RU2263682C2 - Continuous process for production of halogenated elastomers and installation - Google Patents
Continuous process for production of halogenated elastomers and installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2263682C2 RU2263682C2 RU2003132060/04A RU2003132060A RU2263682C2 RU 2263682 C2 RU2263682 C2 RU 2263682C2 RU 2003132060/04 A RU2003132060/04 A RU 2003132060/04A RU 2003132060 A RU2003132060 A RU 2003132060A RU 2263682 C2 RU2263682 C2 RU 2263682C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastomer
- washing
- reactor
- halogenating agent
- solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения галогенированных эластомеров и к устройству для его осуществления, которое может быть использовано в нефтехимической промышленности. The present invention relates to a method for the continuous production of halogenated elastomers and to a device for its implementation, which can be used in the petrochemical industry.
Уровень техникиState of the art
Известен способ получения галоидированного бутилкаучука, в котором осуществляют гетерофазное галоидирование бутилкаучука газообразными галогенами в инертном по отношению к ним растворителе с последующей нейтрализацией реакционной смеси водными растворами гидроокисей или карбонатов щелочных металлов, промывку раствора галоидированного бутилкаучука водой, выделение его из раствора и сушку. При этом реакционную смесь разделяют на газовый и жидкостный потоки непосредственно после окончания процесса галоидирования, а затем проводят раздельную нейтрализацию потоков (А.С. № 1065428, кл. C 08 F 210/12, C 08 F 8/22, 07.01.1984).A known method for producing halogenated butyl rubber, in which heterophasic halogenation of butyl rubber is carried out with gaseous halogens in an inert solvent, followed by neutralization of the reaction mixture with aqueous solutions of alkali metal hydroxides or carbonates, washing the solution of halogenated butyl rubber with water, and isolating it from the solution and. In this case, the reaction mixture is separated into gas and liquid streams immediately after the halogenation process is completed, and then separate neutralization of the streams is carried out (AS No. 1065428, class C 08 F 210/12, C 08 F 8/22, 01/07/1984) .
Описанный способ касается преимущественно только одной стадии разделения реакционной смеси на газовую и жидкую среды в периодическом процессе получения галоидированного бутилкаучука.The described method relates mainly to only one stage of the separation of the reaction mixture into gas and liquid media in a batch process for the production of halogenated butyl rubber.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является непрерывный способ галогенирования эластомеров, в котором галогенирующий агент вводят в раствор ненасыщенного эластомера в органическом растворителе, галогенирующий агент смешивают с непрерывным потоком раствора эластомера при растворении галогенирующего агента и его взаимодействии с эластомером в этом непрерывном потоке. При этом непрерывный поток раствора эластомера поддерживается в турбулентном движении без явления инверсии течения в процессе протекания реакции между галогенирующим агентом и эластомером. (РСТ/ЕР 93/03552, кл. C 08 F 8/22, 10.12.93).The closest in technical essence and the achieved result is a continuous method of halogenation of elastomers, in which a halogenating agent is introduced into a solution of an unsaturated elastomer in an organic solvent, the halogenating agent is mixed with a continuous flow of an elastomer solution when the halogenating agent is dissolved and interacts with the elastomer in this continuous flow. In this case, the continuous flow of the elastomer solution is maintained in turbulent motion without the phenomenon of inversion of the flow during the reaction between the halogenating agent and the elastomer. (PCT / EP 93/03552, CL C 08 F 8/22, 12/10/93).
Описанный способ не обеспечивает получение эластомера необходимого качества из-за неравномерности распределения галогенирующего агента с инертным газом в растворе эластомера. Это обусловлено трудностью достижения турбулентного движения в реакторе-колонне при атмосферном давлении по всей высоте колонны даже при наличии статических или динамических средств.The described method does not provide the elastomer of the required quality due to the uneven distribution of the halogenating agent with an inert gas in the elastomer solution. This is due to the difficulty of achieving turbulent motion in the reactor column at atmospheric pressure over the entire height of the column, even in the presence of static or dynamic means.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для галогенирования эластомеров, содержащее реакторы галогенирования, нейтрализации и промывки. (РСТ/ЕР 93/03552, кл. C 08 F 8/22, 10.12.93).The closest in technical essence and the achieved result is a device for halogenation of elastomers containing halogenation, neutralization and washing reactors. (PCT / EP 93/03552, CL C 08 F 8/22, 12/10/93).
Однако в известном устройстве при избыточном количестве газовой смеси и относительно вязком растворе эластомера осуществляется недостаточно быстрое и равномерное смешение указанных компонентов, так как газ или газовая смесь при прохождении статических средств, выполненных в виде редких препятствий, таких как кольца Рашига, стремятся перемещаться по пути с наименьшим сопротивлением. Учитывая большую подвижность газа в вязкой жидкой среде, он будет образовывать коридоры движения и тем самым ухудшать эффективность галогенирования эластомера.However, in the known device, with an excessive amount of the gas mixture and a relatively viscous solution of the elastomer, the above components are not quickly and uniformly mixed, since the gas or gas mixture when passing static means made in the form of rare obstacles, such as Raschig rings, tend to move along the path with least resistance. Given the greater mobility of the gas in a viscous liquid medium, it will form corridors of movement and thereby degrade the halogenation efficiency of the elastomer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих непрерывное галогенирование эластомеров для получения однородного высококачественного продукта.The objective of the invention is to develop a method and device that provides continuous halogenation of elastomers to obtain a uniform high-quality product.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является осуществление галогенирования, нейтрализации и промывки в реакторе, снабженном статическими и динамическими средствами, обеспечивающими турбулентное движение с явлением инверсии.An additional objective of the present invention is the implementation of halogenation, neutralization and washing in a reactor equipped with static and dynamic means, providing turbulent movement with the inversion phenomenon.
Поставленная задача решается посредством способа непрерывного получения галогенированного эластомера, включающего подачу галогенирующего агента в непрерывный поток раствора эластомера, которые смешиваются и взаимодействуют с получением галогенированного эластомера, нейтрализацию галогенированного эластомера посредством нейтрализующей среды и, по меньшей мере, одну его промывку посредством промывочной среды, причем галогенирование, нейтрализацию и промывку осуществляют в реакторе, снабженном статическими и динамическими средствами, обеспечивающими турбулентное движение с явлением инверсии и с последовательным отводом избытка галогенирующего агента и отстоя промывочной и нейтрализующей сред из галогенированного эластомера.The problem is solved by a method of continuously producing a halogenated elastomer, comprising feeding a halogenating agent into a continuous flow of an elastomer solution, which are mixed and interacting to produce a halogenated elastomer, neutralizing the halogenated elastomer by means of a neutralizing medium, and at least one washing thereof by means of a washing medium, wherein halogenation , neutralization and washing are carried out in a reactor equipped with static and dynamic means you, providing turbulent movement with the phenomenon of inversion and with the sequential removal of excess halogenating agent and sludge washing and neutralizing media from a halogenated elastomer.
При этом в качестве эластомера используют бутиловый, изопреновый, бутадиеновый, бутадиенстирольный каучук, тройной сополимер этилена и пропилена.In this case, butyl, isoprene, butadiene, styrene butadiene rubber, a triple copolymer of ethylene and propylene are used as an elastomer.
Подачу галогенирующего агента, промывочной и нейтрализующей сред осуществляют прямотоком, причем в качестве галогенирующего агента используют хлор, бром, йод, соединения, которые выделяют хлор, бром, йод и/или их смеси.The supply of a halogenating agent, washing and neutralizing media is carried out in direct flow, and chlorine, bromine, iodine, compounds that liberate chlorine, bromine, iodine and / or mixtures thereof are used as a halogenating agent.
Галогенирующий агент вводят в раствор эластомера в таком количестве, что в галогенированном эластомере его содержится не менее 0,7 мас.%. При этом хлор перед подачей в раствор эластомера разбавляют инертным газом, например азотом, в отношении 1:0,8-12, а бром и йод или их смеси перед подачей в раствор эластомера предварительно разбавляют в органическом растворителе, используемом для растворения эластомера.The halogenating agent is introduced into the elastomer solution in such an amount that at least 0.7 wt.% Is contained in the halogenated elastomer. In this case, chlorine is diluted with an inert gas, for example nitrogen, in a ratio of 1: 0.8-12 before being fed into the elastomer solution, and the bromine and iodine or their mixtures are preliminarily diluted in the organic solvent used to dissolve the elastomer before being fed into the elastomer solution.
Предпочтительно в непрерывном потоке раствора эластомера поддерживают температуру не ниже 8°С в процессе галогенирования, промывки и нейтрализации.Preferably, in a continuous flow of the elastomer solution, a temperature of at least 8 ° C. is maintained during halogenation, washing and neutralization.
Заявляемый способ осуществляют в устройстве для непрерывного получения галогенированного эластомера, включающем реакторы галогенирования, промывки и нейтрализации, при этом каждый из реакторов снабжен статическими и динамическими средствами обеспечения турбулентности с явлением инверсии, причем после каждого реактора установлена емкость для отвода избытка галогенирующего агента и отстоя промывочной и нейтрализующей сред из галогенированного эластомера.The inventive method is carried out in a device for the continuous production of a halogenated elastomer, including halogenation, washing and neutralization reactors, each of which is equipped with static and dynamic means of ensuring turbulence with the inversion phenomenon, and after each reactor, a tank is installed to remove excess halogenating agent and washout sludge and neutralizing media from a halogenated elastomer.
Статические средства турбулентности включают, по меньшей мере, три секции, каждая из которых состоит из конфузора, выполненного в виде сужающегося усеченного конуса, диффузора, выполненного в виде расширяющегося усеченного конуса, и цилиндрической части, последовательно и соосно соединенных между собой, при этом статические средства размещены внутри корпуса реактора.Static means of turbulence include at least three sections, each of which consists of a confuser made in the form of a tapering truncated cone, a diffuser made in the form of an expanding truncated cone, and a cylindrical part connected in series and coaxially with each other, while static means placed inside the reactor vessel.
Указанные секции могут быть жестко связаны между собой, образуя корпус реактора.These sections can be rigidly interconnected, forming a reactor vessel.
Предпочтительно, чтобы угол наклона усеченных конусов конфузора и диффузора составлял не менее 10° и не более 80°, высота каждой секции составляла 1,5-4 диаметра цилиндрической части, а диаметр соединительной части конфузора и диффузора был в 1,25-2,7 раза меньше диаметра цилиндрической части.Preferably, the angle of inclination of the truncated cones of the confuser and the diffuser is at least 10 ° and not more than 80 °, the height of each section is 1.5-4 times the diameter of the cylindrical part, and the diameter of the connecting part of the confuser and the diffuser is 1.25-2.7 times less than the diameter of the cylindrical part.
Статические средства могут быть выполнены из пористого тела с порозностью 0,10-0,85, которые выполнены, по меньшей мере, из одного слоя сферических, эллиптических, цилиндрических тел, сетки, тканого или нетканого материалов или их комбинации.Static means can be made of a porous body with a porosity of 0.10-0.85, which are made of at least one layer of spherical, elliptical, cylindrical bodies, mesh, woven or non-woven materials, or combinations thereof.
Динамические средства могут представлять собой заслонку, размещенную внутри корпуса реактора, перекрывающую не более 0,85 его поперечного сечения, при этом заслонка выполнена с возможностью вращения относительно оси корпуса реактора.The dynamic means may be a shutter placed inside the reactor vessel, overlapping no more than 0.85 of its cross section, while the shutter is made to rotate relative to the axis of the reactor vessel.
Динамические средства могут представлять собой лопасти, расположенные несимметрично относительно друг друга с возможностью вращения внутри корпуса реактора.The dynamic means may be blades located asymmetrically relative to each other with the possibility of rotation inside the reactor vessel.
Динамические средства могут быть выполнены в штуцере для ввода или отвода галогенирующего агента, промывочной и нейтрализующей сред.Dynamic means can be performed in a fitting for introducing or discharging a halogenating agent, washing and neutralizing media.
Интенсификацию смешения взаимодействующих компонентов осуществляют посредством создания турбулентного потока. Турбулентный поток характеризуется числом Рейнольдса Re от 2500 и выше и обеспечивает образование вихрей различного масштаба (макро- и микромасштабная турбулентность - макро- и микровихри), в результате чего осуществляют быстрое и полное смешение однородных жидкостей или в случае разнородных жидкостей или жидкости и газа - образование тонкой эмульсии. Чем выше турбулентность, тем выше интенсивность смешения и больше площадь межфазной поверхности в эмульсии. При этом резко сокращается время на смешение взаимодействующих сред. Турбулентность потока возникает при преодолении локального сопротивления движению потока при достижении определенных скоростей движения. Возникающие макро- и микровихри в условиях отсутствия сопротивления превращаются в микровихри и затем в ламинарный поток. Это обусловлено диссипацией турбулентной энергии за счет потерь на трение и вихреобразование в потоке.The intensification of the mixing of interacting components is carried out by creating a turbulent flow. The turbulent flow is characterized by a Reynolds number Re of 2500 and higher and provides the formation of vortices of various scales (macro- and micro-scale turbulence - macro- and microvortices), resulting in a quick and complete mixing of homogeneous liquids or, in the case of heterogeneous liquids or liquid and gas, the formation fine emulsion. The higher the turbulence, the higher the mixing intensity and the greater the surface area in the emulsion. At the same time, the time for mixing interacting media is sharply reduced. Turbulence of the flow occurs when overcoming local resistance to the movement of the flow when certain speeds are reached. The resulting macro- and microvortices in the absence of resistance turn into microvortices and then into a laminar flow. This is due to the dissipation of turbulent energy due to friction and vortex loss in the flow.
В случае наличия непрерывных локальных сопротивлений, турбулентное движение осуществляется без явления инверсии, т.е. непрерывно с одинаковыми показателями уровня турбулентности.In the case of continuous local resistances, turbulent motion occurs without the inversion phenomenon, i.e. continuously with the same level of turbulence.
Турбулентное движение с явлением инверсии достигается двумя путями. Первый - путем создания на пути потока прерывистого локального сопротивления, при котором возникающие макро- и микровихри в результате потерь на трение и вихреобразование превращаются в микровихри и затухают, а затем вновь возникают при преодолении очередного локального сопротивления и т.д. Второй - путем наложения пульсации на турбулентный поток. В этом случае турбулентность будет генерироваться за счет изменения скорости или расхода, обеспечивая турбулентное движение с явлением инверсии.Turbulent motion with the inversion phenomenon is achieved in two ways. The first is by creating an intermittent local resistance in the flow path, in which the resulting macro and micro vortices as a result of friction and vortex loss turn into micro vortices and die out, and then reappear when overcoming another local resistance, etc. The second is by applying pulsations to the turbulent flow. In this case, turbulence will be generated by changing the speed or flow rate, providing turbulent motion with the inversion phenomenon.
Турбулентное движение с явлением инверсии может быть получено при движении через статические средства турбулентности, например, конфузор-диффузорные секции или пористые тела. При последовательном расположении конфузор-диффузорных секций возникающие при движении потока с достаточной скоростью макро- и микровихри образуют турбулентность, которая постепенно гасится и вновь возникает на последующем средстве турбулентности.Turbulent motion with the inversion phenomenon can be obtained by moving through static turbulence means, for example, confuser-diffuser sections or porous bodies. When the confuser-diffuser sections are arranged in series, the macro- and micro-vortices arising from the flow at a sufficient speed form turbulence, which gradually damps and reappears on the subsequent turbulence medium.
Одновременно использование динамических средств турбулентности, например, в виде заслонки или лопастей с несимметричным расположением на валу, выполненных с возможностью вращения, создают условия наложения пульсации скорости или расхода на турбулентное движение. Это обеспечивает повышение частоты инверсионных явлений и повышает интенсивность процесса смешения и взаимодействия смешиваемых компонентов, учитывая вязкость раствора эластомера.At the same time, the use of dynamic means of turbulence, for example, in the form of shutters or blades with an asymmetric arrangement on the shaft, made with rotation, creates the conditions for imposing a pulsation of speed or flow on turbulent motion. This provides an increase in the frequency of inversion phenomena and increases the intensity of the process of mixing and interaction of the mixed components, taking into account the viscosity of the elastomer solution.
В качестве эластомеров можно использовать соединения, имеющие двойную связь в основной цепи мономерного остатка. Поэтому круг используемых эластомеров достаточно широк, к ним могут относиться: изопреновый, бутиловый, бутадиеновый, бутадиен-стирольный, тройной сополимер этилена и пропилена. Другие эластомеры в силу различия в молекулярной массе, межмолекулярного взаимодействия и других показателей могут иметь высокие значения по вязкости и другим свойствам, что снижает сухой остаток эластомера в растворе и создает другие технологические трудности.As elastomers, compounds having a double bond in the main chain of the monomer residue can be used. Therefore, the range of elastomers used is quite wide, they may include: isoprene, butyl, butadiene, butadiene-styrene, triple copolymer of ethylene and propylene. Other elastomers due to differences in molecular weight, intermolecular interaction and other indicators can have high values in viscosity and other properties, which reduces the dry residue of the elastomer in solution and creates other technological difficulties.
Галогенирующие агенты в газообразном и жидком состоянии или их смеси вводятся в раствор эластомера в количестве, достаточном для присоединения к двойной связи эластомера, обеспечивающей содержание в нем галогена не менее 0,7 мас.%. Время галогенирования в вышеуказанных условиях составляет несколько десятков секунд.Halogenating agents in a gaseous and liquid state or mixtures thereof are introduced into the elastomer solution in an amount sufficient to attach to the double bond of the elastomer, providing a halogen content of at least 0.7 wt.%. The halogenation time under the above conditions is several tens of seconds.
Наблюдается некоторое различие протекания процесса галогенирования в газожидкостной смеси и в растворе.There is some difference in the course of the halogenation process in the gas-liquid mixture and in solution.
Особенностью галогенирования раствора эластомера газообразным хлором связано с использованием большого объема инертной газообразной среды, например азота в отношении 1:0,8-12.The peculiarity of the halogenation of an elastomer solution with gaseous chlorine is associated with the use of a large volume of an inert gaseous medium, for example nitrogen, in a ratio of 1: 0.8-12.
Учитывая, что объем газообразной среды, участвующий в процессе, может значительно превосходить объем раствора эластомера, пористые тела в реакторе галогенирования должны иметь необходимую порозность для исключения проскока газообразной среды через реактор.Given that the volume of the gaseous medium involved in the process can significantly exceed the volume of the elastomer solution, the porous bodies in the halogenation reactor must have the necessary porosity to prevent the gaseous medium from passing through the reactor.
Взаимодействие галогена и раствора эластомера во многом зависит от фазового состояния галогена. В случае газообразного фазового состояния необходимо быстро создать тонкую газожидкостную эмульсию и поддерживать и интенсивно перемешивать ее по всей высоте реактора галогенирования. При этом интенсивное перемешивание тонкой эмульсии обеспечивает поддержание развитой межфазной поверхности эмульсии и интенсивную химическую реакцию присоединения хлора.The interaction of halogen and an elastomer solution largely depends on the phase state of the halogen. In the case of a gaseous phase state, it is necessary to quickly create a thin gas-liquid emulsion and maintain and intensively mix it over the entire height of the halogenation reactor. In this case, intensive mixing of the thin emulsion ensures the maintenance of the developed interfacial surface of the emulsion and an intensive chemical reaction of chlorine addition.
В случае использования галогена, его смеси или его соединения в виде раствора интенсификация химической реакции присоединения галогена к эластомеру обусловлена интенсивностью смешения в турбулентном потоке. Учитывая достаточную вязкость раствора эластомера, стабильная турбулентность потока по высоте реактора достигается при наложении на поток пульсации по расходу или скорости, т.е. обеспечение турбулентного движения с явлением инверсии.In the case of using halogen, its mixture or its compound in the form of a solution, the intensification of the chemical reaction of the addition of halogen to an elastomer is due to the intensity of mixing in a turbulent flow. Given the sufficient viscosity of the elastomer solution, stable flow turbulence along the height of the reactor is achieved when pulsations are applied to the flow in terms of flow rate or velocity, i.e. providing turbulent motion with the inversion phenomenon.
Последующие операции основной и дополнительной промывок, нейтрализации и стабилизации галогенированного эластомера проводят также при турбулентном движении потока с явлением инверсии.Subsequent operations of primary and secondary washing, neutralization and stabilization of the halogenated elastomer are also carried out with turbulent flow movement with the inversion phenomenon.
Галогенированный эластомер подвергают основной промывке посредством подачи промывочной среды (воды) прямотоком в поток галогенированного эластомера. Такую промывку осуществляют для растворения в промывочной среде солевых и других примесей.The halogenated elastomer is subjected to basic washing by supplying a washing medium (water) in a direct flow to the halogenated elastomer stream. Such washing is carried out to dissolve salt and other impurities in the washing medium.
Учитывая разную природу жидкостей и их несовместимость, для обеспечения интенсивного и быстрого растворения содержащихся в растворе галогенированного эластомера солевых и других примесей необходимо создать турбулентный поток. При этом с учетом достаточной вязкости раствора галогенированного эластомера на турбулентный поток, создаваемый статическими средствами турбулентности, накладываются пульсации, создаваемые динамическими средствами турбулентности.Given the different nature of the liquids and their incompatibility, it is necessary to create a turbulent flow to ensure intensive and quick dissolution of the salt and other impurities contained in the halogenated elastomer solution. Moreover, taking into account the sufficient viscosity of the halogenated elastomer solution, the pulsations created by the dynamic turbulence means are superimposed on the turbulent flow created by static turbulence means.
Динамические средства турбулентности представляют собой лопасти с их несимметричным расположением на валу, выполненном с возможностью вращения. Тем самым создаются условия турбулентного движения смешиваемого потока с явлением инверсии. В результате нарушается сплошность потока и быстро образуется тонкая эмульсия, на межфазной поверхности которой происходит массообменный процесс. Интенсивность массообменного процесса во многом определяется площадью межфазной поверхности и ее обновлением при прохождении по высоте реактора.Dynamic means of turbulence are blades with their asymmetric arrangement on the shaft, made with the possibility of rotation. This creates the conditions for turbulent motion of the mixed flow with the inversion phenomenon. As a result, the continuity of the flow is violated and a thin emulsion is rapidly formed, on the interfacial surface of which a mass transfer process occurs. The intensity of the mass transfer process is largely determined by the area of the interfacial surface and its updating when passing along the height of the reactor.
Статические средства турбулентности представляют собой конфузор-диффузорную секцию. Конфузор представляет собой сужающийся усеченный конус, а диффузор - расширяющийся усеченный конус, которые соединены вместе по наименьшему диаметру. К диффузору по наибольшему диаметру присоединена цилиндрическая часть. Соединение этих элементов представляет собой конфузор-диффузорную секцию. Ее длина составляет 1,5-4,0 диаметра цилиндрической части.Static means of turbulence are a confuser-diffuser section. The confuser is a narrowing truncated cone, and the diffuser is an expanding truncated cone, which are connected together by the smallest diameter. The cylindrical part is connected to the diffuser by the largest diameter. The connection of these elements is a confuser-diffuser section. Its length is 1.5-4.0 diameters of the cylindrical part.
Выбор длины секции обусловлен тем, что образовавшиеся в результате сжатия и расширения макро- и микровихри в результате диссипации энергии турбулентности претерпевают инверсию уменьшаются и затухают, но не до конца, а сохраняют турбулентность до воздействия следующей конфузор-диффузорной секции.The choice of the section length is due to the fact that the macro- and microvortices formed as a result of compression and expansion as a result of dissipation of turbulence energy undergo an inversion, decrease and decay, but not to the end, but retain turbulence until the next confuser-diffuser section acts.
Диаметр конфузора и диффузора в месте соединения в 1,25-2,7 раза меньше диаметра цилиндрической части. Такой выбор размеров связан с тем, что небольшое различие в диаметрах обеспечивает незначительные перепады сопротивления и слабую турбулентность потока, а большое различие в диаметрах, хотя и обеспечивает сильную турбулентность потока, но создает значительные сопротивления движению, а отсюда технологические сложности.The diameter of the confuser and the diffuser at the junction is 1.25-2.7 times smaller than the diameter of the cylindrical part. Such a choice of sizes is due to the fact that a small difference in diameters provides insignificant differences in resistance and weak flow turbulence, and a large difference in diameters, although it provides strong flow turbulence, creates significant resistance to movement, and hence technological difficulties.
Угол наклона сужающегося конфузора и расширяющегося диффузора относительно оси секции в реакторе составляет 10-80°. Угол наклона также связан с условиями турбулентности потока. Небольшой угол, меньше 10°, не обеспечивает турбулентности потока, а больший угол, больше 80°, создает застойные зоны, отрицательно влияющие на турбулентность потока.The angle of inclination of the converging confuser and the expanding diffuser relative to the axis of the section in the reactor is 10-80 °. The angle of inclination is also associated with flow turbulence conditions. A small angle, less than 10 °, does not provide flow turbulence, and a larger angle, more than 80 °, creates stagnant zones that adversely affect flow turbulence.
Количество секций в корпусе реактора должно быть, по меньшей мере, три. Выбор такого количества секций обусловлен природой смешиваемых сред, условиями их взаимодействия между собой. Для некоторых стадий, например введения стабилизатора, достаточно трех секций, а для других стадий, например галогенирования, необходимо иметь большее число секций, при этом секции должны быть распределены по всей высоте реактора.The number of sections in the reactor vessel must be at least three. The choice of such a number of sections is determined by the nature of the mixed media and the conditions of their interaction with each other. For some stages, for example the introduction of a stabilizer, three sections are sufficient, and for other stages, for example halogenation, it is necessary to have a larger number of sections, while the sections must be distributed along the entire height of the reactor.
Конфузор-диффузорные секции могут быть установлены в корпусе реактора последовательно, причем оси секций совпадают с осью корпуса реактора. Конфузор-диффузорные секции могут быть жестко связаны между собой, образуя корпус реактора.The confuser-diffuser sections can be installed in series in the reactor vessel, the axis of the sections coinciding with the axis of the reactor vessel. The confuser-diffuser sections can be rigidly interconnected, forming a reactor vessel.
Достижение турбулентности потока возможно посредством размещения внутри корпуса реактора пористого тела с порозностью 0,10-0,85. Это обусловлено тем, что пористое тело можно рассматривать как множество локальных сопротивлений движению потока, где на локальном сопротивлении осуществляется образование макро- и микровихрей, которые при перемещении к следующему затухают - инверсируют - и вновь образуются и т.д. Размещение пористого тела внутри корпуса реактора может быть любое: сплошное, периодическое, локальное.Achieving flow turbulence is possible by placing a porous body with a porosity of 0.10-0.85 inside the reactor vessel. This is due to the fact that the porous body can be considered as a set of local resistances to the flow motion, where macro- and microvortices are formed at the local resistance, which, when moving to the next, decay - invert - and form again, etc. The placement of the porous body inside the reactor vessel can be any: continuous, periodic, local.
Пористое тело может быть выполнено из разных материалов, например, сферических, эллиптических, цилиндрических полых и сплошных тел, сетки, решетки, тканого и нетканого материалов и их комбинации. Колебание порозности (соотношение свободной и общей площади сечения) может составлять 0,10-0,85, обеспечивая таким образом турбулентность движения потока с явлением инверсии.The porous body can be made of various materials, for example, spherical, elliptical, cylindrical hollow and solid bodies, mesh, lattice, woven and non-woven materials, and combinations thereof. Fluctuation of porosity (the ratio of free and total cross-sectional area) can be 0.10-0.85, thus providing turbulence in the flow with the inversion phenomenon.
Каждый реактор снабжен не только статическими средствами турбулентности, но и динамическими средствами турбулентности. Использование динамических средств турбулентности связано с тем, что вязкость раствора эластомера и полученного галогенированного эластомера, а также создание непрерывного потока по высоте реактора - задача чрезвычайно трудная в условиях производства. Решить ее можно посредством наложения на поток пульсации по скорости или расходу. В этом случае задача достижения турбулентного движения с явлением инверсии упрощается.Each reactor is equipped not only with static means of turbulence, but also with dynamic means of turbulence. The use of dynamic means of turbulence is due to the fact that the viscosity of the elastomer solution and the obtained halogenated elastomer, as well as the creation of a continuous flow along the height of the reactor, are an extremely difficult task in production conditions. It can be solved by applying pulsation to the flow in terms of speed or flow. In this case, the task of achieving turbulent motion with the inversion phenomenon is simplified.
Для этого внутри корпуса реактора установлена заслонка, которая при вращении на валу перекрывает не более 0,85 его поперечного сечения. Таким образом создается пульсация по расходу. Возможно использование других динамических средств турбулентности, которые представляют собой лопасти, расположенные несимметрично относительно друг друга. При вращении вала лопасти создают пульсацию по скорости, которая накладывается на турбулентный поток, и обеспечивают явление инверсии.For this, a shutter is installed inside the reactor vessel, which, when rotated on the shaft, blocks no more than 0.85 of its cross section. Thus, ripple in flow rate is created. It is possible to use other dynamic means of turbulence, which are blades located asymmetrically relative to each other. When the shaft rotates, the blades create a ripple in speed, which is superimposed on the turbulent flow, and provide the inversion phenomenon.
Следует отметить, что в некоторых случаях технологически неудобно или невозможно устанавливать динамические средства турбулентности, например заслонки, лопастные мешалки и другие средства, внутри корпуса реактора. В таких случаях их можно разместить в штуцерах ввода или отвода галогенирующего агента, промывочной и нейтрализующей сред. It should be noted that in some cases it is technologically inconvenient or impossible to install dynamic turbulence means, for example, dampers, paddle mixers and other means, inside the reactor vessel. In such cases, they can be placed in the inlet or outlet of a halogenating agent, flushing and neutralizing media.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на Фиг.1 показано устройство для непрерывного получения галогенированного эластомера;figure 1 shows a device for the continuous production of halogenated elastomer;
на Фиг.2 показаны статические средства турбулентности;figure 2 shows the static means of turbulence;
на Фиг.3 показан корпус реактора, выполненный из жестко связанных соосных частей;figure 3 shows the reactor vessel made of rigidly connected coaxial parts;
на Фиг.4 показана часть реактора, снабженного статическими средствами;figure 4 shows a part of a reactor equipped with static means;
на Фиг.5 показана часть корпуса реактора с динамическими средствами.5 shows a part of a reactor vessel with dynamic means.
Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment
На Фиг.1 изображено устройство для непрерывного получения галогенированного эластомера. Оно включает реактор 1 галогенирования, емкость 2 для отвода избытка галогенирующего агента из галогенированного эластомера, насос 3 для подачи раствора галогенированного эластомера, реактор 4 основной промывки, емкость 5 для отвода отстоя промывочной среды, реактор 6 нейтрализации, емкость 7 для отвода отстоя нейтрализующей среды, реактор 8 дополнительной промывки, емкость 9 для отвода воды и реактор 10 стабилизации.Figure 1 shows a device for the continuous production of halogenated elastomer. It includes a halogenation reactor 1, a container 2 for removing excess halogenating agent from a halogenated elastomer, a pump 3 for supplying a halogenated elastomer solution, a main washing reactor 4, a tank 5 for removing the sludge of the washing medium, a neutralization reactor 6, a tank 7 for removing the sludge of the neutralizing medium, an additional washing reactor 8, a tank 9 for draining water and a stabilization reactor 10.
Каждый реактор снабжен статическими и динамическими средствами турбулентности одновременно. Статические средства турбулентности конфузор-диффузорного типа показаны на Фиг.2. Корпус 11 реактора имеет фланец 12. Внутри корпуса 11 выполнены цилиндрическая часть 13, конфузор 14 и диффузор 15. Элементы конструкции 13-15 вместе составляют конфузор-диффузорную секцию. Количество секций внутри корпуса 11 реактора должно быть не менее трех.Each reactor is equipped with static and dynamic means of turbulence at the same time. Static means of turbulence confuser-diffuser type shown in figure 2. The
На Фиг.3 показан корпус 11 реактора, который выполнен из соосных и жестко связанных цилиндрической части 13, конфузора 14 и диффузора 15 и представляет собой трубу переменного диаметра. Угол наклона усеченного конуса конфузора α, а угол наклона усеченного конуса диффузора β. Длина конфузор-диффузорнои секции L, длина цилиндрической части секции lц, длина конфузора и диффузора lк и lд соответственно. Dц - диаметр внутренней поверхности цилиндрической части секции, a dк - диаметр в месте соединения конфузора и диффузора.Figure 3 shows the
На Фиг.4 показана часть корпуса реактора, снабженного одновременно двумя типами статических средств турбулентности - конфузор-диффузорнои секцией (цилиндрическая часть 13, конфузор 14 и диффузор 15) и пористыми телами 16 и 17. Пористые тела 16 и 17 отличаются порозностью. Порозность - объемная доля пор в теле, равная отношению объема пор к общему объему тела.Figure 4 shows a part of the reactor vessel, equipped simultaneously with two types of static means of turbulence - confuser-diffuser section (
В цилиндрической части одной из конфузор-диффузорных секций выполнена на валу 18 заслонка 19, которая представляет собой динамические средства турбулентности. Заслонка выполнена с возможностью вращения, периодически частично перекрывая площадь поперечного сечения корпуса реактора.In the cylindrical part of one of the confuser-diffuser sections, a
На Фиг.5 показана часть корпуса 11 реактора, в котором в цилиндрической части 13 конфузор-диффузорнои секции выполнен вал 20, на котором установлены несимметрично лопасти 21. Лопасти 21 выполнены с возможностью вращения на валу.Figure 5 shows a part of the
Подачу и перемешивание взаимодействующих компонентов осуществляют или в самом реакторе, или до реактора в патрубках подачи. Отвод смеси компонентов производят через один отводной патрубок, расположенный по существу вдоль оси корпуса реактора.The supply and mixing of the interacting components is carried out either in the reactor itself or to the reactor in the supply pipes. The mixture of components is removed through a single branch pipe located essentially along the axis of the reactor vessel.
Емкости 5, 7 и 9 для отвода отстоя промывочной и нейтрализующей сред представляют собой сосуды, объем каждого из которых превышает объемную часовую производительность устройства. Материалы реакторов, емкостей, насосов и соединительных трубопроводов выбираются из условия их антикоррозионной стойкости в применяемых средах. Три реактора 1, 4 и 6 или часть их корпуса и емкость 5 для отвода избытка нейтрализующей среды могут иметь теплообменные рубашки.Tanks 5, 7 and 9 for the removal of sludge from washing and neutralizing media are vessels, the volume of each of which exceeds the volumetric hourly capacity of the device. The materials of reactors, tanks, pumps and connecting pipelines are selected from the condition of their anticorrosion resistance in the media used. Three reactors 1, 4 and 6, or part of their body and a tank 5 for removing excess neutralizing medium may have heat-exchange shirts.
Установка работает следующим образом. Эластомер в углеводородном растворителе и галогенирующий агент в газообразном или жидком виде подают в реактор 1 галогенирования под избыточным давлением. В результате движения газожидкостной смеси или смешиваемых жидкостей внутри корпуса реактора 1 под непрерывным одновременным действием статических и динамических средств турбулентности поток приобретает турбулентность с явлением инверсии. В результате образования макро- и микровихрей и их периодического спада и нарастания (турбулентность с явлением инверсии) обеспечивают присоединение галогена, равномерно распределенного по всему объему раствора эластомера в условиях непрерывного интенсивного перемешивания. Процесс присоединения осуществляют преимущественно в кинетической области в течение нескольких десятков секунд. Температура реакционной смеси поддерживается не ниже 8°С.Installation works as follows. An elastomer in a hydrocarbon solvent and a halogenating agent in gaseous or liquid form are fed to the halogenation reactor 1 under excess pressure. As a result of the movement of a gas-liquid mixture or mixed liquids inside the reactor vessel 1 under continuous simultaneous action of static and dynamic means of turbulence, the flow acquires turbulence with the inversion phenomenon. As a result of the formation of macro- and microvortices and their periodic decline and growth (turbulence with the inversion phenomenon), halogen is added, uniformly distributed throughout the volume of the elastomer solution under conditions of continuous intensive mixing. The joining process is carried out mainly in the kinetic region for several tens of seconds. The temperature of the reaction mixture is maintained not lower than 8 ° C.
Образовавшийся галогенированный эластомер, степень галогенирования которого зависит от количества подаваемого галогенирующего агента на единицу массы эластомера, подается в емкость 2 для отвода избытка галогенирующего агента в жидком или газообразном виде в зависимости от типа галогена.The resulting halogenated elastomer, the degree of halogenation of which depends on the amount of halogenating agent supplied per unit mass of elastomer, is fed into a container 2 to remove excess halogenating agent in liquid or gaseous form depending on the type of halogen.
Раствор образовавшегося галогенированного эластомера посредством насоса 3 подают в реактор 4 основной промывки, в который одновременно подают воду. В этом реакторе 4 под действием статических и динамических средств турбулентности подаваемый раствор галогенированного эластомера и промывочная вода приобретают турбулентное движение потока с явлением инверсии. Возникает нарушение сплошности среды и образуется тонкая водно-органическая эмульсия с постоянно обновляющейся межфазной поверхностью. В результате этого из раствора галогенированного эластомера удаляются в воду соли металлов и другие примеси.The solution of the halogenated elastomer formed is pumped to the main washing reactor 4 by means of a pump 3, into which water is simultaneously supplied. In this reactor 4, under the influence of static and dynamic means of turbulence, the supplied halogenated elastomer solution and the wash water acquire a turbulent flow with the inversion phenomenon. There is a violation of the continuity of the medium and a thin water-organic emulsion is formed with a constantly updated interfacial surface. As a result of this, metal salts and other impurities are removed from the halogenated elastomer solution.
Эмульсия подается в емкость 5 для отстаивания и разделения на органическую и водную среды. Водную среду, имеющую рН меньше 6, отводят в химзагрязненную канализацию. Промытый раствор галогенированного эластомера посредством насоса 3 подается в реактор 6 нейтрализации. В реактор 6 подается нейтрализующий 0,1-0,7% водный раствор щелочей, например натриевой или калиевой.The emulsion is fed into a container 5 for sedimentation and separation into organic and aqueous media. An aqueous medium having a pH of less than 6 is diverted to a chemically contaminated sewer. The washed halogenated elastomer solution is pumped to neutralization reactor 6 through pump 3. A neutralizing 0.1-0.7% aqueous solution of alkalis, for example sodium or potassium, is fed into reactor 6.
Поток галогенированного эластомера и нейтрализующей среды приобретает в реакторе турбулентное движение с явлением инверсии. В результате образуется тонкая водно-органическая эмульсия с постоянно обновляющейся межфазной поверхностью. Учитывая интенсивность перемешивания взаимодействующих сред, процесс нейтрализации осуществляется сравнительно быстро. Отношение объема раствора на нейтрализацию к объему раствора галогенированного эластомера составляет примерно 1:1. Затем эмульсия подается в емкость 7 для отвода нейтрализующей среды, в которой она разделяется на отдельные среды и отстаивается, а промывочная среда отводится в химзагрязненную канализацию.The flow of halogenated elastomer and neutralizing medium acquires turbulent motion in the reactor with the inversion phenomenon. The result is a thin aqueous-organic emulsion with a constantly updated interfacial surface. Given the intensity of mixing of the interacting media, the neutralization process is carried out relatively quickly. The ratio of the neutralization solution volume to the halogenated elastomer solution volume is about 1: 1. Then the emulsion is fed into the tank 7 to drain the neutralizing medium, in which it is divided into separate media and settles, and the washing medium is discharged into a chemically contaminated sewer.
Нейтрализованный раствор галогенированного эластомера из емкости 7 посредством насоса 3 подают в реактор 8 для дополнительной промывки водой. Промывку осуществляют в условиях турбулентного движения потока с явлением инверсии, которая обеспечивает образование тонкой водно-органической эмульсии, а также быстрой и полной промывки галогенированного эластомера. Эмульсию подают в емкость 9 для отвода воды, где она разрушается, отстаивается и разделяется на водную и органическую среды. Вода из емкости 9 после предварительной очистки может подаваться для основной промывки в реактор 4 или в канализацию.The neutralized solution of the halogenated elastomer from the tank 7 is fed through the pump 3 to the reactor 8 for additional washing with water. The washing is carried out under turbulent flow conditions with the inversion phenomenon, which ensures the formation of a thin water-organic emulsion, as well as a quick and complete washing of the halogenated elastomer. The emulsion is fed into a container 9 for draining water, where it is destroyed, sedimented and separated into aqueous and organic media. Water from the tank 9 after pre-treatment can be supplied for main washing in the reactor 4 or in the sewer.
Окончательно промытый раствор галогенированного эластомера из емкости 9 посредством насоса 3 подается в реактор 10, в который вводят раствор стабилизатора. Растворитель стабилизатора является аналогичным растворителю эластомера. Взаимодействующие потоки в условиях турбулентного движения с явлением инверсии быстро смешиваются по объему, обеспечивая равномерное распределение стабилизатора в растворе галогенированного эластомера. Из реактора 10 раствор стабилизированного галогенированного эластомера подается на дальнейшую обработку: крошкообразование, дегазацию и брикетирование.The finally washed solution of the halogenated elastomer from the tank 9 through the pump 3 is fed into the reactor 10, into which the stabilizer solution is introduced. The stabilizer solvent is similar to the elastomer solvent. The interacting flows under turbulent motion with the inversion phenomenon quickly mix in volume, providing a uniform distribution of the stabilizer in the halogenated elastomer solution. From the reactor 10, the stabilized halogenated elastomer solution is supplied for further processing: crumb formation, degassing and briquetting.
Способ непрерывного получения галогенированного эластомера осуществляют в устройстве для непрерывного получения галогенированного эластомера.A method of continuously producing a halogenated elastomer is carried out in a device for continuously producing a halogenated elastomer.
Пример 1Example 1
В реактор диаметром 50 мм, футерованный изнутри фторопластом толщиной 1,5 мм, и высотой 3000 мм подают снизу 13% раствор бутилкаучука марки БК 2080, с вязкостью по Муни (125°С) 54-58, непредельностью (количество двойных связей) 1,9-2,2 мол.%, в нефрасе (растворителе) ТУ 38.1011228-90, под давлением 0,16 МПа. Подача раствора БК в количестве 400 л/час (сухой остаток 34,3 кг/час) при температуре 30°С осуществляется шестеренчатым насосом Ш-8-25 (ГОСТ 12222-66). Газообразный хлор (ГОСТ 6718-86) в смеси с обезвоженным азотом (ГОСТ 9293-74) в отношении 1-5,5 через боковой штуцер в нижней части трубчатого реактора подается через решетку. Подача хлор-азотной смеси (ХАС) осуществляется посредством регулятора с давлением на выходе 0,23 МПа при объемном расходе 1680 л/час ХАС (хлора - 280 л/час, азота - 1400 л/час), что составляет мольное соотношение хлора к двойной связи, равной 1,2.A 13% solution of butyl rubber grade BK 2080, with a Mooney viscosity (125 ° C) of 54-58, unsaturation (the number of double bonds) 1, is fed into the reactor with a diameter of 50 mm, lined internally with 1.5 mm thick fluoroplastic and 3000 mm high. 9-2.2 mol%, in nefras (solvent) TU 38.1011228-90, under a pressure of 0.16 MPa. The supply of BC solution in an amount of 400 l / h (dry residue 34.3 kg / h) at a temperature of 30 ° C is carried out by a gear pump Ш-8-25 (GOST 12222-66). Chlorine gas (GOST 6718-86) in a mixture with dehydrated nitrogen (GOST 9293-74) in the ratio of 1-5.5 through the side fitting in the lower part of the tubular reactor is fed through a grate. The supply of chlorine-nitrogen mixture (HAC) is carried out by means of a regulator with an outlet pressure of 0.23 MPa at a volume flow of 1680 l / hr of HAC (chlorine - 280 l / hr, nitrogen - 1400 l / hr), which is the molar ratio of chlorine to double connection equal to 1.2.
Внутри корпуса реактора над решеткой размещена перепутанная металлическая стружка из металла - хостелой, коррозионностойкого в данной среде, высотой 30 мм с порозностью 0,5. Сверху стружка накрыта сеткой, имеющей диаметр проволоки с покрытием 0,4 мм и квадратной ячейкой с шагом 3 мм. Выше сетки на высоте корпуса реактора закреплены конфузор-диффузорные секции, имеющие следующие размеры: цилиндрическая часть с внутренним диаметром 41 мм и высотой 120 мм, конфузор-диффузор с минимальным диаметром 22 мм и углом наклона образующих усеченных конусов 45°. Количество секций 15. Цилиндрическая часть шестой секции имеет 2 сквозных отверстия, расположенных по диаметру и совпадающих с отверстиями в корпусе реактора и защитном покрытии, через которые внутри корпуса закреплены заслонка и вал. Заслонка с валом и подшипники с уплотнениями имеют антикоррозионную защиту. Уплотнения обеспечивают герметичность корпуса реактора. Заслонка выполнена с электромеханическим приводом. Число оборотов заслонки составляет 10 об/мин. Заслонка обеспечивает наибольшее перекрытие поперечного сечения реактора 0,8 по внутреннему диаметру цилиндрической обечайки конфузор-диффузионной секции.Inside the reactor vessel above the grate there is an entangled metal chip made of metal - a hostel, corrosion resistant in this medium, 30 mm high with a porosity of 0.5. On top of the chip is covered with a mesh having a wire diameter of 0.4 mm coated and a square cell in increments of 3 mm. Above the grid, at the height of the reactor vessel, confuser-diffuser sections are fixed having the following dimensions: a cylindrical part with an inner diameter of 41 mm and a height of 120 mm, a confuser-diffuser with a minimum diameter of 22 mm and an angle of inclination of the generatrix of the truncated cones 45 °. The number of sections is 15. The cylindrical part of the sixth section has 2 through holes located in diameter and coinciding with the holes in the reactor vessel and the protective coating, through which a shutter and a shaft are fixed inside the vessel. The damper with the shaft and bearings with seals have anti-corrosion protection. Seals ensure tightness of the reactor vessel. The damper is made with an electromechanical actuator. The shutter speed is 10 rpm. The damper provides the greatest overlap of the cross section of the reactor 0.8 along the inner diameter of the cylindrical shell of the confuser-diffusion section.
Анализ газожидкостной смеси, взятой через пробоотборник при выходе из трубчатого реактора, свидетельствует о том, что выходящая смесь имеет молочно-белый цвет, указывающий на образование тонкой эмульсии.An analysis of the gas-liquid mixture taken through the sampler upon exiting the tubular reactor indicates that the effluent mixture has a milky white color, indicating the formation of a thin emulsion.
Выходящая из трубчатого реактора эмульсия поступает в емкость для отвода избытка галогенирующего агента объемом 6,3 м, в которой газожидкостная эмульсия разрушается, а газообразные непрореагировавший хлор и инертный азот отводят через систему нейтрализации хлора.The emulsion leaving the tubular reactor enters a 6.3 m tank to remove excess halogenating agent, in which the gas-liquid emulsion is destroyed and gaseous unreacted chlorine and inert nitrogen are removed through a chlorine neutralization system.
Раствор хлорированного бутилкаучука, имеющего рН 2-3, из емкости для отвода посредством насоса (плунжерного) HD-1000×16 подают в реактор, аналогичный вышеописанному реактору. Диаметр реактора 50 мм, высота 1500 мм. Внутри реактора выполнена антикоррозионная защита. Реактор снабжен пористым телом высотой 120 мм из металлической стружки и сетки с антикоррозионной защитой, порозность которого составляет 0,15. Далее установлено 10 конфузор-диффузорных секций. На входе в корпус реактора между входным патрубком корпуса и патрубком для отвода галогенированного эластомера и промывочной воды установлена заслонка, выполненная с возможностью герметизации и вращения на валу. Число оборотов заслонки 10 об/мин. Соответственно при перемещении галогенированного бутилкаучука и промывочной воды в реакторе возникает турбулентное движение потока с явлением инверсии, под действием которой среды смешиваются, и образуется водно-органическая эмульсия. Эмульсия после реактора поступает в емкость для отвода промывочной среды объемом 6,3 м, в которой она разрушается и отстаивается. Промывочная среда, содержащая соли металлов и примеси, с рН 4 удаляется в химзагрязненную канализацию.A solution of chlorinated butyl rubber, having a pH of 2-3, from the tank for removal through the pump (plunger) HD-1000 × 16 is fed into a reactor similar to the above reactor. The diameter of the reactor is 50 mm, the height is 1500 mm. Inside the reactor, corrosion protection was performed. The reactor is equipped with a porous body 120 mm high of metal shavings and mesh with corrosion protection, the porosity of which is 0.15. Next, 10 confuser-diffuser sections are installed. At the inlet of the reactor vessel between the inlet pipe of the vessel and the pipe for removing the halogenated elastomer and flushing water, a damper is installed, which is made with the possibility of sealing and rotation on the shaft. The shutter speed is 10 rpm. Accordingly, during the movement of halogenated butyl rubber and washing water in the reactor, a turbulent flow occurs with the inversion phenomenon, under the influence of which the media are mixed, and an aqueous-organic emulsion is formed. The emulsion after the reactor enters the tank for removal of the washing medium with a volume of 6.3 m, in which it is destroyed and settles. A flushing medium containing metal salts and impurities with pH 4 is removed into a chemically contaminated sewer.
Раствор галогенированного эластомера посредством насоса HD-1000×16 вновь подается в реактор, аналогичный вышеописанному, в который вводится нейтрализующий 0,4% водный раствор щелочи NaOH. Отношение объема подаваемого нейтрализующего раствора к объему галогенированного бутилкаучука составляет 1:1, а температура составляет 30-35°С.The halogenated elastomer solution is again fed to the reactor using the HD-1000 × 16 pump, similar to that described above, into which a neutralizing 0.4% aqueous alkali solution of NaOH is introduced. The ratio of the volume of the supplied neutralizing solution to the volume of halogenated butyl rubber is 1: 1, and the temperature is 30-35 ° C.
Образовавшаяся смесь в виде водно-органической эмульсии подается из реактора в емкость для отвода отстоя нейтрализующей среды объемом 6,3 м, в которой эмульсия разрушается и разделяется. Отслоившаяся вода с рН 10-11 отводится в химзагрязненную канализацию, а нейтрализованный раствор галогенированного бутилкаучука с рН 7-8 посредством насоса Ш-8-25 подается в трубчатый реактор, выполненный из нержавеющей стали. Особенностью этого реактора является то, что элементы конфузор-диффузорных секций, соосно и жестко связанные между собой, являются составными частями корпуса. Внутренний диаметр цилиндрической части 50 мм, высота 130 мм. Наименьший диаметр конфузор-диффузорной секции 22 мм, угол наклона образующей конфузора и диффузора составляет 55°. Количество конфузор-диффузорных секций 8. Между входным патрубком корпуса и патрубком отвода раствора галогенированного эластомера и промывочной среды для дополнительной промывки установлены на валу лопасти с несимметричным расположением относительно друг друга. Система подшипников скольжения и герметизации обеспечивает герметичность узла. Число оборотов вала с лопастями 80 об/мин. Количество лопастей 3, расположенных по диаметру вала под углом 90° друг относительно друга. Четвертая лопасть отсутствует. Образовавшаяся при дополнительной промывке водно-органическая смесь поступает в емкость для отвода промывочной среды объемом 6,3 м3, в которой эмульсия разрушается, а промывочная среда и раствор галогенированного эластомера разделяются. Промывочная среда собирается и после обработки подается на основную промывку, а раствор галогенированного эластомера посредством насоса Ш-8-25 подается в реактор из нержавеющей стали, аналогичный трубчатому реактору, используемому на предыдущей стадии дополнительной промывки, снабженный несимметричными лопастями, в который по специальному патрубку вводят 10% раствор стабилизатора Иргонокс 1010 (фирма Ciba) в нефрасе (ТУ 38.1011228-90) в объеме 1 л/час посредством дозировочного насоса HD 2,5 10/100 (ОСТ 26-06-2003-77). Таким образом, при создании необходимых условий для перемещения смешиваемых потоков достигается равномерное распределение стабилизатора в объеме галогенированного бутилкаучука.The resulting mixture in the form of a water-organic emulsion is fed from the reactor to a container for removal of sludge from a neutralizing medium of 6.3 m in volume, in which the emulsion is destroyed and separated. The exfoliated water with a pH of 10-11 is discharged into a chemically contaminated sewage system, and the neutralized solution of halogenated butyl rubber with a pH of 7-8 is pumped to a tubular reactor made of stainless steel by means of a Sh-8-25 pump. A feature of this reactor is that the elements of the confuser-diffuser sections, coaxially and rigidly interconnected, are components of the body. The inner diameter of the cylindrical part is 50 mm, the height is 130 mm. The smallest diameter of the confuser-diffuser section is 22 mm, the angle of inclination of the generatrix of the confuser and diffuser is 55 °. The number of confuser-diffuser sections 8. Between the inlet of the housing and the outlet of the solution of the halogenated elastomer solution and the washing medium for additional washing, the blades are mounted on the shaft of the blade with an asymmetric arrangement relative to each other. The sliding bearing and sealing system ensures tightness of the assembly. The number of revolutions of the shaft with blades 80 rpm The number of blades 3 located along the diameter of the shaft at an angle of 90 ° relative to each other. The fourth blade is missing. The aqueous-organic mixture formed during the additional washing enters the 6.3 m 3 capacity for draining the washing medium, in which the emulsion is destroyed, and the washing medium and the halogenated elastomer solution are separated. The washing medium is collected and after treatment it is supplied to the main washing, and the halogenated elastomer solution is pumped by means of the Ш-8-25 pump to a stainless steel reactor similar to the tubular reactor used in the previous stage of the additional washing, equipped with asymmetrical blades, into which a special nozzle is introduced A 10% solution of the stabilizer Irgonox 1010 (Ciba) in nephras (TU 38.1011228-90) in a volume of 1 l / h using a metering pump HD 2.5 10/100 (OST 26-06-2003-77). Thus, when creating the necessary conditions for the movement of mixed flows, a uniform distribution of the stabilizer is achieved in the volume of halogenated butyl rubber.
Стабилизированный раствор галогенированного бутилкаучука подается на дальнейшую обработку. Характеристики полученного бутилкаучука представлены в таблице, опыт 1.A stabilized solution of halogenated butyl rubber is fed for further processing. The characteristics of the obtained butyl rubber are presented in the table, experiment 1.
Пример 2Example 2
Условия приведены в примере 1. В качестве галогенирующего агента используется бром (ГОСТ 454-76) в растворе нефраса (ТУ 38.1011228-90) из расчета 4,8 мас.%, брома на эластомер, т.е. на 400 л/час раствора бутилкаучука приходится 22 л/час раствора брома. Свойства полученного бромбутилкаучука приведены в таблице, опыт 2.The conditions are given in Example 1. As a halogenating agent, bromine (GOST 454-76) in nephras solution (TU 38.1011228-90) is used at the rate of 4.8 wt.%, Bromine per elastomer, i.e. per 400 l / h of butyl rubber solution accounts for 22 l / h of bromine solution. The properties of the obtained bromobutyl rubber are shown in the table, experiment 2.
Пример 3Example 3
Условия приведены в примере 1. В качестве галогенирующего агента используется газообразный хлор (ГОСТ 6718-86), предварительно растворенный в нефрасе (ТУ 38.1011228-90) из расчета 12 мас.%, хлора на эластомер, т.е. на 400 л/час раствора бутилкаучука приходится 10,6 л/час раствора хлора. Свойства полученного хлорбутилкаучука приведены в таблице, опыт 3.The conditions are given in Example 1. As a halogenating agent, chlorine gas (GOST 6718-86), previously dissolved in nefras (TU 38.1011228-90) at the rate of 12 wt.%, Chlorine per elastomer, i.e. per 400 l / h of butyl rubber solution accounts for 10.6 l / h of chlorine solution. The properties of the obtained chlorobutyl rubber are shown in the table, experiment 3.
Пример 4Example 4
Условия приведены в примере 1. Вместо бутилкаучука используют 10% раствор тройного этилен-пропиленового каучука с соотношением этилен/пропилен 68/32, с содержанием дициклопентадиена 5,8 мас.%, вязкостью по Муни (125°С) - 48 по ТУ 2294-022-05766801-94. Хлор-азотная смесь в отношении 1-4,5 подается в количестве из расчета 3% масс, хлора на полимер. Свойства хлорированного каучука приведены в таблице, опыт 4.The conditions are given in Example 1. Instead of butyl rubber, a 10% solution of triple ethylene-propylene rubber with an ethylene / propylene ratio of 68/32, with a dicyclopentadiene content of 5.8 wt.%, A Mooney viscosity (125 ° C) of 48, according to TU 2294-, is used. 022-05766801-94. The chlorine-nitrogen mixture in the ratio of 1-4.5 is supplied in an amount based on 3% of the mass of chlorine per polymer. The properties of chlorinated rubber are shown in the table, experiment 4.
Пример 5Example 5
Условия приведены в примере 1. В качестве галогенирующего агента используют гидрохлорид натрия (ГОСТ 11086-76) в виде 10% водного раствора. Количество водного раствора составляет 10,3 л/час (1,03 кг/час гипохлорида). В реакторе-хлораторе в условиях турбулентного движения с инверсией потока образуется водно-органическая эмульсия, при этом хлор выделяется в атомарном виде и взаимодействует с эластомером (бутилкаучуком) с образованием хлорбутилкаучука. Свойства хлорбутилкаучука приведены в таблице, опыт 5.The conditions are shown in Example 1. Sodium hydrochloride (GOST 11086-76) in the form of a 10% aqueous solution is used as a halogenating agent. The amount of an aqueous solution is 10.3 l / h (1.03 kg / h of hypochloride). A water-organic emulsion is formed in a chlorine reactor under turbulent motion with flow inversion, while chlorine is released in atomic form and interacts with an elastomer (butyl rubber) to form chlorobutyl rubber. The properties of chlorobutyl rubber are shown in the table, experiment 5.
Пример 6Example 6
Условия приведены в примере 1. В качестве галогенирующего агента используют хлор:бром:нефрас в соотношении 1-1,8-3,5 соответственно. Свойства полученного хлорбромбутилкаучука приведены в таблице, опыт 6.The conditions are shown in example 1. As a halogenating agent, chlorine: bromine: nephras is used in a ratio of 1-1.8-3.5, respectively. The properties of the obtained chlorobromobutyl rubber are shown in the table, experiment 6.
Пример 7Example 7
Технологическая схема выполнена вокруг реактора объемом 1,5 м3 с перемешивающим устройством, имеющим число оборотов 122 об/мин. В реактор заливается 400 л 13% раствора бутилкаучука (параметры технологического процесса, дозировка и материалы аналогичны примеру 1) и подается смесь хлора:азота в отношении 1-2, при этом при перемешивании в течение 6 часов проводят хлорирование. Затем продувают реактор азотом и осуществляют основную промывку водой. Время операции 30-40 мин, после этого перемешивающее устройство останавливают, вода отслаивается и отводится. В галогенированный бутилкаучук вводят нейтрализующий раствор и вновь перемешивают в течение 30-40 мин. Затем перемешивание останавливается, нейтрализующий раствор отслаивается и отводится из реактора. При перемешивании вновь подают воду для дополнительной промывки. Время промывки 30-40 мин. Далее вновь происходит отслаивание воды и ее отвод. В промытый раствор галогенированного бутилкаучука вводят раствор стабилизатора и осуществляют перемешивание в течение 20-30 мин. Стабилизированный продукт подают на дальнейшую обработку. Результаты показателей полученного хлорбутилкаучука приведены в таблице, опыт 7 (партия 1) и 8 (партия 2).The technological scheme is made around a reactor with a volume of 1.5 m 3 with a mixing device having a speed of 122 rpm. 400 l of a 13% solution of butyl rubber are poured into the reactor (process parameters, dosage and materials are similar to Example 1) and a mixture of chlorine: nitrogen is fed in a ratio of 1-2, while chlorination is carried out for 6 hours with stirring. Then the reactor is purged with nitrogen and the main washing is carried out with water. The operation time is 30-40 minutes, after which the mixing device is stopped, the water exfoliates and is discharged. A neutralizing solution is introduced into the halogenated butyl rubber and mixed again for 30-40 minutes. Then the mixing is stopped, the neutralizing solution exfoliates and is discharged from the reactor. With stirring, water is again supplied for additional washing. Flushing time 30-40 minutes. Then again, peeling of water and its removal takes place. A stabilizer solution is introduced into the washed solution of halogenated butyl rubber and mixing is carried out for 20-30 minutes. The stabilized product is fed for further processing. The results of the indicators obtained chlorobutyl rubber are shown in the table, experiment 7 (batch 1) and 8 (batch 2).
Пример 8Example 8
Условия приведены в примере 1. Операцию хлорирования бутилкаучука осуществляют в реакторе диаметром 50 мм и высотой 3000 мм, футерованном изнутри фторопластом толщиной 1,5 мм.The conditions are given in Example 1. The butyl rubber chlorination operation is carried out in a reactor with a diameter of 50 mm and a height of 3000 mm, lined with 1.5 mm thick fluoroplastic inside.
Внутри реактора над решеткой установлены кольца Рашига с наружным диаметром 20 мм, внутренним диаметром 15 мм и высотой 20 мм. Высота насыпного слоя 100 мм, ориентировочно 4-5 рядов. Операции основной промывки, нейтрализации, дополнительной промывки и стабилизации хлорированного бутилкаучука осуществляют, как в примере 7.Inside the reactor above the grate, Rashig rings with an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 15 mm and a height of 20 mm are installed. The height of the bulk layer is 100 mm, approximately 4-5 rows. The operation of the main washing, neutralization, additional washing and stabilization of chlorinated butyl rubber is carried out, as in example 7.
Анализ пробы смеси визуально указывает на наличие газовых включений в объеме раствора хлорбутилкаучука (отсутствие эмульсии) (опыт 9).Analysis of the sample mixture visually indicates the presence of gas inclusions in the volume of the solution of chlorobutyl rubber (lack of emulsion) (experiment 9).
При заполнении кольцами Рашига 2/3 высоты реактора (опыт 10) проба, взятая после реактора, показывает только на отдельные газовые включения в объеме раствора хлорбутилкаучука (отсутствие эмульсии). Результаты показателей полученного хлорбутилкаучука приведены в таблице, опыты 9 и 10.When filling Rashig rings with 2/3 of the reactor height (experiment 10), the sample taken after the reactor shows only individual gas inclusions in the volume of the chlorobutyl rubber solution (lack of emulsion). The results of the indicators obtained chlorobutyl rubber are shown in the table, experiments 9 and 10.
Анализ технологических свойств и свойств полученного галогенированного эластомера показывает, что способ непрерывного получения галогенированного эластомера в условиях турбулентности с явлением инверсии является более стабильным, о чем указывает разброс по содержанию галогена в эластомере, легкость его получения во времени и стабильность содержания галогена в эластомере, незначительные падения молекулярной массы при достаточном содержании галогена в эластомере. Все это достигается благодаря созданию режима турбулентного движения взаимодействующих потоков с явлением инверсии.An analysis of the technological properties and the properties of the obtained halogenated elastomer shows that the method for continuously producing a halogenated elastomer under turbulence with the inversion phenomenon is more stable, as indicated by the spread in the halogen content in the elastomer, the ease of its production over time and the stability of the halogen content in the elastomer, slight drops molecular weight with a sufficient halogen content in the elastomer. All this is achieved by creating a regime of turbulent motion of interacting flows with the inversion phenomenon.
Смена вида галогена (опыт 1 и 2), его агрегатного состояния (опыт 2-4), их смеси (опыт 6), использование веществ, выделяющих галоген (гипохлорид, опыт 5) по существу не влияют на полученный результат. Процесс является стабильным во времени и из стандартизованных показателей свойств галогенированного каучука будет возможным только при большом сбое подачи взаимодействующих сред.Changing the type of halogen (experiment 1 and 2), its state of aggregation (experiment 2-4), their mixtures (experiment 6), the use of halogen-releasing substances (hypochloride, experiment 5) do not substantially affect the result. The process is stable in time and from standardized indicators of the properties of halogenated rubber will be possible only if there is a large failure in the supply of interacting media.
Опыты 7 и 8, выполненные по классической технологии, показывают длительность способа получения галогенированного эластомера, опасность протекания деструкционных процессов в эластомере под влиянием неравномерного распределения галогена по его объему, недостаточность галогенирования эластомера и т.д. Разные опыты 7 и 8 (партии 1 и 2) имеют значительный разброс показателей по свойствам галогенированного эластомера.Experiments 7 and 8, performed according to classical technology, show the duration of the method for producing a halogenated elastomer, the risk of destruction processes in the elastomer under the influence of an uneven distribution of halogen over its volume, insufficient halogenation of the elastomer, etc. Different experiments 7 and 8 (parties 1 and 2) have a significant scatter in the properties of the halogenated elastomer.
В опытах 9 и 10 галогенирование осуществляется, как в прототипе, в условиях турбулентного движения без явления инверсии. Эксперименты показали, что создание турбулентности посредством статических или динамических средств турбулентности в колонне, например, одного слоя колец Рашига, не обеспечивают турбулентность движения по высоте колонны. В случае установки колец Рашига на 2/3 высоты колонны (опыт 10) создается большое сопротивление движению взаимодействующих сред, и в этом случае сложно обеспечить турбулентное движение без явления инверсии. В этом случае турбулентность быстро исчезает по высоте колонны ввиду сопротивления движению, а поток приобретает ламинарное движение. Это подтверждается внешним видом смеси газа и хлорированного эластомера, газ находится в виде отдельных крупных пузырьков в растворе хлорбутилкаучука, т.е. образование газожидкостной эмульсии на выходе из колонны не наблюдается, несмотря на то что имеет место операция хлорирования. Обращается внимание на тот факт, что в опыте 10 степень хлорирования ниже, чем в опыте 9. Можно предположить, что поток в опыте 10 является более ламинированным, чем в опыте 9.In experiments 9 and 10, halogenation is carried out, as in the prototype, in the conditions of turbulent motion without the phenomenon of inversion. The experiments showed that the creation of turbulence by means of static or dynamic means of turbulence in the column, for example, one layer of Raschig rings, does not provide turbulence of movement along the height of the column. If Rashig rings are installed at 2/3 of the column height (experiment 10), a great resistance is created to the movement of the interacting media, and in this case it is difficult to ensure turbulent motion without the inversion phenomenon. In this case, turbulence quickly disappears along the height of the column due to resistance to movement, and the flow acquires a laminar motion. This is confirmed by the appearance of a mixture of gas and chlorinated elastomer, the gas is in the form of separate large bubbles in a solution of chlorobutyl rubber, i.e. the formation of a gas-liquid emulsion at the outlet of the column is not observed, despite the fact that there is a chlorination operation. Attention is drawn to the fact that in experiment 10, the degree of chlorination is lower than in experiment 9. It can be assumed that the flow in experiment 10 is more laminated than in experiment 9.
Таким образом, получение галогенированного эластомера непрерывным способом в условиях турбулентного движения с явлением инверсии открывает новые возможности интенсификации всех стадий способа. Создаются предпосылки создания многотоннажного производства по энерго- и ресурсосберегающей технологии.Thus, the production of a halogenated elastomer in a continuous manner under turbulent motion with the inversion phenomenon opens up new possibilities for intensifying all stages of the process. Prerequisites are being created for the creation of large-tonnage production using energy and resource-saving technologies.
Это обусловлено интенсификацией всех стадий способа, например галогенирование завершается за несколько десятков секунд вместо нескольких часов, использованием малогабаритного компактного и дешевого оборудования, интенсификацией трубчатых реакторов.This is due to the intensification of all stages of the method, for example, halogenation is completed in several tens of seconds instead of several hours, using small-sized compact and cheap equipment, intensification of tubular reactors.
Строительно-монтажные работы являются малоемкими и не требуют значительных капитальных вложений. Construction and installation works are small and do not require significant capital investments.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение может быть использовано в производстве резинотехнических изделий, клеев, красок, антикоррозионных покрытий, применяемых в авиации, машиностроении, медицине, в быту и т.д.The present invention can be used in the manufacture of rubber products, adhesives, paints, anti-corrosion coatings used in aviation, engineering, medicine, in everyday life, etc.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132060/04A RU2263682C2 (en) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | Continuous process for production of halogenated elastomers and installation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132060/04A RU2263682C2 (en) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | Continuous process for production of halogenated elastomers and installation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003132060A RU2003132060A (en) | 2005-01-10 |
| RU2263682C2 true RU2263682C2 (en) | 2005-11-10 |
Family
ID=34881965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003132060/04A RU2263682C2 (en) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | Continuous process for production of halogenated elastomers and installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2263682C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497832C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-11-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг" | Method of producing bromobutyl rubber |
| RU2586976C2 (en) * | 2010-01-20 | 2016-06-10 | Ланксесс Интернасьональ Са | Method of producing high-molecular weight halogenated rubber using common solvent |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641273C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-01-16 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) | Method for chemical modification of elastomers in solution of chlorine-containing hydrocarbon |
-
2001
- 2001-04-02 RU RU2003132060/04A patent/RU2263682C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2586976C2 (en) * | 2010-01-20 | 2016-06-10 | Ланксесс Интернасьональ Са | Method of producing high-molecular weight halogenated rubber using common solvent |
| RU2497832C1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-11-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг" | Method of producing bromobutyl rubber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003132060A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO339529B1 (en) | Mixer and method | |
| US9302230B2 (en) | Mixing apparatus and method | |
| CN209081510U (en) | Sewage integrated treatment device | |
| RU2263682C2 (en) | Continuous process for production of halogenated elastomers and installation | |
| EP1474217A1 (en) | Apparatus and method for degassing liquids | |
| CN105417772B (en) | Component Mixing System | |
| JP2006326498A (en) | Static mixer | |
| WO2010118258A2 (en) | Improved well cleaning apparatus | |
| US2647732A (en) | Fluid mixing chamber | |
| CN109205776A (en) | It is a kind of without pump efflux aerator | |
| CN105836967B (en) | Using the method for membrane bioreactor sewage treatment | |
| KR100437971B1 (en) | Mixer for mixing fluids and electrolytic water treatment system having the same | |
| CN109809553B (en) | Supercritical water oxidation treatment continuous experimental system for high-solid organic waste liquid | |
| JP2007330894A (en) | Activated sludge treatment apparatus | |
| CN1154078A (en) | Device for mixing two fluids | |
| EP1396505A1 (en) | Method for continuously producing halogenated elastomers and device for carrying out said method | |
| US4452700A (en) | Process for the performance and control of chemical resp. bio-chemical reactions | |
| US10603643B2 (en) | Process and device for dispersing gas in a liquid | |
| CN113302161B (en) | Device for injecting a fluid into a liquid, method for cleaning said device and effluent treatment plant | |
| CN209906423U (en) | Supercritical water oxidation treatment continuous experimental system for high-solid-content organic waste liquid | |
| WO2021047048A1 (en) | System and method for treating industrial sludge by micro-interface enhanced wet oxidation method | |
| CN207330529U (en) | A kind of sewage aeration aeration device | |
| WO2017124128A1 (en) | Jet aeration and mixing nozzle | |
| CN209872482U (en) | Tower equipment for treating wastewater by ozone oxidation | |
| RU2170238C2 (en) | Method and device for halogenation of elastomers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080403 |