автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса переработки сульфатсодержащих отходов производств акриловых мономеров

од

ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УЖ 665.6/. 7.002.8:666.972.162С 043.3) КИРЕЕВ ВАЛИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ СЭД1Ы&АТСХЭДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ АКРИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новополоцк 1996

Работа выполнена в Полоцкой государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Абаев Г. Н.

Овицальныз оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ковчур С. Г.

кандидат технических наук, доцент Шестопалов Е.М.

Оппонирующая организация: ННПЛ „ Пластполиыер" г. Новополоцк

Защита состоится "20." ^п А г. в /¿'час.

на заседании совета по защите диссертаций К C2.tf.ol в Попиком государственном университете по адресу: 211440. Республика Беларусь, г. Новополоцк, ул. Блохина,29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУ

Автореферат разослан "JA." 189? г

Ученый секретарь совета по зодите диссертаций к. х. н., доцент

А. Г. Наэин

ОБЩАЯ ХАГ'АКТЁГИСГИКА ГАБО'Ш

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Р. настоящее ьреыл на акшлатных произьоя-стьах стран CHI' и. в частности, на ГО "Полимир" С г. Новополоцк.) в промышленном масштабе освоен способ переработки неочищенной серной кислоты (отходов производства метилакрилата) в сульфат аммония, используемый как удобрение. Для увеличения выхода целевого продукта после отделения кристаллов сульфата аммония маточный раствор направляется на рециркуляцию. Это приводит к накоплению в системе органических веществ, что отрицательно сказывается на качестве кристаллов. При несоответствии сульфата аммония требованиям ГОСТа весь маточный раствор направляется на сжигание, что приводит к загрязнению атмосферы ядовитыми окислами, а также требует значительных загграт энергоносителей.

Использование для сжигания отходов дорогостоящих энергоносителей. ухудшение экологической обстановки, особенно обострившейся в Республике Беларусь после чернобыльской катастрофы, а также потребность строительной индустрии в пластифицирувдих добавках для бетонных смесей, отсутствие в настоящее время технологии получения пластификатора с использованием водорастворимых органических веществ позволяет считать проведение данных исследований актуальным.

НРЛЫП ДАННОЙ РАГСУШ ИВИЛ^Г-Ь разработка Процесса комплексной переработки отработанной серной кислоты окрилатных производств в сульфат аммония и пластифицирующую добавку для бетонных смесей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следумаие задачи:

- исследовать процесс нейтрализации отходов,' определить расход щелочного агента на реакцию с сульфатом' аммония и органическими веществами:

- определить оптимальный вариант агрегатного состояния добавки:

- изучить влияние добавки на свойства бетона, создать комплексную добавку, обладавшую высокими пластифицирупцими свойствами:

- исследовать кинетические закономерности десорбции аммиака и води из дисперсной системы, содержащей водорастворимые органические вещества,и разработать математическую модель процесса:

- выполнить масштабный переход, позволяхишй использовать зависимости, полученные на лабораторной установке, для расчета промышленного аппарата:

- разработать аппаратурно-технологическое оформление процесса

производства п л асти Фи ци ру ще й добоьки. используя полученную математическую модель:

- изучить возможность стабилизации состава отходов, разработать аппаратурно-технологическое оформление процесса на базе типового оборудования.

НАУ11НАЯ НОКУП НА диссертационной работы заключается в:

- исследовании кинетических закономерностей десорбции аммиака и воды из дисперсных систем, содержлдих водорастворимые органические вещества,и разработке математической модели десорбции аммиака и воды при синтезе пластифицируишэй добавки:

- получении замкнутой системы уравнений, позволяющих рассчитывать процесс синтеза пастообразной пластифицирушей добавки в промышленном аппарате:

- изучении влияния добавки на свойства бетона, создании комплексной добавки, обладашей высокими пластиФицирукадими свойствами:

- определении расхода щелочного агента (известь, цемент) на реакцию с сульфатом аммония и органическими веществами:

- разработке экспресс-методики анализа состава отходов акрилатных производств,

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ диссертационной работы состоит в разработке экологически чистой технологии комплексной переработки отходов акрилатных производств, позволявшей получать сульфат аммония и пластифицируоцую добавку, которая может использоваться как самостоятельно, так и в составе комплексного пластиймкатора. Проработана возможность реализации технологии на базе оборудования цеха по производству сульфата аммония на ПО "Полимир".

/ПГТОВЕРНОГТЬ полученным результатов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, достижением адекватности разработанной модели десорбции воды и аммиака воздухом, материалами, подтверждашими высокое качество комплексной добавки, апробацией работы на разных уровнях.

1КПНПМИЧЕГ.КА51 ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ состоит в значительной экономии средств, обусловленной прекращением сжигания отходов. Кроме того, применение добавок в бетонных смесях позволяет экономить более 15% цемента без снимания прочности иашнных изделий. Коммерческим продуктом является и сама технология, т. к. основная часть акрилатных производств сосредоточена в России.

ПГНОВКгЛ- ПОЛОЖЕНИЯ ЛИГГЕРГАЦИИ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ- результаты исследования закономерностей маесообмэна при синтезе добааки из отходов акрилатных производств:

- замкнутая система уравнений для расчета процесса синтеза пастообразной добавки в промышленном аппарате:

- состав и свойства комплексной добавки, обладавшей высокими эксплуатационными свойствами;

- технология получения пластики цирушей добавки:

- экспресс-методика анализа отходов акрилатных производств.

АПРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТА /MYJPTAl 1ИИ. Основные материалы диссертации докладывались на XV Менделеевском съезде по общей- и прикладной химии СМинск. 1993п): республиканской научно-технической конференции "Проблемы качества и надежности машин" СМогилев,1994п): научно - техническом семинаре СПО "Полимир", 1995г): I общеуниверситетской научно-технической конференции СНовополоцк. 1995п): международной научно-технической конференци "Полимерные композиты-95" ССолигорск, 1995п): международной научно-технической конференции "Проблемы промышленной экологии и комплексная утилизация отходов производства" (Витебск, 1995rJ; III традиционной научно-технической конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производс тв" С Волгоград, 1995п).

ОПУШМ(ОНАНШГТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ, По материалам диссертационной работы опубликовано две статьи и поданы две заявки на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ. ДИССЕРТАЦИИ.. Диссертация изложена на 193 страницах машинописного текста и состоит из оглавления, перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа включает 64 таблицы, 38 рисунков и 6 приложений. Библиография к диссертационной работе содержит 198 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В пргжрй г.пдяд изложено состояние вопроса по изучаемой проблеме. Показано, что вопросом модернизации существующая технологии переработки отработанной серной кислоты (ОСЮ занималось большое число исследователей, работы которых были направлены на увеличение выхода сульфата аммония. При этом органические вещества, присутствующие в ССК. рассматриваются как нежелательный примеси, препятствуйте работе установки. Наряду с этим в ряде работ отмечается возможность использования органических веществ в качестве добавок к беконным смесям. Однако недостаточно полная проработка вопроса С непосредственное использование отколов, что маловероятно ввиду выделения аммиака при вводе отводов в бетонную смесь, и использование

водного раствора NaÚH, имеющего высокую стоимость, в качестве щелочного агента} не позволяет применять указанные добавки в строительстве. Анализ способов удаления аммонийного азота из водных растворов показал,что несмотря на многообразие предложений, чаще всего применяется обработка кислых отходов щелочным агентом с последуе-щим удалением аммиака десорбцией воздухом. В качестве щелочного агента возможно применение извести или цемента, использование которых приводит к образованию дисперсных систем. Анализ литературы показал, что массопередача из подобных систем изучена недостаточно, а имешиеся данные не позволяют рассчитать процесс десорбции воды и аммиака при рабочих условиях синтеза пластиЗмцирушей добавки.

На основании обзора литературы сформулированы прикладные и научные задачи исследования.

Вторая гпдия посвящена исследовании характеристик сырья и продуктов его переработки. В данной главе представлена экспресс-методика анализа состава мэточного раствора: изучено влияние состава раствора на равновесное парциальное давление водяного пара; определены значения расходных коэффициентов на реакцию с сульфатом аммония и органическими веществами для различных щелочных агентов: исследованы свойства добавки, получаемой из отходов цеха по производству сульфата аммония СП-ОСА), и разработана комплексная добавка, включающая переработанную тяжелую смолу пиролиза СП-ТСШ.

В связи с тем. что существующее методы анализа состава маточного раствора являются неточными, была разработана инструментальная экспресс-методика, основанная на более точных методах анализа, которые иэ-за высокой продолжительности не нашли применения в заводской лаборатории.

Экспериментально установлено, что показатель преломления СП) и плотность С/О водного раствора сульфата аммония и отходов линейно зависят от концентрации веществ, что математически описывается следующей системой уравнений

in - ь. • Cea + d* • Cod + По CI)

I? - bz-Cca + da-Cod -t- Po

После определения значений коэффициентов и решения системы относительно концентрации сульфата аммония ССся, X масс) и органических веществ С Cod, X масс) получим

Cod - 897.6-п - 242.2 Р - 956.3 Сса = 370.8-Р - 734.4-П + 610.0

s

С учетом температуры (Т, 'О отходов система уравнений С 2) принимает вид

(Сса - 897.6-П - 242.2 Р + 0.04-Т - 955.5 ( 3)

[Сое = 370.8-Р - 734.4-П + 0.03-Т + 610.6

Таким образом, после определения показателя преломления, плотности и температуры маточного раствора можно рассчитать его состав.

Разработанная экспресс-методика позволила заменить аналитический контроль инструментальным при значительном сокращении времени анализа без снижения его точности.

Известно, что при растворении в воде дополнительных компонентов парциальное давление водяного пара над раствором снижается. Исследования, основанные на измерении температуры кипения растворов при атмосферном давлении, позволили определить влияние состава раствора на парциальное давление водяного пара, которое для маточных растворов описывается следующим уравнением

Ln Р = Ln Ро - 0.475-Coa, - 0.015-Сор - 1.877-Сор* , С 4) для продуктов их щелочной обработки зависимость имеет вид

Ln Р - Ln Ро - 0.265-Сер (5)

Анализ полученных зависимостей показал, что органические вещества после щелочной обработки оказывают незначительное влияние на равновесное парциальное давление пасов воды. Поэтому в дальнейшей работе оно не учитывалось. Влияние концентрации органических веществ, содержадихся в маточном растворе, на равновесное парциальное давление паров воды было учтено при изучении десорбции воды в процессе концентрирования маточного раствора.

При нейтрализации маточных растворов щелочной агент расходуется как на реакцию с сульфатом аммония, так и на реакцию с органическими веществами, в состав которых также входят аммонийные группы. Определение расходных коэффициентов основывалось на измерении рН нейтрализуемого раствора, через который пропускался воздух (десорбция выделяющегося аммиака). Постоянство во времени величины рН-7 свидетельствует об отсутствии в растворе сульфата аммония и об удалении аммонийного азота органических веществ, что позволяет рассчитать значение расходных коэффициентов С табл. 1.)

Таблица 3

Значения расходных коэффициентов на реакцию с сульфатом аммош. и органическими веществами для различных щелочных агентов

Щелочной агент Расходный коэффициент

г/г сульфата аммония г/г органических веществ

КОН 0.75 0.51

известь 0.88 0.54

цемент 1.80 1.07

Таким образом, в качестве нейтрализуетего агента возможно и< пользование извести или цемента.

Важным вопросом является также качество получаемого продукт« Анализ свойств добавки П-ОСА, проведенный на цементном тесте, пс казал. что пластифицирующий эффект от введения добавки определяет ся свойствами органических веществ и практически не зависит от ву да нейтрализующего агента. Увеличение содержания органических ве ществ в добавке выше 45% не приводит к дальнейшему увеличению под ьижности при вводе добавки в количестве IX (процент ввода добавк рассчитывался по активной составляющей - водорастворимым органи ческим веществам).

Изучена возможность повышения пластифицируюцих свойств П-ОС путем введения ее совместно с компонентом П-ТСП, причем при раз дельном вводе компонентов <1 - П-ОСА, 2 - П-ТСП) достигается наибольший эффект. Влияние состава комплексной добавки на подвижность цементного теста С12 ввода) представлено на рисунке 1. Очевидно. что пластифицирукшие свойства комплексной добавки выше, че1 рассчитанные по правилу аддитивности (линия АВ), причем при содержании компонента П-ТСП более 70% комплексная добавка обладает ббльшим плаетифицирунцим эффектом, чем добавка П-ТСП при ее введении в количестве IX от массы цемента. Прочностные испьггани; (рис.2) показали, что при сохранении темпов набора прочности все образцы с добавками имеют большую прочность, чем контрольный образец, причем прочностные характеристики комплексной добавки обусловлены в основном компонентом П-ОСА. Оптимальным составом является добавка, содержащая 20Х компонента П-ОСА и &0Х компонента П-ТСП, так как применение комплексной добавки данного состава позволяет получить наибольший пластифицируший эффект при максимальном увеличении прочности образцов.

плексной добавки на подвижность цементного камня с добавками

цементного теста Опытное внедрение комплексной добавки на заводе ЖБИ треста N16 показало возможность получения высокоподвижных Слитых) бетонных смесей С ввод добавки 1%) при одновременном увеличении прочности образцов. Кроме того, применение комплексной добавки при работе на равноподвижных бетонных смесях позволяет экономить более 152 цемента, не снижая прочности бетонных изделий. Токсикологические испытания компонента ГИХА. проведенные совместно с БелСАНГИ С г.Минск), показали возможность ее использования в строительном производстве С добавка принадлежит к 4 классу опасности).

В третьей главе изучены закономерности десорбции аммиака и воды при синтезе пластифицирующей добавки, которая представляет собой седиментационно устойчивую пастообразную массу с остаточной влажностью 30-40%. что позволяет отказаться от стадии сушки. Однако ыассолередачп в процессах такого типа изучена недостаточно, так как в подобных системах массопередача затруднена, и они не получили распространения в химической промышленности.

Математическая модель реактора состоит из системы уравнения удаления аммиака и воды из реакционной массы и описывается уравнениями материальных балансов по газовой и жидкой Фазам для каждого компонента. При условии, что дСж/дУ*0 Сидеальное смешение по жидком Фазе), уравнение материального баланса по жидкой Фазе для одно-

го из компонентов примет вид

Циоп = - аСж/с^.. = Р ССГ - Сг) С6)

Уравнение материального баланса по газовой фазе может быть записано следушим образом

Цисп - йСг/сЯ. + Ог-бСг/йУ С 7)

Совместное решение уравнений 6 и 7 приводит к выражению вида

* *

Р = ЬпЕССг - Свык)/ССг - Сех)ЬС1г/У С8)

Таким образом, уравнение (8) позволяет рассчитать значение объемного коэффициента массопередачи, зная начальную ССвх) и конечную ССвых5 концентрацию компонента в газе, а также его равновесную

-ж-

концентрацию С С.г).

Изучение процесса десорбции проводилось на лабораторной установке. в которой воздух через барботер подавался в десорбер и после выхода из аппарата охлаждался. В случае изучения десорбции аммиака конденсат и охлажденный воздух подавался в абсорбер, заполненный раствором серной кислоты, где проводилось обратное титрование выделяйтегося аммиака. В случае изучения десорбции воды конденсат подавался в приемную емкость, установленную на весы.

Обработка .экспериментальных данных по десорбции воды проводилась согласно уравнению

Р - А-В СТ/То)С СО/У/ -СНЯ)/, С9)

учитываюцему влияние состава системы СВ), температуры проведения процесса, и гидродинамической характеристики (О/У - динамическая характеристика, Н/0 - геометрическая характеристика). Результаты математической обработки экспериментальных данных по десорбции воды воздухом представлены в таблице 2.

Наряду с этим было установлено, что применение дополнительного диспергирушего устройства позволяет увеличить коэффициент массопередачи в среднем на 10%. Использование грубого газораспределения приводит к снижению объемного коэффициента массопередачи в среднем на 20%.

Таблица 2

Результаты математической обработки экспериментальных данных по десорбции воды из различных систем

Вода Дисперсные системы Маточный раствор

А 0.387 0.387 0. 387

В 1.0 1.0-0.01 • Свр+0.0082- Ств 1.0-0.01•Сор+0.0078-Сса

С 8.6 8.6 3.6

Д 1.1 1.1+0.0007 • С*р+0.0012- Ств 1.1+0.0031- Сор+0.002- Со«

Е -0.5 -0.5+0.0077- Сер+0.019- Ста -0. 5+0.0055- Сор+0.017- Сса

л 10% 10% 20%

При изучении десорбции аммиака установлено, что реакция между отходами и щелочным агентом в случае нейтрализации известью протекает практически мгновенно и не лимитирует процесс массопередачи. Использование перемешивающего устройства С высокоскоростная пропеллерная мешалка) не оказывает значительного влияния на процесс десорбции аммиака, то есть парциальное давление аммиака практически равно его равновесному давлению С рис. 3).

Рис. 3. Кинетические кривые десорбции аммиака воздухом при нейтрализации отходов (Соа=10%, Сор-10%) различными щелочными агентами

4О

В случае нейтрализации отколов цементом массопередача в данных условиях затруднена, что значительно увеличивает время проведения процесса.

Для определения области концентрации органических веществ, при которой процесс удаления аммиака можно рассчитывать исходя из допущения, что Рр=Рп, были проведены опыты С рис. 4) с использованием различных распределительных устройств С барботер и трубка с!=6мм). Экспериментальные данные изображены точками, сплошные линии получены в результате расчета.

I, мин

Рис. 4. Кинетические кривые десорбции аммиака из нейтрализованных известью насыценных маточных растворов с высокой концентрацией органических веществ при подаче воздуха (СЬоэ =8 л/мин) через различные распределительные устройства: О и * - барботер,л и о - трубка.

На основании полученных данных сделан вывод, что при концентрации органических веществ в насыщенном маточном растворе менее 30% масс концентрация аммиака в отходящем воздухе практически равна равновесной, то есть в данных условиях прсцзсс удаления аммика может быть рассчитан на основании допущения, что Рр=Рп С при добавлении нейтрализующего агента в количестве, рассчитанном на основании расходных коэффициентов).

Таким образом, при синтезе пластифицируюцей добавки из насиненного маточного раствора с концентрацией органических веществ менее 30% масс лимитируиаей стадией процесса синтеза является удаление воды из системы.

Проведенные исследования позволили определить основные закономерности десорбции аммиака и воды в процессе синтеза пластифицирующей добавки.

Р, upTRpprnPi гпяяр изучены закономерности масштабного перехода, позволяющие применить зависимости, полученные на лабораторной установке, для расчета промышленных аппаратов.

На основании анализа теоретических предпосылок получено уравнение

Pi . Vo-CHi/DaO»

- = К' —;-:- > (10)

Ро Vi-CHo/Dao)1

в котором значение коэффициента К' определялось для каждой серии опытов, проведенных на воде. Как видно' из рисунка 5, наблюдается общая тенденция изменения коэффициента К в зависимости от отношения текущего объема жидкости к начальному (Vl/Vo) для лабораторной установки С Vo = 0.5л) и аппарата с объемом жидкости Vo = 5л.

Для учета влияния состава системы в уравнение 10 был введен, поправочный коэффициент К", учитывающий снижение объемного коэффициента массопередачи, обусловленного увеличением концентрации водорастворимых органических веществ и твердой Фазы в процессе синтеза пластифицирующей добавки.

Рис. 5. Зависимость коэффициента К' от отношения V¿/Vо.

i2

Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями С рис. 6) составляет в большинстве случаев менее 20Х. что свидетельствует об адекватности разработанной модели.

мин

30 10

Рр , */мин

Рис.6. Корреляция опытных и расчетных значения объемного коэффициента иассопередачи при десорбции воды в процессе синтеза добавки.

Таким образом, в результате проведенных исследований замкнутая система уравнений, состоящая из уравнений, характеризующих состав системы:

получена

<

Мот - Vot- С 579.3- Coa + 474-Сор + 998.8) Ма - СО.258-Сса + 0.0584-Сор)-Мот/100 Миэ - С0.88-Coa + 0.54-Сор)-Мот/100 Мои в Мот + Ма + Миэ — лМ» — дМа Мер - 1.575-Сор-Мот/100: Сво « Мор/Мсм Мтф - 1,361-Coa-Мот/100: СтФ = МтФ/Мсм

СИ)

характеризующих удаление аммиака и время окончания процесса:

{*Ма - 17- СлМв/18 + Овоэ- ¿t/22. 4) - С РрЛ Ро - Рр)

Ма - Ма - лМа: Са = NWMcw С12)

Са; < Сак

Г

характеризующих количество удаляемой воды :

Vo- С Hi/Dai)»

<

РЧ = 0.8- Po- К' • К"

Vi-CHo/Dao)'

IТ+273\8.6

Po = 0.387-

£93

Q

• С

А = 1.1 + 0.0007-Сер + 0.0012-Ств. В =-0. 5 + 0.0077- Свр + 0.019-Ств. С - 1.0 - 0.01-СВр + 0. 0082-Ств.

- 15.15 - 29.28- CVi/Vo) + 15.27-СVi/V0)a: - 0.874 - 1. 549- CCo/Ci) + 1.752- CCo/Ci)*s V/Cl - H = H/Cl - f = 0.0044 Q/V

2 = exp-CP-V/Q): Pn = Pp-CCZ - 1)/Z) X - 0.662-Pn/C Po - Pn): üMB = 1.3-X-Q- üt

С13)

На стадии концентрирования маточного раствора объем жидкости поддерживается постоянным в процессе работа и десорбция воды происходит при большом значении отношения H/D С H/D>1). В данных условиях возможно использование зависимостей, полученных на лабораторной установке. Расчет процесса концентрирования проводился по следупцей системе уравнений

0.387-

Т+273

293

8.6

Н Iß

Da

• С

<

А - 1.1 + 0.0031-Сор + 0.002- Соа. В =-0.5 + 0. 0055-Сор + 0.017-Сса. С = 1.0 - 0.01-Сор + 0.0078-Соа.

Ln Рр - Ln Po - 0.475-Сса - 0.015-Сор - 1.877-Сор1 2 = exp-CP-V/Q): Рп - Pp-CCZ - 1)/Z) X » 0.662- Рп/СPo - Рп):Мв - 1.3-X-Q- at

С14)

Изученные закономерности масштабного перехода для массопередачи в процессе синтеза пластифицирующей добавки в следуюдем диапазоне изменения параметров: температура 60-80*С. начальная приведенная нагрузка по газу 500-1500 ч~1, концентрация органических веществ 0-50 2 масс, концентрация твердой Фазы 0-35 У. масс, отношение диаметра распределительного устройства к диаметру аппарата более 0.03, позволили получить замкнутую систему уравнений расчета процесса синтеза пластифицирушей добавки при различных начальных условиях, а также рассчитывать процесс концентрирования маточного раствора.

Пятая гняня посвящена разработке технологического оформления процессов концентрирования маточного раствора и синтеза пластифицирующей добавки. Для проведения процесов предлагается использовать не задействованные в технологическом процессе получения сульфата аммония вакуум-испарители объемом 23.5 мэ и конденсаторы паров.

Для реализации предлагаемой технологии необходимо ввести дополнительное оборудование на сумму 716 млн. руб., а именно: гидроиик-лон для отделения твердой Фазы на стадии концентрирования маточного раствора: два циклона для отделения капель конденсата от воздуха: две воздуходувки; накопитель кристаллов сульфата аммония объемом 2-3 и»: емкость для хранения щелочного агента объемом 2-3 м3: весы дозатор для подачи щелочного агента: три насоса.

Разработанная технология, являясь экологически чистой, позволяет полностью перерабатывать отработанную серную кислоту производства метилакрилата и получать дополнительно: 2400 т/год сульфата аммония; 140 т/год аммиака в виде аммиачной воды, которая используется в цехе для нейтрализации отработанной кислоты, приводя к экономии товарного аммиака; 2130 т/год пластифицирующей добавки следующего состава, X масс: Сво = 44, Стф - 26.

Себестоимость добавки составит 110 тыс. руб. при цене 151 тыс. руб.

Прибыль за счет предлагаемых мероприятий составит 2883 млн. руб. в год (в ценах на 1 ноября 1995п).

ЗАКЛОЧЕНУГЕ

1. На основании исследований, представленных в данной работе, изучена возможность комплексной переработки отработанной серной кислоты производства метилакрилата в пластиФицирушую добавку и сульфат аммония. Добавка П-ОСА является седиментаиионно устойчивой пастообразной массой и содержит 30-40% водорастворимых органических веществ и 20-30% твердой фазы.

2. Разработана математичеекая модель расчета объемного коэффициента массопередачи в процессе синтеза пастообразной добавки, учитывандая влияние геометрических и гидродинамических характеристик, а также состава системы и температуры проведения процесса на величину объемного коэффициента массопередачи.

Отклонение между экспериментальными и расчетными значениями составляет менее 20%.

3. Изучены закономерности десорбции аммиака в процессе синтеза пластифициругаей добавки. Установлено, что реакция нейтрализации отходов известью протекает практически мгновенно и не лимитирует процесс массопередачи. При десорбции аммиака из систем c. начальной концентрацией органических веществ менее 30Z масс концентрация аммиака. в отходящем воздухе близка к равновесной, то есть процесс синтеза пластифицирушей добавки не лимитируется удалением аммиака из системы.

4. Изучены закономерности масштабного перехода для массопередачи в процессе синтеза плзстифицируидей добавю-;. Получены выражения для расчета поправочных коэффициентов, учитывающих физические свойства системы, изменение высоты слоя, отношения высоты слоя к диаметру аппарата и приведенной нагрузки по газу.

5. Проведенные исследования позволили получить замкнутые системы уравнений для расчета процессов синтеза пластифицирующей добавки и концентрирования маточного раствора,

6. Определены расходнье коэффициенты для нейтрализации отходов известью и цементом. Установлено, что наиболее перспективным щелочным ангентом является известь, однако возможно использование цемента. Изучены свойства добавки,получаемой из отходов цеха по производству сульфата аммония. Активным компонентом добавки являются органические вещества, которые увеличивают подвижность цементных систем при повышении прочности готовых изделий.

7. Разработана комплексная пластифицирующая добавка, состоящая из переработанных отходов акрилатных производств П-ОСА и тяжелой смолы пиролиза П-ТСП. Изучено влияние состава комплексной добавки на ее свойства. Установлено, что при совместном использовании добавок наблюдается синергетический эффект, проявляющийся в увеличении пластафицируицих свойств комплексной добавки С больше, чем рассчитанные по правилу аддитивности). Опытное внедрение комплексной

добавки на заводе ЖБИ треста N16 показало, что применение комплексной добавки оптимального состава С 20% П-ОСА и .302 П-ТСГО позволяет получать литые бетонные смеси с 0К=20 см, а при работе на

i ó

звноподвижных смесях возможна экономия более 15% цемента без сни-гния прочности изделий.

8. Разработана инструментальная методика анализа состава ма-эчного раствора С при содержании водорастворимых органических везете менее 36% масс), позволяшая заменить аналитические методы энтроля инструментальными без снижения точности анализа и значи-зльно сократить время анализа.

9. Усовершенствованная технология, являясь экологически чистой, эзволяет полностью перерабатывать отработанную серную кислоту эоизводства метилакрилата при незначительных изменениях. Прибыль а счет предлагаемых мероприятий составит порядка 3 млрд.руб./год. э материалам диссертационной работы имеются следующие публикации: i. Комплексная переработка отходов производств мономеров в пластификатор. Абаев Г.Н., Грибова Е.В., Кури Хамид, Киреев В. А. //XV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тез. докл. конф.-Минск; Навука 1 тзхн1ка . 1993. Т.1. -С. 5-6.

I. Комплексный пластификатор на основе отходов ПО "Полимир". Киреев В.А., Абаев Г.Н. // Проблемы качества и надежности машин. Тез. докл.конф. Могилев. 1994. ч. II. -С. 90. 3. Экспресс-методика определения состава отходов акрилатных производств. Киреев В.А., Абаев Г.Н., Кури Хамид.// Заводская лаборатория. N3, 1995. С. 13. 1. Синтез комплексного пластификатора для бетонных смесей из отходов химкомбината. Абаев Г.Н., Киреев В.А., Кури Хамид, Андреева P.A., Грибова Е.В. // Полимерные композиты-95. Тез. докл. конф,-Солигорск: 1995. -С. 70-71. 3. Комплексная переработка отработанной серной кислоты акрилатных производств. Киреев В. А., Абаев Г. Н.. Кури Хамид. // Проблемы промышленной экологии и комплексная утилизация отходов производства. Тез. докл. конф.- Витебск; 1995. -С. 122-123. 5. Заявка на изобретение N 950 708, приоритет 12.06.95. "Способ переработки жидких отходов, содержащих сульфат аммония и Смет-) акриловые соединения " Киреев В. А., Абаев Г. Н., Андреева Р. А. Заявка на изобретение N 950 707, приоритет 12.06.95. "Способ приготовления бетонной смеси " Абаев Г.Н., Киреев В.А. Аппаратурное оформление узла кристаллизации и нейтрализации при переработке сульфатсодержацих отходов. Абаев Г.Н., Кури Хамид, Киреев В.А., Андреева P.A. // Процессы и оборудование экологических производств Тез. докл. конФ.- Волгоград: 1995. -С. 90 i. Растворимость аммиака в водных растворах. Кури Хамид, АбаевГ.Н., Киреев В.А.// Журнал прикладной химии, 1986. N3. -С.389-392.

Условные обозначения:

М - масса, г С кг): Т - температура, 'С: С - концентрация, X масс: Р - давление. Па: О - диаметр лабораторной установки, промышленного аппарата, м: Г - плотность, г/си': П - показатель преломления: р - объемный коэффициент массоотдачи, мин*'; Ч" - газосодержание: Н - высота слоя жидкости, м: Н - реальная высота слоя жидкости с учетом газосодержания, м: V - объем жидкости, л: V - реальный объем жидкости с учетом газосодержания, л: а - расход газа, л3/мин: С - время, мин:

нижние индексы:

са — сульФзт аммония: ор - органические вещества, содержащиеся в маточном растворе: ер - водорастворимые органические вещества, содержащиеся в пласти£яцирутей добавке: тф - водонерастворимые вещества, содержащиеся в пластиЗмцирунаей добавке: а - аммиак: в - вода; воэ - воздух; см - реакционная смесь: от - отходы: п -парциальное давление; р - равновесное давление: ап — давление в аппарате.

РЕЗЮМЕ

Киреев Вадим Александрович

Моделирование процесса переработки сульфатсодержаоих отходов производств акриловых мономеров

акрилатные производства, пластийицирупцая добавка, синтез, »

десорбция, аммиак, вода, моделирование, масштабный переход,

технология, метод анализа.

В диссертационной работе изучены закономерности получения пластифицирующей добавки для бетонных смесей из отходов акрилатных производств на типовом оборудовании. Изучена десорбция аммиака и воды воздухом из органосодержадей водной суспензии в процессе синтеза пастообразной добавки, выполнен масштабный переход. Получена замкнутая система уравнений, позволяющая рассчитать процесс синтеза пластифицирующей добавки в промышленном аппарате. Разработана экологически чистая технология комплексной переработки отходов акрилатных производств. Получена комплексная добавка, обладающая'высокими эксплуатационными свойствами. Разработана инструментальная экспресс-методика анализа состава отходов.

РЭЗЯМЭ

Kipsey Водз1м АляксандравХч

Мадэляванне працеса перапрацоук! сульФатзмяшчаодих адыходау

акрылатныя вытворчасц1, пластыФ1куючая дабаука, с1нтэз, дэсорбцыя. ам1як, вада, мадэляванне. маиггабнм пераход, технадоПя. метад аналДза.

У дисертацыйная "рабоие вывучаны заканамернасц1 атрымання плас-тыф1куьчай дг£аук1 да бетонных сумесяу з адходау акрылатных выт-ворчасцяу на тыпаьым абсталяванн!. Вывучана дэсорбцыя вады 1 ам1я-ка воздухам з арганазмяшчаюцай вадкай суспензИ у працэсе сХнтэзу пастападобная дабаук1,выкананы маиггабны пераход.Атрымана замкнёная с1стэма раунаннлу, якая дозваляе разл1чиць працэс с1нтэзу пластыФ1-куючай дабаук1 у прамысловым алараце. Распрацавана зкалаг1чна чистая тэкналог1я комплексная перапрацоук1 адходау акрылаггных вытвор-часцяу. Атрымана комплексная дабаука,якая валодае высок1м1 эксплуатацией ым! у ласцд васцям1. Распрацавана 1нструментальная экспрэс-методыка аналХзу складу адходау".

Modelling"of process In the processing of sulphate-contained wastes In production of acrvlatlc monomers acrvlatlc production, plasticizing additive, synthesis, desorption, ammonia, water, modelling, scale-up transfer, technology, method of analysis.

In the thesis were studied the possibility of Eetting plastlcizlng additive for concrete mixture from the wastes of acrylatlc production in known equipment model. Studied regularities of ammonia desorption and water with the help of air In the process of PâStw like additive synthesis, scale-up transfer has been completed. Close system of equations, which help to calculate plastlcl-n:-ng additive synthesis process has been worked out.Obtained complex additive, which possess high operation properties. Worked out Instrumental express-method for waste composition analysis.

вытворчасцяу акрылавых манамерау

Summary Klreev Vadiio Alexcandrovich