Владимир Турчанинов - Технология кровельных и гидроизоляционных материалов Страница 8

Рисунок 25 – Полуколонный аппарат

1- корпус; 2 – штуцер для отвода газа; 3 – стояк; 4 – часть стенки корпуса; 5 – маточник

Рисунок 26 – Схема маточников (барботеров) в горизонтальном (а) и вертикальном (б) конвертерах

Аппарат полуколонного типа представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд диаметром 2,5 м и высотой 15 м. Рабочая вместимость 50 м3. По центру расположена труба для подачи воздуха, которая до дна не доходит на расстояние от 0,5 до 0,6 м и заканчивается крестообразным барботёром. Последний имеет отверстия, расположенные под углом 30° к осям труб. Через отверстия подаётся воздух под давлением 0,2 МПа, под действием струй которого битум приводится во вращение, а воздух поднимается вверх, насыщая и окисляя битум.

1 – битумный куб; 2 – труба для отвода отработанного воздуха и газа; 3 – труба для подачи воздуха; 4 – компрессор; 5 – воздушная магистраль; 6 – насосы; 7 – магистраль для подачи битума; 8 – холодильник для охлаждения битума; 9 – маточник; 10 – газосборник; 11 – дымовая труба; 12 – теплообменник (ёмкость) для тяжелого нефтяного остатка; 13 – магистраль для подачи гудрона; 14 – раздаточник

Рисунок 27 – Технологическая схема производства окисленного битума в установках периодического действия

Горизонтальные конвертеры имеют емкость 35 м 3, диаметр 3 м и длину 5 м.

Внутри конвертера на расстоянии от 0,3 до 0,5 м от дна расположены две трубы с отверстиями, направленными вниз под углом 45 °. Размеры отверстий увеличиваются от середины к концам труб. Эти трубы-маточники (барботеры) по середине соединены общим патрубком с приваренным к нему стояком (такая же труба). Конец стояка выведен наружу, по нему подается воздух от воздуходувки в барботеры. Вверху корпуса имеется штуцер для отвода газов из конвертера, люк с крышкой для наблюдения и штуцеры для установки измерительных приборов. Конвертеры облицованы кирпичом; снизу имеются топки для сжигания топлива – газа или мазута.

1 – ёмкость для сырья; 2 – компрессорная установка; 3 – воздушная магистраль; 4 – паровая магистраль; 5 – обратная воздушная магистраль с ловушками; 6 – битумные кубы; 7 – насос; 8 – аварийная ёмкость; 9 – парообразователь; 10 – раздаточник; 11 – подающая магистраль; 12 – обратная магистраль; 13 – насос; 14 – куб

Рисунок 28 – Технологическая схема производства окисленного битума в установках непрерывного действия

Нефтяной битум более высокого качества получается в аппаратах трубчатого типа, работающих по непрерывной схеме. Трубчатый реактор состоит из серии вертикальных труб диаметром 200 мм и высотой 10 м, соединенных между собой переходными звеньями. Общая длина труб реактора – 310 м, рабочая вместимость – 9,75 м3.

С одного конца реактора осуществляется подача в него воздуха и битума – исходного и рециркулята, – а другой конец реактора соединен с сепаратором, где происходит отделение газа от битума. Газ сжигается в печи дожига, а битум частично идет на рециркуляцию, а частично в продуктовый бак.

1 – реактор; 2 – сепаратор; 3 – циклонная печь; 4 – продуктовый бак; 5 – продуктовый насос; 6 – насос сырьевой паровой; 7 – насос циркуляционный паровой; 8 – электродвигатель

Рисунок 29 – Аппарат трубчатого типа

Реакция окисления протекает при температуре от 260 °C до 270 °С. Производительность реактора – от 15 до 17 т/ч при получении битума с температурой размягчения в интервале от 85 °C до 95 °С по КиШ. Рециркуляция окисленного битума позволяет обеспечить устойчивость процесса окисления битума в реакторе. Чем больше кратность циркуляции, тем устойчивее протекает процесс окисления. Но увеличение коэффициента кратности циркуляции повышает расход электроэнергии, поэтому значение коэффициента поддерживают в пределах от 6 до 10.

5.1.1.3 Свойства битумов

Свойства зависят от структуры, состава и температуры. Полярность молекул характеризует распределение электрических зарядов на молекулах компонентов битумов. Она определяет адгезию, когезию, величину и скорость смачивания.

О полярности органических вяжущих судят по коэффициенту растворимости, рассчитываемому по формуле

где А – растворимость битума в метиловом спирте, %;

В – растворимость битума в бензоле, %.

Для нефтяных битумов значения коэффициента растворимости α изменяются от 5 до 35. Чем больше коэффициент растворимости, тем выше полярность и тем лучше сцепление битума с минеральными материалами. Адгезия битумов в отношении каменных материалов оценивается по сохранению плёнки на щебне в процессе кипячения его зёрен в воде.

Вязкость вязких битумов определяется по глубине проникновения иглы в битум в течение 5 с при температуре 25 °C либо в течение 60 с при температуре 0 °C. Определяемая при этом пенетрация является величиной обратной вязкости. Переход от пенетрации к динамической вязкости осуществляется по формуле Зааля

где ηн – динамическая вязкость, Па∙с;

П – пенетрация , град.

Вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения, с, определённого количества битума через отверстие вискозиметра при стандартной температуре. Обозначение вязкости C525 либо C1060, где верхний индекс характеризует диаметр отверстия, мм; нижний – температуру испытания °С.

При повышении температуры вязкость битумов снижается. Графическая зависимость вязкости битумов от температуры представлена на рисунке 30.

Рисунок 30 – Изменение вязкости битумов при нагревании

Пластичность вязких битумов характеризуется их растяжимостью (дуктильностью). Определяется при температурах 0 °C и 25 °С и обозначается D0 и D25; измеряется в см.

Температура размягчения характеризует переход битума из твёрдого или вязкопластического состояния в жидкое. Определяется на приборе “кольцо и шар” (КиШ).

Переход битума в хрупкое состояние наблюдается при температуре затвердевания, которую определяют на приборе Фрааса, схема которого представлена на рисунке 31. Ей соответствует появление первой трещины в слое битума, нанесённого на стальную пластинку, подвергаемую изгибу при охлаждении со скоростью 1 °C в минуту. Чем ниже температура хрупкости, тем более трещиностойки материалы на основе этого вяжущего.

Количественной характеристикой вязкого состояния является интервал пластичности – разность температур размягчения и хрупкости битумов. Чем больше интервал, тем выше качество битума.

1 – сосуд Дьюара; 2 – пробирка; 3 – соосные трубки; 4 – захваты; 5 – латунная пластинка с испытуемым образцом; 6 – термометр; 7 – механизм перемещения внутренней трубки

Рисунок 31 – Прибор для определения температуры хрупкости битума (Фрааса)

Теплоустойчивость битумов характеризуется не только температурой размягчения, но и индексом пенетрации

где А – коэффициент, рассчитываемый по формуле

где П25 – пенетрация при 25 °C;

tp – температура размягчения, С по КиШ.

Битумы с ИП менее 2 имеют повышенную чувствительность к изменению температуры, а с ИП более 2 характеризуются высокой термоустойчивостью и малой хрупкостью при низких температурах.

Температура вспышки определяется нагревом открытого тигля с битумом. Периодически к поверхности битума подносят зажженную спичку. За характеристику принимают температуру, при которой пары образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Начальную температуру, когда пламя держится более 5 с, называют температурой воспламенения.

Теплопроводность битума составляет от 1,45 до 1,47 Вт/(м∙К).

В зависимости от основных свойств и назначения битумы подразделяют на следующие разновидности и марки.

Нефтяные дорожные: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300, БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300 [24].

Цифры дроби показывают на допустимые для данной марки пределы показателей пенетрации при 25 °C.

Кровельные и гидроизоляционные битумы: пропиточные – БНК-40/180 и БНК45/190; покровные – БНК-90/40 и БНК-90/30 [12]. Числитель дроби указывает среднее значение показателей температуры размягчения, в °С, знаменатель – среднее значение пенетрации при 25 °C.

Твердые строительные битумы: БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10 предназначены для изоляции нефте- и газопроводов [10]. Числитель указывает температуру размягчения, а знаменатель – средние значения пределов изменения пенетрации.

Битумы нефтяные изоляционные: БНИ-IV-3, БНИ-IV, БНИ-V; применяют для изоляции трубопроводов от коррозии [13].