CC BY
58
40
В.А. Журавлев
УДК 661.183.12
В.А. Журавлев
ПОЛУЧЕНИЕ «МОНОСФЕРИЧЕСКОГО» ГРАНУЛЬНОГО СОПОЛИМЕРА СТИРОЛА И ДИВИНИЛБЕНЗОЛА ДЛЯ СИНТЕЗА ИОНИТОВ
В процессах эксплуатации высокомолекулярных ионообменных смол на стиролдивинил-бензольной основе, большое значение имеет максимально узкий гранулометрический состав. Необходимость в получении такого продукта обусловлена высокими требованиями к гидродинамике ионообменных процессов.
В производстве гранульных полимеров и сополимеров для создания капель мономера в дисперсионной (водной) среде использует главным образом процессы механического диспергирования с помощью мешалок различной конструкции.
Анизотропность гидродинамического режима не позволяет получать капли и, в последующем гранулы, близкие по размеру. Анализ производственных партий сополимера показал, что характер распределения имеет форму гауссовской кривой и подчиняется уравнению:
f (Б) = 36,76е-15’39(-0>49)2,
где Б - диаметр гранул, мм; 0,49 - диаметр гранул, имеющих наибольшее массовое содержание; X - текущая координата в направлении изменения диаметра гранул.
Размер гранул сополимера, полученного в производственных и лабораторных условиях при механическом диспергировании, колеблется в диапазоне от 0,1 до 1 мм и выше. При выделении товарной фракции с размером гранул 0,25 - 0,8 мм (ТУ 6-05-1811-83) потери с мелкой и крупной фракциями составляет 6 - 8 %. При необходимости выделения более узкой фракции потери могут достигать 50 %.
В этой связи представляет интерес использование других способов диспергирования мономерной смеси в водной фазе. Для диспергирования (распыления) жидкостей принципиально широко используют различного рода форсунки и сопла, из которых истекает струя (или струи) жидкости, распадающиеся на капли при некотором отдалении от выхода из отверстия [1] .
Диспергирование струи жидкости является сложным физическим процессом, зависящим от многих внутренних и внешних причин.
Внутренними причинами распада являются различного рода начальные возмущения, вызываемые, например, нарушением цилиндрической формы струи при выходе из сопла, вибрациями сопла и т. д.
Основной внешней причиной является воздействие на поверхность струи аэродинамических сил, величина которых зависит от относительной скорости истечения, плотности и вязкости дисперсионной фазы. Аэродинамические си-
лы стремятся деформировать и разорвать струю, а силы поверхностного натяжения препятствуют этому. Внешние причины являются определяющими для процесса диспергирования [2].
Исходя из указанных соображений, проводилась экспериментальная работа, задачей которой являлось изучение влияния различных режимов диспергирования на размер и равновеликость капель.
Экспериментальная часть
Исследования по диспергированию мономерной смеси, состоящей из стирола и дивинил-бензола, в водной среде стабилизатора проводили на единичном сопле с использованием установки (рис. 1).
Через канал 3 с определенной скоростью подавали водную фазу, после чего с помощью азота из колбы 4 через расходную кювету 5 и сопло 2 подавали мономерную смесь.
В качестве сопел использовали иглы медицинских шприцов с внутренним диаметром 0,3;
0,5; 0,7; 1,0 мм. Вязкость водной фазы в экспериментах меняли в пределах от 1 до 14 сантипу-
Рис.1. Схема установки для изучения процесса диспергирования:
1 — кювета наблюдения; 2 — сопло; 3 — канал для подачи водной фазы; 4 — емкость мономерной смеси; 5 — измерительная кювета.
А — азот; Б — мономерная смесь; В — водная фаза (раствор стабилизатора)
Химическая технология
41
Рис.2. Фотографическое изображение струи при различных скоростях истечения мономерной смеси и диаметрах сопел
Рис.3. Зависимость длины сплошной части струи от скорости истечения из сопла: 1, 2 — вязкость мономера
аз (сП), скорость истечения мономерной смеси от 0,1 до 2,8 м/с.
Анализ фотоснимков показал, что образованию капли во всех случаях предшествует формирование вытянутой струи с наличием участка перетока - «шейки». Таким образом, образование капель происходит в результате чередования «шеек» и местных расширений струи (рис.2). Конечному формированию и отрыву капли способствует воздействие сил поверхностного натяжения и перераспределение кинетической энергии между конечными долями жидкости струи.
Из визуальных наблюдений за поведением струи и анализа фотоснимков видно, что чем дальше от среза сопла выбрано сечение, тем сильнее деформирован профиль скорости. Изменение профиля скорости в направлении движения струи происходит в результате влияния целого ряда факторов (размывания струи вследствие переноса вещества через пограничный слой, влияния вязкостных характеристик струи и вод-
ной фазы) и может быть описано уравнениями, приведенными в работе [3].
Экспериментально установлена зависимость длины струи до ее деления на капли от скорости истечения мономера из сопла (рис.3) и от вязкости водной фазы (рис.4)
В оптимальных условиях диспергирования проведен процесс сополимеризации получен-
ных капель до полного превращения их в гранулы сополимера. Сополимер отмывали от стабилизатора и высушивали.
Анализ снимка синтезированного сополимера при 10-кратном увеличении (рис. 5) показал, что сополимер, полученный в эксперименте, не нуждается в отсеве товарной фракции. За незначительным исключением размер гранул колеблется в диапазоне от 0,55 до 0,7 мм, что соответствует «эффективному размеру», при котором создаются наиболее благоприятные условия для деминерализации воды в процессах водопод-
9.0;
1 ТУ3
/ г/
1 Г \
? і
7 14 21 28 35 42 49 56 63 70
Длина сплошной части струи, мм
Рис.4. Зависимость длины сплошной части струи от вязкости водной фазы:1, 2, 3 — скорости истечения из сопла соответственно 0,8; 0,65; 0,4м/с.
готовки и регенерации ионообменных смол.
Используя сопла с различным внутренним диаметром, изменяя скорости истечений мономерной струи из сопла и вязкость дисперсионной фазы, можно получать гранулы других размеров с узким гранулометрическим составом.
Рис. 5. Фотографическое изображение гранул сополимера
42
Ю. Н. Тюрин
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович, Г. Н. Теория турбулентных струй. - М.: Физматгиз, 1960. - 288 с.
2. Павлов, Н. В., Левин, А. Н. Пласт. массы, 1967, № 3, С. 27 - 31.
3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии, ч. 1. - М.: Химия, 1992. - С. 148 - 150.
□ Автор статьи:
Журавлев Владимир Александрович - канд. техн. наук, доц. каф. технологии основного органического синтеза
УДК 62-782.222.2:542.943.7 Ю. Н. Тюрин НАНЕСЕННЫЕ НА МЕТАЛЛОКЕРАМИКУ КАТАЛИЗАТОРЫ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
Число работ по каталитической очистке выбросов в промышленности и на транспорте заметно увеличилось, в которых были предложены, как правило, нанесённые катализаторы платиновой группы и катализаторы, активным компонентом которых были оксиды и соединения металлов переменной валентности.
В качестве носителей для таких катализаторов были использованы как традиционные носители с большой удельной поверхностью: оксид алюминия, алюмосиликат, природные глины, так и отхо-
ды некоторых производств: металлическая стружка, металлургические шлаки, зола сгорания каменных углей и др.
В данной работе мы исследовали нанесённые катализаторы в модельной реакции окисления оксида углерода (табл. 1). В качестве носителя для этих катализаторов была взята металлокерамика (МК), которая обладает достаточной механической прочностью и ей можно придать любую геометрическую форму.
Активность катализаторов определяли в реак-
Таблица 1.Краткая характеристика исследованных катализаторов
№ катализатора Состав катализаторов Примечание
1 Носитель МК Исходный образец
2 N10 - 1%, СиО - 2%, МК - ост. Пропитка носителя МК раствором нит-
3 N10 - 1%, СиО - 0,2%, СоО - 0,5, МК ратов никеля, меди и кобальта
- остальное
4 Рг - 2%, А1203 - 1,2%, МК - ост. Предварительное прокаливание МК и
однократная пропитка
5 Рг - 0,5%, А1203 - 2,16%, МК - ос- Без предварительного прокаливания
тальное МК и 2-х кратная пропитка
6-14 Рг - 0,5-2,3%, А1203 - 3,0-4,5%, МК - Без предварительного прокаливания
остальное носителя МК
Таблица 2.Окисление оксида углерода (СО = 1 об. %) на таблетке носителя МК
Параметры \ ‘ 350 400 450 500 550 600 650 650 650 650 600 600
Ж -10-3 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,9 6,4 10,7 2,9 7,2
X 0 1,8 4,6 9,2 12,2 18,8 37,9 30,9 16,6 9,9 17,8 7,0
* t - температура процесса, °С; Ж - удельная объёмная скорость, час '; х - степень превращения оксида углерода, %.
Таблица 3.Окисление оксида углерода (СО = 1 об. %) при 400 °С на таблетках катализаторов
Параметры Катализатор №2 Катализатор №3
Ж -10-3 6 12 19 27 42 12 19 21 29 32
X 99,5 97,2 92,3 84,7 72,9 92,8 86,2 83,1 72,6 71,5
