Спосіб зневоднення водно-смоляної емульсії

1. Спосіб зневоднення водно-смоляної емульсії, відповідно до якого попередньо розігріту водно-смоляну емульсію витримують при підвищеній температурі до досягнення необхідного вологовмісту, який відрізняється тим, що зневоднення здійснюють у герметично закритій посудині (реакторі) без доступу атмосферного повітря при під 3 нагрівають з наступною витримкою при підвищеній температурі до досягнення необхідного вологовмісту (див. опис а. с. СРСР № 340281, М. кл. С10с 1/02, опубл. 31.10.1972р.). Недоліком відомого способу є низька його ефективність, яка пов'язана з недостатньою ефективністю вологовиділення та великою витратою енергії на процес зневоднення водно-смоляної емульсії. Також недоліком способу є необхідність у використанні деемульгаторів для різних водносмоляних емульсій, що також ускладнює процес зневоднення водно-смоляної емульсії. Відомий спосіб зневоднення водно-смоляної емульсії, відповідно до якого, емульсію витримують при підвищеній температурі до досягнення необхідного вологовмісту [див. опис а.с. СРСР № 295788, М. кл. СЮс 1/18, опубл. 12.02.1971р.]. Відомий спосіб характеризується недостатньою ефективністю вологовиділення та великою витратою енергії на процес зневоднення водносмоляної емульсії. Відомий спосіб зневоднення водно-смоляної емульсії, відповідно до якого попередньо розігріту водно-смоляну емульсію витримують при підвищеній температурі до досягнення необхідного вологовмісту [див. опис патенту РФ № 1083914, М. кл. С10с 1/02, опубл. 30.03.1984р.]. Особливістю способу є те, що водно-смоляну емульсію витримують при підвищеній температурі, яка складає 70-90°С, та використовують поверхнево-активні речовини (ПАР), при цьому відділення води здійснюють декантацією або центрифугуванням. Однак відомо, що при нагріванні водносмоляної емульсії вище температури 80 °С, при наявності у ній ПАР, починають утворюватися стійкі емульсії, які розруйнувати термічним способом майже неможливо. Також при витримуванні водно-смоляної емульсії при підвищеній температурі 70-90 °С починають інтенсивно здійснюватися реакції полімеризації, що призводить до закоксовування поверхонь, що гріють, нагрівальних елементів та зменшення тепловіддавання та ККД процесу нагріву. Таким чином, недоліками відомого способу є великі енергетичні витрати, які пов'язані з нагріванням та центрифугуванням водно-смоляної емульсії та тривалістю процесу зневоднення водно-смоляної емульсії. Задачею технічного рішення, що заявляється, є розробка способу зневоднення водно-смоляної емульсії, який характеризується низькими енергетичними витратами, зменшеною тривалістю циклу зневоднення водно-смоляної емульсії без використання деемульгаторів або ПАР. Для рішення поставленої задачі у відомому способі зневоднення водно-смоляної емульсії, відповідно до якого попередньо розігріту водносмоляну емульсію витримують при підвищеній температурі до досягнення необхідного вологовмісту, відповідно до корисної моделі, що заявляється, зневоднення здійснюють у герметично закритій посудині (реакторі) без доступу атмосферного повітря при підвищеній температурі, яка складає 4560°С, та зниженому тиску 0,008-0,030 МПа протя 52199 4 гом 3,5-4,5 годин до досягнення остаточного вологовмісту водно-смоляної емульсії 15-20%. У результаті досліджень було встановлено, що в'язкість, структурі властивості та характер взаємодії поміж дисперсним середовищем та дисперсною фазою у водно-смоляній емульсії визначається температурою формування вказаної емульсії. При температурі вище 60°С значення поверхневоактивного натягу емульсії знижується, що призводить до взаємопроникнення фаз та утворенню стійкої емульсії, яку розділити термічним способом майже неможливо. При температурі нижче 45°С суттєво знижується швидкість зневоднення водносмоляної емульсії. Також було встановлено, що при тиску більше ніж 0,030 МПа збільшується нагароутворення поверхонь, що гріють, нагрівальних елементів, що призводить до зменшення тепловіддачі та ККД нагріву. При пониженому тиску менше ніж 0,008 МПа збільшуються витрати електроенергії для створення необхідного розрідження, що призводить до підвищення енергетичних витрат при реалізації способу, що заявляється. У окремому варіанті реалізації способу, зневоднення здійснюють у два етапи, на першому з яких водно-смоляну емульсію витримують протягом 1,5-2,0 годин при підвищеній температурі, яка складає 50-60°С, та тиску 0,015-0,030 МПа до вологовмісту 30-35%, а на другому етапі - при температурі 45-50°С та тиску 0,008-0,010 МПа - витримують протягом 2,0-2,5 годин до досягнення остаточного вологовмісту 15-20%. Такий режим реалізації способу дозволяє здійснити зневоднення водно-смоляної емульсії до остаточного вологовмісту 15-20% при мінімальних витратах електроенергії. Спосіб зневоднення водно-смоляної емульсії здійснювали наступним чином. Відходи коксохімічного підприємства, у вигляді попередньо розігрітої до температури 40-45°С водно-смоляної емульсії, вологість якої складала 50-70%, вивантажували з відстійнику та завантажували в спеціально обладнаний сосуд (реактор), у якому витримували протягом 1,5-2,0 годин при підвищеній температурі, яка складала 45-60°С. При вказаній температурі процес інтенсивної полімеризації емульсії на межі передачі тепла від поверхонь, що гріють, нагрівальних елементів не відбувався. Потім вказаний сосуд (реактор) ізолювали від навколишнього середовища та вмикали вакуумний насос, за допомогою якого знижували тиск до рівня 0,008-0,030 МПа. При цьому при підвищеній температурі, яка складала 45-60 °С, водносмоляну емульсію витримували протягом 3,5-4,5 годин до досягнення остаточного вологовмісту 1520%. У оптимальному варіанті реалізації способу, зневоднення здійснювали у два етапи - на першому з яких водно-смоляну емульсію витримували протягом 1,5-2,0 годин при підвищеній температурі, яка складала 50-60°С, під тиском 0,015-0,030 МПа протягом 1,5-2,0 годин. При цьому забезпечували зменшення вологовмісту до 30-35%. Під час наступного етапу зменшували інтенсивність 5 52199 нагріву, у результаті чого температура емульсії знижувалась до 45-50°С. У той же час, за допомогою вакуум-насосу здійснювали наступне зниження тиску у реакторі до 0,008-0,010 МПа. Оскільки тиск у реакторі з розігрітою емульсією підтримували на вказаному рівні протягом 2,0-2,5 годин відбувалась інтенсифікація процесу зневоднення водно-смоляної емульсії. Таким чином забезпечували зневоднення водно-смоляної з 50-70% до остаточного вологовмісту 15-20%. Приклади реалізації способу, що заявляється. Приклад 1. У реактор об'ємом 5 м3 завантажували накоплені відходи коксохімічного виробництва у вигляді водно-смоляної емульсії вологістю 46,0%. Зневоднювання водно-смоляної емульсії здійснювали у два етапи. Під час першого етапу відходи витримували у реакторі при підвищеній температурі 52 °С протягом 2,0 годин. При цьому у реакторі створювали тиск 0,030 МПа. У процесі зневоднювання здійснювалось випаровування води з емульсії до вологовмісту 23,5 %. Потім здійснювали другий етап зневоднення емульсії, при якому температуру емульсії знижували до 45°С, а тиск зменшували до 0,008 МПа. Протягом 2,0 годин здійснювали зневоднювання емульсії до остаточного вологовмісту - 15,4%. Таким чином, забезпечили зневоднювання водно-смоляної емульсії з 46,0 % до остаточного вологовмісту 15,4%. Приклад 2. У реактор об'ємом 5 м3 завантажували накоплені відходи коксохімічного виробництва у вигляді водно-смоляної емульсії вологістю 52,8 %. Зневоднювання водно-смоляної емульсії здійснювали у два етапи. Під час першого етапу відходи витримували у реакторі при підвищеній температурі 53,2°С протягом 1,6 годин. При цьому у реакторі створювали тиск 0,028 МПа. У процесі зневоднювання здійснювалось випаровування води з емульсії до вологовмісту 28,0%. Потім здійснювали другий етап зневоднення емульсії, при якому температуру емульсії знижували до 45°С, а тиск зменшували до 0,010 МПа. 6 Протягом 2,2 годин здійснювали зневоднювання емульсії до остаточного вологовмісту- 17%. Таким чином, забезпечили зневоднювання водно-смоляної емульсії, яка мала початкову вологість 52,8 %, до остаточного вологовмісту 17,0 %. Приклад 3. У реактор об'ємом 5 м3 завантажували накоплені відходи коксохімічного виробництва у вигляді водно-смоляної емульсії вологістю 56,5 %. Зневоднювання водно-смоляної емульсії здійснювали у два етапи. Під час першого етапу відходи витримували у реакторі при підвищеній температурі 50,3°С протягом 1,5 годин. При цьому у реакторі створювали тиск 0,025 МПа. У процесі зневоднювання здійснювалось випаровування води з емульсії до вологовмісту 295 %. Потім здійснювали другий етап зневоднення емульсії, при якому температуру емульсії знижували до 45°С, а тиск зменшували до 0,010 МПа. Протягом 2,0 годин здійснювали зневоднювання емульсії до остаточного вологовмісту - 18,8%. Таким чином, забезпечили зневоднювання водно-смоляної емульсії, яка мала початкову вологість 56,5%, до остаточного вологовмісту 18,8%. Приклад 4. У реактор об'ємом 5 м3 завантажували накоплені відходи коксохімічного виробництва у вигляді водно-смоляної емульсії вологістю 65,8%. Зневоднювання водно-смоляної емульсії здійснювали у два етапи. Під час першого етапу відходи витримували у реакторі при підвищеній температурі 60 °С протягом 2,0 годин. При цьому у реакторі створювали знижений тиск 0,030 МПа. У процесі зневоднювання здійснювалось випаровування води з емульсії до вологовмісту 32%. Потім здійснювали другий етап зневоднення емульсії, при якому температуру емульсії знижували до 50°С, а тиск зменшували до 0,008 МПа. Протягом 2,5 годин здійснювали зневоднювання емульсії до остаточного вологовмісту - 20%. Таким чином, забезпечили зневоднювання водно-смоляної емульсії, яка мала початкову вологість 65,8%, до остаточного вологовмісту 20,0 %. Отримані дані відображені у таблиці. Таблиця Параметри, що контролюють 1 2 3 4 5 6 7 8 Вологість початкова, % Час І етапу, годин Час II етапу, годин Тиск І етапу, МПа Тиск II етапу, МПа Температура І етапу, С Температура II етапу, С Остаточний вологовміст, % Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 46,0 2,0 2,0 0,030 0,008 52,0 45,0 15,4 52,8 1,6 2,2 0,028 0,010 53,2 48,2 17,0 56,5 1,5 2,0 0,025 0,010 50,3 46,0 18,8 65,8 2,0 2,5 0,030 0,008 60,0 50,0 20,0 Відомий спосіб (за а. с. СРСР №1083914) 65,8 24 75,0 45,0 7 52199 8 Підписне Тираж 26 прим. Як видно з вищенаведених Прикладів 1-4 при реалізації способу, що заявляється, забезпечувалось зниження тривалості циклу зневоднення та зниження остаточного вологовмісту водносмоляної емульсії. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601