Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Заочное ХТТ и УМ / Лекции / Лекция 7 - Битумы.docx
Скачиваний:
193
Добавлен:
17.03.2015
Размер:
183.7 Кб
Скачать

Производство битумов.

План лекции:

1 Теоретические сведения

2 Разновидности процесса

3 Основные факторы процесса

4 Производство битумов

5 Производство нефтяных пеков

1 Теоретические сведения

Битумы применяются в самых различных отраслях народного хозяйства нашей страны. Из общей выработки битумов около 75% используется в строительстве различных сооружений (дорог, мостов, зданий, трубопроводов, кабельных линий и т.д.), а также для выполнения кровельных работ. Битум при­меняется также для покрытий полов и других поверхностей, пропитки бумаги, изоляции, заливки аккумуляторов и др.

Потребление битумов во всех странах мира непрерывно возрастает. Ве­дущее место занимает США, где потребление почти в два раза больше, чем в ев­ропейских странах.

Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводо­родов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементный состав битумов примерно следующий: углерода 80 - 85% масс, водорода 8,0 - 11,5% масс, кислорода 0,2 - 4,0% масс, серы 0,5 - 7,0% масс, азота 0,2 - 0,5% масс.

Для определения компонентного состава битумов разработано большое чис­ло методов. По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто пользуются делением битума на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол.

Масла. Они снижают твердость и температуру размягчения битумов, увели­чивают их текучесть и испаряемость. Длительный нагрев сырья в процессе вакуум­ной перегонки мазута ведет к уплотнению бициклических ароматических соедине­ний и уменьшению этого компонента в гудроне. Еще более глубокие изменения протекают в процессе окисления сырья.

Смолы. Они являются носителями твердости, пластичности и растяжимости битумов. Смолы относятся к высокомолекулярным органическим соединениям циклической и гетероциклической структуры высокой степени конденсации, свя­занным между собой алифатическими цепями. В их состав входят, кроме углерода и водорода кислород сера азот и другие элементы, включая металлы.

Асфальтены. Они являются продуктами уплотнения смол. Они образуются из сложных смесей исходных веществ, способных к разнообразным превращениям, включающим образование и высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ.

Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - вещества густой смолистой кон­систенции. Содержатся в нефтяных битумах в небольших количествах. Плотность более 1000 кг/м3.

Состав битума зависит от природы нефти, состава исходного сырья и от тех­нологии производства. Он различен для битумов одинаковой температуры размяг­чения, полученных из разных нефтей.

Битум обладает следующими свойствами:

1 пенетрация. Этот показатель характеризует глубину проникновения тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном ре­жиме, обусловливапющем способность этого тела проникать в продукт, а продукта - оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрация косвенно характеризу­ет степень твердости битумов.

2 температура размягчения - это температура, при которой битумы из отно­сительно твердого состояния переходят в жидкое (25-150 °С).

3 температура каплепадения - температура, при которой первая капля веще­ства в заданных условиях испытания под влиянием собственного веса отрывается от равномерно нагретой массы каплеобразующего материала.

4 температура хрупкости - это температура, при которой материал разруша­ется под действием кратковременно приложенной нагрузки. Температура хрупко­сти дорожных битумов обычно колеблется в пределах -2 до -30°С.

5 температура отвердевания - температура, при которой вещество после ох­лаждения приобретает некоторую твердость.

6 индекс пенетрации. Этот показатель характеризует степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного.

7 растяжимость (дуктильность). Характеризуется расстоянием, на которое его можно вытя­нуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилинаемость битума и связан с природой его компонентов.

8 адгезия (прилипание). Она объясняется образованием двойного электриче­ского поля на поверхности раздела пленки битума и каменного материала. Адгезия зависит от полярности компонентов (асфальтенов и мальтенов).

9 тепловые свойства: удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводно­сти, коэффициент объемного расширения, температура вспышки.

10 диэлектрические свойства: пробивное напряжение, удельная электропрово­димость, тангенс угла диэлектрических потерь.

11 вязкость. Характеризует консистенцию битумов при различных температу­рах применения по сравнению с эмпирическими показателями, такими, как пенет­рация и температура размягчения.

12 поверхностное натяжение рассматривается на границе раздела фаз битум - воздух, битум - вода (водные растворы), битум - твердое тело: с его понижением адгезия повышается.

13 когезия, так же как и адгезия, зависит от природы вещества и температуры. Ее рассчитывают по зависимости деформации сдвига тонкого слоя битума от про­должительности приложения нагрузки.

14 плотность битума определяют по плотности его смеси с равным объемом растворителя известной плотности ареометром или пикнометром.

15 оптические свойства.

16 отношение к растворителям, химическим реактивам и воде.

17 поведение битума при эксплуатации.

18 влияние поверхностно-активных веществ на поведение битумов при экс­плуатации.

19 потеря массы битума при нагревании.

20 изменение пенетрации битума после нагревания.

21 однородность строения битумов.

Химизм

Нефтяные углеводороды окисляются одновременно в двух направлениях

Схема превращения при окислении сырья в битум следующая:

1) процесс окисления:

2) Взаимодействие образующихся радикалов с новой молекулой углеводо­рода приводит к получению устойчивых продуктов:

3) Вследствие сравнительно низкой концентрации углеводородных радика­лов их рекомбинация мало вероятна, и взаимодействие радикалов с кислородом протекает в меньшей степени, чем с молекулами исходного вещества:

4) Продолжение цепи

Однако эту схему нельзя считать полной. Она представляет собой лишь один из вариантов и звеньев сложных превращений, протекающих в процессе окисления сырья в битум.