丝网波纹填料与鲍尔环填料超重力胶清脱氨研究

橡胶具有异的综合性能，广泛应用于工业、农业、国防、运输、交通、机械制造、医药卫生日常生活等方面［1］。胶清是由浓缩胶乳生产时从离心机中排出的重液，含有5%左右的橡胶粒子，企业常用硫酸凝固制备胶清胶［1－3］。由于新鲜胶乳容易变质，工业上常用氨作保鲜剂，在经过离心浓缩后，约有3/4的氨进入胶清中，因此胶清中氨含量较高，导致胶清胶制备中硫酸用量大、成本高、废水处理困难［4］。

胶清的主要成份有:水、橡胶粒子、蛋白质、类脂物、丙酮溶物、水溶物、无机盐。其中，橡胶粒子、蛋白质、类脂物、丙酮溶物、水溶物多为大分子物质，根据Market－Houwink方程［η］=kMα知，大分子物质存在了胶清粘度。根据式DAS=7．4×10－8×(αMs)1/2TμV0A．6可知，粘度，传质系数减小，氨气的脱除。另外，胶清中的水分子围绕在橡胶粒子周围会定向形成水化膜，当胶清静置时被这样固定下来的水分子较多，了胶清的正常粘度，氨的脱除。为提高胶清脱氨率，可以采取以下措施:(1)根据亨利定律，提高溶液温度、提高气液比、提高胶清的pH值来降低胶清中氨的含量;(2)根据胶乳的触变性，液体湍动性，破坏橡胶粒子周围水化膜，降低胶清粘度，提高扩散系数;(3)气液相接触面积，提高传质系数。

曝气法［5］、离心雾化法［6］用于脱除胶清中的氨，可减少硫酸用量、降低成本。为进一步提高胶清脱氨率，降低生产成本，提高产量，论文以波纹丝网与鲍尔环为填料，对超重力胶清脱氨进行了研究。超重力技术是一项新型过程强化技术，因具有传质效率高、设备体积小等点已应用于精馏、吸收、纳米材料制备、废水脱氨等领域［7－9］，被誉为21世纪的“化工晶体管”。 

1实验

1.1药品和试剂胶清，广垦橡胶集团茂名分公司;盐酸，洛阳市化学试剂厂;甲基红，天津市北辰方正试剂厂;氢氧化钠，天津市大陆化学试剂厂。

1.2工艺流程

实验流程如图1所示。流程中主要设备为旋转填料床，旋转填料床中填料由电机带动高速旋转，形成超重力场。超重力场的强度由调频电机调节。储液槽中的胶清原液在泵的作用下经过液体转子流量计计量后进入旋转填料床，由中心管上的液体分布器均匀的喷洒在旋转填料的内缘面上，受超重力的作用沿径向向外甩出，经旋转填料床腔体收集后从底部排出。空气经风机加压和流量计计量后进入旋转填料床的底部，在压力的作用下沿轴向自下而上穿过旋转的填料层和固定的除雾器，然后从旋转填料床顶部排出。在旋转的填料中，气液错流接触，胶清在超重力、填料和气流的多重作用下，被拉成液丝、液膜、液滴，并不断聚并更新，气液得到快速微观混合并进行传质。

2.2液体流量对脱氨性能的影响

在胶清原料氨含量xw为0.166%、超重力β为133.2、

空气流量G为700m3/h、胶清温度为18℃、空气温度为12℃条件下，胶清流量L对胶清出口氨含量xD和除氨率η的影响规律如图3所示。

由图3可知，不管是丝网波纹填料，还是鲍尔环填料，胶清出口氨含量xD均随着原料流量L的增加而升高，相应胶清脱氨率η逐渐降低。分析认为:当超重机转速不变时，在超重机内形成的超重力场强度不变，胶清在旋转填料内的流速不变，液体在填料中的停留时间不变，当胶清流量时，胶清在单位体积填料上液膜的厚度相应，液滴与液丝直径变大，单位体积胶清的相间比表面积减小，表面更新速率降低，对传质不利。同时，胶清流量，G/L相应减小，传质推动力减小，对传质不利。

在操作条件范围内，丝网波纹填料的xD在0.093%～0.129%之间变化，η在22.29%～43.98%之间变化;鲍尔环填料的xD在0.109%～0.138%之间变化，η在16.87%～34.34%之间变化，说明鲍尔环的传质性能劣于丝网波纹填料。

2.3气体流量对胶清脱氨性能的影响

在胶清原料氨含量xw为0.166%、超重力β为133.2、胶清流量L为40L/h、胶清温度为18℃、空气温度为12℃条件下，空气流量G对胶清出口氨含量xD和除氨率η的影响规律如图4所示。

从图4中看出，两种填料胶清出口氨含量xD随着G的增加先快速降低后趋于平缓，η则相反。分析认为:G增加，气体在填料中的流速相应增加，气体在穿过填料时对液体的切割、

破碎作用，气液两相的湍动程度、接触面积和表面更新速度也随之增加，有利于传质进行;同时，空气在填料中的停留时间缩短，单位时间单位体积气体中氨的含量减小，平衡推动力加大，有利于胶清中氨的吹脱。同一操作条件下，波纹丝网的脱氨率高于鲍尔环填料。

在操作条件范围内，丝网波纹填料的xD在0.102%～0.115%之间变化，η在30.72%～38.86%之间变化。鲍尔环填料的xD在0.109%～0.140%之间变化;η在15.66%～34.64%之间变化。

3传质性能对比

超重力胶清脱氨传质性能与其他技术的胶清脱氨传质性能如表1所示。

表1中三种方法所处理胶清原料都来源于广东某橡胶厂，因此胶清内部组成及成分含量大致相同。从表1可以看出，在原料浓度、温度相近的情况下，离心法的脱氨率为60%，曝气法的脱氨率为25%，离心法远于曝气法，且曝气法设备体积庞大。但两者共同的缺点是开放式工艺，吹脱出的氨气较难收集处理，工况及空气污染严重。从单位长度填料脱氨效率比较，在较低操作温度与原料氨含量的情况下，超重力法单位填料的脱氨率为0.52和0.39，离心法为0.3，说明超重力法远于离心法。