УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМНЫХ И БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАСТИК

Полезная модель предназначена для производства модифицированных битумных и битумно-полимерных мастик и может быть использовано совместно с существующими перемешивающими аппаратами и установками.
При приготовлении модифицированного битума или битумно-полимерных мастик большое значение имеет равномерное распределение по всему объему исходных компонентов - битума и модифицирующих добавок, а так же равномерный обогрев реакционной смеси. От этого зависит скорость протекания реакций модифицирования битума и качество полученной продукции (равномерность свойств по всему объему модифицированной битумной мастики).
Для получения реакционной смеси из битума и модифицирующих добавок применяются перемешивающие устройства. Известны различные способы перемешивания и перемешивающие устройства:
- Аппараты стальные эмалированные (реакторы), предназначены для проведения в агрессивных жидкостях различных химических процессов с подогревом или охлаждением и перемешиванием среды; и
- Резервуары с трубопроводами и запорной арматурой для перемешивания реакционной смеси с помощью насоса.
В реакторах для перемешивания реакционной смеси используют различные перемешивающие устройства-мешалки: лопастные, рамные, якорные, турбинные, ленточные, барабанные, дисковые, которые производят перемешивание реакционной смеси в горизонтальной плоскости. При перемешивании с помощью этих мешалок не всегда удается получить равномерное распределение модифицирующих добавок в битуме из-за разного удельного веса этих добавок. Добавки с большим удельным весом постепенно перемещаются в нижние слои битума, а с меньшим удельным весом в верхние. Поэтому готовая модифицированная битумная мастика не обладает равномерными свойствами по всему объему.
В резервуарах производится перемешивание путем многократного обмена объема реакционной смеси с нижней части резервуара в верхнюю часть, т.е. в вертикальной плоскости. Из-за наличия в резервуаре застойных зон, где обмен происходит менее интенсивно, при перемешивании с помощью насоса, так же не удается получить равномерное распределение модифицирующих добавок.
Известна установка для получения битумно-полимерных материалов (RU 2264251, опубл. 20.11.2005), содержащая аппарат с перемешивающим устройством с патрубком для подачи газовой фазы, наружный контур циркуляции, состоящий из линий раствора полимера и паров, при этом линия раствора полимера дополнительно снабжена аппаратом с перемешивающим устройством в виде лопастной мешалки, закрепленной на валу, выполненном полым и образующим канал для подвода газовой фазы.
Данная установка реализует способ перемешивания с помощью лопастной мешалки в реакторе с рубашкой для теплоносителя. Дополнительно применен подвод газовой фазы, за счет вала лопастной мешалки, выполненным полым и образующим канал для подвода газовой фазы. Газовая фаза подается для увеличения вязкости битумно-полимерных материалов. Эта установка имеет недостатки, которые имеют реактора с перемешивающим устройством: неравномерность распределения компонентов реакционной смеси, неравномерность свойств битумно-полимерного материала по объему реактора.
Известна установка для получения модифицированного битума (RU 2152474, опубл. 10.07.2000), содержащая дозирующие устройства, смесители и насосы для перекачки готового продукта, при этом каждый смеситель снабжен планетарным водилом, на одном конце которого размещена шнековая, на другом - рамная мешалки, а также дополнительным шестеренным насосом, соединенным со смесителем рециркуляционным трубопроводом.
Данная установка позволяет получать модифицированные битумы с хорошими свойствами по равномерности распределения компонентов битумной реакционной смеси, когда удельные веса смешиваемых компонентов отличаются от удельного веса битума на ±25%. При более значительной разнице удельных весов компонентов и битума распределение компонентов в битуме в вертикальной плоскости смесителя будет не равномерным. Так же трудно достичь равномерной температуры реакционной смеси по всему объему смесителя, поэтому химическая модификация битума в разных температурных слоях будет происходить не одинаково.
При промышленном производстве модифицированных битумных мастик используют резервуары и реакторы больших объемов, в которых производится перемешивание и подогрев реакционной смеси для проведения химических реакций модификации битума. Используя известные методы перемешивания и устройства, которые их осуществляют, не удается получить равномерной температуры реакционной смеси по всему объему, что приводит к неравномерным свойствам модифицированных битумных мастик.
Целью настоящей полезной модели является создание устройства, которое позволит осуществлять равномерное распределение температуры и модифицирующих компонентов в битумной реакционной смеси для сокращения времени приготовления модифицированных битумных и битумно-полимерных мастик и для получения более однородных свойств битумных мастик (по объему выработанной партии).
Данная задача решается с помощью применения разработанного устройства, в котором осуществляют:
- перемешивание модифицирующих добавок в битуме с помощью создания турбулентности потока реакционной смеси; и
- кратковременное повышенное тепловое воздействие на реакционную смесь.
Основным принципом работы устройства по настоящей полезной модели является образование турбулентности потока реакционной смеси за счет создания:
- смены направления движения потока реакционной смеси;
- градиента температуры по поперечному сечению потока реакционной смеси; и
- периодического изменения площади потока реакционной смеси по поперечному сечению.
Фиг.1 представляет собой вид сверху устройства согласно настоящей полезной модели.
Фиг.2 представляет собой вид спереди устройства согласно настоящей полезной модели.
Фиг.3, 4 и 5 представляют собой соответствующие разрезы и сечение, показанные на Фиг.1.
Фиг.6 представляет собой плоский электронагреватель.
Устройство для получения модифицированных битумных и битумно-полимерных мастик содержит теплоизолированный металлический корпус (1), в котором размещены изогнутая металлическая труба (2), которая переносит реакционную смесь для получения модифицированных битумных и битумно-полимерных мастик, теплоноситель (3) и устройство (4) нагрева упомянутого теплоносителя (3). При последовательной подачи компонентов в реакционную битумную смесь изогнутая труба (2) на каждом прямолинейном участке содержит по меньшей мере две вставки (5), при одновременной подачи компонентов - по меньшей мере три вставки (5), которые уменьшают ее поперечное сечение. На Фиг.1 показано 13 упомянутых мест со вставками (5). Обычно упомянутые вставки (5) выполняют в виде сегментов.
Устройство настоящей полезной модели имеет установленный сверху расширительный металлический бак (6), для приема теплоносителя в случае его теплового расширения из-за повышенной температуры. В качестве теплоносителя (3) может быть использовано масло И-40.
Устройство согласно настоящей полезной модели реализует новый принцип перемешивания при приготовлении модифицированных битумных мастик - создание турбулентности потока реакционной смеси, за счет которой производится интенсивное перемешивание.
Турбулентность потока создается сменой направления движения реакционной смеси по изогнутой трубе (2) и применением вставок (5), которые располагают как в разных местах упомянутой изогнутой трубы (2), так и в разных частях круга, получаемого в поперечном сечении в упомянутом месте (Фиг.3). Дополнительно турбулентность потока реакционной смеси возникает за счет создания градиента температуры по сечению изогнутой трубы (2): на внешней поверхности изогнутой трубы (2) теплоносителем поддерживают температура от 160°С до 180°С, при этом входящий поток битумной реакционной смеси имеет температуру 120°С-130°С. Во время прохождения потока реакционной смеси по устройству по настоящей полезной модели за счет упомянутой турбулентности происходит интенсивное равномерное перемешивание модифицирующих добавок и битума.
При проведении экспериментальных работ было выявлено, что оптимальное соотношение «цена-качество» для устройства «Активатор» достигается при применении изогнутой трубы (2) длиной в диапазоне от 20 м до 30 м с диаметром от 50 мм до 150 мм, которая имеет конфигурацию, показанную на Фиг.1.
Для сокращения времени получения модифицированных битумных мастик в устройстве по настоящей полезной модели производят импульсное (кратковременное) тепловое воздействие на реакционную смесь. За счет этого воздействия происходит активация химических реакций в реакционной смеси, т.к. повышение температуры является катализирующим действием для модифицирования битумов. Тепловое воздействие создают помещением изогнутой трубы (2) в теплоизолированный металлический корпус (1) с теплоносителем (3) (масло И-40), который подогревают с помощью устройства (4) нагрева. Температуру теплоносителя (3) поддерживают в диапазоне от 160°С до 180°С. Данный диапазон температур производит катализирующее действие на протекание химических реакций в битумной реакционной смеси и не производит деструкцию битума и входящих в него компонентов, используемых при модификации битумов и приготовлении битумно-полимерных мастик. Технически это достигается использованием термодатчиков, которые помещены в среду теплоносителя (3), и схемы управления подачи электроэнергии к устройству (4) нагрева. В качестве устройства (4) нагрева могут быть использованы плоские электронагреватели СКП-100-80/15 220 (СКП - сопротивления косвенные плоские), контактные выводы которых выполнены как резьбовые стержни под гайку М5 (Фиг.6).
Время прохождения реакционной смеси по устройству по настоящей полезной модели зависит от длины изогнутой трубы (2) и производительности насоса, прокачивающего реакционную смесь через него. Диапазон оптимальной скорости потока реакционной смеси для создания турбулентности лежит в пределах от 0,8 м/сек до 1,2 м/сек. При такой скорости потока время нахождения реакционной смеси в устройстве по настоящей полезной модели составляет от 15 секунд до 60 секунд. За это короткое время повышенного теплового воздействия на реакционную смесь не происходит деструкции битума и модифицирующих компонентов. Кратковременное тепловое воздействие производит катализирующее действие на протекание химических реакций модификации битума.