Дослідження газовмісту та поверхні контакту фаз в опускних трубах циркуляційного апарату зі струменево-інжекціцйним газонаповненням

The object of research is an apparatus with jet injection gas filling. The studies are conducted on an experimental installation of a working medium of water-air. The distribution of gas phase bubbles is studied depending on the operating parameters of the apparatus. The value of the local and total gas content, as well as the specific surface of the phase contact, is determined. The gas content and the contact surface of the phases in the downflow pipes of the circulation apparatus with jet injection gas filling are investigated. The use of circulating apparatuses with jet injection gas filling is promising for carrying out mass transfer and reaction mass transfer processes. Due to the use of water energy for gas filling of the reaction space, the devices have advantages over airlift and gas-lift devices, bubble columns in chemisorption processes with slightly soluble gases. Experimental studies of the gas content and the contact surfaces of the phases from the operating-technological and hardware-structural parameters makes it possible to determine the optimal operating conditions. According to the results of studies, it is found that the diameter of the bubbles increases with an increase in the number of revolutions of the shaft of the mixing device. The mode of suspension of the gas phase took place at shaft rotation numbers from 600 rpm up to 750 rpm. With an increase in the number of revolutions, the resistance to the force of bubbling of bubbles increases and the suspension mode switches to the gas-liquid flow circulation mode. The ability to control the gas saturation process due to fluid circulation, regardless of the fluid load of the apparatus, is one of the advantages of the developed design. It is established that the total gas content in the downflow channels varies from 0.07–0.10 to 0.1–0.18, which is typical for gas-liquid devices. The total gas content in the downflow channels of the apparatus is in the range from 100 to 260 m2/m3 of the reaction volume and is typical for most gas-liquid bubblers. The results of studies of the operating modes of the apparatus with jet injection gas filling in the suspension mode of the gas phase can be used to calculate the mass transfer coefficient.Объектом исследования является аппарат со струйно-инжекционным газонаполнением. Исследования проводились на экспериментальной установке на рабочей среде вода-воздух. Исследовано распределение пузырей газовой фазы в зависимости от рабочих параметров аппарата. Определено значение локального и общего газосодержания, а также удельной поверхности контакта фаз. Исследовано газосодержание и поверхность контакта фаз в опускных трубах циркуляционного аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением. Использование циркуляционных аппаратов со струйно-инжекционным газонаполнением является перспективным для проведения массообменных и реакционно-массообменных процессов. Благодаря использованию энергии воды для газонаполнения реакционного пространства, аппараты имеют преимущества по сравнению с эрлифтными и газлифтными аппаратами, барботажными колоннами при проведении хемосорбционных процессов со слаборастворимыми газами. Экспериментальные исследования газосодержания и поверхности контакта фаз от режимно-технологических и аппаратурно-конструктивных параметров позволили определить оптимальные режимы работы. По результатам исследований установлено, что диаметр пузырьков увеличивается с увеличением числа оборотов вала перемешивающего устройства. Режим подвисания газовой фазы имел место при числах оборота вала от 600 об/мин. до 750 об/мин. При увеличении числа оборотов увеличивается противодействие силе всплытия пузырьков и режим подвисания переходит в режим циркуляции газожидкостного потока. Возможность управлять процессом газонасыщения благодаря циркуляции жидкости независимо от нагрузки по жидкости аппарата является одним из преимуществ разработанной конструкции. Установлено, что общее газосодержание в опускных каналах менялся от 0,07..0,10 к 0,1..0,18, что характерно для газожидкостных аппаратов. Общее газосодержание в опускных каналах аппарата находится в диапазоне от 100 до 260 м2/м3 реакционного объема и характерно для большинства газожидкостных аппаратов барботажного типа. Полученные результаты исследований режимов работы аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением, в режиме подвешивания газовой фазы, могут быть использованы для расчета коэффициента массопереноса.Об’єктом дослідження є апарат зі струменево-інжекційним газонаповненням. Дослідження проводились на експериментальній установці на робочому середовищі вода-повітря. Досліджено розподіл бульбашок газової фази в залежності від робочих параметрів апарату. Визначено значення локального та загального газовмісту, а також питомої поверхні контакту фаз. Досліджено газовміст та поверхню контакту фаз в опускних трубах циркуляційного апарату зі струменево-інжекціцйним газонаповненням. Використання циркуляційних апаратів зі струменево-інжекційним газонаповненням є перспективним для проведення масообмінних та реакційно-масообмінних процесів. Завдяки використанню енергії рідини для газонаповнення реакційного простору, апарати мають переваги у порівнянні з ерліфтними та газліфтними апаратами, барботажними колонами при проведенні хемосорбційних процесів зі слаборозчинними газами. Експериментальні дослідження газовмісту та поверхні контакту фаз від режимно-технологічних та апаратурно-конструктивних параметрів дозволили визначити оптимальні режими роботи. За результатами досліджень встановлено, що діаметр бульбашок збільшується зі збільшенням числа обертів валу перемішуючого пристрою. Режим підвисання газової фази мав місце при числах оберту валу від 600 об/хв. до 750 об/хв.. При збільшенні числа обертів збільшується протидія силі спливання бульбашок і режим підвисання переходить в режим циркуляції газорідинного потоку. Можливість керувати процесом газонасичення завдяки циркуляції рідини незалежно від навантаження по рідині апарату є однією з переваг розробленої конструкції. Встановлено, що загальний газовміст в опускних каналах змінювався від 0,07..0,10 до 0,1..0,18, що є характерним для газорідинних апаратів. Загальний газовміст в опускних каналах апарату знаходиться в діапазоні від 100 до 260 м2/м3 реакційного об’єму і є характерним для більшості газорідинних апаратів барботажного типу. Отримані результати досліджень режимів роботи апарату зі струменево-інжекційним газонаповненням в режимі підвішування газової фази можуть бути використаними для розрахунку коефіцієнту масопереносу

Оптимізація процесу отримання епоксидованого натурального каучуку для розробки нових композиційних матеріалів на його основі

The object of research is the process of epoxidation of natural rubber scrap. Epoxidized natural rubber (ENR) has a wide range of applications, for example, in treadmill coatings, special tires, belt drives, hoses, shoes, adhesives, sealants, floor coverings and other areas where only special synthetic rubbers are used. Natural rubber (NR) is modified by the epoxidation reaction to achieve higher oil resistance, increased adhesion, weather resistance and damping characteristics of materials with its use. Promising is the processing of secondary, non-standard, natural rubber (scrap) as a raw material for the ENR production. Thus, the task of scrap disposal and its return to the production cycle is solved. To accomplish the task of epoxidation of secondary rubber, the possibility of conducting combined physicochemical processes in a two-phase water-xylene medium in one reaction space was studied to reduce the total energy costs. The use of a combined reaction-separation process for the epoxidation of scrap of natural rubber allows to solve the problem of accumulation and disposal of rubber waste in the most efficient way. It is possible to obtain a product with a regulated functionalization degree without a significant amount of by-products. To find the optimal regime for conducting the combined reaction-separation process of epoxidation, the method of the planned experiment was used to obtain the regression equation with its subsequent analysis. The obtained regression equation makes it possible to optimize the conditions for conducting the process of epoxidation of nanocrystals with obtaining products with desired properties. As a result of the implementation of the planned experiment, it is found that epoxidation at a temperature of 93 °C of a diluted (10 % wt.) solution of natural rubber with peracetic acid formed "in situ" provides a higher epoxidation degree. The conditions and ratios of the components are selected under which NR retains aggregative stability during epoxidation in a water-xylene medium.Объектом исследования является процесс эпоксидирования скрапа натурального каучука. Эпоксидированный натуральный каучук (ЭНК) имеет широкий диапазон применения, например, в покрытиях беговых дорожек, шинах специального назначения, ременных передачах, шлангах, обуви, клеях, герметиках, напольных покрытиях и других областях, где используют только специальные синтетические каучуки. Натуральный каучук (НК) модифицируется реакцией эпоксидирования для достижения более высокой маслостойкости, повышенной адгезии, атмосферостойкости и демпфирующих характеристик материалов с его применением. Перспективной является переработка вторичного, несоответствующего стандартам, натурального каучука (скрапа) как сырья для получения ЭНК. Таким образом, решается задача утилизации скрапа и возврат его в производственный цикл. Для реализации задачи эпоксидирования вторичного каучука изучалась возможность проведения совмещенных физико‐химических процессов в двухфазной среде вода‐ксилол в одном реакционном пространстве для снижения общих энергетических затрат. Использование совмещенного реакционно-разделительного процесса для эпоксидировании скрапа натурального каучука позволяет решить проблему накопления и утилизации отходов каучукового производства наиболее эффективным способом. Удалось получить продукт с регулированной степенью функционализации без значительного количества побочных продуктов. Для поиска оптимального режима проведения совмещенного реакционно-разделительного процесса эпоксидирования применялся метод планированного эксперимента с получением уравнения регрессии с его последующим анализом. Полученное уравнение регрессии позволило оптимизировать условия ведения процесса эпоксидирования НК с получением продуктов с заданными свойствами. В результате реализации планированного эксперимента, установлено, что эпоксидирование при температуре 93 °С разбавленного (10 % мас.) раствора натурального каучука надуксусной кислотой, образующейся «in situ», обеспечивает более высокую степень эпоксидирования. Подобраны условия и соотношения компонентов, при которых НК сохраняет агрегативную устойчивость в процессе эпоксидирования в среде вода-ксилол.Об’єктом дослідження є процес епоксидування скрапу натурального каучуку. Епоксидований натуральний каучук (ЕНК) має широкий діапазон застосування, наприклад, в покриттях бігових доріжок, шинах спеціального призначення, ремінних передачах, шлангах, взутті, клеях, герметиках, підлогових покриттях і інших галузях, де використовували тільки спеціальні синтетичні каучуки. Натуральний каучук (НК) модифікується реакцією епоксидування для досягнення більш високої маслостійкості, підвищеної адгезії, атмосферостійкості і демпфуючих характеристик матеріалів з його застосуванням. Перспективною є переробка вторинного, невідповідного стандартам, натурального каучуку (скрапу) як сировини для отримання ЕНК. Таким чином, вирішується завдання утилізації скрапу і повернення його в виробничий цикл. Для реалізації завдання епоксидування вторинного каучуку вивчалася можливість проведення суміщених фізико-хімічних процесів в двофазному середовищі вода-ксилол в одному реакційному просторі для зниження загальних енергетичних витрат. Використання суміщеного реакційно-роздільного процесу для епоксидування скрапу натурального каучуку дозволяє вирішити проблему накопичення і утилізації відходів каучукового виробництва найбільш ефективним способом. Вдалося отримати продукт з регульованим ступенем функціоналізації без значної кількості побічних продуктів. Для пошуку оптимального режиму проведення суміщеного реакційно-роздільного процесу епоксидування застосовувався метод планованого експерименту з отриманням рівняння регресії з його подальшим аналізом. Отримане рівняння регресії дозволило оптимізувати умови ведення процесу епоксидування НК з отриманням продуктів із заданими властивостями. В результаті реалізації планованого експерименту встановлено, що епоксидування при температурі 93 °С розведеного (10 % мас.) розчину натурального каучуку надоцтової кислоти, що утворюється «in situ», забезпечує більш високий ступінь епоксидування. Підібрано умови і співвідношення компонентів, при яких НК зберігає агрегативну стійкість в процесі епоксидування в середовищі вода-ксилол

Дослідження газовмісту та поверхні контакту фаз в опускних трубах циркуляційного апарату зі струменево-інжекціцйним газонаповненням

The object of research is an apparatus with jet injection gas filling. The studies are conducted on an experimental installation of a working medium of water-air. The distribution of gas phase bubbles is studied depending on the operating parameters of the apparatus. The value of the local and total gas content, as well as the specific surface of the phase contact, is determined. The gas content and the contact surface of the phases in the downflow pipes of the circulation apparatus with jet injection gas filling are investigated. The use of circulating apparatuses with jet injection gas filling is promising for carrying out mass transfer and reaction mass transfer processes. Due to the use of water energy for gas filling of the reaction space, the devices have advantages over airlift and gas-lift devices, bubble columns in chemisorption processes with slightly soluble gases. Experimental studies of the gas content and the contact surfaces of the phases from the operating-technological and hardware-structural parameters makes it possible to determine the optimal operating conditions. According to the results of studies, it is found that the diameter of the bubbles increases with an increase in the number of revolutions of the shaft of the mixing device. The mode of suspension of the gas phase took place at shaft rotation numbers from 600 rpm up to 750 rpm. With an increase in the number of revolutions, the resistance to the force of bubbling of bubbles increases and the suspension mode switches to the gas-liquid flow circulation mode. The ability to control the gas saturation process due to fluid circulation, regardless of the fluid load of the apparatus, is one of the advantages of the developed design. It is established that the total gas content in the downflow channels varies from 0.07–0.10 to 0.1–0.18, which is typical for gas-liquid devices. The total gas content in the downflow channels of the apparatus is in the range from 100 to 260 m2/m3 of the reaction volume and is typical for most gas-liquid bubblers. The results of studies of the operating modes of the apparatus with jet injection gas filling in the suspension mode of the gas phase can be used to calculate the mass transfer coefficient.Объектом исследования является аппарат со струйно-инжекционным газонаполнением. Исследования проводились на экспериментальной установке на рабочей среде вода-воздух. Исследовано распределение пузырей газовой фазы в зависимости от рабочих параметров аппарата. Определено значение локального и общего газосодержания, а также удельной поверхности контакта фаз. Исследовано газосодержание и поверхность контакта фаз в опускных трубах циркуляционного аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением. Использование циркуляционных аппаратов со струйно-инжекционным газонаполнением является перспективным для проведения массообменных и реакционно-массообменных процессов. Благодаря использованию энергии воды для газонаполнения реакционного пространства, аппараты имеют преимущества по сравнению с эрлифтными и газлифтными аппаратами, барботажными колоннами при проведении хемосорбционных процессов со слаборастворимыми газами. Экспериментальные исследования газосодержания и поверхности контакта фаз от режимно-технологических и аппаратурно-конструктивных параметров позволили определить оптимальные режимы работы. По результатам исследований установлено, что диаметр пузырьков увеличивается с увеличением числа оборотов вала перемешивающего устройства. Режим подвисания газовой фазы имел место при числах оборота вала от 600 об/мин. до 750 об/мин. При увеличении числа оборотов увеличивается противодействие силе всплытия пузырьков и режим подвисания переходит в режим циркуляции газожидкостного потока. Возможность управлять процессом газонасыщения благодаря циркуляции жидкости независимо от нагрузки по жидкости аппарата является одним из преимуществ разработанной конструкции. Установлено, что общее газосодержание в опускных каналах менялся от 0,07..0,10 к 0,1..0,18, что характерно для газожидкостных аппаратов. Общее газосодержание в опускных каналах аппарата находится в диапазоне от 100 до 260 м2/м3 реакционного объема и характерно для большинства газожидкостных аппаратов барботажного типа. Полученные результаты исследований режимов работы аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением, в режиме подвешивания газовой фазы, могут быть использованы для расчета коэффициента массопереноса.Об’єктом дослідження є апарат зі струменево-інжекційним газонаповненням. Дослідження проводились на експериментальній установці на робочому середовищі вода-повітря. Досліджено розподіл бульбашок газової фази в залежності від робочих параметрів апарату. Визначено значення локального та загального газовмісту, а також питомої поверхні контакту фаз. Досліджено газовміст та поверхню контакту фаз в опускних трубах циркуляційного апарату зі струменево-інжекціцйним газонаповненням. Використання циркуляційних апаратів зі струменево-інжекційним газонаповненням є перспективним для проведення масообмінних та реакційно-масообмінних процесів. Завдяки використанню енергії рідини для газонаповнення реакційного простору, апарати мають переваги у порівнянні з ерліфтними та газліфтними апаратами, барботажними колонами при проведенні хемосорбційних процесів зі слаборозчинними газами. Експериментальні дослідження газовмісту та поверхні контакту фаз від режимно-технологічних та апаратурно-конструктивних параметрів дозволили визначити оптимальні режими роботи. За результатами досліджень встановлено, що діаметр бульбашок збільшується зі збільшенням числа обертів валу перемішуючого пристрою. Режим підвисання газової фази мав місце при числах оберту валу від 600 об/хв. до 750 об/хв.. При збільшенні числа обертів збільшується протидія силі спливання бульбашок і режим підвисання переходить в режим циркуляції газорідинного потоку. Можливість керувати процесом газонасичення завдяки циркуляції рідини незалежно від навантаження по рідині апарату є однією з переваг розробленої конструкції. Встановлено, що загальний газовміст в опускних каналах змінювався від 0,07..0,10 до 0,1..0,18, що є характерним для газорідинних апаратів. Загальний газовміст в опускних каналах апарату знаходиться в діапазоні від 100 до 260 м2/м3 реакційного об’єму і є характерним для більшості газорідинних апаратів барботажного типу. Отримані результати досліджень режимів роботи апарату зі струменево-інжекційним газонаповненням в режимі підвішування газової фази можуть бути використаними для розрахунку коефіцієнту масопереносу

Оптимізація процесу отримання епоксидованого натурального каучуку для розробки нових композиційних матеріалів на його основі

The object of research is the process of epoxidation of natural rubber scrap. Epoxidized natural rubber (ENR) has a wide range of applications, for example, in treadmill coatings, special tires, belt drives, hoses, shoes, adhesives, sealants, floor coverings and other areas where only special synthetic rubbers are used. Natural rubber (NR) is modified by the epoxidation reaction to achieve higher oil resistance, increased adhesion, weather resistance and damping characteristics of materials with its use. Promising is the processing of secondary, non-standard, natural rubber (scrap) as a raw material for the ENR production. Thus, the task of scrap disposal and its return to the production cycle is solved. To accomplish the task of epoxidation of secondary rubber, the possibility of conducting combined physicochemical processes in a two-phase water-xylene medium in one reaction space was studied to reduce the total energy costs. The use of a combined reaction-separation process for the epoxidation of scrap of natural rubber allows to solve the problem of accumulation and disposal of rubber waste in the most efficient way. It is possible to obtain a product with a regulated functionalization degree without a significant amount of by-products. To find the optimal regime for conducting the combined reaction-separation process of epoxidation, the method of the planned experiment was used to obtain the regression equation with its subsequent analysis. The obtained regression equation makes it possible to optimize the conditions for conducting the process of epoxidation of nanocrystals with obtaining products with desired properties. As a result of the implementation of the planned experiment, it is found that epoxidation at a temperature of 93 °C of a diluted (10 % wt.) solution of natural rubber with peracetic acid formed "in situ" provides a higher epoxidation degree. The conditions and ratios of the components are selected under which NR retains aggregative stability during epoxidation in a water-xylene medium.Объектом исследования является процесс эпоксидирования скрапа натурального каучука. Эпоксидированный натуральный каучук (ЭНК) имеет широкий диапазон применения, например, в покрытиях беговых дорожек, шинах специального назначения, ременных передачах, шлангах, обуви, клеях, герметиках, напольных покрытиях и других областях, где используют только специальные синтетические каучуки. Натуральный каучук (НК) модифицируется реакцией эпоксидирования для достижения более высокой маслостойкости, повышенной адгезии, атмосферостойкости и демпфирующих характеристик материалов с его применением. Перспективной является переработка вторичного, несоответствующего стандартам, натурального каучука (скрапа) как сырья для получения ЭНК. Таким образом, решается задача утилизации скрапа и возврат его в производственный цикл. Для реализации задачи эпоксидирования вторичного каучука изучалась возможность проведения совмещенных физико‐химических процессов в двухфазной среде вода‐ксилол в одном реакционном пространстве для снижения общих энергетических затрат. Использование совмещенного реакционно-разделительного процесса для эпоксидировании скрапа натурального каучука позволяет решить проблему накопления и утилизации отходов каучукового производства наиболее эффективным способом. Удалось получить продукт с регулированной степенью функционализации без значительного количества побочных продуктов. Для поиска оптимального режима проведения совмещенного реакционно-разделительного процесса эпоксидирования применялся метод планированного эксперимента с получением уравнения регрессии с его последующим анализом. Полученное уравнение регрессии позволило оптимизировать условия ведения процесса эпоксидирования НК с получением продуктов с заданными свойствами. В результате реализации планированного эксперимента, установлено, что эпоксидирование при температуре 93 °С разбавленного (10 % мас.) раствора натурального каучука надуксусной кислотой, образующейся «in situ», обеспечивает более высокую степень эпоксидирования. Подобраны условия и соотношения компонентов, при которых НК сохраняет агрегативную устойчивость в процессе эпоксидирования в среде вода-ксилол.Об’єктом дослідження є процес епоксидування скрапу натурального каучуку. Епоксидований натуральний каучук (ЕНК) має широкий діапазон застосування, наприклад, в покриттях бігових доріжок, шинах спеціального призначення, ремінних передачах, шлангах, взутті, клеях, герметиках, підлогових покриттях і інших галузях, де використовували тільки спеціальні синтетичні каучуки. Натуральний каучук (НК) модифікується реакцією епоксидування для досягнення більш високої маслостійкості, підвищеної адгезії, атмосферостійкості і демпфуючих характеристик матеріалів з його застосуванням. Перспективною є переробка вторинного, невідповідного стандартам, натурального каучуку (скрапу) як сировини для отримання ЕНК. Таким чином, вирішується завдання утилізації скрапу і повернення його в виробничий цикл. Для реалізації завдання епоксидування вторинного каучуку вивчалася можливість проведення суміщених фізико-хімічних процесів в двофазному середовищі вода-ксилол в одному реакційному просторі для зниження загальних енергетичних витрат. Використання суміщеного реакційно-роздільного процесу для епоксидування скрапу натурального каучуку дозволяє вирішити проблему накопичення і утилізації відходів каучукового виробництва найбільш ефективним способом. Вдалося отримати продукт з регульованим ступенем функціоналізації без значної кількості побічних продуктів. Для пошуку оптимального режиму проведення суміщеного реакційно-роздільного процесу епоксидування застосовувався метод планованого експерименту з отриманням рівняння регресії з його подальшим аналізом. Отримане рівняння регресії дозволило оптимізувати умови ведення процесу епоксидування НК з отриманням продуктів із заданими властивостями. В результаті реалізації планованого експерименту встановлено, що епоксидування при температурі 93 °С розведеного (10 % мас.) розчину натурального каучуку надоцтової кислоти, що утворюється «in situ», забезпечує більш високий ступінь епоксидування. Підібрано умови і співвідношення компонентів, при яких НК зберігає агрегативну стійкість в процесі епоксидування в середовищі вода-ксилол