составляет одну атмосферу (1013 гПа). Концентрированная жидкая среда Н внизу разделительного сосуда 4 представляет собой свободно жидкую пенную жидкость, что наблюдается через смотровое стекло, и может быть легко транспортирована из разделительного сосуда с помощью экстракционного насоса 4.2, как указано выше. Концентрированная жидкая среда Н имеет концентрацию гексана 71 мас.% и вязкость 4840 мПа·с, измеренную при температуре 60°С.
Пример 9
Сырье, жидкая среда F1 и блок концентрирования аналогичны используемым в примере 8. Теплоноситель нагревателя 2 установлен на 155°С, давление в разделительном сосуде 4 составляет одну атмосферу (1013 гПа). Концентрированная жидкая среда Н внизу разделительного сосуда 4 представляет собой свободно жидкую пенную жидкость, что наблюдается через смотровое стекло, и может быть легко транспортирована из разделительного сосуда с помощью экстракционного насоса 4.2, как указано выше. Концентрированная жидкая среда Н имеет концентрацию гексана 53 мас.% и вязкость 65000 мПа·с, измеренную при температуре 60°С.
Пример 10
Сырье, жидкая среда F1 и блок концентрирования аналогичны используемым в примере 8. Теплоноситель нагревателя 2 установлен на 170°С, давление в разделительном сосуде 4 составляет одну атмосферу (1013 гПа). Концентрированная жидкая среда Н внизу разделительного сосуда 4 представляет собой свободно жидкую пенную жидкость, что наблюдается через смотровое стекло, и может быть легко транспортирована из разделительного сосуда без закупоривания или отложения продукта с помощью экстракционного насоса 4.2, как указано выше. Концентрированная жидкая среда Н имеет концентрацию гексана 42 мас.% и вязкость 317,700 мПа·с, измеренную при температуре 60°С.
Пример 11
Сырье, жидкая среда F1 и блок концентрирования аналогичны используемым в примере 8. Теплоноситель нагревателя 2 установлен на 170°С, давление разделительном сосуде 4 составляет 500 гПа. Концентрированная жидкая среда Н внизу разделительного сосуда 4 представляет собой свободно жидкую пенную жидкость, что наблюдается через смотровое стекло, и может быть легко транспортирована из разделительного сосуда с помощью экстракционного насоса 4.2, как указано выше. Наблюдается только незначительное отложение продукта в секции конического выпускного отверстия разделительного сосуда 4. Концентрированная жидкая среда Н имеет концентрацию гексана 20 мас.% и вязкость 7600000 мПа·с, измеренную при температуре 60°С.
Пример 12
Сырье, жидкая среда F1 и блок концентрирования аналогичны используемым в примере 8. Теплоноситель нагревателя 2 установлен на 170°С, давление в разделительном сосуде 4 составляет 230 гПа. Концентрированная жидкая среда Н внизу разделительного сосуда 4 представляет собой свободно жидкую пенную жидкость, что наблюдается через смотровое стекло, и может быть легко транспортирована из разделительного сосуда с помощью экстракционного насоса 4.2, как указано выше. Некоторое отложение продукта наблюдается в секции конического выпускного отверстия разделительного сосуда 4. Концентрированная жидкая среда Н имеет концентрацию гексана 15 мас.% и вязкость 15600000 мПа·с, измеренную при температуре 60°С.
Результаты примеров 8-12, показывающие характеристики этапа концентрирования, сведены в табл.1.
Таблица 1
Пример
Т [°С] при нагревателе 2*
Р [гПа] в баке 4 дегазации
Содержание гексана [%] жидкой среды Н
Вязкость [мПа·с] при 60°С для жидкой среды Н
8
125°С
1013
71%
4840
9
155°С
1013
53%
65000
10
170°С
1013
42%
317700
11
170°С
500
20%
7600000
12
170°С
230
15%
15600000
* температура, установленная для теплоносителя
Примеры 13-19: Концентрирование и экструзия
Устройство
Устройство, используемое для этих примеров, аналогично показанному на фиг.5. Возвратно-поступательный насос используют для перекачки жидкой среды (F) в нагреватель (2). Нагреватель (2) представляет собой одиночный теплообменник типа труба в трубе. Внутренняя труба снабжена статической мешалкой типа Kenics, диаметр внутренней трубы составляет 15 мм. Трубу нагревают посредством оболочки в форме трубы. Теплоносителем является топливо (Marlotherm). Клапан (3) сброса давления предварительно установлен на бак (4) дегазации, давление выше по ходу потока относительно клапана регулируют автоматически, чтобы установить значение заданной точки. Эту заданную точку выбирают таким образом, чтобы предотвратить кипение в нагретой жидкой среде (G1). Нагретую жидкую среду (G) вводят в бак (4) дегазации сверху. Коническое выпускное отверстие бака (4) дегазации снабжено насосом (4.2), который представляет собой комбинацию насоса типа экструдера и шестеренчатого насоса. На стадии б) концентрированную жидкую среду Н, полученную на стадии а), затем пропускают через блок (6) повторного нагрева, который представляет собой одиночный теплообменник типа труба в трубе. Диаметр внутренней трубы составляет 20 мм, внутренняя труба снабжена статической мешалкой типа SMX. Трубу нагревают посредством оболочки в форме трубы с использованием топлива (Marlotherm) в качестве теплоносителя.
На стадии в) повторно нагретую концентрированную жидкую среду L подавают в блок экструдера. Экструдер блока экструдера представляет собой двухшнековый экструдер с вращением в одном направлении с диаметром шнека 32 мм и длиной шнека 1260 мм. Блок экструдера дополнительно содержит сопло в виде устройства регулировки давления (7, см. фиг.7) выше по ходу потока точки (12) подачи экструдера, три секции дегазации экструдера, причем точка (12) подачи расположена у первой секции дегазирования экструдера, причем первая секция дегазации экструдера содержит секцию (16А) транспортировки, задний вентиляционный порт (13), присоединенный к паропроводу (13.1) в направлении выше по ходу потока, и блок экструдера дополнительно содержит две секции дегазации экструдера ниже по ходу потока, каждая из которых содержит секцию (16В и 16С) транспортировки, вентиляционный порт (15А и 15В), причем каждый из вентиляционных портов (15А и 15В) присоединен к паропроводу (15.1А и 15.1В), и каждая из секций (16А, 16В и 16С) транспортировки заканчивается секцией (18А, 18В и 20) накопления, и блок экструдера дополнительно содержит выпускную секцию (22).
Каждую из секций, в частности секции транспортировки, можно независимо нагреть посредством барреля экструдера, чтобы отрегулировать температуру каучука в любом месте в экструдере.
Задний вентиляционный порт (13) присоединен к испарителю посредством первого паропровода (13.1). Испаритель представляет собой теплообменник пластинчатого типа и дополнительно присоединен к вакуумному насосу с гидравлическим поршнем. Другие паропроводы (15.1А и 15.1В) присоединены к системе для конденсации, содержащей работающий без смазки вакуумный насос червячного типа.
Первая секция (18А) накопления состоит из месильных блоков, вторая секция (18В) накопления состоит из месильных блоков и элемента обратной транспортировки. Обе секции (18А и 18В) накопления предназначены для обеспечения впрыскивания разделяющего средства.
Смотровое окно установлено в вентиляционном порте (15.1В), чтобы обеспечивать наблюдение за выполнением транспортировки и свойствами продукта в секции (16С) транспортировки.
Зона (20) замешивания и выпускная секция (22) скомбинированы в одну функциональную секцию. Зона секций накопления состоит и матричных дисков и сопла, формирующего ленту каучука, которая сформирована в виде каучуковых крошек на выпускной секции.
Пример 13
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 20 кг/ч, что соответствует 4,4 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 154°С, давление в разделительном баке (4) - на 626 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 153°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 626 гПа. Температура барреля экструдера составляет 81°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 6 гПа. Азот подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 0,85 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,89 мас.%
Гексан: 0,65 мас.%
Вода: 0,24 мас.%.
Пример 14
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 5 кг/ч, что соответствует 1,1 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 157°С, давление в разделительном баке (4) - на 633 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 633 гПа. Температура барреля экструдера составляет 81°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 6 гПа. Азот подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 3,41 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,72 мас.%
Гексан: 0,56 мас.%
Вода: 0,16 мас.%.
Пример 15
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 156°С, давление в разделительном баке (4) - на 318 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 318 гПа. Температура барреля экструдера составляет 81°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 12 гПа. Азот подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 1,70 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,80 мас.%
Гексан: 0,40 мас.%
Вода: 0,40 мас.%.
Пример 16
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 155°С, давление в разделительном баке (4) - на 475 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 475 гПа. Температура барреля экструдера составляет 100°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 11 гПа. Разделяющее средство в секцию (18В) накопления не подается. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,97 мас.%
Гексан: 0,58 мас.%
Вода: 0,39 мас.%.
Пример 17
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 155°С, давление в разделительном баке (4) - на 475 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 475 гПа. Температура барреля экструдера составляет 100°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 11 гПа. Воду подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 4,09 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,45 мас.%
Гексан: 0,31 мас.%
Вода: 0,14 мас.%
Пример 18
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 155°С, давление в разделительном баке (4) - на 475 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 475 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 11 гПа. Воду подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 4,09 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,22 мас.%
Гексан: 0,13 мас.%
Вода: 0,09 мас.%.
Пример 19
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 155°С, давление в разделительном баке (4) - на 475 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 156°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 475 гПа. Температура барреля экструдера составляет 160°С. Давление на втором и третьем вентиляционных портах (15А и 15В) снижено до 11 гПа. Воду подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 4,09 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте экструдера (15В) можно наблюдать, что каучук уже переходит в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) возникает лента каучука, которую затем режут на крошки или куски каучука. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,09 мас.%
Гексан: 0,04 мас.%
Вода: 0,05 мас.%.
Результаты примеров 13-19 сведены в таблицы 2а), б) и в).
Таблица 2а)
Блок концентрирования
Условия способа в блоках концентрации и повторного нагрева
Пример
Пропускная способность [кг/ч] жидкой среды F2
Пропускная способность* [кг/ч] продукта Р
Т [°С] при нагревателе 2*
Р [гПа] в баке 4 дегазации
Т [°С] при блоке 6* повторного нагрева
13
20
4,4
154
626
153
14
5
1,1
157
633
156
15
10
1,1
156
318
156
16
10
1,1
155
475
155
17
10
1,1
155
475
155
18
10
1,1
155
475
155
19
10
1,1
155
475
155
* температура, установленная для теплоносителя
Таблица 2б)
Блок экструдера
Условия способа в блоке экструдера
Пример
Р [гПа]на вентиляционном порте 13
Р [гПа]на вентиляционном порте 15А
Р [гПа] на вентиляционном порте 15В
Разделяющее средство в секции 18В
Количество [мас.%]*
13
626
6
6
азот
0,85
14
633
6
6
азот
3,41
15
318
12
12
азот
1,70
16
475
11
11
нет
-
17
475
11
11
вода
4,09
18
475
11
11
вода
4,09
19
475
11
11
вода
4,09
* мас.% по отношению к продукту на основе бромбутил каучука
Таблица 2в)
Результаты
Содержание летучих веществ в конечном продукте
Пример
Гексан [мас.%]
Вода [мас.%]
Все летучие вещества [мас.%]
13
0,65
0,24
0,89
14
0,56
0,16
0,72
15
0,40
0,40
0,80
16
0,58
0,39
0,97
17
0,31
0,14
0,45
18
0,13
0,09
0,22
19
0,04
0,05
0,09
* Отличие общей концентрации летучих веществ и содержания гексана
Примеры 20-23: Концентрирование и экструзия
Устройство
Устройство, используемое для этих примеров, аналогично показанному на фиг.6 и идентично описанному для примеров 13-19, за исключением того, что:
- блок экструдера содержит четвертую зону дегазации, содержащую четвертую секцию (16D) транспортировки, и четвертый вентиляционный порт (15С) снабжен паропроводом (15.1C), который присоединен к предыдущему паропроводу (15.1В).
- смотровое стекло для наблюдения за поведением продукта составляет часть вентиляционного порта (15С) вместо вентиляционного порта (15В).
- третья секция (18С) накопления состоит из месильных элементов и элемента обратной транспортировки, аналогично второй секции (18В) накопления, и также предназначена для обеспечения впрыскивания разделяющего средства.
- зона (20) окончательного замешивания содержит месильные и транспортирующие назад элементы.
- выпускная секция (22) просто содержит шнековые транспортирующие элементы и открытое выпускное отверстие.
Общая методика
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F2 установлена на 10 кг/ч, что соответствует 2,2 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 160°С, давление в разделительном баке (4) - на 450 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 160°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 450 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором, третьем и четвертом вентиляционных портах (15А, 15В и 15С) снижено до 6 гПа.
Типы и количества разделяющих средств, впрыскиваемых в секции (18В и 18С) накопления, различны, как можно видеть по табл.3б). Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают для каждого эксперимента, что концентрированная жидкая среда Н все еще продолжает оставаться свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло на последнем вентиляционном порте (15С) экструдера можно наблюдать, что каучук уже перешел в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) формируются крошки каучука размером примерно 2-6 мм. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Условия способа и результаты приведены в таблицах 3а), б) и в).
Таблица 3а)
Блок концентрирования
Условия способа в блоках концентрации и повторного нагрева
Пример
Пропускная способность [кг/ч] жидкой среды F2
Пропускная способность* [кг/ч] продукта P
Т [°С] при нагревателе 2*
Р [гПа] в баке 4 дегазации
Т [°С] при блоке 6* повторного нагрева
20-23
10
1,1
160
450
160
* температура, установленная для теплоносителя
Таблица 3б)
Блок экструдера
Условия способа в блоке экструдера
Пример
Р [гПа] на вентиляционном порте 13
Р [гПа]на вентиляционном порте 15А, 15В и 15С
Разделяющее средство в секции 18В
Количество [мас.%]*
Разделяющее средство в секции 18В
Количество[мас.%]*
20
450
6
нет
-
нет
-
21
450
6
азот
1,70
нет
-
22
450
6
нет
-
вода
2,73
23
450
6
азот
1,70
вода
2,73
* Температура барреля экструдера установлена на 130°С во всех примерах**мас.% по отношению к продукту на основе бромбутилкаучука
Таблица 3в)
Результаты
Содержание летучих веществ в конечном продукте
Пример
Гексан [мас.%]
Вода [мас.%]
Все летучие вещества [мас.%]
20
0,03
0,08
0,11
21
0,02
0,08
0,10
22
0,03
0,12
0,15
23
0,02
0,07
0,09
Примеры 24-27: Концентрирование и экструзия
Устройство
Устройство, используемое в этих примерах, идентично описанному в примерах 20-23.
Пример 24
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F1 установлена на 20 кг/ч, что соответствует 4,4 кг/ч конечного продукта на основе бромбутил каучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 139°С, давление в разделительном баке (4) - на 756 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 153°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 147 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором вентиляционном порте (15А) снижено до 270 гПа, давление на третьем и четвертом вентиляционных портах (15b и 15С) снижено до 40 гПа. Воду подают в каждую из секций (18В и 18С) накопления в качестве разделяющего средства при 1,36 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло у последнего вентиляционного порта (15С) экструдера можно наблюдать, что каучук уже перешел в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) формируются крошки каучука размером примерно 2-6 мм. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,200 мас.%
Гексан: 0,080 мас.%
Вода: 0,120 мас.%.
Пример 25
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F1 установлена на 20 кг/ч, что соответствует 4,4 кг/ч конечного продукта на основе бромбутил каучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 157°С, давление в разделительном баке (4) - на 869 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 147°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 869 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором вентиляционном порте (15А) снижено до 270 гПа, давление на третьем и четвертом вентиляционном порте (15b и 15С) снижено до 40 гПа. Воду подают в каждую из секций (18В и 18С) накопления в качестве разделяющего средства при 2,73 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутил каучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло у последнего вентиляционного порта (15С) экструдера можно наблюдать, что каучук уже перешел в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) формируются крошки каучука размером примерно 2-6 мм. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,260 мас.%
Гексан: 0,92 мас.%
Вода: 0,68 мас.%.
Пример 26
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F1 установлена на 20 кг/ч, что соответствует 4,4 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 157°С, давление в разделительном баке (4) - на 796 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 147°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 796 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором вентиляционном порте (15А) снижено до 140 гПа, давление на третьем и четвертом вентиляционном порте (15b и 15С) снижено до 40 гПа. Воду подают в каждую из секций (18В и 18С) накопления в качестве разделяющего средства при 1,29 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло у последнего вентиляционного порта (15С) экструдера можно наблюдать, что каучук уже перешел в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) формируются крошки каучука размером примерно 2-6 мм. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,180 мас.%
Гексан: 0,099 мас.%
Вода: 0,081 мас.%.
Пример 27
Жидкая среда F2, как указано выше, используется в качестве сырья (жидкая среда F). Пропускная способность жидкой среды F1 установлена на 20 кг/ч, что соответствует 4,4 кг/ч конечного продукта на основе бромбутилкаучука. Температура нагрева нагревателя (2) установлена на 157°С, давление в разделительном баке (4) - на 791 гПа. Температура теплоносителя блока (6) повторного нагрева установлена на 147°С, давление на заднем вентиляционном порте (13) составляет 791 гПа. Температура барреля экструдера составляет 130°С. Давление на втором вентиляционном порте (15А) снижено до 140 гПа, давление на третьем и четвертом вентиляционном порте (15b и 15С) снижено до 40 гПа. Азот подают в секцию (18В) накопления в качестве разделяющего средства при 0,89 мас.% по отношению к массе конечного продукта на основе бромбутилкаучука и воду подают во вторую секцию (18С) накопления при 1,29 мас.%. Через смотровое стекло в разделительном баке (4) наблюдают, чтобы концентрированная жидкая среда Н все еще оставалась свободно протекающей жидкой средой. Через смотровое стекло у последнего вентиляционного порта (15С) экструдера можно наблюдать, что каучук уже перешел в состояние крошек в экструдере. Крошки выглядят белыми и постоянно всасываются и размешиваются под действием валов шнеков. На выпускной секции (22) формируются крошки каучука размером примерно 2-6 мм. Конечный продукт (Р) на основе бромбутилкаучука, собираемый на выпускной секции, анализируют, чтобы определить концентрацию гексана и общую концентрацию летучих веществ.
Общая концентрация летучих веществ: 0,140 мас.%
Гексан: 0,055 мас.%
Вода: 0,085 мас.%.
Условия способа и результаты приведены в таблицах 4а), б) и в).
Таблица 4а)
Блоки концентрирования
Условия способа в блоках концентрации
Пример
Пропускная способность [кг/ч]
Т [°С] при нагревателе 2А**
Р [гПа] в баке 4А дегазации
Т [°С] при нагревателе 2В**
Р [гПа] в баке 4В дегазации
24
4,4
139
756
123
130
25
4,4
157
869
147
130
26
4,6
157
796
147
130
27
4,2
157
791
147
129
* рассчитано по продукту на основе бромбутилкаучука, покидающему блок экструдера** температура, установленная для теплоносителя
Таблица 4б)
Блок экструдера
Условия способа в блоке экструдера
Пример
Р [гПа] на вентиляционном порте 13
Р [гПа] на вентиляционном порте 15А
Р [гПа] на вентиляционном порте 15В
Разделяющее
Количество [мас.%]*
Разделяющее
Количество [мас.%]*
средство в секции 18В
средство в секции 18С
24
756
270
40
вода
вода
25
869
270
40
вода
2,73
вода
2,73
26
796
140
40
вода
1,29
вода
1,29
27
791
140
40
азот
0,89
вода
1,42
* Температура барреля экструдера установлена на 130°С во всех примерах** мас.% по отношению к массовому расходу каучука
Таблица 4в)
Результаты
Содержание летучих веществ в конечном продукте
Пример
Гексан [мас.%]
Вода [мас.%]
Все летучие вещества [мас.%]
24
0,08
0,12
0,20
25
0,09
0,17
0,26
26
0,10
0,08
0,18
27
0,06
0,08
0,14
Номера выносок, используемые в настоящем документе, приведены далее:
1 насос
2, 2А, 2В нагреватель
3 устройство регулировки давления
4, 4А, 4В бак дегазации
4.1, 4.1А, 4.1В паропровод
4.2, 4.2А, 4.2В насос
6 блок повторного нагрева
7 устройство регулировки давления
12 точка подачи
13 задний вентиляционный порт (выше по ходу потока)
13.1 паропровод
15, 15А, 15В, 15В, 15С вентиляционный порт (ниже по ходу потока)
15.1, 15.1А, 15.1В, 15.1С паропровод
16, 16А, 16В, 16В, 16С секция транспортировки (ниже по ходу потока)
18, 18А, 18В, 18В, 18С секция накопления
20 последняя секция накопления
22 выпускная секция
25 нагреватель
26, 26А, 26В разделительный бак
27, 27А, 27В водная фаза
28, 28А, 28В органическая фаза
30, 30А, 30В секция смешивания
32, 32А, 32В мешалка
34, 34А, 34В разделительная стенка
36, 36А, 36В рециркуляционный насос
38, 38А, 38В рециркуляционная линия
39, 39 А, 39В коагулятор
40 рециркуляционный насос
42 рециркуляционная линия
44 нагреватель
А необработанная жидкая среда А
С сточная вода
D водная фаза для повторного возврата в способ
Е свежая вода
F жидкая среда F
G нагретая жидкая среда Н
Н концентрированная жидкая среда Н
J предварительно концентрированная жидкая среда J
К повторно нагретая предварительно концентрированная жидкая среда К
L повторно нагретая концентрированная жидкая среда L
Р продукт