Развитие дорожной сети в России всегда было и остается одним из самых актуальных вопросов. И долговечность покрытия автомобильных дорог – актуальная задача отрасли, которую государственные регуляторы совместно с производителями продукции для дорожной отрасли активно решают в последние годы. Применение инновационных технологий и материалов позволит улучшить качественные показатели автомобильных дорог, оптимизировать сроки строительства и выйти на межремонтный срок службы дорожного полотна до 12 лет.
Сегодня наибольшую нагрузку испытывают автомобильные магистрали между крупными мегаполисами и улицы больших городов: 90 % трасс федерального значения имеют асфальтобетонное покрытие, важнейшим связующим компонентом в котором является битум. От его качества зависит и долговечность дороги. Увеличить срок службы асфальтобетонной смеси возможно за счет применения дорожного битума, модифицированного полимерами.
Полимерные добавки улучшают сцепление, увеличивают устойчивость асфальтобетонных покрытий к температурным колебаниям и образованию колеи, что в среднем продлевает срок эксплуатации дороги более чем на треть. В мировой практике модифицированные битумы успешно используются уже не одно десятилетие, например, их объем в дорожном строительстве Европы достигает 15 %, а Аляски – 50 %.
Для российской дорожной отрасли полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) ̶относительно новый продукт, в промышленных масштабах он начал применяться около пяти лет назад, впрочем, ежегодно демонстрируя существенную динамику роста – от 0,02 % в 2014 году до 3 % в 2015-м.
При этом ПБВ очень специфический материал, для его качественного производства необходимо тщательно соблюдать технологию, использовать подготовленное сырье и подходящее оборудование, следить за физическими свойствами. Так, применение битумов ограничено определенным интервалом пластичности, который зависит от температурного диапазона работы битума. Введение полимеров в битум решает сразу две задачи: увеличивает интервал пластичности и придает битумному вяжущему эластичность.
Самые эффективные отечественные модификаторы сегодня ̶ это SBS-сополимеры, бутадиен-стирольные термоэластопласты. Качество продукции российского производства не уступает мировым аналогам.
Кроме SBS-сополимеров в мире используют бутадиен-стирольные каучуки, полиолефины, этилен-винилацетат, резиновую крошку и т. д. Однако многолетняя европейская практика использования модифицированных битумов показала однозначные преимущества SBS-полимера ввиду его способности улучшать высоко- и низкотемпературные свойства вяжущего, эластичность и адгезию. Использование полимеров типа стирол-бутадиен-стирола в России закреплено ГОСТом.
Особую роль в сохранении свойств ПБВ играет длительность и температурный режим нагрева, нередко ухудшающие свойства вяжущего. Данный процесс требует строгого контроля. Правильный режим нагрева ПБВ ̶ без перегрева, с перемешиванием (циркуляцией) – важное условие получения качественных асфальтобетонных смесей.
На территории России порядка 50 установок по производству ПБВ, и качество готовой продукции везде сильно различается. Смешав битум с полимером и пластификатором, не всегда можно получить качественный ПБВ. Для того чтобы эта смесь действительно позволяла улучшать основные эксплуатационные характеристики дороги, полимер должен «заработать». Производителей с достаточным опытом, которые постоянно проводят мониторинг качества, в России не более пяти-шести.
Так, к примеру, крупнейшей площадкой в России по производству качественных полимерно-битумных вяжущих является Рязанский завод битумных материалов «Газпром нефти». На предприятии выпускается более 20 марок высокотехнологичных модифицированных битумов, отвечающих требованиям не только российских стандартов, но и Евросоюза (EN). Модернизация рязанского актива дала возможность компании выйти на рекордные показатели по производству. Предыдущий максимум за год был на уровне 32 тыс. т, а результат 2015 года – уже 43 тыс. т. Это стало возможно также благодаря и активному взаимодействию с потребителями, выпуску битумных материалов по индивидуальным рецептурам.
Кроме того, в целях улучшения свойств ПБВ и асфальтобетона на их основе «Газпром нефть» уже в течение нескольких лет проводит лабораторные испытания и строит опытные участки с модифицированными вяжущими материалами от Санкт-Петербурга до Владивостока. Результаты мониторинга экспериментальных участков подтверждают, что применение современных материалов вместо традиционного дорожного битума позволяет продлить срок службы покрытия и сократить затраты на эксплуатацию автомобильной дороги, снижая в целом затраты на жизненный цикл дороги. По данным мониторинга таких участков, после трех лет службы средняя глубина колеи на участке с применением традиционного битума достигает 7 мм, а на участке с модифицированным – не превышает 4 ̶ 4,5 мм.
«Мы не только изучаем международный опыт и внедряем инновационные технологии и лучшие практики в собственное производство, но и активно выступаем за развитие сегмента модифицированных битумов на российском рынке. С этой целью мы объединяем усилия со всеми ведущими игроками рынка для разработки единых стандартов и норм дорожного строительства, создания общеотраслевой системы контроля качества полимерных вяжущих», ̶ отметил генеральный директор «Газпромнефть – Битумные материалы» Дмитрий Орлов.
В последние годы в дорожной отрасли России актуален вопрос усовершенствования нормативно-законодательной базы о применении экономически целесообразных материалов и технических решений при строительстве автомобильных дорог. Для адаптации существующего стандарта к современным условиям готовится новая редакция ГОСТ на полимерно-битумные вяжущие. В новом документе будет регламентировано использование модифицированных битумов с учетом интенсивности движения на дороге, грузонапряженности трасс и климатических условий регионов. Также будут учтены возможности применения различных модификаторов, их влияние на асфальтобетонную смесь и эксплуатационные свойства асфальтобетона, введены новые методы испытаний.
Исследованием асфальтобетонных смесей с использованием ПБВ, так же как и изучением модифицированных битумов, займется научно-исследовательский центр (НИЦ) «Газпром нефти», который откроется в этом году. Работа такой исследовательской площадки поднимет технологическую экспертизу дорожных материалов на качественно новый уровень, что станет еще одним шагом не только в изучении полимерно-битумных вяжущих, но и в развитии всего рынка ПБВ в России.
Асфальтобетонные покрытия на основе ПБВ характеризуются повышенной устойчивостью к образованию колеи, действию высоких транспортных нагрузок, а также трещиностойкостью при низких температурах. Именно поэтому ПБВ в силу его улучшенных характеристик стоит использовать при строительстве автомобильных дорог практически везде, особенно он необходим на дорогах с высокой интенсивностью движения и в суровых климатических условиях. При этом финансовые издержки перекрываются значительным увеличением межремонтных сроков дорожного покрытия и повышением безопасности дорожного движения.
Если Вы выиграли торги по проекту с обязательным применением ПВБ у Вас есть 2 выбора:
1) Найти поставщика ПБВ в регионе и заказать у него.
2) Начать собственное производство ПБВ.
Если 2-ой вариант кажется Вам сильно хлопотным, затратным, сложным и неперспективным – то скорее всего Вы проецируете мнение крупных поставщиков ПБВ, которые не желают терять своих заказчиков.
Выгода
Монтаж
Сборка готовой установки и обучение персонала не займет больше 1 месяца. Вам также не потребуется большая площадь, так как установка может быть выполнена в виде контейнера с возможностью перевозки с одного завода на другой.
Варианты установок
Есть несколько вариантов выбора подходящего оборудования, самыми популярными в РФ являются установки немецкого концерна Бенинховен, производительностью от 8 до 16 тонн в час. И конечно, такие установки прекрасно справляются со своей задачей, однако их стоимость, особенно учитывая динамику изменения курса евро, порой в 2,3,4 раза выше отечественных аналогов.
Есть интересные американские мобильные установки, их стоимость, как правило, ниже европейских. Одно из преимуществ американских ПБВ-установок заключается в том, что они могут работать как на полимерно-битумном вяжущем — ПБВ так и на резинобитумном вяжущем — РБВ (типа ). Особенность американской технологии состоит в том, что они экономят полимерное битумное вяжущее за счет добавления резиновой крошки, которая в процессе дробления также диспергирует в объеме битума и придает ему дополнительную упругость и устойчивость. Недостатки – отсутствие сервисных центров в РФ.
Помимо вышеперечисленных варинатов мы со своей стороны готовы предложить Вам заманчивую с соответствующим качеством.
Преимущества использования ПБВ установок
Если по проекту Вам требуется произвести 30 тысяч тонн асфальта на ПБВ и более, то мы можем смело утверждать, что покупка ПБВ установки окупит себя уже в этом году. Калькуляция здесь довольно простая, возьмем стоимость ПБВ на рынке – 26 рублей за кг. Себестоимость ПБВ собственного производства – менее 20 рублей за кг – экономия 6 рублей/кг. Для производства 30 тысяч тонн асфальта вам потребуется около 1,5 тысяч тонн ПБВ. Умножаем 1 500 000 на 6 и получаем 9 миллионов рублей экономии – вполне достаточно, чтобы окупить установку блочного типа с 1 реактором, производительностью 8 тонн в час.
Еще одним из плюсов собственной ПБВ установки является возможность перестраивать производство от дорожно-строительной направленности в область кровельных изделий. Все что для этого нужно – несколько другой тип СБС и соответствующий битум и у Вас может появится дополнительное производство кровельного ПБВ под нужды уже другого рынка.
Обращайтесь, мы поможем найти оптимальное решение.
ОПИСАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПМБ (ПБВ)
В последнее время по всему миру значительно растет использование полимер - модифицированного битума (ПМБ) или полимер-битумного вяжущего (ПБВ). Многочисленные тесты подтверждают значительное увеличения срока службы дорог с ПМБ покрытием в особенности в регионах с большим перепадом температур и повышенной нагрузкой на дороги.
ENH Engineering- одна из ведущих мировых компаний, производящих установки для изготовления ПМБ. Мы самостоятельно разработали и произвели большое количество установок непрерывного (поточного) типа, которые имеют неоспоримые преимущества по сравнению с циклическими установками.
Вот краткое описание непрерывного процесса производства ПМБ.
Исходные материалы вводятся в установку раздельно. Главный элемент это битум, остальные материалы вмешиваются в него. Битум нагревается до температуры 140-180°С в постоянном течении через теплообменник, который нагревается термальным маслом температурой 240°Си имеет мощность 400кВт. В ряде случаем одно или несколько ароматических масел вместе с адгезионными реагентами может быть введено в битум для улучшения свойств конечного ПБВ. Дозировка всех жидкостей осуществляется расходомерами. Актуальное значение регистрируется системой управления и автоматически регулируется в соответствии с заданным рецептом.
Полимеры, в данном случае СБС вводятся посредством весовой системы дозирования. Она состоит из весов расположенных на тензодатчиках. Тензодатчики соединены с компьютером, к который управляет дозировкой полимеров. Точность системы очень высокая.
Из системы дозировки полимеры направляются в небольшую емкость для предварительного смешивания с битумом и другими жидкостями. Из этой емкости смесь попадает в мельницу. В мельнице полимерный гранулят дробится на мелкие частицы и эффективно вмешивается в битум.
И модифицированного битума, смонтировано на несущей раме, что при некоторых условиях не требует дополнительного фундамента.
Исполнение оборудования возможно в трех вариантах:
в закрытом помещении с приточно-вытяжной вентиляцией
с навесом на открытом воздухе
на базе 20-ти футового контейнера
Вариант загрузки материалов:
кран-балка с тельфером
шнековый транспортер
КОМПЛЕКТАЦИЯ:
В основной комплект оборудования входят следующие узлы и агрегаты:
ЁМКОСТЬ- СМЕСИТЕЛЬ (Е1, Е2)
круглого сечения для смешивания битума и полимеров для производства ПБВ, со следующими параметрами:
Геометрическая вместимость 3,0 (4)м³;
Рабочая вместимость 2,0 (3)м³;
Нагревательные трубы;
Изоляция минеральной ватой и облицовка гальванизированными металлическими листами;
Крышка с загрузочным люком. Крышка имеет отверстия для подключения напорных линий
насосов, также гнездо-стакан для термо-сопротивления. Крышка является несущей конструкцией для узлов мешалки;
Люк, труба-сапун,входные и выходные трубы с фланцами для диатермического масла и готового продукта;
Ручные секционные клапаны горячего масла;
2 скоростных планетарных смесителя с приводом от 3-фазных электродвигателей;
Переливные трубы с фланцами;
Суппорт для установки шнека подачи полимеров, устанавливается с одной стороны.
СИСТЕМА ЗАГРУЗКИ СЫПУЧИХ КОМПОНЕНТОВ
служит для загрузки в емкости-смесители Е1 и Е2 сыпучих компонентов и
состоит из следующих узлов и механизмов:
▪ навес крытый служит для защиты установки от атмосферных осадков, а также для крепления подъемныхмеханизмов;
состоят из металлического каркаса с двускатной кровлей и двух консольных кран-балок для
электрических тельферов;
▪ шнек подачи для загрузки полимеров служит для загрузки в Е1 и Е2 сыпучих компонентов.
укомплектована емкостями-бункерами для дозирования и загрузки сыпучих компонентов объёмом 500 литров;
▪ тензодатчики для весового дозирования компонентов с индикацией информации на мониторе
оператора;
ДИСПЕРГАТОР
, с функцией перемешивания способом резки:
Лёгкая замена частей ротора и статора;
«Рубашка» обогрева термальным маслом;
Секционные клапаны для контура горячего масла;
Микрометрическая регулировка зазора между ротором и статором;
Привод от электродвигателя мощностью 110 кВт трапецеидальными ремнями;
Устройство плавного пуска диспергатора (Трансмиссия, старт звезда/треугольник) укомплектовано отдельным шкафом управления;
Устойчивая база с ремневытяжными прессами и защитой.
ЭЛЕКТРОНАСОС ПОДАЧИ БИТУМА
с байпас клапаном, служит для закачки битума из емкости-хранилища в емкость-смеситель Е1.
на выходе соединен трубопроводом с емкостью-смесителем Е1, на входе имеет фланец с
эластичной муфтой для подключения линии подачи битума;
привод от электромотора;
НАСОС ДЛЯ ЖИДКИХ ДОБАВОК
шестеренчатого типа, с байпас клапаном,
служит для закачки масла-присадки из емкости-хранилища в емкость-смеситель Е1;
на выходе соединен трубопроводом с емкостью-смесителем Е1, на входе имеет фланец для
подключения линии подачи масла-присадки;
насос соединен упругой муфтой с электродвигателем.
ЭЛЕКТРОНАСОС ПЕРЕКАЧКИ
насос установлен на мощной электросварной раме.
ЭЛЕКТРОНАСОС ВЫДАЧИ
фланцевое соединение с эластичной муфтой;
привод от электромотора с инверторной регулировкой количества оборотов;
автоматизированное управление предустановкой силы тока в приводе мельницы;
насос установлен на мощной электросварной раме.
возможна «рубашка» масляного обогрева;
ПОДОГРЕВАЕМЫЕ ШАРОВЫЕ КЛАПАНЫ
управляются вручную,
укомплектованы специальным уплотнением для работы с высокими температурами.
СИСТЕМА ВЕСОВОГО КОНТРОЛЯ
служит для контроля количества компонентов, обусловленных рецептурой, при производстве
продукции, состоит из следующих систем:
▪ платформы весовые служат для распределения и передачи на электронные датчики веса емкостей-смесителей Е1 и Е2;
состоят из металлической платформы с направляющими-фиксаторами для Е1 и Е2, электронных датчиков;
▪ монитор весов служит для настройки, считывания с датчиков, отображения информации о массе загруженных компонентов;
стойки-держатели;
устройство подзарядки;
панель управления;
▪ консоль весовая (Рис.3. В1, В2) служит для контроля количества сыпучих компонентов, с
остоит из выносной металлической консоли, жестко закрепленной на Е1 (в некоторых вариантах и на Е2) и
съемной площадки для емкости-бункера.
ЭЛЕКТРОСИСТЕМА
1. Основной электро-шкаф
Тип: электро-шкаф, стальная защита для сохранности панели управления при транспортировке и для
использования при неблагоприятных погодных условиях.
Электрика: 3-фазный ток 380 В, 50 Гц.
оборудование оснащено на входе предохранительным размыкающим выключателем;
двигатели оснащены предохранителями + термореле;
управляющие контуры питаются от трансформаторов защищенных предохранителями;
панель управления установкой производства ПБВ оборудована следующими инструментами и
аппаратурой:
- основной выключатель;
- аварийный выключатель;
- вольтметр + коммутатор вольтметра;
- ручное управление моторами;
- индикатор температуры емкостей;
- индикатор температуры мельницы.
2. Электро-шкаф устройства плавного пуска диспергатора.
ПРЕИМУЩЕСТВА УСТАНОВОК ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПБВ:
1. В СОСТАВЕ УСТАНОВКИ ПРИМЕНЯЕТСЯ КОЛЛОИДНАЯ МЕЛЬНИЦА.
Анализ полученных данных показывает, что наиболее эффективным для производства ПБВ
следует считать оборудование, в составе которого имеются коллоидные мельницы (измельчители), которые обеспечивают измельчение полимера в процессе приготовления ПБВ. При измельчении полимера ПБВ увеличивается удельная поверхность контакта смешиваемых компонентов, и соответственно ускоряются процессы набухания и растворения полимера.
В случае приготовления ПБВ на оборудовании без высокоскоростных измельчителей
(коллоидных мельниц) необходимо закладывать большую концентрацию полимера, более высокую температуру процесса (это может привести к старению битума и окислительной деструкции ПБВ, уровень свойств ПБВ при этом существенно снизится), кроме того, продолжительность процесса приготовления ПБВ увеличивается более чем в 2 раза.
Высокие рабочие характеристики и качество выходного ПБВ достигаются только при условии
точного контроля дозировки измельченного полимера и его распределения в битумной массе. А как следствие на данный момент лучшие показатели распределения (гомогенизации) достигаются только при использовании коллоидных мельниц с высокой степенью измельчения.
2.
ПРИМЕНЕНИЕ «МЯГКОГО» НАГРЕВА БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО ЗА СЧЕТ РАБОТЫ МАСЛОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ, ТОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ.
При приготовлении ПБВ исключительно важное значение имеет оптимальный выбор
температуры и продолжительности процесса. Повышение температуры увеличивает подвижность цепей макромолекул полимера и расстояние между ними. Это облегчает процесс набухания. Оптимальная температура, при которой макромолекулы полимеров типа СБС находятся на максимальном расстоянии друг от друга, соответствует температуре вязкотекучего состояния и составляет 180-190 °С. Однако повышение температуры приготовления ПБВ выше рабочей технологической для дорожных битумов вызывает старение битумов. Длительное нахождение полимера при повышенной температуре действует на ПБВ негативно, в результате чего он теряет эластические свойства. На эффективность растворения большое влияние оказывает размер частиц полимера. Чем выше дисперсность (измельчение) частиц полимера, тем больше удельная поверхность контакта его с битумом, тем быстрее происходит процесс набухания и, соответственно, растворения полимера в битуме. Из всех рассматриваемых параметров, влияющих на эффективность процесса приготовления ПБВ, как с точки зрения экономии затрат, так и максимально возможного уменьшения процессов старения битума и ухудшения полимера, целесообразно изменять вязкость битума и размер частиц
полимера. Остальные параметры заранее заданы и являются неизменными, а температура
приготовления ПБВ ограничена максимальной рабочей температурой битума – не выше 160 °С.
3. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИ ВСЕХ ИЗВЕСТНЫХ ТИПОВ
МОДИФИКАТОРОВ (ПОЛИМЕРОВ), КАК ТВЕРДЫХ ПОРОШКООБРАЗНЫХ И В ГРАНУЛАХ, ТАК И ЖИДКИХ.
Возможность применения полимера в гранулах при сохранении высоких параметров
растворения полимера в битуме позволяет получить большой экономический эффект по сравнению с применением например того же полимера но в порошкообразном виде, только за счет разницы стоимости гранулярного и порошкообразного полимера. Также возможно получение дополнительного экономического эффекта за счет возможности производить ПБВ с высокими эксплуатационными характеристиками с применением полимеров отечественного производства, которые в силу своей низкой стоимости, могут оказаться более привлекательны по сравнению с импортными аналогами.
Установка позволяет производить резино - битумное вяжущее.
4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМЕРА И ЕГО РАСТВОРЕНИЯ В БИТУМЕ.
За счет возможности варьировать количеством проходов через коллоидную мельницу смеси
битума с полимером обеспечивается требуемое высокое качество производства ПБВ независимо от параметров исходного сырья.
УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ ОБОРУДОВАНИЯ.
Конкретные условия поставки оборудования оговариваются Договором и Техническим
заданием. Транспортные расходы по доставке оборудования к месту эксплуатации оплачивает
Заказчик. Установка поставляется без разгонных емкостей для битума и пластификатора и без
емкостей для хранения готовой продукции, поскольку данное оборудование можно задействовать из имеющегося в наличии. При необходимости данное оборудование будет изготовлено и поставлено по дополнительному согласованию.
МОНТАЖ, ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ И ОБУЧЕНИЕ.
Установка поставляется в виде блоков, которые должны быть установлены и смонтированы на
месте под руководством специалиста фирмы поставщика при участии персонала заказчика.
Расчетное время монтажа и пуска в эксплуатацию при своевременно проведенных заказчиком
подготовительных работах - 1 неделя. На это время заказчик должен предоставить 2 человека,
которые будут участвовать в монтаже установки. Обучение операторов установки производится во время монтажа и пробного пуска установки. В стоимость установки входит стоимость 5 дней работы 1 монтажника-наладчика со стороны поставщика. В стоимость работ не входит стоимость проезда и проживания монтажника-наладчика и стоимость доставки установки.
Установка ин-лайн обработки вяжущего
Давиал ПБВ ИН-ЛАЙН
(установка для производства полимербитумного вяжущего)
Обзор технологий.
Вопрос обеспечения производства качественного полимерно-битумного вяжущего и последующего производства асфальтобетона с его использованием исследуется на протяжении многих лет большим количеством специалистов. Связано это в том числе и с тем, что в отличие от, например, битумной эмульсии полимерно-битумное вяжущее и по сей день является «скоропортящимся» продуктом:
во-первых, ПБВ имеет устойчивую тенденцию к расслоению, и, следовательно, при значительном времени хранения требует эффективного перемешивания;
во-вторых, в полимерно-битумном вяжущем, приготовленном с использованием наиболее популярных в этой области стирол-бутадиен-стирольных термоэластопластов (СБС) и находящемся в процессе оперативного хранения при достаточно высокой температуре, медленно протекают деструктивные процессы. При этом деструкция и потеря свойств вяжущего идет тем быстрее, чем выше температура ПБВ.
Эти обстоятельства довольно сильно затрудняют работу с ПБВ, ставя перед потребителем задачу организации возможно меньшего временного промежутка между изготовлением ПБВ и его использованием при приготовлении асфальтобетонной смеси.
Наиболее эффективные методы приготовления ПБВ, подразумевающие использование диспергаторов (коллоидных мельниц) прошли, по сути, эволюционный путь развития от простых мешалок в расходных битумных емкостях. Ведь, как известно, полимерно-битумное вяжущее можно приготовить и в обычной расходной емкости с битумом, засыпав туда необходимое количество полимера, и перемешивая до тех пор, пока он полностью не растворится. Здесь время приготовления существенно зависит от температуры битума и эффективности мешалки.
При этом суть процесса одинакова: частица полимера, растворяясь в мальтеновой фракции битума, «набухает» - то есть образуется оболочка, под которой находится еще недорастворенное ядро частицы. Мешалка, в том числе и коллоидная мельница, призвана удалить набухшую оболочку, обнажив сухое ядро, которое в свою очередь начинает растворяться в битуме. Для реализации этого процесса организовывается циркуляция полимерно-битумной массы через диспергатор вплоть до полного растворения полимера.
Небольшим отступлением от этого процесса является способ производства ПБВ, характеризуемый производителем как ин-лайн технология, по которой многократная циркуляция через диспергатор не предусматривается, а полимер проходит через мельницу лишь один раз. При этом он попадает в нее с потоком битума еще практически в твердом состоянии, и, проходя через зазор между ротором и статором, так сказать «расплющивается» до соответствующего размера. Далее все равно предусматривается двухчасовое перемешивание, необходимое для завершения процессов растворения частиц полимера.
Таким образом, в любом случае сохраняется стадийность процесса производства, что обуславливает несвязность процессов изготовления полимермодифицирован-ного битума и асфальтобетонных смесей. Это два разных производства с разной цикличностью. Фактически необходимо вначале произвести нужное количество модифицированного битума, а потом его использовать для производства асфальта. Ввиду этого и возникают вопросы хранения ПБВ, его перемешивания, изменения его свойств в процессе хранения, после прогрева и т. п.
Не столь остро, но во многом те же вопросы возникают и при добавлении в битум адгезионной присадки, приготовлении разжиженного битума, вяжущего для приготовления так называемых «теплых» асфальтобетонных смесей – Warm Mix Asphalt. В этих процессах также необходима технологичность, а связность производства вяжущего и его потребления позволяет обеспечить наименьшую дозировку и наилучшее качество при отсутствии проблем с хранением материалов.
Описание предлагаемой технологии.
Технологическая схема процесса.
Технологическая схема нашего процесса представлена на следующем рисунке:
Суть технологического процесса по схеме в соответствии с рисунком сводится к переводу полимера из сухого состояния в жидкое путем экструзии и последующему смешению вязко-текучего полимера с нагретым до рабочей температуры битумом. При этом по ходу движения материалов единовременно осуществляются несколько процессов:
1) экструзия полимера, сочетающая смешение и растворение образующегося расплава с некоторым количеством битума или пластификатора;
2) смешение получающейся аномально вязкой жидкости с некоторым количеством битума и получение в результате полимерно-битумного вяжущего с высоким или супервысоким содержанием полимера;
3) последующее смешение полимерно-битумного концентрата с основным потоком битума в соотношениях, обеспечивающих потребное содержание полимера в готовом ПБВ.
Процесс осуществляется поточно, в чистом режиме ин-лайн, то есть на входе в установку имеем битум и сухой полимер, на выходе – ПБВ, сразу готовое к использованию. В таком же режиме ин-лайн в вяжущее в соответствии с рецептурой может быть добавлена адгезионная присадка или любой другой жидкий компонент, а также, например, дополнительное количество пластификатора или разжижителя. Температура битума на выходе из установки определяется температурой битума на входе.
При возникновении потребности в приготовлении разжиженного битума, битума с адгезионной присадкой и т. п. энергетически мощный процесс экструзии задействовать не нужно, достаточно обычной работы дозирующих линий и миксера.
Таким образом, фактически установка позволяет обработать вяжущее в широком диапазоне задач – от приготовления праймера до полимербитумного вяжущего.
Технология приготовления полимербитумного вяжущего, реализуемая установкой, запатентована.
Перевод полимера в жидкое состояние.
Подавляющее большинство полимеров в современном промышленном производстве перерабатывается методом экструзии или литья. Экструзия полимеров – целая область науки и техники. Говоря о полимерах, применяемых для производства ПБВ, мы лишь сужаем этот круг, однако он все равно достаточно обширен. К применению предлагают и термореактивные терполимеры типа Elvaloy, и атактические полипропилены, и стирол-этилен-бутадиен-стирольные (SEBS) каучуки, и, конечно же, стирол-бутадиен-стирольные СБС термоэластопласты. Исследования на тему применимости тех или иных полимеров в производстве ПБВ для дорожного строительства проводятся многими специалистами, однако наиболее популярным в этой области применения остается стирол-бутадиен-стирольный термоэластопласт СБС.
Следует заметить, что, несмотря на то, что существуют технологические режимы экструзии СБС практически в чистом виде, мы применили экструзию при одновременной подаче битума или пластификатора, что позволяет снизить вязкость расплава на выходе из машины.
Необходимо отметить, что технология и оборудование позволяют отказаться от применения пластификаторов и работать исключительно на битуме.
Процессы смешения в установке.
Переходя к следующему в технологической схеме процессу смешения битума с расплавом полимера, необходимо отметить, что, по сути, в смесителе одновременно интенсивно протекают два процесса: смешения аномально вязкой жидкости – расплава полимера – с ньютоновской жидкостью – нагретым битумом, а также процесс растворения полимера в мальтеновой части битума.
Говоря о процессе растворения полимера, следует отметить, что его растворимость тесно связана не только с соответствующей способностью битума, температурой самого битума, как это обычно отмечается в исследованиях о ПБВ, но и с температурой самого полимера, а также с площадью границы раздела фаз. Чем выше температура полимера, чем выше площадь его соприкосновения с битумом, тем выше скорость растворения.
В нашей технологии в смеситель поступает полимер с максимально допустимой для него температурой, где помимо равномерного смешения двух объемов жидкостей также обеспечивается достаточно высокая площадь соприкосновения битума и расплава полимера. На выходе из смесителя получаем полимерно-битумный концентрат с высоким процентом содержания полимера, например, 15%.
Следующим процессом по технологической схеме также является процесс смешения, но уже жидкостей с не столь различными вязкостями – полимерно-битумный концентрат и чистый битум. Кроме того, на этой стадии может быть добавлена адгезионная присадка и другие жидкие компоненты, если того требует рецептура. Смешение осуществляется эффективным динамическим миксером.
Исходя из того, что время прохождения расплавленного полимера по ин-лайн системе составляет до 2 минут, а существующие способы приготовления ПБВ, не уделяющие внимания нагреву непосредственно полимера, требуют для приготовления ПБВ 2 часа, то получаем, что эффективность растворения полимера благодаря его нагреву и заблаговременному переводу в жидкое состояние повышается более чем на порядок.
Именно столь существенная интенсификация процессов растворения за счет взаимодействия тонких горячих полностью проплавленных пленок полимера с пленками битума позволила придать процессу характер поточного, ин-лайн процесса.
Достоинства технологии.
Даже в сравнении с наиболее прогрессивными технологиями изготовления ПБВ других производителей, наша технология обладает очень важными достоинствами:
1. Высокая гибкость производства, сбалансированность производства и потребления, отсутствие необходимости в хранении ПБВ и связанных с этим вопросов расслоения и т. п., что стало возможным благодаря реализации классического ин-лайн процесса.
2. Отсутствие испарений легких фракций, так как процесс протекает в системе закрытых трубопроводов и агрегатов при отсутствии доступа воздуха.
3. Высокая энергоэффективность процесса производства, в котором энергия не расходуется на низкоэффективную циркуляцию и перемешивание больших масс битума.
4. Возможность приготовления вяжущего с высоким содержанием полимера, в том числе и суперконцентратов.
Начав с изучения наиболее прогрессивной технологии приготовления ПБВ с помощью коллоидных мельниц, мы попытались довести достоинства реализуемых там процессов, например, процесса съема набухшей оболочки полимера, до еще большего совершенства. В результате технология приобрела представленный вид, а коллоидная мельница, по сути, трансформировалась в два узла – экструдер и смеситель, что позволило существенно интенсифицировать процесс производства, придав ему характер поточной технологии.
Отсутствие испарений легких фракций и какого-либо существенного хранения ПБВ позволяет ожидать от такого вяжущего большей устойчивости к процессам старения, интенсивно протекающим в смесителе асфальтобетонного завода. А это, в свою очередь, дает основу для хороших результатов по асфальтобетону, приготовленному по сути в едином процессе с производством ПБВ.
Краткое описание установки.
Установка смонтирована в 12 метровом контейнере, разделенном на три части: бункер полимера, операторская часть, процессорная часть.
Бункер полимера изготовлен из нержавеющей стали и теплоизолирован, что обеспечивает комфортное хранение полимера и отсутствие конденсата при различных погодных условиях. Подача полимера в процессорную часть осуществляется посредством гибкого шнека, смонтированного под обшивкой контейнера.
В процессорной части смонтировано технологическое оборудование (дозатор полимера, экструдер, смесители, насосное, измерительное оборудование и т. п.), а также трубопроводы. В операторской части находятся пульты управления.
Стены и крыша контейнера утеплены минераловатными матами, закрытыми металлическим профилированным листом с легко моющимся полимерным покрытием. Пол укрыт алюминиевым листом с насечками. Выполнены искусственное освещение и вентиляция . Между процессорной и операторской частями имеется межкомнатное окно, проход осуществляется через межкомнатную дверь, также имеющую остекление.
Коммуникации.
Установка не требует подключения внешних теплоносителей. Технологический обогрев оборудования полностью электрический.
В качестве расходных емкостей битума могут быть использованы стандартные емкости АБЗ.
В качестве емкости готовой продукции предусматривается теплоизолированная вертикальная емкость с перемешиванием и обогревом.