高温高压反应罐设计及对橡胶渗透性的实验研究

摘要

目前高温高压动态脱硫法广泛应用于废旧橡胶的回收再生，但此方法生产过程中，产生大量的废水和尾气造成二次污染，且能耗大、危险性高，对此本文利用双螺杆挤出机实现废旧橡胶连续脱硫回收再利用，可以达到节能，减排，高效，环保的目的。但解决利用双螺杆挤出机实现废旧橡胶连续脱硫的关键技术，就需要探究温度、压力、时间对溶剂在橡胶中渗透性的影响规律，优化设计双螺杆挤出机参数以实现废旧橡胶连续脱硫的目的。为此本研究就是通过自行设计的高温高压反应罐来研究温度、压力、时间对橡胶渗透性的影响。
　　 本研究为能模拟实际双螺杆挤出机中的不同工况，设计了设计压力为7.7MPa，设计温度为280℃、且可实现高压条件下平稳加热、连续转动、方便拆装、可精确控制温度和压力等功能特点的高温高压反应罐装置。基于该实验装置提出了测橡胶渗透性的方法，即增重法、渗透距离法，进行了橡胶渗透性实验，并对得到的实验数据进行计算和处理，并把实验数据按照不同的条件作出相应的曲线，可得如下结论:压力对橡胶渗透性没有明显的促进作用，温度对橡胶渗透性有明显的促进作用，时间对橡胶渗透量的影响几乎呈线性变化，但随着渗透的进行当试样接近渗透完全时（随时间增加试样质量几乎不变），时间对橡胶渗透性的影响逐渐减小最终趋于平缓。
　　 在橡胶渗透性实验数据和在Arrhenius关系基础上，对其进行修正和简化，提出了橡胶渗透经验模型，该模型准确地表示了压力对渗透性没有影响及温度对渗透性影响的规律。可用此模型预测任意温度条件下橡胶渗透性和渗透量，其误差小于10％。
　　 通过模拟环己烷分子在聚异戊二烯中的MSD随时间变化，和模拟计算不同温度、压力下环己烷分子在聚异戊二烯中的扩散系数，可知通过以上模拟计算的结论，与通过橡胶渗透实验得到的温度、压力、时间对橡胶渗透性影响的结论吻合。由此可以证明通过橡胶渗透实验，研究总结的温度、压力、时间对橡胶渗透性影响的结论的正确性，及其基于该结论基础上提出的橡胶渗透经验模型的正确性。
　　 通过本研究得到的实验数据及成果和结论，不仅为后续的优化设计双螺杆挤出机参数实现废旧橡胶回收提供基础实验数据，也将对橡胶加工中优化生产起到巨大指导作用;同时为研究溶剂在橡胶中的渗透模型提供实验数据，因此本课题研究具有重要的实际工程应用价值和理论意义。

目录

声明

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摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 渗透扩散理论研究的历史、现状

1.2.1 小分子物质对于高分子聚合物的渗透机理

1.2.2 气体在高分子聚合物中扩散的研究进展

1.2.3 溶剂小分子在高分子材料中传质研究的进展

1.2.4 溶剂小分子在高分子中扩散系数的理论模型

1.3 渗透扩散的测量方法

1.3.1 小分子物质在高分子聚合物中扩散系数的测定

1.3.2 气体和液体在橡胶中透过性的测定

1.3.3 气体和液体在橡胶中吸收及解吸的测定

1.4 论文选题的立论、目的和意义

1.5 研究的主要内容和技术方案

1.5.1 研究的主要内容

1.5.2 技术方案

第二章 高温高压反应罐的设计、分析及操作

2.1 高温高压反应罐的设计

2.1.1 高温高压反应罐的结构设计和确定

2.1.2 高温高压反应罐的分析设计

2.2 高温高压反应罐的应力强度分析

2.2.1 利用ANSYS软件对高温高压反应罐快接进料口卡箍应力强度分析

2.2.2 利用ANSYS软件对高温高压反应罐接管应力强度分析

2.3 高温高压反应罐的操作

2.4 小结

第三章 橡胶渗透性测试方法的研究和渗透实验

3.1 增重法

3.2 渗透距离法

3.3 利用高温高压反应罐研究温度、压力、时间对橡胶渗透性的影响

3.3.1 实验材料

3.3.2 橡胶渗透性实验步骤

3.3.3 实验数据计算实例

3.3.4 实验数据

3.3.5 实验结论

3.3.6 实验误差

3.4 小结

第四章 渗透模型的建立与模拟计算验证实验结论

4.1 橡胶渗透模型的建立

4.2 橡胶渗透模型的应用

4.3 模拟计算验证分析

4.3.1 模拟计算扩散系数的方法

4.3.2 模拟计算结果及讨论

4.3.3 模拟计算的结论

4.4 小结

第五章 总结与结论

5.1 本课题的主要成果与结论

5.2 本课题有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书