14.578.21.0135

Целями проекта являются:
1. Разработка технологии ускорения химических процессов в низкоскоростных и ограниченно смешивающихся системах с помощью аппаратов вихревого слоя (вихревых реакторов) и опытно-промышленное опробование в реальных условиях существующих производств, с последующим промышленным освоением технологий.
2. Разработка энергоэффективных технологий получения лакокрасочных материалов нового поколения, опытно-промышленное опробование в реальных условиях производства.

Задачами проекта являются:
– создание экспериментальных установок для осуществления указанных выше процессов;
– исследование процессов, происходящих в АВС, для возможности управления этими процессами и подбора наиболее эффективных технологических режимов работы установок;
– разработка технологий получения конечных продуктов.

Развитие отечественной промышленности и реализация ее конкурентоспосбности на мировом рынке без реализации инновационных подходов, позволяющих обеспечить повышение общей эффективности при снижении энерго- и ресурсозатрат не представляется возможным.
Для ускорения химических реакций, как правило, требуется высокая температура, давление и т.д. Использование технологий, основанных на использовании вихревых реакторов, резко меняет условия химического взаимодействия. В низкоскоростном потоке, содержащем несколько (ограничений нет) смешиваемых компонентов происходят интенсивные сдвиговые деформации, что обеспечивает получение однородной по составу реакционной смеси и запускает механизм химического взаимодействия по всему объёму реакционной массы одновременно. Тем самым снимаются кинетические и диффузионные ограничения, отпадает необходимость повышения температуры и давления в системе. Использование таких вихревых реакторов приводит к стабилизации процесса, вплоть до исключения отдельных стадий в технологической цепи и обеспечивает энерго- и ресурсосбережение.
В настоящее время при производстве ЛКМ различного назначения одним из трудностей является перетир пигментов и пленкообразующего. Существующие технологии и аппараты громоздкие, энергоемкие и трудозатратные. АВС в силу особенностей конструкции, магнито- и электродинамических полей в объёме аппарата, конструкции мелящих тел и т.д. не только ликвидируют указанные недостатки, но и открывают новые возможности по качеству и времени размола пигментов и наполнителей, использования высокотвёрдых пигментов и наполнителей, тем самым расширяя сырьевую базу лакокрасочной области.

Проведены теоретические исследования, направленные на изучение влияния технологических параметров, формы, типа и размера рабочих тел на скорость протекания различных процессов в аппарате вихревого слоя; объяснение процессов, происходящих в аппаратах вихревого слоя под воздействием полей различной природы. 

Разработана математическая модель процессов, протекающих в аппарате вихревого слоя. 

Разработана программа экспериментальных исследований, направленных на изучение влияния технологических параметров, формы, типа и размера рабочих тел на скорость протекания различных процессов в аппарате вихревого слоя; объяснение процессов, происходящих в аппаратах вихревого слоя под воздействием полей различной природы, испытание экспериментальных образцов установок по ускорению химических процессов в низкоскоростных и ограниченно смешивающихся системах, подбор оптимальных режимов работы установки.

Уменьшение размера частиц наполнителей и пигментов (т.е. их диспергирование) до определенного уровня – это эффективный способ повышения качества лакокрасочных материалов: реологических свойств, укрывистости, атмосферо- и коррозионной стойкости покрытий, формирующихся из них.

Однако диспергирование – наиболее энергозатратная и длительная операция в современной технологии лакокрасочных материалов (ЛКМ), которая базируется на использовании бисерных мельниц – основного диспергирующего оборудования на отечественных лакокрасочных заводах.

Следует также отметить, что практически все бисерные мельницы, которые эксплуатируются ныне в нашей стране, импортные. Импортный и расходный материал в них – керамический бисер, который довольно быстро выходит из строя и который поэтому приходится периодически закупать за рубежом.

Добавим, что при переходе от ЛКМ одного цвета к другому приходится тратить много моющего раствора для отмывки и самой мельницы, и бисера. Следует отметить еще один недостаток бисерных мельниц: в процессе функционирования бисер подвергается истиранию и ударам, что приводит не только к снижению размеров шариков, ни и их раскалыванию. Образующиеся при этом мелкие частицы загрязняют ЛКМ.

Принципиально новым подходом к технологии диспергирования пигментов и наполнителей является разрабатываемая нами технология, основанная на использовании аппаратов вихревого слоя (АВС).

Проведены эксперименты по исследованию эффективности обработки водно-дисперсионных ЛКМ с различными наполнителями (диоксид титана, микрокальцит, мел, тальк, кремнезем и др.) с помощью АВС вместо бисерной мельницы. Показано, что обработка в АВС увеличивает степень перетира ЛКМ до целевых значений гораздо эффективнее бисерной мельницы. Так, например, в модельной лакокрасочной системе с одним из наиболее трудно диспергирующихся пигментов – двуокисью титана – степень перетира изменяется с 40-50 мкм до 5-10 мкм всего за несколько десятков секунд обработки в АВС.

Проведены исследования по получению водотопливных эмульсий, изученино влияние технологических параметров, формы, типа и размера рабочих тел на качество получаемой эмульсии, разработана методика испытаний и проведены испытания опытных партий. Разработан лабораторный технологический регламент на процесс получения водотопливной эмульсии

Проведены эксперименты по исследованию эффективности обработки водно-дисперсионных ЛКМ с различными наполнителями (диоксид титана, микрокальцит, мел, тальк, кремнезем и др.) с помощью АВС вместо бисерной мельницы. Показано, что обработка в АВС увеличивает степень перетира ЛКМ до целевых значений гораздо эффективнее бисерной мельницы. Так, например, в модельной лакокрасочной системе с одним из наиболее трудно диспергирующихся пигментов – двуокисью титана – степень перетира изменяется с 40-50 мкм до 5-10 мкм всего за несколько десятков секунд обработки в АВС.

Также нами проведены исследования эффективности АВС при обработке стандартных ЛКМ. К настоящему времени была установлена эффективность АВС, оцениваемая по снижению времени, затрачиваемого на диспергирование, и расхода электроэнергии при получении таких ЛКМ:

1) Кремнийорганическая эмаль КО-8101 (производство завода «Элкон», г. Новочебоксарск). В исходной композиции для этой эмали размер частиц пигмента был равен около 100 мкм. В конечном продукте размер частиц должен быть около 40 мкм. На бисерных мельницах на получение частиц такого размера затрачивалось 2 – 3 часа. В АВС было достаточно 90 сек.

2) Аналогичный результат был достигнут и для эмали КО-8102.

3) Для получения печатных красок необходим черный пигмент. В этом качестве в настоящее время в России используют в основном сажу марки Pigment Black 7. Размер ее частиц в ЛКМ должен быть около 1 мкм. Чтобы достичь такого результата, необходимо было исходную сажу измельчать в бисерной мельнице в течение 3 часов. В АВС этот результат был достигнут за 6 минут. 

Полученные в настоящий момент результаты позволяют говорить о практической их значимости и перспективности.
Интенсификация химического взаимодействия позволяет реализовать технологический процесс в потоке и в ограниченно смешивающихся средах в течении короткого времени даже без нагрева, тогда как по классической технологии процесс занимает несколько часов и проводится при высокой температуре, например при получении диоктилфталата, жидкого стекла и пр. Показана эффективность при смешении несмешивающихся систем.
Применение АВС для получения пигментов показывает практическую значимость и перспективность. Например, в модельной лакокрасочной системе с одним из наиболее трудно диспергирующихся пигментов – двуокисью титана – степень перетира изменяется с 40-50 мкм до 5-10 мкм всего за несколько десятков секунд обработки в АВС, результат который можно достичь лишь многочасовой перемолом в бисерной мельнице.