Приготовление пигментной суспензии

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Описание технологического процесса и оборудования процесса приготовления пигментной суспензии на бисерной мельнице

Основной процесс изготовления пигментированных лакокрасочных материалов называют диспергированием. Целью этого процесса является разрушение агрегатов первичных частиц пигментов (дезагрегация) с замещением газовой адсорбционной оболочки на жидкостную,достижение равномерного распределения первичных частиц объеме пленкообразователя и предотвращение вторичных процессов флокуляции (стабилизация). Размеры первичных частиц при этом не уменьшаются. В результате диспергирования в пределе можно достичь лишь степени дисперсности пигмента, соответствующей полученной в результате синтеза.

Введение пигментов в лакокрасочные материалы дает возможность не только регулировать декоративные и оптические свойства покрытий, но и другие важнейшие показатели последних: деформационно-прочностные, изолирующие, противокоррозионные, адгезионную прочность и так далее. Кроме того, можно получить покрытия со специальными свойствами: электропроводящие, электроизолирующие, теплостойкие, огнезащитные, противообрастающие и другие.

Вся продукция изготавливается в соответствие с технологическими регламентами (ТР), утвержденными руководителем предприятия.

1, 2 - баки-хранилища лаков, 3 - бак-хранилище растворителя (сольвент), 4 - диссольвер, 5 - промежуточный смеситель, 6 - бисерная мельница, 7 - смеситель, 8 - передвижная установка для фильтрации,

9 - фильтр сетчатый

Рисунок 1. Схема технологического процесса производства

Технологический процесс изготовления продукции состоит из следующих стадий :

1) подготовка сырья,

2) изготовление пигментной суспензии,

3) диспергирование пигментной суспензии,

4) составление продукции и постановка ее на тип,

5) фильтрация, расфасовка и слив продукции в тару.

1. Подготовка сырья

Входной контроль сырья производится лабораторией отдела технического контроля (ОТК) по показателям, обязательным для проверки, на соответствие нормативной документации (НД).

Пигменты, наполнители хранятся в специально отведенных местах на складе сырья. В цех, в отделение сыпучего сырья, в количестве, не превышающем суточной потребности, пигменты и наполнители доставляются в мешках на поддонах или контейнерах автопогрузчиками.

Растворители, флотореагент, лаки, сиккатив закачиваются со склада ЛВЖ насосами в баки-хранилища . Баки-хранилища представляют собой цилиндрические аппараты с плоским днищем вместимостью до 10 м3, снабженные приборами измерения уровня жидкости. Контроль за заполнением баков-хранилищ, отключение подающих насосов по достижении предельного уровня производится автоматически.Перед приемом жидкого сырья аппаратчик осмотром проверяет состояние сальниковых уплотнений насосов, герметичность баков-хранилищ, трубопроводов.

Перед загрузкой сменный мастер проверяет визуально и по паспортам поставщика и лаборатории качество применяемого сырья.

2. Изготовление пигментной суспензии

Изготовление пигментной суспензии осуществляется в диссольвере вместимостью 1,25 м3 или 2,5 м3 (поз4.) на наружной установке, снабженном зубчатодисковой мешалкой. Перед загрузкой компонентов производится тщательный осмотр смесителя на чистоту и исправность. Состояние сальниковых уплотнений, герметичность аппарата, фланцевых соединений трубопроводов проверяются осмотром, перемешивающего устройства - холостым запуском мешалки. В зависимости от степени загрязнения смесителя производится его зачистка или замывка растворителем или раствором каустической соды.

В быстроходный смеситель согласно загрузочной рецептуре из бочек, поднятых электротельфером, через весы загружается смола (лак). Ксилол, сольвент загружают насосом через счетчик из бака-хранилища (поз. 3) (допускается загрузка ксилола, сольвента из бочек). Затем при работающей мешалке равномерно загружают поднятые электротельфером пигменты и наполнители, предварительно взвешенные на весах. Загрузка производится при работающей приточно-вытяжной вентиляции и аспирации.

По окончании загрузки пигментов и наполнителей содержимое быстроходного смесителя перемешивают не менее 30 минут до получения однородной массы. Однородность пигментной суспензии проверяется наливом пробы на стекло. Одновременно отбирают пробу для проверки вязкости суспензии. Вязкость суспензии должна находиться в пределах 40-70 с при 20°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4мм.

Готовую пигментную суспензию насосом перекачивают в диссольвер (поз.4) вместимостью 2,0 м3, снабженный рамной мешалкой и предназначенный для питания бисерных мельниц. Допускается подача пигментной суспензии из быстроходного смесителя самотеком на бисерную мельницу.

Для предотвращения оседания пигментов в диссольвере необходимо перемешивать пигментную суспензию.

3. Диспергирование пигментной суспензии

Диспергирование пигментной суспензии производится на бисерных мельницах .

Бисерная мельница представляет собой вертикальный цилиндрический контейнер вместимостью 70, 120 или 140 литров, в котором расположен рабочий ротор с дисками, приводящий в движение диспергируемую массу и мелющие тела (бисер). Из дисольвера пигментная суспензия непрерывно подается насосом в нижнюю часть контейнера соответствующей бисерной мельницы .

Перед подачей пасты на диспергирование бисерная мельница проверяется на чистоту и исправность.

Перед началом диспергирования в рубашку контейнера бисерной мельницы подается вода. В процессе диспергирования необходимо следить, чтобы температура пасты на выходе из бисерной мельницы не превышала 55°С. Температура регулируется подачей воды в рубашку бисерной мельницы.

Скорость подачи пасты регулируется таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая степень перетира - не более 50 мкм по прибору «Клин».

Пройдя зону диспергирования, готовая паста насосом подается в смеситель.

Температура суспензии на выходе из бисерной мельницы должна быть не более 55°С, что контролируется термометром с ценой деления 0,5°С.

Готовая пигментная суспензия насосом подается в соответствующий смеситель (поз.7) для составления продукции и постановки ее на тип.

4. Составление продукции и постановка ее на тип

Составление продукции и постановка ее на тип производится в смесителях). Смеситель представляет собой вертикальный аппарат цилиндрической формы со сферическим днищем, вместимостью 8 м3, снабженный рамной мешалкой. На крышке смесителя имеются штуцеры для загрузки жидкого сырья, подачи инертного газа и люк для чистки и осмотра. В смеситель (поз.7) согласно загрузочной рецептуре из бочек, поднятых электротельфером, через весы загружается смола (лак). Растворитель (ксилол, сольвент) загружают насосом через счетчик из бака-хранилища(поз3) допускается загрузка ксилола, сольвента из бочек). Сиккатив загружают из бака- хранилища через весовой мерник насосом (допускается загрузка сиккатива из бочек). Затем насосом бисерной мельницы загружают пасту - продиспергированную пигментную суспензию. Прием суспензии с бисерной мельницы производится при перемешивании. По окончании передачи замесов суспензии с бисерной мельницы содержимое смесителя перемешивают в течение 1 часа, после чего производят постановку продукции на тип по цвету и вязкости.

Поставленную на тип по цвету и вязкости продукцию выдерживают в смесителе в течение 5 часов при выключенной мешалке для стабилизации вязкости, затем включают мешалку и перемешивают 30 минут, после чего проверяют вязкость продукции. В случае нарастания вязкости добавляют растворитель, перемешивают 30 минут, проверяют вязкость и выдерживают продукцию в течение 1 часа при выключенной мешалке, затем включают мешалку, перемешивают 15 минут, после чего проверяют вязкость. Эту операцию повторяют до тех пор, пока вязкость двух проб, взятых последовательно в промежутках времени не менее 1 часа, находясь каждая в пределах требования ТУ, будет отличаться друг от друга не более, чем на 5 секунд.

По окончании введения всех добавок в продукцию, сменный мастер проверяет соответствие загрузки компонентов рецептуре продукции. Затем продукцию проверяют по всем показателям на соответствие требованиям стандарта (ТУ).

5. Фильтрация, расфасовка и слив продукции в тару

При несоответствии продукции требованиям стандарта по показателю «внешний вид пленки» производят ее очистку. Фильтрация продукции производится на патронных фильтрах типа «Куно», при незначительной сорности допускается очистка через сетчатый фильтр или марлевый (ватно-марлевый) фильтр, закрепленный на промежуточную емкость.

Соответствующую по всем показателям требованиям стандарта продукцию самотеком расфасовывают в мелкую тару или насосом сливают в бочки и другие виды тары, предусмотренные ГОСТ 9980.3-86 на данную группу ЛКМ.

Продукция фасуется в банки металлические для химических продуктов по ГОСТ 6128-81, ТУ РБ 28602580.005-99 «Банки металлические хозяйственного назначения» вместимостью 2401 см3 или 1012 см3. Допускается фасовка в банки металлические другой вместимости. Расфасовка осуществляется на разливочном автомате, который оснащен подающим банки столом, пластинчатым транспортером для подачи банок, укупорочным автоматом, механизмом обозначения цвета продукции на банке. Вес продукции в банках периодически проверяется лаборантом, сменным мастером, сливщиками-разливщиками.

Описание технического оборудования

Бисерная мельница - разновидность мельниц, применяемая для получения ультрадисперсных продуктов в жидкой среде путем перетирания суспензии материала твердыми шариками - бисером. Разновидностью бисерных мельниц являются галечные мельницы, заполняемые фракционированными песком или галькой.

Бисерные мельницы применяют для измельчения широкого круга материалов, в лакокрасочной, керамической, пищевой, химической, горнодобывающей и др. отраслях промышленности. Разновидности бисерных мельниц обеспечивают тонину помола d50 от 6 нанометров до d97 = 200 мкм, покрывая таким образом 5 порядков величины радиуса частиц. Диапазоны производительности составляют от единиц грамм до нескольких тонн в час.

Бисерная мельница представляет собой цилиндрический сосуд с мешалкой или перемешивающим ротором, имеющим ряд вспомогательных функций и обеспечивающим различные режимы перемешивания и циркуляции бисера. Мельница заполнена бисером на 70-80 % объема. При размоле в камеру заливают суспензию размалываемого порошка, которая заполняет весь свободный объем.

При вращении ротора мельницы происходит движение бисера, который перетирает частицы материала. По окончании работы суспензию материала сливают из мельницы. Промышленная бисерная мельница работает в непрерывном или циркуляционном режимах, то есть перемалывает прокачиваемую суспензию. Все современные мельницы могут работать в таком режиме и имеют ситовый патрон или щель для отделения бисера от суспензии.

Рисунок 2 - Принцип действия бисерной мельницы

пигментная суспензия мельница технологический

Бисерные мельницы делят на 2 типа - горизонтальные и вертикальные. Наибольшее распространение получили горизонтальные мельницы, в которых цилиндрическая камера и ротор расположены горизонтально. Вертикальные мельницы используются в основном в производстве керамики и размоле прочных материалов. Если камера мельницы расположена вертикально, то днище испытывает высокие абразивные нагрузки, обусловленные массой засыпаемого бисера. В случае обработки керамических материалов этот эффект полезен, так как позволяет обеспечить большую энергонапряженность размола.

Ротор бисерной мельницы может иметь различные конфигурации. Для мельниц с малой энергонапряженностью применяют роторы с эксцентриковыми элементами, например, ротор с 5-10 эксцентриковыми дисками. Для получения с большей энергонапряженности применяют роторы со штифтами - 4-6 штифтов по окружности, 4-10 штифтов вдоль ротора. Ротор может иметь систему для циркуляции охлаждающей жидкости и вывод материала. Также в ротор могут быть встроены датчики и система для отделения продукта от бисера. Внешняя часть ротора является наиболее нагруженной, окружная скорость внешней части ~20 м/с. Центр вращения ротора испытывает незначительные нагрузки, там может быть расположен ситовый патрон для вывода продукта.

Камера бисерной мельницы представляет собой цилиндр длиной 3-5 диаметров. Внутренняя стенка камеры подвержена наибольшему износу и обычно имеет сменную футеровку. Камеры промышленных бисерных мельниц имеют рубашку охлаждения, которая используется для поддержания заданной температуры.

Торцевые стенки камеры имеют отверстия для входа и выхода продукта, систему уплотнения вала и др.

Рисунок 3 - Размольная камера бисерной мельницы

1- Вход измельчаемого продукта, 2- Двойная конусная вкладка, 3- Размолочный диск 4- Загрузочное отверстие измельчителя 5- Приводной вал, 6- Охлаждающая камера, 7- Сепарационная камера, 8- Ротор сепаратора, 9- Выход продукта, 10- Дренажный клапан.

Бисер представляет собой шарики диаметром 0,05-5 мм. Для изготовления бисера применяют стекло,,силикат циркония, оксид циркония, оксид алюминия, фарфор, сталь, нержавейку,и т. п.

Во время работы мельницы происходит небольшой износ всех основных конструкционных элементов. Бисер добавляют в мельницу по объему, прочие части заменяют по мере выработки рабочих поверхностей. Материал мельницы перемалывается и выходит из мельницы вместе с продуктом. Для измельчения в лакокрасочной индустрии - целесообразно применять стекло или керамику.

Правильный подбор режимов работы и материалов играет решающую роль в экономической эффективности процесса и обеспечивает требуемую чистоту продукта, если этого требует технология. Бисерные мельницы работают в водной среде или в среде органических растворителей. Суспензия частиц материала должна быть достаточно текучей и устойчивой к выпадению осадка, с тем, чтобы можно было обеспечить устойчивую работу.

Рассмотрим горизонтальную бисерную мельницу типа LME-60

Технические характеристики:

Габаритные размеры:

Высота, мм 2000

Ширина, мм 900

Длина, мм 1950

Вес (без измельчаемого материала и

мелющих частиц),кг 1500

Нагрузка на поверхность,кН 22,5

Охлаждающая жидкость:

Расход,л/мин макс.50

Давление жидкости, кПа(бар) макс.300(3)

Давление воздуха, Кпа(бар) мин.400(4)

Уровень шума, дБ 81

Рисунок 4 - Конструкция бисерной мельницы

1-Станина машины, 2-Корпус подшипника, 3-Размольная емкость, 4-Днище емкости, 5-Бачок для запорной, 6-Табло управления, 7-Вход продукта, 8-Подвод холодной воды, 9-Отвод холодной воды, 10-Подсоединение сжатого воздуха, 11-Выход продукта, 12-Клапан избыточного давления, 13-Спускной кран запорной жидкости, 14-Манометр, 15-Термометр,16-Выключатель давления,17-Вентили холодной воды, 18-Отверстие для засыпки шаров, 19-Система очистки молотого продукта, 20-Система очистки жерновов, 21-Емкость для сбора подтеков, 22-Ниппель для смазки

Бисерная мельница типа LME является взрывобезопасным оборудованием, может использоваться на химических, в том числе лакокрасочных и других производствах и объектах, связанных с обращением или хранением взрывопожароопасных и токсичных веществ и смесей.

Бисерные машины в настоящее время являются основным видом диспергаторов, применяемых в производстве пигментированных лакокрасочных материалов.

Горизонтальные бисерные мельница обладают рядом преимуществ по сравнению с вертикальными:

- более экологически чистые, потому что имеют герметичный контейнер;

- лучшее распределение диспергирующих тел по объему контейнера, в результате чего увеличивается удельная производительность с единицы объема размольной камеры;

- высокая эффективность диспергирования, поскольку увеличивается степень заполнения контейнера бисером.

Основные преимущества бисерных машин:

1) высокая производительность при относительно небольших габаритах;

2) простота конструкции и обслуживания;

3) непрерывность процесса диспергирования и возможность его автоматизации;

4) возможность достижения высокой степени диспергирования;

5) бесшумная работа;

6) хорошая герметичность;

7) более низкий расход электроэнергии по сравнению с шаровыми мельницами и трехвалковыми краскотерочными машинами.

К недостаткам бисерных машин относят:

1) малая эффективность диспергирования грубодисперсных и абразивных пигментов при использовании керамического и стеклянного бисера;

2) необходимость установки сравнительно громоздкого и энергоемкого оборудования (дисольверов) для проведения операции преддиспергирования;

3) быстрый износ мелющих тел, ротора и корпуса контейнера/1/.

Измельчаемый продукт подается в виде суспензии и перерабатывается за один проход.

Установленная мощность подачи загрузочного насоса определяет время нахождения продукта в размольной камере и,таким образом,степень дисперсности.

В машинах с регулируемым приводом число оборотов вала можно плавно регулировать. В машинах с постоянным приводом число оборотов можно изменять за счет использования различных шкивов ременной передачи.

За счет этого машина может работать в широком диапазоне числа оборотов и ее можно оптимально настроить на различные измельчаемые продукты.

Размольная камера имеет двойную рубашку.Размольная камера может охлаждаться или обогреваться.

Для достижения хороших результатов измельчения очень важно,чтобы мелющие тела по размеру и материалу подходили к продукту и желаемой конечной дисперсности.

Диссольвер - это оборудование для смешивания, эмульгирования, дисперсии различных по уровню вязкости жидкостей. Посредством быстрого вращения специального дисперсионного диска, на котором расположены зубцы, достигается высокая эффективность растирания, сталкивания частиц, тем самым определяя высокое качество смешивания, растворения, дисперсии и размельчения. В случае применения диссольверов перед бисерной мельницей достигается увеличение производительности последней, а также продлевается срок ее службы. Диссольвер снабжен быстроходной мешалкой фрезерного типа и частотным регулятором скорости вращения, позволяющим оптимально организовывать процессы диспергирования и перемешивания. Оборудование можно оснастить гидравлическим или пневматическим подъемником.

6. Математическая модель технологического процесса

Аналоги оборудования

В случае необходимости последовательного диспергирования нескольких пигментных паст целесообразно использовать поворотные диссольверы. В стандартном исполнении такой диссольвер способен поворачиваться на 180о, хотя существуют модели для работы с двумя, тремя, четырьмя емкостями, обеспечивающие поворот вала диссольвера на угол до 360о. Поворотные диссольверы могут применяться не только для получения суспензий пигментов различных цветовых характеристик, но также и для предварительного диспергирования паст на различных пленкообразователях, зачастую даже несовместимых друг с другом.

С целью предотвращения загрязнения содержимого деж диссольвера, вал и фреза перед опусканием в последующую дежу замываются вручную.

Рисунок 5 - Поворотный диссольвер.

Стоимость поворотного диссольвера, разумеется, превышает стоимость его стационарного аналога. Однако, при необходимости предварительного диспергирования различных пигментов в двух, трех или четырех стационарных емкостях, один поворотный диссольвер обойдется дешевле, нежели несколько стационарных. Кроме того, иногда следует принимать в расчет и экономию производственных площадей.

В настоящее время в лакокрасочных производствах также встречаются следующие типы бисерных мельниц: вертикальные, конусные и .

Вертикальные бисерные мельницы

В настоящее время на участках диспергирования пигментов ряда лакокрасочных предприятий, в полиграфии и др. отраслях промышленности достаточно часто встречаются вертикальные бисерные мельницы .

Рис. 6 Вертикальная бисерная мельница

1 - привод; 2 - упорный подшипник; 3 - муфта; 4 - вал с дисками;

5 - приемник пасты; 6 - насос; 7 - размольная камера; 8 - ограждения;

9 - вариатор; 10 - станина; 11 - электродвигатель; 12 - корпус мельницы.

Такая мельница состоит из цилиндрической размольной камеры (7) со сменным "стаканом", внутри которого вращается вал с дисками (4). Размольная камера установлена на колесах, закрепляется в корпусе (12) и вал ротора соединен с приводным валом эластичной передачей. Пигментная суспензия непрерывно подается насосом в нижнюю часть корпуса вертикального "стакана", заполненного на 50 - 60% объема бисером. Меняя производительность насоса, можно регулировать среднее время пребывания пигментной пасты в рабочей камере мельницы и, тем самым, степень пасты. В верхней части корпуса паста отделяется от бисера при помощи сепаратора сетчатого типа. Корпус снабжен рубашкой охлаждения, с помощью которой поддерживается температура пигментной пасты. Охлаждение бисерной мельницы производится водой, подаваемой в рубашку охлаждения прямотоком.

Основные достоинства вертикальных бисерных мельниц:

сравнительно простая конструкция;

простота обслуживания;

относительно малая занимаемая производственная площадь.

Основные недостатки:

низкая производительность при дезагрегации паст трудно диспергируемых пигментов;

невозможность использования «тяжелого» циркониевого бисера для повышения производительности мельницы;

сильная загазованность рабочей зоны, при использовании сепаратора сетчатого типа;

необходимость замывки сетки сепаратора от насыхающей пигментной пасты при работе в периодическом режиме;

невозможность использования более эффективного противоточного режима охлаждения.

Бисерные мельницы с зазором и циркулирующим бисером.

В последние годы, наряду с бисерными мельницами горизонтального типа, лакокрасочная промышленность начала активно использовать и бисерные мельницы с зазором и циркулирующим бисером, называемые также конусными бисерными мельницами .

В отличие от горизонтальной бисерной мельницы, рабочая камера конусного диспергатора сравнительно невелика. Она состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора, имеющего вид усеченного конуса - отсюда и название мельницы. В узком зазоре между статором и ротором находится измельчаемый продукт и мелющие тела. В качестве мелющих тел используется только циркониевый бисер диаметром 0,8 - 1,2 мм. Этот узкий зазор между статором и ротором, собственно, и есть рабочий объем камеры. Применение стеклянного бисера в мельницах этого типа нецелесообразно, т.к. генерируемые сдвиговые усилия приводят к очень быстрому его разрушению.

Измельчение пигментных частиц происходит за счет мощных сдвиговых усилий, образующихся в узком пространстве рабочей камеры при вращении ротора. Во избежание перегрева пигментной пасты мельница снабжена системой охлаждения. Для разделения продукта и мелющих тел она оснащена статическим щелевым сепаратором.

Преимущества конусных бисерных мельниц:

быстрота и легкость замывки рабочей камеры малым количеством растворителя и перехода с цвета на цвет;

возможность дезагрегации трудно диспергируемых пигментов, как правило, органических;

получение пигментных паст с узким распределением частиц по размеру.

Основная область применения бисерных мельниц с зазором и циркулирующим бисером - диспергирование вязких пигментных паст конвейерных и авторемонтных ЛКМ. Особенно эффективны эти бисерные мельницы при дезагрегации трудно диспергируемых цветных органических пигментов, таких как синквазия, иргазин, хостаперм и др.

Выводы:

Исходя из описания работы бисерной мельницы, для проектирования системы управления нужно решить главную задачу - автоматизацию управления технологическим процессом приготовления пигментной суспензии, обеспечивая стабилизацию основных технологических параметров на регламентных значениях, контроль за состоянием параметров процесса и технологического оборудования, дистанционного управления исполнительными механизмами регулирующей арматуры и электропривода бисерной мельницы.

Размещено на www.allbest.ru