Виробництво бітумів способом вакуумної дистиляції:сировина,фізико-хімічна сутність принципові параметри технологічних режимів

Читайте также:

Органічні в’яжучі матеріали. Визначення, класифікація за видом сировини, основним технічним властивостям, способу одержання.

Органические вяжущие представляют собой твердые, вязкопластичные или жидкие вещества, состоящие из высокомолекулярных соединений на основе углерода. Классификация органических вяжущих по способу получения: природные (асфальты, асфальтиты, мальты, битум содержащие породы), промышленной переработки (полимеры, битумы, дегти, смолы), совмещение (дегтей и битумов с полимерами, эмульсии). Классификация органических вяжущих по виду сырья: нефть (полимеры, битумы, эмульсии), уголь (дегти, пеки, смолы) сланцы (пеки, масла, битумы), древесный (пеки, дегти, смолы). Классификация органических вяжущих по физическому состоянию: твердые >90˚С (полимеры, асфальтиты, битумы, пеки), вязкие 35-90˚С (полимеры, асфальты, битумы, дегти, пеки), жидкие 18-35 ˚С (мальты, битумы, дегти, смолы), текучие <18˚С (эмульсии, битумы, смолы).

Різновиди вуглеводнів, що складають органічні в’яжучі. Загальна характеристика, переваги та недоліки.

Речовини зі складу органічних в’яжучих:

Ароматичні вуглеводні С_пН_2п-6. Ці вуглеводні мають циклічну будову молекул. Їх найпростіший представник – бензол С₆Н₆ Число циклів у молекулах ароматичних вуглеводнів може досягати чотирьох. До ароматичних вуглеводнів належать похідні бензолу, наприклад, толуол. У бензольному кільці вуглецеві атоми зв’язані один з одним подвійними та простими зв’язками, розташованими почергово. Завдяки вільним подвійним та потрійним зв’язкам, ароматичні вуглеводні легко вступают до реакції.

Нафтени. У складі нафти та одержуємих з неї бітумів вміщується значна кількість вуглеводнів циклічної будови, які звуть нафтеновими вуглеводнями або нафтенами. Вони складаються з кількох груп – СН₂ -, які поєднані у молекулі одна з одною у замкнену систему. У складі нафти переважно вміщуються нафтени, молекули яких складаються з 5 або 6 груп – СН₂ – це відповідно циклопентан та циклогексан (С₅Н₁₀ та С₆ Н₁₂). За своїми властивостями, у тому числі активністю, нафтенові вуглеводні займають проміжне становище між метановими та ароматичними (але за властивостями вони ближче до метанових, тому їх також звуть циклопарафінами). У нафті знайдені молекули нафтенових вуглеводнів з 1, 2, 3 та 4 циклами.

Формула нафтенових вуглеводнів С_пН_2п. У складі органічних в’яжучих зустрічаються вуглеводні, молекули яких вміщують функціональні групи: спирти ROH, кислоти (органічні або карбонові) RCOOH, аміни RNH₂ та ін. Жирні карбонові кислоти - С_пН_2п+1 СООН. Нафтенові кислоти - С_пН_2п-1СООН, або С_пН_2п-1О₂.

Вуглеводні з функціональними групами виявляють вплив на хімічні властивості органічних в’яжучих, поліпшують їх зчеплення з поверхнею мінеральних матеріалів.

Хімічний і груповий склади бітуму.

Бітуми являють собою складні суміші високомолекулярних вуглеводнів нафти: метанових, нафтенових і ароматичних та їх кисневих, сірчистих і азотистих похідних. У складі окремих речовин бітуму є у невеликих кількостях деякі метали: ванадій, нікель, залізо, натрій та їн.

До складу бітуму уходять: вуглець – 70...85 %, водень – 8...15 %, кисень – 0,2...2 % (у складі природних бітумів до 10%), сірка – 0,5...1,5 % (у природних бітумах до 7 %), азот – 0,2...0,5 %

З бітуму виділяють групи речовин, які мають такі назви: масла, смоли, асфальтени, карбени, карбоїди, асфальтогенові кислоти та їх ангідриди. У бітумах вміщуються також тверді парафіни.

Звичайно груповий склад бітумів знаходиться у таких границях: масел 45...65 %, смол 15...40 %, асфальтенів 10...30 %, асфальтогенових кислот та їх ангідридів до 1 %, карбенів та карбоїдів 1...3 %, твердих парафінів 1...7 %. У складі дорожнього бітуму вміст твердих парафінів повинен не перевищувати 5 %, тому що вони знижують його якість.

Структура бітумів, їх розподілення за структурою на типи золь, золь-гель, гель.

Структура будь-якого полімерного матеріалу, до яких наближаються за своїм складом бітуми, визначається формою та ступенем розгалуженісті макромолекул, їх взаємним розташуванням та розташуванням окремих їх ланок, силами міжмолекулярної взаємодії. Властивості бітумів залежать від їх групового хімічного складу та хімічної природи компонентів.

Згідно міцелярній теорії, бітум є колоїдною системою міцелярної будови.

Стабільність колоїдної системи залежить від поверхневої взаємодії між міцелами та дисперсійним середовищем. У бітумі як у колоїдній системі відсутня різка границя між асфальтенами та смолами з одного боку, та між смолами й маслами – з іншого боку. Згідно міцелярній теорії, бітуми поділяють на три типи структур: “золь”, “золь-гель” та “гель”.

Структура “золь” – це структура бітуму з малим вмістом асфальтенів та великим вмістом смол і масел. Міцели у такому бітумі не утворюють міцної та пружньої просторової системи. Вони вільно переміщуються у малов’язкому дисперсійному середовищі. Таку структуру мають рідкі бітуми при нормальній температурі. В’язкі й тверді бітуми переходять до структури “золь” після нагріву до текучого стану. Зростання при нагріванні бітуму інтенсивності броунівського руху ослаблює зв’язки між макромолекулами бітуму, що й виявляється у переході в’язких та твердих бітумів до стану “золя”.

Структура “гель” формується у твердих бітумів. У твердому бітумі асфальтени в складі міцел утворюють просторовий каркас. При великій концентрації у бітумі міцели торкаються одна одної крізь тонкі прошарки середовища з смол та масел (мальтенів). Масла у бітумі зі структурою “гель” виконують роль мастила. Просторові грати з міцел надають бітуму зі структурою “гель” пружні властивості

Проміжну структуру “золь-гель” мають при нормальній температурі в’язкі бітуми. В таких умовах вони одночасно виявляють в’язкі та пружньо-пластичні властивості. Згідно іншому уявленню відносно структури бітумів, їх розглядають як розчини високомолекулярних сполук-асфальтенів та близьких до них за властивостями твердих смол у мальтенах – суміші з масел та близьких до них за властивостями плавких смол. Мальтени – це частина бітуму, що розчиняється у бензині. Таке уявлення грунтується на міркуванні про спонтанне диспергування асфальтенів та твердих смол у мальтенах й про термодинамічну стійкість бітумів.

Груповий склад бітумів. Принципи його визначення. Характеристика масел, смол, асфальтенів. Відмінність групового складу бітумів зі структурам золь та гель.

Бітумні масла – це в’язкі рідини світложовтого кольору, які складаються з вуглеводнів метанового, нафтенового та ароматичного рядів. Масла добре розчинюються у легкому бензині, що використовують для їх виділення зі складу бітуму. Масла дуже стійкі до процесів окислення та полімерізації. Відношення С:Н характеризує ступінь ароматичності і складає для масел 0,55...0,66.

Смоли бітуму – в’язкопластичні речовини темнокоричневого кольору. Вони складаються з вуглеводнів циклічної та гетероциклічної будови. Смоли добре розчиняються у бензині, бензолі та хлороформі, погано розчинюються у етиловому спирті та ацетоні. Смоли вміщують найбільшу кількість сірчаних, кисневих та азотистих похідних вуглеводнів, які уходять до складу речовин кислого характеру. Окрім них до складу бітуму уходять смоли, які являють собою хімічно нейтральні речовини. Кислі смоли вміщують групи ОН та СООН, їх молекули мають високу полярність, що надає бітуму здатність стійко прилипати до поверхні основних гірських порід. Величина С:Н складає 0,6...0,8.

Асфальтени – це суміш насичених гетероциклічних сполук. Основні ланки їх молекул – кільця вуглеводнів ароматичного та гетероциклічного рядів з нафтовими кільцями та боковими ланцюгами з метанових вуглеводнів. Асфальтени, якщо виділити їх зі складу бітуму, являють собою дисперсні тверді частинки кольору від бурого до чорного. Асфальтени розчинюються у бензолі, сірковуглеці, хлороформі, чотирихлористому вуглеці. У низькомолекулярних метанових вуглеводнях, бензині, спирті та етиловому ефірі асфальтени не розчинюються. Цим користуються для виділення асфальтенів зі складу бітуму шляхом осадження. В залежністі від виду та кількісті розчинника і осаджувача та температури, кількість та властивості асфальтенів, що виділяються, відрізняються між собою. Тому при характеризуванні асфальтенів зазначають спосіб їх виділення.

Вплив групового складу бітумів на їх технічні властивості. Поділення бітумів на типи в залежності від групового складу. Технічні властивості бітумів золь та гель.

Масла впливають на рухомість бітуму – зі збільшенням їх кількості рухомість та текучість бітуму підвищуються.

Смоли забезпечують пластичність та розтяжність бітуму. Вони виконують у бітумі функцію стабілізатора його дисперсної структури.

Асфальтени виконують роль структуроутворювальної складової бітуму. Вони визначають його в’язкість та температурну стійкість, що зростають зі збільшенням вмісту асфальтенів у бітумі. У складі асфальтенів існують активні полярні групи, які обумовлюють поверхневу активність бітуму.

Карбени та карбоїди виконують у бітумі роль наповнювачів, підвищують його в’язкість, але й надають йому крихкість

Асфальтогенові кислоти та їх ангідриди – найбільш полярний компонент бітуму, що обумовлює його добре прилипання до поверхні вапняків та доломитів. Вони також стабілізують колоїдну структуру бітумів.

Тверді парафіни при вмісті їх у бітумі більш 3,5 % ослаблюють його зчеплення з мінеральною поверхнею, підвищують температуру крихкості бітуму, знижують температуру розм’якшення, погіршують теплостійкість та деформативні властивості. У дорожніх бітумах вміст твердих парафінів не повинен перевищувати 5 %

Бітуми – це просторові дисперсні системи. Таке уявлення було сформульовано у СоюздорНДІ групою дослідників під керівництвом д.т.н.Колбановської А.С. Воно полягає у розділенні бітумів на три структурних типи за груповим складом. - Бітуми I структурного типу мають високу концентрацію асфальтенів, розташованих у слабо структурованому смолами середовищі з масел. - Бітуми II структурного типу вміщують мало асфальтенів, розташованих у сильно структурованому смолами дисперсійному середовищі з масел. - Бітуми III структурного типу за складом та властивостями займають проміжне становище між бітумами I та II структурних типів.

Розділення здійснюють з урахуванням вмісту асфальтенів, їх ліофільності відносно дисперсійного середовища, молекулярної маси, ступеня ароматичності масел та рівня структурованності їх смолами.

Основні технічні властивості нафтових бітумів в’язких та рідких.

Якість в’язких бітумів оцінюють, визначаючи такі показники: глибина

проникності стандартної голки (пенетрація) за температури 0 °С та 25 °С; розтяжність (дуктильність) стандартного зразка бітуму за температур 0 °С та 25°С; температура розм’якшеності за кільцем і кулею; температура крихкості за Фраасом; стабільність властивостей бітуму при його прогрітті до високої

температури за зміною маси, температури розм’якшеності та пенетрації;

температура спалаху; індекс пенетрації; зчеплюваність зі склом та кам’яними

матеріалами; розчинність в органічному розчиннику, визначення температури спалаху.

Якість рідких бітумів оцінюють, визначаючи умовну в’язкість; стабільність складу, що характеризується кількістю розріджувача, який випаровується з бітуму під час витримування його при відповідній температурі на протязі заданого строку; визначення температури спалаху; швидкість формування структури та властивостей, що характеризується температурою розм’якшеності залишку після визначення кількості розріджувача, що випаровується; температуру спалаху та зчеплюваність з мрамором або піском.

Умовна в’язкість бітумних в’яжучих як критерій розподілення їх на марки. Методи визначення умовної в’язкості в’язких та рідких бітумів.

Найбільш широко в дорожньому будівництві застосовують в’язкі нафтові бітуми. Їх до останнього часу, згідно ГОСТ 22245-90, виробляли двох видів або класів: БНД (бітуми нафтові дорожні) та БН (бітуми нафтові). Бітуми класу БНД мали більш високу якість, ніж бітуми класу БН, вони мали назву поліпшених, тоді як бітуми класу БН – звичайних. Зараз в залежності від величини умовної в’язкості (глибини проникнення стандартної голки), в’язкі нафтові бітуми, згідно ДСТУ 4044-2001, випускають таких марок: БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60. Числа у позначенні марки означають граничні величини глибини занурення голки пенетрометра у градусах пенетрації (десятих частках міліметра) Визначення глибини проникності голки (пенетрації). Традиційно вважається,

що глибина проникності голки характеризує умовну в’язкість бітумів. Пенетрацію визначають шляхом вимірювання глибини занурення голки пенетрометра в зразок бітуму під навантаженням (100±0,25) г на протязі 5 с при температурі 25 °С або під навантаженням 200 г протягом 60 с при 0 °С. Показник глибини проникності голки є одним з ведучих при визначенні марки бітуму.

Визначення умовної в’язкості рідких бітумів. Умовну в’язкість рідких бітумів визначають в стандартному віскозиметрі. Умовна в’язкість характеризується часом, за який відповідна кількість бітуму протікає крізь отвір визначеного розміру при заданій температурі. Показником умовної в’язкості для рідкого бітуму є час (в сек) витіканя 50 мл бітуму крізь отвір діаметром 5 мм при температурі 60 °С. В’язкість позначається символом С5

60, де верхнє число вказує на діаметр стічного отвору, а нижнє - вказує на температуру випробування.

Перелік і принципова характеристика методів і показників оцінки якості в’язких бітумів.

Якість в’язких бітумів оцінюють, визначаючи такі показник:

Визначення глибини проникності голки (пенетрації). Традиційно вважається, що глибина проникності голки характеризує умовну в’язкість бітумів.

Визначення когезії. Когезія бітумних в’яжучих є характеристикою міцності їх на зсув при завданому режимі деформування або завантаження з постійною швидкістю.

Визначення істинної в’язкості бітумів. В’язкість характеризує внутрішній опір шарів рідини їх переміщенню на молекулярному рівні один відносно іншого під дією зсуваючих зусиль.

Визначення температури розм’якшеності за кільцем та кулею.

Температура розм’якшення є умовною характеристикою теплостійкісті бітуму та його переходу з в’язкого в текучий стан.

Визначення температури крихкості. Значення температури крихкості бітуму дозволяє прогнозувати його поведінку та поведінку матеріалів на основі цього бітуму при від’ємних температурах, тобто тріщиностійкість матеріалів.

Зміна властивостей після прогріття. В процесі технологічної переробки бітум піддається періодичному нагріву. Стабільність властивостей бітуму при нагріві характеризують: зміною маси, величиною залишкової пенетрації та зміною температури розм’якшеності.

Визначення зчеплюваності (адгезії) бітуму з поверхнею мінеральних

матеріалів. Адгезія бітуму - це міцність його прилипання до поверхні

основних або кислих кам’яних матеріалів в зоні контакту.

Кількісне визначення показника зчеплюваності. Суть методу ХНАДУ

полягає у визначенні здатності бітумного в’яжучого (в’язкі бітуми, бітуми з

ПАР, з полімерами т.і.), попередньо нанесеного на поверхню скла або кам’яного матеріалу протистояти відшаровуючій дії води.

Визначення розчинності. Показник розчинності характеризує однорі-

дність бітуму, наявність в ньому інорідних включень та його склад.

Визначення температури спалаху. Температура спалаху дозволяє забезпечити пожежобезпечні умова роботи з бітумом, його вогнестійкість.

Температура крихкості. Границі її зміни для в’язких бітумів та її залежність від пенетрації і температури розм’якшення.

Температура крихкості бітуму – це температура, при якій матеріал руйнується під дією короткочасно діючого навантаження. Цей показник характеризує морозостійкість бітуму. Випробування полягає у поступовому охолодженні зразку та періодичному згинанні його до досягнення температури, при якій у бітумі з’являються тріщини, або коли зразок бітуму руйнується.

По своїй суті температура крихкості з деякою долею наближення може розглядатись як температура переходу бітуму в склоподібний стан, при якому в’язкість всіх аморфних матеріалів близька до 1012 Па×с. В той же час вважається, що температура крихкості є температурою при якій пенетрація різних бітумів, що мають переважно структуру “золь”, дорівнює 1,25х0,1 мм.

Величина температури крихкості бітуму дає уявлення про нижню границю

температур, при яких допускають застосування даного бітуму (при температурі крихкості бітум втрачає в’язко-пластичні властивості і переходить до крихкого стану). Для визначення температури крихкості бітуму ГОСТ 11507-78 передбачає застосування апарату Фрааса. Така температура є важливою характеристикою при вирішенні питання про застосування бітуму в різних регіонах.

Старіння бітуму в технологічних і експлуатаційних умовах. Причини старіння бітумів. Зміни пенетрації, температури розмякшенності і вязкості бітумів у процесі старіння.

Под старением битума понимают всю совокупность обратимых и необратимых изменений его химического состава и структурно-механических свойств, происходящих в процессе его хранения, технологической переработки и эксплуатации. К числу основных факторов, вызывающих такое старение, относят:

- Испарение масел, происходящее в поверхностном слое битума незначительной толщины и зависящее от содержания в нём легколетучих компонентов, вязкости и температуры. При этом количество асфальтенов увеличивается;

- Оксиполимеризация и частичная полимеризация компонентов битума главным образом на внешней поверхности вяжущего, подвергающегося непосредственному воздействию света и ультрафиолетовых лучей.

- поликонденсация, происходящая под влиянием кислорода. Кислород воздуха вызывает нарушение структуры битума и приводит к увеличению его молекулярной массы. Причём адсорбция битума возрастает, т.е. степень прилипания битума к каменному материалу по мере старения асфальтобетона увеличивается. Битум от соприкосновения с воздухом окисляется, а под лучами солнца эти окислительные процессы протекают более энергично в результате нагревания покрытия и фотохимических реакций.;

- Под действием солнечной радиации в битуме образуется чрезмерно большое количество асфальтенов (придают битуму твёрдость и теплоустойчивость), что вызывает разрушение битума.;

- Полимеризация битума связана с повышением его вязкости и прочности, упругости и теплоустойчивости асфальтобетона. Однако увеличение вязкости битума делает покрытие более хрупким и пластичным, в результате увеличивается износ и уменьшается деформативная способность, что приводит к появлению трещин в асфальтобетонных покрытиях.

Таким образом, именно процессы, протекающие при старении битумов, и являются основой всех изменений свойств битумов.

Обычно химические превращения в битумах сводятся к образованию высокомолекулярных продуктов конденсации и низкомолекулярных продуктов отщепления радикалов и заместителей в сложных молекулах.

Известно, что в битумах любого состава в процессе старения происходит увеличение содержания асфальтенов. Чем выше содержание асфальтенов в битумах, тем меньшим изменениям подвергается их состав в процессе старения, при прочих равных условиях.

Необходимо также понимать, что на скорость и глубину превращений компонентов битумов в процессе старения значительно влияет их дисперсная структура. Так в битумах со структурой типа золь рост содержания асфальтенов выше, чем в битумах типа золь-гель или гель. В них также наиболее значительно изменение содержания ароматических углеводородов и процессе старения. Изменение содержания парафино-нафтеновых углеводородов во всех битумах при старении незначительно.

Итак, происходящие в процессе старения изменения состава и соотношения объёмов дисперсионной среды и дисперсной фазы битумов приводят к их структурным изменениям. Как правило, эти структурные изменения сопровождаются появлением коагуляционной сетки из вновь образовавшихся из смол асфальтенов, наряду с развитием всей пространственной структуры асфальтенов. При этом структура типа золь переходит сначала в структуру типа золь-гель, а затем — в структуру типа гель.

Джерела и різновиди сировини,що використовують для виробництва бiтумiв

Бітуми-це один з багатьох видів товарних продуктів з асортименту нафтопереробних підприємств.Бітуми (від лат. bitumen-горна смола)-загальна назва нафтових продуктів, вміщуючих високомолекулярні вуглеводневі і значну кількість сполук з гетероатомами (O, S, N), природнього чи штучного походження. Раніше здобували тільки природні бітуми на родовищах, але тепер більшу частину їх виробляють при переробці нафти. Виробництво бітумів складає 3-6% на сировину (нафту).

Основні властивості бітумам надає складна колоідна система асфальтенів у маслах і смолах.

Бітуми природні (Б.п.) — органічні речовини (дистиляційні рештки нафти, вугілля), що розчиняються в органічних розчинниках (сірковуглець, бензол, спирт та ін.). Це корисна копалина органічного походження з первинною вуглеводневою основою.

Штучні Б. (продукти переробки нафти й кам'яного вугілля) — тверді пластичні або в'язкі суміші вуглеводнів і їхніх похідних. Одержують головним чином з залишків переробки нафти, крекінгу, очистки мастил (нафтові Б.), кам'яновугільної смоли (кам'яновугільні Б.), а також шляхом екстракції з торфу та бурого вугілля. В Україні екстракцію Б. з торфу та бурого вугілля проводять бензолом.

БІТУМИ ВУГІЛЬНІ (рос. битумы угольные, англ. coal bitumens; нім. Kohlenbitumen) — продукти, які вилучають з деяких типів викопного вугілля органіч. розчинниками

БІТУМИ ТОРФОВІ (рос. битумы торфяные; англ. peat bitu-mens; нім. Torfbitumen) — продукти, що вилучають з торфу органіч. розчинниками; осн. складові Б.т. — віск, смоли, парафіни.

Виробництво бітумів способом окислення:сировина,фізико-хімічна сутність,різновиди технологічних заходів окислення,температурні режими окислення

Основну кількість бітумів виробляють шляхом окислення гудронів. Технологія використовується з 1844р, але єдиної теорії окислення гудрону та бітуму не створено за такими обставинами:

-нестабільність хімічного складу сировини;

-широкий асортимент технологічного устаткування, що використовується на виробництвах як по габаритам, так і по принципу розподілу повітря у масі рідини;

-різноманітністю технологічних параметрів при виробництві окремих марок бітумів.

Взагалі терміном окислення прийнято означати реакції молекул з киснем з створенням кисеньвміщуючих речовин-спиртів, альдегідів, кислот та їх похідних. Рідинофазне окислення вуглеводневих йде при невеликих температурах до 100-150°С.

При окисленні гудронів та бітумів накопичення кисеньвміщуючих сполук у вигляді складних ефірів мало помітне, а основна кількість кисню перетворюється на молекули води. Крім того, реакція окислювального дегідрірування йде у двох напрямках, як дегідрірування з збільшенням ненасиченихречовин, так і дегідрірування з участю двох молекул з їх уплотненням. Такий шлях приводить до сполук з значною молекулярною масою-смол та асфальтенів.

Відомо, що напрямок реакції значною мірою залежить від температури окислення: у діапазоні 180-200°С реакція дегідрірування йде разом з окисленням та вміст кисню у бітумі постійно підвищується; у діапазоні 200-350°С помітна тільки реакція дегідрірування та вміст кисню чи взагалі не підвищується, чи підвищується незначно.

При окисленні гудронів та бітумів має місце реакція термічного крекінгу, за рахунок чого створюються легкі продукти. Кількість віддува залежить від часу реакції, складу сировини та умов проведення реакції і складає 5-8% на сировину.

При окисленні гудронів та бітумів йде процес зміни хімічного складу суміші і повільний перехід з одного структурного становища у інше. Зміна технічних показників бітуму, у першу чергу температури пом'якшення, по якій контролюють процес, у начальний період йде майже непомітно. Далі, починаючи з температури пом'якшення 45-50°С швидкість змін цього та інщих параметрів різко ускорюється. Перехід процесу окислення з однієї стадії у іншу зв'язують з зміною співвідношення концентрацій асфальтенів, смол та ароматичних складових. Перші (асфальтени) накопичуються, останні- витрачаються. При досягненні концентраційного співвідношення, коли усі асфальтени вже не можуть бути покриті захистною сольватною плівкою мастил та смол, вони починають реагувати з киснем та хід процесу змінюється.

Процес окислення гудронів та бітумів супроводжується значним виділенням тепла. Температура суміші у окислювальних апаратах постійно та швидко зростає, що негативно впливає на якість продукту, а іноді супроводжується самозапаленням та вибухами. У розрахунках процесів використовують диференціальний тепловий ефект-тепло, зв'язане з підвищенням температури пом'якшення на 1°С, та інтегральний-усе тепло процесу при окисленні сировини до бітума з кінцевою температурою пом'якшення 125°С. Диференціальний тепловий ефект має максимальне значення у початковий період (біля 10,5кДж/кг*град), далі зменшується (приблизно до 4,2кДж/кг*град).

Значні можливості покращення якості бітумів та показників виробництва дає каталітичне окислення з додатком у реакційну суміш органічних чи мінеральних сполук. Найбільш відомими каталітичними додатками є хлоріди металів (FeCl3) та деякі сполуки фосфору H3PO4, P2O5, а також сірко- та галагеновміщуючи сполуки фосфору. Емперічним шляхом знайдено деякі ефективні додатки, які прискорюють процес окислення та дозволяють виробляти бітуми з новими показниками якості.

виробництво бітумів способом вакуумної дистиляції:сировина,фізико-хімічна сутність принципові параметри технологічних режимів

Концентрированием нефтяных остатков путём перегонки их в вакууме получают остаточные битумы. Для получения остаточных битумов может быть использовано только сырьё с большим содержанием асфальтосмолистых веществ, которые в достаточном количестве присутствуют в тяжёлых высокосмолистых сернистых нефтях. В процессах вакуумной перегонки и деасфальтизации получают остаточные и осаждённые битумы. Главное назначение этих процессов – извлечение дистиллятных фракций для выработки моторных топлив – в случае первого, подготовка сырья для производства базовых масел (начальный этап) – в случае второго. В то же время побочные продукты этих процессов – гудрон перегонки и асфальт деасфальтизации – соответствуют требованиям по сырью в производстве битумов или их используют в качестве сырья в производстве окисленных битумов.

Технология

Остаточные битумы вырабатывают из мазутов с высокой концентрацией асфальтосмолистых веществ вакуумной перегонкой как остаток этой перегонки. Напомним, что мазут является остатком от атмосферной перегонки нефти.

Более подробно остановимся на окислении гудронов или остаточных битумов кислородом воздуха. Основными параметрами процесса являются температура, расход воздуха и давление.

Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс окисления, но при слишком высокой температуре ускоряется образование карбенов и карбоидов, которые предают битумам нежелательную повышенную хрупкость. Обычно температуру поддерживают на уровне 250 – 280 0С.

Чем больше расход воздуха, тем меньше требуется времени на окисление. При чрезмерно большом расходе воздуха температура в окислительной колонне может возрасти выше допустимой. Поэтому расход воздуха является основным регулирующим параметром для поддержания нужной температуры. Общий расход воздуха зависит от химического состава сырья и качества получаемого битума и составляет от 50 до 400 м3 / т битума.

Давление в зоне реакции при его повышении интенсифицирует процесс, и качество окисленного битума улучшается. В частности, повышается пенетрация битума при неизменной температуре размягчения. Обычно давление колеблется от 0,3 до 0,8 МПа.

Основным аппаратом является окислительная колонна диаметром 3400 мм и высотой 21 500 мм.

Технологический режим процесса следующий:

температура, 0С:

сырья на выходе из печи 180 – 250

в окислительной колонне, не выше 290

битума на выходе из холодильника 170 – 200

налива битума в цистерны 170 – 180

давление в окислительной колонне, МПа 0,3 – 08

расход воздуха, м3 / т битума 50 – 400

тепловой эффект процесса, кДж / кг битума 168 – 502

содержание кислорода в газообразных

продуктах окисления, % 3 -11

16.виробництво органічних в'яжучих способом компаундування:сировина,фізична сутність,основні технологічні параметри (на прикладі рідких бітумів)

Компаундування токсичних відходів ґрунтується на їх зв язуванні за допомогою різних зв язуючих речовин в штучні матеріали високої стійкості, довговічності та непроникності, що дозволяє практично виключити їх вплив на довкілля після поховання.

Для компаундування поки що переважно застосовуються наступні види зв язуючих речовин, що мають певні недоліки:

- бітуми, які характеризуються низькою термостійкістю та горючістю;

- термореактивні полімерні в'яжучі речовини, для яких необхідно використання сильного кислотного каталізатору, в якому більшість небезпечних речовин, насамперед сполуки важких металів, переходять в розчинну форму і можуть потрапляти в оточуюче середовище;

- неорганічні в'яжучі речовини (цементи, кераміка, скло), які часто є нестійкими до кислотних розчинів, сульфатів тощо.

Отримані методом компактування гранули можуть бути депоновані в різні бар'єрні системи (моноліти, ємності), а також депоновані при виробництві бетонних конструкцій (фундаментів, шляхових конструкцій).

Для компаундування можуть бути застосовані органомінеральні в'яжучі речовини контактно-конденсаційного твердіння, які дозволяють зв язувати токсичні речовини як органічного, так і неорганічного походження в нерозчинні сполуки IV класу небезпеки в складі гранул високої міцності (>30 МПа) та повної водостійкості (Квод>1). Такі в'яжучі речовини можуть бути застосовані для знешкодження та поховання токсичних відходів з наступним використанням отриманих гранул замість частини крупного заповнювача при виробництві бетонних та залізобетонних виробів (кількість депонованих відходів складає 25 % та більше від маси бетону, або 500-700 кг/м3 бетону). Також вони можуть бути застосовані для обробки відходів, які містять в своєму складі цінні компоненти і підлягають подальшій утилізації; компактування таких відходів за допомогою органомінеральних в'яжучих контактного твердіння забезпечує високу концентрацію відходів в гранулах (до 90 %), повну їх водостійкість та непроникність, що забезпечує можливість безпечного довгострокового зберігання до переробки або транспортування.

17. способи отримання рідких нафтових бітумів,технічні властивості вибір складових

рідкі бітуми використовують як в'яжуче при будівництві дорожніх покриттів. Їх застосовують у підігрітому до температури 60-100°С стані, що забезпечує необхідну легкоукладальність сумішей. Згодом в’язкість рідких бітумів підвищується унаслідок випаровування летких масел, що містяться в них, і процесів окислювання, що відбуваються частково, і полімеризації. Через деякий проміжок часу рідкі бітуми, що знаходяться в дорожніх покриттях, наближаються за властивостями до в’язких дорожніх бітумів.

У залежності від швидкості формування структури рідкі бітуми поділяють на два класи: СГ – середньо густішаючі; МГ і МГО - що повільно густішають.

Основними властивостями рідких дорожніх бітумів є: умовна в’язкість (технологічна); швидкість загустіння, що характеризується вмістом і видом розріджувача, температура розм’якшення залишку після випаровування розріджувача. Додатковими характеристиками якості рідких бітумів є ті самі властивості, що і в’язких бітумів: зчеплення, температура спалаху та ін.

Рідкі бітуми одержують розріджуванням в’язких бітумів продуктами переробки нафти (масляні залишки), смолистими нафтами, кам'яновугільними і сланцевими маслами.

Рідкі бітуми з умовними в’язкостями 40/70 і 70/130 застосовують для обробки гравійних і щебеневих сумішей холодним способом на полотні дороги; бітуми з умовними в’язкостями 70/130 і 130/200 - для поверхневої обробки дорожніх покриттів, для готування теплого і холодного асфальтобетонів.

Фізико-хімічні показники нафтових дорожніх бітумів ГОСТ 22245-90

Найменування показника Норма для марки

БНД 60/90 БН 60/90

Глибина проникнення голки, 0,1 мм:

при 25° С

при 0° С, не менше

61-90

60-90

Температура розм'якшення але кільцю та кулі, ° С, не нижче 47 45

Розтяжність, см, не менше:

при 25° С

при 0° С

3,5

Температура крихкості, ° С, не вище -15 -6

Температура спалаху, ° С, не нижче 230 240

Зміна температури paзмягченія після прогрівання, ° С, не більше 5 6

Індекс пенетрації від -1,0 до +1,0 від -1,5 до +1,0

Дата добавления: 2015-10-23; просмотров: 609 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Роль щебенового каркасу в формуванні властивостей асфальтобетону. | Роль вмісту щебеню в формуванні властивостей асфальтобетонних сумішей та бетонів з них. Типи асфальтобетонів за вмістом щебеню. | Expressions given below. | COMPUTER STORAGE FUNDAMENTALS | I. Match words in the text with their definitions. | Necessity to write long series of instructions in the form of binary digits makes machine language programming an ... ... . |

<== предыдущая страница	\|	следующая страница ==>
The structure of adrenergic synapse	\|	Порівняльна характеристика властивостей в'язких та рідких бітумів

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.039 сек.)