CC BY
53
200 МВт, из которых значительная часть приходится на поддержание нужной температуры.
В заключение следует отметить, что в России наличие дешевых топливно-энергетических ресурсов отнюдь не способствует перспективному развитию возобновляемой энергетики. Однако, с ростом мировых цен на нефть уголь, газ растут и внутренние цены, например, запланировано к 2011 году повышение цен на газ внутри страны до уровня равной доходности с экспортными поставками. Так что интерес частного бизнеса к инвестициям в сфере возобновляемой энергетики может уже в ближайшее время значительно возрасти.
УДК 66. 011
Б.С. Сажин, Л.Б. Дмитриева, М.Б. Сажина, В.Б. Сажин
Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, Москва, Россия Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СУШКИ ГРАНУЛЯТА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
Проведен анализ факторов, обуславливающих сложность реализации процесса сушки гранулята полиэтилентерефталата в промышленных условиях. Рассмотрена возможность разработки технологического оформления процесса сушки, позволяющего посредством создания внутри аппарата регулируемой гидродинамической обстановки нивелировать влияние каждого из приведенных факторов, что позволит в значительной степени интенсифицировать процесс сушки при сохранении высокого качества готовой продукции.
Производство полиэфирных (ПЭФ) волокон занимает лидирующее положение в мире (среди всех видов химических волокон) [1,2], благодаря уникальному комплексу их потребительских свойств: практически полное сохранение свойств волокна в мокром состоянии, наиболее высокая термостойкость среди многотонажных видов волокон, хемостойкость, биоинертность и другие эксплуатационные характеристики обеспечили приоритетность и конкурентоспособность полиэфирных волокон по сравнению с другими. Широкий ассортимент выпускаемых ПЭФ волокон и нитей обусловил производство текстильных материалов различного функционального назначения (для бытовых и технических целей, в частности, для пошива одежды, декора помещений, обивки мебели, изготовления нетканых материалов, шинного корда и т.д.)[1].
В технологии переработки гранулята полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в изделия (формование волокон, пленок и т.д.) стабильность протекания всех технологических процессов во многом определяется качеством поступающего на переработку полимера. В частности, обработка в условиях повышенных температур (150 0С) гранулята ПЭТФ, влагосодержание которого превышает установленные технологические нормы, составляя (W) > 0,01%(масс.), приводит к резкому возрастанию скорости процесса гидролитической деструкции, что негативно сказывается на качественных показателях готовой продукции [3,4]. Поэтому сушка является важнейшей стадией предварительной подготовки гранулята ПЭТФ к процессу последующей переработки. Однако ряд факторов
осложняют реализацию процесса сушки гранулята ПЭТФ. В частности, вода, содержащаяся в структуре поступающего на сушку гранулята ПЭТФ, проявляет пластифицирующее действие, снижая температуру стеклования (Тс), а тем самым и температуру липкости (Тлип) полимера. Низкие значения Тлип обуславливают жесткое регламентирование температурного режима процесса сушки ПЭТФ. При увеличении температуры подаваемого в аппарат осушающего агента (Тв) возрастает опасность адгезионно-аутогезионного взаимодействия (образование агломератов) гранул ПЭТФ в зоне загрузки полимера в плавильное устройство, что приводит к нарушению равномерности подачи полимера, создавая угрозу стабильности всего технологического процесса формования. Кроме того, влага, являясь структурным пластификатором, ускоряет протекание кристаллизационных процессов. Таким образом, необходимо обеспечить максимальную равномерность влагосодержания по всей массе поступающего на сушку полимера во избежание расхождений по степени кристалличности (а¿) в различных гранулах ПЭТФ, вследствие чего диапазон продолжительности плавления отдельных гранул может варьироваться в весьма широких пределах, осложняя получение гомогенного расплава.
При сушке высоковлажного гранулята, влагосодержание которого более 0,3-0,4 %(масс), в условиях повышенных температур (ТВ > 160°С) возникает опасность интенсификации процессов гидролитической деструкции полимерного субстрата, следствием которых является снижением молекулярной массы полимера и увеличение содержания олигомеров, что приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств готовой продукции [5]. Кроме того, низкомолекулярные фракции ПЭТФ в процессе сушки диффундируют к поверхности гранул, ухудшая их фрикционные свойства, [6,7]. При перемещении гранулята по трубопроводам или непосредственно в процессе обработки, вследствие малой фрикционной устойчивости ПЭТФ при трении гранул друг о друга и о стенки аппарата происходит образование пыли. В результате адгезионно-аутогезионного взаимодействия частицы полимерной пыли налипают на гранулы ПЭТФ и стенки аппарата, в значительной степени осложняя процесс последующей переработки (в частности, присутствие пыли препятствует получению гомогенных расплавов при переводе полимера в вязко-текучее состояние). Таким образом, необходимо предусмотреть меры преодоления адгезионно-аутогезионное взаимодействие посредством ослабления пылеобразования и обеспыливания гранулята, поступающего в плавильные устройства. Кроме того, в процессе сушки необходимо не только обеспечить высокое качество высушиваемого полимера, но и предусмотреть возможность сортировки гранул, поскольку технология последующей переработки предписывает использование монодисперсных и одинаковых по форме гранул. Для образования гомогенного расплава идентичных по структуре, но отличающихся по форме и размерам гранул, требуется различное время, что нарушает стабильность процесса переработки полимера.
Необходимым условием эффективного проведения сушки гранулята ПЭТФ также является высокое качество применяемого сушильного агента (воздуха, характеризующегося точкой росы Тр< - 40°С). Подготовка и рециркуляция такого воздуха реализуется с использованием как адсорбционных, так и конденсационных установок в различных технологических вариантах.
Таким образом, в целях повышения эффективности оборудования для сушки гранулированного ПЭТФ в условиях рыночной экономики целесообразно рассмотреть воз-
можность поэтапной сушки полимера, учитывая специфику свойств и динамику изменения структуры высушиваемого материала в ходе процесса. Поскольку, в условиях повышенных температур (Т = 120-140 °С) присутствующая в полимере влага способствует ускоренному протеканию процесса кристаллизации ПЭТФ, вследствие чего происходит перестройка структуры полимерного субстрата. В связи с этим, на первоначальном этапе сушки ПЭТФ решение внешней задачи (удаления поверхностной влаги, а также влаги содержащейся в наиболее крупных порах) целесообразно объединить с процессом кристаллизации для достижения равномерной степени кристалличности полимера по массе (ak ~ 0,4^0,5), что позволит избежать целого ряда технологических осложнений в процессе дальнейшей сушки. В частности, это обеспечит возможность существенно повышать температуру сушки (в целях интенсификации процесса) при решении внутренней задачи сушки (снижения влагосодержания до 0,005%, посредством удаление влаги из системы ультромикропор), избегая при этом угрозы проявления адгезионно-аутогезионное взаимодействие (образования агломератов) частиц при обработке в условиях высоких температур (за счет увеличения значений температуры липкости ПЭТФ в ходе описанных структурных преобразований). Кроме того, при сушке ПЭТФ в условиях повышенных температур (Т ~ 165 °С) прослеживается тенденция к некоторому уменьшению количества образующихся вследствие фрикционных воздействий пылевидных частиц, по причине снижения в указанных условиях способности гранулята к истиранию. Рациональное аппаратурно-технологическое оформление процесса сушки (с учетом рассмотренных осложнений) позволит в значительной степени интенсифицировать процесс сушки при сохранении высокого качества готовой продукции (с требуемой остаточной влажностью). Создание внутри аппарата (на каждой стадии сушки) регулируемой гидродинамической обстановки обеспечит возможность получения монодисперсного гранулята (с оптимальным размером гранул 3,0 - 3,3 мм и фактором формы близким к единице) и, одновременно, условия для принудительного удаления пылевидных частиц непосредственно в процессе сушки.
Список литературы
1. Перепелкин, К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон.- М.: МГТУ им. А Н. Косыгина, 2004.- 208 с.
2. Айзенштейн, Э.М. Производство и потребление полиэфирных волокон и нитей в мире. Состояние и перспективы российского рынка/ Э.М.Айзенштейн // Химические волокна.- 2007.- № 5.- С. 3-8.
3. Ravens, D.A. Chemical reactivity of poly(ethyleneterephtalate). Hydrolysis and etherifica-tion reactions in the solid phase/ D.A.Ravens, J.M. Ward // Trance Faraday Soc., 1961.-V.57.- № 2.- P. 150-159.
4. Davies, T. The kinetics of the hydrolysis of poly(ethylene terephthalate)/ T.Davies, P.L.Goldsmith, D.A.S.Ravens, J.M. Ward // J. Phys. Chem.- 1962.- V. 66.- № 1.- P. 175-176.
5. Ravens, D.A. Chemical reactivity of poly(ethyleneterephtalate). Hydrolysis and etherifica-tion reactions in the solid phase/ D.A.Ravens, J.M. Ward // Trance Faraday Soc., 1961.-V.57.- № 2.- P. 150-159.
6. Геллер, Б.Э. Влияние воды на кинетику кристаллизации полиэтилентерефталата/ Б.Э.Геллер, Е.А.Рогова, Г.А.Михилева, А.Т.Калашник, М.М.Иовлева // Химические волокна.- 1991.- № 6.- С. 57-60.
7. Перепелкин К.Е. Полиэфирные волокна на рубеже третьего тысячелетия // Химические волокна.- 2001.- № 5.- С. 3-5.
