T然橡膠具有優(yōu)異的綜合性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 國(guó)防、運(yùn)輸、交通、機(jī)械制造、醫(yī)藥衛(wèi)生日常生活等方面［1］。 膠清是由濃縮T然膠乳生產(chǎn)時(shí)從離心機(jī)中排出的重液，含有5% 左右的橡膠粒子，企業(yè)常用硫酸凝固制備膠清膠［1－3］。由于新鮮膠乳容易變質(zhì)，工業(yè)上常用氨作保鮮劑，在經(jīng)過(guò)離心濃縮后，約有 3 /4 的氨進(jìn)入膠清中，因此膠清中氨含量較高，導(dǎo)致膠清膠制備中硫酸用量大、成本高、廢水處理困難［4］。
膠清的主要成份有: 水、橡膠粒子、蛋白質(zhì)、類脂物、丙酮溶物、水溶物、無(wú)機(jī)鹽。其中，橡膠粒子、蛋白質(zhì)、類脂物、丙酮溶物、水溶物多為大分子物質(zhì)，根據(jù) Market－Houwink方程［η］= kMα 知，大分子物質(zhì)存在增加了膠清粘度。根據(jù)式( αM ) 1 /2 T制氨氣的脫除。另外，膠清中的水分子圍繞在橡膠粒子周圍會(huì)定向形成水化膜，當(dāng)膠清靜置時(shí)被這樣固定下來(lái)的水分子較多，增加了膠清的正常粘度，Y制氨的脫除。為提高膠清脫氨率，可以采取以下措施: ( 1) 根據(jù)亨利定律，提高溶液溫度、提高氣液比、提高膠清的pH 值來(lái)降低膠清中氨的含量; ( 2) 根據(jù)膠乳的觸變性， 增加液體湍動(dòng)性，破壞橡膠粒子周圍水化膜，降低膠清粘度，提G擴(kuò)散系數(shù); ( 3) 增加氣液相接觸面積，提高傳質(zhì)系數(shù)。曝氣法［5］、離心霧化法［6］用于脫除膠清中的氨，可減少硫酸用量、降低成本。為進(jìn)一步提高膠清脫氨率，降低生產(chǎn)成 本，提高質(zhì)量，論文以波紋絲網(wǎng)與鮑爾環(huán)為填料，對(duì)超重 力膠清脫氨進(jìn)行了研究。超重力技術(shù)是一項(xiàng)新型過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)，因具有傳質(zhì)效率高、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)已應(yīng)用于精餾、吸DAS= 7． 4×10－8 ×                s             可知，粘度增加，傳質(zhì)系數(shù)減小，

A

μV0． 6收、納米材料制備、廢水脫氨等領(lǐng)域［7－9］

1. 2 工藝流程
實(shí)驗(yàn)流程如圖 1 所示。流程中主要設(shè)備為旋轉(zhuǎn)填料床，旋轉(zhuǎn)填料床中填料由電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，形成超重力場(chǎng)。超重力場(chǎng)的強(qiáng)度由調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)。儲(chǔ)液槽中的膠清原液在泵的作用下經(jīng)過(guò)液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床，由中心管上的液體分布器均勻的噴灑在旋轉(zhuǎn)填料的內(nèi)緣面上，受超重力的作用沿徑向向外甩出，經(jīng)旋轉(zhuǎn)填料床腔體收集后從底部排出。空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓和流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床的底部，在壓力的作用下沿軸向自下而上穿過(guò)旋轉(zhuǎn)的填料層和固定的除霧器，然后從旋轉(zhuǎn)填料床頂部排出。在旋轉(zhuǎn)的填料中，氣液錯(cuò)流接觸， 膠清在超重力、填料和氣流的多重作用下，被拉成液絲、液膜、 液滴，并不斷聚并更新，氣液得到快速微觀混合并進(jìn)行傳質(zhì)。
 

圖 1 超重力膠清除氨工藝流程
Fig. 1    Flow chart
 
1. 3 工藝條件
超重機(jī)中超重力場(chǎng)的強(qiáng)度以超重力Y子 β 來(lái)表示［10］，是填料中不同半徑處離心加速度與重力加速度比的面平均值。超重 力因Z β 的范圍為 57. 9 ～ 199，原料膠清中氨質(zhì)量含量 xw 為166% ，液體流量范圍 L 為 30 ～ 80 L / h，氣體流量范圍 G 為300 ～ 800 m3 / h。
研究用超重機(jī)為立式錯(cuò)流超重機(jī)( 中北大學(xué)自制) ，填料內(nèi)徑為 190 mm、外徑為 370 mm，軸向高度為 200 mm。填料為波紋絲網(wǎng)與鮑爾環(huán)。波紋絲網(wǎng)填料的直徑為0. 285 mm，堆積密度為 365 kg / m3 ，幾何比表面積 3100 m2 / m3 ，空隙率為 0. 95。鮑爾環(huán)填料的直徑為 16 mm，幾何比表面積為 239 m2 / m3 ，空隙率為 0. 93。

1. 4 分析方法

膠清中氨含量采用滴定法測(cè)定。

2. 結(jié)果與討論

2. 1 超重力Y子對(duì)脫氨性能的影響

在原料氨濃度 xw 為 0. 166% 、膠清流量 L 為 40 L / h、空氣流量 G 為 700 m3 / h、膠清溫度為 18 ℃ 、空氣溫度為 12 ℃ 的條件下，超重力Y子 β 對(duì)膠清出口氨含量 xD 、除氨率 η 的影響規(guī)律如圖 2 所示。



圖 2    β 對(duì) x_D 和 η 的影響
Fig. 2   Effects of β on x_D and η
由圖 2 可知，xD 隨著 β 的增加呈現(xiàn)出先減小后增加趨勢(shì)， η   呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)。分析認(rèn)為，膠清在離心力與填料的雙重作用下，在填料中呈現(xiàn)液絲、液膜與液滴狀態(tài)，并不斷聚   并－分散，相界面不斷更新，起初隨著超重力Y子的增加，液  絲與液滴的直徑變小，液膜變薄，氣液相界面增加，傳質(zhì)系數(shù)   提高，有利于傳質(zhì)進(jìn)行;    但 β 增加的同時(shí)，液體在填料在的停留時(shí)間變短，對(duì)傳質(zhì)不利，前者的作用大于后者，脫氨率增 加;    當(dāng) β 達(dá)到一定值后，液體的被破碎程度、液體湍動(dòng)程度達(dá)到極X狀態(tài)，液膜厚度趨于定值［11］，停留時(shí)間成為脫氨率呈現(xiàn)   減小趨勢(shì)的主要因素。波紋絲網(wǎng)在 β 為 133. 2 時(shí)，η 達(dá)到最D值 38. 55% ，xD 達(dá)Z低值 0. 102% ; 鮑爾環(huán)在 β 為 164. 5 時(shí)，η 達(dá)到最D值 33. 73% ，xD 達(dá)Z低值 0. 115% 。
從圖 2 可以看出，在相同操作條件下，金屬絲網(wǎng)的脫氨率總高于鮑爾環(huán)的脫氨率，說(shuō)明波紋絲網(wǎng)的傳質(zhì)性能優(yōu)于鮑爾環(huán) 的傳質(zhì)性能。原因?yàn)椴y絲網(wǎng)的堆積密度與比表面積均大于鮑 爾環(huán)，膠清在填料中形成液絲、液滴與波紋絲網(wǎng)填料的碰撞機(jī) 會(huì)多，液絲、液滴聚并分散頻率大，表面更新速度快，傳質(zhì)性 能優(yōu)。
2. 2 液體流量對(duì)脫氨性能的影響
在膠清原料氨含量 xw 為 0. 166% 、超重力Y子 β 為 133. 2、空氣流量 G 為 700 m3 / h、膠清溫度為 18 ℃ 、空氣溫度為 12 ℃ 條件下，膠清流量 L 對(duì)膠清出口氨含量 xD 和除氨率 η 的影響規(guī)律如圖 3 所示。
 

圖 3    L 對(duì) x_D 和 η 的影響
Fig. 3 Effects of L on x_D and η
由圖 3 可知，不管是波紋絲網(wǎng)填料，還是鮑爾環(huán)填料，膠清出口氨含量 xD 均隨著原料流量 L 的增加而升高，相應(yīng)膠清脫氨率 η 逐漸降低。分析認(rèn)為: 當(dāng)超重機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，在超重機(jī)

波紋絲網(wǎng)與鮑爾環(huán)填料超重力膠清脫氨研究                                                              107

內(nèi)形成的超重力場(chǎng)強(qiáng)度不變，膠清在旋轉(zhuǎn)填料內(nèi)的流速不變， 液體在填料中的停留時(shí)間不變，當(dāng)膠清流量增加時(shí)，膠清在單位體積填料上液膜的厚度相應(yīng)增加，液滴與液絲直徑變大，單位體積膠清的相間比表面積減小，表面更新速率降低，對(duì)傳質(zhì)不利。同時(shí)，膠清流量增加，G / L 相應(yīng)減小，傳質(zhì)推動(dòng)力減小， 對(duì)傳質(zhì)不利。
在操作條件范圍內(nèi)， 波紋絲網(wǎng)填料的 xD 在 0. 093% ～ 0. 129% 之間變化，η 在 22. 29% ～ 43. 98% 之間變化; 鮑爾環(huán)填料的 xD 在 0. 109% ～ 0. 138% 之間變化，η 在 16. 87% ～ 34. 34% 之間變化，說(shuō)明鮑爾環(huán)的傳質(zhì)性能劣于波紋絲網(wǎng)填料。
2. 3 氣體流量對(duì)膠清脫氨性能的影響
 

圖 4    G 對(duì) x_D 和 η 的影響
Fig. 4 Effects of G on x_D and η
在膠清原料氨含量 xw 為 0. 166% 、超重力Y子 β 為 133. 2、膠清流量 L 為 40 L / h、膠清溫度為 18 ℃ 、空氣溫度為 12 ℃ 條件下，空氣流量 G 對(duì)膠清出口氨含量 xD 和除氨率 η 的影響規(guī)律如圖 4 所示。從圖 4 中看出，兩種填料膠清出口氨含量 xD 隨著 G 的增加先快速降低后趨于平緩，η 則相反。分析認(rèn)為: G 增加，氣體在填料中的流速相應(yīng)增加，氣體在穿過(guò)填料時(shí)對(duì)液體的切割、 破碎作用增加，氣液兩相的湍動(dòng)程度、接觸面積和表面更新速度也隨之增加，有利于傳質(zhì)進(jìn)行; 同時(shí)，空氣在填料中的停留時(shí)間縮短，單位時(shí)間單位體積氣體中氨的含量減小，平衡推動(dòng)力加大，有利于膠清中氨的吹脫。同一操作條件下，波紋絲網(wǎng)的脫氨率高于鮑爾環(huán)填料。在操作條件范圍內(nèi)， 波紋絲網(wǎng)填料的 xD 在 0. 102%  ～0. 115% 之間變化，η 在 30. 72% ～ 38. 86% 之間變化。鮑爾環(huán)填料的 xD 在 0. 109% ～ 0. 140% 之間變化;  η 在 15. 66% ～ 34. 64%之間變化。

3. 傳質(zhì)性能對(duì)比

超重力膠清脫氨傳質(zhì)性能與其他技術(shù)的膠清脫氨傳質(zhì)性能
如表 1 所示。
表 1 中三種方法所處理膠清原料都來(lái)源于廣東某橡膠廠， 因此膠清內(nèi)部組成及成分含量大致相同。從表 1 可以看出，在原料濃度、溫度相近的情況下，離心法的脫氨率為 60% ，曝氣法的脫氨率為 25% ，離心法遠(yuǎn)優(yōu)于曝氣法，且曝氣法設(shè)備體積龐大。但兩者共同的缺點(diǎn)是開放式工藝，吹脫出的氨氣較難收集處理，工況及空氣污染嚴(yán)重。從單位長(zhǎng)度填料脫氨效率比較，在較低操作溫度與原料氨含量的情況下，超重力法單位填料的脫氨率為 0. 52 和 0. 39，離心法為 0. 3，說(shuō)明超重力法遠(yuǎn)優(yōu)于離心法。

表 1   不同技術(shù)膠清除氨效果對(duì)比表
 

研究者                               技術(shù) 設(shè)備尺寸 工藝特點(diǎn) 膠清溫度/ ℃ xw /% xD /% η /% η% / Δr 黎燕飛［5］                                          曝氣法 容量 60 t 開放 35 0. 24 0. 18 25 － 張書江［6］                                          離心法 Δr 200 mm 開放 35 0. 25 0. 10 60 0. 3 波紋絲網(wǎng)填料 Δr 90 mm 封閉 25 0. 17 0. 09 47 0. 52

本文                  超重力法

鮑爾環(huán)填料               Δr 90 mm          封閉                25                0. 17              0. 11               35               0. 39