Совершенствование технологии получения жидких композиций на основе нефтяного битума тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Бадриев, Айрат Ахметгатаевич

• Бадриев, Айрат Ахметгатаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бадриев, Айрат Ахметгатаевич

Введение.

1 Современное состояние и перспективы развития технологии производства жидких композиций на основе нефтяного битума.

1.1 Основы технологии производства пигментированных лакокрасочных материалов.

1.1.1 Методы производства пигментированных ЛКМ.

1.1.2 Влияние пигментов на структуру лакокрасочных покрытий.

1.1.3 Современное оборудование для смешения пигментов с пленкообразующей системой.

1.1.4 Влияние дисперсности пигментов и наполнителей на свойства покрытий.

1.2 Особенности технологии получения ЛКМ на основе битумного лака.

1.2.1 Нефтяной битум в качестве основы пленкообразующего материала.

I 1.2.2 Получение битумного лака.

1.2.3 Получение ЛКМ на основе нефтяного битума.

1.3 Основные закономерности процесса диспергирования.

1.4 Поверхностно-активные вещества как средство регулирования свойств лакокрасочных материалов.

1.5 Выводы и направления исследований.

2 Объекты и методы исследований.

2.1. Объекты исследований.

2.1.1 Схема усовершенствованного технологического узла получения нефтяного битума.

2.1.2 Технологическая схема получения битумного лака

2.1.3 Гидравлическая центробежно-вихревая форсунка

2.1.4 Гидроакустические распылители на основе центробежно-вихревой форсунки.

2.1.5 Гидроакустические смесители-диспергаторы на основе центробежно-вихревой форсунки.

2.1.6 Установка для моделирования процессов смешения многофазных сред.

2.1.7 Установка для получения жидких композиций.

2.2 Методы расчетов и исследований.

2.2.1 Гидравлический расчет центробежно-вихревой форсунки.

2.2.2 Методика расчета расходных емкостей на основе аппаратов с мешалками.

2.2.3 Методика расчета процесса растворения в аппаратах периодического действия.

2.3 Приборы и оборудование.

2.4 Методика проведения экспериментов.

3 Интенсификация производства жидких композиций на основе нефтяного битума.

3.1 Совершенствование технологии получения нефтяного битума.

3.1.1 Способ получения нефтяного битума и устройство для его реализации.

3.1.2 Интенсификация процессов распыления.

3.1.3 Влияние акустического воздействия на углеводородное сырье.

3.2 Моделирование процессов смешения многофазных сред

3.3 Интенсификация процесса диспергирования пигментных композиций.

3.3.1 Оптимизация режимов работы диспергирующего оборудования.

3.3.2 Получение пигментированных материалов с предварительной дезагрегацией частиц.

4 Технология получения пигментных композиций на основе нефтяного битума и ее технико-экономические показатели.

4.1 Получение нефтяного битума в качестве основы ЛКМ

4.2 Технология получения пленкообразующего материала.

4.3 Составление и диспергирование пигментных композиций

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии получения жидких композиций на основе нефтяного битума»

Покрытия на основе жидких композиций, образующиеся в виде тонких пленок на различных поверхностях, распространенное и эффективное средство декоративной отделки и защиты от коррозии и старения различных материалов, изделий и сооружений.

Современная промышленность жидких композиций (ЖК) является крупнотоннажным производством, ежегодный выпуск товарной продукции которого составляет десятки тысяч тонн. При этом главным компонентом любой жидкой композиции, определяющим свойства получаемого покрытия, является связующее вещество.

Перспективным направлением в производстве ЖК в настоящее время является использование нефтяного битума в качестве связующего материала. Это связано с тем, что нефтяной битум является наиболее доступной и распространенной основой пленкообразующих материалов, а также возможностью получать специальные сорта нефтяного битума и организовать производство продукции, пользующейся повышенным спросом.

В настоящее время существует широкий ассортимент жидких композиций на основе различного компонентного состава (пигментированные лаки и краски, жидкие полимерные и полимерно-битумные составы, пластификаторы, жидкое стекло и др.), которые требуют конкретных технологических решений при их получении. Поэтому наиболее целесообразным является обзор материалов, пользующихся широким спросом в промышленности, народном хозяйстве и населения, например, таких как пигментированные лакокрасочные материалы на основе нефтяного битума.

Нефтяной битум - блестящий черного цвета продукт, который относится к природным пленкообразующим и применяется для получения жидких композиций, в том числе лаков и красок. Битум обладает уникальными свойствами, такими как водо- и газонепроницаемостью, стойкостью к атмосферной и химической коррозии и т.д., которые позволяют получить композицию с заданными характеристиками.

Лакокрасочные материалы (JIKM) представляют собой композиционные системы, при определенной рецептуре и технологии изготовления играют роль пластичных консервационных смазок и обладают оптимальным комплексом свойств только в том случае, если сочетание составляющих компонентов -пленкообразователей, пигментов и присадок - и их природа соответствуют вполне определенным условиям. Поэтому выбранная технология получения ЛКМ должна обеспечивать необходимые изменения компонентного состава сырья и высокое качество конечного продукта. Исходя из этого, технология производства пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума предусматривает последовательность следующих операций: получение нефтяного битума с определенными свойствами, соответствующими установленным техническим и производственным условиям для получения жидких композиций на его основе;

- получение битумного лака в качестве пленкообразующего материала с широким диапазоном характеристик и интенсификация процесса смачивания и диспергирования пигментных частиц в среде пленкообразователя на основе применения новых технологий.

Наиболее эффективным в настоящее время считается комбинированный способ получения пигментированных ЛКМ, при котором хроматические и ахроматические колеровочные пасты изготовляются мелкосерийным производством. При этом легко диспергируемые пасты совмещают с пленкообразующим материалом на последней стадии поточного производства или непосредственно у потребителей.

Использование нефтяного битума в качестве основы пленкообразующей системы позволяет значительно расширить сырьевую базу лакокрасочной промышленности. Совершенствование технологии получения пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума с учетом возможности изменения их свойств непосредственно при получении является важной научно-технической и практической задачей.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Бадриев, Айрат Ахметгатаевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Обобщены научно-технические данные о современном состоянии и перспективах развития технологии производства пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума в качестве жидких композиций. Выявлено, что нефтяной битум марки БН-V обладает свойствами, соответствующими условиям производства ЛКМ и используется как самостоятельный пленкообразующий материал для производства лаков и красок.

2 Показана возможность эффективного применения гидроакустических генераторов на основе центробежно-вихревых форсунок для интенсификации процессов распыления, смешения и диспергирования углеводородного сырья в производстве битумного лака и пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума.

3 Исследовано влияние основных параметров центробежно-вихревых форсунок на качество распыления. Выявлено, что качество распыления, определяемое тонкостью распыла, распределением капель распыленной жидкости по размерам и распределением жидкости в струе, достигается повышением давления жидкости и количества входных каналов форсунки при минимальной степени раскрытия сопла.

4 Разработаны метод совершенствования технологии получения нефтяного битума и устройство для его реализации (защищены патентом РФ № 2221834) на основе применения гидроакустических генераторов с целью интенсификации процесса окисления сырья за счет увеличения поверхности контакта фаз и времени взаимодействия жидких остатков и воздуха.

5 Проведены исследования в лабораторных условиях по моделированию процессов смешения многофазных сред и в качестве ячейки идеального смешения представлена камера закручивания центробежно-вихревой форсунки. При этом применение вихревой камеры смешения сырья на основе предлагаемой модели способствует увеличению значений коэффициента турбулентной диффузии DT более чем в 4 раза по сравнению с традиционной моделью.

6 Предложена технологическая схема получения пигментированных лакокрасочных материалов на основе нефтяного битума в качестве жидких композиций с предварительной дезагрегацией пигментных частиц, которая позволяет реализовать принцип проточной системы смешения сырья и сократить продолжительность процесса дезагрегирования в 1,4. 1,6 раза.

7 Разработана и в промышленных условиях ОАО "Татнефтепром" (НГДУ "Карабашнефть") испытана установка получения жидких композиций на основе нефтяного битума. Определено оптимальное рецептурное соотношение пигмента в пределах 10-20% с точки зрения дисперсности для составления пигментной пасты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бадриев, Айрат Ахметгатаевич, 2005 год

1. Ермилов П. И. , Иидейкин Е. А. , Толмачев И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. -Л.: Химия, 1987. -200 с.

2. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. -Л.: Химия, 1986. -160 с.

3. Сакар А.Г. ЛКМ.- 1983.- № 3.- с.50.,.52.

4. Дринберг А .Я. Технология пленкообразующих веществ. -Л.: Госхимиздат, 1955.- 651 с.

5. Козулин Н.А. Горловский И.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности. Изд. 2-е. -Л.: Химия , 1968.- 584 с.

6. Белявский В.Е., Ермакова Г.А. ЛКМ, 1964.- № 2.- с. 75.76. 7. Paint Technol., 1965 ,v.29.- № 1.-p. 32.34.

7. Горловский И.А., Сакар А.Г. ЖМ ,1968.- № 5.- с.59.,.62.

8. А.с. 237816 ( СССР ). Опубл. в Б.И., 1970.- № 46.- с.53.

9. Горловский И.А. , Козулин Н.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности. -Л.: Химия, 1980.- 374 с.

10. Ловиненко Д.Д. , Швляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. -Киев: Техника, 1976.- 144 с.

11. Абросимов В.А. и др. ЛКМ , 1980.- № 4.- с. 41.42; ЖМ , 1982.- № 5.- с. 45.46.

12. Волков Л.И. ЖМ ,1966.- № 5.- с. 91.93.

13. Шумский К.П., Манусов Е.Б. ЖМ , 1965.- № 6.- С.82.84.

14. СековаЗ.В. и др. ЖМ,1970.- № 6.-с. 64.66.16 Патент 1400 ( Япония ).17 Патент 7890 (Япония).

15. Котлярский Л.Б. и др. ЛКМ, 1963 .- № 5.- с. 51.53.

16. Волновая технология и техника. Под ред. академика РАН Р.Ф.Ганиева.1. М.,1993.- 126 с.

17. Патенты РФ № № 1839612, 1839613, 2124933, 2032325.

18. Корсунский Л.Ф. . Школьникова Э.Н., Горохова Н.А. ЛКМ.- 1975.-№5.- с. 10.12.

19. Смехов Ф.М., Верхоланцев В.В. ЛКМ, 1983.- № 6.- с.29.,.33.

20. Оябу Е. Физическая химия пигментных дисперсий. Пер. 71/ 32385 М.: ГПНТБ, 1971,- 16 с.

21. Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий // Пер. с англ. Под ред. Терло Г.Я. -Л.: Госхимиздат, 1963.- Т.2. 776 с.

22. Ермилов П.И. Диспергирование пигментов. М.: Химия, 1971.- 300 с.

23. Бобыренко Ю.Я. ЛКМ.- 1966.- №2.-с. 50.53.

24. Бобыренко Ю.Я. ЛКМ.- 1966.- № 5.- с. 24.27.

25. Беленький Е.Ф., Рискин И.П. Химия и технология пигментов. Изд. 4-тоепереработ, и доп.- Л.: Химия, 1974.- 656 с.

26. Каларж О.,Гаек К. ЖМ .- 1965.- JV° 3.- с.52.,.55.

27. Лейбзон Л.Н., Ермилов П.И. ЖМ.- 1981.- № 1.- С.14.16.

28. Kress P. Farbe+Lack.- 1977 , Bd. 83.- № 2.- S. 85.95.

29. Хасанов К.М., Ратнер М.И., Верхоланцев В.В. ЛКМ .-1977.- № 6.- С.15.17.

30. Старцев В.М. , Санжаровский А.Т. Влияние концентраций и дисперсности наполнителей на физические константы и внутренние напряжения эпоксидных покрытий. Деп. ВИНИТИ № 1853-74 деп.- 25 с.

31. Старцев В.М. В кн. Труды 1-й научной конференции по механике и технологии композиционных материалов. -София, 1977.- с. 115. 120.

32. Ермилов П.И. ЖМ.- 1980.- № 4.- с.69.

33. Козловская А.А. Полимерные и полимеро-битумные материалы для защитытрубопроводов от коррозии. -М.: Изд-во строит, материалов, 1971. 123с.

34. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. -М.: Транспорт,1973.- 264с.

35. Сорокин М.Ф., Кочнова З.А., Шодэ Л.Г. Химия и технология пленкообразующих веществ. -М.: Химия, 1989.- 480с.

36. Патент № 1792342 СССР, 1993.

37. Патент № 1816002 СССР, 1993.

38. Фридман В. Д. Ультразвуковая химическая аппаратура. М.: Машиностроение, 1967.- 221 с.

39. Егоров И.Т., Садовников JI.M. и др. Искусственная кавитация. -JI. Судостроение, 1971.-284с.

40. Гершал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. -М.: Энергия, 1979.- 318с.

41. С.А. Ахметов. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. -Уфа: Гилем, 2002.- 672с.

42. Чеботаревский В.В., Кондрашев Э.К. Технология лакокрасочных покрытий вмашиностроении. -М.: Машиностроение, 1978,- 295с.

43. Меньшиков О. Ю. и др. ЖМ.-1990.- № 1.- С.49.51.

44. Кудрявцев Б. Б. , Манусов Е. Б. , Федотов В. В. Управление цветом пигментированных материалов. -М.: Химия, 1987.- 160с.

45. Маковская Т. А., Столярова В. A. JIKM. -1980.- № 1.- c.l 1.13.

46. Неймарк И.Е., Тертых В.А., Чуйко А.А. В кн. Природные сорбенты //

47. Под ред. В.Т. Быкова.-М.: Наука, 1967.- С.57.72 .

48. Taubman A. B.,Janova L.P., Blyskosh G.S., J. Polymer Sci., 1971.- A-l.- v. 9.p. 27.28.

49. Taubman A. B.,Janova L.P., Blyskosh G.S., J. Polymer Sci., 1972 , A-l.-v. 10.-p. 2085.2086.

50. Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий. -Д.: Госхимиздат, 1963.776 с.

51. Лакокрасочные покрытия // Под ред. X. Ф. Четфилда. перевод с англ. -М.:1. Химия, 1968.- 640 с.

52. Штерн М. А. Хим. наука и пром., 1959.- т. 4.- № 5.- с. 642.640

53. Ермолаева Т.А. ЖВХО им. Д. И. Менделеева , 1967.- т. 12.- № 4.- с. 440.445.

54. Толстая С. Н., Шабанова С.А. Применение ПАВ в лакокрасочной промышленности. М.: Химия, 1976.- 176 с.

55. Таубман А.Б., Толстая С.Н., Бородина В.Н. , Михайлова С.С. ДАН СССР ,1962.- т. 142.- № 2.- с. 407.410.

56. Таубман А.Б., Толстая С.Н. , Шабанова С.А. ЛКМ , 1965.- № 5.-С.19.21.

57. Толстая С.Н. и др. ДАН СССР , 1968.- т. 178.-е. 148.151.

58. Tolstaja S. N. Vortrag auf Y Internat. Kongress fur grenzfluchenaktive Stoffe,

59. Barslond , 1969.- S. 605.611.

60. Толстая С.Н. Докт. дис. М.: ИФХ, АН СССР, 1970.

61. Шолохова А.Б. , Толстая С.Н. , Фрейдин А.С. Пласт, массы. 1965.- № 5,1. С.72.74.

62. Бородина В.Н. и др. Пласт, массы. 1969.- № 3.- с. 21.23.

63. Сухарева Л.А. и др. ЛКМ , 1965.- № 3.- с. 46.50.

64. Трапезников А.А. , Чупеев М.А. , ДАН СССР , 1962.- т. 147.- № 2.1. С.422.424.

65. Чупеев М.А., Трапезников А.А. ЛКМ , 1962.- JVb 1.- с.67.,.70.

66. Schutte Н., Taschen С. , Plaste und kautschuk , 1962 , Bd. 19.- №2.1. S.93.96.

67. Дитякин Ю.Ф. и др. Распиливание жидкостей. -М., Машиностроение,1977. 208 с.

68. Пажи Д.Г. и др. Распиливающие устройства в химической промышленности.-М.: Химия, 1975.

69. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: физические основы и инженерные методы расчета.- Л.: Химия, 1984.- 336 с.

70. Hixson A.W., Baum S.J.- Ind. Engng. Chem., 1942.- v.2.- p. 412-419.

71. Горшенина Г.И., Михайлов H.B. Полимер-битумные изоляцонные материалы. -М.: Недра, 1967.- 235с.

72. Муфазалов Р.Ш., Арсланов И.Г. и др. Акустическая технология в нефтехимической промышленности. Казань: Изд-во "Дом печати", 2001,145с.

73. Источники мощного звука. /Под ред. Л.Д.Розенберга. -М.: Наука, 1967.420с.

74. Мерч Н. Механика. М., 1965.- № 2.- с. 90.

75. Кулешова И.Д., Толстая С.Н. ЛКМ, 1970.- № 6.- с. 17.19.

76. Арсланов И.Г. Новые технологии в производстве технического углерода. Дисс. . докт. техн. наук. Уфа: изд-во УГНТУ, 1999.- 291с.

77. Szalay A., Die Zerstorung von hochpolymeren Molekulen mittels Ultrachallwellen. Zs. Phys. Chem.- A164.- 234 (1933).

78. Szent-Gyorgyi A., Chemical and Biological Effects of Ultrasonic Radiation.1. Nature.- 131.- 278(1933).

79. Flosdorf E.W., Chambers L.A., The Chemical of Audible Sound, Jorn. Amer. Chem. Soc., 55, 3051, (1933).

80. Freundlich H., Gilling D.W., The Influence of Ulrasonic Waves on the Viscosityof Colloidal Solutions, Trans. Farad. Soc.- 34.- 649 (1938).

81. Источники мощного звука./Под ред. Л.Д.Розенберга. М.: Наука, 1967.- 420с.

82. Прокорецки Р., Балдыга Е. В кн. "Доклады VI Всесоюзной конференции потепломассообмену".- Минск, 1980.- т. 10.- с. 25.36.

83. Агранат Б.А. и др. Основы физики и техники ультразвука. -М.: Высшая шк.,1987.- 352с.

84. Хафизов Ф.Ш. Разработка технологических процессов с использованиемволновых воздействий. Дисс. . докт. техн. наук. Уфа: изд-во УГНТУ, 1996.

85. Danckwerts P.V. Chem.Eng. Sci., 1958.- v.13.- p.893.

86. Zwietering Th.N. Ibid., 1959.- v. 14.- p. 1.

87. Weinstein H., Adler R. Ibid., 1967.- 22.- p.65-74.

88. Гордеев Л.С. В кн.: "Итоги науки и техники. Процессы и аппараты химической технологии".-М.: Наука, 1976.- с. 82-166.

89. Кафаров В.В. и др. Моделирование биохимических реакторов. -М.: Леснаяпромышленность, 1979.- 342с.

90. Гордеев Л.С., Кафаров В.В., ЖПХ.- 1974.- т.47.- № 1.- С.2250.2255.

91. Гордеев Л.С., Кафаров В.В., ЖПХ, 1974.-т.47.-№ 11.-С.2486.2491.

92. Corsin S. AICHEJ, 1964.- v. 10.- р.870.

93. Rosenzweig R. Can. J. Chem. Engng, 1966.- v.44.- p. 255.

94. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Маньковский O.H. и др.- ТОХТ, 1974.- т.8, № I 4.- с.590-596.

95. Тахавутдинов Р.Г. и др. Турбулентное смешение в малогабаритных трубчатых аппаратах химической технологии // Химическая промышленность, 2000.- № 5.- с. 41-49.

96. Sung М.-Н., Choi I.-S.// Chemical Engineering Science, 2000.- v. 55.- p. 21732184.

97. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.:1. Химия, 1971.- 784 с.

98. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: Учебн. пособие для вузов. — Л.: Химия, 1987.- 200 с.

99. Манусов Е.Б. и др. ЖМ. 1989.-№5.- с. 105.107.

100. Манусов Е Б., Михайлин С.М., Ахтеров В.М. ЖМ, 1990.-№ 2.-с.64.,.66.

101. Ахтеров В.М., Манусов Е.Б. — ЖМ.- 1984.- № 4.-с. 51.52.103 Патент РФ№» 1839612

102. Гюльмисарян Т.Г. Основы сажеобразования. М.: Изд - во ГАНГ им И.М.1. Губкина, 1996.- 66с.

103. Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский Н.Н. Основы физики и техники ультразвука. -М.: Высш. шк., 1987.-352 с.