Способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука



Способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука
Способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука

 


Владельцы патента RU 2618847:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). (RU)

Изобретение может быть использовано в нефтехимической отрасли, в производстве эмульсионных каучуков и эластомерных композиций, при выделении каучука из латексов. Для осуществления способа проводят извлечение эмульгирующих компонентов – загрязняющих примесей сточной воды - с узла выделения эмульсионного каучука и ультразвуковое диспергирование непористого сорбента – техуглерода. Сначала получают дисперсию непористого сорбента, имеющего удельную поверхность 40-150 м2/г, в ультразвуковом проточном диспергаторе с удельной мощностью 250-500 Вт/дм3 в течение 10-60 с при смешении с низкоконцентрированным стоком с узла выделения эмульсионного каучука с последующим её концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 5-12,5 мас.%. Затем дисперсию смешивают со сточной водой в следующем ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 250-500 Вт/дм3 в течение 10-60 с с дальнейшим концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 10-25 мас.%. Число ступеней ультразвуковой обработки и концентрирования составляет от 2 до 5. Способ обеспечивает получение устойчивой водной дисперсии техуглерода при получении саженаполненных каучуков, что позволяет повысить технико-экономические показатели производства эмульсионных каучуков и провести глубокую очистку сточных вод. 1 табл., 11 пр.

 

Изобретение относится к очистке сточных вод непористыми сорбентами от поверхностно-активных веществ и может быть использовано в нефтехимической отрасли, в частности, в производстве эмульсионных каучуков и эластомерных композиций, а также при выделении каучука из натурального или синтетического латексов как при использовании солевой коагуляции, так и катионными полиэлектролитами.

В производстве эмульсионных каучуков в качестве эмульгаторов используются мыла диспропорционированной канифоли и жирных кислот (СиЖК) и лейканол, являющийся натриевой солью продукта конденсации β-нафталин-сульфокислоты с формальдегидом. Лейканол хорошо растворим в воде и относится к жестким поверхностно-активным веществам, которые не подвергаются биологической деструкции.

Содержание лейканола в сточных водах производства эмульсионных каучуков и латексов колеблется от 2,5 до 5,5 мг/дм3, а после их очистки на биологических сооружениях - от 1,25 до 2,5 мг/дм3 при норме на сброс 0,1 мг/дм3. Следует отметить, что при сбросе допустимое содержание карбоновых кислот в биологически очищенных стоках не должно превышать 0,8 мг/дм3.

Известен способ очистки сточных вод производства эмульсионных каучуков и латексов от лейканола (Патент РФ 2443635 С1, С02F 1/56, B01/D 21/01, C02F 103/38. Опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6) путем добавления коагулянта на основе полимерной соли четвертичного аммония, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют полидиаллилдиметиламмоний хлорид в количестве 5÷10 мг/дм3 сточной воды.

Химизм процесса связывания лейканола сводится к образованию труднорастворимого комплекса при взаимодействии лейканола с катионоактивным флокулянтом по схеме (Полуэктов П. Т., Корчагин В. И. Физико-механические основы очистки сточных вод от полимерных загрязнений в производстве бутадиен и бутадиен-стирольных латексов [Текст]. / Производство и использование эластомеров. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. Вып. 3. – С. 7–9).

Недостатком данного способа является использование аминных коагулянтов, относящихся к бионеразлагаемым продуктам, которые представляют особую опасность для окружающей среды, т.к. способны растворяться в воде или в кислой среде, накапливаться в водоемах и ухудшать санитарно-гигиеническое состояние. Синтетические аминные коагулянты оказывают отрицательное воздействие на биологическую очистку сточных вод, угнетая микроорганизмы в аэротенках, вплоть до их гибели. Передозировка коагулянтов аминного типа ведет к выводу из рабочего режима биологические сооружения, при этом, учитывая большой объем сточных вод до 30 м3 на тонну каучука при использовании солевой коагуляции и стоимость коагулянта, данный способ является технически и экономически нецелесообразным.

Известен способ очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества и неорганические соли (Патент РФ 2271335 С2, С02F 1/28, С02F 1/44, C02F 103/38. Опубл. 10.03.2006. Бюл. № 7), при использовании в качестве адсорбента предварительно измельченных отработанных сорбентов КУ-1 и КУ-2. Способ позволяет провести разделение и концентрирование раствора органических солей обратным осмосом, а также экстракцией регенерировать адсорбент, с помощью которого проведено извлечение лейканола и карбоновых кислот, т.к. процесс ведут при рН = 2,0÷4,0.

Следует отметить, что способ не обеспечивает глубокое извлечение лейканола из стоков, а при большом расходе требуются достаточно большие площади для размещения установки обратного осмоса.

В источнике (Патент РФ 2288926 С1, С09С 1/56. Сажевая суспензия и способ ее изготовления. 10.12.2006. Опубл. № 34) получение дисперсии сажи (техуглерода) достигается извлечением лейканола и калиевых мыл диспропорционнированной канифоли и жирных кислот и их производных из сточной воды с производства эмульсионных каучуков.

Следует отметить, что использованная сажа относится к непористым сорбентам и представляет собой техуглерод с развитой поверхностью не менее 40 м2/г, что позволяет произвести более глубокое извлечение поверхностью громоздких молекул лейканола и мыл диспропорционированной канифоли и жирных кислот. К недостатку следует отнести продолжительное диспергирование в течение 60–70 минут и получение грубой дисперсии сажи, что обусловлено недостаточной степенью диспергирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления водной дисперсии техуглерода (Патент на изобретение RU № 2452749, С09С 1/44. Опубл. 10.12.2012. Бюл. № 16), включающий диспергирование техуглерода с компонентами сточной воды с узла коагуляции бутадиен-стирольных каучуков диспергатором Д - лейканолом, эмульгирующими агентами – калиевыми мылами диспропорционированной канифоли и жирных кислот при рН = 2,0÷4,0 в ультразвуковом диспергаторе мощностью 100 Вт/дм3 в течение 1÷3 минут с последующим подщелачиванием до рН = 7,0÷9,0 и стабилизацию с общим временем процесса получения дисперсии 7 мин.

Однако при реализации данного способа необходимо учесть следующее:

- использование низкоконцентрированного стока для приготовления устойчивой дисперсии техуглерода;

- недостаточная степень очистки стоков от бионеразлагаемого диспергатора Д – лейканола;

- необходимость более глубокого извлечения мыл смоляных кислот, крайне полезных, при изготовлении резиновых смесей с использованием водной дисперсии техуглерода;

- продолжительное диспергирование и, как следствие, высокие энергетические затраты при извлечении техуглеродом из стоков лейканола, смоляных и жирных кислот и их производных;

- продолжительное ультразвуковое воздействие на сточные воды снижает эффективность очистки из-за деструкции эмульгирующих компонентов, что снижает сорбционную способность техуглеродом;

- получение водной дисперсии техуглерода низкой концентрации ограничивает её использование;

- минимизацию подщелачивающего агента при корректировке водородного показателя – рН;

- ограниченное использование очищенных стоков в производстве.

Технической задачей изобретения является глубокое извлечение из сточных вод лейканола (диспергатора Д) и эмульгаторов - мыл смоляных и жирных кислот - с минимальной корректировкой водородного показателя рН при минимальных энергетических затратах и деструктивных процессах эмульгирующих компонентов (лейканола и карбоновых кислот и их производных).

Для решения технической задачи изобретения предложен способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука, включающий извлечение эмульгирующих компонентов – загрязняющих примесей сточной воды - с узла выделения эмульсионного каучука и ультразвуковое диспергирование непористого сорбента, где новым является то, что вначале получают дисперсию непористого сорбента, имеющего удельную поверхность 40÷140 м2/г, в ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 250÷500 Вт/дм3 в течение 10÷60 с при смешении с низкоконцентрированным стоком с узла выделения эмульсионного каучука с последующим её концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 5÷12,5 мас.% , после чего она смешивается со сточной водой в следующем ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 250÷500 Вт/дм3 в течение 10÷60 с с дальнейшим концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 10÷25 мас.%, при этом используют проточные диспергаторы, а число ступеней ультразвуковой обработки и концентрирования составляет от 2 до 5.

Технический результат изобретения заключается в получении устойчивой водной дисперсии техуглерода при использовании в качестве диспергирующих агентов загрязняющих компонентов сточных вод, т.е. их применение в качестве вторичных сырьевых ресурсов при получении саженаполненных каучуков, что позволит повысить технико-экономические показатели производства эмульсионных каучуков, а главное, провести глубокую очистку сточных вод с производства эмульсионного каучука.

Способ осуществляется следующим образом.

Сточная вода со стадии выделения эмульсионного каучука катионными полиэлектролитами с содержанием лейканола 2,8÷5,4 мг/дм3 и калиевых мыл диспропорционированной канифоли и жирных кислот 81÷169 мг/дм3, при этом показатель общей загрязненности по ХПК составляет 145÷390 мгО/дм3, а по БПК – 81÷242 мгО/дм3, направляется в промежуточную емкость с перемешивающим устройством, куда подается сухой техуглерод.

В качестве непористых сорбентов с удельной поверхностью 40÷150 м2/г (по азоту) используют печной техуглерод марок: N115; N220; N234; N326; N 347; N330; N550 и др. в соотношении вода:техуглерод = 100:(1÷12,5) и подвергают ультразвуковой обработке в диспергаторе марки УЗТА-0,63/22-ОМ при удельной мощности 250÷500 Вт/дм3 в течение 10÷60 с с последующим концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания техуглерода 5÷12 мас.%, отделяют часть глубоко очищенной воды и получают дисперсию с содержанием непористого сорбента 10÷25 мас.%, а затем направляют на следующую ступень ультразвуковой обработки и концентрирования. Количество стадий, включающих ультразвуковую обработку, в том числе в проточном диспергаторе, и концентрирование на ультрафильтрационной установке, составляет от 2 до 5 ступеней.

Способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука поясняется следующими примерами.

Пример 1 (по изобретению)

Сточная вода с содержанием лейканола 5,1 мг/дм3 и мыл смоляных и жирных кислот и их производных 49 мг/дм3 при рН = 3,5 смешиваются в сборнике с техуглеродом марки N 330 с удельной поверхностью 79 м2/г в соотношении техуглерод:сточная вода = 1:100, а затем обрабатываются в ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 100 Вт/дм3 в течение 120 с, а затем подщелачивают до рН = 7,0 и стабилизируют дисперсию в течение 300 с, после чего она концентрировалась на ультрафильтрационной установке до содержания техуглерода в дисперсии 10% по массе.

Полученная водная дисперсия техуглерода имела период седиментационной устойчивости 16 суток, а очищенная вода содержала лейканол 0,9 мг/дм3 и мыла смоляных и жирных кислот и их производных 4,2 мг/дм3, при этом показатель общей загрязненности по ХПК - 33 О2 мг/дм3, БПК – 17 О2 мг/дм3, соотношение БПК/ХПК возрастало с 42,8 до 51,5%, что показывает на извлечение из стоков сопутствующих трудноокисляемых веществ.

Пример 2

Процесс осуществляют аналогично примеру 1 с тем отличием, что соотношение техуглерод:сточная вода = 5:100, а затем обрабатывают в ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 350 Вт/дм3 в течение 30 с, а затем дисперсия подвергается концентрированию на ультрафильтрационной установке до содержания 10%, после чего она смешивается в промежуточной емкости с новой порцией сточной воды в следующем ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 350 Вт/дм3 в течение 30 с с дальнейшим концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 20 мас.%.

Полученная водная дисперсия техуглерода имела седиментационную устойчивость более 30 суток, а очищенная вода содержала лейканол 0,1 мг/дм3 и мыла смоляных и жирных кислот и их производных 0,5 мг/дм3, при этом показатель общей загрязненности по ХПК 10,0 О2 мг/дм3, БПК – 7,0 О2мг/дм3, соотношение БПК/ХПК - 70%. Следует отметить, что при введении печного техуглерода показатель увеличивается до рН = 4,3.

Пример 3

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что время пребывания в проточных ультразвуковых диспергаторах с удельной мощностью 500 Вт/дм3 составляет по 30 с, т.е. общая продолжительность ультразвуковой обработки составляет 60 с.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице.

Пример 4

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что время пребывания в проточных ультразвуковых диспергаторах с удельной мощностью 600 Вт/дм3 составляет по 60 с, т.е. общая продолжительность ультразвуковой обработки составляет 120 с.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице. Следует отметить, что качественные показатели стока практически не изменяются при увеличении продолжительности и степени воздействия, но при этом возрастают энергетические затраты, которые превышают затраты по способу прототипа.

Пример 5

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что время пребывания в проточных ультразвуковых диспергаторах с удельной мощностью 250 Вт/дм3 составляет по 10 с, т.е. общая продолжительность составляет 20 с.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице.

Пример 6

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что время пребывания в проточных ультразвуковых диспергаторах с удельной мощностью 200 Вт/дм3 составляет по 5 с, т.е. общая продолжительность составляет 10 с.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице. Однако содержание смоляных и жирных кислот превышает нормативный показатель – 0,8 мг/дм3.

Пример 7

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что в качестве непористого сорбента используют техуглерод марки N220 с удельной поверхностью 115 м2/г.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице.

Пример 8

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что в качестве непористого сорбента используют техуглерод марки N115 с удельной поверхностью 143 м2/г.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице.

Пример 9

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что в качестве непористого сорбента используют техуглерод марки N550 с удельной поверхностью 41 м2/г.

Качественные показатели дисперсии техуглерода и очищенного стока приведены в таблице.

Пример 10

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что смешение сточной воды и техуглерода проводят при соотношении 100:12,5.

Однако получение дисперсии свыше 25 мас.% усложняет ультрафильтрационное концентрирование и дальнейшее их использование.

Пример 11

Процесс осуществляют аналогично примеру 2 с тем отличием, что смешение сточной воды и техуглерода проводят при соотношении 100:2, количество стадий увеличивают до 5, при этом диспергирование проводят с использованием ультразвуковых диспергаторов в проточном режиме.

Следует отметить, что увеличение стадий усложняет аппаратурное оформление процесса и повышает расход электроэнергии.

Из анализа качественных показателей следует, что достигается необходимая степень извлечения из сточных вод эмульгирующих компонентов, при этом получают водную дисперсию техуглерода с достаточной седиментационной устойчивостью, необходимой при жидкофазном наполнении эмульсионных каучуков.

Таблица - Качественные показатели сточной воды и седиментационная устойчивость водной дисперсии техуглерода

(по примерам на изобретение)

Способ изготовления дисперсии техуглерода при глубокой очистке сточных вод с производства эмульсионного каучука, включающий извлечение эмульгирующих компонентов – загрязняющих примесей сточной воды - с узла выделения эмульсионного каучука и ультразвуковое диспергирование непористого сорбента, отличающийся тем, что вначале получают дисперсию непористого сорбента, имеющего удельную поверхность 40-140 м2/г, в ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 250-500 Вт/дм3 в течение 10-60 с при смешении с низкоконцентрированным стоком с узла выделения эмульсионного каучука с последующим её концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 5-12,5 мас.%, после чего она смешивается со сточной водой в следующем ультразвуковом диспергаторе с удельной мощностью 250-500 Вт/дм3 в течение 10-60 с с дальнейшим концентрированием на ультрафильтрационной установке до содержания 10–25 мас.%, при этом используют проточные диспергаторы, а число ступеней ультразвуковой обработки и концентрирования составляет от 2 до 5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству полуактивного технического углерода из жидкого углеводородного сырья. Способ получения включает предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья и технологического воздуха, смешивание последнего с природным газом и горение полученной смеси с образованием потоков продуктов горения, аксиальную подачу в них потока распыленного жидкого углеводородного сырья, содержащего водяной пар, сужение образовавшегося потока распыленного углеводородного сырья и продуктов горения, его термоокислительное разложение.

Изобретение может быть использовано в химической и резиновой промышленности. Способ получения сажи из резиновых отходов включает их термическое разложение, разделение продуктов разложения на парогазовые продукты и твердый углеродный остаток, измельчение углеродного остатка до размеров частиц 0,1-2,0 мм, сжигание парогазовых продуктов с измельченным твердым углеродным остатком в весовом соотношении 1:(0,1-2).

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при изготовлении резиновых шин с высокими эксплуатационными характеристиками.
Изобретение относится к составам, предназначенным для поглощения инфракрасного излучения, генерируемого внешними источниками электромагнитных волн инфракрасного спектра, и инфракрасного излучения, исходящего собственно от объекта.

Изобретения относятся к химической промышленности и могут быть использованы при производстве пигментов для красок и чернил, а также наполнителей каучуков и пластмасс.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, резинотехнической, полиграфической, лакокрасочной отраслях промышленности. Сжигают богатую смесь углеводородного газа-топлива с воздухом при значении коэффициента избытка воздуха α=(1…1,2)αCOmax≈0,7…0,9.

Изобретение относится к многостадийной термической обработке резиновых отходов, в частности отходов шин. Изобретение касается способа многостадийной термической обработки резиновых отходов для извлечения углеродной сажи, включающего этапы транспортировки твердого материала в виде гранулированного продукта, полученного из резиновых отходов, в три различные последовательно расположенные зоны нагрева, находящиеся в реакторе (10).

Изобретение относится к технологии переработки органических отходов и может быть применено в химической и резинотехнической промышленности. В реакторе разлагают резиновые отходы.

Изобретение относится к переработке промышленных и бытовых отходов. Устройство для получения сажи из резиновых отходов включает реактор пиролиза 5, систему выгрузки твердых продуктов, средство вывода газов пиролиза, кожухотрубный теплообменник 13, приемное устройство твердых продуктов пиролиза, конденсатор 26 газов пиролиза, средство 16 вывода дымовых газов.

Изобретение предназначено для очистки воды. Устройство кувшинного типа содержит корпус в виде кувшина, содержащий цилиндрическую корпусную часть, имеющую днище и перегородку для разделения внутреннего пространства корпусной части, крышку кувшина, непроницаемым для жидкости образом закрывающую открытый верхний край корпуса кувшина, и картридж для очистки воды, съемным образом прикрепляемый к открытой части для крепления в перегородке.
Группа изобретений может быть использована в горнодобывающей промышленности для облегчения агрегирования минеральных компонентов в водных минеральных шламах. Обработка водного минерального шлама включает добавление в диспергированный шлам водного раствора анионного полимера, вступающего в реакцию с твердыми минеральными компонентами, с целью их агрегирования и осаждения с образованием продукта, содержащего флоккулированный осадок и воду.

Изобретение может быть использовано для получения оксида цинка из цинксодержащих оксидных материалов. Способ включает выщелачивание цинксодержащего оксидного материала 8-10%-ным водным раствором аммиака при температуре 17-25°С, Т:Ж = 1:9 - 1:10 в течение 20-60 минут.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки подземных горизонтов от загрязнения нефтепродуктами. Устройство для сбора и откачки нефтепродуктов из подземного горизонта включает цилиндрическую камеру, выполненную в виде поплавка 1, погружной насос 2 с напорным трубопроводом 3 и приводом 4, а также полую монтажную штангу 5, внутри которой расположен напорный трубопровод 3.

Изобретение относится к гидрометаллургии урана, в частности к способу извлечения и концентрирования урана из разбавленных растворов. Извлечение урана из раствора осуществляют сорбцией.

Изобретение относится к электрохимическим способам очистки сточных вод, в частности сточных вод фармацевтической промышленности, и может быть использовано для электрохимической утилизации лекарственных препаратов, содержащих салициловую кислоту, с истекшим сроком годности.

Изобретение может быть использовано на морских плавательных средствах - морских кораблях, судах и платформах, подводных лодках для подготовки кондиционированной питьевой воды на основе исходной опресненной воды.

Изобретение относится к методам водоподготовки и очистки воды и может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, фармакологии. Бытовой фильтр двухстороннего действия содержит корпус с герметично закрывающейся крышкой, картридж, разделяющий объем корпуса на две герметично закрывающиеся крышками полости.

Группа изобретений относится к способам, системам и многофазным сепараторам обработки воды для гидроразрывов. Технический результат заключается в обеспечении безопасности при гидроразрыве пластов.

Изобретение относится к области обработки вод, в частности к композиционным фильтрующим материалам, и предназначено для очистки технологических водных сред от содержащихся в них ионных примесей и взвесей продуктов коррозии с использованием сочетания процессов ионообменной и магнитной очистки.

Изобретение относится к сорбентам для поглощения нефти. Предложен сорбент-активатор, представляющий собой наноструктурированный углерод-кремнеземный композит, полученный из смеси шунгита с рисовой шелухой при их массовом соотношении в смеси на 6 частей шунгита 1-24 части рисовой шелухи.
Наверх