Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0135

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0135
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского"
Название доклада
Модифицирование химического сырья с использованием вихревых реакторов для энерго- и ресурсосбережения в производстве импортозамещающих продуктов
Докладчик
Дебердеев Рустам Якубович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Актуальность и новизна исследования
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.
Описание исследования

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.

Результаты исследования

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. 

Практическая значимость исследования
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.
Постер

14.578.21.0135.ppt