автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка системы гидродинамический аппарат-колонна окисления с целью повышения качества производных дорожных битумов

процесса качества аппарата,

ВВЕДЕНИЕ Литературный обзор

1.1 Процессы производства дорожных битумов

1.2 Особенности процесса окисления нефтяного сырья в аппаратах колонного типа

1.3 Возможности совершенствования производства битума и повышения производимых дорожных битумов ВЫВОДЫ

Разработка конструкции гидродинамического обеспечивающего повышение качества битума,

2.1 Характеристика используемого сырья

2.2 Конструкция гидродинамического аппарата

2.3 Изучение влияния конструкционных особенностей гидродинамического аппарата на качество получаемых битумов

2.4 Исследование эффективности лабораторного аппарата погружного типа в процессе производства битума

2.5 Исследование процесса термостабилизации битумов на лабораторной модели ГДА

ВЫВОДЫ

Исследование пилотной системы «ГДА - колонна окисления» для интенсификации процесса окисления битумов и методы разработке их достижения, системы «ГДА

Основные цели использованные при колонна»

Исследования процесса производства битумов с использованием пилотной системы «ГДА - колонна окисления»

Методика расчета процесса компаундирования в системе «ГДА - колонна окисления» ВЫВОДЫ

Опытно-промышленные испытания системы «ГДА - колонна окисления»

4.1. Этапы модернизации установки

4.2. Результаты опытно-промышленных испытаний

4.3. Апробирование битума, произведенного с использованием системы «ГДА - колонна окисления» ВЫВОДЫ

В настоящее время все большее значение для строительных организаций, специализирующихся на укладке автомобильных дорог, приобретает качество используемого ими дорожного битума.

В начале 80-х г.г. головной организацией «СоюзДорНИИ» было предложено внести изменения в ГОСТ на дорожные битумы. Это связывалось с недостаточно высокими показателями эксплуатационных характеристик выпускаемых битумов, которые отрицательно сказываются на долговечности и прочности дорожных покрытий, нагрузка на которые постоянно возрастает.

Ввод в битумы полимеров не решил эту проблему. Это привело лишь к частичному улучшению показателей дорожных битумов, не сказываясь на эксплуатационных характеристиках непосредственно битумоминеральных смесей. Кроме того, полимер-битумы имеют высокую себестоимость и ограниченную сферу применения. Попытка решить проблему улучшения характеристик дорожных битумов путем улучшения технологии процесса окисления не дала значимых результатов.

В связи с этим, многими научно-исследовательскими организациями были предприняты попытки модернизации аппаратов производства битумов. В этой связи разработка системы «гидродинамический аппарат (ГДА) - колонна окисления», внедрение которой на действующих битумных установках позволит увеличить мощность и улучшить качество продукта без значительных капитальных вложений, в настоящее время является актуальной проблемой.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Технология добычи, транспорта и углубленной переработки нефти, газа и конденсата» (П.Т.467) утверждённой Приказом Минобразования России №865 от 03.04.98, Указание №747-19 от 22.12.97.

Основной целью диссертационной работы является разработка новой системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления», позволяющей существенно улучшить качество производимых дорожных битумов и битумоминеральных смесей.

Цель достигается изучением влияния системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления» на процесс производства дорожных битумов, созданием и разработкой технологического процесса с учетом специфики этой системы.

1.Литературный обзор

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Ввиду актуальности проблемы повышения качества дорожных битумов проведена исследовательская работа по разработке нового аппаратурного оформления процесса их производства. Анализ литературных позволил сделать вывод о целесообразности использования для производства дорожных битумов процесса окисления нефтяных остатков. При этом предпочтительно использовать окислительную пустотелую колонну, учитывая простоту ее конструктивного оформления и обслуживания, а также высокую производительность и экономичность.

Предложено использовать на установке непрерывного производства битума с колонной окисления выносной аппарат, интенсифицирующий процесс окисления, в совокупности с процессом компаундирования, позволяющим существенно повысить качество битума.

Экспериментальным путем установлены оптимальные размеры элементов конструкции гидродинамического аппарата, позволяющие повысить эксплуатационные характеристики производимых дорожных битумов, по сравнению с существующими технологиями, за счет суммарного эффекта элементов его конструкции: системы роторно-статорных колец, прямоугольной и тороидальной камер.

Исследовано влияние зоны термостабилизации битума, характеризующейся значительно меньшим расходом воздуха, на качество производимого битума, в особенности, на показатели его термической стабильности. Установлено, что воздействие гидродинамического аппарата на битум, прошедший зону термостабилизации, улучшает как его основные эксплуатационные характеристики, так и сохраняя повышенные показатели термической стабильности.

Разработанный гидродинамический аппарат объединен с колонной окисления в единую систему. Процесс производства битумов в системе «гидродинамический аппарат - колонна окисления», являясь непрерывным, проводится в несколько этапов. Загружаемое в колонну окисления сырье «недоокисляется» кислородом воздуха в зоне барбо-тажного окисления. Полученный продукт проходит зону термостабилизации в условиях пониженного расхода воздуха и воздействия температуры. Часть продукта зоны термостабилизации попадает в циркуляционный контур с гидродинамическим аппаратом, где переокисляется. Переокисленный битум поступает в колонну окисления и, смешиваясь с продуктом зоны термостабилизации, выводится из колонны как товарный битум.

Проведенные исследования показали, что в системе «гидродинамический аппарат - колонна окисления» снижается чувствительность процесса к вязкости сырья, вследствие чего появляется возможность использования остатков в широком интервале вязкости - 13. .40с.

Разработана математическая модель системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления», в основу которой положен принцип аддитивности температур размягчения по КиШ. Расчеты для установки производства битума ООО «Промикс», г.Салават показали, что оптимальная производительность циркуляционного контура по жидкой фазе составляет 14т/ч.

На основании проведенных экспериментов и разработанной математической модели системы «гидродинамический аппарат -колонна окисления» предложена схема модернизации установки производства окисленного битума ООО «Промикс», г.Салават.

Модернизация установки заключалась в установке гидродинамического аппарата и переобвязке колонны окисления для создания циркуляционного контура. Кроме того, проведено уменьшение высоты воздушного маточника с целью создать в колонне окисления зону термостабилизации.

В результате, снижен расход воздуха и энергетические затраты на производство, повышена общая производительность системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления» по товарному битуму.

Проведенные опытно-промышленные испытания системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления» показали, что производимый битум по своим эксплуатационным характеристикам превышает требования ГОСТ 22245-90.

Анализ результатов опытно-промышленных испытаний показал, что фактическая производительность системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления» оказалась выше, чем следовало из теоретических расчетов. Учитывая все возможные влияния и допуски, принятые при теоретическом расчете, такое расхождение объясняется изменением характера процессов, протекающих в битуме в зоне смешения колонны окисления.

Ввиду сложности исследования химизма протекающих процессов проведена коррекция математической модели системы «гидродинамический аппарат - колонна окисления» с учетом поправочных коэффициентов. Установлено, что на величину поправочного коэффициента оказывают влияние характеристики используемого сырья.

Образцы опытно-промышленной партии битума БНДМ получили высокую оценку, как дорожно-строительных организаций, так и научно-исследовательских центров.

1. P.C. Ахметова, В.В. Фрязинов, И.А.Чернобривенко Современное состояние производства и пути повышения качества битумов различного назначения, Серия: Обзоры по важнейшим научным и научно-техническим проблемам отрасли, ЦНИИИТЭИ, М. 1979, С.51

2. Ахметова P.C., Ивченко Е.Г. Химия и технология топлив и масел, 1977, №3, с.26-29

3. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М. Химия. 1973г., 432 с.

4. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов, М., Химия, 1983,0.188

5. Гун Р.Б. Нефтяные битумы, М., Химия, 1989, с. 147

6. Баннов Г.П. и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 1977, №9, с. 14-16

7. Фрязинов В.В., Грудников И.Б. -Химия и технология топлив и масел, 1978, №2, с. 11-14.

8. Баженов В.М.,- Нефтепереработка и нефтехимия, 1070, № 10, с. 27-29.

9. Гун Р.Б, Новое в производстве улучшенных битумов, М,, ЦНИИТЭнефтехим, 1971, с. 10-15.

10. Ю.Бодан А.Н., диссертация, МИНХ и ГП им. Губкина, 1962.

11. П.Мережко Ю.И, Диссертация, Уфа, УНИ. 1989г.

12. Грудников И.Б., Фрязинов В.В. -Химия и технология топлив и масел, 1978, №8, с.8-11.

13. Фрязинов В.В., Ахметова P.C. Труды БашНИИНП, вып. 8, Химия, 1968 г, 167-170.

14. И.Носк! A.,Habilitationneschrieft, Wien, 19691..Senolt Н., Bitumen, Teere, Asphalt, Peche, vervandte Stoffe, 1969, 20, № 12, 563.

15. Крейцер Г.Д. Асфальты, битумы и пеки, М., Стройиздат, 19521..Pfeiffer J.Ph. The properties of asphaltic bitumen. New York, 19501..Abragam H. Asphalt and allied substances. New York, 1961

16. Кикути Эйити, Имаидзуми Юдзи «Сэкию гаккайси», 1970, 13, 9

17. Эйгенсон А.С., Фрязинов В.В., Грудников И.Б. Авт. Свид. СССР, №487924, кл. СЮ сЗ/04, 22.02.73

18. Богданович Н.И., Гуриев Т.А. и др. Авт. Свид. СССР №1129221А,кл. СЮ СЗ/04

19. Bayomy Fouad М., Khedr Safwan А. Sulfur as a partial replacement for asphalt in pavement. Transp. Res. Rec. 1987 №1115, c.l50-160

20. Plauche Jean-Pascal, etc. ElfAntar France Способ получения битум-полимерных композиций. Заявка 2668795 Франция, МКИ С08 L95/00, С08 К5/40. 1993

21. Розенталь Д.А. и др. Битумы. Получение и способы модификации. Л., 1979, С.80

22. Пат. США №2058051, кл. С1, 196-22

23. Пат. США №2573751, кл. С1, 196-142

24. Пат. США №2663673, кл. С1, 196-22

25. Пат. США №2247375, кл. С1, 196-22

26. US Pat 1487020 ofMar. 18,1924. С.А. 18, 167

27. US Pat 2762755 ofSep. 11,1956. С.А. 57,700i

28. US Pat 2861940 ofNov. 25, 1958. C. A. 53,4726a

29. Brit. Pat. 229690 ofFeb. 22. 1924.C.A.36,7298

30. US Pat 2524644 of Oct. 253 1950. C. A. 45,344g

31. Хойберг А.Дж. Битумные материалы. М., Химия, 1974

32. Gundermann F. Bitumen, Teere, Asphalte, Peche und verw. Stoffe, 1970,21,12

33. WalterH. Rheol. Acta, 1967, 6, 2

34. Гольц M. 06 опыте применения битумов, модифицированных полимерами, Автомобильные дороги, 1998, №7, с. 12

35. Медведев Н., Анкудинов А. Битум преткновения. Автомобильные дороги, 1998, №7, с. 10-11

36. Пат. 297167, 1972., (Австрия)

37. Баннов П.Г. и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 1978, № 9, с.12-14.

38. Пат. 297899, 1972., (Австрия)

39. Рахмилевич Р.З., Новости нефтяной техники. Нефтепереработка и нефтехимия, 1959, № 7, с.32

40. Magyar М. Et ai., Kiserleti intezetek Kozlemeny, 8, 201,1967

41. Csikos R., Zakar P. Et al., Erdöl Dienst, 19, 1965

42. Хуснияров M.X, Диссертация УНИ. Уфа. 1992

43. Хафизов Ф.Ш. Диссертация УГНТУ, Уфа. 1996

44. Хафизов Ф.Ш. и др. Газожидкостный аппарат. Пат. СССР. 1806002,1993г.

45. Хафизов Ф.Ш., Хуснияров М.Х., Кузеев И.Р. Способ получения нефтяного битума. Пат. РФ 2009160 кл. 5С10СЗ/04, 1994

46. Ибрагимова Р.Р., Максименко М.З., Кузеев И.Р., Абызгильдин Ю.М., Хафизов Ф.Ш. и Сметании В.Р. Способ получения битума. Пат. СССР 1641854 СЮ СЗ/04 1991

47. Мавлютов М.Р., Каримов Н.Х., Ш,ебланов А.П., Коврижников Г.А. Диспергатор. Авт. Свид. СССР 1813541 AI, кл. В01 F7/00,1993

48. Радченко Т.И., Самойлова P.M., Коврижников Г.А., Сергеев Г.А. Диспергатор. Пат. РФ 2016643 кл. 5 В01 F7/00,1994

49. Коврижников Г.А. Гомогенизатор Авт. Свид. СССР 1611429 AI, КЛ.В01 F7/24,199053. юминов И.П. Диссертация -УГНТУ, Уфа. 1999г.

50. Безбородов Ю.А., Бусел A.B., Ковалев Я.Н., Козел А.Е. Способ получения модифицированного битума. Авт. Свид. СССР 1789534 AI, кл. С08 L95/00, С08 К5/09,1993

51. Королев И.В., Полякова C.B., Немчина Н.Е., Савченко O.A. Способ получения битума. Пат. РФ 2000311 С, кл. СЮ СЗ/04, 1993

52. Булгаков Б.Б., Корнев B.C., Метлов Б.Н., Петров Б.Ю. Кавита-ционный аппарат. Авт. Свид. СССР 1457977 AI, кл. В01 F7/04,1989

53. Комаров B.C., Степанова Е.А. Влияние ультразвука на каталитические свойства алюмосиликатного катализатора // Нефтехимия. -1978. -№ 6. -C.9I4-9I9.

54. Вгасе F., Greek, Balbome А.//Ind. Eng. Chem. -1957.-V. 49. -N 12.-P.1938.бГГрегуш A., Грегуш П. // Акустический жзфнал. -I960. -№ 6. -С.441.

55. Айзенштайн П.Г., Булатова И.Н., Соболев A.M. Получение сульфофрезола с применением ультразвука /'/ Нефтепереработвса и нефтехимия. -1965. -.V 3. -С. 20-24.

56. Гинстлинг А.М., Барам A.A. // Химическая промышленность.-I960. № I

57. Thompson D., Vllbrandt // Ind. Eng. Chem. -1954. -N 46.-P.m2.

58. Фридман B.M. Звуковые и ультразвуковые колебания и их применение в лёгкой промышленности. -М.: Гизлегпром, 1956.бб.Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. -М.: Химия, 1966.

59. Стекольщиков М.Н., Уразаев 7.Х., Гелетий Л.Г., Бутаков Е.Г. Защелачивание бензинов на установке гидроочистки дизельных топлив // Нефтепереработка и нефтехимия. -1968. -№ 5. -С. 1314.68. попов К. // Масла и Жиры. -1936. -№ 8. -С.397.

60. Кемпбелл Д.М. Очистка и переработка природного газа. Пер. с англ./ Под ред. Гудкова С.Ф. -М.: Недра, 1977. -С.349.

61. Арзуманов Э.С. Об определении параметров кавитации регули-. руемых клапанов. "Труды института НИИ автоматика", 1965г.

62. Ишкильдин А.Ф., Хайрутдинов И.Р., Александрова СЛ. Хафи-зов Ф.Ш. Интенсификация процесса окисления нефтяных остатков воздействием ультразвука // Нефтепереработка и нефтехи-мия.-1986.-№ 5.-С.9-10.

63. Цупикова A.C., Жданюк В.К. О влиянии ультразвуковой активации на процесс окисления нефтяных битумов. 3 Респ. Научн. Конф. Харьков, 3-5 окт. 1991, с.6-7

64. УЗ.Бирюлина Т.Г., Гун Р.Б. Сравнение свойств битумов, полученных различными способами из одинакового сырья Нефтепереработка и нефтехимия, 1970, №4, с. 19-2174. Нефти СССР,

65. Щебланов АЛ. Авт. Свид. СССР № 1465100, кл. В 01 Г 7/28,1987

66. К.Бадекс, А. Градевальд Насосы М., Машиностроение 1979 С.124

67. В.М. Черкасский, Т.М. Романова Насосы, компрессоры, вентиляторы М., Энергия 1968, с.26-28

68. Насосы и компрессоры М., Недра 1974, с.55

69. Вопросы транспорта и хранения нефти и газа Вып. 2 М. Гостоп-техиздат 1959, с.79

70. Патент №2033252 от 20.04.95

71. Патент №2040962 от 09.08.95

72. Патент №2019281 от 15.09.94

73. Ю.Г. Фролов Курс коллоидной химии М. Химия 1982 400с.

74. А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии М. Химия 1971 с.97-98

75. Гороновский Н.Т., Назаренко Ю.П. Краткий справочник по химии Киев Наука 1974 с. 706-711

76. Устименко Б.Н. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях Наука Алма-Ата 1977 с. 47-64

77. Гольдштик М.А. Вихревые потоки Новосибирск Наука 1981 336с.

78. П. Спасский, В.В. Шауман Новые насосы для малых подач и высоких напоров М. Машиностроение 1973 с. 123

79. В.М. Кирюшина, M.K. Купершмидт Влияние технологических параметров на скорость окисления битумов Нефтепереработка и нефтехимия 1972 №7, с.21

80. Апостолов CA. Научные основы производства битумов. М., Химия, 1978, с. 166

81. Романов С.Н. Влияние температуры окисления сырья на устойчивость дорожных битумов ХТТМ 1993 №6, с.6-8

82. ВеШп Р. Asphalt Straas, 1987 №5 s. 18-2496. ГОСТ 18180-72

83. Худякова Т.С, Розенталь Д.А.,. Машкова Н.А Прогнозирование термостабильности дорожных битумов, ХТТМ 1993 №3 с.32-33

84. Гуреев A.A., Сомов В.Е., Луговской А.И., Иванов A.B. Новое в технологии производства битумных материалов ХТТМ, 2000, №2, с. 49-51

85. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М. Химия. 1973г., с. 225

86. Технологический регламент установки по производству нефтяных битумов. / ООО «Промикс». Салават, 1999. - 49 С

87. Технические условия ТУ 0256-001-48866602-98 на Битумы нефтяные дорожные модифицированные № 056-007825 / ООО «Промикс».- Салават. 1998. - 6 С

88. Пат. 2167183, Роспатент 7 С 10 С 3/02. Способ получения битума / A.n. Щебланов, CA. Щебланов. № 2167183; Заявлено 30.03.2000; Опубл. 20.05.2001, Бюл. № 14.