Tags: средства для покрытий и их технология   лакокрасочные материалы   организация производственного процесса   производственное планирование   управление качеством  

Similar

Химия и технология пигментов

Технология лаков и красок

Химия и технология пигментов

Производство двуокиси титана пигментной сульфатным способом

Text 
                    Й. А. ГОРЛОВСКИЙ, Н. А. КОЗУЛИН

ОБОРУДОВАНИЕ
ЗАВОДОВ
ЛАКОКРАСОЧНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Издание третье,
переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Химическая технология лаков, красак и лакокрасочных покрытий»

ЛЕНИНГРАД * «ХИМИЯ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1980

6П7.7

Г 69

УДК 667.6:658.511.5(075.8)

Горловский И. А., Козулин Н. А.

Г69 Оборудование заводов лакокрасочной промыш-
ленности: Учебное пособие для вузов. — Изд. 3-е,
перераб. и доп. — Л.: Химия, 1980. — 376 с., ил.

Учебное пособие для студентов химико-технологических вузов.

Описано основное технологическое оборудование, применяемое на
заводах лакокрасочной промышленности при производстве пигментов,
пленкообразующих веществ и красок. Обосновывается выбор машин
и аппаратов, а также режимов их работы, позволяющих обеспечить
комплексную механизацию и автоматизацию процессов. Третье изда-
ние (2-е изд. вышло в 1968 г.) дополнено описанием нового отечествен-
ного и зарубежного оборудования.

Может служить руководством для инженерно-технических работни-
ков предприятий и проектных организаций лакокрасочной .промышлен-
ности.

376 с., 234 рис., 8 табл., библиография 240 названий.

6П7.7

Рецензент:

Кафедра химической технологии лаков и красок Яро-
славского политехнического института

Г

31402—059

050(01)—80

59.80.2803030000

© Издательство «Химия», 19?

ПРЕДИСЛОВИЕ

На отечественных лакокрасочных заводах производятся краски,
пленкообразующие вещества и неорганические пигменты; при
этом применяются не только специфическое лакокрасочное обору-
дование, но и другие типы аппаратов и машин.

Третье издание учебного пособия «Оборудование заводов лако-
красочной промышленности» включает следующие разделы: «Обо-
рудование производств пигментов», «Оборудование производств
пленкообразующих веществ» и «Оборудование производств кра-
сок». По сравнению со вторым изданием, вышедшим в 1968 г., об-
щий план книги оставлен без изменений. Написаны новые главы,
посвященные аппаратурному оформлению технологических про-
цессов получения пигментов и красок, реакторам, оборудованию
производств порошковых красок и др. Большое внимание уделено
рассмотрению реакторов непрерывного действия применительно к
получению лакокрасочной продукции. Внесены также дополнения,
отражающие современный уровень и перспективы в области аппа-
ратурного оформления лакокрасочных производств. Наряду с дан-
ными по оборудованию, используемому на отечественных и зару-
бежных лакокрасочных заводах, описано новое оборудование дру-
гих отраслей промышленности, представляющее интерес для про-
изводства пленкообразующих веществ, лигментов и красок.

При описании отдельных видов оборудования особое внимание
уделено рассмотрению их достоинств и недостатков применительно
к специфике лакокрасочных производств, что должно облегчить
выбор оптимального типа аппарата. Указаны основные пути по-
вышения производительности работы аппаратов.

Включение новых глав и сокращение объема потребовало ко-
ренной переработки предыдущего издания.

Главы I—VII, IX, X, XII, XIII, XX, XXI написаны II. А. Гор-
ловским, главы VIII, XI, XIV—XIX, написанные в первом издании
1*	3

книги Н. А. Козулиным, во втором и третьем изданиях перерабо-
таны и дополнены И. А. Горловским.

Автор выражает благодарность сотрудникам НИПРОИНС
ЛНПО «Пигмент», особенно А. Я. Павленко, 3. А. Бурак, Н. С. Ле-
витану, и ГИПИ ЛКП, в частности Л. И. Смирновой, С. Ф. Шолку,
Р. Б. Манделю, В. П. Глуховой, за полезное обсуждение ряда
вопросов, рассматриваемых в книге, А. Д. Яковлеву за предостав-
ление материалов по оборудованию производств порошковых
красок, сотрудникам Ярославского политехнического института
Л. Н. Лейбзону, Е. А. Индейкину и Г. А. Смирнову за ценные со-
веты и замечания, сделанные ими при рецензировании книги.

Часть первая
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ ПИГМЕНТОВ

Глава I

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТОВ

Производство пигментов относится к процессам тонкой хими-
ческой технологии неорганических веществ. Полученный продукт
должен иметь не только необходимый химический состав, но
и определенные степень чистоты, размеры, форму и кристалличе-
скую структуру частиц. Именно от них зависят важнейшие фи-
зико-технические свойства пигмента (цвет, кроющая, красящая
и разбеливающая способности и др.).

Пигменты синтезируют различными методами: смешением рас-
творов солей с получением осадка пигмента (осадочные пиг-
менты); прокаливанием осадка пигмента или осадка промежуточ-
ного продукта (осадочно-прокалочные пигменты); термической
обработкой при высоких температурах исходной реакционной
смеси — шихты (прокалочные пигменты); возгонкой и распыле-
нием металлов с окислением их паров или капель; измельчением
минерального сырья.

В многотоннажных пигментных производствах многие десятки
лет применяется оборудование непрерывного действия. В ряде
цехов сохранилось еще оборудование периодического действия.

В последнее десятилетие и в среднетоннажных и даже в мало-
тоннажных производствах широко применяется оборудование не-
прерывного действия и непрерывные методы синтеза пигментов.
Это позволяет не только обеспечить комплексную механизацию
и автоматизацию процесса и повысить производительность труда,
но и улучшить качество пигментов.

Получение пигментов и исходных веществ для их синтеза тре-
эует применения сложных технологических схем и разнообразного
эборудования [1].

На рис. 1-1 приведена технологическая схема получения оса-
хочного пигмента — свинцового крона. В основу ее положен но-
зый непрерывный метод синтеза свинцовых кронов из металличе-
ского свинца с получением при его растворении в азотной кислоте
)сновной соли нитрат-нитрита свинца [2]. Свинец плавят, грану-
шруют и растворяют в разбавленной азотной кислоте. Сульфо-
ароматы свинца — крона — получают смешением полученной

основной соли нитрат-нитрита свинца с хромовой смесью. Осажде-
ние крона проводится в небольшом одноступенчатом реакторе
полного смешения, рост частиц осажденного крона (вызревание) —
в многоступенчатом реакторе полного смешения. Синтезированный
крон промывают от маточного раствора, высушивают и дезагреги-
руют. Все стадии этого процесса осуществляются с применением
оборудования непрерывного действия.	*•

Технологическая схема получения одного из крупнотоннажных
осадочно-прокалочных белых пигментов — двуокиси титана — при-
ведена на рис. 1-2. Получение двуокиси титана из\ ильменитового
концентрата через сульфаты титана является одним из наиболее
сложных процессов производства пигментов. На рис. 1-2 показано

Рис. 1-1. Технологическая схема получения свинцовых желтых кронов непрерывным методом:
/ — приемник для хромовой смеси; 2— приемник для раствора соли свинца; 3—одноступенча-
тый непрерывнодействующий реактор смешения; 4 — четырехступенчатый непрерывнодействую-
щий реактор смешения; 5—репульпатор; 6—барабанный вакуум-фильтр; 7 — топочная камера;
8—вентилятор; 9 — сушилка с фонтанирующим слоем инертного носителя; 10—циклон; 11—ру-
кавный фильтр; 12— бункер; 13 — упаковочная машина.

только главное оборудование, хотя в схеме используется также
многочисленное вспомогательное оборудование [1].

Высушенный и тонко измельченный ильменитовый концентрат
разлагают серной кислотой. В полученном растворе сульфатов
титана, железа и других металлов восстанавливают Fe3+ до Fe2+
и небольшую часть Ti4+ до Ti3+. Раствор освобождают от шлама
и охлаждают для выделения большей части сульфата железа
в виде железного купороса, а затем концентрируют выпаркой под
вакуумом и гидролизуют с добавлением зародышей. Продукт гид-
ролиза (многоосновную соль титана, условно называемую мета-
титановой кислотой) отделяют от маточного раствора (гидролизной
кислоты), тщательно промывают и после введения специальных
добавок сушат и прокаливают, а продукт прокаливания дезагре-
гируют. На этом завершается получение двуокиси титана анатаз-
ной структуры.

При получении двуокиси титана рутильной структуры прово-
дят дополнительно сверхтонкую мокрую дезагрегацию и поверх-
ностную модификацию пигмента, который затем высушивают
и дезагрегируют.

Вследствие специфических особенностей процесса получения
двуокиси титана гидролиз растворов сульфата титана осуще-
ствляется по периодическому методу. Все остальные многочислен-’

йые стадии (за исключением поверхностной модификации) про-
водятся с применением оборудования непрерывного действия.

Рис. 1-2. Технологическая схема получения двуокиси титана:

1 — камерный питатель; 2— бункер; 3— барабанная сушилка: 4 — шаровая мельница; 5—сепа-
ратор; 6—смеситель; 7 — дозатор сыпучих материалов; 8—дозатор текучих материалов;
9 — приемный бак; 10—реакторная труба; 11— аппарат для непрерывного разложения ильме-
нита; 12—аппарат с мешалкой; 13 — барабанный вакуум-фильтр с намывным слоем; 14 — баро-
метрическая труба; 15 — гидравлический затвор; 16—вакуум-кристаллизационная установка;
17—инжектор; 18 — конденсатор смешения; 19 — отстойник непрерывного действия; 20—цен-
трифуга непрерывного действия с пульсирующим поршнем; 21 — листовой фильтр; 22 — вакуум-
выпарной аппарат с всползающей пленкой; 23 — подогреватель; 24—аппарат для гидролиза;
25—вакуум-охладитель; 26— барабанный вакуум-фильтр со съемом осадка шнурами или
валиком; 27 — трубчатая печь; 28 — холодильник; 29 — ролико-кольцевая маятниковая мель-
ница; 30, 39 — циклоны; 31 — вентилятор; 32 — рукавный фильТр; 33—горизонтальная шнеко-
вая центрифуга непрерывного действия; 34—шаровая мельница; 35—ленточная сушилка с фор-
мующим устройством; 36 — ударно-центробежная мельница; 37 — струйная микромельница;
38 — скруббер-конденсатор; 40—смеситель для постановки «на тип» с воздушным перемеши-
ванием; 41 — упаковочная машина.

Имеются пигментные производства со сравнительно сложными
методами получения исходных веществ для синтеза пигмента.
К таким производствам относится получение многотоннажного
белого осадочно-прокалочного пигмента — литопона, синтезируе-
мого из сульфида бария и сульфата цинка. Технологическая схема

производства литопона, включающая получение раствора суль-
фида бария из барита и раствора сульфата цинка из сырья, со-
держащего окись цинка, приведена на рис. 1-3 [3].

Сульфид бария получают прокаливанием смеси предварительно
тонко раздробленных барита и кокса. «Плав» сернистого бария
выщелачивают водой. Отводимый раствор сульфида бария будет

Рис 1-3. Технологическая схема получения сульфида бария, сульфата цинка и литопона (3]:
1— хранилище молотого барита; 2— хранилище угольной мелочи; 3— мельница; 4 — бункер для
шихты; 5—трубчатая печь для восстановления барита; 6 — баки для выщелачивания сульфида
бария; 7 — насос для перекачивания шлама; 8— хранилище цинксодержащего сырья; 9— хра-
нилище серной кислоты; 10—репульпатор; 11, 14 — насосы; 12, 15, 18 — барабанные вакуум-
фильтры; 13 — аппарат для очистки от солей железа; 16—смеситель; 17—аппарате мешалкой;
19— бак для хранения чистого сульфата цинка; 20 — бак для хранения чистого сульфида бария;
21—эжекционный смеситель непрерывного действия для синтеза литопона полуфабриката;
22 — приемник; 23, 31 — мультигидроциклоны; 24—распылительная сушилка для литопона-
полуфабриката ; 25 — вращающаяся муфельная электропечь; 26— аппарат для гашения литопона;
27—классификатор; 28 — мельница для мокрого помола; 29 — промывные баки; 30 — приемник;

32—	распылительная сушилка для литопона.

чистым, поскольку при выщелачивании вредные примеси перехо-
дят в осадок.

Сульфат цинка получают, растворяя в разбавленной серной
кислоте сырье, содержащее окись цинка. После этого раствор
сульфатов металлов подвергают многоступенчатой очистке с про-
межуточным фильтрованием.

Смешивая растворы сульфида бария и сульфата цинка осаж-
дают литопон-полуфабрикат, высушивают его, прокаливают, ста-
билизируют кристаллическую структуру литопона гашением
в воде, высушивают и дезагрегируют пигмент.

Все стадии получения сульфида бария и литопона проводятся
с использованием оборудования непрерывного действия. Эта но-

вая схема отличается от обычно применяемых [1] следующим:
1) осаждение литопона осуществляется непрерывным методом в
эжекторном смесителе; 2) сгущение литопонной суспензии про-
водится с помощью батарейных мультигидроциклонов, а не доро-
гостоящих барабанных вакуум-фильтров; 3) для фильтрования
суспензий, получаемых при очистке раствора сульфата цинка, при-
менены барабанные вакуум-фильтры непрерывного действия вме-
сто фильтр-прессов периодического действия, что стало возмож-
ным за счет снижения температуры и концентрации раствора;
4) вместо сложной по конструкции вращающейся муфельной печи,
обогреваемой продуктами сгорания газа, использована значи-
тельно более простая муфельная электропечь.

Из приведенных выше технологических схем современного
аппаратурного оформления получения пигментов различными ме-
тодами видно, насколько сложны процессы производства пигмен-
тов и как разнообразно оборудование, используемое для их про-
ведения.

В производствах пигментов и наполнителей наряду с химиче-
скими наиболее распространены следующие физические процессы:
1) гидродинамические — сгущение, классификация, фильтрование,
центрифугирование и т. д.; 2) диффузионные — промывка, сушка;
3) термические — прокаливание, возгонка металлов; 4) механиче-
ские— измельчение и др.

Таким образом, основными аппаратами производства пигмен-
тов являются реакторы, фильтры, центрифуги, отстойники, класси-
фикаторы, гидроциклоны, сушилки, печи, дробилки и мельницы.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л., Химия.
1974, 656 с.

2.	Штерн М. А., Горелик Г. Н. — А. с. 149413 (СССР).

3.	Chem. Proc. Eng., 1961, v. 42, № 6, p. 247.

РЕАКТОРЫ

Под реакторами понимаются аппараты, в которых протекают
химические процессы. Обычно реакторы составляют небольшую
долю оборудования производства пигмента. Вместе с тем тип
и конструкция реактора могут оказывать значительное влияние
на свойства и выход получаемого пигмента,

Рис. П-1. Электронные микрофотографии (X 11 000) свинцового крона во время вызрева-
ния [1]:

а—через 25 с; б—через 10 мин; в—через 33 мин; г—через 135 мин.

В производствах осадочных и осадочно-прокалочных пигмен-
тов для проведения химических процессов чаще всего применяют
емкостные аппараты с мешалками. В качестве реакторов при син-
тезе прокалочных и осадочно-прокалочных пигментов используют
также печи.

Пигменты полидисперсны. При синтезе наиболее распростра-
ненных осадочных и осадочно-прокалочных пигментов из исход-

ных растворов солей основной задачей является получение частиц
необходимых размеров при минимальной степени полидисперсно-
сти пигмента. Пигмент осаждается почти мгновенно при соприкос-
новении смешиваемых растворов. В процессе выдержки (вызре-
вания) частиц осажденного пигмента наблюдается уменьшение
размеров наиболее тонкодисперсных частиц, вплоть до полного
их растворения, и рост более крупных частиц (рис. П-1) [1]. По
достижении необходимых размеров частиц пигмента их «закреп-
ляют» (стабилизируют), обычно путем повышения значений pH
среды. Следовательно, синтез осадочных и осадочно-прокалочных
пигментов включает три стадии: 1) осаждение частиц пигмента;
2) рост частиц осажденного пигмента; 3) стабилизация размеров
частиц.

Таким образом, при синтезе пигментов весьма важным яв-
ляется процесс кристаллизации — рост частиц и стабилизация их
размеров.

С повышением степени полидисперсности частиц пигмента
обычно снижается его качество. Степень полидисперсности частиц
осадочных и осадочно-прокалочных пигментов при прочих равных
условиях увеличивается с неравномерностью времени роста отдель-
ных частиц в период осаждения пигмента (сливания растворов)
и после его завершения. От типа реактора зависит равномерность
времени пребывания в нем отдельных частиц.

В настоящей главе рассматриваются особенности основных
типов реакторов непрерывного действия — полного смешения
и полного вытеснения, а также реакторов периодического дей-
ствия для химических и кристаллизационных процессов, конструк-
ции реакторов, применяемых в пигментных производствах или
представляющих для них интерес, и масштабирование реакторов.

НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ РЕАКТОРЫ ПОЛНОГО СМЕШЕНИЯ

Под непрерывнодействующим реактором полного (идеального)
смешения обычно понимается емкостной аппарат с мешалкой
(рис. П-2), в нижнюю часть которого непрерывно вводят исходные
реагенты, а из сливного патрубка непрерывно отводят реакцион-
ную смесь. Загружаемые в реактор частицы (молекулы, ионы,
кристаллы) быстро перемешиваются с частицами, находящимися
в реакторе, и время пребывания отдельных частиц в реакторе
колеблется в широких пределах.

Вероятность времени пребывания отдельных частиц в одиноч-
ном реакторе полного смешения, т. е. таком, в котором загружае-
мые частицы мгновенно и равномерно перемешиваются с части-
цами, заполняющими реактор, рассчитывается по уравнению:

Qt

Р = -£-=е V	(П-1)

No

г%е Р — доля числа частиц М, остающаяся в реакторе по истечем
нии времени т, от числа частиц No, загруженных в реактор;

объемная скорость потока (питания) с постоянной концентрацией
частиц, загружаемого в реактор, м3/с; V — объем зоны реакции
в одиночном реакторе, м3; т— истинное время от начала загруз-
ки, с; е — основание натуральных логарифмов.

Уравнение (П-1) получено на основе математической модели
для изотермического процесса [2, 3].

Номинальное	(среднее)	время пребывания частиц	в	одиночном

реакторе 9:	/

6 = V/Q	/	(П-2)

Относительное время пребывания частиц то’.	?

то = т/0 = tQ/7

(П-3)

Подставив в уравнение (П-1) значение Q из уравнения (П-2)
и значение т из уравнения (П-3), получим:

р = е"'с/6 = е"Тз	(П-4)

Доля загруженных частиц, вынесенных из реактора за
время то:

1 - р = 1 _ е“ То	(П-5)

При прохождении потока (tQ), по объему равного объему
зоны реакции в одиночном реакторе (V), из уравнения (П-3)

Рис. П-3. Зависимость Р от tq для непре-
рывнодействующих реакторов полного
смешения при различном числе ступе-
ней п 14].

Рис. П-2. Непрерывнодействующий реак-
тор полного смешения:

/ — корпус; 2— мешалка; 3 —загрузочная
труба; 4 — сливной патрубок.

имеем то = 1 - Тогда по уравнению (П-4) при то = 1 получим Р —
= е-1 « 0,37. Это означает, что к моменту времени т = 0 около
37% введенных частиц задерживается в реакторе, а остальные
~63% уже будут из него вынесены.

На рис. П-3 приведена зависимость Р от то для одиночного
(одноступенчатого) реактора полного смешения и каскада этих
реакторов [4]. В одиночном реакторе (м = 1) уже при т0 = 0,5
из аппарата будет вынесено ~40%, а при т0 = 1,5 в нем еще
задержится ~20% частиц. Следовательно, в одиночном реакторе
полного смешения имеет место очень большая неравномерность
времени пребывания отдельных частиц.

В каскаде непрерывнодействующих одиночных реакторов пол-
ного смешения (рис. П-4, а) и многоступенчатых реакторах
(рис. П-4, б и в) значительно снижается неравномерность времени
пребывания частиц по сравнению с одноступенчатым реактором.

Зависимость времени пребывания отдельных частиц от числа
ступеней в каскаде одиночных изотермических реакторов при оди-
наковом их объеме и постоянном общем объеме каскада (или, что
равнозначно, постоянном общем времени пребывания потока
в каскаде) описывается уравнением [4]:

[т2 т$	1	3

1 4. т 4-	0 4-	0 4-	4-	0

+ То+ 21 + з! + ... +	1)! J

(П-6)

где п— число ступеней в каскаде; т0 = -“^ — относится к каскаду
реакторов, а 0 — к одиночному реактору; т — истинное время от
начала поступления потока в каскад. Например, для шести сту-
пеней:

1-2-3-4

т5	3

т0	|

1-2-3-4-5 J

Для одиночного реактора в каскаде
то = то/п

(П-7)

Из рис. П-3 следует, что с возрастанием числа ступеней за-

метно увеличивается равномерность времени пребывания отдель-

ных частиц в каскаде. Вместе
с тем даже при большом
числе ступеней (п = 20) при
введении в каскад потока,
по объему равного объему
всех реакторов каскада, т. е.
при т0 = 1, из него уже будет
вынесена большая доля ча-

стиц и заметная доля задер-
жится в нем на длительное
время.

Существенный недостаток
реакторов полного смеше-

Рис. П-4. Непрерывнодействующие многосту-
пенчатые реакторы полного смешения:

а — каскад одиночных реакторов, б — много-
ступенчатый вертикальный (колонный) реактор;
в — многоступенчатый горизонтальный реактор.

ния — неравномерность времени пребывания отдельных частиц.
Этот недостаток сравнительно легко преодолевается при использо-
вании таких реакторов для проведения химических реакций за
счет увеличения реакционного объема (см. гл. XII). При примене-
нии каскада реакторов полного смешения для роста частиц оса-
жденного пигмента, т. е. процесса кристаллизации, указанный
недостаток, влияющий на качество пигмента, неустраним. Он мо-
жет быть снижен за счет увеличения числа ступеней в каскаде.
Число ступеней в каскаде необходимо определять, исходя из до-
пустимого отклонения продолжительности времени пребывания
основной массы частиц от оптимального времени [5].

На рис. П-5 дана зависимость Р от числа ступеней п при т,
соответствующем 0,8 т0 [5].

Приведенные выше расчетные уравнения и графики основаны
на математических моделях идеальных реакторов. В реальных
реакторах, особенно больших размеров, мгновенное и равномер-
ное перемешивание смеси практически недостижимо. На рис. П-6
приведена зависимость доли частиц, вынесенных из реактора
(1 —Р), от т/т0 [6]. Видно, что в опытном аппарате вынос частиц
в пределах т/т0 от 0 до 0,6 меньше, чем^вгидеальном реакторе,

Рис. И-6. Зависимость доли частиц, вы-
несенных из реактора (1—Р), от т/т0 [6]:

1— идеальный реактор; 2—опытный реактор.

Рис. П-5. Зависимость Р от числа ступе-
ней п при т, соответствующем 0,8т0 [5].

а при т/то > 0,6 — больше. Поэтому применяют мешалки, обеспе-
чивающие наиболее равномерное и интенсивное перемешивание
содержимого реактора.

Особенности каскада (и многоступенчатых) реакторов полного
смешения: 1) при необходимости ступенчатой или порционной за-
грузки реагирующих веществ для каждого вещества или порции
необходима отдельная ступень; 2) температура реакционной смеси
может изменяться только ступенчато; 3) при установившемся ре-
жиме работы каскада состав смеси (размеры и полидисперсность
частиц при кристаллизации) постоянен на каждой ступени, и, сле-
довательно, он изменяется не плавно, а ступенчато.

При синтезе пигментов непрерывным методом на первой стадии
синтеза — осаждении пигмента сливанием растворов — необхо-
димо интенсивное перемешивание реакционной смеси. Для прове-
дения этой стадии можно эффективно использовать непрерывно-
действующий одиночный реактор полного смешения (емкостной
со скоростной мешалкой или эжекционный), но с малым временем
пребывания в нем реакционной смеси (0,1 — 1 мин) для того,
чтобы неравномерность времени пребывания отдельных частиц
реакционной смеси не могла заметно повлиять на их общее время
роста.

Вторая стадия синтеза — выдержка суспензии осажденного
пигмента для роста частиц — в зависимости от вида пигмента
длится 10—60 мин. При отсутствии жестких требований к равно-
мерности времени пребывания отдельных частиц для проведения
этой стадии может быть применен непрерывнодействующий мно-
гоступенчатый реактор полного смешения (конечно, в том случае,

если более простой по конструкции реактор полного вытеснения
в данном случае менее эффективен).

Для третьей стадии синтеза — стабилизации размера частиц —
также эффективен реактор полного смешения.

НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ РЕАКТОРЫ ПОЛНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ

В непрерывнодействующих реакторах полного (идеального)
вытеснения при движении потока реакционной смеси (суспензии
при кристаллизации) отсутствует перемешивание в направлении,
обратном движению потока. В качестве реакторов полного вытес-
нения наиболее часто используются трубчатые, пленочные и ко-

лонные аппараты, червячные и лопастные
смесители.

Для идеального трубчатого реактора
принимается, что скорость потока одина-
кова по его сечению (рис. П-7, а), и такой
режим течения называют поршневым.

При движении потока в реальном труб-
чатом реакторе трение о стенки и внутрен-
нее трение вызывают градиент скоростей
по сечению трубы, зависящий от режима
течения. Различают два режима течения
потока: турбулентный (рис. П-7, б) и ла-
минарный (рис. П-7, в).

Рис. П-7. Распределение ско-
ростей при различных режи-
мах движения потоков:

а — поршневой; б—турбулент-
ный; в — ламинарный.

Трубчатые реакторы могут быть использованы для проведения
второй стадии синтеза пигмента — роста частиц осажденного пиг-
мента. Во избежание осаждения частиц пигмента в трубчатом
реакторе с горизонтально расположенными трубами применяется
развитый турбулентный режим (Re 10 000). Поэтому распреде-
ление времени пребывания отдельных частиц в этом реакторе при
турбулентном режиме рассматривается ниже, а при ламинар-
ном— в гл. XII.

Максимальная скорость потока достигается на осевой линии
трубы (a/ос). Этой скорости соответствует минимальное время
пребывания частиц в реакторе тос:

ТОс — -7/йУ0С

(П-8)

где L — длина трубчатого реактора.

Относительное время пребывания частиц в трубчатом реакторе
т0 определяется по формуле:

т0 = т/тос	(П-9)

При турбулентном режиме движения потока и значениях кри-
терия Рейнольдса от 2300 до 106 для гладких и шероховатых труб
относительное время пребывания частиц составляет сравнительно
небольшую величину 1,2—1,4 [2]. Турбулентная диффузия создает
поперечное (радиальное) перемешивание потока, приближая его

к поршневому. Установлено, что при развитом турбулентном ре-
жиме (Re 10 000) и LjD>b§ (где L — длина реактора, D —
его диаметр) в трубчатом реакторе с горизонтально расположен-
ными трубами время пребывания одинаково для всех частиц [4].

Помимо равномерности времени пребывания частиц эти реак-
торы имеют следующие особенности: 1) состав реакционной смеси
(размер и степень полидисперсности частиц*при кристаллизации)
плавно изменяется по длине реактора и в каждом его поперечном
сечении постоянен; 2) температура смеси может плавно изме-
няться вдоль реактора.

Трубчатые реакторы эффективны для проведения второй ста-
дии синтеза (роста частиц осажденного пигмента), особенно
когда требуется одинаковое время пребывания частиц, и при их
блокировании с трубчатыми смесителями (см. стр. 20) могут быть
применены для всех стадий синтеза. Они просты по конструкции,
и только в тех случаях, когда большая их длина вызывает
экономически неприемлемый расход металла на изготовление труб
или может возникнуть осаждение частиц в трубе, использование
таких реакторов для проведения второй стадии синтеза пигмента
нецелесообразно.

Кроме того, трубчатые реакторы часто применяются при про-
ведении процессов под давлением (например, при гидролизе рас-
творов сульфата титана под повышенным давлением и при разло-
жении ильменитового концентрата с использованием отходной
гидролизной кислоты под давлением 2—3 МПа).

РЕАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

При синтезе осадочных и осадочно-прокалочных пигментов
в качестве реакторов применяют емкостные аппараты с переме-
шивающими устройствами и к предварительно загруженному в ре-
актор раствору одних исходных .веществ приливают раствор
Других.

На первой стадии синтеза — осаждении пигмента — при сопри-
косновении растворов исходных реагентов пигмент осаждается
сразу, поэтому время пребывания частиц в реакторе различно —
от максимального для частиц, образовавшихся в начале осажде-
ния, до минимального — к концу осаждения. На второй стадии
синтеза — роста частиц осажденного пигмента — после сливания
растворов время пребывания в реакторе одинаково для всех
частиц.

В промышленных реакторах периодического действия время
сливания растворов (тсл) колеблется в пределах 10—30 мин, время
выдержки после сливания растворов (тВыД)—10—60 мин. На
рис. П-8 показана зависимость относительного времени роста ча-
стиц Тотн от Тел при Твыд = 1- Из рис. П-8 видно, насколько нерав-
номерным может быть время роста отдельных частиц в реакторе
периодического действия с увеличением тсл и снижением тВыД.
Поэтому при проведении кристаллизационных процессов реактор

Доля частиц, %

Рис. П-8. Зависимость относи-
тельного времени роста частиц
в реакторе периодического дей-
ствия от времени слива исход-
ных растворов.

периодического действия не обеспечивает одинакового времени
пребывания всех частиц.

Особенности реакторов периодического действия: 1) возмож-
ность проведения в них всех стадий синтеза пигмента; 2) измене-
ние во времени состава реакционной смеси (размеров и полидис-
персности частиц при кристаллизации); 3) легкость перехода на
другие режимы синтеза (марки) пигмента.

Недостатки реакторов периодического действия: 1) трудность,
а иногда и невозможность точного поддержания pH смеси при
сливании растворов; 2) невозможность
быстрого сливания растворов; 3) труд-
ность точного воспроизведения всех па-
раметров синтеза и, как следствие, не-
стабильность свойств получаемого пиг-
мента; 4) трудность высокоинтенсивного
перемешивания вследствие большого
объема; 5) ограниченная производитель-
ность.

Перечисленные недостатки реакторов
^периодического действия обусловили пе-
реход на непрерывные методы синтеза
пигментов в реакторах непрерывного
^действия не только в многотоннажных,
^но и в среднетоннажных пигментных
^производствах. Реакторы периодического
^действия применяются в малотоннажных
^производствах пигментов и в тех слу-

чаях, когда выпускается большое число марок пигмента, отличаю-
щихся рецептурой и параметрами синтеза. Исключением в много-
тоннажных пигментных производствах является гидролиз раство-
ров сульфата титана и поверхностная модификация пигментов, ко-
торые ввиду сложного режима их проведения в настоящее время
осуществляют в реакторах периодического действия.

КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРОВ

Ниже приводится описание конструкций применяемых и перс-
пективных реакторов для синтеза осадочных и осадочно-прокалоч-
ных пигментов. Описание реакторов-печей, в которых химические
процессы проводятся при высоких температурах, дано в гл. VIII.

Особенности непрерывнодействующих реакторов полного сме-
шения рассмотрены выше. Было отмечено, что при синтезе пиг-
ментов непрерывным методом для стадии осаждения пигмента
и стадии стабилизации размера частиц применяются одиночные
(одноступенчатые) реакторы полного смешения, а для стадии
роста частиц — многоступенчатые.

В одноступенчатых реакторах, обычно имеющих небольшой
эбъем, для высокоинтенсивного перемешивания реакционной
?меси используют .^ф^елтр^Шя^^^р^шные и другого типа

J -

j ПТУ	;

мешалки с частотой вращения 750—1500 об/мин, иногда соединяя
вал электродвигателя непосредственно с валом мешалки [6, 7].

Конструкция реактора с пропеллерной мешалкой и диффузо-
ром, применяемого для осаждения свинцового крона (см. рис. 1-1)
приведена на рис. 11-9, а. Высокая интенсивность перемешивания
создается в реакторах полного смешения с турбинной мешалкой
(рис. 11-9,6) и отражательными перегородками.

К реакторам полного смешения относят не только емкостные
аппараты с мешалкой, но и эжекционные'Смесители (рис. П-9, в).
Реактор такого типа применяется при непрерывном методе осаж-
дения литопона (см. рис. 1-3).

В качестве непрерывнодействующих многоступенчатых реакто-
ров полного смешения могут быть использованы каскад емкостных

Рис. П-9. Непрерывнодей-
ствующие одноступенчатые
(одиночные) реакторы сме-
шения:

а — емкостной с пропеллер-
ной мешалкой и диффузором;
б—емкостной с турбинной
мешалкой; в — эжекционный
смеситель.

аппаратов с мешалками (см. рис. П-4, а), вертикальные (см.
рис. 11-4,6) или горизонтальные (см. рис. П-4, в) аппараты с боль-
шим числом ступеней. Вертикальные многоступенчатые (колон-
ные) реакторы менее громоздки и требуют более низких капи-
тальных и эксплуатационных затрат, чем каскад реакторов
и горизонтальные многоступенчатые реакторы.

Колонные аппараты различной конструкции с большим числом
ступеней (секций) наиболее широко применяются для проведения
процесса экстракции [8]. Во избежание осаждения частиц пиг-
мента в качестве многоступенчатого реактора непрерывного дей-
ствия применяются многосекционные колонные аппараты с меха-
ническими мешалками. Для синтеза пигментов исследуется воз-
можность применения пульсационных колонн.

Колонные аппараты с механическими мешалками (рис. П-10, а)
делятся на ряд секций с помощью кольцевых перегородок. На
вале мешалки закреплены диски для снижения проскока частиц
вдоль оси колонны. Наиболее полное снижение проскока частиц
достигается при сплошных перегородках (рис. П-10,6). Высота
секции колеблется в пределах 0,25—0,5Z) (где D — диаметр ко-
лонны). В этих аппаратах наиболее часто применяют лопастные
(см. рис. П-10,6) и турбинные (см. рис. П-10, в) мешалки. Нали-
чие отражательных перегородок значительно улучшает равномер-
ность распределения частиц в суспензии [6, 7],

Достоинство колонных многосекционных аппаратов с механи-
ческими мешалками — возможность интенсивного перемешивания
суспензии, включая суспензии с быстро осаждающимися части-
цами. Основные недостатки: 1) подшипники, поддерживающие
вал, погружены в суспензию; 2) сравнительно сложная кон-
струкция.

Пульсационные колонны [9, 10] лишены этих недостатков.
Колонна (рис. П-11) разделена на секции перегородками с от-
верстиями. С помощью пульсационных устройств суспензия

Рис. 11-10. Непрерывнодействующие много-
ступенчатые (колонные) реакторы с меха-
ническими мешалками:

а —вертикальный многоступенчатый реактор;
б — секция со сплошной перегородкой и ло-
пастной мешалкой; в — секция с турбинной
мешалкой и отражательной перегородкой;
/—корпус; 2 — вал мешалки; 3 — кольцевая
перегородка;	4 — диск;	5 — мешалка;

6— сплошная перегородка; 7—лопастная
мешалка; 8—турбинная мешалка; 9— отра-
жательная перегородка.

Рис. П-11.

Пульсационная колонна:

1—пульсатор;

2—корпус;

3—тарелки
(насадка
КРИМЗ).

совершает в колонне возвратно-поступательные движения. Рас-
стояние между тарелками невелико (0,1—0,2/)), что позволяет
иметь большое число секций в колонне.

Преимущества пульсационных колонн по сравнению с колон-
нами с механическими мешалками — простота конструкции и от-
сутствие движущихся частей. Такие колонны исключают сопри-
косновение обслуживающего персонала с обрабатываемыми веще-
ствами, вызываемое ремонтом и заменой движущихся частей,
неизбежное при использовании колонн с механическими ме-
шалками, что весьма важно при токсичных продуктах.

Разработана конструкция пульсационной сорбционной ко-
лонны, в которой обрабатывается суспензия [10]. В этой колонне
применяется насадка КРИМЗ с относительным свободным сече-
нием 40—60%. Насадка представляет собою диски (тарелки)
с прямоугольными отверстиями, расположенными по концентри-
ческим окружностям. Отверстия снабжены направляющими

лопатками. Пневматический пульсатор обеспечивает частоту коле-
баний в колонне 60—120 мин-1 при двойной амплитуде суспензии
5—8 мм.

С увеличением объема пульсационной колонны возрастает
удельный расход энергии на пульсацию и может возникнуть виб-
рация [10—12]. В литературе [11 —13) рассматриваются предель-
ная емкость пульсационных колонн, вопросы равномерности рас-
пределения частиц в суспензии в таких колоннах, возможность
осаждения в них частиц твердой фазы.

К непрерывнодействующим реакторам полного вытеснения от-
носятся трубчатые реакторы, а также двухчервячные смесители,
применяемые при синтезе цинковых кронов.

Рис. П-12. Реакторы вытеснения:

а—трубчатый безнасадочный реактор; б, в — проточные смесители; г — трехсекционный реактор;
д — реактор со ступенчатой и порционной загрузкой исходных веществ; е — реактор с повы-
шенной точностью дозировки реакционных веществ;

1 — труба; 2 — смеситель; 3 — рубашка.

При рассмотрении особенностей трубчатого безнасадочного
реактора (рис. 11-12, а) выше было отмечено, что при турбулент-
ном режиме течения потока в нем обеспечивается одинаковое
время пребывания частиц. Это особенно важно на стадии роста
частиц осажденного пигмента. Для стадии осаждения пигмента
и стадии стабилизации частиц требуется высокоинтенсивное пере-
мешивание реакционной смеси. Оно достигается с помощью про-
точных смесителей (рис. П-126 и в). При проведении всех стадий
синтеза пигмента в одном агрегате он состоит из трех секций
(рис. II-12, г) — двух небольшой длины проточных смесителей,
между которыми расположена безнасадочная трубчатая часть
реактора. Нагревание и охлаждение суспензии осуществляется
с помощью рубашек. Когда требуется ступенчатая или порционная
загрузка исходных веществ, вдоль реактора устанавливается
соответствующее число проточных смесителей (рис. П-12, д). При
необходимости поддержания с высокой точностью весьма неболь-
шого избытка одного из исходных веществ на стадии осаждения
пигмента и значения pH среды на стадии стабилизации размера
частиц их проводят в две ступени (рис. П-12, е), подавая на вто-

рую ступень растворы (В), менее концентрированные, чем на пер-
вой стадии (Д), что облегчает автоматизацию процесса синтеза
пигмента.

В приводимых в литературе [2, 14] описаниях трубчатых реак-
торов указывается, что их длина достигает 1500—1800 м. Это
создает впечатление, что трубчатые реакторы получаются очень
большой длины. Поэтому особый интерес представляет установ-
ление длины трубчатого реактора в зависимости от его объемной
производительности и других параметров [5].

Одинаковое время пребывания частиц в трубчатом безнаса-
дочном реакторе обеспечивается при развитом турбулентном ре-
жиме течения потока, который достигается при значении критерия
Рейнольдса Re 10 000. Скорость потока
суспензии w (в м/с) при заданном значе-
| нии Re и содержании твердой фазы в сус-
пензии не выше 10% (об.) рассчитывают по
уравнению:

Re ц
w =-----—

dp

(11-10)

где Re = wJp/ц; p— динамический коэф-
фициент вязкости жидкой фазы суспензии,
Па-с; d — диаметр трубы, м; р — плотность
жидкой фазы суспензии, кг/м3; ср — объем-
ная доля твердой фазы в суспензии.

На рис. П-13 показана зависимость рас-
считанной по уравнению (П-10) скорости
потока от диаметра трубы при Re = const =
— 10 000 для водной суспензии с ср = 0,1

Рис. U-13. Зависимость ско-
рости потока суспензии от
диаметра трубы при Re =
= const=10 000 и различных
температурах:

/—20 °C; 2 — 50 °C; 3 — 100 °C.

(объемная концентрация пигментных суспензий обычно ниже
10%) и различных температурах. Скорость потока суспензии при
Re = const резко снижается с увеличением диаметра трубы и по-
вышением температуры суспензии. В пределах диаметров и тем-
ператур, приведенных на рис. II-13, она может колебаться от 0,5
до ~0,02 м/с, т. е. примерно в 25 раз.

При производительности Q (в м3/с) и среднем времени пребы-
вания реакционной смеси т (в с) длина трубчатого реактора L
(в м) равна:

L = тйу

(IM1)

Объем суспензии, пропускаемой через реактор в единицу вре-
мени:

Q = d2w

4

(11-12)

Подставив значение w из уравнения (II-12) в уравнение
(П-11), получим:

tQ
0,785/Z2

рис. II-15 следует, что реактор получается сравнительно неболь-
шой длины. Длина реактора значительно уменьшается с повыше-
нием Q и /.

Расход материала на изготовление трубчатого реактора необ-
ходимого объема снижается с увеличением его диаметра или, что
равнозначно, с уменьшением его длины. При отсутствии жестких
требований к равномерности времени пребывания всех частиц
длина реактора с вертикально расположенными трубами может
быть резко сокращена путем применения^менее развитого (Re <Z
<Z 10 000) турбулентного режима течения потока. По уравнению
(П-16) A = f(Re2). Приняв вместо Re = 10 000, например, Re =
= 5000 (заведомо большее, чем для ламинарного режима) можно

Рис. 11-15. Зависимость дли-
ны трубчатого реактора от
расхода и температуры по-
ступающей суспензии:

1 — 20 °C; 2 — 40 °C.

Рис. П-16. Реакторы периодического действия:
а — реактор для гидролиза растворов сульфата ти-
тана; б—реактор для разложения ильменитового
концентрата серной кислотой;

1—корпус; 2—футеровка; 3 — мешалка; 4 — при-
вод мешалки; 5 — змеевик.

длину реактора сократить в 4 раза. При значениях Re <Z 10 000
(а также при ламинарном режиме) установка внутри труб вста-
вок (см. рис. П-12, б и в) и наличие переточных труб способ-
ствуют усреднению времени пребывания частиц в реакторе.

В качестве материала для изготовления трубчатого реактора
могут служить не только металлические, но и пластмассовые
и стеклянные трубы (синтез свинцовых и свинцово-молибдатных
кронов при температуре ~20°С и для других пигментов).

В отдельных случаях трубчатый реактор объединяют с реак-
тором полного смешения (см. рис. П-14, б), когда на стадии
осаждения пигмента и стабилизации размера частиц требуется
высокоинтенсивное перемешивание реакционной смеси, недости-
гаемое в проточных смесителях.

При синтезе осадочных и осадочно-прокалочных пигментов
в качестве реакторов периодического действия обычно приме-
няются емкостные аппараты с лопастной или рамной мешалкой.
В большинстве случаев содержимое реактора нагревают острым
царом. Когда недопустимо применение острого пара, исходные

растворы нагревают в выносных проточных теплообменниках илй
с помощью погружных змеевиков. На рис. П-16, а показана кон-
струкция реактора периодического действия, применяемого для
гидролиза растворов сульфата титана. Реактор футерован кисло-
тостойкой плиткой и снабжен многосекционными погружными
змеевиками из медных освинцованных труб, позволяющих быстро
нагревать и охлаждать реакционную смесь. Объем такого реак-
тора 50 м3.

Конструкция реактора периодического действия для разложе-
ния ильменитового концентрата серной кислотой приведена на
рис. П-16, б. Реактор футерован кислотостойким кирпичом. Пере-
мешивание реакционной смеси осуществляется сжатым воздухом,
нагрев — острым паром. Объем реактора 140 м3.

МАСШТАБИРОВАНИЕ РЕАКТОРОВ

Новые методы получения пигментов и их аппаратурное оформ-
ление обычно разрабатываются на опытных аппаратах, и получен-
ные на них результаты исследований должны дать достаточную
информацию для проектирования промышленного аппарата. Одной
из важнейших проблем является создание аппаратов значительно
большей производительности, чем применяющиеся. В обоих слу-
чаях возникает необходимость перехода от меньшего аппарата
к большему. В зависимости от специфических особенностей аппа-
рата и протекающего в нем процесса коэффициент масштабиро-
вания пм, т. е. отношение производительностей проектируемого
аппарата и модельного, может колебаться от 1 : 2000 (контактный
трубчатый реактор) до 1:1 (реактор для проведения реакции
в системе твердое тело — жидкость) [17]. Поэтому возможен как
прямой переход от лабораторной установки к промышленному
аппарату, так и ступенчатый — лабораторная, опытная, опытно-
промышленная установка и даже одиночный промышленный
аппарат.

Ниже аппарат меньших размеров будет называться моделью.
Масштабирование основано на изучении на модели протекающих
в ней процессов с получением опытных данных в форме безраз-
мерных комплексов — критериальных (обобщенных) уравнений,
позволяющих осуществить проектирование промышленного ап-
парата.

Необходимые и достаточные условия подобия двух систем (ап-
паратов) при моделировании обеспечиваются: 1) при геометриче-
ском подобии модели и аппарата; 2) когда протекающие в них
явления подчиняются одним и тем же закономерностям; 3) при
идентичности безразмерных граничных условий [18].

Уже при создании опытной установки ее необходимо спроек-
тировать так, чтобы можно было изучить влияние отдельных фак-
торов, исходя из законов теорий подобия. Добиться полного
подобия модели и проектируемого промышленного аппарата
удается лишь в немногих простых случаях. Поэтому применяется

Так называемое приближенное моделирование, при котором соблю-
дают условия подобия только для наиболее важных параметров,
имеющих определяющее влияние на процесс, проводимый
в аппарате.

Масштабирование различных аппаратов описано в литературе
[4, 18, 19]. Использование при масштабировании математического
моделирования, при котором полученный в экспериментальных
исследованиях зависимости в допустимой мере упрощаются, схе-
матизируются и представляются в в иде^матем этических моделей
с проведением расчетов на ЭВМ, не только позволяет упростить
и ускорить расчеты для сложных процессов, но и часто выявить
пути усовершенствования процесса и его аппаратурного оформ-
ления.

В производствах осадочных и осадочно-прокалочных пигментов
в качестве реакторов используют одиночные и многоступенчатые
емкостные аппараты с мешалками и трубчатые аппараты. Наи-
большую сложность представляет масштабирование многоступен-
чатых реакторов полного смешения с механическими мешалками.

При создании модельной установки емкостных аппаратов
с механическими мешалками принимают отношения линейных
размеров аппарата и мешалки, наиболее характерные для нор-
мализированных аппаратов. Поэтому при последующем масшта-
бировании воспроизводство линейных размеров обычно не встре-
чает затруднений.

При проведении исследований на модельном аппарате уста-
навливается необходимое число ступеней, величина среднего вре-
мени пребывания суспензии в реакторе и оптимальная частота
вращения мешалки, обеспечивающая наиболее равномерное рас-
пределение частиц пигмента в суспензии.

Коэффициент масштабирования линейных размеров реактора
ам рассчитывают по уравнению:

aM=^ = ^G7g	(П-17)

где = G/g— коэффициент масштабирования производительно-
сти реактора; G—производительность проектируемого реактора;
g— производительность модельного реактора.

Затруднения возникают при моделировании процесса переме-
шивания суспензии, несмотря на сохранение одинакового масшта-
бирования линейных размеров реактора и мешалки. Вызвано это
тем, что для полного масштабирования процесса перемешивания
должно быть обеспечено постоянство ряда критериев (Рейнольдса,
Эйлера, Вебера) и параметров (удельного расхода мощности на
перемешивание, окружной скорости мешалки и др.), что не пред-
ставляется возможным, так как в определяющие уравнения час-
тота вращения мешалки и ее диаметр входят с различными пока-
зателями степени [6, 7]. Поэтому масштабирование проводят,
исходя из приближенного моделирования, принимая главное
в данном случае требование к процессу перемешивания. При син-
тезе пигментов таким требованием является наиболее равномер-

ное распределение частип в суспензии. На основе проведенных
исследований по перемешиванию суспензий с различными разме-
рами, концентрацией и плотностью частиц наиболее равномерное
распределение частиц в суспензии достигается при частоте вра-
щения пропеллерной мешалки п', соответствующей следующей
зависимости [20]:

/WВ 9	Z)1,9

(П-18)

где d4— размер частиц, м; рч— плотность частиц, кг/м3; D — диа-
метр аппарата, м; d— диаметр мешалки, м; рс — плотность жидко-
сти, кг/м3; цс — динамический коэффициент вязкости суспензии,
Па-с.

Значение цс определяется по уравнению:

цс = н (1 + 2,5ф)

где ц— динамический коэффициент вязкости жидкой фазы сус-
пензии; ср — объемная доля твердой фазы в суспензии.

При масштабировании свойства суспензии остаются постоян-
ными, следовательно, А = const и для обеспечения равномерного
распределения частиц в суспензии отношение частот вращения
мешалок, исходя из уравнения (II-18), должно соответствовать
уравнению:

В уравнении (II-19) индекс «п» относится к проектируемому
аппарату, а индекс «м» — к модели.

Диаметр мешалки принимается за долю диаметра аппарата,
т. е. d = aD, и значение а не меняется при масштабировании.
Подставив в уравнение (II-19) d/a вместо D, получим:

Принимается, что при масштабировании процесса перемеши-
вания должен быть сохранен удельный расход мощности на пере-
мешивание в проектируемом и модельном аппаратах [6, 7].
Удельный расход мощности на перемешивание Муд описывается
следующей зависимостью [6]:

ЛГуА = 4 “ ("')3

(П-21)

где Р — общая мощность, расходуемая на перемешивание; V —
объем перемешиваемой смеси.

При масштабировании должно быть достигнуто равенство:

Из уравнения (П-22) следует:

(П-23)

что достаточно близко к получаемому по уравнению (П-20).

Таким образом, при масштабирования реакторов с мешал-
ками для синтеза пигментов режим работы мешалки может быть i
определен по уравнению (П-18).

Нагревание реакционной смеси в реакторах для синтеза пиг-
ментов обычно осуществляется острым паром, и при масштаби-
ровании реакторов не возникает надобность в расчете поверхно-
сти теплообмена. В случае обогрева глухим паром необходимую
поверхность теплообмена определяют, исходя из коэффициентов
теплоотдачи, рассчитываемых по формулам, приведенным в гл. XII.

Одновременно с масштабированием реакторов обычно рас-
сматриваются вопросы их оптимизации.

Оптимизация реакторов может иметь следующие направления:
1) производительность реактора; 2) выход целевого продукта;
3) расходные коэффициенты исходных и вспомогательных мате-
риалов; 4) затраты энергии; 5) производительность труда; 6) по-
вышение качества получаемого продукта; 7) улучшение условий
труда и техники безопасности; 8) снижение загрязнения окру-
жающей среды и др.

Технологический и экономический анализ совокупного влия-
ния этих направлений оптимизации, на каждое из которых в свою
очередь влияет большое число параметров, позволяет определить
выбор оптимальных типа, конструкции и условий работы реактора.

Для установления оптимальных условий работы реактора не-
обходимо глубокое экспериментальное изучение индивидуального
и совокупного влияния отдельных параметров на каждое из на-
правлений и их совместного влияния, с математическим (обычно
вынужденно упрощенным) описанием. На основе этих описаний
создают математическую модель реактора, учитывающую эконо-
мические факторы, и с привлечением ЭВМ находят наиболее
выгодные условия работы реактора [21—23]. В связи с упроще-
нием математического описания реактора эти условия проверяют
и уточняют на основе экспериментальных данных.

Вследствие сложности связей между многими направлениями
оптимизации и параметрами часто ограничиваются наиболее важ-
ными для данного случая, получая в итоге условия оптимизации
по главным показателям работы реактора.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л., Химия, I
1974. 656 с.

2.	Денбиг Г. К. Теория химических реакторов. М., Наука, 1968. 191 с.	«

3.	Лгвеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М., Химия,
1969. 624 с.

4.	Брайнес Я. М. Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических
реакторов. М., Химия, 1976. 232 с.

5.	Горловский И. А. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1980, № 6.

6.	Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л., Химия, 1975.384 с.

7.	Холланд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных
процессов. М., Химия, 1974. 208 с.

8.	Зюлковский 3. Жидкостная экстракция в химической промышленности. Л.,
Химия, 1963. 479 с.

9.	Судариков Б. Н., Граков Э. Г. Процессы и аппараты урановых производств.
М., Машиностроение, 1969. 383 с.

10.	Карпачева С. М., Рагинский Л. С., Муратов В. М. и др. Пульсационная
аппаратура. М., ЦИНТИХИМНефтемаш, 1971. 68 с.

11.	Процессы жидкостной экстракции и хемосорбции. Труды II Всесоюзного со-
вещания. Л., Химия, 1968. с. 27—31.

12.	Жидкостная экстракция. Труды III Всесоюзного научно-технического сове-
щания. Л., Химия, 1969, с. 90—104.

13.	Галкин Н. П., Тихомиров В. Б. Основные процессы и аппараты технологии
урана. М., Госатомиздат, 1961. 219 с.

14.	Вэйлас С. Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов. М.,
Химия, 1967. 414 с.

15.	Фоменко Т. Г. Гравитационные процессы обогащения полезных ископаемых.
М„ Недра, 1966. 332 с.

16.	Великанов М. А. Динамика русловых потоков. Т. 1. М., Гостехтеоретиздат,
1954. 323 с.

17.	Беркман Б. Е. Основы технологического проектирования производств орга-
нического синтеза. М., Химия, 1970. 365 с.

18.	Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.,
Химия, 1971. 496 с.

19.	Бретшнайдер С., Кавецкий В., Лейко И. и др. Общие основы химической
технологии. М., Химия, 1977. 496 с.

20.	Павлушенко И. С., Костин Н. М., Матвеев С. Ф. — ЖПХ, 1957 т 30
с. 1161—1169.

21.	Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической техно-
логии. М., Химия, 1975. 575 с.

22.	Арис Р. Оптимальное проектирование химических реакторов. М., ИЛ 1963
238 с.

23.	Островский Г. М., Волин Ю. М. Методы оптимизации химических реакторов
М., Химия, 1967. 248 с.

Г л а в a III *•

ФИЛЬТРЫ

В производствах синтетических пигментов (за исключением
цинковых белил и свинцового сурика) широко применяются
фильтры. Обычно их используют: 1) для сгущения суспензий при
репульпационном методе промывки осадков, что по сравнению
с сгустителями позволяет в несколько раз снизить расход воды;
2) для частичной или полной промывки осадка путем фильтрова-
ния через него промывной жидкости; 3) для отделения из суспен-
зии основной части влаги перед сушкой; 4) для контрольной
очистки растворов от твердых частиц перед выпаркой, гидроли-
зом, кристаллизацией и т. п.; 5) для улавливания из производ-
ственных сточных вод вредной для водоемов или ценной твердой
фазы; 6) для непрерывной регулируемой подачи водных паст
пигментов в аппараты непрерывного действия (сушилки, печи
и т. д.).

В большинстве случаев фильтрованию подвергаются тонкодис-
персные полидисперсные суспензии, концентрация твердой фазы
в которых превышает 5% (масс.).

Процесс фильтрования тонкодисперсных пигментных суспензий
с размерами первичных частиц (кристаллических сростков)
~0,1—2 мкм не является только механическим отделением твер-
дой фазы от жидкой с помощью фильтровальной перегородки. На
протекание его решающее влияние оказывают физико-химические
процессы на поверхности раздела фаз суспензии, капиллярные,
электрокинетические и другие явления [1, 2].

Для фильтрования суспензии через фильтровальную перего-
родку с образованием на ней слоя осадка Рутсом предложено
следующее уравнение [3]:

У2ц + 2ГцУ0=КфТц	(Ш-1)

где Уц — объем фильтрата, прошедшего через фильтровальную

перегородку за один цикл фильтрования, м3/м2; 70 = —

кон-

станта фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротив-
ление фильтровальной перегородки (тканевой, намывной), м3/м2;

<2\рп

—------константа фильтрования, учитывающая режим филь-

ЦлГос

трования и физико-химические свойства осадка и жидкости, м2/с;
тц — продолжительность цикла набора осадка, с; гп — удельное
сопротивление фильтровальной перегородки, м/м2; гос — удельное

сопротивление осадка, м/кг; X — масса сухого твердого вещества,
отлагающегося на фильтровальной перегородке при прохождении
через нее 1 м3 фильтрата, кг/м3; ДР— перепад давления на
фильтре, Па; ц— динамический коэффициент вязкости фильтрата,
Па-с; п — коэффициент, отражающий зависимость изменения со-
противления осадка с изменением ДР.

При выводе этого уравнения принято, что при повышении дав-
ления фильтрования изменение сопротивления фильтровальной
перегородки протекает аналогично изменению сопротивления
осадка. Уравнение (Ш-1) обладает достаточной для практических
целей точностью и широко применяется для расчета производи-
тельности промышленных фильтров. Однако оно не отражает
в явной форме зависимости между основными факторами про-
цесса фильтрования и удельной производительностью поверхности
фильтрования.

Приводимые ниже уравнения [4] лишены этого недостатка.
Удельная производительность по твердой фазе [в кг/(м2-ч)]:

_	3600 \РпХ

G- =-------Гоо^Б---------- <ш-2)

НГосРн -"foQ---	+ 6')

Удельная производительность по жидкой фазе Уч [в м3/(м2-ч)]:

__________3600 кРп________
юо — ф . х/.
НГосРп--------------------IQQ-21 (0,56 + 6 )

(Ш-3)

Здесь рп — плотность осадка, кг/м3; ср — относительная влаж-
ность осадка, %; 6 — толщина слоя осадка, м; 6' — сопротивление
фильтровальной перегородки, выраженное толщиной слоя осад-
ка, м:

100 -ф

Госрп г™

Из уравнений (Ш-2) и (Ш-3) следует, что на бч и V4 и тем
самым на необходимую поверхность фильтрования выбираемого
к установке фильтра (или производительность установленных
фильтров) влияют следующие факторы: 1) толщина слоя осадка;
2) удельное сопротивление осадка; 3) удельное сопротивление
фильтровальной перегородки; 4) концентрация твердой фазы
в суспензии (выраженная через X); 5) перепад давления и сжи-
маемость осадка; 6) вязкость жидкой фазы суспензии. Подробно
влияние этих факторов на б?ч и Уч при фильтровании пигментных
суспензий рассмотрено в литературе [4].

В производстве пигментов используются фильтры непрерывного
и периодического действия. Из фильтров непрерывного действия —
барабанных, дисковых, ленточных и тарельчатых — применение
находят барабанные вакуум-фильтры, из фильтров периодическогс
действия — фильтр-прессы и листовые вакуум-фильтры.

Фильтры непрерывного действия ранее применялись только
в многотоннажных пигментных производствах (литопона и дву-
окиси титана). В настоящее время они внедрены во многих произ-
водствах пигментов: кронов, бланфикса, Красных и желтых желе-
зоокисных пигментов и др. Объясняется это не только общим
стремлением внедрять аппараты непрерывного действия с целью
полной механизации и автоматизации процесса, но и их технико-
экономическими преимуществами. Повышенные капитальные за-
траты, связанные с установкой фильтров непрерывного действия,
обычно окупаются снижением эксплуатационных затрат, главным
образом за счет экономии рабочей силы и снижения потерь доро-
гостоящей продукции. Только при небольшой мощности произ-
водства и в некоторых особых случаях целесообразно применение
фильтров периодического действия. Вместе с тем необходимо
учитывать, что выбор аппарата непрерывного или периодического
действия не всегда определяется масштабами производства. На-
пример, дорогостоящие барабанные вакуум-фильтры вследствие
ненадежности гуммировки при фильтровании горячих суспензий
производства двуокиси титана вытесняются листовыми вакуум-
фильтрами периодического действия.

В производствах пигментов фильтрованию и промывке на
фильтрах подвергаются суспензии, обладающие рядом особенно-
стей: весьма тонкие и трудно фильтруемые; с химически агрессив-
ной дисперсионной средой; дающие большой проскок твердой
фазы через не набухающие в дисперсионной среде тканевые пере-
городки из синтетических волокон; горячие суспензии, диспер-
сионная среда которых насыщена водорастворимыми солями. По-
этому наряду с фильтрами, которые могут быть использованы
и в других отраслях химической промышленности, применяются
также фильтры, специально созданные для пигментных произ-
водств. к ним относится, например, большое число типов бара-
банных вакуум-фильтров с наружной фильтровальной поверх-
ностью (с намывным слоем, безъячейковые), листовые вакуум-
фильтры с большой поверхностью фильтрования.

Обычно фильтры подразделяют: 1) по способу действия —
периодические и непрерывнодействующие; 2) по способу создания
движущей силы — фильтры, работающие под избыточным давле-
нием или под вакуумом; 3) по взаимным направлениям действия
силы тяжести и движения фильтрата; 4) по конструктивному
оформлению—фильтр-прессы, листовые, барабанные, дисковые,
ленточные и т. д. С учетом того, что в ряде случаев конструктив-
ное оформление определяет особенности и области применения
фильтров, ниже при описании они сгруппированы именно по этому
признаку.

ФИЛЬТРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Фильтр-прессы

Фильтр-прессы могут иметь различные конструкции. К ним
относятся рамный фильтр-пресс с ручным обслуживанием, а также
полностью механизированный и автоматизированный фильтр-пресс
ФПАКМ.

Рамный фильтр-пресс (рис. Ш-1) состоит из набора верти-
кально расположенных плит 3 и рам 4, опирающихся боковыми
ручками на опорные балки 2. Между рамами (толщиной 25—
45 мм) и плитами прокладывается фильтровальная ткань, и после

их сжатия с помощью электропривода или гидравлического

Рис. Ш-1. Рамный фильтр-пресс с электромеханическим прижимом:

1—стойка; 2—опорная балка; 3 — плита; 4—рама; 5—передняя плита; 6 — прижимная плита;

7 — электродвигатель; 8 — редуктор; 9— лоток.

устройства образуются полые плоские камеры, ограниченные
с обеих сторон фильтровальными перегородками. В камеры на-
гнетают суспензию и заполнивший их слой осадка промывают
поперечным током воды и частично обезвоживают продувкой
воздуха.

Разборка рам и плит фильтр-пресса и выгрузка осадка осу-
ществляются вручную.

При производстве пигментов обычно подвергают фильтрова-
нию суспензии, вызывающие усиленную коррозию металлических
деталей. Поэтому часто применяют рамы и плиты, изготовленные
из смолистых пород дерева, устойчивых к слабым растворам кис-
лот. Давление на фильтр-прессах с деревянными рамами и пли-
тами не должно превышать 0,3—0,4 МПа, а с металлическими
может доходить до 1 МПа.

Основные преимущества фильтр-прессов: 1) возможность
фильтрования текучих суспензий с любой дисперсностью и кон-
центрацией твердой фазы; 2) возможность плотной набивки рам
осадком и его дополнительного обезвоживания продувкой сжатым
воздухом, что позволяет на фильтрах этого типа снизить абсолют-
ную влажность осадка на 10—30% по сравнению с фильтрами

2 Зак, 462	33

3) сильное и неравномерное растяжение ткани, приводящее к до-
вольно частой ее замене; 4) потеря продукта (снижается в случае
использования подкладной ткани); 5) при материалах, прилипаю-
щих к резиновой эластичной перегородке, исключается возмож-
ность прессования осадка.

В настоящее время фильтры ФПАКМ (поверхность фильтро-
вания 25 м2, конструкционный материалсплав титана) приме-
няются для фильтрования суспензии железной лазури под давле-
нием 0,8 МПа и прессования осадка под^давлением 0,5 МПа.
Фильтр-пресс ФПАКМ обеспечил снижение абсолютного влагосо-
держания почти в два раза и повышение удельной производитель-
ности по фильтрату примерно в шесть раз по сравнению с листо-
вым вакуум-фильтром. Однако он обладает существенными недо-
статками. Вследствие большого давления, под которым в нем
находится осадок, при раздвигании плит возникает распыление
пигмента в окружающую среду в виде тонких капель, что непри-
емлемо по санитарно-гигиеническим требованиям и недопустимо
для токсичных пигментов и пигментов, обладающих высокой кра-
сящей способностью. По конструкции фильтра (рис. Ш-2) видна
сложность его герметизации и сбора сбрасываемой с валиков
пасты. Применяемая система сбора пасты с помощью ленточных
транспортеров громоздка и вызывает загрязнение цеха. Таким
образом, указанные недостатки требуют дальнейшего усовершен-
ствования этого фильтра.

Листовые фильтры

Листовые фильтры представляют собою блок фильтровальных
элементов, погруженных в открытый либо герметизированный ре-
зервуар, заполняемый суспензией или промывной жидкостью.
Фильтровальные элементы выполняются в форме плоских верти-
кально или горизонтально расположенных, сетчатых или рифле-
ных плит малой толщины либо каркасных рамок. Фильтровальной
перегородкой служит ткань или тонкий слой волокнистого мате-
риала, намываемый на сетчатую поверхность фильтровального
элемента.

Движущая сила процесса фильтрования возникает за счет ва-
куума, создаваемого внутри фильтровальных элементов, или по-
дачи суспензии в резервуар фильтра под давлением выше атмо-
сферного. Осадок разгружается несколькими способами: обратным
током фильтрата, воздуха, пара и воды; смыванием с поверхности
фильтровальных элементов струей воды; срезкой скребками или
тонкой проволокой («струной»). Листовые фильтры — аппараты
периодического действия. Некоторые из них механизированы
и автоматизированы.

Обычно листовые фильтры подразделяются на следующие
группы: 1) работающие под вакуумом; 2) работающие только под
гидростатическим давлением суспензии, не превышающим
0,05 МПа; 3) работающие под давлением свыше 0,1 МПа. В свою

очередь фильтры каждой из этих групп различаются по типу
фильтровальной перегородки (тканевые, намывные), методу раз-
грузки осадка, конструкции корпуса и т. д.

В пигментных производствах широко используются листовые
вакуум-фильтры, значительно более простые по конструкции, чем
работающие под давлением.

Листовой вакуум-фильтр (рис. Ш-3) имеет открытые резер-
вуары 2 и 3 прямоугольной формы. Один из них заполняется сус-
пензией, второй — промывной жидкостью. Блок фильтровальных
элементов / перемещается вдоль резервуаров и бункера, подни-
мается и опускается с помощью подъемника. Фильтровальные

Рис. III-3. Листовой вакуум-фильтр с передвижным блоком фильтровальных элементов:

1 — блок фильтровальных элементов; 2, 3—резервуары; 4—разгрузочный бункер; 5 — фильтро-
вальные элементы; 6—коллекторная труба; 7 — резиновый шланг; 8 — переливной патрубок;
9—соединительные патрубки; 10 — смотровые стекла; //—сборный коллектор; 12 — подъемник.

элементы 5 собраны на каркасе и присоединены патрубками 9
к сборному коллектору //, соединенному резиновым шлангом 7
со сборником фильтрата, в котором поддерживается вакуум 0,05—
0,07 МПа. Для наблюдения за чистотой фильтрата и исправностью
ткани на рамках патрубки 9 снабжены смотровыми стеклами 10.
Через коллекторную трубу 6 с барботажными трубками в резер-
вуар подается воздух, взмучивающий осадок, если допустима
продувка через него воздуха.

На листовых вакуум-фильтрах можно проводить промывку
осадка и частичное его обезвоживание просасыванием воздуха
через слой осадка. В этом случае после набора на рамки слоя тол-
щиной 20—60 мм, не отключая вакуума (во избежание сползания
осадка), блок с помощью подъемника 12 перемещают в резер-
вуар 3, заполняемый промывной жидкостью (обычно водой),
и просасывают ее через осадок. Если осадок направляется на
сушку, блок фильтровальных элементов, не отключая от линии
вакуума, вынимают из промывной жидкости и, выдерживая его
над резервуаром, просасывают через него воздух, после чего

Снижена до 2—5 мм), но и тем, что они позволяют применять
намывную перегородку и выпускаются с широкой градацией по-
верхности фильтрования (1; 3; 5; 10; 20; 40 и 45 м2) [5] и сравни-
тельно большим выбором материала фильтра.

К недостаткам и особенностям таких фильтров можно отнести:
1) малый перепад давления (0,06—0,08 МЛа), что делает их неэф-
фективными для трудно фильтруемых суспензий (типа железной
лазури); 2) низкую производительность^дтри малой концентрации
суспензии; 3) малую степень промывки вследствие короткого вре-
мени проведения этой операции; 4) ограничение температуры сус-
пензии во избежание вскипания фильтрата (для гуммированных
фильтров 50—60°C, для фильтров, изготовленных из других мате-
риалов, 60—70°C); 5) непригодность для грубодисперсных сус-
пензий; 6) необходимость вспомогательного оборудования; 7) вы-

сокую стоимость.

Ранее считалось, что на барабанных вакуум-фильтрах нельзя:
фильтровать суспензии с высокой концентрацией солей в жидкой
фазе, так как кристаллизация солей вызовет забивку дренажной
системы фильтра. Создание безъячейковых барабанных вакуум-
фильтров с намывной перегородкой для производства двуокиси
титана показало, что на них можно успешно фильтровать горячие
суспензии «черного шлама» с высокой концентрацией железного
купороса в жидкой фазе.

Исходя из приведенных выше достоинств, недостатков и осо-
бенностей барабанных вакуум-фильтров с наружной фильтроваль-
ной поверхностью рекомендуется [5] их применение для тонких,
хорошо фильтрующихся суспензий, образующих при разрежении
~8• 104 Па за 4—6 мин слой осадка толщиной 5 мм, с концентра-
цией твердой фазы более 50—100 г/л и скоростью осаждения не
выше 12 мм/с при температурах суспензии 50—70°C.

Барабанные вакуум-фильтры подразделяются по следующим:
основным характеристикам: 1) расположению фильтровальной пе-

регородки— с наружной и внутренней поверхностью фильтрова-
ния; 2) режиму фильтрования и способу отвода фильтрата — ячей- г

ковые и безъячейковые; 3) виду фильтровальной перегородки — ►
тканевой и намывной; 4) методу съема осадка — ножом, валиком,;
шнурами, сходящим с барабана полотном; 5) глубине (углу) по-
гружения барабана в суспензию — малым (НО—140°) и большим:
(~200°); 6) материалу фильтра.

В пигментных производствах наиболее часто используются:
ячейковые фильтры с тканевой перегородкой и глубокого погру-
жения, а с намывной перегородкой — только в производстве дву-'s-

окиси титана при фильтровании суспензий, дающих большой

проскок твердой фазы в фильтрат через тканевые перегородки
из синтетических материалов и быстро забивающих поры пере-
городки. В зависимости от агрессивности суспензии конструкцион-
ным материалом фильтра являются нержавеющая сталь, гумми-
рованная углеродистая сталь, сплавы титана, дерево. Во избежа-
ние загрязнения пигментов продуктами коррозии железа черные

металлы (углеродистая сталь, чугун) не используются даже для
неагрессивных суспензий.

Возможные способы съема осадка показаны на рис. Ш-4. Чем
полнее съем осадка с фильтровальной перегородки, тем выше про-
изводительность барабанного вакуум-фильтра. Поэтому подби-
рают вид ткани и способ съема осадка, обеспечивающие наиболее
полное снятие осадка с фильтровальной перегородки.

При съеме осадка ножом (рис. Ш-4, а), во избежание разрыва
ткани ножом или при отдувке осадка, ткань спиралеобразно
обматывается проволокой из нержавеющей стали диаметром 2 мм.
При получении легко отдуваемых осадков нож не срезает осадок,
а служит направляющей плоскостью, по которой осадок скользит
в приемное устройство. Если осадок прилипает к ткани или его

Рис. III-4. Способы съема осадка с барабана:

а —ножом; б — валиком; в —шнурами; г — сходящим с барабана полотном.

отдувка вызывает заметный проскок твердой фазы в фильтрат
и поэтому недопустима, то нож срезает осадок, скользя по прово-
локе, и оставляет на перегородке слой осадка толщиной 2—3 мм,
что снижает производительность фильтра.

Съем осадка обрезиненным валиком (к резине хорошо прили-
пают многие осадки), прилегающим к тканевой перегородке
и имеющим с ней одинаковую окружную скорость, предназначен
для налипающих осадков (рис. Ш-4, б). На барабане остается
небольшой слой осадка (1—2 мм). Во избежание порчи ножом
обрезиненного валика осадок с него снимает вращающийся сталь-
ной валик, а нож срезает осадок со стального валика.

Шнуровой съем используется для осадков, легко снимаемых
с перегородки без отдувки (рис. Ш-4, в). Барабан и вспомогатель-
ные валики охватываются закольцованными шнурами (расстоя-
ние между шнурами 15—20 мм), образующими сплошную нитя-
ную сетку, вместе с которой осадок сходит с барабана, разгру-
жается со шнуров при огибании ими валика и прохождении через
гребенку (на рисунке гребенка не показана). Когда отдувка легко
снимаемых с ткани осадков недопустима, шнуровой съем обеспе-
чивает более высокую производительность, чем срезание ножом.

Съем осадка с помощью закольцованного фильтровального
полотна, сходящего с барабана (рис. Ш-4, г), аналогичен съему
шнурами. Осадок с полотна снимается ножом либо при огибании
полотном полого перфорированного валика отдувается воздухом
или паром, что позволяет при этом способе снизить толщину слоя
осадка до 2—3 мм [2]. В пигментных производствах в настоящее

Толщиной слоя осадка порядка 2—3 мм. С учетом того, что сни-
жение толщины слоя осадка, повышая производительность
фильтра, одновременно увеличивает расход намывного вещества,
при фильтровании гидролизата принята толщина слоя осадка
~5 мм.

В качестве веществ, образующих нам-ывной слой, применяют
диатомит, перлит, древесную муку, активный уголь, асбестовое
волокно, целлюлозу и др. [2, 7]. При использовании барабанных
вакуум-фильтров с намывным слоем в производстве двуокиси
титана применяют древесную муку и диатомит.

Эти материалы требуют специального облагораживания
и должны иметь определенный дисперсный состав. Слишком круп-
ные частицы в намывном материале не позволяют срезать тонкие
слои осадка, а повышенное содержание тонких частиц, резко су-
живающих каналы между более крупными частицами, значи-
тельно повышает сопротивление фильтрованию намывного слоя
толщиной 50—70 мм. Древесная мука должна полностью прохо-
дить через сито с размерами отверстий 300 мкм и не содержать
частиц, проходящих через сито с отверстиями 60 мкм.

В производстве двуокиси титана толщина намывного слоя из
древесной муки составляет 50—70 мм. При перемещении ножа на
0,1—0,2 мм и длительности одного оборота барабана 5—8 мин
намывного слоя хватает на 18—24 ч работы фильтра. Операция
нанесения намывного слоя длится 1,5—2,5 ч.

Барабанные вакуум-фильтры с намывным слоем используются
в тех случаях, когда в продукте примесь вещества, применяемого
для образования намывного слоя, допустима или когда осадок
направляется в отвал. При использовании для намывного слоя
специальной марки отбеленного диатомита его примесь в дву-
окиси титана не превышает ~1%. Применяемая с той же целью
древесная мука сгорает при прокаливании метатитановой кислоты,
что исключает ее примесь в двуокиси титана.

Выше было отмечено, что наличие в суспензии метатитановой
кислоты сильного восстановителя, а также свободной серной кис-
лоты приводит к необходимости использования гуммированных
барабанных вакуум-фильтров. Опыт фильтрования на них горя-
чей суспензии (50—60°C) метатитановой кислоты показал, что
гуммировка быстро выходит из строя. В настоящее время в про-
изводстве двуокиси титана при фильтровании суспензии метати-
тановой кислоты эти дорогостоящие фильтры заменяются листо-
выми вакуум-фильтрами, значительно более дешевыми и надеж-
ными в эксплуатации.

В производстве двуокиси титана возникает необходимость от-
деления высокодисперсного «черного шлама» из его суспензии
в кислых горячих (50—60 °C) растворах сернокислых солей титана
и железа, почти полностью насыщенных сульфатом железа, выпа-
дающим при небольшом охлаждении раствора в виде мелких кри-
сталлов железного купороса. Для этой операции впервые в тех-
нике фильтрования создан безъячейковый барабанный гуммиро-

ванный вакуум-фильтр с намывной фильтровальной перегородкой
из древесной муки. Поверхность фильтрования этого фильтра
(типа ВНР) равна 45 м2 [5].

На рис. Ш-6 показана конструкция барабана фильтра и дре-
нажных систем для фильтрата и отсасываемого воздуха. Через
цапфу внутрь барабана введены две трубы. Одна из них (2) боль-
шого диаметра (~250 мм) служит для отвода фильтрата, вторая
(3) — для отсасывания воздуха. Обе трубы присоединены к непо-
движной головке фильтра /. Большой диаметр трубы для отвода
фильтрата исключает ее забивку мелкими кристаллами железного

Рис. II 1*6. Барабанный безъячейковый вакуум-фильтр с намывным слоем вспомогательного
вещества:

1 — головка фильтра; 2—труба для отвода фильтрата в смеси с железным купоросом; 3 — труба
для отвода воздуха; 4— намывной слой; 5 —барабан.

купороса. В этом фильтре вся фильтровальная поверхность нахо-
дится под вакуумом. В обычных безъячейковых фильтрах для
возможности срезания осадка в зоне его съема имеется устройство
для сообщения с атмосферой или подводки сжатого воздуха [2,5].
В фильтре, изображенном на рис. Ш-6, срезание осадка осуще-
ствляется под вакуумом. Это оказалось возможным вследствие
подсасывания воздуха через намывной слой в месте его срезания
ножом. Исключение указанного выше устройства значительно
упростило конструкцию фильтра и повысило надежность его
работы.

При установке барабанных вакуум-фильтров важен правиль-
ный выбор их производительности и способа отвода филь-
трата [4].

Ленточные вакуум-фильтры

Ленточные вакуум-фильтры применяются для фильтрования
грубодисперсных быстро фильтрующихся суспензий. По конструк-
ции они представляют собою ленточный транспортер, в котором
закольцованная резиновая лента вместе с фильтровальной тканью
скользит над вакуум-камерой с плоско?! поверхностью (рис. Ш-7).

При наливе на ленту суспензии, содержащей грубодпсперсные
частицы, происходит оседание частиц на поверхность ткани с об-
разованием пористой «подложки», что способствует ускорению

фильтрования и является одним из преимуществ ленточных ва-
куум-фильтров.

Такие фильтры выпускаются из углеродистой и коррозионно-
стойкой стали или гуммированными, с поверхностью фильтрова-
ния от 1 до 10 м2.

Испытание ленточных вакуум-фильтровка суспензиях ультра-
марина-полуфабриката и шлама, получаемого при выщелачивании
«плава» сернистого бария, показано, что их конструкция еще не

Рис. III-7. Ленточный вакуум-фильтр:

1 — стол; 2—резиновая лента; 3 — барабаны; 4— выступы ленты; 5 — спускные отверстия;
6—разгрузочный валик; 7—фильтровальная ткань; 8 — форсунки; 9—трубки для подачи воды
или пара.

отработана в должной мере, они требуют сравнительно частого
ремонта, ткань быстро забивается тонкими частицами, содержа-
щимися в суспензии, и поддерживать разрежение более 0,026—
0,033 МПа (200—250 мм рт. ст.) на них не удается.

Усовершенствование конструкции этого типа фильтра может
устранить отмеченные недостатки.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ФИЛЬТРОВ

Повышение производительности фильтров, как вытекает из
уравнений (Ш-2) и (Ш-3), может быть достигнуто следующими
путями *.

* Более подробно с примерами из практики пигментных производств они
рассмотрены в литературе [4].

1.	Максимальным снижением толщины слоя осадка в фильтрах
непрерывного действия и обеспечением оптимальной толщины слоя
осадка в фильтрах периодического действия.

В барабанных вакуум-фильтрах непрерывного действия съем
осадка механизирован и длится <1 мин; чем меньше толщина
слоя осадка, тем выше производительность. В зависимости от
свойств и метода съема осадка толщина его слоя обычно колеб-

лется в пределах 3—8 мм. Из уравнений (Ш-2) и (Ш-3) следует,
что, чем тоньше слой осадка, тем выше доля сопротивления филь-
тровальной перегородки в общем сопротивлении. Для пигментных

суспензий при’ толщине слоя осадка 5 мм она может достигать
75% от общего сопротивления [4].

В фильтрах периодического действия проведение вспомога-

тельных операций (съем осадка и др.) связано со значительными

затратами времени. Оптимальная толщина слоя осад-
ка для пигментных суспензий составляет 20—60 мм.

Установлено [2], что оптимальная толщина слоя
осадка для фильтров периодического действия дости-
гается при

Т-об/Т-всп = 4-4-6

где Тоб — общая длительность одного цикла фильтро-
вания; Твсп — длительность вспомогательных опера-
ций.

2.	Снижением удельного сопротивления осадка за
счет: уменьшения содержания чрезмерно тонких ча-

Рис. III-8. По-
ра фильтра,
перекрытая
слоем осадка
(увеличено).

стиц, не только резко увеличивающих гос, но и сни-

жающих качество пигмента; добавки в суспензию коагулянтов и
особенно флокулянтов с оптимальным режимом их введения [7,8];
добавкой в суспензию древесной муки, диатомита и других пори-
стых или волокнистых частиц [4].

3.	Снижением удельного сопротивления фильтровальной пере-
городки за счет: подбора тканевой фильтровальной перегородки
[2, 9] с учетом того, что основное удельное ее сопротивление соз-
дают «сводики» из частиц твердой фазы суспензии, образующиеся
над порами перегородки (рис. Ш-8); применения намывной пере-

городки или введения в суспензию пористых или волокнистых
материалов, если допустима их примесь в получаемом осадке.

4.	Снижением вязкости дисперсионной среды нагреванием
суспензии, что обычно эффективно при использовании отбросной

теплоты.

5.	Повышением перепада давления (АРП) с учетом того, что
пигментные суспензии дают сжимаемый осадок (п ~ 0,5 4- 0,8)
и при сильно сжимаемых осадках чрезмерное повышение АР
может вызвать закупорку пор фильтровальной перегородки.

6.	Повышением концентрации твердой фазы в суспензии за
счет: применения более концентрированных растворов исходных
г веществ при осаждении пигмента; предварительного сгущения
: суспензии с помощью отстойников или гидроциклонов,

ЛИТЕРАТУРА

1.	Малиновская Т. А. Разделение суспензий в промышленности органического
синтеза. М., Химия, 1971. 318 с.

2.	Мужиков В. А. Фильтрование. М., Химия, 1971. 440 с.

3.	Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.,
Химия, 1973. 754 с.

4.	Козулин Н. А., Горловский И. А. Оборудование^заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 585 с.

5.	НИИХИММАШ. Фильтры для жидкостей. Катадог. М., ЦИНТИХИМНефте-
маш, 1974. 246 с.

6.	Фильтростроение за рубежом/Под ред. Б. Н. Борисоглебского. М., Химия,
1963. 160 с.

7.	Кузькин С. Ф., Небера В. П. Синтетические флокулянты в процессах обезво-
живания. М., Госгортехиздат, 1963. 219 с.

8.	Горловский С. И., Рыбкина В. В. — В кн.: Справочник по обогащению руд.
Т. II, ч. 1. М., Недра, 1974, с. 285—323.

9.	Пискарев И. В. Фильтровальные ткани. М., Изд-во АН СССР, 1963. 183 с.

Глава IV
ЦЕНТРИФУГИ

По принципу разделения суспензий в поле центробежных сил
центрифуги подразделяют на фильтрующие, осадительные и ком-
бинированные.

По сравнению с фильтрами, сгустителями и гидравлическими
классификаторами центрифуги имеют следующие преимущества:
1) высокую производительность при малых габаритах; 2) при
фильтровании грубых суспензий на фильтрующих центрифугах
влажность осадка значительно ниже, чем на фильтрах (3—6%
для суспензий с частицами крупностью 0,2—0,5 мм), что иногда
исключает необходимость последующей сушки осадка; 3) на
фильтрующих центрифугах осадки можно промывать небольшим
количеством воды, что особенно важно для водорастворимых про-
дуктов; 4) на осадительных центрифугах можно разделять тонкие
суспензии и только на них проводить сверхтонкую классификацию
с отделением частиц крупностью >2—5 мкм; 5) в отличие от
вакуум-фильтров центрифуги не требуют вспомогательного обору-
дования; 6) при использовании центрифуг непрерывного действия
обеспечивается полная механизация и в ряде случаев автомати-
зация всех операций.

Вместе с тем центрифуги уступают фильтрам, сгустителям
и гидравлическим классификаторам: 1) фильтрующие центрифуги
пригодны лишь для фильтрования грубодисперсных суспензий
(основная масса частиц должна быть больше 100 мкм и суспензия
не должна вызывать быструю забивку пор ткани или отверстий
в фильтрующих перегородках); 2) на осадительных центрифугах
влажность осадка обычно выше, чем на фильтрах, и промывка
осадка на них малоэффективна или даже невозможна; 3) конст-
рукция центрифуг, в особенности автоматических и непрерывно-
действующих, сложнее конструкции сгустителей, гидравлических
классификаторов и некоторых типов фильтров; 4) в связи с боль-
шими напряжениями, возникающими в отдельных узлах при вы-
соких скоростях вращения, эксплуатация центрифуг требует ква-
лифицированного обслуживающего персонала; 5) центрифуги яв-
ляются энергоемкими аппаратами.

В настоящее время в производствах пигментов фильтрующие
центрифуги используются для фильтрования и промывки осадка
суспензии отходного мелкокристаллического железного купороса,
а осадительные центрифуги — для разделения суспензии свипцо-
зого крона и сверхтонкой классификации двуокиси титана.

Опыты по применению осадительных центрифуг для разделе-
ния суспензии цинковых кронов, ультрамарина-полуфабриката
и сверхтонкой классификации природных пигментов дали положи-
тельные результаты [1]. Усовершенствование известных и созда-
ние новых конструкций центрифуг [2—4], а также возможность
увеличения размеров агрегатов первичных частиц тонких суспен-
зий коагуляцией и флокуляцией [3—6] создают предпосылки более
широкого применения центрифуг в пигментных производствах.

Одной их важнейших характеристцк."процесса центрифугиро- ;

вания является фактор разделения, или критерий Фруда (центро- <
бежный), — отношение величины ускорения центробежного поля [
к ускорению свободного падения:	|

/ = Fr« =(IV-1)
S

где f—фактор разделения; Егц— критерий Фруда (центробеж-
ный); со — угловая скорость, рад/с; 7? — радиус барабана центри-
фуги, м;‘ g— ускорение свободного падения, м/с2; п\— частота
вращения барабана (ротора) центрифуги, об/с.	|

Если известна частота вращения барабана в минуту (м), то

f = n2R	I

‘	900

Процесс центробежного фильтрования разделяется на три пе-
риода: а) образование осадка; б) уплотнение осадка; в) обезво-
живание осадка, сопровождаемое проникновением воздуха в поры
(так называемое механическое обезвоживание осадка).

Первый период, несмотря на разделение суспензии по крупно-
сти зерен в барабане центрифуги, до некоторой степени может
быть сравнен с обычным фильтрованием и рассчитан по основным
уравнениям фильтрования (Ш-2), (Ш-3).

Входящий в эти уравнения перепад давления ДРЦ (в Па) рас-
считывается по формуле:

ДРЦ = 5pcnf (Of - of)	(IV-2)

где pc — плотность суспензии, кг/м3; п\— частота вращения бара-
бана, об/с; D\—диаметр внутреннего слоя жидкости, м; D2 —
внутренний диаметр барабана, м.

Включение в уравнение (IV-2) разности квадратов диаметров
внутреннего слоя жидкости и ротора вызвано учетом изменения
величины центробежной силы по мере образования осадка в ба-
рабане. По этой же причине в расчетах следует принимать сред-
нюю поверхность фильтрования Еср (в м2):

(IV-3)

где Н — высота (или длина) барабана, м.

Уплотнение осадка под действием центробежных сил и удель-
ное сопротивление уплотненного осадка, влияющее на длитель-
ность его промывки и обезвоживания, находятся так же, как

'й!

И константы фильтрований, — экспериментальным путем на малой
модели центрифуги или на лабораторной стаканчиковой центри-
фуге. На них же определяют и оптимальный режим обезвожи-
вания осадка.

Тонкодисперсные полидисперсные суспензии пигментов, раз-
деляемые на осадительных центрифугах непрерывного действия
со шнековой выгрузкой осадка, агрегированы, большие скорости
суспензии в питающей трубе и частоты вращения шнека могут
вызвать изменение степени агрегации и взмучивание осадка
в центрифуге. Поэтому производительность этих центрифуг и пре-
дельные размеры отделяемых на них частиц определяются экспе-
риментально на лабораторных моделях. Вместе с тем для оценки
влияния различных факторов может быть использовано урав-
нение:

V = 3 5 Р‘л/-сл (Р ~ Рж)	(IV-4)

И

где V — производительность центрифуги по суспензии, м3/с; DCJh
LCJi— диаметр и длина «сливного цилиндра», м; р — плотность
частиц, кг/м3; рж — плотность жидкой фазы суспензии, кг/м3; d —
диаметр наименьших осаждаемых частиц (крупность разделе-
ния), м; п— частота вращения барабана, об/с; ц— динамический
коэффициент вязкости жидкой фазы суспензии, Па-с.

В пигментных производствах применяют центрифуги непре-
рывного действия. Ниже приводится описание конструкций центри-
фуг, используемых в этих производствах.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ
ЦЕНТРИФУГИ С ВЫГРУЗКОЙ ОСАДКА НОЖОМ

В автоматических фильтрующих центрифугах (типа ФГН)
с горизонтальным расположением барабана, имеющего сетчатую
или тканевую фильтровальную перегородку с выгрузкой осадка
ножом (рис. IV-1), циклически повторяются операции, характер-
ные для центрифуг периодического действия — набор осадка, от-
жим маточного раствора, промывка осадка, обезвоживание осадка,
его разгрузка. Но все эти операции, включая выгрузку осадка,
проводятся без остановки барабана центрифуги, а их длитель-
ность и чередование регулируются автоматически.

Такие центрифуги широко используются при получении срав-
нительно крупнокристаллических водорастворимых веществ, сво-
бодных от нерастворимых в воде примесей.

Конструкция этих центрифуг обладает серьезным недостатком.
Срезание осадка ножом осуществляется в них без торможения
барабана. При высоких скоростях срезания осадка (частота вра-
щения барабана 600—2000 об/мин) происходит истирание частиц
и образование под ножом плотного остаточного слоя осадка и его
впрессовывание в поры фильтровальной перегородки. Производи-
тельность центрифуги снижается, и необходимо периодически,

заметное количество

Рис. IV-1. Автоматическая
фильтрующая центрифуга
с выгрузкой осадка ножом:
/ — барабан (ротор); 2—нож;
3—кожух; 4 — приемный же-
лоб; 5—труба для подачи
суспензии;	6—гидравличе-

ский цилиндр для подъема
ножа.

довольно часто удалять остаточный плотный слой осадка и реге-
нерировать фильтрующую способность фильтровальной перего-
родки. При обработке на них суспензий водорастворимых солей
эта операция проводится сравнительно просто — растворением
осадка и промывкой фильтровальной перегородки холодной или
горячей водой.

При фильтровании суспензий, твердая фаза которых нераство-
рима в воде или содержит наряду с ^водорастворимыми солями
нерастворимых в воде тонкодисперсных час-
тиц, требуется ручная чистка плотного
остаточного слоя осадка и смена тканевой
перегородки. Последняя операция связана
с разборкой и сборкой перфорированных
решеток и соответственно большой затра-
той ручного труда и длительными простоя-
ми центрифуги.

Вследствие этого попытка использова-
ния центрифуг типа ФГН для фильтрова-
ния грубодисперсной суспензии нераство-
римого в воде продукта — ультрамарина-
полуфабриката завершилась неудачей.

В производстве пигментов центрифуги
типа ФГН, применяемые для отделения
мелкокристаллического отходного железно-
го купороса производства двуокиси титана,
вытеснены фильтрующими центрифугами с
выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.
Это вызвано не только рядом преиму-

ществ последних по сравнению с центрифугами типа ФГН [2], но
и тем, что при отделении «черного шлама» методом отстаивания
и без применения контрольного фильтрования раствора перед его
кристаллизацией в железном купоросе часто содержатся большие
количества нерастворимых веществ, резко ухудшающих условия
эксплуатации центрифуг типа ФГН.

ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЦЕНТРИФУГИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
С ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВЫГРУЗКОЙ ОСАДКА

В фильтрующих центрифугах с пульсирующей выгрузкой
осадка поршнем, типа ФГП (НГП), загрузка суспензии, промывка
осадка и его обезвоживание протекают непрерывно, а разгрузка
осадка поршнем осуществляется порциями. Такие центрифуги
предназначены для фильтрования грубых суспензий с основной
массой частиц крупностью >100 мкм. По удельным расходам
энергии, металлоемкости и другим показателям они значительно
превосходят описанные выше автоматические центрифуги с ноже-
вым срезом осадка.

В центрифугах ФГП осадок выгружается медленнодвижу-
щим ся поршнем. В перфорированном роторе установлено сборное

сито с щелевыми отверстиями. Фильтровальная перегородка обра-
зуется из крупных частиц фильтруемой суспензии в виде «своди-
ков» (см. рис. Ш-8) над щелевыми отверстиями сита. Ширина
отверстий в наиболее узком сечении составляет 0,2—0,3 мм. Эти
особенности центрифуги ФГП исключают уплотнение и истирание
частиц и забивку фильтровальной перегородки, что является их
главным эксплуатационным преимуществом по сравнению с цент-
рифугами ФГН.

Для возможности образования намывной перегородки над
щелевыми отверстиями сита объемная концентрация твердой

Рис. IV-2. Схема установки центрифуги непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой
осадка:

1 — репульпатор; 2—питатель-дозатор; 3— отстойник непрерывного действия; 4—центрифуга;
5—насос-дозатор; 6— насос.

фазы в суспензии, подаваемой в центрифугу, должна быть не менее
20%. Однако и при этом условии в процессе образования намыв-
ной перегородки имеет место большой проскок твердой фазы
в фильтрат и он подлежит возврату в цикл. Поэтому центрифуги
ФГП блокируются со сгустителями непрерывного действия и рабо-
тают с ними в замкнутом цикле.

Исходная суспензия поступает в репульпатор 1 и питателем-
дозатором 2 непрерывно подается в отстойник непрерывного дей-
ствия 3 (рис. IV-2). Сгущенная суспензия насосом-дозатором 5
нагнетается в загрузочную трубу центрифуги 4. Из центрифуги
маточный раствор, содержащий большое количество твердой
фазы, стекает в репульпатор 1 и из него возвращается в отстой-
ник 3, промытый и обезвоженный осадок выгружается на транс-
портное устройство, а жидкая фаза — маточный раствор — сли-
вается из отстойника в приемник. В центрифуге предусмотрен от-
дельный сбор промывных вод.

Из схемы, приведенной на рис. IV-2, следует, что сгуститель
выполняет три функции — обеспечивает отделение твердой фазы
из фугата, поступающего из центрифуги, повышает концентрацию

В настоящее время выпускается только двух- и многокаскад-
ные центрифуги типа ФГП с внутренним диаметром ротора пер-
вого каскада от 400- до 1200 мм (п = 750 4- 1200 об/мин) [7].
Для отделения отходного мелкокристаллического железного купо-
роса применяются двухкаскадные центрифуги ФГП с шириной
щели 0,3 мм. Их производительность п^и толщине слоя осадка
~ 50 мм, Т:Ж в поступающей суспензий ~ 1,4 : 1 и частоте вра-
щения ротора, соответствующей значению фактора разделения
~350, составляет около 1200 кг/ч жедезЯого купороса. При ука-
занных параметрах работы центрифуги унос мелких частиц из
центрифуги в фугат, возвращаемый в отстойник, составляет
40—80 г/л.

ОСАДИТЕЛЬНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
СО ШНЕКОВОЙ ВЫГРУЗКОЙ ОСАДКА

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка, обо-
значаемые ОГШ (НОГШ), предназначены для разделения сус-
пензий с нерастворимой твердой фазой и классификации твердой
фазы по крупности и плотности частиц.

В осадительных центрифугах непрерывного действия с увели-
чением скорости подачи в ротор полидисперсной суспензии вна-
чале идет фугат, не содержащий твердой фазы, затем скачкооб-
разно начинается вынос с фугатом наиболее тонких частиц и при
дальнейшем увеличении подачи центрифуга превращается в аппа-
рат для классификации. Следовательно, одна и та же конструк-
ция осадительной центрифуги в зависимости от объема поступаю-
щей в нее суспензии может быть использована как для разделения
суспензии, так и для классификации частиц ее твердой фазы.

В центрифугах ОГШ разделение суспензии и классификация
частиц протекают в быстровращающемся горизонтальном ци-
линдро-коническом роторе (я = 800-У 6000 об/мин) с разгрузкой
осадка шнеком.

С увеличением значения фактора разделения f и отношения
длины ротора к его диаметру, т. е. LfD, снижается крупность
отделяемых частиц. В центрифугах ОГШ в зависимости от типа
центрифуги и диаметра ротора значение f колеблется от 400 до
4000, a L/D=l,5 4-4. Центрифуги ОГШ делят на три группы:
обезвоживающие, универсальные и осветляющие. Значения f
и L/D возрастают, а крупность отделяемых частиц снижается
(при одинаковых диаметрах ротора) в следующем порядке: обез-
воживающие центрифуги отделяют частицы крупностью >25 мкм,
универсальные — 5—10 мкм, осветляющие — 2—5 мкм, где ниж-
ний предел относится к частицам с большей плотностью. Помимо
этого, на обезвоживающих центрифугах можно проводить частич-
ную промывку осадка, а на универсальных и осветляющих она
исключена.

Достоинства центрифуг ОГШ: 1) в отличие от фильтрующих
центрифуг на них можно разделять (сгущать) не только грубые,
но и тонкодисперсные суспензии с частицами крупностью от 5 мкм

(при разности плотностей твердой и жидкой фазы >0,2 кг/дм5)
до 2 мкм (при разности тех же плотностей >2 кг/дм3) в сравни-
тельно широком диапазоне объемной концентрации твердой фазы;
2) только на них можно проводить сверхтонкую классификацию
суспензий с отделением частиц крупностью >2—5 мкм и при бо-
лее высоких концентрациях суспензий, чем на других аппаратах;
3) высокая производительность.

Основные недостатки центрифуг ОГШ: 1) повышенная влаж-
ность осадка; 2) при высоких факторах разделения может обра-
зоваться'плотный, трудно разгружаемый осадок; 3) быстрый износ
универсальных и осветляющих центрифуг при наличии крупных
и абразивных частиц в тонких суспензиях; 4) сравнительно боль-
шая энергоемкость.

В настоящее время универсальные центрифуги ОГШ исполь-
зуются для разделения сильно агрегированных суспензий свинцо-
вых кронов и для тонкой классификации суспензии двуокиси
титана с отделением частиц крупностью >2—3 мкм. Кроме того,
они успешно могут быть применены для тонкой классификации
синтетических и природных пигментов [1].

Обезвоживающие центрифуги ОГШ могут быть использованы
для разделения грубодисперсных полидисперсных суспензий —
шлама, получаемого после выщелачивания плава сернистого ба-
рия, и суспензии ультрамарина-полуфабриката — при условии
установки за ними аппарата, улавливающего из фугата частицы
крупностью <25 мкм.

Разработанные методы введения коагулянтов и флокулянтов
непосредственно в центрифугу [2, 6] и возможность улавливания
с помощью осветляющих центрифуг тонких частиц токсичных или
ценных продуктов из сточных вод расширяют перспективы исполь-
зования центрифуг ОГШ.

Конструкция обезвоживающей центрифуги показана на
рис. IV-4. Неперфорированный горизонтально расположенный ци-
линдро-конический барабан 1 заключен в кожух 20 и закрыт
крышками 2 и 3, отлитыми вместе с полыми цапфами 4 и 5. В ба-
рабане размещен шнек 13 со ступенчатым валом 8. К торцам
барабана приварены днища 7 и 10. К этим днищам соответственно
прикреплены сплошной вал 6, проходящий через цапфу 4 в ре-
дуктор 16, и полый вал 9, вращающийся в цапфе 5. В редуктор 16
вмонтирована также полая цапфа 4. Описанное выше крепление
цапф барабана, валов ii шнека, а также специальная конструкция
редуктора позволяет шнеку опережать барабан по частоте вра-
щения примерно на 1,5—2%. Шнек, делающий на 20—30 об/мин
больше, чем барабан, перемещает осадок к узкому концу кониче-
ской части барабана без взмучивания.

Суспензия через трубу И поступает в пустотелый вал 8, снаб-
женный поперечными перегородками и прорезями 14. Меняя глу-
бину ввода трубы И внутрь полого вала 8, изменяют место подачи
суспензии в барабан через прорези 14. Воду для промывки осадка
подводят через трубу 12.

с этим не для всех случаев центрифугирования имеются доста-
точно надежные уравнения, на основе которых можно определить
влияние основных факторов на производительность аппарата, как
это было сделано для фильтрования (см. гл. III). С учетом этого
обстоятельства и сравнительно ограниченного применения центри-
фуг в производстве пигментов ниже рассматриваются только
наиболее существенные факторы, влияющие на производитель-
ность центрифуг и эффективность их работы [2, 6, 8].

Основные пути интенснфнкацнн фильтрующнх центрифуг ана-
логичны используемым при интенсификации работы фильтров
(см. гл. III). Помимо этого, для центрифуг типа ФГП необходимо
подбирать оптимальные толщину слоя осадка и концентрацию
сгущенной суспензии. Увеличение значения фактора разделения —
частоты вращения ротора позволяет повысить производительность,
но ограничивается не только механической прочностью центри-
фуги, но и недопустимостью чрезмерного уплотнения осадка, за-
трудняющего выгрузку (для отходного железного купороса фак-
тор разделения должен быть менее 350—400).

Повышение производительности отстойных центрифуг типа
ОГШ при разделении суспензий достигается следующими путями:
1) повышением степени агрегации частиц при введении коагулян-
тов, флокулянтов и изменении pH [6, 8, 9]; 2) увеличением значе-
ния фактора разделения, если оно не ограничивается механиче-
ской прочностью центрифуги и чрезмерным уплотнением осадка.
При классификации суспензии на центрифугах ОГШ повышение
производительности и эффективности достигается применением
оптимальных вида пептизатора и концентрации твердой фазы
в суспензии.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Раскин И. В., Гербильский Е. И. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1966, № 3, с. 66—69.

2.	Шкоропад Д. Е. Центрифуги для химических производств. М., Машинострое-
ние, 1975. 246 с.

3.	Соколов В. И. Центрифугирование. М„ Химия, 1976. 407 с.

4.	Лукьяненко В. М., Таранец А. В. Промышленные центрифуги. М., Химия,
1974. 375 с.

5.	Финкельштейн Г. А. Шнековые осадительные центрифуги. Л. — М., Химия,
1952. 143 с.

6.	Каминский В. С. Центробежное обогащение углей и сланцев. М., Недра, 1967.
202 с.

7.	НИИХИММАШ. Промышленные центрифуги. Каталог. М., ЦИНТИХИМНеф-
темаш, 1971. 142 с.

8.	Козулин Н. А., Горловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

9.	Руденко К. Г., Шемаханов М. М. Обезвоживание и пылеулавливание на обо-
гатительных фабриках. М., Недра, 1967. 371 с.

Глава V

АППАРАТЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ СУСПЕНЗИЙ

К аппаратам для разделения суспензий методом осаждения
(отстаивания) в поле гравитационных или центробежных сил
с отделением части жидкой и сгущением твердой фаз относятся
отстойники, гидроциклоны, осадительные центрифуги. При опре-
деленных скоростях подачи суспензий в эти аппараты на них
можно классифицировать полидисперсные суспензии, разделяя
частицы по размерам или плотности. Следовательно, для разде-
ления и классификации суспензий могут быть использованы одно-
типные аппараты.

В пигментных производствах аппараты для разделения суспен-
зий методом осаждения применяют: 1) для сгущения суспензий
при промывке осадков методом репульпации; 2) для противоточ-
ной экстракции («плава» сернистого бария); 3) для отделения
большей части жидкой фазы суспензии перед фильтрованием, что
приводит к уменьшению поверхности фильтрования или увеличе-
нию производительности фильтров по твердой фазе (отделение
части жидкой фазы суспензии на сгустителях часто экономичнее,
чем удаление ее на фильтрах); 4) для улавливания из сточных
зод ценных или вредных для водоемов частиц твердой фазы.

Классификаторы используют: 1) для разделения по крупности
зерен твердой фазы суспензии при мокром размоле в замкнутом
хикле; 2) для отделения примесей или крупных зерен при «отму-
швании» земель и других материалов.

При сгущении суспензий с помощью отстойников и гидроцик-
юнов получаются текучие суспензии с отношением Ж: Т, в не-
сколько раз большим, чем в пигментных пастах после фильт-
ювания.

Основная масса первичных частиц (монокристаллов и кристал-
ических сростков) полидисперсных пигментных суспензий имеет
азмеры 0,1—2,0 мкм. Тонкодисперсные пигментные суспензии
грегативно неустойчивы, и степень агрегации первичных частиц
пределяется процессами, протекающими на поверхности раздела
>аз. Жидкая фаза пигментных суспензий содержит электролиты
соли, щелочи, кислоты), вызывающие агрегацию первичных
астиц.

О степени агрегации первичных частиц можно судить по сопо-
гавлению расчетной скорости осаждения в поле гравитационных
1л, исходя из среднего размера первичных частиц и фактической
сорости осаждения (табл. V-1).

Таблица V-1

Сопоставление расчетной и фактической скоростей осаждения частиц
различных пигментов

Суспензия	Средний раз- мер первичных частиц, приня- тый в расчете, мкм	Расчетная скорость осаждения  V1, м/ч	Фактиче- ская ско рость осаж- дения  V2, М/Ч	V2/V1 (округ- ленно)
Железная лазурь в маточном рас- творе, получаемом после ее синтеза 		0,2	0,0003	0,05	170
Железная лазурь, отмытая от глав- ной части водорастворимых солей	0,2	0,0003	0,02	70
Железная лазурь в маточном рас- творе с добавкой коагулянта . . .	0,2	0,0003	0,2	700
Метатитановая кислота в гидролизате («гидролизной кислоте»)		0,7	0,002	0,01	5
Метатитановая кислота, частично отмытая от маточного раствора .	0,7	0,002	0,1	50
Литопон-полуфабрикат		1	0,004	0,5	130
Свинцовый крон лимонный 		0,5	0,001	1,0	1000

Из табл. V-1 следует, что степень агрегации частиц весьма
велика, так как фактическая скорость осаждения в десятки, сотни
и тысячи раз отличается от расчетной для первичных частиц.

Не менее существенно и другое обстоятельство. Изменение для
одной и той же суспензии состава дисперсионной среды в процессе
промывки осадка или добавки флокулянта, как видно из данных
табл. V-1, может во много раз изменить скорость осаждения час-
тиц. Отсюда можно сделать вывод, что вследствие весьма малых
размеров первичных частиц в суспензиях, обрабатываемых в про-
изводствах пигментов, скорость осаждения зависит главным обра-
зом не от размера первичных частиц твердой фазы, а от размера
образующихся из них агрегатов. В связи с этим скорость осажде-
ния должна определяться экспериментально, на образцах сус-
пензии по составу и свойствам твердой фазы и дисперсионной
среды, соответствующим промышленным условиям ее получения
и обработки (промывки и т. п.).

На скорость осаждения влияет большое число факторов: изме-
нение состава и pH дисперсионной среды в процессе промывки
осадка, введение в суспензию коагулянтов и флокулянтов и др.

За последние годы наибольший эффект в повышении скорости
осаждения достигается при введении в суспензию коагулянтов
и особенно флокулянтов. Появилось большое число синтетических
высокомолекулярных соединений, позволяющих часто в 3—15 раз
увеличить скорость осаждения. Эти вещества широко применяются
для обработки водных суспензий минеральных веществ при обо-
гащении руд [1, 2]. Многие из них позволили значительно уско-
рить процесс сгущения суспензий, получаемых в производствах
пигментов.

Необходимо учитывать, что получаемые в процессе коагуляции
первичных частиц агрегаты, имеющие вид хлопьев, могут разру-
62

шаться, образуя меньшие агрегаты в результате касательных на*
пряжений, возникающих в суспензии при ее течении или переме-
шивании в оборудовании для сгущения, репульпации и транспорта
суспензии.

Слишком высокие скорости течения или перемешивания в ряде
случаев могут не только ослабить, но и свести к нулю эффектив-
ность введения коагулянтов или флокулянтов. Например, при
очистке воды с помощью коагулянтов (гидроокисей железа и алю-
миния) было установлено [3], что наибольшая окружная скорость
мешалок и скорость течения суспензии в трубопроводах и запор-
ных устройствах не должны превышать 0,2—0,7 м/с.

Наименьшие скорости течения имеют суспензии в отстойниках.
Скорость суспензии на входе в гидроциклоны может достигать
десятков метров в секунду. В осадительных центрифугах непре-
рывного действия со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) ско-
рость суспензии в питающих трубах и других частях аппарата
доходит до 1 м/с. Поэтому эффективность применения коагулян-
тов и флокулянтов может значительно изменяться в зависимости
от типа аппарата, используемого для сгущения, а также могут
снижаться размеры агрегатов, образованных в суспензии. В по-
следнее время разработан ряд способов подачи флокулянтов непо-
средственно в аппарат для разделения суспензии, снижающих
способность разрушения агрегатов.

Степень агрегации первичных частиц в процессе промывки
и в результате введения коагулянтов и флокулянтов настолько
сильно изменяется, что определяет не только размеры аппаратов,
применяемых для сгущения, но и выбор оптимального типа
аппарата.

Следовательно, до выбора типа аппарата должны быть про-
ведены экспериментальные исследования по выяснению влияния
перечисленных выше факторов на моделях аппаратов и при ско-
ростях потоков суспензии, моделирующих применяемые в про-
мышленных аппаратах.

В описаниях отдельных аппаратов будут отмечены их достоин-
ства, недостатки и области применения, что облегчает выбор
оптимального типа аппарата. Предельный (минимальный) размер
тастиц (агрегатов), подлежащих осаждению, может предопреде-
тить выбор аппарата. Для гидроциклонов он составляет 30—
Юмкм, для мультигидроциклонов—15—20 мкм, для отстойников
гепрерывного действия — 5—10 мкм, для осадительных центрифуг
(епрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка — 2—5 мкм.

Осадительные центрифуги рассмотрены в гл. IV. Конструкции
1тстойников и гидроциклонов приводятся ниже.

ОТСТОЙНИКИ

Получение синтетических пигментов в малотоннажных произ-
одствах методом осаждения проводят в реакторах перподиче-
кого действия, представляющих собою цилиндрический сосуд

(чан) с мешалкой. Часто этот реактор используют как отстойник
проводя в нем сгущение суспензии и промывку осадка репульпа
ционным методом.

Периодический характер работы реактора-отстойника, потер]
продукта при сливе осветленной жидкости и низкая производи
дельность обусловили применение отстойников непрерывного дей
ствия с гребковой мешалкой. При использовании этих аппарате!
в качестве классификаторов их называют чашевыми классифика
торами с гребковой мешалкой.

Главные достоинства таких непрерывнодействующих отстой
ников: 1) сравнительно простая конструкция; 2) надежность
в эксплуатации; 3) вследствие большой емкости (буферности)
аппарата малая чувствительность к непродолжительным откло-
нениям свойств суспензии от нормальных и к небольшим пульса-
циям питания; 4) низкие скорости потоков суспензии, исключаю-
щие заметное разрушение агрегатов, что особенно важно для
тонких и весьма тонких суспензий, состоящих из агрегированных
частиц.

К недостаткам этих отстойников необходимо отнести весьма
низкую объемную производительность, обусловливающую их гро-
моздкость. Поэтому отстойники непрерывного действия обычно
применяют при скорости осаждения ^0,1 м/ч, что в зависимости
от плотности частиц (агрегатов) соответствует их минимальному
размеру 5—10 мкм.

Возможность значительного увеличения скорости осаждения
за счет введения в суспензию коагулянтов и флокулянтов создает
перспективу более широкого применения отстойников непрерыв-
ного действия при репульпационном методе промывки (вместо
дорогостоящих фильтров).

В пигментных производствах отстойники непрерывного дей-
ствия используют для разделения (сгущения) суспензии красного
железоокисного пигмента, бланфикса, двуокиси титана после ее
поверхностной обработки, железного купороса в растворе солей
титана и других металлов, а также при выщелачивании «плава»
сернистого бария, улавливания ценных или токсичных веществ
из фильтратных и сточных вод.

Расчет отстойника непрерывного действия с гребковой мешал->
кой состоит из двух частей — определения его площади (диаметра),
и высоты.	'

Через все горизонтальные сечения отстойника при сгущении .
суспензии	проходит	одна и	та же масса	твердого	вещества. Пло-£

щадь отстойника	F	(в	м2)	рассчитывают	по	уравнению:	S)

F = чкпУ°	(V-1)1

3(300	п

где G — количество твердой фазы в суспензии, поступающей на.
сгущение, кг/ч; Ро — объем жидкой фазы, отделяемой при сгу-*
щении 1 кг твердой фазы, м3/кг; t^oc — скорость осаждения, м/с;^'
Ki — коэффициент, учитывающий, что скорость подъема жидкости 4

должна быть ниже скорости осаждения и что отдельные партий
суспензии могут несколько отличаться по скорости осаждения
(Ki = 1,5 4-2); К2— коэффициент, учитывающий неравномерность
потоков в отстойнике (К2 = 1,3-4- 1,5).

Значение Vo рассчитывают по следующему уравнению:

v°_ ( 100 — Ф1 _ 100 - <р2 )/рж	(v'2)

ьнгде (pi — относительная влажность исходной суспензии, % (масс.);
’ф2 — относительная влажность сгущенной суспензии, % (масс.);
.ррж — плотность жидкой фазы суспензии, кг/м3.

j. Пигментные суспензии полидисперсны, агрегированы и имеют
з-концентрацию твердой фазы, при которой протекает стесненное
з-осаждение. Поэтому скорость а?Ос, входящую в уравнение (V-1),
? определяют экспериментально.

В процессе сгущения суспензии изменяется ее концентрация
и скорость осаждения. Расчетная поверхность осаждения может
. получиться максимальной не при концентрации твердой фазы
-1в исходной суспензии, а при более высокой, возникающей при
осаждении суспензии. Поэтому площадь осаждения необходимо
fрассчитать для возрастающих концентраций твердой фазы (через
20—50 г/л), исходя из экспериментальной кривой скорости осаж-
дения, и принять ее наибольшее значение.

Установив максимально необходимую площадь осаждения, на-
ходят диаметр отстойника D (в м):

D = V4FMaKC/«	(V-3)

Диаметры отстойников нормализованы (от 3 до 18 м они воз-
растают через 3 м, а от 18 м — через 6 м), и высота отстойников
обычно достаточна для уплотнения сгущаемой суспензии.

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой и ко-
нусным днищем изображен на рис. V-1. В корпусе 1 отстойника
медленно вращается вал мешалки 2. Лопасти мешалки 4 снаб-
жены гребками 3. Загрузочная воронка 9 имеет днище с неболь-
шими отверстиями для устранения взмучивания суспензии в ре-
зервуаре струей поступающей суспензии. Осветленная жидкость
или суспензия, освобожденная от крупных зерен (при классифи-
кации), поступает в кольцевой желоб 7 и сливается из него через
патрубок 8, а осадок перемещается гребками к разгрузочному
патрубку 5. Во избежание взмучивания осадка окружная скорость
мешалки не должна превышать 0,1—0,2 м/с. Так как при внезап-
ной остановке мешалки осадок может сильно уплотниться на дне
резервуара и при последующем пуске мешалки вызвать поломку
нопастей, с помощью штурвального колеса 10 или механизиро-
ванного устройства можно поднимать лопасти при необходимости
ютановки мешалки. На нижний конец вала 2 насажены неболь-
шие лопасти 6, устраняющие забивку разгрузочного патрубка 5
•садком. Козырек 13 служит для исключения засорения кромки

порога механическими загрязнениями, нарушающими равномер*
ность слива осветленной жидкости вдоль всего порога.

Механизм вращения гребков снабжен специальным сигнально-
предохранительным устройством, что обеспечивает предотвраще-
ние их поломки при перегрузке отстойника или внезапной оста-
новке мешалки. При нагрузке на мешалку, близкой к предельной,
включается сигнальное устройство, при перегрузке—автомати-
чески выключается электродвигатель привода и обеспечивается
автоматический подъем гребков [4].

Рис. V-1. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой:

/ — корпус; 2— вал мешалки; 3— гребки; 4, 6 — лопасти мешалки; 5—разгрузочный патрубок;

7 — кольцевой желоб; 8 — патрубок для слива; 9 — загрузочная воронка; 10 — штурвальное ко-
лесо для подъема лопастей с гребками; 11 — привод мешалки; 12 — крышка; 13—козырек.

В пигментных производствах на каждый метр длины кольце- ]
вого желоба сгустителей сливается 0,2—1 м3/ч осветленной жидко-1
сти. При столь малом отношении расхода жидкости к длине слив-1
ного порога высота «водослива» составляет доли миллиметра, j
Поэтому незначительная разница в высотах порога сливного же-1
лоба вызывает местные стоки жидкости, резко нарушающие рав-1
номерное распределение потока по сечению отстойника.	I

Для обеспечения равномерного потока по сечению отстойника
рекомендуют сливать осветленную жидкость в кольцевой желоб
через ряд симметрично расположенных небольших отверстий
(рис. V-2). Расход жидкости через затопленное отверстие пропор-
ционален ^Jh (где h — высота столба жидкости над осью сим-II
метрии отверстия). Следовательно, небольшая разница в высотахJ
отверстий мало сказывается на равномерности расхода. Конструк-ч
ция сливного желоба, изображенная на рис. V-2, исключает необ-1
ходимость в защитном козырьке (см. рис. V-1), устраняющем!

r3-

Й

отложение на кромке порога щепы и других загрязнений, и глав-
ное позволяет легко контролировать по вытекающим струйкам
равномерность стока жидкости по всей длине желоба, что нельзя
осуществить при сливе через верхнюю кромку.

В отстойниках непрерывного действия с гребковой мешалкой
возникают радиальные потоки сгущаемой суспензии и осветленной
жидкости. Замена загрузочной воронки с отверстиями (см.
рис. V-1) воронкой с боковыми отверстиями заметно улучшает
эффективность работы отстойника [5].

Отстойники могут быть одно- и многоярусными. В производ-
ствах пигментов распространены одноярусные отстойники, так как

Рис V-2. Конструкция желоба:
1 — корпус; 2— желоб; 3 —патру-
бок для отвода осветленной
жидкости; 4 — сливные отверстия.

Рис. V-3. Схема установки отстойника непрерыв-
ного действия:

1—отстойник; 2—ковшевой дозатор; 3—мерный
цилиндр; 4—насос-дозатор; 5 —бак с мешалкой;

6—насос.

многоярусные более сложны в эксплуатации и менее доступны
для ремонта.

Корпус отстойника может быть изготовлен из бетона, стали,
дерева и при необходимости футерован или обложен материалом,
стойким к агрессивным средам.

Отстойники непрерывного действия и классификаторы чувстви-
тельны к нарушениям равномерного питания и отбора сгущенной
суспензии (шлама). Поэтому совершенно равномерная, отрегули-
рованная подача исходной суспензии и бесперебойный отрегули-
рованный отбор шлама (насосами с регулируемой объемной про-
изводительностью, автоматически работающим клапаном, разгру-
жающим пульпу по ее плотности и т. п.) являются обязательными
условиями нормальной эксплуатации отстойников. Схема уста-
новки отстойника непрерывного действия (рис. V-3) предусмат-
ривает вспомогательные устройства, обеспечивающие надлежащие
условия его эксплуатации. В последние годы вместо диафрагмен-
ного регулируемого насоса-дозатора часто применяют автомати-
ческий клапан с плотномером, разгружающий пульпу заданной
плотности.

При соответствующих скоростях подъема жидкости отстойник
будет выполнять функцию классификатора. В этом случае слиш-
ком высокая концентрация твердой фазы ухудшает эффективность
классификации. Поэтому классификации подвергают суспензии с
низкой концентрацией твердой фазы, обычно разбавляя исходную

суспензию возвратными водами и пептизируя суспензию с по-
мощью специальных добавок.

Отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой,
применяемые для классификации суспензий (чашевые классифи-
каторы), по конструкции не отличаются от изображенного на
рис. V-1 аппарата, но обычно имеют малую высоту корпуса.
> *

ГИДРОЦИКЛОНЫ

В гидроциклонах осаждение частиц протекает в поле центро-
бежных сил, во много раз превышающем гравитационное поле,

поэтому их объе

Рис. V-4. Гидроцик-
лон:

1 — корпус; 2—входной
патрубок; 3—сливная
трубка со съемной на-
насадкой; 4 — разгру-
зочный патрубок со
съемной насадкой;

5—вставка.

Г идроциклон

мная производительность в тысячи раз выше, чем
у отстойников и чашевых классификаторов не-
прерывного действия с гребковой мешалкой.

Достоинства гидроциклонов: 1) весьма высо-
кая объемная производительность; 2) предель-
но простая конструкция; 3) при классификации
концентрация суспензий может быть выше, чем
при использовании чашевых классификаторов с
гребковой мешалкой.

К особенностям и недостаткам этих аппара-
тов следует отнести: 1) возможность отделения
на гидроциклонах частиц крупностью >30—
40 мкм, а на мультигидроциклонах — частиц
крупностью >15—20 мкм; 2) большую чувстви-
тельность к небольшим изменениям концентра-
ции и дисперсионного состава суспензии вслед-
ствие чрезвычайно малой их емкости (буферно-
сти); 3) высокие скорости потоков, которые мо-
гут вызвать разрушение агрегатов, что услож-
няет (или делает невозможным) повышение сте-
пени агрегации частиц с помощью коагулянтов
или флокулянтов.

В пигментных производствах батарейные
мультигидроциклоны применяют для сгущения
литопонной суспензии (см. рис. 1-3), а гидроцик-
лоны — для грубой классификации красного же-

лезоокисного пигмента и литопона с отделением
частиц крупностью > 30—40 мкм. Для обеспе-
чения высокого качества пигментов при класси-
фикации необходимо отделять частицы крупнее
2—10 мкм, поэтому гидроциклоны могут быть
использованы для грубой — первой ступени —
классификации.

(рис. V-4) состоит из цилиндро-конического кор-

пуса /, в который через суживающийся входной патрубок 2 тан-
генциально поступает исходная суспензия. Осветленная жидкость
(или суспензия с низким содержанием крупных классов зерен при
классификации) выводится через сливную трубку 3, а сгущенная

суспензия (или так называемые пески при классификации) — через
разгрузочный патрубок 4.

Поступающий тангенциально поток суспензии, вращаясь
с большой скоростью и опускаясь спиралеобразно к вершине ко-
нуса, приводит во вращательное движение его содержимое. В ре-
зультате большой скорости вращения, т. е. высокой тангенциаль-
ной скорости суспензии, в гидроциклоне образуется воздушный
столб, давление в котором ниже атмосферного и вдоль которого
движется жидкость к сливной трубке.

Помимо тангенциальных имеют место радиальные, вертикаль-
ные и циркуляционные потоки, обладающие значительно меньшей
скоростью, но создающие сложный характер движения в гидро-
циклоне [6, 7].

Поле центробежных сил, возникающих в гидроциклоне, на-
столько велико, что на эффективность работы гидроциклона не
влияет, установлен ли он, как обычно, вертикально — вершиной
конуса вниз, горизонтально или в наклонном положении.

Для определения предельного размера частиц, отделяемых на
гидроциклоне при классификации суспензий, и производительно-
сти гидроциклонов предложено большое число различных расчет-
ных уравнений [6—8].

По расчетным уравнениям, используемым при обогащении
руд [6], при неизменных свойствах суспензий и для данной модели
гидроциклона имеют место следующие функциональные зависи-
мости:

1)	для предельного размера отделяемых частиц d4. пр от кон-
структивных размеров гидроциклона и давления суспензии на
входе в гидроциклон Pq

/	а \ 0’5

/ А

(V-4)
о Л V

2) для производительности циклона Vo

^сАх^’5
а0’2

(V-5)

где D — диаметр цилиндрической части гидроциклона; dCJl— диа-
метр сливной трубки; а — угол конусности конической части гид-
роциклона; б/вх — диаметр (эквивалентный) входного патрубка.

Из зависимости (V-4) видно, что чем меньше диаметр гидро-
циклона, угол конусности и значение отношения dcjd^ и чем
выше давление суспензии на входе в гидроциклон (скорость сус-
пензии на входе), тем меньшего размера частицы можно отде-
лять. В пигментных производствах применяют гидроциклоны
D = 50-4- 100 мм, и при столь небольших диаметрах удается
отделить частицы размерами не менее 30—40 мкм. На батарейных
мультигидроциклонах D= 10-4-25 мм можно отделить частицы
размерами 15—20 мкм.



Рис. V-9. Батарейный мультигидро-
циклон:

1— корпус; 2 — дно; 3. 4—перегородки;

5 — труба;	6 — мультигидроциклоны;

7 — прокладка; 8— крышка; 9— патрубок;

10— насадка.

скорости суспензий на входном патрубке устанавливают запорное
приспособление, а для контроля давления — манометр.

Вследствие весьма малой емкости гидроциклона и необходи-
мости при изменении свойств суспензии и скорости ее подачи соот-
ветственно изменить диаметры разгрузочного патрубка и сливной
трубки возникает проскок крупных классов зерен в слив либо
получается большое содержание тонких классов зерен в песках.

Одним из способов поддержания постоянства концентрации
твердой фазы в песках является применение разгрузочной насадки
с автоматически регулируемым^се^
чением разгрузочного отверстия по
заданной плотности сгущенной сус-
пензии (рис. V-6). Резиновая ман-
жета 2, зажатая с обеих сторон
кольцом 3, образует цилиндриче-
скую резиновую разгрузочную на-
садку Ее сечение изменяется пода-
чей в пространство между манже-
той и кольцом через трубку 5 сжа-
тых воды или воздуха, давление
которых регулируется с помощью
плотномера, установленного на по-
токе песков.

Постоянство концентрации твер-
дой фазы в песках не гарантирует
отсутствия проскока грубых ча-
стиц в слив и надежной работы
гидроциклона. Установка перед гид-
роциклонами большой буферной
емкости позволяет усреднить свой-
ства суспензии, но не устраняет пол-
ностью возможности нарушения эф-
фективной работы гидроциклона.

Последовательное соединение двух гидроциклонов в размоль-
ном агрегате (рис. V-7), в котором второй гидроциклон является
контрольным, заметно повышает эффективность классификации
[6] и сгущения (см. рис. 1-3). В контрольном циклоне подбирают
такое соотношение диаметров насадки разгрузочного патрубка
и насадки сливной трубки и такие их абсолютные размеры, при
которых гарантировано получение слива, не содержащего крупных
классов зерен в большем количестве, чем установлено. Однако
при этом возможен большой проскок тонких классов зерен в пески.
Поэтому пески из контрольного гидроциклона возвращают
в мельницу.

С целью повышения надежности и эффективности гидро-
циклонов разработан ряд схем автоматического регулирования
[6, 9].

Конструкция батарейного мультигидроциклона из горизон-
тально расположенных фарфоровых мультигидроциклонов пока-

зана на рис. V-8. Батарейные мультигидроциклоны (рис. V-9) мо-
гут быть образованы внутри блока материала (резины, полиуре-
тана и др.) методом прессования.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ отстойников
и ГИДРОЦИКЛОНОВ

При разделении суспензий на жидкую и твердую фазы глав-
ными способами повышения производительности и эффективности
(полноты отделения твердой фазы) отстойников и гидроциклонов
являются: 1) повышение степени агрегации частиц введением
в суспензию коагулянтов и флокулянтов, изменением pH среды;

2)	осаждение хлопьевидного
жение вязкости среды пу-
тем повышения температу-
ры суспензии; 4) увеличение
концентрации твердой фазы
в суспензии; 5) применение
в отстойниках конструкции
сливного желоба, показан-
ной на рис. V-2; 6) повыше-
ние давления суспензии на
входе в гидроциклон; 7) оп-

на тонких частицах; 3)

осадка

сни-

Рис. V-10. Схема установки отстойника непре-
рывного действия с электрокоагуляционной ка-
мерой:

1 — приемник фильтратных вод; 2, 9 — насосы;

3 — электрокоагуляционная камера; 4 — электроды;
5—приемный желоб; 6—коллектор; 7—трубопро-
вод; 8—отстойник непрерывного действия с греб-
ковой мешалкой.

тимальное

соотношение

диаметров насадок патруб-
ков в гидроциклоне.

Примеры использования
перечисленных выше спосо-
бов при осаждении суспен-
зии пигментов приведены

в литературе [10]. Применение в последние годы ряда флокулян-
тов позволило значительно ускорить осаждение суспензии пигмен-
тов и шламов производства двуокиси титана [11 —13].

Разработан и успешно внедрен оригинальный способ коагуля-
ции двуокиси титана в фильтратных водах гидратом окиси алю-
миния с возвратом уловленного продукта в цикл [14].

Фильтратные воды из приемника фильтратных вод 1 с по-
мощью насоса непрерывно поступают в электрокоагуляционную
камеру 3 и омывают в ней алюминиевые электроды 4 (рис. V-10).
Образующийся тонкодисперсный гидрат окиси алюминия коагу-
лирует суспензию двуокиси титана, и она из коагулятора перели-
вается в приемный желоб 5, а из него по коллектору 6 движется
самотеком через трубопровод 7 в отстойник непрерывного дей-
ствия 8. Электрокоагуляционная камера работает на постоянном
токе, получаемом с помощью однофазных сварочных трансфор-
маторов. Продолжительность пребывания в ней фильтратных вод
составляет приблизительно 60 с. Электрокоагуляция позволила
снизить содержание двуокиси титана в сливе из отстойника с 0,3—
1 до 0,01—0,14 г/л, одновременно повысив скорость осаждения..

мешивание суспензии и применение мешалок кавитационного типа
могут значительно ускорить процесс экстракции солей [1, 2].

Существуют два принципиально отличных способа многосту-
пенчатой репульпационной промывки — прямоточный и противо-
точный.

Особенностью прямоточного способа (рис. VI-l,a) является
подача воды на каждую ступень промывки при последовательном

Рис. VI-1. Схемы промывки осадков репульпационным методом:	‘

а—прямоточное движение промывной воды и твердой фазы; б — противоточное движение про-

мывной воды и твердой фазы;	L

1—111— ступени промывки; 1 — репульпатор; 2—аппарат для сгущения суспензии.	|

прохождении твердой фазы суспензии через все ступени. При про-
тивоточном способе (рис. VI-1, б) промывная жидкость движется
навстречу твердой фазе суспензии, вода поступает на последнюю
ступень промывки осадка, а промывная жидкость, прошедшая
все ступени и наиболее насыщенная солями, отводится с первой
по ходу твердой фазы ступени.	I

В случае применения репульпационного метода промывки на
расход воды, число и размеры аппаратов для сгущения суспензии
кроме индивидуальных свойств продукта (его растворимых и не-
растворимых частей) и необходимого снижения содержания солей
большое влияние оказывают число ступеней промывки, способ
промывки (прямоточный или противоточный) и содержание жид-
кой фазы в сгущенной суспензии.

„а.

В расчетах репульпационного метода промывки условно при-
нимается, что все водорастворимые соли находятся в жидкой фазе
исходной суспензии и промывка протекает за счет разбавления.
Принимается также одинаковая степень разбавления суспензии
на всех ступенях промывки, дающая наименьший расход воды.

В пигментах допускается некоторое регламентированное коли-
чество водорастворимых солей. Обозначив начальную концентра-
цию солей в жидкой фазе исходной суспензии через сн, а на по-
следней ступени промывки — через ск (соответствует допустимому
содержанию солей в пигменте после сушки сгущенной суспензии),
получим необходимую степень снижения концентрации солей при
промывке, равную отношению сн/ск.

Необходимое разбавление сгущенной суспензии при репульпа-
ционной прямоточной многоступенчатой промывке рассчитывается
по уравнению:

Л':Т	(vi-i)

Ж2:Т	Л/ с„	'

где Ж1 : Т — отношение массы жидкой фазы на единицу массы
твердой фазы после разбавления суспензии; Ж2  Т — отношение
массы жидкой фазы на единицу массы твердой фазы после сгуще-
ния суспензии, п — число ступеней промывки. Значения сн и ск
выражены в процентах (массовых).

Расход воды V (в м3/т) на промывку твердой фазы опреде-
ляется по уравнению:

V = n [(Ж1:Т)-(Ж2:Т)]	(VI-2)

или

|/ = п(Ж2:Т) 'т------1)	(VI-3)

В уравнениях (Vl-2), (VI-3) условно принято, что исходная
суспензия поступает с концентрацией твердой фазы, соответствую-
щей Ж1: Т, и плотность получаемых растворов солей приравнена
к плотности воды.

Подставив значение Ж1 : Т из уравнения (VI-1) в уравнение
(VI-3), имеем:

V = п (Ж2 : Т)	- 1

При противоточном способе многоступенчатой промывки необ-
ходимое разбавление суспензии в результате репульпации рассчи-
тывают по соотношению [3]

а =	(VI-5)

(VI-4)

в котором значение а сначала определяют по уравнению:

сн/гк = 1 + а + а2 + а3 + ... + ап	(VI-6)

где п — число ступеней промывки.

Численное значение а более удобно находить не по уравнению
(VI-6) методом последовательных приближений, а с помощью
диаграммы (рис. VI-2).

Расход воды на промывку V (в м$/т) при противоточном спо-
собе:

V = (Ж1 •• т) - (Жг : Т)	(VI-7)

Из уравнений (VI-4), (VI-6) следует, что расход воды сни-
жается с увеличением числа ступеней промывки. В табл. VI-1
п^йведены результаты расчетов по уравнениям (VI-4) и (VI-7),

Рис. V1-2. Диаграмма для расчета противоточной промывки (построена И. А. Горловским).

показывающие, во сколько раз снижается расход воды по сравне-
нию с расходуемой при одноступенчатой промывке в зависимости
от значения отношения числа ступеней и способа промывки.

Данные табл. VI-1 остаются неизменными при любых значе-
ниях отношения Жг • Т в сгущенной суспензии. Из этих данных
могут быть сделаны следующие выводы: 1) увеличение числа сту- [
пеней промывки непрерывно снижает расход воды, сначала бы- [
стро, затем медленнее; 2) чем выше значение сн/ск, тем в боль- I
шей мере снижается расход воды при одинаковом числе ступеней |
промывки; 3) при прочих равных условиях (n = const, сн/ск = г
= const) в случае противотока расход воды ниже и увеличение |
числа ступеней промывки снижает расход воды в большей мере, I
чем при прямотоке.

В производстве пигментов обычно ск1ск >» 100, и из табл. VI-1
следует, что уже промывка при п = 3 -4- 5 позволяет снизить рас-
ход воды в десятки и сотни раз по сравнению с одноступенчатой.

Таблица VI-1

Зависимость относительного снижения расхода воды
при прямоточной и противоточной репульпационной промывке
от значения отношения сн/ск, числа ступеней и способа промывки

Способ промывки	Относительное снижение расхода воды при различных значениях п			
	2	3	4	5

Прямоток
Противоток

Сн/СК -- 10

Прямоток
Противоток

Прямоток
Противоток

	2,1  3,5	2,7  5,4	2,9  6,7	3,1  7,5
Сц/Ск :	= 100			
	5,5  10,5	9,1  23	11,5  35,0	13,0  44,0
Сн/СК -	= 1000			
	16  32	37  103	54  187	67  266

На основании расчетов по уравнениям (VI-4) и (VI-7) полу-
чены следующие данные об относительном снижении расхода
воды при переходе от прямоточной промывки к противоточной:

Сн/ск		Число ступеней промывки		
	2	3	4	5
10	1,7	2,1	2,3	2,4
100	1,9	2,5	3,0	3,4
1000	2,0	2,8	3,5	4,0

Таким образом, при одинаковом числе ступеней промывки про-
тивоток позволяет в несколько раз снизить расход воды.

Представление о том, что при противоточном способе про-
мывки резко увеличивается концентрация солей в растворе по
сравнению с прямоточным, является неправильным. Ниже приво-
дится сопоставление концентрации солей в растворе при промывке
сернокислого бария прямоточным (с') и противоточным (с) спо-
собами [4]:

Ступень (по ходу материала)	с', г/л	с, г/л	-^-100 с
I	9,03	9,45	104
II	1,63	1,79	НО
III	0,295	0,33	112
IV	0,053	0,053	100

По уравнению (VI-4) расход воды возрастает с увеличением
Ж2: Т. Наименьшее влагосодержание достигается на фильтр-
прессе ФПАКМ, за ним следуют другие типы фильтров, затем
центрифуга типа НОГШ, а отстойники дают легкотекучую суспен-
зию с высоким влагосодержанием.

Степень сгущения суспензии необходимо оценивать не по отно-1
сительной влажности сгущенной суспензии ср, а по абсолютному ;
влагосодержанию Ж2: Т. Например, при ср —50%, полученной на ;
фильтре, и ср = 80% при переходе на отстойник относительная ;
влажность увеличивается в 1,6 раза, а абсолютное влагосодер-
жание — в 4 раза.

* При постоянной концентрации солей в жидкой фазе суспензии 1
на последней ступени промывки их содержание в высушенном
осадке пропорционально Ж2  Т. Поэтому при использовании |от-
стойников на последней ступени промывки часто устанавливают 1
фильтр. Это позволяет снизить отношение (Ж1 : Т)/(Ж2 • Т) на
всех ступенях промывки и, соответственно, расход воды.	|

Следовательно, расход воды на промывку снижается при при-
менении противоточного способа вместо прямоточного, с увеличе-
нием числа ступеней промывки и при использовании аппаратов,
позволяющих получить минимальное отношение Ж2: Т.	|

Противоточный способ че только снижает расход воды, но |
и тем самым уменьшает количество получаемых промывных вод. f
В настоящее время извлечение или обезвреживание веществ, со-
держащихся в промывных водах, является обязательным усло-
вием, диктуемым санитарными нормами. Чем меньше объем про-
мывных вод, тем проще и дешевле их обработка перед спуском
в водоемы. Поэтому противоток приобретает особые преимуще-
ства, и необходимо стремиться к его применению.	i

С повышением числа ступеней промывки снижается расход
воды и, соответственно, суммарная производительность (поверх-
ность фильтрования или осаждения) аппаратов, используемых для
сгущения суспензии. Однако при этом возрастает минимально не-
обходимое число аппаратов для сгущения, так как на каждой
ступени требуется установка не менее одного аппарата.

Поскольку расход воды с возрастанием числа ступеней про-
мывки п снижается все медленнее, то при чрезмерном увеличении
п экономия за счет сокращения расхода воды может не окупить
эксплуатационные расходы, связанные с установкой большего
числа аппаратов.

При применении фильтров или центрифуг вместо отстойников
снижается в 2—3 раза отношение Жг • Т и, соответственно, расход
воды. Помимо этого, при использовании в репульпационном спо-
собе промывки фильтров можно еще в большей мере снизить рас-
ход воды за счет частичной промывки осадка на фильтре.

Вместе с тем для ряда типов фильтров, особенно в кислото-
стойком исполнении, эксплуатационные и капитальные затраты
значительно выше, чем для отстойников. Поэтому выбор опти-
мального числа ступеней промывки и оптимального типа аппарата
зависит от стоимости воды, применяемой для промывки, расходов,
связанных с очисткой сточных вод, и от капитальных и эксплуа-
тационных затрат, связанных с применением оборудования для
промывки осадка.

F Путем технико-экономического сопоставления различных типов
аппаратов, пригодных для сгущения данной суспензии, находится
оптимальный из них.

В пигментных производствах при сравнительно низких значе-
ниях Сн!ск= 10 4-30 (промывка свинцовых и цинковых кронов,
синтетических желтых и красных железоокисных пигментов, же-
лезной лазури) обычно применяют две-три ступени промывки.
Когда значение сн/ск составляет несколько сот и достигает тысячи
(промывка метатитановой кислоты, бланфикса для фотобумаги,
пигментов для художественных красок) число ступеней промывки
составляет четыре — шесть.

Для сгущения суспензий наиболее часто используют фильтры
и отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой.

ПРОМЫВКА ФИЛЬТРОВАНИЕМ ПРОМЫВНОЙ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ
СЛОЙ ОСАДКА И КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПРОМЫВКИ

Рис. VI-3. Изменение концентрации
солей в промывных водах на различ-
ных стадиях промывки осадка |5].

Процесс промывки слоя осадка, находящегося на фильтро-
вальной поверхности фильтров или центрифуг, пропусканием че-
рез него промывной жидкости является сложным.

Промывка осуществляется после образования на фильтроваль-
ной поверхности слоя осадка, в котором капиллярные сообщаю-
щиеся каналы, имеющие различ-
ные размеры и расположение, и
микротрещины в частицах твердой
фазы заполнены раствором солей.

На рис. VI-3 [5] показано изме-
нение концентрации с солей в рас-
творе, получаемом в процессе про-
мывки, в зависимости от отноше-
ния объема воды, пропущенной че-
рез слой осадка (Vn. ж), к объему
отмываемого раствора, заполнявше-
го поры (Vo). В начале процесса
промывки (первая стадия) неболь-
шим объемом воды (Vn. ж/1%=1)

из наиболее крупных капилляров вытесняется примерно 50—70%
отмываемого раствора и концентрация получаемых промывных
вод высока (на рис. VI-3 за 100% принята концентрация солей
з отмываемом растворе). Для вытеснения раствора из каналов
меньших размеров (вторая стадия) расходуются большие
эбъемы воды вследствие ее непрерывного прохождения и через
крупные каналы, из которых уже вытеснен отмываемый раствор.
Из поперечных каналов, капиллярных каналов внутри агрегатов
1 микротрещин в первичных частицах процесс промывки (третья
стадия) протекает очень медленно за счет диффузии солей из
омываемого раствора в менее насыщенные растворы. При про-
лывке диатомита и мела [5] было израсходовано на вымывание
>0—70% солей около 20%, от 50—70 до 97—98% — приблизитель-

3,5—	5 вместо 6 позволяет значительно снизить расход водь’
и ускорить процесс промывки.

Указанными выше способами можно достичь также увеличе
нпя степени промывки при том же расходе воды или при одно
временном снижении ее расхода.

При промывке фильтрованием промывной жидкости через слои
осадка расход воды снижается: 1) подбором оптимальных/Тол
щины слоя осадка и температуры промывной жидкости; 2) [сни-
жением скорости потока промывной жидкости на третьей (диф-
фузионной) стадии промывки; 3) повышением давления при про-

мывке легко сжимаемых осадков и др. Например, при промывке
метатитановой кислоты было показано [7], что на листовых ва-|
куум-фильтрах при первой промывке оптимальная толщина слоя^:

осадка составила 25—30 мм, а при второй — 40 мм.

Пути интенсификации работы аппаратов, применяемых для*3'

проведения процесса промывки, рассмотрены в предыдущих гла-
вах. Увеличение их производительности и эффективности способ- I
ствует повышению эффективности промывки.

ЛИТЕРАТУРА
/	я

1.	Брук О. Л. Процессы промывки осадков. М., Недра, 1973. 216 с.	I

2.	Барам А. А. — Химическая промышленность, 1964, № 2, с. 39—42.	Р

3.	Батунер Л. М., Федоров К. С. Методы расчета промывки осадков. М. — Л.,
Оборонгиз, 1939. 128 с.

4.	Козулин Н. А., Горловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

5.	Мужиков В. А. Фильтрование. М., Химия, 1971. 440 с.

6.	Горелик Д. С., Казакова О. А. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1961, № 5, с. 79—80.

7.	Костарев В. В., Злоказова Т. А., Строгальщиков Б. С. и др. Новое в техно-
логии получения двуокиси титана. Сб. работ НИПРОИНС. Челябинск, Южно- 
Уральское кн. изд-во, 1976. 272 с.	I

Глава VII

СУШИЛКИ

Синтетические пигменты получают в виде водных паст, подле-
жащих сушке. Сушке подвергают также природные пигменты,
аполнители и некоторые виды сырья. Поэтому в пигментных про-
зводствах широко применяются сушилки.

Процесс сушки может влиять на свойства пигмента, так как
ри его проведении водные пасты пигментов нагреваются до тем-
гратуры 50—80°C и в конце сушки температура пигмента может
оиблизиться к температуре сушильного агента (газа, омываю-
,его поверхность пигмента). В зависимости от типа сушилки-.при
хной и той же температуре сушильного агента длительность
?шки колеблется от нескольких часов до нескольких десятков
жунд. Температура сушильного агента может составлять 100—
)0°С. Максимальная температура пигмента в конце сушки мо-
ет приблизиться к температуре сушильного агента на входе
сушилку или отличаться от нее на несколько сот градусов. Из-
биение свойств одних пигментов вызывается длительным нагре-
1нием водных паст, других — высокой температурой пигмента
конце сушки или обоими этими факторами.

При длительной сушке свинцовых кронов (несколько часов)
: цвет ухудшается. Это связано с тем, что в водной среде при
мпературе выше 40—50сС метастабильная ромбическая синго-
[я переходит в стабильную моноклинную и частицы укрупняются

. Чем ниже светостойкость крона, тем больше ухудшается цвет
. Переход от сушилок с длительностью сушки, составляющей
сколько часов, к сушилкам с фонтанирующим слоем инертного
сителя с длительностью сушки, измеряемой минутами, позволил
шить термолабильные свинцовые и свинцово-молибдатные крона
и температуре сушильного агента на входе в сушилку 250—
О °C без влияния на цвет пигмента и повысить красящую спо-
бность желтого железоокисного пигмента на 30% [3—6].

Таким образом, при сушке большое значение имеет правиль-
й выбор типа сушилки и режима проведения процесса.

Сушка является термодиффузионным процессом, скорость ко-
эого зависит от скорости переноса теплоты и влаги (дпффу-
бй, капиллярными силами) внутри материала и переноса влаги
юверхности материала в окружающую среду [7].

Кинетика сушки, т. е. изменение влажности материала в про-
чее сушки, зависит от индивидуальных свойств материала, его

формы и размеров, условий обтекания воздухом или подвода теп-
лоты, выбранного варианта и режима сушки, типа сушилки.

На рис. VII-1 показано изменение скорости испарения влагь
при сушке паст двух пигментов, отформованных в виде пластин

при конвективном методе сушки, т. е. в потоке нагретого воздухе
рушильного агента), омывающего материал. Кривые скорость
сушки делятся на три участка: период подогрева материала-J пе
риод постоянной (ui) и период падающей (и2) скорости сушки.

Для расчета и\ предложены критериальные и эмпирические*
уравнения с коэффициентами, зависящими от значения критерия
Рейнольдса [7, 8]. Для
оценки факторов, влияю-
щих на {в кг/(м2-ч)],
может быть использова-
но следующее уравне-
ние [9]:

Рис. VII-1. Графики скоростей атмосферной сушки
паст литопона (/) и свинцового крона (2).

ф. . Фо —точки критической влажности.

*кр ^кр

ui=5,6  I0-4 (гир)0,3 (Рн—Рп)=
= 3,6-103-у-(/с-/м) (VII-1)

покрывающей поверхность материала

где w — скорость сушиль-»
ного агента, м/с; р —|
плотность сушильного
агента, кг/м3; wp — мас-
совая скорость сушильно-
го агента, кг/(м2-с); Рн—
парциальное давление
насыщенного пара воды,
при температуре мокрого

термометра, Па; Рп — парциальное давление водяного пара в по-
ступающем сушильном агенте, Па; 8 — коэффициент, равный от-
ношению между геометрической поверхностью материала, омы-
ваемой потоком сушильного агента, и поверхностью воды, даю-
щей при одинаковых условиях обтекания одинаковый влагосъем;
а — коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к поверхно-
сти испарения, Вт/(м2-К); tc — температура сушильного агента,
К; /м — температура на поверхности испарения (соответствует

температуре мокрого термометра),
влаги при /м, Дж/кг.

г — теплота испарения

Удельная поверхность пластины неограниченных размеров Fys>
(в м2/кг), омываемой сушильным агентом с одной стороны:

Гуд = V/6

(VII-2)

где V — объем пасты в расчете
б — толщина слоя пасты, м.

Продолжительность сушки в
быть рассчитана по формуле:

на 1 кг сухого вещества, м3/кг;

этом периоде ti (в ч) может

уд

(VII-3)

де g'—количество влаги, испаряемое в период постоянной ско-
эсти сушки, кг/кг сухого вещества.

Подставив в формулу (VII-3) значение Рул из формулы (VII-2),
олучим:

2'Ъ

<v"-4>

Таким образом, продолжительность сушки Ti обратно пропор-
шональна удельной поверхности материала и для пасты, отфор-
ованной в виде пластины неограниченных размеров, прямо про-
орциональна ее толщине.

Проведенные исследования [10] по сушке ряда материалов
неподвижном слое в контактной сушилке подтверждают, что
тогда, когда теплота передается испаряемой влаге кондукцией,
1,ля периода постоянной скорости сушки влияние Pyjl и 6 на ti
вписывается уравнениями (VII-3), (VII-4). На величину wi не
'называют влияние свойства материала, так как вода покрывает
то поверхность сплошной пленкой.

На и2 влияет большое число факторов: индивидуальные свой-
тва материала, определяющие диффузию в нем влаги, форма
[ размеры материала, его температура, условия испарения влаги
: поверхности и т. д.

Кинетика процесса испарения влаги в периоде падающей ско-
)ости сушки рассмотрена в ряде работ [7—11].

Предложены формулы для расчета продолжительности этого
териода сушки (тг), но совокупное влияние всех факторов на
шнетику сушки настолько сложно, что надежные данные могут
5ыть получены только опытным путем.

По мере удаления от точки критической влажности <ркр, т. е.
влажности, при которой постоянная скорость сушки переходит
j падающую (рис. VII-1), на скорости сушки все в большей мере
жазывается скорость переноса влаги в материале. Когда она
станет определяющей, продолжительность сушки т? (в ч) будет
1еликом зависеть от коэффициента диффузии влаги в мате-
шале [11]:

де D — коэффициент диффузии; W'a— влагосодержание мате-
шала, при котором скорость сушки определяется диффузией
(лаги в материале; 1Гк — конечное влагосодержание материала.
Гаким образом

Т2 = /	/ ОТ	(VII-6)

\ Гуд )

Здесь п не является постоянной величиной и меняется на раз-
[ичных участках кривой падающей скорости сушки. Для большпн-
тва высушиваемых пастообразных материалов среднее значение
I колеблется от 1,5 до 2 [9].

1

Следовательно, с развитием удельной поверхности материал
т. е. с уменьшением толщины пластины, при сохранении неизме!
ными остальных условий, значительно сокращается длительное
всех периодов процесса сушки и общая продолжительность сушь
Тобщ может быть выражена функциональной зависимостью:

Тобщ -- f f п ----- f №П)

\ г 1
\ уд /

где 2 <Ц п 1.

Существенно, что с уменьшением толщины слоя пасты пош
жается значение критической влажности. Например, для литопон;
(ркр в зависимости от толщины слоя при равных условиях изме
нялась следующим образом [12]:

Толщина слоя литопона, мм...................6	12 19 25

Критическая влажность (в расчете на абсолютно
сухой продукт), %...........................6,4	8 12 16

При исследовании влияния толщины слоя паст двуокиси ти-
тана, красных и желтых железоокисных пигментов на фКр была
установлена следующая зависимость [13]:

г	I

ф,:р = f (60 4)	(VII-8)

Таким образом, с уменьшением толщины слоя материала по-
нижается фКр, а это означает, что большую часть влаги можно
удалить в периоде постоянной скорости сушки, т. е. тогда, когда
скорость испарения наибольшая, и тем самым значительно повы-
сить среднюю скорость сушки за оба периода.	।

Ускорение процесса сушки с увеличением удельной поверхно-
сти происходит при любой геометрической форме материала. g

В производстве пигментов сушке обычно подвергаются пасте!
образные материалы и развитие их поверхности достигается еле-’
дующими путями: 1) формовкой материала в виде ленты неболь-)
шой толщины; 2) формовкой материала в виде небольших!
кусочков, нитей или столбиков; 3) превращением пастообразного|
материала в сыпучий путем смешения с высушенным порошкооб-я
разным материалом (ретуром); 4) распылением; 5) измельчениемi
высушиваемого материала.	j

При сушке пасты свинцовых кронов на противнях слоем 30—'
40 мм продолжительность сушки составляет 20—45 ч, в виде!
ленты толщиной 10 мм или отформованной в виде кусочков раз-
мером 8—12 мм — 2,5—3 ч. превращенной смешением с ретуром
в сыпучий материал — десятки минут, тонко распыленной — де-
сятки секунд.

Сушка может быть ускорена повышением температуры су-
шильного агента. При прямотоке эта температура может достигать
высоких значений без перегрева материала (рис. VII-2).	(

Повышение скорости омывания материала потоком сушильного
агента также ускоряет сушку — уравнение (VII-1) и рис. VII-3.

Из рассмотрения кинетики процесса сушки следует, что наи-
<ее интенсивно он протекает при развитии поверхности мате-
;ла, применении сушильного агента с высокой температурой
хорошем обтекании материала сушильным агентом. Эти три
щовия и определили эволюцию типов сушилок, применяемых
впроизводстве пигментов. Раньше в пигментных производствах
дя сушки пастообразных материалов использовали камерные
сшилки с толстым неподвижным слоем материала, а в многотон-
нжных— петлевые сушилки с более тонким слоем материала.
•Зтем эти сушилки начали вытесняться сушилками с предвари-
иьной формовкой материала. В последние же годы все шире
вэдряются сушилки с фонтанирующим слоем инертного носителя.

с. VII-2. Графики изменения темпе-
гтур газа — сушильного агента (/) и
[териала (2) по длине барабанной
сушилки при прямотоке.

Рис. VII-3. Зависимость длительности сушки
пасты свинцового крона от скорости воздуха:
1 — 0,4 м/с; 2 — 0,5 м/с; 3—1 м/с.

Необходимо отметить, что сушилки с фонтанирующим слоем
|.териала или инертного носителя просты по конструкции и имеют
сокую объемную производительность, но требуют установки
авнительно сложных пылеулавливающих устройств.

Трудно найти другой процесс, который был бы представлен
ким разнообразием аппаратурного оформления, как сушка [8,
. Поэтому ниже дается списание только основных типов суши-
к, применяемых в отечественных и зарубежных производствах
гментов, а также некоторых сушилок, представляющих особый
терес для этих производств. При описании типов сушилок они
/ппируются по способу передачи теплоты высушиваемому мате-
алу [8]. Применяемый в производстве пигментов специфический
тод обезвоживания водных паст пигментов смачиванием пленко-
разующими веществами приводится в конце главы.

КОНВЕКТИВНАЯ СУШКА МАТЕРИАЛОВ В СЛОЕ

Камерные сушилки

Камерные (шкафные) сушилки периодического действия
4с. VII-4) с рециркуляцией и промежуточным подогревом воз-
<а представляют собой камеру, в которой на полочных ваго-
нках помещаются противни с пастообразными пигментами,
t	89

Ё процессе сушки с помощью смесительного клапана регулирую1
степень рециркуляции воздуха по степени его насыщения влагог
Шкафная сушилка с встроенными вентиляторным колесом
калорифером (рис. VII-5) имеет меньшее гидравлическое сопро
тивление, чем приведенная на рис. VII-4. Это позволяет увеличит]
скорость воздуха в камере и тем самым повысить объемную про
изводительность сушилки.

Вследствие большой толщины слоя пасты на противнях (30—
40 мм) длительность сушки составляет 20—45 ч.	I

Рис. VII-4. Камерная (шкафная) сушил-
ка [14J:

1 — вагонетка; 2—секция камеры; 3—ка-
мера; 4 — трубчатые калориферы; 5—ка-
налы для сушильного агента; 6 — вентиля-
тор; 7 — пластинчатый калорифер; 8 — воз-
духораспределительная решетка; 9 — при-
точный воздуховод; 10—вытяжной воздухо-
вод; 11— смесительный клапан.

Рис. VII-5. Шкафная сушилка с встроен-
ными вентиляторным колесом и кало-
рифером:

1 — камера; 2 — трубчатый калорифер;
3—вентиляторное колесо.

Достоинства шкафных сушилок:
кость перехода на другой пигмент;
жима сушки. Основные недостатки:

отсутствие пылеуноса; лег
гибкость регулирования ре
ручная загрузка и разгрузк;

противней; низкая производительность; большой расход теплоть
(3—4 кг пара на 1 кг испаренной влаги).	1

Раньше камерные сушилки широко применялись в пигментны:

производствах. В настоящее время они используются только дл5
сушки многомарочного ассортимента малотоннажных нетоксич
ных цветных пигментов, применяемых для производства художе
ственных красок.	i

Петлевые сушилки	1

Непрерывнодействующая петлевая сушилка для пастообраз
ных материалов представляет собой сушильную камеру, через ко
торую в виде петель проходит закольцованная сетка с ячейками
заполненными высушиваемым материалом.

Петлевая сушилка, применяемая для сушки литопона, с про-
межуточным подогревом и рециркуляцией воздуха по зонам изо-
бражена на рис. VII-6. В верхней части камеры 6 (ширина 4,6 м

ысота 4 м, длина 11 м), разделенной на две зоны, размещено
5 осевых вентиляторов 7 диаметром 1200 мм. Рециркулирующий
оздух, нагреваемый трубчатыми паровыми калориферами 13,
первой по ходу материала зоне направлен снизу вверх, во вто-
ой — сверху вниз. Отработанный воздух удаляется из камеры

И .

Рис. VII-6. Петлевая сушилка:

1	— питатель; 2—зубчатые валки;
3—щелевая насадка; 4—валки;

5	— ячейковая сетка; 6 — сушиль-
ная камера; 7 — осевой вентиля-
тор; 8 — вытяжной вентилятор;
9—цепной конвейер; 10—удар-
ник; 11 — ленточный транспортер;

12—втулка; 13— трубчатые па-
ровые калориферы; 14—пластин-
чатые паровые калориферы;

15—настил.

ытяжным вентилятором 8. Свежий воздух засасывается через
[аровые пластинчатые калориферы 14.

Паста из питателя 1 зубчатыми бронзовыми валками 2 выдав-
ливается через щелевую насадку 3 в виде ленты на непрерывно-
.вижущуюся ячейковую сетку 5 (ширина 1200 мм, длина 320 м),
зготовленную из тонкого полосового дюралюминия шириной
0 мм (рис. VII-7). Валками 4 паста впрессовывается в ячейки
лубиной 10 мм, затем сетка с вмонтированными в нее попереч-
ыми планками поступает в петлеобразователь, собирающий сетку

с помощью планок в виде петель высотой ~3 м и подвешиваю,
щий петли на цепной конвейер 9. При прохождении петель сетки
через камеру происходит усадка материала в ячейках. Для за-

лока. В конце камеры

Рис. VI1-7. Сетка петлевой
сушилки:

1 — полоса; 2 — проволока.

крепления материала внутри ячеек через них пропущена прово-.
по ходу сетки специальное устройстве!
выпрямляет петли. Встряхиванием сеткиЦ
ударником 10 высушенный материал
разгружается на ленточный транспор-
тер 11. Выпавшее в камере из сетки не-
большое количество материала падает
на настил 15 и собирается с него вруч-(
ную через окна в стенках камеры.

Во избежание загрязнения белого
пигмента продуктами коррозии железа
валики и все другие детали сушилки,
соприкасающиеся с литопоном, покрыть |
алюминием.	11

В петлевой сушилке толщина слоя пасты составляет 10—12 мм U
но так как материал омывается воздухом с обеих сторон ленты,|в
длительность сушки не превышает 2,5—3 ч.

При сушке литопона воздухом, нагретым с помощью паровые
калориферов до 85—90 °C, производительность сушилки по лито-л
пону составляет приблизительно 2 т/ч, по испаренной влаге—о0

Рис. VII-8. Петлевая сушилка с встроенными в камеру атмосферными газовыми горел-йм,
ками 115]:

1 — камера; 2—осевой вентилятор; 3 — сетчатая лента; 4—горелка; 5—инжекционная часть
горелки; 6 — коллекторная труба.

1 т/ч с расходом пара 2,1 кг на 1 кг испаренной влаги и тепловом
к. п. д. около 70%.	[

Производительность и тепловой к. п. д. петлевых сушилок зна-
чительно повышены заменой паровых калориферов поверхностью а
~ 1500 м2 встроенными в камеру атмосферными газовыми горел- г
ками (рис. VII-8) [15]. При переходе на обогрев смесью продук- X

'ов сгорания газов с рециркулирующим в сушилке сушильным
агентом возросла температура сушки, отпала необходимость в до-
рогостоящем паре.

Достоинства петлевых сушилок: большая производительность
единичной сушилки; отсутствие пылеуноса; сравнительно неболь-
пой расход теплоты на испарение влаги. К недостаткам следует
угнести: частые разрывы и необходимость периодической замены
дорогостоящей сетки; сложность конструкции; низкую объемную
зроизводительность; частичное выпадение материала из сетки.

В пигментных производствах применение петлевых сушилок
ограничено. Они используются в действующих литопонных произ-
водствах.

Сушилки с предварительной формовкой материала

Развитие удельной поверхности материала может быть достиг-
нуто его предварительной формовкой. Формующие устройства мо-
'ут быть двух типов — с предварительной подсушкой материала
и без нее.

Формующее устройство с подсушкой материала (рис. VII-9)
достоит из полого вала 3 (диаметром 600—800 мм), обогревае-
мого паром давлением 0,6—0,8 МПа. На цилиндрической поверх-
ности вала, изготовленного из бронзы или нержавеющей стали,

Рис. VII-9 Формующий валец с попсушкой
пасты:

I— бункер; 2 — валик; 3—формующий полый
зал; 4— гребенчатый нож; 5 — ленточный
транспортер; 6 — натяжное устройство.

Рис. VII-10. Варианты блокирования фор-
мующих устройств с сушилками:

1 — формующий валец с подсушкой мате»
риала; 2—барабанный вакуум-фильтр
со шнуровым съемом осадка; 3—формую-
щий питатель без подсушки материала;

4 — ленточная сушилка; 5 — сушилка с вра-
щающимися полками (турбинная).

имеются концентрические неглубокие (6—12 мм) канавки трапе-
цеидальной или иной формы. Поступающая в бункер 1 паста ва-
ликом 2 вмазывается в канавки. Материал подсушивается в мес-
тах его соприкосновения с валом и на открытой поверхности.
Этформованный материал разгружается из канавок с помощью
щебенчатого ножа 4 и падает на ленточный транспортер 5, оги-
бающий вал 3 для предотвращения выпадения из канавок подсу-
пиваемого материала. В этом формующем устройстве материал
должен быть подсушен до такой степени, чтобы отдельные ку-
ючки, разгружаемые гребенчатым ножом, не слипались и не

деформировались при их транспортировке от формующего устрой-
ства в сушилку и при перемещении в самой сушилке.

Формующее вальцевое устройство с подсушкой материала при-
годно только для пигментцых паст, не чувствительных к нагреву.
Лимонные свинцовые крона и железная лазурь меняют свой отте-
нок и другие свойства при формовке с подсушкой. Кроме того,
Медленно сохнущие пигментные пасты (железная лазурь, цинко-
вые крона и т. п.) обусловливают низкую производительность
формовочно-сушильного вальца. При небходимости создания су-
шилки большой мощности формовочно-сушильное устройстве) по-
лучается громоздким.

Формующие устройства без подсушки материала наиболее
часто представляют собою питатели, из которых паста выдавли-
вается через большое число отверстий диаметром 8—12 мм в виде
нитей или столбиков («свечек»).

При формовке водных паст литопона, желтого железоокисного
пигмента и цинковых кронов получаются нити, не обрывающиеся
при их высоте 250—300 мм, а нити из паст свинцовых кронов
обрываются при высоте 100—150 мм, из паст железной лазури —
при еще меньшей высоте. В случае обрыва и падения нити может
образоваться медленно сохнущий комок. Поэтому конструкция
формующего устройства и его сопряжение с сушилкой должны
обеспечить исключение возможности образования комков.

В качестве формующего питателя без подсушки пасты может
быть использован барабанный вакуум-фильтр со шнуровым съе-
мом осадка, фильтровальная ткань и шнуры которого изготовлены
из плохо смачиваемых синтетических волокон. Вследствие плохого
смачивания ткани и шнуров пастой она легко отделяется от шну-
ровой сетки фильтра в виде небольших кусочков, имеющих форму
пластинок.

На рис. VII-10 показаны варианты блокирования формующих
устройств с сушилками, применяемыми в производствах пигмен-
тов. С ленточной сушилкой блокируются все виды формующих
устройств, и в ней в процессе сушки отформованный материал
остается неподвижным. С турбинной сушилкой, в которой вра-
щающиеся полки представляют собой диски, собранные из пло-
ских лопаток, блокируется формующее устройство без подсушки
материала. Отформованный в виде нитей материал должен быть
подсушен на верхней полке до такой степени, чтобы его можно
было сбросить на нижележащую полку без опасности комкования.
Производительность этой сушилки определяется продолжитель-
ностью подсушки материала на верхней полке. Кроме того, как
показал опыт сушки свинцовых кронов, железоокисных пигментов,
литопона, турбинные многополочные сушилки не только сложны
по конструкции, но и в эксплуатации, поэтому в настоящее время
формующие устройства блокируют с ленточной сушилкой.

В вальцеленточных сушилках (рис. VII-l 1) внутри сушильной
камеры 2 движется сетчатая или перфорированная лента 3 ши-
риной 800—1200 мм, скорость движения которой можно изменять

Рис. VII-11. Вальцеленточная сушилка:

/ — формующее устройство; 2 —камера; 3 —сетча-
тая лента; 4 — окна.

В пределах 1,5—9 м/ч [16]. С формующего устройства / отфор-
мованный с подсушкой материал в виде небольших кусочков за-
гружается на ленту рыхлым слоем толщиной 30—60 мм. Сушиль-
ная камера собирается из секций длиной 2 м, которые являются
отдельными зонами сушилки, с продувкой в каждой зоне рецир-
кулирующего воздуха через слой материала на ленте. Сушильным
агентом, поступающим в камеру через окна 4, может служить
воздух, нагреваемый паровыми калориферами, или смесь про-
дуктов сгорания газов с воздухом. В каждой зоне можно регули-
ровать режим сушки — температуру сушильного агента и направ-
ление воздуха. Для уменьшения пылеуноса в первых по ходу ма-
териала зонах воздух продувается через материал снизу вверх,
в последующих — сверху
вниз и с меньшей скоростью.
Длительность сушки свин-
цовых кронов и литопона
на вальцеленточной сушил-
ке составляет ~2—3 ч.

Для сушки двуокиси ти-
тана применяется ленточ-
ная сушилка с формовкой
материала без подсушки.
Отформованный материал

должен загружаться на ленту одним слоем во избежание слипа-
ния. Поэтому для лучшего использования поверхности ленты
с помощью формующего устройства специальной конструкции ма-
териал формуется и укладывается на ленту в виде столбиков диа-
метром 10—12 мм. В этой сушилке с лентой шириной 2900 мм
и камерой длиной 22 м (производительность по испаренной
влаге— 1200 кг/ч, по двуокиси титана — около 1500 кг/ч) сушка
проводится смесью продуктов сгорания газов с воздухом, имею-
щей температуру на входе в сушилку 400 °C и на выходе из нее
~150°С.

Обдув на ленте вальцеленточной сушилки отформованного ма-
териала сушильным агентом, вытекающим из щелевых сопел со
скоростью ~ 15 м/с, повысил примерно в 1,5 раза производитель-
ность сушилки при сушке свинцовых и цинковых кронов [17].
Вместе с тем сопловой обдув заметно увеличивает пылеунос.

Достоинства ленточных сушилок, сблокированных с формую-
щими устройствами: 1) невысокий расход теплоты (~2 кг пара/кг
испаренной влаги); 2) небольшой пылеунос при блокировании
с формующим устройством с подсушкой материала и практически
отсутствие пылеуноса при блокировании с формующим устрой-
ством без подсушки; 3) возможность создания сушилок большой
производительности. К недостаткам следует отнести сложность
конструкции и сравнительно большую длительность сушки, влияю-
щую на цвет и другие свойства некоторых пигментов (свинцовые
и свинцово-молибдатные крона, желтый железоокисный пиг-
мент).

КОНВЕКТИВНАЯ СУШКА МАТЕРИАЛА ВО ВЗВЕШЕННОМ
И П0ЛУВЗВЕШЕНН0М СОСТОЯНИИ

Барабанные сушилки

^'Барабанные атмосферные сушилки непрерывного действия для
сыпучих материалов представляют собой вращающийся барабан,
снабженный пересыпными устройствами. Сушильный агент омы-
вает падающий материал и поверхность материала, лежащего на
стенках барабана и пересыпных устройствах.

Конструкция барабана и его привода такая же, как и у труб-
чатых печей (см. рис. VIII-1). Отношение длины барабана к его
диаметру колеблется в пределах 4—7. Продолжительность сушки
материала в зависимости от его свойств и режима сушки для

Рис. VII-12. Внутренние насадки барабанных сушилок (14):
а — лопастная; б — г — распределительная; д — ячейковая.

пигментов и наполнителей составляет 0,5—2 ч. Ее регулируют
изменением частоты вращения (1—8 об/мин) и угла наклона ба-
рабана (2—6°).

Чем более развита поверхность контакта материала и сушиль-
ного агента в расчете на единицу объема и чем интенсивнее пере-
сыпается материал, тем выше производительность сушилки. В за-
висимости от свойств материала применяются следующие типы
пересыпных устройств — насадок в барабане: для крупных кусков
(размерами более 10—15 мм) и склонных к налипанию — лопаст-
ная система (рис. VII-12, tz); для материалов с небольшими раз-
мерами частиц — распределительная (рис. VII-12, б—г); для пы-
леобразующих, порошкообразных — ячейковая (рис. VII-12, д).
При использовании распределительных и ячейковых насадок ба-
рабан на входе материала снабжается приемно-винтовым устрой-
ством, лопасти которого равномерно распределяют материал по
насадке. На разгрузочном конце барабана помещается подпорное
кольцо, обеспечивающее необходимое объемное заполнение бара-
бана материалом (5—20%).

В пигментных производствах барабанные сушилки работают
прямотоком, что позволяет иметь высокую температуру сушиль-
ного агента на входе в барабан (400—700°C) без перегрева ма-
териала (см. рис. VII-2) и тем самым повысить объемную произ-
водительность сушилки, снизить расход теплоты на испарение
влаги и скорость сушильного агента в барабане.

При пересыпании материала возникает большой пылеунос.
Поэтому скорость газов в барабане не должна превышать 2—
3 м/с. Однако и при этих условиях пылеунос может достичь боль-
ших величин (5—10%). На рис. VII-13 приведена схема уста-
новки барабанной сушилки с вспомогательным оборудованием.
Мазут или чаще газ сжигают в топке 2, продукты сгорания сме-
шивают с воздухом и полученный сушильный агент и исходный
материал по трубе 6 подают прямотоком в барабанную сушилку 4.
Материал разгружается через затвор 7 на транспортер 13, куда
также поступает пыль, уловленная в циклоне 8. Запыленный отра-
ботанный сушильный агент проходит через циклон 8, но поскольку

Рис. VI1-13. Схема установки барабанной сушилки [8]:

.5—вентиляторы, 2—топка; 3— растопочная труба; 4 — сушилка; 5 — питатель (дозатор);
6 — загрузочная труба; 7—разгрузочный затвор; 8 — циклон; 10—мокрый скруббер; 11—емкость;

12 — насос; 13—транспортер.

степень обеспылевания в нем недостаточна, засасываемые венти-
лятором из циклона газы направляются на вторую ступень пыле-
улавливания— мокрый скруббер 10 или в рукавный фильтр.

Достоинства барабанных сушилок: высокая объемная произ-
водительность; малый расход теплоты на испарение влаги; про-
стота конструкции; надежность в эксплуатации; большой выбор
типоразмеров выпускаемых барабанных сушилок (диаметром от
1 до 3,5 м, длиной от 4 до ~30 м). Основные недостатки: необ-
ходимость установки пылеуловителей; сложность возврата мате-
риала, уловленного в мокрых пылеуловителях; трудность герме-
тизации сушилки.

В пигментных производствах барабанные сушилки применяют
для сушки предварительно раздробленных природных пигментов
и наполнителей, исходного сырья (каолина, инфузорной земли)
и редко для сушки пигментных паст (ультрамарина, красного же-
лезоокисного пигмента). В последнем случае используют барабан-
ные сушилки с лопастной насадкой.

На барабанных сушилках проводят дегидратацию железного
купороса (семиводного сульфата железа в одноводный) с приме-
нением ретура [18].

Сушилки с кипящим и фонтанирующим слоем материала

Рис. VII-14. Су-
шилка с фонтани-
рующим слоем
инертного носи-
теля (цилиндро-

коническая):

/—камера сушил
ки; 2 — патрубок
для входа сушиль-
ного агента; 3— ре-
шетка; 4 — пита-
тель; 5—патрубок
для выхода отра-
ботанного сушиль-
ного агента с взве-
шенным в нем ма-

териалом

поступающая
другого типа

В производстве пигментов сушке подвергаются преимуще-
ственно их водные пасты. Влажность высушенных пигментов
должна быть низкой, и к ее стабильности предъявляются жесткие
требования. Многие пигменты термолабильны. Высушенный пиг-
мент должен быть дезагрегирован (измельчен).

Сушилки с кипящим слоем материала не предназначены! для
сушки пастообразных материалов. В производстве пигментов их
осваивают для сушки (дегидратации) железного
купороса [18].

Оригинальная конструкция сушилок ЛТИ
им. Ленсовета с фонтанирующим слоем, предназ-
наченная для пастообразных материалов, показа-
ла при высушивании ряда пигментов хорошую эф-
фективность в отношении большой скорости суш-
ки, возможности применения высокой температуры
сушильного агента без перегрева термолабильных
пигментов, небольшого расхода теплоты на испа-
рение влаги [18, 19], но она не обеспечивала ста-
бильной влажности высушенного пигмента и не
исключала необходимости проведения операции
дезагрегации высушенного пигмента.

В сушилках с фонтанирующим слоем инертно-
го носителя сушка паст или суспензий протекает
на поверхности твердых тел, фонтанирующих в
камере сушилки [20]. В этих сушилках (рис.
VII-14) коническая часть цилиндрической су-
шильной камеры частично заполняется шариками
или кусочками твердого материала, не взаимо-
действующего с высушиваемым веществом (инерт-
ного) и стойкого к истиранию и температуре су-
шильного агента. Под воздействием сушильного
агента, входящего через патрубок 2 со скоростью
20—40 м/с, инертные тела фонтанируют, и
в сушильную камеру (с помощью шнекового или
питателя) паста сравнительно равномерно распреде-

ляется тонким слоем на их поверхности. При фонтанировании
одновременно с сушкой происходит измельчение (дезагрегация)
высушенного материала за счет удара и трения инертных тел. Ма-
териал, полностью выносимый из камеры потоком сушильного
агента, окончательно досушивается в верхней ее части и в пыле-
улавливающих устройствах. Вследствие развитой поверхности
инертного носителя и превращения материала в тонкую пыль зна-
чительно интенсифицируется процесс сушки.

Сначала сушилки с фонтанирующим слоем инертного носителя
были внедрены для сушки органических красителей [21, 22], за-
тем для других материалов [19], а в последние годы успешно
применяются для сушки пигментов [5, 23, 24]. При сушке пиг-
98

ментов эти сушилки обеспечивают стабильную влажность высу-
шенного пигмента, повышают его качество по сравнению с дости-
гаемым на других типах сушилок и исключают необходимость
дополнительной дезагрегации высушенного пигмента [10].

При сушке пигментов в качестве инертных тел были испытаны
параллелепипеды из фторопласта, зерна электрокорунда и фарфо-
ровые шары [10, 24]. Фторопласт оказался нестоек при темпера-
туре сушильного агента > 300 °C, а электрокорунд вызывал
быстрый износ стенок сушильной камеры. Поэтому при сушке пиг-
ментов применяют шары из твердых марок фарфора, преимуще-
ственно диаметром ~6 мм.

В табл. VII-1 приведены показатели сушилок с фонтанирую-
щим слоем инертного носителя, применяемых для сушки пиг-
ментов.

Таблица VII-1

Показатели сушилок с фонтанирующим слоем инертного носителя
при сушке пигментов*

Показатели	Свинцово- молиб лат- ный крон	Желтые и оранже- вые свин цовые крона	Желтый железо- окисный пигмент	Железная лазурь	Цинковый крон
Объем сушилки, м3		2,4	6,3	6,3	14	27
Инертные тела—фарфоровые шары:  диаметр, мм		14	5-6	6,4	6,4	6,4
масса, кг		130	150	135	220	400
объем, м3 		0,11	0,13	0,11	0,18	0,33
Температура теплоносителя °C: на входе в сушилку . . .	320	400	400	265	400
на выходе из сушилки . .	НО	140	95	75	НО
Напряжение по испаренной влаге:  к объему сушилки, кг/(м3 • ч)	62	59	60	8,2	55
к объему инертных тел, кг/(м3-ч)			1600	3800	4200	760	5300
к поверхности инертных тел, кг/(м2-ч)		6,3	3,1	7,5	1,4	9,5

* По материалам Б. С. Строгалыцикова [5, 24].

Из данных табл. VII-1 видно, что при сушке пигментов, за
исключением медленно сохнущей железной лазури, напряжение
сушилки по испаренной влаге составляет 55—60 кг/м3, т. е.
в 10—15 раз выше, чем в распылительных сушилках. Напряжение
по испаренной влаге, отнесенное к объему и поверхности инерт-
ных тел, в значительной мере зависит от индивидуальных свойств
пигмента.

Чем тоньше слой материала на поверхности носителя, тем
выше степень дезагрегации высушенного материала. Вместе
с тем, с увеличением степени заполнения конической части камеры
4*	99

сушилки инертными телами возрастает гидравлическое сопротив-
ление сушилки.

Гидравлическое сопротивление ДР фонтанирующего слоя
инертных тел зависит от высоты этого слоя (условно отнесенной
к уровню неподвижного слоя). При сравнительно небольшой вы-
cpje слоя инертных тел значение ДР при фонтанировании дости-
гает нескольких тысяч паскалей (многих сотен миллиметров во-
дяного столба). Поэтому во избежание неприемлемого гидравли-
ческого сопротивления максимальная высота слоя инертных тел
ограничивается. Такое ограничение приводит к тому, что с уве-
личением объема сушилки с цилиндро-конической формой камеры

Рис. VII-15. Сушилка с фонтанирующим инертным носителем [19]:

а — односекционная; б — многосекционная; в — щелевой ввод сушильного агента;

/ — передняя стенка камеры; 2—нижняя закругленная часть камеры; 3 — ограничитель щели;
4—задняя стенка камеры; 5 — затвор.

снижается ее объемная производительность. Это объясняется тем,
что при сохранении постоянными высоты слоя инертных тел и со-
отношения линейных размеров цилиндро-конической камеры объем
сушилки растет пропорционально Z)3, а объем инертных тел —
пропорционально D2 (где D — диаметр цилиндрической части
камеры).

В связи с этим необходимо применять [19, 25, 26] не цилиндро-
конические, а прямоугольные сушильные камеры с коническим
днищем — односекционные (рис. VII-15, а) или многосекционные
(рис. VII-15, б). При такой форме камеры, сохраняя неизменными
высоту слоя инертного носителя и ширину камеры, можно за счет
увеличения ее длины или числа секций повысить объем инертного
носителя прямо пропорционально возрастанию объема камеры.
Для прямоугольных камер рекомендуется [19] щелевой подвод
сушильного агента (рис. VII-15, в).

В сушилках с фонтанирующим слоем инертных тел высушен-
ный материал полностью выносится из сушильной камеры пото-
ком сушильного агента. Для улавливания пигмента требуется
двухступенчатая пылеулавливающая установка — циклон, рукав-
ный фильтр, а для токсичных пигментов — трехступенчатая —
циклон, рукавный фильтр, мокрый пылеуловитель.

Достоинства этих сушилок: высокое напряжение сушилки по
испаренной влаге; простая конструкция сармой сушилки; возмож-
ность применения сушильного агента с высокой температурой
и, следовательно, достаточно высокий тепловой к. п. д.; исключе-
ние после сушки операции дезагрегации пигмента. Недостатки:
большое гидравлическое сопротивление (~7 кПа, т. е. >700 мм
вод. ст.); необходимость установки сложных и громоздких пыле-
улавливающих устройств.

В сушилках с фонтанирующим слоем инертного носителя
должны точно поддерживаться температура сушильного агента на
входе в сушильную камеру, температура в верхней цилиндриче-
ской части камеры и ряд других параметров, нарушение которых
может резко ухудшить качество пигмента, постоянство влажности
высушенного материала и иные показатели работы сушилки. Их
эффективная и надежная работа возможна только при полной
автоматизации режимов работы сушильной установки.

Пневматические сушилки

В так называемых пневматических сушилках частицы мате-
риала, взвешенные в сушильном агенте, перемещаются с ним
в сушильной трубе. Вследствие короткого времени пребывания
материала в сушильной трубе (1—3 с) такие сушилки приме-
няются для частичного снижения влажности угля и солей [9].
В настоящее время созданы конструкции пневматических сушилок
для сушки пастообразных материалов, позволяющие обеспечить
низкую влажность высушенного материала. Особенностью этих
сушилок является: 1) превращение пастообразного материала
в легкосыпучий смешением его с большим количеством почти пол-
ностью высушенного материала; 2) тесное смешение пасты и части
высушенного материала с одновременной тонкой дезагрегацией
полученной смеси с помощью ударно-центробежной мельницы;
3) включение в сушильную установку воздушно-проходного сепа-
ратора, возвращающего в цикл зерна крупнее 40—60 мкм.

Возможность получения материала с низкой влажностью обес-
печивается тем, что зерна крупностью >40—60 мкм возвра-
щаются в цикл с помощью сепаратора, а зерна крупностью
<40—60 мкм успевают полностью высохнуть во время их про-
хождения с потоком газа через сушильную трубу, сепаратор
и циклон.

В этих сушилках можно высушивать пастообразные мате-
риалы, твердая фаза которых состоит из тонкодисперсных частиц.
К такого рода материалам относятся пасты пигментов и напол-
нителей.

На рис. VII-16 показана пневматическая сушилка непрерыв-
ного действия, предназначенная для сушки пастообразных мате-
риалов, с применением ретура и с включением сепаратора
и ударно-центробежной мельницы в сушильный агрегат. Паста
с барабанного вакуум-фильтра 12 загружается в лопастной шне-

ковый смеситель 2, в котором смешивается с частью высушенного
материала, поступающего из циклона 6. Полученная смесь сек-
торным питателем 4 непрерывно загружается в ударно-центро-
бежную мельницу 11 и тесно смешивается в ней с большим коли-
чеством зерен почти сухого материала крупностью >40—60 мкм,
поступающих в нее из сепаратора 3.

В ударно-центробежной мельнице полученная смесь дезагреги-
руется, а затем в виде тонкой пыли выносится из нее воздухом,
нагретым в калорифере 1. Поток воздуха со взвешенными в нем

//-О

Рис. VI1-16. Пневматическая сушилка для пастообраз-
ных материалов:

1 — калорифер; 2 — шнековый смеситель; 3—сепаратор!

4 — секторные питатели; 5 — загрузочная воронка; 6— цико-
лоны; 7 — вентилятор; 8 — скруббер для улавливания пыли;

9 — выхлопная труба; 10—сушильная труба; 11 — ударно-
центробежная мельница;	12 — барабанные	вакуум-

фильтры; 13—репульпаторы; 14—насосы.

зернами материала
проходит через су-
шильную трубу 10. Из
сушильной трубы
взвесь зерен в газе по-
ступает в воздушно-
проходной сепаратор 3,
из которого крупные
зерна возвращаются
на смешение с пастой
в мельницу, а тонкие
выносятся в последо-
вательно установлен-
ные циклоны 6.

Из первого по хо-
ду потока газа цикло-
на высушенные, более
крупные зерна посту-
пают в смеситель 2,
а из второго циклона
более тонкие зерна
полностью высушенно-
го продукта разгру-

жаются через секторный питатель в тару или передаются в бункер
упаковочной машины.

Отработанный сушильный агент, отсасываемый из циклона 6
вентилятором 7, полностью освобождается от пыли в скруббере 8
или рукавном фильтре.

Достоинства сушилки: 1) возможность применения сушильного
агента с высокой температурой и в связи с этим достаточно боль-
шой тепловой к. п. д.; 2) высокое объемное напряжение по испа-
ряемой влаге; 3) значительно меньшее, чем в сушилках с фонта-
нирующим слоем инертного носителя, гидравлическое сопротив-
ление и лучшая дезагрегация материала (до частиц крупностью
40—50 мкм); 4) исключение операции дазагрегации высушенного
материала. Основным недостатком является необходимость уста-
новки для улавливания пыли рукавных фильтров за циклоном
(двухступенчатое пылеулавливание), а при токсичных пигмен-
тах— мокрых пылеуловителей после рукавных фильтров (трех-
ступенчатое улавливание).

В отечественных пигментных производствах отсутствует опыт
эксплуатации сушилок с взвешенным материалом.

Зарубежные сушилки типа изображенной на рис. VII-16 при-
меняются для сушки пигментных паст. Аналогичная отечественная
конструкция сушилки используется для сушки пасты крахмала
[27]. Имеется ряд других конструкций сушилок с взвешенным
материалом для сушки паст [8].

Распылительные сушилки

В распылительных сушилках материал форсункой или центро-
бежным диском распыляется в капли размерами 20—100 мкм.
При таких размерах капель даже медленно сохнущие материалы

Рис. VH-17. Распылительная сушилка:
а — с плоским дном и разгрузкой ма-
териала гребковой мешалкой; б — с ко-
ническим дном и выносом материала
потоком сушильного агента.

за время их нахождения в сушиль-
ной камере (15—30 с) успевают вы*
сохнуть.

С появлением центробежных
распылителей, позволяющих тонко
распылять пастообразные материа-
лы, распылительные сушилки наш-
ли за рубежом широкое применение
для сушки литопона, двуокиси ти-
тана, свинцовых и цинковых Кро-
нов, окиси хрома и других пигмен-
тов [28].

Имеется большое число конст-
рукций распылительных сушилок
[8]. Их можно разделить на две
группы — со сбором большей части
высушенного материала с днища
камеры гребковой мешалкой (рис.

VII-17, а) и с выносом всего материала из камеры потоком су-
шильного агента (рис. VII-17, б). Во избежание столкновения не-
высохших капель, что привело бы к укрупнению частиц
и резкому замедлению скорости сушки, камеры распылительных
сушилок делают больших размеров. Это обусловливает низкую
объемную производительность сушилок. При сушке пигментов су-
шильным агентом с температурой 290—330°C напряжение распы-
лительной сушилки по испаренной влаге составляло 3,7—
4,4 кг/(м3-ч) [6]. Гидравлическое сопротивление сушильной ка-
меры распылительной сушилки низкое.

Проведенными исследованиями [5, 6] по сушке паст цинковых
кронов, желтого железоокисного пигмента и железной лазури
было установлено следующее: 1) на лобовой поверхности капель
цинковых кронов и желтого железоокисного пигмента, омываемой
сушильным агентом, происходит потемнение пигмента даже при
не очень высоких температурах сушильного агента; 2) вследствие
высокой пористости получаемых сферических частиц пигментов
ухудшается их диспергируемость.

Таблица VII-2

Напряжение поверхности нагрева в гребковой вакуум-сушилке

> > Пигмент	Начал ьная влажность, %	Конечная влажность %	Степень заполнения барабана пастой, %	Напряже- ние поверх ности нагрева по выпа- ренной влаге, кг/(м2-ч)	Разрежение, МПа
Цинковый крон	72—74	3	12	3,4	0,065
грунтовочный	72—74	3	25	4,3	0,065
	72—74	3	40	5,3	0,065
Крон свинцовый	44	0,5	12	3,7	0,065
лимонный	47	0,22	25	5,8	0,065
	50	0,85	25	5,1	0,053
Железная лазурь	54,3	2,3	25	5,0	0,08—0,09
	64,9	2,3	25	4,5	0,08-0,09
	69,7	1,9	25	3,4	0,08—0,09

Обычно отношение массы пасты к объему барабана колеблется
в пределах от 0,2 до 0,3 т/м3.

Достоинства гребковых вакуум-сушилок: 1)низкий пылеунос;
2) полная герметизация процесса сушки; 3) возможность поддер-
жания низкой температуры материала при скорости сушки более
высокой, чем в атмосферных сушилках; 4) возможность исполь-
зования низкопотенциальной или отбросной тепловой энергии;
5) сравнительно низкий расход теплоты на сушку (1,4—1,8 кг
пара на 1 кг испаренной влаги); 6) измельчение материала, облег-
чающее его транспортировку.

Основные недостатки таких сушилок: 1) периодический ха-
рактер работы; 2) ограниченная мощность единичного аппарата;
3) сложность и большая металлоемкость конструкции; 4) необ-
ходимость вспомогательного оборудования.

В настоящее время гребковые вакуум-сушилки применяются
для сушки железной лазури, цинковых и свинцовых кронов в це-
хах небольшой мощности, токсичных пигментов и веществ, ис-
пользуемых при получении необрастающих красок.

РАДИАЦИОННАЯ СУШКА МАТЕРИАЛОВ

Инфракрасные лучи широко используются при радиационном
методе сушки тонкослойных лакокрасочных покрытий. Проведен-
ные на опытных моделях сушилок исследования по радиацион-
ному методу сушки водных паст пигментов дали следующие ре-
зультаты [29]. Тепловые лучи вызывают пересушку поверхност-
ного слоя материала, что замедляет скорость сушки. Они мало
проникают в глубь материала, и для ускорения процесса сушки
необходима высокая плотность потока тепловой энергии, т. е.
высокая температура излучателя. При высокой температуре из-
лучателя скорость сушки может намного превысить получаемую

6 конвективных сушилках, но при этом происходит нагрев мате-
риала до высоких температур. Следовательно, радиационный ме-
тод сушки допустим для термостабильных пигментов.

Сушка пигментов связана с большими расходами энергии.
В связи с этим на опытных сушилках применяют не электрические
излучатели, а излучатели с газовыми горелками. Обычно исполь-
зуют теплоту продуктов сгорания газов, передавая ее материалу
конвекцией.

Радиационный метод сушки пигментов находится в стадии раз-
работки. Он представляет интерес для ускорения первого пе-
риода сушки.

СУШКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

При помещении влажного материала между двумя пластинами
(электродами) специально настроенного колебательного контура
генератора высокой частоты в материале возникают колебатель-
ные движения молекул и происходит его нагревание. В отличие
от сушки с передачей теплоты конвекцией, кондукцией и радиа-
цией при сушке в поле высокой частоты внутренние слои мате-
риала имеют более высокую температуру, чем наружные. Совпа-
дение градиента влажности и температуры и возможность интен-
сивного подвода теплоты к материалу при сушке токами высокой
частоты позволяют сушить толстые слои влажного материала за
короткое время [8, 9].

Длительность сушки паст некоторых пигментов токами высо-
кой частоты по сравнению с продолжительностью сушки в газо-
вых атмосферных сушилках уменьшается во много раз. Кроме
того, полученные сушкой в поле высокой частоты пигменты дис-
пергируются в пленкообразующих веществах во много раз быст-
рее, чем высушенные в атмосферных газовых сушилках, что яв-
ляется особым преимуществом высокочастотной сушки.

Вследствие низкого к. п. д. высокочастотных генераторов рас-
ход электроэнергии составляет 2—3 кВт-ч на 1 кг испаренной
влаги. Это обстоятельство, в сочетании с высокой стоимостью
и дефицитностью электроэнергии в ряде районов, в настоящее
время исключает использование токов высокой частоты для сушки
пигментов.

В конвективных сушилках к концу сушки влага удаляется
очень медленно, и уже сейчас практическое значение имеет уда-
ление остаточной влаги с помощью токов высокой частоты, так
как это не требует больших расходов электроэнергии. Проведен-
ные в последние годы усовершенствования высокочастотных гене-
раторов дают основание полагать, что высокочастотные сушилки
будут успешно внедрены в пигментных производствах.

СУШКА В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ

При проведении процесса конвективной сушки в ультразвуко-
вом поле заметно увеличивается скорость сушки [30].

Опубликованы данные, подтверждающие значительное увели-
чение скорости сушки пасты двуокиси титана в ультразвуковом
поле [31]. Вибрация материала также может ускорить процесс
сушки [8].

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СУШИЛОК

Выше при рассмотрении процесса сушки было установлено,
что интенсификация процесса сушки может быть осуществлена:
1) увеличением удельной поверхности материала; 2) повышением
температуры сушильного агента; 3) снижением начальной влаж-
ности материала; 4) повышением скорости движения сушильного
агента относительно материала; 5) использованием комбиниро-
ванных способов сушки.

Развитие удельной поверхности материала достигается различ-
ными путями, зависящими от типа сушилки: в петлевых сушил-
ках— снижением толщины с.шя пасты до 10—11 мм, заменой
сетки с глубиной ячеек 10 мм на сетку с глубиной ячеек 7—8 мм;
в формующих сушилках — уменьшением размеров отформованного
материала; в сушилках с фонтанирующим слоем носителя — при-
менением инертных тел меньших размеров с их оптимальной за-
грузкой.

Одним из наиболее эффективных путей повышения темпера-
туры сушильного агента является замена воздуха, нагретого
в паровых калориферах, смесью продуктов сгорания газов с воз-
духом. При рециркуляции сушильного агента в камере из огне-
стойкого материала газовые горелки могут быть размещены не-
посредственно в камере (см. рис. VII-8), что значительно упро-
щает реконструкцию сушилки [15]. При беспламенном сжигании
газов не происходит загрязнения пигментов, и белые пигменты
(двуокись титана, литопон) сушат продуктами сгорания
газов.

Снижение начальной влажности материала при фильтровании
суспензии перед сушкой достигается интенсивной продувкой или
просасыванием воздуха через слой пасты пигмента. Может быть
целесообразен переход на другой тип фильтра. Например, при
замене листового вакуум-фильтра фильтр-прессом ФПАКМ соот-
ношение Ж : Т для пасты железной лазури снижается в два раза.

Повышение скорости движения сушильного агента относи-
тельно материала достигается увеличением кратности рециркуля-
ции сушильного агента внутри сушильной камеры путем повыше-
ния частоты вращения ротора вентилятора, заменой вентиля-
торами большей производительности, сопловым обдувом при
условии, что при этом не будут повышены пылеунос и потери ма-
териала.

В ряде типов сушилок (ленточных, петлевых и др.) в той
части, где протекает первый период сушки, возможно использо-
вание тепловых излучателей, а в той части, где заканчивается
сушка, — применение высокочастотной сушки.

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПАСТ ПИГМЕНТОВ СМАЧИВАНИЕМ
ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИМ ВЕЩЕСТВОМ

Рис. VII-20. Схема установки для обезвоживания вод-
ных паст пигментов:

1 — мерник; 2—двухлопастной горизонтальный смеси-
тель; 3 — трубчатый теплообменник; 4 — делитель пого-
нов.

При смешении водной пасты пигмента с пленкообразующим
веществом, в состав которого входят ПАВ, обеспечивающие сма-
чивание пигмента, или при введении в смесь таких ПАВ вода
вытесняется и образуется суспензия пигмента в пленкообразую-
щем веществе — красочная паста. Вытесненную воду сливают
с поверхности пасты. Ес-
ли же красочная паста
удерживает некоторое
количество воды, ее испа-
ряют под вакуумом. Та-
кой метод обезвоживания
пригоден при условии,
что пленкообразующее
вещество и растворители
нерастворимы в воде и
не взаимодействуют с
нею.

Схема установки для
обезвоживания водных
паст пигментов приведе-
на на рис. VII-20. Вод-
ную пасту пигмента за-
гружают в герметичный
аппарат 2, снабженный
мешалкой и паровой ру-
башкой (типа двухлопа-
стного горизонтального
смесителя). Затем из
мерника 1 в аппарат по-
дают пленкообразующее

вещество, смачивающее пигмент. После отделения и слива основ-
ного количества воды аппарат герметизируют, нагревают его со-
держимое и под вакуумом отгоняют пары воды или их смесь с
растворителями. Пары воды вместе с парами растворителей по-
ступают в конденсатор-теплообменник 3, и полученный конденсат
стекает в делитель погонов 4. Из делителя потопов растворители
возвращают в аппарат, а воду сбрасывают в канализацию. По
окончании отгонки воды содержимое смесителя охлаждают, про-
пуская через рубашку воду, и разгружают полученную красочную
пасту в соответствующую тару. В качестве пленкообразующих ве-
ществ наиболее часто используют натуральную олифу и алкидные
лаки, а в качестве ПАВ — свинцовые соли жирных кислот, не-
каль, эмульгатор ВНИИЖ и др. [18].

Рассмотренный метод обезвоживания водных паст пигментов
имеет ряд преимуществ по сравнению с их сушкой: 1) обеспыли-
вание процесса и устранение операции размола пигмента после
109

сушки; 2) значительно более легкую «перетираемость» получен-
ных красочных паст (красочная паста, полученная из высушенной
железной лазури, требует 6—8 пропусков через трехвалковую
машину, а полученная обезвоживанием в смеси с пленкообразую-
щими— 1—2 пропуска); 3) уменьшение потерь пигмента; 4) ком-
пактность установки и высокую производительность аппарата для
обезвоживания.

Обезвоживание водных паст пигментов смачиванием пленко-
образующими веществами наиболее широко используют\на заво-
дах, потребляющих производимые ими пигменты (например, на
заводах типолитографских красок). Данный метод применяют
также для обезвоживания токсичной водной пасты свинцовых
белил и пасты железной лазури вне зависимости от места потреб-
ления последней, так как это позволяет во много раз ускорить
процесс ее диспергирования в пленкообразующих веществах. Он
перспективен и для других пигментов.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л., Химия,
1974. 656 с.

2.	Мандель Р. Б., Горелик Д. С., Казакова О. А. — Лакокрасочные материалы
и их применение, 1968, № 6, с. 1—4.

3.	Строгальщиков Б. С., Лыков М. В., Добровольский И. П. и др. — Там же,
1974, № 3, с. 51—53.

4.	Егорычева Г. В., Соловьева Л. М., Заботкин В. В. и др. — Там же, 1976,
№ 6, с. 52.

5.	Строгальщиков Б. С. — Автореф. канд. дисс. Свердловск, УПИ им. С. М. Ки-
рова, 1974. 23 с.

6.	Строгальщиков Б. С. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1970,
№ 2, с. 65—67.

7.	Лыков А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. М. — Л., Госэнергоиз-
дат, 1956. 464 с.

8.	Лыков М. В. Сушка в химической промышленности. М., Химия, 1970. 429 с.

9.	Лурье Ю. М. Сушильное дело. М. — Л., Госэнергоиздат, 1948. 711 с.

10.	Романков П. Г., Рашковская Н. Б. — В кн.: Вопросы массопередачи. Л., Хи-
мия, 1957, с. 77—91.

11.	Циборовский Я. Процессы химической технологии. Л., Химия, 1958. 932 с.

12.	Ullman Enciklopedie der technischen Chemie. Bd. 1. Chemischer Apparatsbau
und Ferfahrentechnik. 1951.

13.	Строгальщиков Б. C. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1969,
№ 3, с. 14—16.

14.	Чернобыльский И. И., Тананайко Ю. М. Сушильные установки химической
промышленности. Киев, Техника, 1969. 279 с.

15.	Горловский И. А., Галузо Е. Г. — А. с. 86993; 87177 (СССР).

16.	Сушильные аппараты и установки. Каталог. М., ЦИНТИХИМНефтемаш,
1977. 68 с.

17.	Матвеев Б. Б. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1976, № 3,
с. 51—53.

18.	Козулин Н. А., Г орловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

19.	Романков П. Г., Рашковская И. Б. Сушка во взвешенном состоянии. Л.,
Химия, 1979. 272 с.

20.	Масловский М. Ф., Варыгин Н. Н. — А. с. 124366 (СССР).

21.	Лисай В. Э., Костицын Б. А., Уразовская. В. Н. — В кн.; Процессы химиче-
ской технологии. М.} Наука, 1965, с. 337—341.

22.	Соколовский А. А., Плотникова Н. М., Безруков А. С. — В кн.: Техника
сушки во взвешенном слое. Вып. 1. М., ЦИНТИХИМНефтемаш, 1965, с. 21.

23.	Строгальщиков Б. С., Лыков М. Б., Добровольский И. П. и др. — Лакокра-
сочные материалы и их применение, 1974, № 3, с. 51.

24.	Ракоч А. Г., Строгальщиков Б. С., Пацеля Г. Г. — В кн.: Новое в техноло-
гии получения двуокиси титана. Сб. работ НИПРОИНС. Челябинск, Южно-
Уральское кн. изд-во, 1976, с. 148—154.

25.	А^итев Д. Т. — Автореф. канд. дисс. Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1967. 15 с.

26.	Митев Д. Т., Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Яблонский П. А. — А. с.
139247 (СССР).

27.	Милютин А. А. Производство сухого и модифицированного крахмала. М.,
Пищевая промышленность, 1966. 218 с.

28.	Chern Ind Techn., 1959, v. 34, № 4; — Brit. Chern. Eng., 1960, № 11; — Chern.
Eng., 1960, v. 67; — Chern. Proc. Eng., 1961, v. 42, № 6; — Ind. Eng. Chem.
Int. Ed., 1964, v. 56, № 10.

29.	Чейшвили M. M., Марголашвили A. B.— Лакокрасочные материалы и их
применение, 1973, № 1, с. 58—60.

30.	Носков В. А. Ультразвук в химической промышленности. Киев, Гостехиздат
УССР 1963 269 с

31.	Boucher R. G. — J. Am. Acoustical Soc., 1957, № 5,

Глава VIII

ПЕЧИ	\

В производстве пигментов печи применяются для синтеза пиг-
ментов и, следовательно, являются реакционными аппаратами.

С использованием печей получают цинковые белила, ультра-
марин, двуокись титана, глет, свинцовый сурик, кадмиевые и ко-
бальтовые пигменты, литопон, сернистый барий и др. [1]. В про-
мышленности эти печи называют не по принципу передачи теп-
лоты или конструктивному признаку, а по производимым в них
продуктам: ультрамариновые, суричные, глетные, литопонные
и т. д. Учитывая отсутствие общепринятой единой классификации
печей, ниже сохранена твердо установившаяся в промышленности
терминология для всех печей за исключением трубчатых, исполь-
зуемых при синтезе различных пигментов.

ТРУБЧАТЫЕ ПЕЧИ

В производстве пигментов применяют два типа трубчатых пе-
чей непрерывного действия: пламенные, в которых продукты сго-
рания топлива непосредственно соприкасаются с реакционной
смесью, и муфельные, в которых теплота подводится к смеси через
теплопередающие стенки.

Трубчатая пламенная вращающаяся печь непрерывного дей-
ствия (рис. VIII-1) состоит из барабана /, опирающегося банда-
жами 2 на опорные ролики 4 и приводимого во вращение с по-
мощью зубчатой передачи 3, 8. Барабан входит в топочную го-
ловку 9 и пылеотстойную камеру 12. Места входа снабжены
уплотняющими устройствами 14.

Материал поступает через загрузочный патрубок 13 и движется
вдоль барабана навстречу продуктам сгорания жидкого или газо-
образного топлива, получаемым с помощью горелки 10. Выгрузка
материала осуществляется через топочную головку 9, в нижней
части которой расположен разгрузочный патрубок 11.

Перемещение материала вдоль печи происходит вследствие ее
наклона к топочной головке. Упорные ролики, помещенные на
опорно-упорной станции 5, предотвращают скольжение барабана
вдоль его оси.

Продолжительность пребывания продукта в печи определяется
частотой вращения барабана, углом его наклона и высотой коль-
цевых порогов, устроенных в торцовых частях футеровки печи.

Частота вращения барабана обычно составляет 0,5—2 об/мин,
угол его наклона — несколько градусов, а кольцевые пороги соот-
ветствуют коэффициенту объемного заполнения барабана мате-
риалом 5—10%. В зависимости от процесса, проводимого в печи,
продолжительность пребывания в ней материала колеблется от
~2 ч (получение сернистого бария) до ~15 ч (получение дву-
окиси титана прокаливанием метатитановой кислоты).

В производстве пигментов применяют трубчатые печи диамет-
ром 1—4 м и длиной 20—60 м.

Барабан футеруется огнеупорным кирпичом по слою асбеста.
Для возможности ремонта футеровки топочная головка 9 сделана
откатной.

Рис. VIII-1. Трубчатая пламенная вращающаяся печь непрерывного действия:

/ — барабан; 2 — бандажи. 3 — зубчатый венец; 4— опорные ролики. 5 — опорно-упорная станция;
6 — редуктор; 7—электродвигатель; 8— венцовая шестерня; 9 — откатная (топочная) головка;
10 — горелка; 11— разгрузочный патрубок; 12—пылеотстойная камера (хвостовая головка);
13 — патрубок для загрузки материала; 14 — уплотнения в местах входа барабана в головки.

С противоположного торца печь примыкает к пылеотстойной
камере 12, в которой улавливаются наиболее крупные частицы
материала, уносимые из печи. Через камеру 12 проходит труба
или шнек, питающие печь.

Надежность работы уплотняющих устройств 14, особенно
в месте стыка барабана с топочной головкой, оказывает большое
влияние на работу печи. Подсос воздуха в этом месте не только
может нарушить температурный режим работы печи и снизить ее
тепловой к. п. д., но и влиять на проведение в печи химического
процесса, особенно когда он должен проводиться в восстанови-
тельной среде.

Уплотняющие устройства типа лабиринтных и контактных не-
достаточно надежны.

Интересна конструкция уплотнения, изображенная на
рис. VIII-2. К стенке головки печи прикрепляется кольцевой ка-
нал 3, в котором с помощью вентилятора 4 и задвижки 5 поддер-
живается разрежение на 5—10 Па (0,5—1 мм вод. ст.) выше, чем
в головке, что полностью устраняет подсос воздуха в печь. Не-
большие потери продуктов сгорания топлива за счет их подса-
сывания в кольцевой канал 3 оправдываются возможностью

поддержания необходимых температурного режима и состава га-
зов в печи.

Трубчатые пламенные печи непрерывного действия используют
в производстве пигментов, например, для получения сернистого
бария, прокаливания с одновременной подсушкой метатитановой

Рис VIII-2. Уплотнение вра-
щающихся печей:

1—барабан печи; 2—головка
печи; 3 — кольцевой канал;
4— вентилятор; 5 — задвижка.

кислоты и превращением ее при этом в двуокись титана.

** Выбор температурного режима работы печи и газовой среды
в печи (восстановительная, окислительная) зависит от проводи-
мых в ней процессов. Температура газов, входящих из\гопочной
головки в барабан печи, может колебаться от 800 до 1200°C.

При синтезе пигментов часто необходимо весьма точно под-
держивать определенный температурный режим вдоль барабана
печи. Для этой цели вдоль печи устанав-
ливают контактные пирометры, погру-
жаемые в материал, когда он находится
в нижней части барабана. Пирометры
соединены с кольцами, расположенны-
ми вокруг барабана, по которому сколь-
зят контактные устройства гальвано-
метров.

Температуру газов в топочной го-
ловке печи автоматически поддерживают
подачей воздуха в определенном соот-
ношении к газу, а температуру вдоль
печи — изменением расхода газа.

Муфельные вращающиеся печи (рис.
VIII-3) по наружной конструкции кор-
пуса аналогичны вращающимся пламен-
ным печам. Основное их отличие заклю-

чается в устройстве футеровки и кон-
струкции откатной головки. В этих печах кроме обычной футе-
ровки, предохраняющей стенки барабана от сильного нагрева,
имеется специальная футеровка, выложенная из фасонных сили-
бидных камней (огнеупорный материал, содержащий до 70%
карборунда), которые образуют один центральный и ряд перифе-
рийных каналов, идущих вдоль всей печи (сечение Б — Б). По
центральному каналу 9 перемещается подлежащий прокаливанию
материал, по периферийным каналам 12 — продукты сгорания ге-
нераторного или природного газа, сжигаемого в топке (откатной
головке) 7. Дымовые газы из этих каналов (сечение А—Д) отво-
дятся через боковые отверстия в наружной футеровке и корпусе
печи в специальный кожух 4 прямоугольного сечения, охватываю-
щий печь в месте расположения выпускных отверстий и присоеди-
ненный к дымовому каналу 5.

Для разгрузки материала у противоположного конца печи
в ее футеровке имеются четыре разгрузочных окна, соединяющих
центральный канал с отверстиями в корпусе печи (сечение В—В).
Выгружаемый из печи материал поступает в кожух 6, охватываю-
щий корпус печи аналогично кожуху для отвода дымовых газов.

Рис. V1II-3. Муфельная вращающаяся трубчатая печь непрерывного действия:

1 — бункер; 2 — питатель; 3—барабан; 4—кожух в месте выхода топочных газов; 5 — дымовой канал; 6 — кожух в месте разгрузки мате-
риала; 7—откатная головка (топка); 8 — винтовой питатель; 9 — рабочее пространство муфеля; 10—отверстие для ввода материала и отвода
газов; 11 — отверстия в футеровке для разгрузки материала; 12—каналы для прохождения продуктов сгорания газа; 13 — отверстие для
установки пирометра; 14 — фасонная футеровка, расположенная вдоль барабана; 15 — фасонная футеровка в месте выхода топочных газов;

16—фасонная футеровка в месте разгрузки материала.

Оба торца центрального канала (муфеля) заделаны наглухо?
только в торцовой его стенке со стороны подачи материала
имеется отверстие для пропуска питающего шнека. Место входа
шнека уплотняется для устранения подсоса воздуха в рабочую
камеру печи.

Муфельная печь, изображенная на рис. VIII-3, с барабаном
’длиной 14 м и наружным диаметром 1,5 м применяется в произ-
водстве литопона для перевода сернистого бария кз одной синго-
нии в другую.

Силибидная футеровка муфельной печи сложна, дорога, легко
растрескивается при быстрых изменениях температуры или
ударе, требует тщательной подгонки стыков при ее укладке в ба-
рабане. Разрушение даже одного из фасонных элементов может
вызвать необходимость перекладки большей части или всей футе-
ровки печи. Пуск и остановка печи осуществляются при медлен-
ном, многодневном изменении температуры футеровки. В случае
образования на стенках печи шлаков их очистка может вызвать
разрушение футеровки. Срок службы футеровки в литопонном
производстве составляет 6—8 месяцев.

С целью снижения стоимости этой печи в литопонном произ-
водстве часть силибидной футеровки заменяется трубой из жаро-
прочного’ материала. В одном из производств литопона приме-
няется муфельная электропечь (см. рис. 1-3), значительно более
простая по конструкции, чем обогреваемая продуктами сгорания
газа.

Муфельные вращающиеся печи значительно сложнее пламен-
ных печей и применяются только в тех случаях, когда недопустимо
соприкосновение материала с продуктами сгорания топлива.

ПЕЧИ ПРОИЗВОДСТВА ЦИНКОВЫХ БЕЛИЛ

Среди белых пигментов цинковые белила по масштабам про-
изводства занимают ведущее место в Советском Союзе.

Цинковые белила получают из металлического цинка и из
цинксодержащего сырья. Главную массу цинковых белил в Со-
ветском Союзе производят из металлического цинка, испаряя его
и окисляя пары кислородом воздуха.

При испарении цинка в печах с передачей теплоты от продук-
тов сгорания топлива (газа, кокса) непосредственно испаряемому
цинку они соприкасаются с расплавленным цинком и его парами.
В случае окисления цинка в печи продуктами сгорания топлива
образующаяся грубодисперсная окись цинка отлагается на стен-
ках печи, что приводит к необходимости их чистки с остановкой
работы печи и к излишним потерям цинка. Поэтому вопрос опре-
деления термодинамически равновесного состава газов и их тем-
пературы, исключающих окисление цинка в печи, имеет большое
значение для создания оптимальных режимов процесса испарения
цинка, а также при получении цинковых белил из цинксодержа-
щего сырья.

Реакция окисления цинка кислородом является
имеющей константу равновесия (Ki), включающую
давления (Р) реагирующих веществ:

равновесной,
парциальные

Zn + V2O2

ZnO;



rZnO

р0,5

Zrr О2

(VIII-1)

Окись цинка (как и окислы других металлов) при любой
температуре диссоциирует на металл и кислород, и каждой темпе-
ратуре соответствует определенная степень диссоциации, т. е. опре-
деленное парциальное давление кислорода над ZnO, резко возрас-
тающее с температурой. Окисление кислородом воздуха (сжи-
гание) СО в СО2 и Н2 в Н2О также являются равновесными
реакциями, имеющими свои константы равновесия Ки и Лш:

СО-Н/2О2 СО2;

Н2 + ’/2О2 Н2О;

Кп =

fco2

р0,5
сого2

^н2о

р р0>5
'н/Ог

Кш =

(VIII-2)

(VIII-3)

В равновесных реакциях содержание любого реагента не мо-
жет равняться нулю, так как в этом случае константа равновесия
стала бы равной нулю паи бесконечности. Поэтому при любом
заведомо малом количестве кислорода, взятом для окисления СО
и Н2, в продуктах реакции (сжигания) наряду с СО2, Н2О, СО, Н2
будет содержаться и свободный кислород, парциальное давление
которого зависит от степени диссоциации СО2 и Н2О, резко воз-
растающей с температурой.

Следовательно, если парциальное давление кислорода в окру-
жающей среде — продуктах сгорания СО и Н2 — выше парциаль-
ного давления кислорода над окисью цинка, происходит окисление
цинка, а если ниже — восстановление окиси цинка в цинк.

При соприкосновении цинка и окиси цинка с продуктами сго-
рания топлива термодинамическое равновесие достигается при
одинаковом парциальном давлении кислорода для реакций
(VIII-1) — (VIII-3) и константы равновесия /С, Ки, Рш могут
быть приведены к следующему виду:

р0,5_ ^ZnO

°2 'Wi

р0,5 __ РСО2

°2~

р0,5 _ РН2О

*О2 р к

ГН2ЛШ

117

(VIII-4)

(VIII-5)

(VIII-6)

Из уравнений (VIII-4) — (VIII-6) получаем для совместных ре-
акций (VIII-1) и (VIIl'II), (VIII-1) и (VIII-III) следующие кон-
станты равновесия:

Лп	„	ГСО2Г Zn

zz	Aiv	п р

'CO'ZnO

(VIII-7

= Kv = -»	(VIII-8)

Л1	rH2rZnO	,

Полученным расчетным константам /(iV, /(v соответствуют сле-
дующие равновесные реакции:	]

СО2 + Zn

Н2О + Zn

СО + ZnO

Н2 + ZnO

(VIII-9)

(VIII-10)

В литературе [2, 3] обычно приводят константы равновесия
и Ку и соответствующие им реакции (VIII-9) и (VIII-10), из
которых формально следует, что окисление цинка происходит
вследствие его взаимодействья с двуокисью углерода и парами
воды. При выводе расчетных констант равновесия реакций
(VIII-9) и (VIII-10) было сокращено парциальное давление кис-
лорода. Фактически же окисление цинка протекает за счет сво-
бодного кислорода, всегда содержащегося в газовой фазе наряду
с СО, Н2, СО2, Н2О вследствие диссоциации ZnO, Н2О, СО2.

В производстве цинковых белил применяются печи с испаре-
нием цинка за счет теплоты продуктов сгорания природного газа,
непосредственно соприкасающихся с цинком. Вследствие высокого
содержания метана в природных газах (обычно >90%) их можно
условно приравнять к метану.

При сжигании метана протекают следующие реакции:

СН4 + 2О2 СО2 + 2Н2О	(VIII-11)

СН4+'/2О2 СО + 2Н2	(VIII-12)

Во избежание окисления цинка метан сжигают со значительно
меньшим количеством кислорода воздуха, чем это соответствует
реакции (VIII-11), и в газовой фазе печи содержатся СО, Н2, СО2,
Н2О, О2, ZnO и пары цинка.

Из уравнений (VIII-7) и (VIII-8) следует, что для этой смеси:

IV _ „	_ СО2 Н2

<	— AVI — Р р

w	гсогн2о

(VIII-13)

До последнего времени отсутствовали данные по термодина-
мически равновесному составу такой сложной газовой смеси, увя-
занному с тепловым балансом процесса испарения цинка за счет
теплоты продуктов сгорания метана, непосредственно соприкасаю-
щихся с цинком. Этот состав рассчитывается методом последова-
тельных приближений, связанным с выполнением большого объ-
ема расчетов.

Ниже приводятся результаты термодинамических расчетов
равновесного состава данной смеси, выполненных с привлечением

ЭВМ*. Были приняты следующие исходные положения: 1) нагре-
вание цинка от /1 = 20°С, его плавление, испарение и нагрев
таров цинка до температуры газовой смеси, выходящей из печи,
проводятся за счет теплоты продуктов сжигания метана, посту-
пающего с / = 20°С, кислородом холодного воздуха с /=20°С
эез учета теплопотерь стенками печи во внешнюю среду; 2) рав-
новесный состав определяется при температуре газов, выходящих
чз печи, и давлении Рабс = 0,1 МПа; 3) парциальное давление
паров цинка в газовой смеси должно соответствовать ее термоди-
намически равновесному составу. Константы равновесия и другие

Рис. VIH-4. Зависимости отношений СО/СО2, Н2/Н2О и а для равновесного состава газов
от температуры газовой смеси (а) и теплоты сгорания метана и его расхода на испаре-
ние цинка от а (б).

исходные данные рассчитывались или принимались по литератур-
ным источникам [2].

Из уравнения (VIII-13) следует, что между отношением Рсо/^со2
1и отношением Рн2/^н2о имеется определенная, количественная
;связь, и при сжигании метана любому отношению Рсо/Рсо2
г соответствует свое значение Рн2/Рн2о^

На рис. VIII-4, а приведена зависимость отношений СО/СО2,
Н2/Н2О в газе равновесного состава, содержащего СО, Н2, СО2,
• Н2О, О2, ZnO и пары цинка, от температуры газовой смеси. При
(увеличении значений этих отношений протекает восстановление
окиси цинка в цинк [равновесие реакции (VIII-1) сдвигается
I влево], а при снижении — окисление цинка в окись цинка [равно-
весие реакции (VIII-1) сдвигается вправо].

Следовательно, для исключения окисления цинка в печи
должно поддерживаться несколько большее значение отношений
СО/СО2 и Н2/Н2О, чем дано на рис. VIII-4.

В теплотехнике при сжигании топлива с меньшим количеством
кислорода, чем это теоретически необходимо для его полного сго-
рания до СО2 и Н2О, т. е. с получением продуктов горения, содер-
жащих СО и Н2, газообразные продукты называют восстанови-
тельными при любом содержании в них СО и Н2. Из рис. VIII-4, а
видно, что при температурах 1000—1100°C газы, в которых

* Расчеты проведены в ЛТИ им. Ленсовета И. А. Горловским, И. М. Гри-
бовой и С. В. Матвеевой^

отношение СО/СО2 составляет ~1,5—3,0, уже являются окисли-j
тельными. Таким образом, только исходя из отношений СО/СО2 и,1
соответственно Н2/Н2О, приведенных на рис. VIII-4, а, можно су-
дить о необходимой полноте сгорания метана при данной
температуре газовой смеси и о том, являются ли продукты сгора-
ния восстановительными.

На рис. VIII-4, а приведены также значения коэффициента а
для полученных отношений СО/СО2 и Н2/Н2О. Под коэффициен-
том а понимается отношение кислорода воздуха,-^израсходован-
ного на сжигание топлива (метана), к необходимому для его
полного сгорания до СО2 и Н2О.

Зависимость теплоты сгорания метана q при применении воз-
духа с t— 20 °C от а приведена на рис. VIII-4, б.	*

Продукты сгорания метана, получаемые в топке при сс=|
= 0,5 -У 0,7, имеют низкую температуру, не обеспечивающую,
устойчивое горение газа и достаточно интенсивное испарение]
цинка. Кроме того, в связи с тем, что газы, выходящие из печи^
имеют температуру 1000—1100°C, используется лишь небольшая;
разность температур. Это приводит к резкому снижению тепло-!
вого к. п. д. использования метана и увеличению его расхода Wi i
на 1 кг цинка (рис. VIII-4, б).	|

Повышение температуры газов на выходе из печи позволяет’
значительно увеличить а (рис. VIII-4, а) и тем самым повысить
температуру продуктов сгорания метана и использование теплоты
его горения. Вместе с тем, поддерживая высокую температуру
газов на выходе из печи, нельзя обеспечить высокую температуру
газов в месте их соприкосновения с поверхностью испаряемого
цинка (температура испарения цинка 906°C). У поверхности испа-
ряемого цинка температура газов резко снижается и еще более
резко сдвигается равновесный состав газов, возрастает содержа-
ние СО и Н2 (рис. VIII-4, а), что приводит к окислению цинка
Таким образом, при сжигании метана холодным воздухом, как
показывают результаты проведенного термодинамического иссле-
дования, практически невозможно проведение процесса испарения
цинка без его окисления.	|

Высокотемпературный подогрев воздуха, поступающего на I
сжигание метана, внося дополнительную физическую теплоту
в продукты сгорания, позволяет при низких а значительно повы-
сить температуру продуктов сгорания в топке и устойчивость
горения метана, осуществить процесс испарения цинка, исключив
полностью или в значительной мере его окисление. В новом методе i
получения металлического цинка из цинксодержащего сырья с
в шахтных печах, восстанавливая окись цинка газообразными про- J
дуктами сгорания твердого топлива, за счет нагревания воздуха S
до 700°C обеспечивают необходимое отношение СО/СО2 « 1,5 К
(а « 0,7), создающее восстановительную среду и исключающее №
окисление образующихся паров цинка. Для улучшения этого 1р
процесса предполагается дальнейшее повышение температуры на- В
грева воздуха [3].	К

Приведенные выше результаты расчетного термодинамического
^следования процессов взаимодействия продуктов сгорания топ-

лива с цинком и окисью цинка относятся также к получению цин-
ковых белил из цинксодержащего сырья.

Ниже дается описание печей, применяемых для испарения
цинка и для получения цинковых белил из цинксодержащего

сырья.



Печи для испарения цинка

ers

Для испарения цинка могут быть использованы муфельные
и барабанные печи, обогреваемые продуктами сгорания топлива,
электродуговые и плазменные печи.

- В производствах цинковых белил наиболее старым типом печей
г для испарения цинка являются муфельные печи. В топочной ка-
мере печи устанавливаются 15—30 муфелей в один-два ряда,

	
ч	Су  		1	1600
	' /
	

Рис. VHI-5. Муфели для получения цинковых белил:
;	а — цилиндрический; б—с плоским дном.

| реже в три. В Советском Союзе применяются цилиндрические
I муфели (рис. VIII-5, а) длиной 1600—2000 мм и внутренним диа-
| метром 220—250 мм при толщине стенки ~20 мм. Их изготавли-
вают из шамота и глины с добавкой графита и карборунда для
повышения теплопроводности стенки муфеля. Муфели с плоским
дном (рис. VIII-5, б) значительно более сложны в изготовлении,
но обеспечивают более равномерное испарение цинка и более
редкую его загрузку в муфель.

На рис. VIII-6 показана конструкция муфельной печи для
испарения и окисления цинка с 18 муфелями, расположенными
в один ярус (ряд). Продукты сгорания газа с температурой 1300—
1400°C омывают наружные стенки муфелей и при температуре
около 1100°C отводятся в дымоход через отверстие в середине
пода камеры. Для более равномерного обогрева муфелей сокра-
щают длину пути прохождения газов, устанавливая две горелки
по торцам камеры печи. Муфели работают периодически (дли-
тельность цикла ~2ч). В них специальной лопаткой вручную
загружают предварительно расколотые чушки цинка. Цинк пла-
вится, нагревается до кипения, испаряется, и после этого

осуществляется новая загрузка цинка. В печи установлено боль*
шое число муфелей, поэтому в целом она работает непрерывно.

Пары цинка из муфеля поступают в окислительную камеру
(колодец) и окисляются кислородом воздуха. Вследствие неравно-
мерной скорости испарения цинка в муфеле и большого числа
^муфелей регулировать процесс окисления в этой печи не
удается [4].

В муфельных печах продукты сгорания топлива не соприка-
саются с цинком, что при применении электролитического цинка

(содержащего 99,0—99,8% цинка) позволяет получать тонкодис-
персные цинковые белила с небольшим содержанием примесей.
Такие белила являются высококачественным продуктом для рези-
новой промышленности, а для лакокрасочной промышленности
дают покрытия пониженной атмосферостойкости [5]. Введение
газа или продуктов его сгорания в окислительную камеру и до-
бавка цинка, содержащего примеси металлов, к электролитиче-
скому цинку, а также снижение степени дисперсности частиц
улучшают свойства цинковых белил для лакокрасочной про-
мышленности.

Муфельным печам присуще большое число существенных не-
достатков: 1) периодичность работы муфелей и короткий срок их
службы (5—10 суток); 2) неуправляемость процессом окисления;
3) низкий тепловой к. п. д.; 4) большие затраты ручного труда
в тяжелых производственных условиях и практическая невозмож-
ность механизации загрузки цинка и установки в печь раскален-
ных муфелей; 5) значительные потери цинка на образование от-
ходной окиси цинка.

Муфельные печи еще находят применение в отечественных про-

1зводствах цинковых белил. В перспективе они должны быть заме-

нены печами более совершенных конструкций.

. Барабанная вращающаяся печь для испарения цинка
^|(рис. VIII-7) представляет собой медленновращающийся (0,5—
‘ 11,0 об/мин) горизонтальный металлический барабан (длиной
1,7—2,5 м и диаметром 1 —1,5 м), футерованный огнеупорным кир-
“фичом, с кольцевыми порогами высотой 250—300 мм, позволяю-
щими создать внутри барабана ванну из расплавленного цинка.

В двухпроводную газовую горелку 1 подается природный газ
и холодный воздух. Продукты сгорания газа из топки 2 посту-
пают внутрь барабана 4, омывают поверхность расплавленного
цинка и внутренние стенки барабана и вместе с образовавшимися

парами цинка при 1000—
1100 °C поступают в окисли-
тельную камеру 5. В ней
пары цинка окисляются кис-
лородом воздуха в окись
цинка, а СО и Н2 сжигаются
до СО2 и Н2О.

Вращение барабана не-
обходимо: 1) для передачи
теплоты от продуктов сгора-

Рис. VIH-7. Барабанная вращающаяся печь для
испарения цинка:

1 — горелка; 2 — топка; 3 — бандажи; 4— барабан;
5—окислительная камера; 6 — штанга; 7 — ролики.

ния топлива не только че-
рез зеркало испарения цин-
ка, но и от раскаленных сте-

нок печи, непрерывно по-

гружаемых в расплавленный цинк; 2) для разрушения пленки окиси
цинка, образующейся на поверхности жидкого цинка и замедляю-
щей его испарение; 3) для увеличения поверхности испарения, так
как жидкий цинк частично увлекается вращающейся поверхностью
барабана.

При сжигании природного газа (содержащего ~90% метана)
с использованием холодного воздуха необходимо поддерживать
а 0,8 Н-0,9, что приводит к неизбежному окислению цинка
в печи (см. рис. VIII-4). На внутренних стенках печи нарастает
толстый рыхлый слой («шуба») окиси цинка. Очистка стенок от
«шубы» вызывает остановку работы печи. Поэтому печь работает
циклически. В нагретую приблизительно до 1000 °C печь, стенки
которой очищены от «шубы», загружают несколько сот кило-

граммов чушкового цинка, цинк расплавляют, приводят печь во

вращение и, когда начнется испарение цинка, через каждые
2—3 мин подают в нее с помощью штанги (рис. VIII-7) по одной-
две чушки цинка. Когда на стенках печи нарастает толстый слой
окиси цинка, оканчивают загрузку цинка, испаряют цинк, находя-
щийся в печи, выключают горелку, прекращают вращение печи,
откатывают окислительную камеру, с помощью скребков очищают
раскаленные стенки от окиси цинка, затем, подкатив обратно
окислительную камеру, проводят следующий цикл. Длительность

одного цикла в различных цехах колеблется от 8 до 24 ч. Непре-1
рывный процесс испарения цинка составляет 70—80% от общей
длительности цикла.

В период непрерывного испарения цинка скорость испарения
равномерна, что в отличие от муфельных печей позволяет регули-
ровать режим окисления паров цинка и управлять этим процес-
сом. Цинковые белила, получаемые с применением барабанных
печей, работающих на природном газе, очищенном от серы, имеют
низкое содержание водорастворимых солей и, вследствие наличия
продуктов сгорания топлива в окислительной каМере, игольчатую
форму частиц. Они менее дисперсны, чем получаемые с использо-
ванием муфельных печей, дают более атмосферостойкие покрытия,
что является их важным преимуществом для лакокрасочной про-
мышленности [5].

В зарубежных странах подача чушек цинка в барабанную
печь, очистка стенок печи от «шубы» и плотного шлака прово-
дятся вручную.

В Советском Союзе созданы и используются устройства ори-
гинальной конструкции для механизированной автоматической за-
грузки чушек цинка в печь, для механизации очистки стенок печи j
от плотного шлака с помощью фрезы и разрабатывается способ
подачи расплавленного цинка в печь [1, 6].

Барабанные печи по сравнению с муфельными имеют следую-
щие преимущества: 1) дают возможность управлять процессом
окисления; 2) позволяют получать для лакокрасочной промыш-
ленности более высококачественные белила; 3) исключают расход
дорогостоящих муфелей; 4) снижают в 3—4 раза расход топлива;
5) более просты по конструкции и компактны; 6) механизирована
загрузка цинка в печь; 7) меньшие затраты ручного труда.

Такие печи применяются для испарения цинка в производствах
цинковых белил в Советском Союзе, Англии, Франции, ПНР,
ЧССР и в других странах.	

Главный недостаток барабанных вращающихся печей — окис-
ление цинка с образованием отходной окиси цинка, отлагающейся
на стенках, что кроме повышения потерь цинка в виде возвратных
отходов приводит к остановке печи для ее очистки.

В приведенных выше результатах термодинамического исследо-
вания процесса испарения цинка за счет теплоты продуктов сго-
рания природного газа (метана), непосредственно соприкасаю-
щихся с расплавленным цинком и его парами, было показано, что
только при сжигании газа с использованием воздуха, нагретого
до высоких температур, можно избежать или снизить окисление
цинка в печи. При рассмотрении термодинамически равновесного
состава газа, исключающего окисление цинка, было также отме-
чено, что в месте соприкосновения продуктов сгорания газа с по-
верхностью цинка резко снижается температура газа и что это
способствует процессу окисления цинка. Для создания высокой
концентрации СО на поверхности цинка предлагается [7, 8] в ба-
рабанную печь, работающую на продуктах сгорания газа

(рис. VIII-8), загружать некоторое количество коксика (на по-
верхность расплавленного цинка). В этом варианте теплота рас-
плавленному цинку передается в основном от раскаленных стенок

печи, погружаемых в него при
вращении барабана.

В производстве цинка пиро-
металлургическим методом при-
меняют электропечи для очистки
цинка от примесей других метал-
лов способом редистилляции —
испарения цинка.

На рис. VIII-9 приведена кон-
струкция электродуговой печи
непрерывного действия для ис-
парения цинка с целью его осво-
бождения от примесей свинца и
железа [9].

Вольтова дуга образуется ме-

Рис. VII1-8. Барабанная вращающаяся печь
для испарения цинка [7]:

/ — печь; 2— газовая горелка; 3 —бункер
с коксом; 4—окислительная камера.

жду двумя горизонтально распо-

ложенными угольными электродами 3. Под печи 1 имеет форму
чаши, в которой поддерживается слой (ванна) расплавленного
цинка. Каналом 5 под печи соединен с заполненной жидким цин-

ком плавильной ванной 4, в которую загружаются чушки цинка.

а-а

Рис. VII1-9. Электродуговая печь непрерывного действия для испарения цинка |9];

1 — под печи; 2— свод печи; 3—электроды; 4 — плавильная ванна для загружаемых чушек
цинка; 5 — канал для жидкого цинка; 6— канал для спуска примесей металлов.

Таким образом, во внутреннее пространство печи, куда посту*
пает расплавленный цинк, полностью исключено проникновение
кислорода воздуха (места входа в печь электродов уплотнены).

Скопляющийся в нижней части пода сплав из свинца, железа
и цинка периодически выводится из печи через канал 6.

Электродуговая печь работает под атмосферным давлением.
Теплота цинку передается радиацией не только от вольтовой
дуги, но в большей мере от раскаленного свода печи 2.

Возможны и другие конструктивные варианты электропечей,

которые можно использовать для испарения цинка.

Расход электроэнергии на испарение цинка составляет
~ 1 кВт-ч на 1 кг цинка.

Электропечи непрерывного действия имеют ряд существенных

преимуществ по сравнению с муфельными и барабанными печами
для испарения цинка: 1) непрерывное испарение/цинка с поддер-
жанием постоянного потока его паров, что позволяет осуществить

Рис. VIII-10. Схема нагрева
материала плазменной
струей дугового плазмотро-
на постоянного тока [13J:

1 — внутренний стержневой
электрод (катод); 2 — нагре-
ваемый материал; 3 — внеш-
ний кольцевой электрод
(сопло — анод); Г — генератор
постоянного тока.

оптимальный режим окисления и тем са-
мым обеспечить повышение качества цин-
ковых белил и снижение потерь цинка;
2) при испарении цинка в электродуговой
печи без проникновения в ее рабочее прост-
ранство кислорода воздуха (как показал
опыт эксплуатации электропечей и ректи-
фикационных печей) на внутренних стен-
ках не образуется «шуба» из окиси цинка
или шлака, сгорание электродов обеспечи-
вает поддержание в печном пространстве
восстановительной среды, состоящей цели-
ком из окиси углерода, облегчается меха-
низация загрузки цинка в печь.

Перечисленные преимущества электри-
ческих печей настолько существенны, а рас-

ход электроэнергии на испарение цинка так невелик, что электро-
печи, безусловно, должны найти широкое применение в производ-
стве цинковых белил [Ю, И].

Плазменные печи имеют тепловой к. п. д., значительно более
низкий, чем электродуговые. Он увеличивается с повышением
мощности печи [12].

Под плазмой понимают ионизированный газ, обладающий зна-
чительной электропроводностью, но в целом квазинейтральный,

так как сумма положительных и отрицательных зарядов в нем
равна нулю. Плазму получают воздействием вольтовой дуги на
газ, пропускаемый между внутренним стержневым и внешним коль-
цевым электродом (рис. VIII-10). Плазма, омывая материал, поз-
воляет при степени ионизации ^1% достичь температур 5000—
30 000 К.

Когда необходимо избежать окисления металлов в плазменной
печи, для получения плазмы применяют инертные газы. Исполь-
зуя с той же целью смесь горючих газов с воздухом, можно зна-
чительно снизить расход электроэнергии. В этом случае, в част-
ности в плазменной печи для испарения цинка, отношения СО/СО2
и Н2/Н2О должны быть несколько выше равновесных, приведенных
на рис. VIII-4. Во избежание окисления поверхности кипящего
при температуре ~ 900 °C цинка значения СО/СО2 и Н2/Н2О

должны быть настолько высокими, что эффект замены инертного
газа смесью продуктов сгорания горючего газа с воздухом стано-
вится незначительным. Кроме того, такая замена может вызвать
окисление поверхности расплавленного цинка, имеющего темпера-
ТУРУ ~500 °C в месте его поступления в рабочее простран-
ство печи.

Главным преимуществом плазмы помимо возможности дости-
жения высоких температур и исключения окисления металлов при
работе на инертных газах является концентрация в малом объеме
больших количеств теплоты, что позволяет значительно умень-
.. шить размеры печи.

(Опытная установка, на которой разрабатывается конструкция
промышленной плазменной печи для испарения цинка, анало-
гична электродуговой печи (см. рис. VIII-9) и отличается от нее
тем, что угольные электроды заменены дуговым плазмотроном.

Печи для получения цинковых белил
непосредственно из цинксодержащего сырья

Под цинксодержащим сырьем понимается обожженный кон-
центрат сернистого цинка и цинксодержащие отходы различных
производств, в состав которых входит 30—60% окиси цинка.

Процесс получения цинковых белил заключается в восстанов-
лении окиси цинка окисью углерода в металлический цинк (реак-
ция VIII-1) и окислении полученных паров цинка кислородом
воздуха.

В настоящее время для получения цинковых белил из цинксо-
держащего сырья применяют шахтные электропечи и печи с по-
движной решеткой. Разрабатывается конструкция печи для полу-
чения цинковых белил восстановлением окускованного цинксодер-
жащего сырья продуктами сгорания природного газа [13].

В США до 80% цинковых белил, содержащих 98—99,5% окиси
цинка и менее 0,3% свинца, с регулируемой дисперсностью частиц
производят из концентратов сернистого цинка, используя шахт-
ные электропечи.

Для получения высококачественных цинковых белил с малым
содержанием примесей соединений других металлов проводится
многостадийная сложная подготовка сырья (рис. VIII-11) до его
fr поступления в электропечь [14]. После обжига концентрата полу-
ченный продукт подвергают двукратному обжигу со специальными
добавками на агломерационных спекательных печах, отгоняя со-
единения свинца и кадмия. При этой подготовке сырье требуется
не только освободить от свинца и кадмия, но и получить гранулы,
обладающие определенной прочностью, пористостью и размерами.
После двукратного обжига на агломерационных печах может быть
получен агломерат, содержащий 56% Zn и всего лишь 0,004% РЬ,
0,003% Cd и 0,1% S.

В шахтных электропечах на заводе «Сент-Джозеф Лед»
(США) получают цинк различных марок и цинковые белила, ис-
пользуя в качестве восстановителя кокс [3, 15].

127

шахтная электропечь непрерывного действия (рис. VIII-12)
диаметром 2,5 м и высотой 11 м заполнена смесью, содержащей
70% агломерата и 30% кокса с размером зерен 6—20 мм. В верх-
ней и нижней части шахты установлено по 6 электродов диамет-
ром 300 мм. Расстояние между электродами 8 м. Вольтова дуга

Рис. VIII-11. Схема получения цинковых белил из цинксодержащего сырья с применением
шахтных электропечей [14].

замыкается через зерна кокса, обладающие достаточным электри-
ческим сопротивлением.

Кокс из бункера 1 и агломерат из бункера 2 поступают в пла-
менную трубчатую печь 3 и в виде смеси, подогретой до 800 °C,
питателем 5 загружаются в шахтную электропечь. Внизу печи
установлен вращающийся разгрузочный стол 9. Шлаки (рай-
мовка) из печи попадают на фартук стола и скребком сбрасьь

ваются на транспортер 11. Пары цинка и окиси углерода с тем-
пературой около 900 °C через четыре отверстия поступают в две
камеры окисления 12.

Общая мощность, потребляемая печью, составляет 3000 кВт,

а расход энергии на 1 кг окиси цинка — 2,3 кВт-ч. Производи-

тельность печи — 30 т цин-
ковых белил в сутки.

В последние годы для
получения цинковых белил
на заводе «Сент-Джозеф
Лед» установлены новые пе-
чи диаметром 1,75 м с че-
тырьмя парами электродов
мощностью 2000 кВт и про-
изводительностью 20 т цин-
ковых белил в сутки. Опи-
санный способ получения
цинковых белил с использо-
ванием шахтных электро-
печей применяется также
в Аргентине, Японии и дру-
гих странах [3].

На заводе «Сент-Джо-
зеф Лед» большое внимание
уделяется режиму окисле-
ния паров цинка, поступаю-
щих из печи [3, 15].

В зарубежных странах
марки цинковых белил раз-
личаются по среднему раз-
меру частиц, оказывающему
большое влияние на обла-
сти их применения. Тонко-
дисперсные цинковые бели-

Рис. VIII-12. Схема установки с шахтной электро-
печью для получения цинковых белил из агло-
мерированного цинксодержащего сырья [15]:

1 — бункер для кокса: 2— бункер для агломерата;

3 — трубчатая печь; 4 — горелка; 5—питатель;
6—электроды; 7 —водоохлаждаемый обод; 8 — шла-
ки (раймовка); 9 — вращающийся разгрузочный
стол; 10 — отверстия для подачи воздуха; 11 — транс-
портер для шлаков; 12—камеры окисления; 13 — па-
ры цинка и окись углерода; 14—окись цинка и
двуокись углерода; 15 — вентилятор; 15—циклон;

17 — рукавные фильтры.

ла со средним размером

частиц ~0,1—0,2 мкм и высокой степенью чистоты используются
в резиновой промышленности. Обладая повышенной фотохимиче-
ской активностью, они снижают атмосферостойкость покрытий.
Для лакокрасочной промышленности необходимы более грубодис-
персные цинковые белила со средним размером частиц 0,4—
0,6 мкм. Наличие в них примесей некоторых металлов повышает
атмосферостойкость покрытий.

На свойства цинковых белил (степень дисперсности, фотохи-
мическую активность, укрывистость и др.), а также на количество
получаемых возвратных отходов большое влияние оказывают: ре-
жим окисления паров цинка; термическая обработка полученной
взвеси цинковых белил в газах с целью укрупнения весьма тонких
частиц, ускоряющих меление красок; 3) наличие в парах окисляемо-
го цинка горючих газов и продуктов их сгорания, способствующих

Получению игольчатой, более атмосферостойкой формы частиц
окиси цинка. В зависимости от области применения цинковых
белил меняются требования к дисперсности, фотохимической ак-
тивности и чистоте. При получении цинковых белил с примене-
нием шахтных электропечей строго контролируют температуру
в камерах окисления и режим окисления [15]. По высоте камер
Числения 12 (см. рис. VII1-12) расположен ряд отверстий 10
для подачи воздуха. Дисперсность окиси цинка регулируется из-
менением температуры окисления в камерах, скоростью окисления
и скоростью газового потока. Тонкодисперсную окись цинка полу-
чают при быстром окислении паров цинка и быстррм охлаждении
полученной окиси, применяя нефутерованные камеры и газоходы
и низкие температуры. Более грубодисперсные марки цинковых
белил получают, применяя футерованные камеры и газоходы, при
замедленном потоке газов и более высоких температурах. В зави-
симости от необходимых свойств окиси цинка температура в окис-
лительной камере поддерживается в пределах 200—1000 °C. Раз-
мер частиц окиси цинка меняется от 0,01 до 1,0 мкм.

Регулирование дисперсности и тем самым свойств окиси цинка
достигается не только изменением температуры, но и разбавле-
нием цинковых паров (уже содержащих СО) продуктами сгора-
ния топлива, подачей в камеры окисления или внутрь шахтной
печи некоторого количества металлического цинка.

Газы с взвешенными в них частицами окиси цинка
(см. рис. VIII-12) просасываются вентилятором 15 через водяной
трубчатый холодильник (на рисунке не показан), нагнетаются в
циклон 16, а затем в напорные рукавные фильтры 17. До подачи
в фильтры газы дополнительно охлаждаются до 135°C подсосом
воздуха.

Иногда уловленные в рукавных фильтрах цинковые бе-
лила подвергаются термической обработке — повторному нагреву
(см. рис. VIII-11).

Печь непрерывного действия с цепной решеткой (называемая
печью Витерилля) уже многие десятки лет применяется в США
для получения цинковых белил из цинксодержащего сырья.

Усовершенствованная отечественная конструкция печи непре-
рывного действия с закольцованной цепной решеткой показана на
рис. VIII-13 [16]. В боковые стенки печи вмонтированы охлади-
тельные трубы, в которых циркулирует испаряющаяся химически
очищенная вода, что предотвращает зашлаковывание стенок;
в конструкцию печи внесен также ряд других усовершенство-
ваний [17].

Цепная беспровальная колосниковая решетка 1 шириной
~ 1300 мм и длиной между осями ~8000 мм перемещается внутри
печи. Скорость передвижения решетки может изменяться от 0,7
до 5. м/ч. Для возможности регулирования количества воздуха,
продуваемого через решетку, под нею расположены пять изолиро-
ванных одна от другой дутьевых коробок, в которые подается
воздух. Верхняя (рабочая) часть решетки заключена в шамотную

камеру 6, в которой протекает процесс восстановления окиси
цинка в цинк. Из бункера 2 через щелевое отверстие на цепную
решетку загружается брикетированный или гранулированный
уголь для создания на ней слоя (подушки) раскаленного угля
л при прохождении решетки через камеру розжига 3.

М Газы, получаемые в камере 3 при частичном сгорании угля,
«^выбрасываются в атмосферу. Из бункера 4 через щелевое отверг
стие загружают на подушку из раскаленного угля слой шихты.

Рис. VI11-13. Печь непрерывного действия с цепной решеткой [16]:

1 — цепная колосниковая решетка; 2 — бункер для угля; 3 — камера розжига; 4 — бункер для
шихты; 5 —резервуар для воды; 6 — основная камера печи; 7 — канал к окислительной камере;

8— шлакосниматель; 9 — дутьевые коробки; 10 — бункеры для продуктов, просыпаемых через
решетку; // — патрубок для вывода шлаков.

При прохождении слоя шихты вдоль камеры 6 с продувкой
через него воздуха протекает восстановление окиси цинка в цинк.
Так как воздух подается в избытке по отношению к теоретически
необходимому для сжигания топлива, образующиеся пары цинка
в основном окисляются в окись цинка в камере 6, и взвесь цинко-
вых белил в газах поступает по каналу 7 в окислительную камеру.
В нее засасывается воздух для полного окисления паров цинка
и снижения температуры аэровзвеси.

Суточная производительность печи — 2500—3000 кг цинковых
белил. В этой печи в отличие от шахтной топливо расходуется
в больших количествах, так как оно используется не только в ка-
честве восстановителя, но и как источник тепловой энергии.

Вследствие наличия серы в твердом топливе и переработки
отходного сырья, содержащего наряду с окисью цинка ряд приме-
сей, на печах с цепной решеткой получают цинковые белила
с 1,5—2% водорастворимых солей, 3—6% окиси свинца и другими
примесями, что ограничивает использование этих печей.

ПЕЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКИСНОГО ПИГМЕНТА

Для производства красного железоокисного пигмента терми-
ческим разложением одноводного сульфата железа, получаемого
дегидратацией железного купороса на барабанных сушилках
[18], применяются трубчатые пламенные печи непрерывного дей-
ствия (см. рис. VIII-1) больших размеров (диаметр 2,8 м, длина
40 м) и производительности.

Разработана и испытана на опытно-промышленной установке
новая конструкция печи непрерывного действия /для получения
красного железоокисного пигмента термическим разложением же-
лезного купороса (рис. VIII-14) [19]. Железный купорос из за-
грузочной воронки /, как в спекательных (агломерационных) ма-
шинах, поступает в несвязанные между собою паллеты (тележки)

Рис. VIII-14. Печь для получения красного железоокисного пигмента [19]:

1—загрузочная воронка; 2—паллеты; 3—беспровальные колосники (дно паллеты); 4 — цепной
конвейер; 5 — звездочка конвейера; 6—топочная камера; 7 — горелки; 8 — каналы; 9 — сопла;
/0 —каналы; // — рабочая камера; 12—слой материала; 13 — вакуум-камера; 14 — коллектор
дымовых газов.

2, имеющие два невысоких бортика и дно 3, образованное беспро-
вальными колосниками, закрепленными на цепном конвейере 4,
перемещаемом с помощью звездочки 5. Продукты сгорания газа
из горелок 7 по каналам 8 поступают в топочную камеру 6. Вдоль
топочной камеры расположены сопла 9, по которым подается
воздух для смешения с продуктами сгорания топлива, имеющими
высокую температуру. Смесь воздуха с продуктами сгорания газа
по каналам 10, расположенным против сопел для подвода воз-
духа, поступает в камеру 11 и просасывается через слой мате-
риала 12 в вакуум-камеры 13, из которых газы отсасываются вен-
тилятором в коллектор дымовых газов 14. Продукт прокаливания
разгружается при повороте паллет 2.

В печи этой конструкции, меняя величину разрежения в от-
дельных камерах 13, можно изменять температуру газов вдоль
печи.

Пары воды, получаемые при дегидратации железного купо-
роса, смешиваются с SO2 и SO3, образующимися при разложении
132

сульфата железа, что приводит к ускоренной коррозии металли-
ческих частей печи и нарушению ее работы. Остановку работы
печи вызывает также применение порошкообразного железного
купороса. Для устранения этих недостатков предложено предва-
рительно дегидратировать железный купорос в барабанной су-
шилке и гранулировать продукт дегидратации.

Для получения красного железоокисного пигмента и дегидра-
тации железного купороса испытаны печи с кипящим слоем [18].

ПЕЧИ ПРОИЗВОДСТВА УЛЬТРАМАРИНА

Риг. VII1-15. Тигельная печь конструк-
ции Грум-Гржимайло для обжига
ультрамариновой шихты;

/ — топка; 2—сборный коллектор для
отвода дымовых газов; 3 — тигель с ших-
той.

Получение ультрамарина термической обработкой шихты, со-
стоящей из каолина, серы и соды, с небольшими добавками инфу-
зорной земли и восстановителя (пека) состоит из двух стадий:
1) проводимой при нагревании ших-
ты до 750—780 °C с образованием
зеленого ультрамарина; 2) прово-
димой при температуре 500—
200 °C в окислительной среде с ре-
гулируемой концентрацией кисло-
рода и образованием синего уль-
трамарина.

В Советском Союзе и за рубе-
жом до настоящего времени в про-
мышленных условиях ультрамарин,
обладающий хорошими пигментны-
ми свойствами, получают в тигель-
ных печах [1]. В тигельной печи
конструкции Грум-Гржимайло (рис.
VIII-15) устанавливаются в не-
сколько рядов штабелями пористые
шамотные тигли вместимостью 5—
7 кг шихты. В этой печи отвод про-
дуктов сгорания топлива осуществ-
ляется через отверстия в поде печи,

что обеспечивает более равномерный обогрев тиглей. В течение
30—40 ч нагревают шихту до 750—800 °C и, выдержав при этой
температуре несколько часов, получают зеленый ультра-
марин.

При температуре >500 °C зеленый ультрамарин не окисляется,
а при более низких температурах, особенно в интервале 300—
500°C, при сравнительно небольших концентрациях кислорода об-
разуется брак (белый, серый продукт). Поэтому после получения
зеленого ультрамарина прекращают работу топки, тщательно гер-
метизируют дверцы топки, поддувала и шибер на дымоходе и за
счет теплопотерь стенками печи во внешнюю среду проводят
охлаждение («томление») печи до 150—200°C. При многосуточном
«томлении» за счет неизбежного подсоса воздуха через кладку
печи происходит окисление зеленого ультрамарина в синий (при

концентрации кислорода в печи ~2—3%). Затем охлаждают
тигли приблизительно до 50 °C, пропуская через печь холодный

Рис. V11I-16. Камерная печь для получения зеленого ультрамарина:

/ — реакционная камера; 2 —греющие каналы (для дымовых газов); 5 —загрузочный шлюзовый
затвор; 4—скользящий затвор для выгрузки зеленого ультрамарина; 5 —сборный коллектор
для отходящих газов; 6 — механизмы затворов; 7—кожух механизмов затворов; 8 — шуровочное
отверстие; 9 — отверстия для взятия пробы; /0—отверстие для термопары; 11 —керамические
шиберы; /2 —бункер для выгружаемого из печи продукта; 13~отверстие для вывода реак-
ционных газов.

воздух. Общая длительность цикла работы печи составляет 8—
10 суток.

Загрузка шихты в тигель, установка тиглей в печь и их выемка
из печи, а также разбраковка содержимого тиглей осуществляются
вручную в тяжелых и антисанитарных условиях.

Главным недостатком ультрамариновой тигельной печи кроме
больших затрат труда, значительного расхода тиглей, низкой про-
изводительности и большого выхода брака является то, что в ней
проводятся две стадии, резко отличающиеся по режиму проведе-
ния и требующие индивидуального аппаратурного оформления.

Исследованиями, проведенными в ЛТИ им. Ленсовета, было
показано [20, 21], что при определенных температуре и составе
газовой среды и перемешивании зеленого ультрамарина процесс
его окисления в синий можно закончить за несколько часов. На
основе этих работ был разработан и освоен на крупной опытно-
промышленной установке новый бестигельный метод получения
ультрамарина [22].

Установка периодического действия для бестигельного метода
получения ультрамарина состоит из печи оригинальной конструк-
ции, в которой синтезируют зеленый ультрамарин, и аппарата для
его окисления в синий, снабженного перемешивающим устрой-
ством [23].

Печь для получения зеленого ультрамарина (рис. VIII-16)
представляет собою многокамерную шахтную печь с герметичными
камерами из фасонного шамотного кирпича.

Для ускорения процесса нагрева слоя шихты при минимальном
перепаде температур между стенкой и шихтой, во избежание
оплавления шихты, ширина верхней части камеры не превышает
0,25 м, а нижней 0,35 м (для облегчения выгрузки). Длина ка-
меры— 2 м, высота — 3 м.

Обогрев рабочих камер осуществляется через их боковые
стенки дымовыми газами, которые движутся по вертикальным ка-
налам, сведенным в верхней и нижней их частях в общие коллек-
торы, переключаемые к дымоходу, идущему от выносной топки,
или к борову дымовой трубы. Эти переключения проводятся для
поддержания равномерной температуры по всей высоте рабочих
камер и осуществляются при помощи специального перекидного
клапана.

Шихта загружается в рабочие камеры через шлюзовые за-
творы, расположенные на верхнем перекрытии этих камер.

Выгрузка из печи осуществляется снизу через выдвижные поды
камер, отводимые в сторону по направляющим за пределы габа-
ритов этих камер при помощи системы зубчатых колес и цепной
передачи. Из камер зеленый ультрамарин разгружается в метал-
лический бункер печи, быстро в нем охлаждается до 300—400°C
и затем во втором обогреваемом аппарате с перемешивающим
устройством при определенных концентрациях кислорода и темпе-
ратуре окисляется в синий. На этой установке зеленый ультрама-
рин (первая стадия) и синий (вторая стадия) получались при сле-
дующих режимах:

Первая	Вторая

стадия	стадия

Температура, °C	...	.	750	400

Продолжительность,	ч	.	45—60	4—6

В настоящее время впервые в технологии получения ультрама-
рина разработан и освоен на промышленных моделях оборудова-
ния оригинальный непрерывный метод получения ультрамарина
[24, 25]. По этому методу зеленый ультрамарин получают в труб-
чатой вращающейся муфельной печи непрерывного действия [1,
3£]. Окисление зеленого ультрамарина в синий проводится в сек-
ционированной! трубчатой печи непрерывного действия.

ПЕЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛОВ СВИНЦА

На лакокрасочных заводах получают окцсь свинца — глет, ис-
пользуемый в аккумуляторной промышленности и для производ-
ства свинцового сурика и солей свинца.

В печах для получения
мощью быстровращающихся
ких капель и окисляют их

глета расплавленный свинец с по-
мешалок разбрызгивают в виде мел-
кислородом воздуха. Поток воздуха
выносит частицы окисленного и не-
окисленного свинца в пылеулови-
тельную систему. Вследствие высо-
кого экзотермического эффекта ре-
акции окисления свинца необходи-
мо понизить температуру реакцион-
ной смеси. Для этого в печь вместе
с воздухом вводят распыленную
воду.

На рис. VIII-17, а показана печь-
реактор с вертикально располо-
женной лопастной мешалкой. Ло-
пасть мешалки погружена на 5—
10 мм в расплавленный свинец
(глубина погружения лопасти мо-

Рис. VIII-17. Печи для получения глета:
а — с вертикальным перемешивающим
устройством; б— с горизонтальным пере-
мешивающим устройством;

/ — корпус печи; 2—перемешивающее
устройство; 3 — скребок для чистки сте-
нок печи.

жет регулироваться) и, делая ~180 об/мин, разбрызгивает его
в мелкие капли. Печь — чугунная, обогреваемая в период
пуска. Постоянный уровень расплавленного свинца поддержи-
вается с помощью плавильного котла, соединенного через гидрав-
лический затвор с печью. Температура расплавленного свинца
в печи поддерживается в пределах 450—490 °C. Главным недо-
статком печи является образование на ее стенках настылей. Это
требует остановки печи через каждые 10—15 суток ее работы для
очистки вручную стенок от токсичной окиси свинца.

Печь, показанная на рис. VIII-17, б, отличается от приведенной
на рис. VIII-17, а прямоугольной формой верхней части камеры,
горизонтально расположенными мешалками для разбрызгивания
свинца и специальными механическими скребками, непрерывно
очищающими стенки печи.

Глет-сырец, получаемый в глетных печах, в зависимости от его
назначения и, следовательно, режима окисления свинца может
содержать до 15% металлического свинца. При производстве то-
варного глета глет-сырец подвергают дополнительной термической

обработке (окислению) в обогреваемом аппарате, снабженном
перемешивающим устройством.

Главная масса получаемого глета обычно перерабатывается
в свинцовый сурик в печах периодического или непрерывного дей-
ствия [1]. В Советском Союзе для окисления глета в сурик при-
меняется трубчатая вращающаяся печь непрерывного действия
с электрообогревом, работающая под атмосферным давлением.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л., Химия,
1974. 656 с.

2.	Герасимов Я. И., Крестовников А. Н., Шахов А. С. Химическая термодина-
мика в цветной металлургии. Т. 1. М., Металлургиздат, 1960. 230 с.

3.	Лакерник М. М., Пахомова Г. Н. Металлургия цинка и кадмия. М., Метал-
лургия, 1969. 486 с.

4.	Козулин Н. А. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1962, № 4,
с 55____56

5.	Горелик Н. Г., Штерн М. А., Гогина Л. Н. — Там же, 1974, № 6, с. 12—16.

6.	Шабсон А. В. — Там же, 1976, № 2, с. 64.

7.	Paint Manufacture, 1948, v. 18, № 11, р. 379.

8.	Ларин М. И., Никифоров И. Н. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1964, № 1, с. 64—71.

9.	Электроплавка в цветной металлургии/Под ред. Г. Егера. М., Металлургиз-
дат, 1958. 302 с.

10.	Горловский И. А. — В кн.: Тезисы докладов научно-технической конференции
работников химической науки и промышленности г. Ленинграда. Л., Гос-
химиздат, 1959, с. 66—69.

11.	Горловский И. А. — В кн.: Тезисы докладов Всесоюзного научно-техниче-
ского совещания по пигментам для лакокрасочной промышленности. Л., Гос-
химиздат, 1962, с. 44—45.

12.	Фарнасов Г. А., Фридман А. Г., Карпинский В. Н. Плазменная плавка. М.,
Металлургия, 1968. 172 с.

13.	Малкин С. А. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1973, № 4,
с. 72—75.

14.	Каталог фирмы «Сент-Джозеф Лед» (США).

15.	Лакерник М. М. Электротермия в металлургии меди, свинца и цинка. М.,
Металлургиздат, 1968. 322 с.

16.	Гинзбург С. Ш., Астахов А. М., Бабич Г. Н. и др. — А. с. 147708 (СССР).

17.	Гинзбург С. Ш., Калинин А. И. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1964, № 5, с. 66—69.

18.	Козулин Н. А., Горловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной
промышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

19.	Малкин С. А., Березин В. А., Гинзбург С. С. и др. — А. с. 128960 (СССР).

20.	Агте А. Н., Либина Р. И., Миллер А. Д. и др. — А. с. 88844 (СССР).

21.	Агте А. Н., Либина Р. И., Миллер А. Д. и др. — ЖПХ, 1951, т. 24, с. 1317—
1321.

22.	Айзенберг Е. 3., Горловский И. А., Жунко В. И. и др. — А.. с. 122826
(СССР).

23.	Горловский И. А., Айзенберг Е. 3., Веденов Г. Н. и др. — Лакокрасочные
материалы и их применение, 1961, № 3, с. 20—25.

24.	Гинзбург С. Ш., Березин В. А., Гончарова Н. В. и др. — А. с. 136495
(СССР).

25.	Карпенко В. В. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1969, № 1,
с. 21—24.

Глава IX

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Производство природных пигментов и наполнителей сводится
к процессу измельчения предварительно высушенных природных
минералов и руд. При гетерогенных реакциях (получение прока-
лочных пигментов, разложение ильменитового концентрата и т. д.)
для увеличения скорости реакции и ее полноты исходное сырье
подвергают измельчению.

При тонком и особенно при сверхтонком измельчении и дезаг-
регации пигментов можно значительно повысить их важнейшие
физико-технические свойства — кроющую, красящую и разбели-
вающую способность, диспергируемость и др.

Получение порошковых красок связано с измельчением поли-
мерных материалов.

Таким образом, процесс измельчения и оборудование для его
проведения широко используются на лакокрасочных заводах.

В последнее время процесс измельчения находит новые обла-
сти применения. Например, при измельчении кристаллов с ионной
и ковалентной связью происходит разрыв этих связей и на вновь
образованной поверхности возникают свободные радикалы, ини-
циирующие химические реакции [1, 2]. При совместном измель-
чении хлорида хрома и перекиси свинца образуется хромат
свинца. Ряд реакций, идущих только при высоких температурах
и давлениях, можно провести при низких температурах и давле-
ниях, измельчая в реакционной смеси ряд веществ. Полимериза-
цию стирола можно проводить при комнатной температуре, из-
мельчая в нем поваренную соль и т. д.

Тонкое и особенно сверхтонкое измельчение связано с боль-
шими затратами энергии, поэтому большое значение приобретают
вопросы правильного выбора оборудования для измельчения
и оптимизация режимов работы этого оборудования.

СПОСОБЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Кроме механического измельчения с помощью дробилок и
мельниц разрабатываются и применяются новые способы измель-
чения [1, 2].

Промышленное применение нашел способ измельчения (с одно-
временной отбелкой) тяжелого шпата растворением его при высо-
кой температуре в поваренной соли с последующим гашением
плава в воде.

Материалы, имеющие микропоры, можно насыщать водой при
температурах 200—300°C, т. е. под высоким давлением, а затем
быстрым изменением давления «взрывать» частицы.

Тяжелый шпат измельчают методом преципитации, нагревая
его до высоких температур [3].

Ультразвуковым (кавитационным) методом можно разрушать
частицы вибрацией, резонирующей с их собственной частотой ко-
лебаний.

В Советском Союзе разрабатывается оригинальный способ
измельчения гидравлической ударной волной, возникающей за
счет мгновенного разряда конденсатора. Проведены лаборатор-
ные исследования по измельчению ультрамарина этим мето-
дом [4].

Предложены методы измельчения быстрой сменой высоких
и низких температур, воздействием светового луча квантового
генератора.

В ряде патентов описано получение тонкодисперсных материа-
лов воздействием на материалы высокотемпературной плазмы,
в частности, с получением при этом из ильменитового концент-
рата двуокиси титана.

Ниже рассматривается оборудование, применяемое для меха-
нического измельчения.

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ

Материалы, подвергаемые тонкому и сверхтонкому измельче-
нию, можно условно разбить на четыре группы, характерные для
производства пигментов и наполнителей и влияющие на выбор
вида оборудования.

* Первая группа — состоящие из сравнительно крупных моно-
кристаллов и кристаллических сростков материалы. К ним, напри-
мер, относятся ильменит, барит, легкий шпат и др. При их измель-
чении образуются новые поверхности раздела в местах сращива-
ния кристаллов или по плоскости кристаллических решеток.

Вторая группа — состоящие из микрокристаллических частиц
размером 0,1—3 мкм (первичных) материалы, которые при
сушке образуют крупные зерна или комья из сравнительно слабо
агрегированных частиц. К ним относятся пигменты, полученные
. методом осаждения, такие как свинцовые и цинковые крона, же-
лезная лазурь, а также отмученные охра, каолин и т. и. При их
обработке на мельницах происходит не измельчение первичных
частиц, а дезагрегация агрегатов этих частиц.

Третья группа — состоящие из тонкодисперсных частиц мате-
риалы, частично «спекшиеся» при высокотемпературной обработке
(осадочно-прокалочные пигменты — двуокись титана и др.),
а также полученные прокаливанием шихты (прокалочпые пиг-
менты). Наряду с агрегированными тонкодисперсными первич-
ными частицами они содержат кристаллические сростки первич-
ных частиц.

Четвертая группа — материалы, представляющие собой неод-
нородный продукт, состоящий из смеси частиц, которые относятся
к материалам приведенных выше трех групп (неотмученные охра,
каолин, сурик, мумия и т. д.), и содержащий также твердые круп-
ные частицы песка и других примесей.

*- Из приведенного выше деления материалов на группы сле-
дует, что в зависимости от свойств материала в одних случаях
будет иметь место измельчение, в других — только дезагрегация,
в третьих — одновременно измельчение и /дезагрегация.

На измельчаемость материалов влияют/ 1) прочность при сжа-
тии и изломе; 2) твердость (абразивность) — способность сопро-
тивляться истиранию; 3) хрупкость — способность разрушаться
при механическом воздействии без заметной пластической де-
формации.

Материалы, подвергаемые измельчению, часто характеризуют
прочностью при сжатии:

Категория

Особо мягкие

Мягкие

Средней прочности

Прочные

Очень прочные

' Прочность при сжатии,
Па-10"5
200-500
500-1000
1000-1500
1500-1800

>1800

Материалы второй группы относятся к особо мягким, барит
и легкий шпат — к мягким, мрамор и доломит в зависимости от
месторождения — к мягким или средней прочности, железный су-
рик (криворожских месторождений) — к средней прочности, тита-
но-магнетитовый (ильменитовый) концентрат— к прочным и очень
прочным.

На измельчаемость материалов истиранием, а также на износ
рабочих частей мельниц большое влияние оказывает твердость
(абразивность) измельчаемых материалов. Обычно она оцени-
вается по десятибалльной шкале Мооса, в которой за единицу
принята твердость талька, а за 10 — твердость алмаза.

Твердость некоторых материалов по шкале Мооса имеет сле-
дующие значения: графит — 0,5—1; сернокислый кальций—1,6—
2,5; доломит, барит — 3—4; мрамор — 4—5; кварц — 7 [5]. На абра-
зивность материала влияет его кристаллическая структура, напри-
мер твердость двуокиси титана анатазной равна 5, а рутиль-
ной — 6.

В литературе имеются данные по относительной абразивности
большого числа пигментов [6].

Измельчаемость материала зависит от совместного влияния
его прочности, твердости, хрупкости и от типа мельницы, на кото-
рой проводится процесс измельчения. Материалы одной и той же
твердости могут иметь различную хрупкость. Чем выше хрупкость
материала, тем легче протекает его измельчение. Обычно измель-
чаемость материала (размолоспособность) определяется экспери-

^^ментально на лабораторной или опытно промышленной мельнице,
И типа предполагаемой к использованию, с получением продукта
И необходимого гранулометрического состава.

	ТРЕБОВАНИЯ К ПРОДУКТАМ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В пигментных производствах основными видами материалов,
подвергаемых измельчению, являются пигменты и наполнители,
а из сырья — ильменитовый концентрат, инфузорная земля и т. д.

Требования к дисперсности пигментов и наполнителей опреде-
ляются главной областью их потребления — производством красок.

Производство красок заключается в диспергировании пигмен-
тов или их смеси с наполнителями в пленкообразующих веще-
ствах. Первичные частицы пигментов и наполнителей — монокри-
сталлы и кристаллические сростки — в процессе диспергирования
не измельчаются (см. гл. XVII).

Пигменты и наполнители полидисперсны, и требования к верх-
нему пределу крупности частиц и к крупности главной смеси час-
тиц вытекают из условий, предъявляемых к различным видам
красок.

||| Оптимальные размеры первичных частиц пигментов и напол-
। нителей, соответствующие достижению высоких физико-техниче-
ских свойств пигментов, находятся в пределах 0,1—2 мкм [7].
Основная масса частиц синтетических пигментов удовлетворяет
этому требованию. Исходя из приемлемых энергетических затрат
и результатов измельчения, достигаемых на имеющихся мельни-
цах, крупность основной массы частиц материалов первой и
четвертой групп — природных пигментов и наполнителей — обычно
составляет 5—10 мкм. В связи с этим к гранулометрическому
составу измельченных природных пигментов и наполнителей в за-
висимости от области их применения предъявляются следующие
. требования:

а)	используемых для производства густотертых красок, полу-
чаемых в результате так называемого тонкого сухого измельчения
на шаровых и роликовых мельницах — 99—99,7% частиц круп-
ностью <40 мкм, 50—80% частиц крупностью <10 мкм;

б)	используемых для производства эмалей общего назначе-
ния— 100% частиц крупностью <40 мкм, 95—100% частиц круп-
ностью <20 мкм, 65—90% частиц крупностью <10 мкм, 50%
частиц крупностью <5 мкм, а для специальных марок эмалей
98—100% частиц крупностью <10 мкм, 60—90% частиц круп-
ностью <5 мкм.

К синтетическим пигментам предъявляются следующие основ-
ные требования: содержание первичных частиц размерами
<1—2 мкм — 90—100%, при их тонкой и сверхтонкой дезагрега-
ции содержание частиц крупностью >>40 мкм — менее 0,1—0,5%'.

Состав продуктов измельчения по крупности частиц устанав-
ливается с помощью полной гранулометрической характеристики,
охватывающей все размеры частиц. Ниже под частицами

(зернами) понимаются как первичные частицы, так и их агрегаты,
и в случае необходимости вносятся соответствующие уточнения.

Содержание частиц крупностью >40 мкм обычно определяют
с помощью ситового анализа. Приводимые остатки на ситах с раз-
мерами отверстий 40—80 мкм относятся к мокрому методу сито-
вого анализа, так как вследствие агрегации сухих тонкодисперс-
ных^астиц сухой метод ситового анализа может дать остаток на
сите, в сотни раз превышающий тот, который получен при мокром
методе (см. стр. 154).

В отечественном стандарте на проволочные сита йомер сита
означает номинальный размер стороны ячейки (отверстия) сита
в долях сантиметра. Например, № 0040 соответствует размеру
отверстия 40 мкм.

ВИДЫ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Для дробления принято следующее деление по размерам наи-
более крупных получаемых куск^ь. крупное— 125—250 мм; сред-
нее— 20—125 мм; мелкое — 3—20 мм.	; '

В соответствии с приведенными выше требованиями, предъяв-
ляемыми к пигментам и наполнителям при их использовании для
производства красок, под тонким измельчением будет пониматься <
получение продуктов измельчения, содержащих 99—99,7% частиц
крупностью <40 мкм и 50—80% частиц крупностью <10 мкм, '
а под сверхтонким — содержащих 98—100% частиц крупностью!
<10—20 мкм и 50—90% частиц крупностью <5 мкм.	|

Материалы первой и четвертой групп подвергаются измельче- 
нию, второй группы — дезагрегации, третьей — дезагрегации и час-
тичному измельчению.

На большинстве мельниц осуществляют измельчение сухих ма-
териалов, но на некоторых типах мельниц (барабанные шаровые)
можно проводить измельчение сухим и мокрым способом (измель-
чением их водных суспензий).

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ	|

Материалы, подвергаемые дроблению и измельчению, даже 1 *
относящиеся к первой группе, представляют собой не монокри-
сталлы, а мелкие кристаллы, образовавшие кристаллические
сростки. При их разрушении необходимо преодолеть как силы <
притяжения между отдельными кристаллами, так и силы связи
между ионами или атомами, входящими в кристаллическую ре-
шетку. При этом следует отметить, что первые во много раз
меньше вторых. Существенно, что даже монокристаллы обычно
имеют ряд дефектов строения (дислокации и другие), нарушаю-
щих симметричное расположение ионов или атомов в решетке ||
и резко снижающих их прочность даже при размерах кристаллов щ
<1 мкм. При блочном строении кристалла и в кристаллических Ц
сростках возникают микро- и макротрещины.	В

Таким образом, разрушаемым материалам свойственна боль-
шая неоднородность прочностных свойств и анизотропность по
распределению неоднородностей. С уменьшением размера кусков
и зерен снижается степень неоднородности и тем самым повы-
шаются прочностные свойства материала.

Установлено, что разрушение кусков и зерен материалов при
дроблении и измельчении происходит при затратах энергии в
100—1000 раз меньших, чем те, которые необходимы для преодо-
ления сил притяжения ионов и атомов в кристалле. Объясняется
это дефектами строения кристалла, присутствием или образова-
нием микротрещин. При растяжении местные растягивающие на-
пряжения в устье микротрещин по фронту излома превышают на
2—3 порядка растягивающие усилия.

При деформации кристаллов в местах имеющихся в них де-
фектов строения возникают микротрещины, и, следовательно, раз-
рушение монокристалла также протекает вдоль фронта трещины.
Разрушение происходит уже при ширине трещины, равной двой-
ному предельному расстоянию, на котором проявляется молеку-
лярное притяжение, т. е. величине порядка 10-7 см.

Таким образом, при измельчении энергия затрачивается на
образование трещин или на разрушение вдоль уже имеющихся
трещин.

Несмотря на то, что величина энергии, требуемой для разру-
шения кусков или зерен материала, на несколько порядков ниже,
чем расчетная для разрушения монокристалла, к. п. д. мельниц
остается чрезвычайно низким по сравнению с затратами энергии
на разрушение единичного куска или зерна. Вызвано это сниже-
нием вероятности попадания крупных зерен, находящихся в смеси
с тонкими, под воздействие внешних сил, затратой энергии на де-
формацию частиц, не сопровождаемую их разрушением, и рядом
других факторов.

При измельчении единичных зерен расход энергии примерно
в 20 раз меньше, чем при коллективном измельчении зерен раз-
личной крупности. До настоящего времени к. п. д. шаровых мель-
ниц, считающихся наиболее экономичными для грубого и тонкого
измельчения, составляет доли процента.

При измельчении материалов первой группы вследствие дефек-
тов структуры деформируемого тела вначале возникают микро-
трещины. Если ширина микротрещин <10~7 см, то при снятии
напряжения они смыкаются, возвращая энергию в виде теплоты
и снижая к. п. д. измельчения материала. Таким образом, началь-
ная стадия является обратимой пока не наступит значительное
увеличение ширины трещины, а затем и разрушение тела. Смы-
кание трещин можно предотвратить адсорбцией на вновь образо-
ванных поверхностях различных веществ (понизителей твердо-
сти), одновременно «расклинивающих» микротрещины [8]. Этими
веществами могут быть вода, ПАВ и другие, позволяющие заметно
повысить эффективность проведения процесса измельчение
[2, 9, 10].

Процессы дробления и измельчения материалов, затраты энер-
гии на их проведение, способы оценки и определения изменения
размеров и поверхности материала подробно описаны в литера-
туре [4, 11, 12].

Полная энергия разрушения одного куска или зерна мате-
риала* (А) складывается из суммы энергии, затрачиваемой на де-
формацию (Ад), и энергии, расходуемой на образование новых
поверхностей (Ап):

А = + Лп = К AV + a AS	(IX-1)

где AV— объем разрушенного куска или зерна; AS — прирост по-
верхности; К, о — коэффициенты пропорциональности.

Вследствие малого прироста поверхности при дроблении можно I
пренебречь энергией, затрачиваемой на образование этой поверх- ]
ности. Следовательно, при дроблении одного крупного куска ]
можно полагать:	1

=	(IX-2) !

где Ад — затрата энергии на дробление; Кл— коэффициент, учи- |
тывающий свойства материала при дроблении.

Формула (IX-2) известна как закон Кика (Кирпичева): энер-
гия, требуемая дЛя разрушения крупного одиночного куска, прямо
пропорциональна его объему V.

При измельчении энергия, затрачиваемая на деформацию
зерна, вследствие малого его размера невелика. Если ею прене-
бречь, формула (IX-2) будет иметь следующий вид:

Аи — О'и AS

(IX-3)

где Аи — затрата энергии на измельчение; ои — коэффициент, учи-
тывающий свойства материала при измельчении.

Формула (IX-3) известна как закон Риттингера: энергия, тре-
буемая для измельчения единичного зерна материала, прямо про-
порциональна вновь образованной поверхности.

Формулы (IX-2), (IX-3) выражают связь между энергией, не-
обходимой для разрушения единичного куска, и его размерами,
но не отражают расход энергии на дробление или измельчение
единицы массы или объема материала.

На основе этих формул выведены следующие зависимости для
определения полезной работы W, которую необходимо затратить
на дробление и измельчение единицы объема материала [11].

Для дробления, исходя из формулы (IX-2):

«7A=/<A(lg-3L--Ig-7^-)Q	(IX-4)

где dcp— средний размер кусков измельченного материала; £)Ср—
средний размер кусков исходного материала; Q — масса измель-
ченного материала.

Для измельчения, исходя из формулы (IX-3):

IV'И = о-и ( --5^-) Q	(IX-5)

х «ср ^ср /

144

Значение dcp и £>ср рассчитываются по определенным уравне-
ниям [12].

Вследствие неоднородности прочностных свойств материалов,
повышения прочности зерен по мере уменьшения их размеров,
трудности определения вновь образованной поверхности для зе-
* реи, имеющих неправильную форму и микротрещины, формулы
'*• (IX-2) — (IX-5) не могут быть использованы без наличия экспе-
i риментальных данных по измельчению материала. Вместе с тем
.эти формулы имеют не только теоретическое, но и практическое
значение. Они позволяют судить, насколько изменится энергия,
необходимая для разрушения единичного куска или зерна, в зави-
симости от изменения его размеров и увеличения поверхности
материала.

Из формул (IX-4), (IX-5) следует, что при одинаковых вели-
чинах отношения d/D затраты энергии на полезную работу при
измельчении увеличиваются во много раз больше, чем при
дроблении.

Удельный расход электроэнергии (в кВт-ч) на дробление
и измельчение 1 т материалов первой и четвертой групп в пиг-
ментных производствах составляет:

Крупное, среднее и мелкое дробление . . .	2—5

Тонкое измельчение...................... 50—150

Сверхтонкое измельчение................. 500—1000

Подавляющую часть удельного расхода электроэнергии со-
ставляют ее затраты на процессы тонкого и сверхтонкого из-
мельчения.

По теории Риттингера, энергия, затрачиваемая на измельче-
ние, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности,—
см. формулу (IX-3). Вследствие неровной поверхности частиц,
наличия микротрещин и пор общая поверхность частиц, включая
заключенную в микротрещинах и порах, может в несколько раз
превышать рассчитанную, если условно их приравнять к гладким
плотным кубам. Поэтому при экспериментальной проверке фор-
мулы должна измеряться (соответствующими методами) факти-
ческая удельная общая поверхность исходного и измельченного
материала.

В связи с трудностью измерения энергии, непосредственно
затрачиваемой на измельчение, часто ограничиваются измерением
энергии, расходуемой на привод мельницы, условно принимая, что
между ними существует постоянное соотношение.

Измельчением тяжелого шпата (барита) и других материалов
первой группы было подтверждено (рис. IX-1, а), что при грубом
и тонком измельчении, в соответствии с формулой (IX-3), вновь
образованная поверхность прямо пропорциональна энергии, за-
траченной на измельчение, или, что равнозначно для шаровой
мельницы, длительности измельчения [12].

На рис. 1Х-1,б приведена зависимость прироста поверхности
материала AS (и тем самым снижения среднего размера частиц)

от продолжительности измельчения т в процессе тонкого измель-
чения материала в мельнице периодического действия.

В начале процесса измельчения возможны два отклонения от
прямой пропорциональности между AS и т. При наличии в исход-
ных частицах материала большого количества микротрещин уско-
ряется измельчение материала (участок л—б), а при большой
величине упругих деформаций, например недостаточном диаметре
шаров для измельчения ударом, измельчение замедляется (учас-
ток о—б).	\

На сравнительно большом участке (б—в) теоретические и прак-
тические данные совпадают.	)

Рис. IX-1. Зависимость расхода энергии от прироста поверхности при измельчении [18]:
а — экспериментальные данные; б—возможные отклонения от теории Риттингера;

1 — стекло; 2 — сланец; 3 —каменный уголь; 4—тяжелый шпат; 5—смолистый уголь; 6—бурый
уголь.

Нарастающее замедление процесса измельчения (участок
в—с), вплоть до его полного прекращения, вызывается двумя фак-
торами: 1) увеличением прочности частиц с уменьшением их
размеров; 2) возрастанием слипания частиц между собой и нали-
панием их на рабочие части с уменьшением размера частиц. Для
каждого типа мельницы имеется предел тонкости измельчения,
и на некоторых типах мельниц, в частности барабанных шаровых
мельницах, нельзя осуществить сухую дезагрегацию тонкодис-
персных материалов (двуокиси титана, красных железоокисных
пигментов, мела и др.) вследствие налипания материала на шары
и стенки барабана.

Из рис. IX-1,6 следует, что при увеличении тонкости измель-
чения эффективность процесса может понизиться. Невыгодный
режим измельчения можно исключить, если его прервать на уча-
стке б—в, т. е. когда продукт измельчения еще содержит большое
количество грубых частиц, затем отделить от него необходимую
тонкую фракцию, а грубые частицы вернуть на измельчение. Из-
мельчение по такому способу на мельницах непрерывного действия
называют работой мельницы в замкнутом цикле.

При измельчении в замкнутом цикле в классифицирующем
устройстве осуществляется отбор только части продукта измель-
чения, соответствующего требованиям по содержанию отдельных
классов зерен. В фракции, возвращаемой в мельницу, содержатся
классы зерен, входящие в готовый продукт и необходимые для
образования более тонких классов зерен. Например, при измель-
чении ильменитового концентрата были получены следующие
остатки (в %) на сите № 0040 при мокром способе просеива-
ния [12]:

Исходный продукт........................... 99,6

Продукт измельчения, поступающий из мельниц
в сепаратор............................... 62

Продукт, возвращаемый из сепаратора
в мельницу................................ 75

Готовый продукт.......................... 0,05

В этом примере циркуляционная нагрузка — отношение массы
материала, пропущенного через мельницу, к массе измельченного
материала — составила ~6.

Формула Риттингера не распространяется на сверхтонкое из-
мельчение материалов первой и четвертой групп на струйных
мельницах, а также на тонкую и сверхтонкую дезагрегацию ма-
’ териалов второй и третьей групп на любых типах мельниц.

Вследствие больших расходов электроэнергии на тонкое и
сверхтонкое измельчение работа мельницы оценивается по двум
показателям: 1) эффективности — удельному расходу электро-
энергии на измельчение 1 т материала; 2) производительности
(в т/ч). При перемене режима работы мельницы возможно одина-
ковое и различное изменение этих показателей. При проектиро-
вании новых цехов часто исходят из эффективности. В действую-
щих цехах, когда мельница является узким местом производ-
ственного потока, иногда повышают производительность мельницы,
снижая ее эффективность и получая в целом по цеху экономиче-
ский эффект.

Дробилки и мельницы подразделяют по конструктивному при-
знаку, а не по способу измельчения (ударом, раздавливанием,
истиранием, сухой, мокрый и т. д.): дробилки — щековые, валко-
вые, ударно-центробежные; мельницы — ударно-центробежные, ба-
рабанные шаровые, роликовые, струйные.

Сверхтонкое измельчение и дезагрегация при сухом способе
осуществляется на струйных мельницах, а при мокром — на бара-
банных шаровых мельницах.

Особенности и области применения отдельных типов дробилок
и мельниц приводятся при их описании.

Возможное применение отдельных типов дробилок и резуль-
таты дробления оценивают по степени дробления I:

I — Г>макс/б/макс	(IX-6)

где £>маКс — максимальный размер кусков исходного материала;
<^макс — максимальный размер кусков в продукте дробления.

ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ

Щековые дробилки применяются для крупного и среднего
дробления кусковых материалов первой и четвертой групп — при-
родных пигментов и наполнителей.

рабочая часть этих машин состоит из двух дробящих ребрис-
тых плит-щек (одна — неподвижная, другая — качающаяся), рас-
положенных под небольшим углом (20—25°). Куски материала

Рис. IX-2. Щековая дробилка:

1 — неподвижная щека; 2 —ось; 3 — подвижная щека;
4 — съемная плита; 5—вал; 6 — эксцентрик; 7 —под-
шипники; 8 —шатун; 9 — распорная плита; 10, // — регу-
лировочные клинья; 12—винт; 13— тяга; 14—пружина;

15 — маховое колесо; 16— станина.

раздавливаются и раска-
лываются при сближении
щек (размах щек ~ 10—
30 мм) до тех пор, пока
его размеры не станут
меньше разгрузочной
щели.

Степень дробления в
щековых дробилках ма-
лых размеров колеблется
от 3 до 6, доходя в дро-
билках больших разме-
ров до 10. По конструкции
дробилки отличаются ва-
риантами подвеса и при-
вода подвижной щеки и
делятся на две группы —
с простым и сложным
движением подвижной
щеки. Дробилки с про-
стым движением щеки
более надежны в экс-

плуатации.

Щековая дробилка с верхним подвесом и простым движением
щеки изображена на рис. IX-2.

На массивной чугунной станине 16 закреплены неподвижная
щека 1 и ось 2, на которой подвешена подвижная щека 3. Обе
щеки и боковые стенки дробилки снабжены съемными броневыми
рифлеными плитами. На главном валу 5 дробилки закреплен
эксцентрик 6, вращающийся в подшипниках, установленных на
станине дробилки. Эксцентрик вызывает вертикальные движения
шатуна 8, шарнирно связанного с подвижной щекой и регулиро-
вочным клином 10 посредством распорных плит 9, и сообщает
щеке 3 колебательное движение. Ширину разгрузочной щели (т. е.
крупность дробления) изменяют с помощью подвижного регули-
ровочного клина 11, передвигаемого винтом 12. Сближение рас-
порных плит и обратное движение подвижной щеки обеспечи-
вается тягой 13, снабженной пружиной 14. Для полного
использования мощности привода в период возвратного движения
щеки (холостого хода) на валу дробилки закреплены два мас-
сивных маховых колеса 15.

Ширина загрузочного отверстия дробилки должна составлять
не менее 1,15—1,20 максимального размера куска материала. Ти-
поразмер щековой дробилки определяется шириной загрузочного
отверстия и необходимой производительностью.

Если производительность типовой дробилки намного превы-
шает необходимую, сокращают продолжительность ее работы,
установив буферную емкость (бункер), или уменьшают частоту
вращения, снизив по расчету [5, 13] мощность электродвигателя.

ВАЛКОВЫЕ ДРОБИЛКИ

В валковых дробилках, применяемых для среднего и мелкого
дробления, материал дробится между двумя вращающимися один

навстречу другому валками (рис.
ность валков может быть глад-
кой, рифленой, ребристой и зуб-
чатой. Степень дробления зави-
сит от вида валков и свойств ма-
териала. Она колеблется от 3 до
8 для гладких валков, достигая
10—15 для зубчатых.

В дробилках с гладкой поверх-
ностью валков дробление осуще-
ствляется в результате раздавли-
вания и, в меньшей мере, истира-
ния. В дробилках с рифленой или
ребристой поверхностью валков
сочетается раздавливание и рас-
калывание материала. В зуб-

IX-3). Цилиндрическая поверх-

Рис. 1Х-3. Двухвалковая дробилка:

/ — валки; 2, 3— подшипники; 4 — прокладки;

5—пружина; 6 — станина.

чатых дробилках происходит дробление раскалыванием, ударом,

разрывом и истиранием материала.

Валковые дробилки с гладкими и рифлеными валками, предна-
значенные для мелкого дробления твердых материалов и материа-
лов средней прочности, в пигментных производствах находят
ограниченное применение. Они используются для мелкого дробле-
ния тяжелого шпата и коксика в производстве сернистого бария.
По сравнению с молотковыми дробилками валковые дают более
однородный по крупности продукт, образуют меньше пыли, но
уступают им в простоте замены рабочих частей машины.

Валковые дробилки с зубчатыми валками применяются для
крупного и мелкого дробления особо мягких и мягких материа-
лов— в пигментных производствах для дробления материалов
второй и третьей групп. Зубчатые валковые дробилки иногда
используют в качестве питателей ударно-центробежных мельниц.

Схема двухвалковой дробилки с гладкими валками показана
на рис. IX-3, а ее внешний вид — на рис. IX-4. Один из валков
дробилки (рис. IX-3) вращается в подшипниках 2, прочно закреп-
ленных на станине. Второй валок вращается в подвижных под-
шипниках 3, скользящих вдоль рамы. На подвижные подшипники

и, следовательно, на вращающийся в них валок нажимает пру-
жина 5, давление которой регулируется нажимными гайками.
Максимальное сближение валков, ширина щели и, таким образом,
крупность выпускаемого материала регулируются с помощью
стальных прокладок 4. Пружинный прижим подвижного валка
позволяет предохранить дробилку от поломки при попадании
в нее металлических предметов или очень твердых кусков. В за-
висимости от прочности материала окружная скорость валков
составляет 2—8 м/с.

Для затягивания материала гладкими валками необходимо,
чтобы угол захвата а (образуемый касательными к валкам

Рис. IX-4. Внешний вид двухвалковой дробилки с гладкими валками.

в точках прилегания куска материала) был меньше угла трения
материала о сталь f. При гладких валках это может привести
к необходимости применения дробилок с большим диаметром вал-
ков при малой производительности.

Отношение диаметра гладкого валка (Z)B) к диаметру макси-
мального куска дробимого материала (^Макс) определяется углом
захвата а и степенью измельчения d^Jd\, где d\ — ширина за-
зора между валками. Оно рассчитывается по формуле:

Ов = J 2 cosf p(d,/d„aKC)	(1Х 7)

“макс	1 cos /

где 1,2— коэффициент запаса.

Для большинства сухих твердых материалов среднее значение
f = 0,3, что соответствует углу захвата а — 16° 40', и при степени
дробления 4 (с/1/б/Макс = 0,25) по формуле (IX-7) значение
DJdtn^c ~ 20. В случае дробилок с гладкими валками для сухих
твердых материалов обычно принимают отношение DQjd^a^ = 20,

снижая его до 10 для влажных, вязких материалов. Таким обра-
зом, при Z)B/dMaKc = 20 требуется применение валков большого
диаметра, независимо от производительности дробилки, и обычно
длина гладких валков составляет 0,5—0,6Z)B.

Для дробилок с гладкими валками степень дробления состав-
ляет для твердых материалов 3—4, для мягких и вязких она дохо-
дит до 6—8 [13].

Рифление валков и устройство продольных канавок резко уве-
личивает коэффициент трения /ив этом случае величина DB/dMaKQ

Рис. 1Х-5. Одновалковая зубчатая дробилка:

/ — зубчатый валок; 2—маховое колесо; 3 —пружина; 4— станина; 5 —колосниковая решетка.

Снижается с 20 до 5—6. Валки с рифлением применяются для
мягких материалов.

Валковые зубчатые дробилки отличаются от дробилок с глад-
кими валками наличием зубьев на поверхности валков. Высота
дубьев обычно колеблется от 40 до 100 мм, и окружная скорость
валков зубчатых дробилок не превышает 1,5—3 м/с.

Зубчатые дробилки применяются только для дробления особо
мягких и хрупких материалов. Достигаемая на них конечная круп-
ность дробления составляет не менее 15—50 мм (на дробилках
с гладкими и рифлеными валками до 2—3 мм). На зубчатых
дробилках значение отношения DBldMaKC снижается до 2—3.

В дробилках с зубчатыми валками материал может измель-
чаться посредством одного зубчатого валка (рис. IX-5) с пружин-
ным прижимом решетки.

Зубцы сегментов зубчатого валка 1 имеют разную высоту
и располагаются вдоль валка чередующимися кольцевыми ря-
дами. Против зазоров в решетке приходятся высокие ряды зубцов,
а против колосников решетки 5—низкие ряды. С помощью тяг
регулируют расстояние между решеткой и зубчатым валком

и, следовательно, крупность дробления. Клиновидная форма «па-
сти» дробилки позволяет загружать материал, поперечные раз-
меры наиболее крупных кусков которого могут достигать 2/3 диа-
метра валка, обеспечивая при этом сравнительно высокую степень
дробления (~10—15).

Одновалковые зубчатые дробилки мало чувствительны к за-
валу материалов, поэтому их применяют в качестве разгрузочных
приспособлений к бункерам для кускового материала.

УДАРНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ МОЛОТКОВЫЕ, ДРОБИЛКИ

В ударно-центробежных молотковых дробилках быстровра-
щающиеся рабочие тела (молотки, била) ударом дробят кусковой
материал. Наличие разгрузочной решетки приводит к многократ-
ному воздействию ударных тел на дробимый материал и обеспе-

Рис. IX-6. Молотковая дробилка:

1—корпус; 2 — ротор; 3 — броневая плита; 4 — торцовая
броня; 5 — решетка; 6—молоток; 7 — приемная воронка;

8 — заслонка.

чивает получение продук-
та с заданной максималь-
ной крупностью.

Степень дробления
на ударно-центробежных
дробилках в зависимости
от размера отверстий в
решетке может колебать-
ся от 10 до 40.

Вследствие высокой
окружной скорости удар-
ных тел (40—50 м/с)
очень твердые и прочные
материалы вызывают их
быстрый износ, и они при-
меняются для среднего
и тонкого дробления ма-
териалов с су < 100 МПа
(1000 кгс/см2).

Достоинства этих дро-
билок:	компактность —

высокая производитель-
ность на единицу объема
машины; простота конст-

рукции; надежность в эксплуатации; большой выбор типоразмеров
по производительности. Основные недостатки: большое количество
пыли в продуктах дробления; трудность обеспыливания дробилки;
сравнительно быстрый износ рабочих тел; возможность поломки
дробилки при попадании в нее металлических тел (перед дробил-
кой необходимо устанавливать магнитные ловушки для улавлива-
ния металлических предметов).

В пигментных производствах ударно-центробежные дробилки
применяются для мелкого дробления материалов первой и четвер-
той групп — природных пигментов и наполнителей — перед их пе-
редачей в шаровые или другие мельницы.

В молотковых дробилках (рис. 1Х-6) в корпусе 1 вращается
ротор 2, на котором шарнирно закреплены свободно качающиеся
рабочие (ударные) тела — молотки 6.

При шарнирном закреплении молотков удар по куску мате-
риала гасится силой инерции молотка, не передаваясь на вал
и подшипники. Молоток при ударе отклоняется, что исключает
поломку дробилки при попадании в нее крупных твердых кусков.
Для защиты корпуса 1 дробилки от износа он покрывается внутри
броневыми зубчатыми плитами 3. Кроме того, имеется торцовая
броня 4. Материал дробится частично ударом молотка 6, час-
тично ударом о броню. Кусковой материал поступает в приемную
воронку 7, снабженную самоопускающейся шарнирно закреплен-
ной заслонкой 8, исключающей выброс материала из дробилки.
В этой дробилке и большинстве других типов молотковых дроби-
лок применяются молотки 6, имеющие форму, показанную на
рис. IX-6. Такая форма молотка позволяет после износа передней
бьющей кромки повернуть его на 180° по оси, а затем после
износа второй кромки закрепить на диске вторым концом, что
создает в молотке четыре бьющие кромки.

На производительность дробилки влияют размер отверстий
в решетке, влажность материала, его свойства (твердость, проч-
ность), степень износа бьющей кромки молотков.

УДАРНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

В ударно-центробежных мельницах, как и в ударно-центро-
бежных дробилках, материал измельчается быстровращающи-
мися рабочими телами.

Эффективность измельчения в результате удара в ударно-
центробежных мельницах а можно определить из следующей за-
висимости:

pLw2

П~~ 2ga

(IX-8)

где п — количество плоскостей куба, по которым произошло раз-
деление материала (пропорционально вновь образованной поверх-
ности); L — длина ребра куба материала, м; р — плотность мате-
риала, кг/м3; w — скорость встречи куска материала и ударного
тела, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с2; а—эффектив-
ность измельчения (затрата энергии на создание вновь образован-
ной поверхности), Дж.

Из зависимости (IX-8) следует, что с уменьшением размера
частиц материала и увеличением его прочности возрастает необ-
ходимая окружная скорость (цок) рабочих тел.

Окружная скорость обычно составляет 80—120 м/с, доходя до
250 м/с. При этих значениях уок измельчение материала проис-
ходит не только за счет удара о рабочие тела и броню, но и за
счет соударения и самоистирания его частиц, взвешенных в воз-
духе. Такие мельницы иногда называют воздушно-вихревыми. На

ударно-центробежных мельницах при цок = 80-т-120 м/с принци-1
пиально возможно проводить тонкое измельчение материалов пер-
вой и четвертой групп. Сверхтонкое измельчение материалов пер-
вой группы при работе мельницы в открытом цикле не удается
осуществить даже при десятикратном пропускании его через мель-
ницу с Уок =135 м/с и однократном через опытные мельницы]
с — 270 и 465 м/с [14].	1

Износ рабочих тел возрастает примерно пропорционально Уок-|
Вследствие высоких скоростей рабочих тел и взвеси частиц мате-1
риала в воздухе твердые (абразивные) материалы вызывают бы-|
стрый износ рабочих тел (молотков, бил/ стержней, пальцев,!
штифтов). Износ резко возрастает с укрупцением первичных час-1
тиц исходного материала. Уже при уок = 8Ю-т-120 м/с износ ра-|
бочих тел настолько велик, что даже при тонком измельчении]
мягких материалов первой группы с твердостью по шкале Мооса!
3—4 вызывает частую практически неприемлемую замену рабо-1
чих тел.	I

Достоинства ударно-центробежных мельниц: компактность;]
сравнительно простая конструкция. Применению таких мельниц]
в пигментных производствах способствует наличие типоразмеров]
небольшой производительности. Основные недостатки: быстрый]
износ рабочих тел при дезагрегации материалов второй группы]
с твердостью >>3—4 по шкале Мооса; поломка рабочих тел при]
попадании в мельницу крупных прочных частиц материала или]!
металлических предметов; трудность обеспыливания мельницы. ]

В пигментных производствах ударно-центробежные мельницы
используются для дезагрегации материалов второй группы, т. е.
состоящих из первичных частиц размером менее нескольких мик-
рон, агрегировавшихся в процессе сушки.	|

При сухом (I) и мокром (II) методах просеивания этих пиг-1
ментов после их дезагрегации на ударно-центробежных мельни-1
цах через тонкие сита (например, № 0063) получается очень В
большая разница в ситовых остатках (в %):	Л

1	11 Ч

Свинцовый крон........ 40—80	0,5	|

Крапплак.............. 30—60	0,2	|!

Высокие ситовые остатки при сухом методе просеивания могут и’
быть вызваны грубой дезагрегацией или образованием крупных и!
агрегатов из продукта тонкой дезагрегации. Вода пептизирует,
разрушает эти агрегаты.

Зарубежные ударно-центробежные мельницы часто носят чисто
рекламные названия, например «Микронайзер», «Микроатомай-
зер», так как на них не измельчают материалы первой группы до
микронных частиц, а дезагрегируют материалы второй группы,
состоящие из слабоагрегированных частиц размерами 1—2 мкм.

По конструктивному признаку ударно-центробежные мельницы
подразделяют на следующие типы молотковые мельницы; биль-
ные мельницы; дезинтеграторы; дисмембраторы. Они могут рабо-



ать в открытом и замкнутом циклах. При работе в открытом
(икле бильные мельницы и дисмембраторы обычно имеют раз-

рузочную решетку (сетку).

Число вариантов конструкции одного и того же типа ударно-
.ентробежных мельниц весьма велико [15].

Конструкция молотковых мельниц аналогична конструкции
юлотковых дробилок и отличается от последней более высокой

кружной скоростью молотков
80—120 м/с).

На рис. IX-7 показана молот-
овая мельница, в корпусе кото-
ой сблокированы ротор и сепа-
атор. Наряду с видом дезагреги-
руемого материала на производи-
вельность мельницы и удельный
расход электроэнергии большое
влияние оказывает степень из-
[ельчения. Например, в случае
.езагрегации синего пигмента при

Рис. IX-8. Бильная ударнО-центро-
бежная мельница типа «Комега»:

1 — питатель; 2 — корпус мельницы;

3—ротор; 4 — ударные тела (била);

5 — сепаратор.

Рис. IX-7. Молотковая мельница, сблоки-
рованная с сепаратором (типа «Дуплекс —
Зихтер») [15]:

1 — загрузочная воронка; 2 — диск ротора;

3—молотки (била); 4—броневые плиты;

5—отражатель; 6 — сепаратор; 7, 8 — па-
трубки для отвода пылевоздушной смеси
из сепаратора.

В

снижении содержания частиц (агрегатов) крупностью >20 мкм
с 2% до нуля производительность снизилась втрое и соответ-
ственно увеличился расход электроэнергии [15].

В бильных мельницах сравнительно массивные ударные тела
(в виде молотков или иной формы) жестко закреплены на роторе.
4а этих мельницах можно дезагрегировать только предварительно

лые материалы второй группы и мягкие материалы

группы (типа охры, мела).

Бильная мельница типа «Комета», сблокированная с воздуш*
но-проходным сепаратором, показана на рис. IX-8. Мельницы дру-
гой конструкции и с сепаратором, сблокированным с ротором, изо-
бражены на рис. XXI-3 и XXI-5.

Дезинтеграторами называют ударно-центробежные мельницы,
в ко&орых на двух вращающихся в разные стороны дисках жестко
закреплены рабочие тела — стержни (пальцы).

В дезинтеграторах (рис. IX-9) концентрические ряды пальцев
на каждом диске (корзинке) 1 и 5, центры вращения которых на-
ходятся на одной оси, расположены таким образом, чтобы при

Рис. IX-9. Дезинтегратор:

/, 3—диски; 2— стержни (пальцы); 4—загрузочная воронка.

сближении корзинок вращающиеся пальцы 2 одного концентри-
ческого ряда входили между рядами другого. В отличие от молот-
ковых и бильных мельниц материал поступает через воронку 4
в центре корзинок и возникающими при их вращении центробеж-
ными силами отбрасывается на пальцы.

В каждом последующем ряду пальцев, считая от центра диска,
расстояние между ними уменьшено. По мере прохождения мате-
риала через ряды пальцев и снижения его размеров возрастает
частота и скорость удара.

В дезинтеграторах, работающих в открытом цикле, в отличие
от ударно-центробежных мельниц с разгрузочной решеткой, мате-
риал не подвергается многократному измельчению до достижения
размеров, меньших чем отверстия в решетке.

Обычно каждый диск делает 1000—1500 об/мин (в новых кон-
струкциях до 6000 об/мин) и относительная окружная скорость
внешних рядов пальцев достигает 100—250 м/с. При такой скоро-
сти твердые материалы вызывают быстрый износ пальцев. По-
этому дезинтеграторы применяются для дезагрегации материалов
второй группы с твердостью <4 по шкале Мооса, не содержащих
крупных твердых частиц, а также для литопона-фабриката, т. е.
предварительно подвергнутого мокрой дезагрегации.

Рис. IX-10. Дисмембратор (без разгрузочной сетки):

/ — неподвижный диск; 2—стержни (пальцы); 3 — вращающийся диск; 4—загрузочная воронка.

Рис. IX-11. Дисмембратор (с разгрузочной сеткой):

! 1 — вращающиеся штифты; 2 — корпус; 3 — откидная крышка; 4—шарнир для крепления
 крышки; 5 — диск; 6 — вал; 7—подшипник; 8 — шкив; ,9— бункер; 10—питатель; 11— загрузоч-
ная воронка; 12 — неподвижные штифты; 13 — сменное сито; 14—электромагнитный сепаратор;

/5 —регулятор питателя; 16— привод питателя.

Дезинтеграторы выпускаются большой производительности
и используются в многотоннажных производствах.

Дисмембраторы отличаются от дезинтеграторов тем, что в них
один диск вращается, второй неподвижен и ударные тела могут
иметь форму стержней (рис. IX-10) или штифтов различной
формы (рис. IX-11). Частота вращения диска обычно колеблется
от 3600 до 6000 об/мин.

Различают дисмембраторы с разгрузочной решеткой *
(рис. IX-11) и без нее (рис. IX-10).

При отсутствии разгрузочной решетки дисмембратор может
работать в замкнутом и открытом циклах, а при наличии разгру-
зочной решетки — только в открытом цикле. Разгрузочная ре-
шетка имеет круглые или щелевидные отверстия размером 0,5—
5 мм, что способствует лучшей дезагрегации материала при работе
в открытом цикле.

Вследствие высокой частоты вращения диска и малого раз-
мера рабочих тел дисмембраторы применяются для дезагрегации
материалов второй группы с твердостью <СЗ—4 по шкале Мооса.
Даже небольшие количества крупных твердых частиц вызывают
поломку рабочих тел.

Дисмембраторы типа, показанного на рис. IX-10 [16], были
применены для тонкого измельчения материалов первой и четвер-
той групп — барита (исходной крупностью < 1 мм) и железного
сурика, но быстрый износ и поломка рабочих тел подтвердили
их практическую непригодность для тонкого измельчения мате-
риалов.

ШАРОВЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

К шаровым относятся барабанные, вибрационные и другие
типы мельниц, в которых рабочими телами являются свободно
движущиеся шары, мелющие тела иной формы (цилиндры, много-
гранники и т. д.) или куски измельчаемого материала (так назы-
ваемые барабанные «бесшаровые» мельницы).

Вибрационные шаровые мельницы вследствие большого при-
мола мелющих тел и других особенностей не применяются в пиг-
ментных производствах [12]. «Бесшаровые» мельницы для грубого
измельчения испытывались на кальците [17] и в пигментных про-
изводствах пока не используются. Широко применяются барабан-
ные шаровые мельницы.

Барабанная шаровая мельница представляет собою медленно-
вращающийся барабан, частично заполненный свободно движу-
щимися мелющими телами сферической (шары) или иной формы
и материалом, подлежащим измельчению. При вращении бара-
бана возникают лавинообразный и водопадный режимы работы
мелющих тел, материал измельчается ударом, раздавливанием,
истиранием.

* Иногда их называют «Коллоплексами».

В шаровых мельницах материал подвергается многократному
воздействию мелющих тел, что дает возможность достичь высо-
кой степени измельчения. На них можно осуществлять тонкое
измельчение сухих материалов, тонкое и сверхтонкое измельчение
и дезагрегацию материалов в виде их суспензий в воде.

Вследствие простоты замены изнашивающихся тел и футе-
ровки барабана на шаровых мельницах можно измельчать очень
твердые, а также абразивные материалы. Эти мельницы приме-
няются свыше 100 лет и до настоящего времени являются наибо-
лее эффективными аппаратами для тонкого измельчения.

На них ежегодно измельчают миллиарды тонн материалов
(руд, цемента, угля и др.).

Основные достоинства шаровых мельниц: пригодность для тон-
кого измельчения материалов любой твердости и исключение по-
ломок при попадании случайных металлических предметов; лег-
кость замены рабочих тел; простота конструкции; надежность
и безопасность в эксплуатации; при использовании керамических
мелющих тел и футеровки полное исключение примола металла;
возможность совмещения размола с сушкой материала; широкий
диапазон производительности выпускаемых типоразмеров бара-
. банных мельниц от десятка килограммов до десятков тонн в час.

Главными недостатками барабанных шаровых мельниц яв-
ляются громоздкость, сильный шум, сравнительно большой при-
мол мелющих тел, трудность очистки при переходе на другой
материал (в малотоннажных производствах), большая потреб-
ляемая мощность при холостом ходе мельницы и, следовательно,
перерасход электроэнергии при недогрузке мельницы.

В пигментных производствах барабанные шаровые мельницы
применяют: для тонкого сухого измельчения природных пигмен-
тов, наполнителей и ильменитового концентрата; для мокрого
сверхтонкого измельчения и дезагрегации материалов третьей
группы (двуокиси титана, литопона, красных железоокисных пиг-
ментов, ультрамарина и др.); для смешения, совмещенного с из-
мельчением компонентов исходной шихты при получении прока-
лочных пигментов.

Некоторые тонкодисперсные материалы третьей группы (дву-
окись титана, литопон, красные железоокисные пигменты и др.)
при сухом способе измельчения и дезагрегации налипают на ме-
лющие тела и броню. При мокром способе измельчения и дезагре-
гации (в водной среде) не только исключается налипание, но
одновременно (особенно при введении ПАВ и специальных доба-
вок) значительно снижается предельный размер зерен, достигае-
мый при измельчении, что и позволяет проводить на шаровых
мельницах сверхтонкое измельчение и дезагрегацию пигментов.

Мокрое измельчение и дезагрегацию материалов третьей груп-
пы обычно применяют в тех случаях, когда при производстве пиг-
мента неизбежно получение его суспензии в воде.

Шаровые мельницы периодического действия применяются
в малотоннажных производствах пигментов для художественных
159

й керамических красок. Мельница (рис. IX-12, а) представлю
собой герметичный, частично заполненный шарами барабан, ц
фы которого вращаются в двух подшипниках. Барабан приво
во вращение электродвигателем через редуктор, фр
муфту и зубчатую передачу. Большая шестерня-венец закрепл
наДарабане. Фрикционная муфта необходима не только для пл
ного включения барабана и тем самым уменьшения пусковой
Грузки на электродвигатель, но и для фиксации положения

т мег

м 5зме

Г'

pevaao. «лчлЭТОМу 3 т

41

р\ зка

которым ре:

гетч'- ten

2 не

мельиацы с

\Пом шаров или цилиндриков (цильпебса) служит стеатит, уралит
или другие виды износостойкого фарфора, реже кремнистая
галька. Футеровка обычно гладкая. Во избежание быстрого износа
футеровки и шаров режим работы шаров должен быть лавинооб-
разным, а коэффициент заполнения мелющими телами — не менее
40—45%.

Шаровые мельницы периодического действия имеют отношение
L/D, близкое к единице, и объем от десятков литров до 8 м3.

Имеется большое число типов шаровых мельниц непрерывного
действия. Они подразделяются на мельницы с механической
и пневматической (потоком воздуха) разгрузкой измельченного
материала.

При механическом способе материал может разгружаться
(рис. IX-13): а) через цапфу (с центральной разгрузкой); б) че-
рез решетку с передачей материала в цапфу подъемными лопа-
стями; в) через решетку и отверстия в корпусе (за решеткой);

Рис. IX-13. Способы разгрузки материала из шаровых мельниц непрерывного действия:
. а — через цапфу (с центральной разгрузкой); б—через решетку (передача материала в цапфу
г подъемными лопастями); в — через решетку и отверстия в корпусе; г — через щелевые отвер-
стия барабана; д — через сита.

г) через щелевые отверстия в цилиндрической стенке барабана
(периферийная разгрузка); д) через сита.

При одинаковой циркуляционной нагрузке содержание тонких
классов зерен в измельчаемом материале тем выше, чем дольше
он находится в мельнице. Кроме циркуляционной нагрузки на
продолжительность нахождения материала в мельнице оказы-
вают влияние отношение L/D корпуса и способ разгрузки мате-
риала. Наибольшая продолжительность пребывания материала
в мельнице имеет место при центральной разгрузке, наимень-
шая— при периферийной, а также при разгрузке потоком воз-
духа. Разгрузка через решетку позволяет поддерживать малое
заполнение мельницы материалом, но оно несколько больше, чем
при периферийной разгрузке.

При тонком и сверхтонком измельчении и дезагрегации природ-
ных пигментов и наполнителей желательно максимальное содер-
жание в них тонких классов зерен. В этом случае применяют
центральную разгрузку материала и мельницы с отношением
L/D >> 2, называемые трубчатыми. Переизмельчение материала,
т. е. повышенное содержание в продукте измельчения классов
частиц тонкостью более чем это необходимо, приводит к сниже-
нию производительности мельницы, перерасходу электроэнергии
и может ухудшить свойства продукта, например ильменитового
концентрата.

В производствах пигментов применяют барабанные однокамер-
ные шаровые мельницы с механической или пневматической раз-
грузкой через цапфу (рис. IX-12, б) и многокамерные с механиче-
ской разгрузкой через цапфу (рис. IX-12, з), работающие в замк-
нутом цикле. Небольшие мельницы имеют привод через зубчатый
венец (рис. IX-12, б), большие — через редуктор, соединенный не-
посредственно с валом электродвигателя (рис. IX-12, в).

Барабанные шаровые мельницы футеруются металлической
ребристой броней не только для защиты корпуса мельницы, но
и для снижения скольжения шаровой загрузки относительно
стенки барабана.

Для сухого измельчения природных пигментов и наполнителей
используются трубчатые шаровые мельницы с центральной раз-

Рис. IX-14. Схемы установок шаровых мельниц непрерывного действия, работающих в замк-
нутом цикле:

а — с механической разгрузкой материала через цапфу; б—с пневматической разгрузкой
материала; в — с разгрузкой через щелевые отверстия барабана;

1—	бункер для исходного материала; 2 — винтовой транспортер; 3—мельница; 4 — воздушно-
циркуляционный сепаратор; 5 —рукавный фильтр; 6 — вентилятор; 7 — элеватор; 8—бункер для
измельченного материала; 9 — пылевой вентилятор; 10 — воздушно-проходной сепаратор;

11—	циклон; 12 — кожух мельницы.

грузкой. Разделение мельницы на камеры (рис. IX-12, в) позво-
ляет по мере измельчения материала снижать размер мелющих
тел и тем самым повышать производительность и эффективность
мельницы.

Внутри барабана закреплена собранная из секторов стальная
решетка — диафрагма, разделяющая внутреннее пространство ба-
рабана на две смежные камеры, соотношение длин которых может
изменяться.

В двухкамерных трубчатых мельницах, применяемых для из-
мельчения природных пигментов и наполнителей (D = 2 м, L =
= 10 м), в первую по ходу материала камеру загружают чугун-
ные или стальные шары большего диаметра (40—50 мм), а во
вторую — шары или цилиндрики (цильпебс) меньших размеров
(20—25 мм). Разгрузочная цапфа имеет отверстие большего диа-
метра, чем загрузочная цапфа. Это обеспечивает самотек мате-
риала к разгрузочной цапфе.

На рис. IX-14, а показана схема установки барабанной (труб-
чатой) шаровой мельницы, работающей в замкнутом цикле с воз-
душно-циркуляционным сепаратором. Для обеспыливания уста-
новки поддерживают небольшое разрежение, отсасывая из нее
162

вентилятором воздух, который затем очищается в рукавном
фильтре.

Для мокрой сверхтонкой дезагрегации двуокиси титана приме-
няют однокамерные трубчатые мельницы с центральной разгруз-
кой, с гладкой футеровкой и шарами из твердого фарфора —
стеатита. Мельница сблокирована с гидроклассификатором—
центрифугой типа ОГШ, обеспечивающей возврат в мельницу час-
тиц крупностью >>2 мкм.

В однокамерных барабанных шаровых мельницах с пневмати-
ческой разгрузкой — выносом измельченного материала потоком
воздуха — можно избежать переизмельчения материала, что, в
частности, необходимо при измельчении ильменитового кон-
центрата.

Схема установки мельницы для измельчения ильменитового
концентрата с пневматической разгрузкой материала (типа приме-
няемой для измельчения угля — ШБМ), работающей в замкнутом
цикле с воздушно-проходным сепаратором и циклоном, показана
на рис. IX-14, б. Для обеспыливания установки в ней создают раз-
режение, отсасывая через рукавный фильтр небольшую часть
рециркулирующего пылевоздушного потока.

На этой установке получают ильменитовый концентрат с низ-
ким содержанием частиц крупностью <7б мкм; остаток на сите
№ 0040 составляет 1—2% при небольшом удельном расходе элек-
троэнергии (~70 кВт-ч/т).

В шаровой мельнице для измельчения ильменитового концент-
рата с разгрузкой материала в кожух через большое число щеле-
вых отверстий в цилиндрической поверхности барабана и загруз-
кой материала через обе цапфы (рис. IX-13, г) материал нахо-
дится короткое время. Это исключает повышенное содержание
тонких классов зерен в продукте измельчения. Схема установки
барабанной шаровой мельницы с периферийной разгрузкой мате-
риала приведена на рис. IX-14, в (рукавный фильтр на схеме не
показан). Принципиально она не отличается от схемы с централь-
ной разгрузкой (см. рис. IX-14, а).

Измельченный на этой установке ильменитовый концентрат
имеет низкое содержание частиц крупностью <5 мкм и дает
остаток на сите № 0040 не более 0,05%, что обеспечивает высокую
степень его разложения при непрерывном методе переработки.
Удельный расход электроэнергии на измельчение невелик —
85 кВт-ч/т (вдвое ниже, чем на барабанной мельнице с механи-
ческой разгрузкой через цапфу).

На производительность и эффективность работы шаровых
мельниц влияет большое число факторов: 1) режим движения ме-
лющих тел; 2) степень заполнения барабана мелющими телами
и материалом; 3) размер и плотность мелющих тел; 4) крупность
исходного материала; 5) вязкость суспензии (пульпы) при мокром
измельчении и дезагрегации; 6) способ измельчения; 7) введение
ПАВ и других веществ; 8) отношение L/D барабана и т. д.

Влияние этих факторов детально рассмотрено в литературе
[5, 11], в том числе применительно к пигментным производ-
ствам [12].

Многообразные режимы движения мелющих тел в барабане
мельницы условно делят на два идеализированных: водопадный
и лавинообразный. При водопадном движении (рис. IX-15, б) из-
мельчение осуществляется ударом, при лавинообразном (рис.
IX-15, а) шары верхнего слоя, скатываясь по неровной поверх-
ности нижележащих слоев, измельчают материал раздавливанием,
истиранием и в небольшой мере ударом.

Движение мелющих тел внутри барабана, в особенности при
водопадном режиме, отличается от идеализированного. В зави-
симости от ряда факторов большая или меньшая часть шаровой;

Рис. IX-15. Лавинообразный (а) и водопадный (б) режимы движения мелющих тел.

загрузки может работать в лавинообразном режиме, и в этом
случае в мельнице имеет место смешанное водопадно-лавинооб-
разное движение мелющих тел.

Режим движения мелющих тел зависит главным образом от
частоты вращения барабана, степени его заполнения мелющими
телами, формы брони и коэффициента трения шаров о стенку,
покрытую измельчаемым материалом. Варьируя эти факторы,
можно получать основные или смешанные режимы движения ме-
лющих тел, меняя тем самым соотношение между работой измель-
чения ударом, раздавливанием и истиранием и подбирая наилуч-
шие условия для данного материала.

Большое влияние на режим движения мелющих тел оказывает
частота вращения барабана. С ее возрастанием лавинообразный
режим движения переходит в смешанный, затем в водопадный;
при достижении так называемых критических значений частоты
вращения часть шаровой загрузки начинает вращаться вместе
с барабаном, и при дальнейшем повышении частоты вращения все
шары будут вращаться вместе с барабаном, «примкнув» к стенке
и один к другому.

Теоретическая критическая частота вращения пг. Кр (в об/мин)
для внешнего слоя шаров, примыкающих к стенке барабана, при
условном отсутствии скольжения шаров о стенку, т. е. когда ко-

эффициент трения f = 1, не зависит от массы шара и находится
по уравнению [13]:

42,4

Пх'кр = (1Х'9)

где D — внутренний диаметр барабана, м.

Для всех остальных слоев шаровой загрузки при критической
частоте вращения барабана будет иметь место водопадный режим
падения (рис. IX-16).

При определении необходимой частоты вращения барабана
и изучении ее влияния на режим работы шаров пользуются фор-
мулой:

п = ап?. кр	(IX-10)

Рис. IX-16. Контур шаровой за-
грузки и схема движения шаров
при теоретической критической
частоте вращения барабана
мельницы.

На основе теоретических расчетов установлено, что при водо-
падном режиме движения и отсутствии скольжения шаров (/ = 1)
наиболее выгодные условия работы уда-
ром всей шаровой загрузки соответ-
ствуют значению а = 0,88, для внешне-
го слоя шаров а = 0,76 [11].

В случае гладкой стенки барабана
при объемном коэффициенте его запол-
нения мелющими телами ср <С 0,35 воз-
никает скольжение шаров, увеличиваю-
щееся со снижением ср. Скольжение
ускоряет износ мелющих тел и брони
(футеровки), и для достижения необхо-
димого режима работы шаров требуется
увеличение частоты вращения барабана,
что может привести к усложнению кон-
струкции мельницы. Поэтому металличе-
ская броня мельниц имеет ребристую

или «каблучковую» форму [9], устраняющую скольжение шаров.
В этом случае при определении частоты вращения барабана при-
нимают для измельчения ударом а = 0,75 -У 0,85, а при тонком
измельчении, наряду с ударом, раздавливанием и истиранием,
а = 0,6 4- 0,7.

Для мокрой сверхтонкой дезагрегации применяют лавинооб-
разный режим и значение а = 0,5 4- 0,6.

При водопадном режиме работы мелющих тел и необходимости
достижения максимальной эффективности мельницы принимается
Ф = 0,24-0,25, а для увеличения производительности мельницы ф
повышают до 0,3—0,35 [5,9]. Низкие значения ф используются для
мельниц с разгрузкой материала через решетку, отверстия в бара-
бане и при выносе потоком воздуха, т. е. когда можно избежать
образования толстого слоя материала на броне и мелющих телах,
гасящего силу удара.

В мельницах с механической разгрузкой через цапфу значение
Ф составляет примерно 0,30—0,40 и ограничивается нижней точ-
кой отверстия разгрузочной цапфы.

В случае мокрой дезагрегации при футеровке барабана фар-
форовыми плитками и применении керамических мелющих тел
необходимо поддерживать ср 0,4, так как в ином случае возни-
кает скольжение [18], резко ускоряющее износ мелющих тел
и футеровки.

Большое влияние на производительность мельниц и достигае-
мую тонкость измельчения оказывает размер мелющих тел. Вслед-
ствие малого угла захвата материала шарами при их работе раз-
давливанием измельчение материалов первой и третьей групп
производят ударом, а когда размер частиц достигнет доли милли-
метра, становится возможным измельчением раздавливанием и
истиранием. Мокрая сверхтонкая дезагрегация протекает за счет
раздавливания и истирания материала.

Со снижением размера мелющих тел возрастает число уда-
ров и контактов при их работе. Вместе с тем минимальный
размер мелющих тел ограничивается величиной кинетической
энергии, обеспечивающей дробление наиболее крупных частиц
ударом.

В процессе измельчения непрерывно уменьшаются размеры
частиц материала, и для достижения максимальной производи-
тельности и эффективности мельницы также непрерывно должен
был бы снижаться диаметр шаров, что практически неосуще-
ствимо. Поэтому либо меняют ступенчато размер мелющих тел,
разделив поперечными перегородками мельницу на ряд камер
(см. рис. IX-12, в), заполняемых мелющими телами различных
размеров, либо применяют смесь шаров различных диаметров.
Иногда объединяют оба способа, заполняя смесью шаров отдель-
ные камеры трубчатой мельницы.

Предложено большое число формул и рекомендаций для под-
бора оптимальных размеров мелющих тел [5, 8, 11], в том числе
метод, основанный на результатах дробления частиц материала
на копре [5].

При тонком измельчении в многокамерных мельницах обычно
первые камеры заполняют чугунными или стальными шарами диа-
метром 50—80 мм, а последующие — шарами меньших диаметров,
а также цильпебсом (d = 20 4- 25 мм).

Снижение размера мелющих тел позволяет значительно повы-
сить производительность и эффективность мельниц. В последнее
время при тонком измельчении за счет уменьшения крупности
исходного материала до 3—5 мм широко используют стальные
и чугунные шары диаметром 20—30 мм и цильпебс диаметром
15—20 мм.

При мокрой дезагрегации производительность шаровой мель-
ницы обратно пропорциональна диаметру мелющих тел, поэтому
диаметры шаров и цильпебса снижают до 10—15 мм [19].

В случае сухого и мокрого измельчения с увеличением плот-
ности материала мелющих тел возрастают сила их удара, ско-
рость движения и тем самым повышается производительность
мельницы.

При мокром измельчении и дезагрегации повышение вязкости
суспензии за счет увеличения в ней концентрации твердой фазы
снижает скорость движения (силу удара) мелющих тел, но повы-
шает касательные напряжения, возникающие в суспензии при
движении мелющих тел и способствующие тонкому измельчению
и дезагрегации. Поэтому имеется оптимальная концентрация
твердой фазы в суспензии, зависящая от тонкости измельчения
(рис. IX-17).

Производительность мельниц при мокром тонком измельчении
на 15—20% выше, чем при сухом. Мокрое измельчение исключает

запыление цеха и окружающей
среды и эффективно, если не
приводит к необходимости допол-
нительной сушки пигмента. При
мокром измельчении вода дей-
ствует как понизитель твердости,
увеличивая производительность
мельницы. Введение в воду неко-
торых солей, поверхностно-актив-
ных веществ (ПАВ) при мокром
и сухом измельчении позволяет
в 1,3—1,5 раза увеличить удель-
ную поверхность измельчаемого
материала и при той же удель-
ной поверхности соответственно

Содержание твердой фазы,°/0

ПОВЫСИТЬ ПрОИЗВОДИТеЛЬНОСТЬ Рис. IX-17. Зависимость суммарного выхода
мрттмштш 11 9 Q1	продукта при различной его крупности от

L1» aJ •	концентрации твердой фазы в пульпе ]20].

В качестве понизителей твер-
дости и слипаемости используют-
ся триэтаноламин, силиконат 3032, контакт Петрова, мылонафт
и другие поверхностно-активные вещества [9, 10, 21].

Существует оптимум добавок, весьма важен способ их введе-
ния. Рекомендуется вводить ПАВ и в парообразном состоянии
[2,9].

На основе большого числа опытных и эксплуатационных дан-
ных установлено [5, 11], что при грубом и тонком измельчении
материалов первой и четвертой групп влияние длины L (в м)
и диаметра D (в м) барабана на удельную производительность
мельницы G (в кг/м3) может быть выражено следующей функ-
циональной зависимостью:

G = f (Л/)2-54-2’6)

(IX-11)

Подставляя в формулу (IX-11) объем барабана V, пропорцио-
нальный LD2, получим:

G = f (KD0-5 + °-6)	(IX-12)

Из формулы (IX-12) следует, что при водопадном режиме дви-
жения шаров удельная производительность мельницы повышает-
ся с увеличением диаметра барабана пропорционально £)0э^0,6.

167

Поэтому при измельчении материалов первой группы с получением
сравнительно грубодисперсного материала применяют короткие
мельницы с L/D = 0,7 4- 1. При тонком измельчении материалов
первой и третьей групп, когда наряду с измельчением ударом не-
обходц^о обеспечить измельчение раздавливанием и истиранием,
применяют мельницы с L/D 2.

При мокрой сверхтонкой дезагрегации, гладкой футеровке
мельницы и лавинообразном режиме движения мелющих тел ра-
ботает только верхний слой скатывающихся шаров. В этом случае
чем выше отношение L/D, тем больше удельная производитель-
ность мельницы (см. гл. XVII).

БИСЕРНЫЕ МАШИНЫ

Для мокрой сверхтонкой дезагрегации двуокиси титана вместо
трубчатых шаровых мельниц могут быть использованы бисерные
машины (см. гл. XVII). Объем такой машины может достигать
нескольких кубометров.

РОЛИКОВЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

Роликовые мельницы работают в замкнутом цикле с пневма-
тической разгрузкой материала. Применение продувки мельницы
воздухом и специфические особенности конструкции роликовых

Рис. IX-18. Ролико-кольцевая маятниковая мельница [5]:

а — конструкция мельницы; б — схема установки мельницы;

1 — скребки; 2 — ролики; 3 — штанги роликов; 4—шарнир; 5 — центральный вал; 6—сепаратор;
7 —крестовина-водило; 8 — кожух; 9— штуцер питания; 10—размольное кольцо; 11—станина;
12—воздушный короб; 13 — окна для воздуха; 14 — винтовой транспортер; 15 — элеватор;
16,21 — бункеры; 17 — питатель; 18—мельница с встроенным воздушно-проходным сепарато-
ром; 19—циклон; 20 — рукавный фильтр; 22 — пылевой вентилятор.

мельниц позволяют проводить на них тонкое сухое измельчение
некоторых материалов, которые вследствие налипания на шары
и футеровку барабана не поддаются тонкому измельчению на ша-
ровых мельницах. К таким материалам относится двуокись титана,
и роликовые мельницы особенно широко применяются для ее тон-
кого измельчения (дезагрегации).

малых гидравлических

Рис. IX-19. Роликовая (катковая)
мельница с плоской чашей и пру-
жинным прижимом валков [5]:

1— корпус; 2 — тарелка; 3— броневая
плита; 4—ось рычага; 5—валок
(каток); 6—ось катка; 7—патрубок
питания; 8 — рычаг: 9 — нажимная
пружина; 10— сепаратор; //—упор-
ный винт; 12—броневое кольцо;
/3—привод; 14 — окна для воздуха.

В роликовых мельницах катящийся ролик (каток, валок, шар)
прижимается к кольцу или к тарелке. Материал, поступающий
между кольцом или тарелкой и роликом, измельчается раздавли-
ванием и истиранием.

Такие мельницы обычно снабжены встроенным сепаратором,
что делает мельничный агрегат компактным и позволяет иметь
большие циркуляционные нагрузки ]
сопротивлениях системы. Вместе с тем
по сравнению с шаровыми мельница-
ми они обладают следующими недо-
статками: 1) сложны по конструкции;
2) требуют более частого ремонта;
3) замена в них изношенных рабочих
частей значительно сложнее и доро-
же; 4) система смазки сложна и воз-
никает опасность загрязнения мате-
риала смазкой; 5) возможна поломка
мельницы при попадании в нее метал-
лических предметов.

Имеется большое число конструк-
ций роликовых мельниц [5, 13]. В про-
изводстве пигментов применяются
маятниковые ролико-кольцевые мель-
ницы и мельницы с прижимом ролика
(катка) к плоской тарелке.

Ролико-кольцевая маятниковая
мельница, типа применяемой для дву-
окиси титана, изображена на рис.
IX-18. К крестовине 7, закрепленной
на верхней части вала 5, свободно
подвешены штанги (маятники) 3 с
роликами 2. В зависимости от типо-
размера мельницы количество маятни-
ков (роликов) может изменяться от

двух до шести. Вал приводится во вращение (п = 1004-300 об/мин)
электродвигателем через коническую зубчатую передачу. При
быстром вращении вала ролики под действием центробежных сил
прижимаются к сменному размольному кольцу 10. Материал по-
дается в мельницу непрерывно. К крестовине 7 прикреплены
скребки 1. При вращении крестовины скребки поднимают мате-
риал, осевший на дно чаши, и отбрасывают его к кольцу. Закру-
чивание потока воздуха, поступающего в воздушный короб 12,
вызывает циклонный эффект в верхней части камеры мельницы
и способствует отделению в ней наиболее грубых частиц, уноси-
мых из чаши потоком рециркулирующего в агрегате воздуха.

Роликовая (катковая) мельница с плоской чашей и пружин-
ным прижимом валков, рассчитанная на более тяжелые условия
измельчения, чем маятниковая, изображена на рис. IX-19. Та-
релка 2, снабженная сменной броневой плитой 3, по которой
169

катятся закрепленные на неподвижных осях валки (катки) 5,
приводится во вращение с помощью привода 13. Прижим валков
к тарелке создается главным образом пружинами 9 и только час-
тично за счет веса самих валков. Для устранения соскальзывания
материала с тарелки установлено подпорное броневое кольцо 12.
Исходный материал и грубая фракция из сепаратора 10, располо-
женнОТо над мельницей, непрерывно поступают во вращающуюся
тарелку, затягиваются под валки и измельчаются раздавливанием
и стиранием. Поступающий в мельницу воздух проходит через
зазор между плитой 3 и кольцом 12, захватывает продукты из-
мельчения и выносит их в сепаратор.

Опыт измельчения природных пигментов и наполнителей на
роликовых мельницах с плоской чашей и пружинным прижимом
валков показал, что роликовые мельницы значительно менее на-
дежны в эксплуатации, чем шаровые, и требуют частого ремонта
и замены деталей [12]. Поэтому в новых цехах природных пиг-
ментов большой мощности для тонкого измельчения сурика и му-
мии устанавливаются трубчатые шаровые мельницы.

СТРУЙНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

При тонком сухом измельчении материалов первой и четвер-
той групп — природных пигментов и наполнителей — на шаровых
и роликовых мельницах продукты измельчения содержат 20—50%
частиц крупностью >20—30 мкм. В связи с этим природные пиг-
менты и наполнители, измельченные на мельницах указанных ти-
пов, применяются только для получения густотертых красок или
шпаклевок. Они непригодны для красок, готовых к употреблению,
так как при их хранении образуют плотный осадок и приводят
к сегрегации пигментной части красок. Кроме того, содержащиеся
в них крупные частицы не позволяют достичь степени перетира,
регламентируемой для эмалевых красок (10—25 единиц по при-
бору «Клин»).

Струйные мельницы дают возможность проводить сухое из-
мельчение природных пигментов и наполнителей с получением
продуктов, содержащих 98—100% частиц крупностью <10—20 мкм
и 50—90% частиц крупностью <5 мкм.

При измельчении на струйных мельницах материалов первой
группы — монокристаллов и кристаллических сростков — полу-
чают продукты измельчения, состоящие в основной массе из
частиц крупностью 1 —10 мкм. В случае сверхтонкой дезагрегации
двуокиси титана, состоящей из первичных частиц размером
<Z 1 мкм, в небольшой мере «спекшихся» в процессе прокалива-
ния, получают продукт, содержащий >90% частиц крупностью
<1 мкм.

Сверхтонкое сухое измельчение на струйных мельницах тре-
бует предварительного тонкого сухого измельчения материалов
первой и третьей групп — природных наполнителей и пигментов —
на шаровых или роликовых мельницах.

При тонкой дезагрегации двуокиси титана рутильной модифи-
 кации на струйных мельницах сохраняется необходимость предва-
I рительного измельчения на роликовой мельнице и затем мокрого
 измельчения на шаровой мельнице (или бисерной машине), ра-
 ботающей с гидроклассификатором, который обеспечивает полу-
 чение продукта с небольшим содержанием частиц крупностью
I >2—3 мкм. Следовательно, сверхтонкое измельчение и дезагре-
I гация на струйных мельницах не заменяют тонкого измельчения,
I а являются дополнением к нему.

	В струйных мельницах происходит измельчение без примене-

	ния мелющих тел за счет энергии сжатого воздуха или перегре-
 того пара. Если в струю газа (воздуха, перегретого пара, инерт-
I ного газа), вытекающего из сопла со скоростью 300—500 м/с, вве-
в сти порошкообразный материал, то его частицы разгоняются,
к приобретая высокие скорости, и при ударе разрушаются. На этом
[j основана конструкция струйных мельниц.

Для частиц малых размеров в предположении, что сталки-
ваются упругие тела, было предложено уравнение, по которому
можно определить максимальное напряжение амакс, возникающее
при соударении частиц и ударе частиц об упругую стенку [22]:

2^ = 0,518 (-^-)2/Э	(IX-13)

где Омаке — максимальное напряжение, Па; Е — модуль Юнга, Па;
w — скорость частиц при ударе, м/с; ав — скорость линейных про-
дольных звуковых волн, м/с.

Из уравнения (IX-13) следует, что максимальное напряжение
не зависит от диаметра частиц и пропорционально скорости
столкновения частиц в степени 2Д. Таким образом, при высоких
| значениях w максимальное напряжение амакс может привести
I к разрушению (измельчению) частиц даже весьма малых раз-
• меров.

Вследствие возникновения высокой турбулентности в потоке
газа, вытекающего из сопла со сверхзвуковой скоростью, в расте-
кающейся струе образуются интенсивные вихревые потоки, спо-
собствующие дополнительному измельчению частиц самоисти-
ранием.

Следовательно, в струйных мельницах материал измельчается
ударом и истиранием и доля участия стенок помольной камеры
в процессе измельчения оценивается примерно в 20% [23].

Сочетание в струйных мельницах действий многократного
удара и истирания частиц при высокой скорости их движения
в помольной камере, которая одновременно является сепаратором,
отделяющим частицы крупнее нескольких микрон, позволяет осу-
ществить сухое сверхтонкое измельчение и дезагрегацию мате-
риалов.

В качестве энергоносителя в струйных мельницах применяют
компримированный (сжатый) воздух давлением Ра6с 0,9-4-
5-1 МПа или водяной пар Ра6с = 0,9 4- 2 МПа, перегретый до

260—370 °C, во избежание его конденсации при расширении
в мельнице и за счет внешних теплопотерь в мельнице и пыле-
улавливающих устройствах.

Сверхтонкое измельчение на струйных мельницах связано
с большими затратами энергии. Удельные расходы электроэнергии
и парадна 1 т исходного материала в зависимости от его вида,
тонкости предварительного измельчения и требований к грануло-
метрическому составу измельченного материала колеблются в сле-
дующих пределах: электроэнергии на компримирование воздуха —
300—1000 кВт-ч; перегретого пара — 2—10 т.

При сверхтонком измельчении на струйной мельнице с вер/
тикальной трубчатой камерой удельный расход перегретого пара
составляет для барита 2,5 т, талька—около 4 т, а при сверхтонкой
дезагрегации двуокиси титана — 2 т.

Удельный расход воздуха в 1,5—2 раза выше удельного рас-
хода пара, и стоимость 1 т компримированного воздуха больше
стоимости 1 т перегретого пара. Поэтому в большинстве случаев
применяют перегретый пар, исключая измельчение термически
нестойких материалов.

Нагрев увеличивает объем и вязкость воздуха, что способ-
ствует измельчению материала. Если при сверхтонком измельче-
нии талька нагреть воздух до 300—400°C, то его расход умень-
шится почти в два раза [23]. Следовательно, повышение темпе-
ратуры перегретого пара также снижает его расход.

Для эффективной работы струйной мельницы необходима
автоматизация. Современные конструкции струйных мельниц снаб-
жают автоматическими регулирующими устройствами, позволяю-
щими поддерживать давление в пределах ±0,02 хМПа, темпера-
туру в пределах ±2 °C, расход энергоносителя с точностью
±2—3°/о и питание исходным материалом 1—2%.

При сверхтонком измельчении на струйных мельницах возни-
кает электризация частиц, которая ухудшает процесс измельчения
или делает его невозможным. Применение перегретого пара
вместо воздуха снижает электризацию частиц. Некоторые пиг-
менты не поддаются измельчению или плохо измельчаются на
струйных мельницах и при использовании перегретого пара.
В этих случаях в измельчаемый продукт необходимо вводить
ПАВ и антистатики. Красный железоокисный пигмент поддается
измельчению только при введении 0,5—1 % стеариновой кислоты,
а ее добавка к железному сурику значительно повышает произ-
водительность струйной мельницы и степень дисперсности про-
дукта [24].

Большие скорости частиц в камерах струйных мельниц могут
вызвать сильный износ стенок. Он зависит от вида материала,
из которого изготовлены стенки, размера первичных частиц и аб-
разивности исходного материала.

При сверхтонком измельчении предварительно тонко измель-
ченного барита с размером первичных частиц <60 мкм на струй-
ной мельнице с вертикальной стальной трубчатой камерой, не-

смотря на сравнительно низкую твердость (абразивность) барита
(4 единицы по шкале Мооса), происходит быстрый износ труб
[25]. В стенках труб возникают раковины, приводящие к образо-
ванию отверстий (свищей), что требует частой приварки накладок
при полной остановке мельницы. Сверхтонкая дезагрегация дву-
окиси титана ( — 6 единиц по-шкале Мооса) с размерами первич-
ных частиц <3 мкм на такого же типа мельнице со стальными
трубами дает весьма небольшой износ стенок труб. Поэтому при
сверхтонком измельчении материалов рабочие части мельницы
и их футеровку необходимо изготавливать из высокоизносоустой-
чивых материалов. Футеровку такими материалами корпуса струй-
ной мельницы с плоской горизонтальной камерой можно выпол-
нить сравнительно просто, а футеровку корпуса мельницы с вер-
тикальной трубчатой камерой осуществить трудно.

Основные преимущества струйных мельниц: 1) возможность
проведения сухого измельчения и дезагрегации с получением тон-
кости измельчения, недостижимой в шаровых, роликовых и вибра-
ционных мельницах; 2) простота конструкции, отсутствие движу-
щихся частей, низкая металлоемкость; 3) высокая производитель-
ность на единицу объема помольной камеры; 4) малое загрязнение
материалов при их измельчении, так как вследствие малой массы
мельницы она может быть изготовлена из дорогостоящих, под-
верженных малому износу материалов (металлокерамики, твер-
дых сплавов и др.) или футерована ими.

Основные недостатки струйных мельниц: 1) необходимость
предварительного тонкого или весьма тонкого измельчения (или
дезагрегации) на шаровых или роликовых мельницах исходного
материала, поступающего в струйные мельницы; 2) большие за-
траты перегретого пара или электроэнергии (компримирование
воздуха) на измельчение, особенно в мельницах малой производи-
тельности; 3) сравнительно громоздкое вспомогательное оборудо-
вание, особенно при использовании перегретого пара; 4) необхо-
димость точного автоматического поддержания оптимального дав-
ления, температуры и расхода энергоносителя, а также количества
и свойств материала, поступающего в мельницу; 5) шум, сопро-
вождающий работу мельницы; 6) возможное вследствие электри-
зации частиц увеличение объема пигментов и наполнителей
в 1,5—3,5 раза обусловливает необходимость прессования про-
дукта измельчения перед упаковкой в тару.

Несмотря на отмеченные недостатки, струйные мельницы за-
метно повышают качество пигментов и красок и дают высокий
экономический эффект, позволяя заменить сравнительно деше-
выми природными наполнителями и пигментами дорогостоящие
синтетические. Кроме того, сверхтонкое измельчение часто эконо-
мически оправдывается увеличением производительности обору-
дования для диспергирования пигментов в пленкообразующих
веществах.

По принципу работы, конструкции и области применения
струйные мельницы подразделяют на следующие типы: 1) мель-

ницы с противоточным (встречным) потоком струй и вынесенным
сепаратором (рис. IX-20), применяемые для тонкого измельчения;
2) мельницы с плоской (рис. IX-21) или трубчатой (рис. IX-22)
камерой с пересечением струй под малым углом, применяемые
для сверхтонкого измельчения (камера одновременно является
сепаратором, позволяющим отделять частицы крупностью
>3—5 мкм).

На рис. IX-20 приведена струйная мельница с встречным пото-
ком двух струй (типа СП) и вынесенным сепаратором. В помоль-
ной камере этой мельницы материал подвергается однократному

Рис. IX-20. Струйная мельница с встречным потоком струй (противоточной помольной ка-
мерой):

1 — камера; 2—разгонные трубки; 3—сопла; 4—загрузочные воронки; 5 — сепаратор; 6—па-
трубок для вывода пылегазовой смеси; 7 — патрубок для подсоса дополнительного воздуха.

воздействию сталкивающихся струй. Воздушно-проходные сепа-
раторы возвращают в цикл частицы крупностью >40—60 мкм.
Поэтому, несмотря на возможность многократной рециркуляции
материала через помольную камеру с возвратом крупных частиц
из сепаратора, противоточная мельница пригодна для тонкого
измельчения с получением продукта, имеющего остаток 1—5% на
ситах с отверстиями 40—60 мкм. Для уменьшения износа разгон-
ные трубки и сопла изготавливаются из сверхтвердых материа-
лов, что позволяет измельчать такой абразивный материал, как
кварцевое стекло, при этом к. п. д. мельницы оценивается
в 0,02% [23]. Особых преимуществ по сравнению с шаровыми
и роликовыми мельницами эта мельница при тонком измельчении
не показала.

В струйных мельницах с плоской (рис. IX-21) или трубчатой
(рис. IX-22) камерой с пересечением струй воздуха или перегре-
того пара под малым углом, имеется сравнительно большое число



тангенциально расположенных сопел. Материал за один проход
через помольную камеру подвергается многократному воздей-
ствию ударом в местах пересечений струй («узлах») и истиранию

в вихревых потоках газа.

Главное преимущество этих
щем. Расположение сопел под

мельниц заключается в следую-
сравнительно небольшим углом
к стенке помольной камеры,
имеющей цилиндрическую форму,
создает тангенциально направ-
ленные потоки газа, закручиваю-
щие пылегазовый поток в камере
мельницы. Многократное увели-
чение объема газа при его исте-
чении в мельницу и значительное
возрастание скорости газа по ме-
ре удаления от оси вращения

Рис. IX-21. Струйная мельница с плоской
камерой (типа «Микронайзер»):

/ — канал для подвода энергоносителя;

2—помольная камера; 3 и 5 — внутренняя и
наружная трубы сепаратора; 4 — сопла.

К пылеуловителю

Рис. IX-22. Струйная мельница с трубча-
той (кольцевой) камерой (типа «Редуцио-
найзер»):

/—помольная камера; 2 — эжекционный пи-
татель; 3 — циклон; 4— сопла.

приводят к тому, что скорость пылевоздушного потока в камере
достигает 100—150 м/с. Столь высокая скорость пылегазового по-
тока при сравнительно большой кривизне внешней стенки камеры
обусловливает возникновение больших центробежных сил, отбра-
сывающих к внешней стенке помольной камеры, т. е. под повтор-
ное воздействие вытекающих струй газа, частицы крупнее не-
скольких микрон. На известных конструкциях воздушно-проход-
ных и воздушно-циркуляционных промышленных сепараторов не
удается полностью отделять столь топкие частицы.

За счет центробежных сил, возникающих во вращающемся по-
токе, в камере происходит разделение грубых и тонких классов

зерен. Грубые классы зерен располагаются ближе к наружной
стенке кольцевого канала, а тонкие — ближе к оси вращения.
Выводя тонкие классы через отверстие, наиболее приближенное
к оси вращения, превращают рабочую камеру в наиболее совер-
шенный тип сепаратора, и грубые зерна не могут уйти из камеры
до тех пор, пока не будут измельчены.

Многократный удар и истирание частиц при высокой скорости
их движения и помольная камера, являющаяся одновременно
сепаратором, отделяющим частицы крупнее нескольких микрон,

Рис. IX-23. Струйная мельница с плоской камерой (типа СПВ):

1— верхняя труба пылеосадителя; 2—верхняя и нижняя крышки помольной камеры; 3—сопло;
4—загрузочная воронка; 5—футеровка; 6 — вкладыши; 7 — сопловое кольцо; 8 — эжекционный
питатель; 9 — воздухораспределительный канал; 10—нижняя труба пылеосадителя; 11 — па-
трубок.

позволяют осуществить на мельницах этого типа сухое сверхтонкое
измельчение и дезагрегацию материалов.

Мельница с плоской камерой и футеровкой высокоизносостой-
ким материалом изображена на рис. IX-23. Помольная камера
мельницы образована вкладышами 6 и внутренней кольцевой по-
верхностью соплового кольца 7, покрытых футеровкой 5. Исходный
порошкообразный материал поступает в загрузочную воронку 4
регулируемого эжекционного питателя 5, присоединенного к верх-
ней крышке 2 камеры. Для удобства осмотра, чистки и ремонта
помольной камеры верхняя крышка крепится с помощью откид-
ных струбцин. В воздухораспределительный канал 9 и в эжек-
тор 8 поступает сжатый воздух давлением Рабс = 0,8 4- 0,9 МПа
или перегретый до 280—350 °C пар давлением Рабс = 0,8н-3,5 МПа,
вытекающий в помольную камеру из тангенциально расположен-
ных сопел 3 со скоростью 300—500 м/с.

В пылеосадителе-сепараторе, сблокированном со струйной
мельницей (см. рис. IX-23), осаждается большая часть продукта
измельчения, содержащая наиболее крупные частицы. Способы
улавливания остальной части продукта измельчения, содержаще-

гося в пылевоздушном потоке, который выходит из трубы /, зави-
сят от того, на чем работает мельница (на сжатом воздухе или
перегретом паре) и ставится ли задача фракционировать продукт
измельчения (см. рис. IX-25 и IX-26). Производительность струй-
ных мельниц резко повышается с увеличением диаметра камеры
[26]. Например, при сверхтонкой дезагрегации двуокиси титана
производительность струйной мельницы с плоской камерой (типа
«Стюревант») диаметром 915 мм составляет 1500 кг/ч, а с диамет-
ром 1060 мм—уже 3000 кг/ч [27].

Конструкция струйной мельницы с вертикальной кольцевой
трубчатой камерой постоянного диаметра, применяемая при сверх-
тонкой дезагрегации двуокиси титана, приведена на рис. IX-22.

Рис. IX-24. Струйные мельницы с вертикальными трубчатыми камерами:

а — однокамерная; б — двухкамерная;

/ — коллектор; 2—сопла; 3—восходящий участок камеры; 4 — отверстие патрубка для отвода
из мельницы пылевоздушного потока; 5 — верхнее колено камеры; 6 — инерционный раздели-
тель; 7 — патрубок для отбора пылевоздушнэго потока;  8 — загрузочная воронка; 9 — эжек-
ционный питатель; 10 — зона помола; 11— циклон.

Перегретый пар (Рабс=1,3 МПа) через ряд сопел 4 тангенци-
ально поступает в нижнее колено помольной камеры 1. В это
колено эжектором из воронки 2 подается исходный материал.
Сверхтонкое измельчение и дезагрегация в трубчатой кольцевой
камере протекает так же, как описано выше для мельницы с пло-
ской камерой.

Наибольший эффект действия центробежных сил, отбрасываю-
щих крупные частицы из пылевоздушного потока к внешней стенке
трубы, достигается в конце верхнего колена камеры, где оно пере-
ходит на нисходящий участок. Поэтому патрубок для отвода пы-
левоздушной смеси из мельницы располагают здесь, но присоеди-
няют его к внутренней стенке закольцованной трубы, т. е. к зоне,
где в пылевоздушном потоке находятся наиболее тонкие частицы.

При внутреннем диаметре трубы камеры 195 мм производи-
тельность мельницы, применяемой для сверхтонкой дезагрегации
двуокиси титана, составляет 1500 кг/ч. Наибольший диаметр
трубчатой камеры выпускаемых мельниц — 200 мм, что приводит
в цехах большой мощности к необходимости установки парал-
лельно работающих мельниц.

В некоторых конструкциях трубчатых мельниц (рис. IX-24, а)
сечение и форма трубчатой камеры значительно усложнены,

Новая форма помольной камеры обеспечивает более высокую эф-
фективность мельницы, а дополнительная установка инерционного
жалюзийного разделителя-сепаратора 6 повышает разделяющую
способность камеры, обеспечивая более высокую тонкость из-

мельчения.

В трубчатых струйных мельницах наибольшему износу подвер-

гается*левая ветвь камеры сразу за

Рис. IX-25. Схема установки струйной мельницы,
работающей на перегретом паре [5]:

1, 3 — патрубки для вывода продукта; 2 —патрубки
для подогрева или охлаждения винтового транспортера;
4 — винтовой транспортер; 5—затвор; 6 — струйная
мельница с плоской камерой; 7 — труба для подвода
перегретого пара; 8 — эжекционный питатель; 9— за-
грузочная воронка; 10—питатель; 11— затвор; 12 — бун-
кер; 13 — циклон; 14, /5—трубопроводы; /5 —конден-
сатор; 17—труба орошения пластинчатого конденса-
тора; 18—пластинчатый конденсатор; 19 — отвод не-
конденсирующихся газов; 20 — подвод свежей воды;
21—отвод нагретой воды; 22 — спуск конденсата;
23 — сборник; 24 — насос; 25 —патрубок для удаления
шлама; 26—патрубок для удаления осветленной воды.

соплами, в месте, где центро-
бежными силами части-
цы отбрасываются к стен-
ке трубы. Имеется конст-
рукция струйной мельни-
цы (рис. IX-24, б), в ко-
торой сдвоены две вер'Ьи-
кальные трубчатые камеА
ры. К преимуществам та-
кой мельницы относят
встречный поток газов в
средней вертикальной
трубе, снижающий износ
стенок трубы на том уча-
стке, где он протекает
наиболее интенсивно.

Струйные мельницы это-
го типа применяются при
сверхтонком измельчении
талька.

На рис. IX-25 приве-
дена схема установки
струйной мельницы с пло-
ской размольной камерой
для сверхтонкой дезагре-
гации двуокиси титана с

использованием в каче-
стве энергоносителя перегретого пара и без фракционирования
продуктов измельчения, поступающих из струйной мельницы.

Предварительно дезагрегированная на роликовой маятниковой
мельнице, а затем на мокрой шаровой мельнице порошкообраз-
ная двуокись титана из бункера 12 питателем 10 подается в за-
грузочную воронку 9 эжекционного питателя 8 струйной мель-
ницы 6.

Эжекционный питатель 8 с помощью перегретого пара, посту-
пающего через трубу 7, непрерывно загружает двуокись титана
в рабочую камеру струйной мельницы 6. В мельницу подается
перегретый пар давлением РабС = 1,2 МПа с температурой не
ниже 300°C. Из мельницы поток перегретого пара с измельченным
материалом сначала поступает в пылеуловитель-сепаратор, сбло-
кированный с мельницей, а затем в циклон 13. Уловленный в них
продукт поступает в винтовой транспортер 4, смешивается в нем
и передается на упаковку.

Во избежание конденсации пара мельница 6, циклон 13 и тру-
бопроводы покрываются тепловой изоляцией, а винтовой транс-
портер 4 обогревается паром.

Из циклона 13 перегретый пар, освобожденный почти пол-
ностью от измельченного продукта, поступает в конденсатор сме-
шения 15, снабженный форсунками. Туда же из сборника 23 по-
дается рециркулирующая вода. Из конденсатора смешения
несконденсировавшиеся пары движутся в пластинчатый поверхно-
стный конденсатор 18, охлаждаемый водой. Для смывки продукта
в него через брызгала подается оборотная вода, рециркулирую-
щая с помощью насоса 24. Унос пыли в конденсаторы весьма мал.
В сборнике 23 накапливается периодически удаляемый осадок
двуокиси титана. При использовании перегретого пара мельница

Рис. IX-26. Схема установки для сверхтонкого измельчения талька на струйной мельнице
с фракционированным пылеулавливанием:

1— бумажный фильтр; 2—масляный фильтр; 3 — компрессор; 4 — ресивер; 5 — масловодоотде-
литель; 6 — подогреватель; 7—струйная мельница с трубчатой помольной камерой; 8—бункер
для исходного материала с питателем-дозатором; 9, 10 — циклоны с секторными затворами;

//—рукавный фильтр; 12 — вентилятор.

должна работать непрерывно, так как разогрев агрегата и дости-
жение необходимого режима измельчения связаны со значитель-
ной затратой времени. Для стабильной работы установки и по-
стоянства гранулометрического состава продукта измельчения не-
обходима полная автоматизация ее работы.

Схема установки для сверхтонкого измельчения талька на
струйной мельнице с фракционированным пылеулавливанием и
применением сжатого воздуха в качестве энергоносителя приве-
дена на рис. IX-26. Засасываемый компрессором 3 воздух для
защиты компрессора от быстрого износа сначала очищается от
пыли в бумажном 1 и масляном 2 фильтрах. Сжатый до Равс =
= 0,84-0,9 МПа воздух поступает в ресивер 4, очищается от
масла и влаги и нагревается до 400 °C в подогревателе 6. Подо-
грев воздуха, значительно увеличивающий его объем, позволяет
снизить вдвое мощность компрессора. Подогретый сжатый воздух
подается в коллектор воздуха размольной камеры струйной мель-
ницы 7 с трубчатой камерой диаметром 203 мм. Выходящий из
мельницы пылегазовый поток проходит последовательно через
циклоны-сепараторы 9 и 10. В циклоне 9 улавливается ~75%
продукта измельчения со средним диаметром частиц 6 мкм, а в
циклоне 10 — примерно 20% со средним диаметром частиц 1,5 мкм.
Из циклона-сепаратора 10 пылегазовый поток направляется в ру-
кавный фильтр 11, в котором улавливается остальная часть про-
дукта измельчения со средним диаметром частиц 0,8 мкм.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ

В последнее десятилетие появились аппараты, в которых под
действием вращающегося или переменного электромагнитного
поля приводятся в интенсивное движение намагниченные тела.
Иногда они называются аппаратами с магнитокипящим или вих-
ревьпй* слоем [28]. Проводятся исследования по их применению
для сухого и мокрого измельчения и дезагрегации материалов.
Такие аппараты рассматриваются в гл. XVII.

ВОЗДУШНЫЕ СЕПАРАТОРЫ

При сухом измельчении в замкнутом цикле разделение мате-
риала, поступающего из мельницы, на грубую и тонкую фракции
осуществляется с помощью пылеразделителей — воздушных сепа-
раторов.

При движении частиц в воздухе возникают силы трения. Эти
силы, отнесенные к единице массы частиц, при прочих равных
условиях (одинаковом гравитационном или центробежном поле
сил, одинаковой плотности и форме частиц) возрастают с умень-
шением линейных размеров частиц. На разности сил трения в за-
висимости от линейных размеров частиц основана классификация
по крупности в сепараторах.

В процессе измельчения в замкнутом цикле из мельницы по-
ступает материал, содержащий большое количество зерен грубых
классов. Он должен быть разделен на готовый продукт и грубую
фракцию, возвращаемую в мельницу. В сепараторах не удается
полностью отделить предельные по крупности классы зерен (нор-
мируемые ГОСТ или ТУ) из продукта, прошедшего через сепа-
ратор, и исключить возврат в мельницу наряду с крупными клас-
сами зерен сравнительно большого количества тонких классов
зерен, входящих в конечный продукт измельчения (см. стр. 147).

В сепараторе любой конструкции предусматривается возмож-
ность регулирования содержания грубых зерен в готовом про-
дукте. От типа сепаратора зависит диапазон этого регулирования,
минимально достижимое содержание в готовом продукте предель-
ного класса грубых зерен и возможность получения зерен более
узкого класса. Чем меньше диапазон размеров зерен в получаемом
продукте, тем больше продукт отвечает поставленным требова-
ниям, и чем меньше в продукте, возвращаемом на домол, нужных
классов зерен, тем эффективней работа сепаратора и, соответ-
ственно, всего мельничного агрегата.

Таким образом, конструкция и типоразмер сепаратора должны
подбираться к каждой мельнице в зависимости от гранулометри-
ческого состава готового продукта, производительности мельницы
и, естественно, с учетом характеристики самой мельницы. Послед-
нее условие означает, что как бы ни была совершенна конструк-
ция сепаратора, она не может изменить характеристику мельницы.
Следовательно, мельницу, предназначенную для грубого измель-

чения, нельзя эффективно использовать для тонкого, а мельницу,
предназначенную для тонкого измельчения, — для сверхтонкого.

Процессы, протекающие в сепараторах, сложны. Имеются ме-
тоды расчета некоторых типов сепараторов [13, 23]. Только на
основе экспериментальных данных можно надежно определить
необходимые размеры нужного типа сепаратора.

Сепараторы подразделяются на воздушно-проходные и воз-
душно-циркуляционные. Последние иногда называют воздушно-
замкнутыми или насыпными.

а

Рис. IX-27. Воздушно-проходные сепараторы:

а — с цилиндрическим лопаточным колесом; б — с плоским лопаточным колесом;

1 — корпус; 2—лопаточное цилиндрическое колесо; 3 — секторный затвор; 4 — центральный
вал; 5 — лопатки; 6 — плоские лопаточные колеса; 7 —патрубок для выхода потока; 8 — при-
водной вал; 9—распределительный конус; 10 — патрубок для входа материала, взвешенного
в потоке воздуха.

В воздушно-проходные сепараторы (см. рис. 1Х-14, б) мате-
риал поступает в виде взвеси в воздухе. Рециркулирующим пото-
ком воздуха тонкая фракция выносится в пылеуловитель-циклон,
а грубая за счет гравитационных сил выводится из сепаратора
и возвращается в мельницу.

В воздушно-циркуляционных сепараторах (см. рис. IX-14, а)
объединены сепаратор, циклон и вентилятор. В сепаратор загру-
жается сыпучий материал. Вентилятор создает поток рециркули-
рующего в сепараторе воздуха. Грубая и тонкая фракции разгру-
жаются из сепаратора за счет гравитационных сил.

Имеется большое число различных типов сепараторов [12, 29].

Воздушно-проходной сепаратор с вращающимся ротором в виде
лопаточного цилиндрического колеса (типа применяемого в цент-
робежных вентиляторах) показан на рис. IX-27, а. В отличие от

центробежных вентиляторов воздух с взвешенными в нем части-
цами материала поступает не внутрь лопаточного колеса 2 (ро-
тора), а в корпус 1 сепаратора. При подаче потока не внутрь
колеса, а снаружи, т. е. против направления центробежных сил,
возникающих в каналах между лопатками, крупные частицы вы-
брасываются центробежными силами из канала, а тонкие увле-
каются воздухом внутрь колеса. Регулируя частоту вращения
колеса, изменяют гранулометрический состав измельченного мате-
риала. Сепаратор используется при измельчении охры и обеспе-
чивает получение продукта с остатком на сите № 0053 менее 0,3%.
Его достоинство — простота конструкции и регулирования.

Центробежные пылеуловители типа КЦП (ВЦНИИОТ) кон-
структивно не отличаются от аппарата, приведенного \на рис.
IX-27, а, позволяют отделять почти 100% частиц крупностью
>>20—40 мкм и могут быть использованы в качестве сепарато-
ров [12].

Современные типы воздушно-проходных сепараторов (фирмы
«Альпине» и др.) обеспечивают отделение частиц крупностью
>30 мкм. По принципу работы и конструкции они аналогичны
аппарату, изображенному на рис. IX-27, а, но отличаются обте-
каемой формой лопаток и возможностью изменения угла наклона
лопаток. Кроме того, колесо в них часто расположено на вер-
тикальном валу.

В воздушно-проходном (турбинном) сепараторе (рис. IX-27, б)
на центральном валу 4 закреплены два плоских лопаточных ко-
леса 6 (типа турбинных). Для обеспечения равномерной скорости
прохождения потока воздуха между лопатками аналогично тому,
как это имеет место в колесах осевых вентиляторов конструкции
ЦАГИ, средняя часть колеса снабжена заглушкой большого диа-
метра, а поворотные лопатки 5 сделаны короткими. Лопаточные
колеса приводятся во вращение через систему механических и ре-
менных передач электродвигателем постоянного тока, снабжен-
ным реостатом для плавного регулирования частоты вращения
в широком диапазоне. Неподвижная коническая насадка 9 слу-
жит для равномерного распределения потока к лопаткам колеса.
Продукт измельчения, взвешенный в потоке воздуха, поступает
из мельницы через патрубок 10 в корпус 1 сепаратора. Вследствие
расширения потока из него выпадают наиболее грубые классы
зерен. Направление вращения колес и угол наклона лопаток соот-
ветствуют не всасыванию, а отбрасыванию потока воздуха. По-
этому при прохождении потока между лопатками крупные час-
тицы отбрасываются к стенкам корпуса сепаратора, а тонкие
увлекаются воздухом и выносятся вместе с ним из сепаратора
через патрубок 7.

Основные преимущества сепаратора (рис. IX-27, б): 1) широ-
кий диапазон регулирования без заметного изменения скорости
пылевоздушного потока путем варьирования частоты вращения
лопаточных колес, угла наклона лопаток и расстояния между
ними; 2) сравнительно простая конструкция; 3) возможность по-

лучения продуктов, содержащих <0,05% остатка на сите № 0040;
4) малый расход энергии; 5) пригодность для налипающих мате-
риалов, поскольку они не могут удерживаться на быстровращаю-
щихся лопатках.

Результаты исследования сепаратора этого типа и метод его

расчета приведены в литературе
с ролико-кольцевой маятниковой
мельницей, применяемой для
дезагрегации двуокиси титана.

В качестве воздушно-проход-
ных сепараторов используют цик-
лоны. В зависимости от типа и
диаметра циклона могут улавли-
ваться 96—100% частиц крупно-
стью > 10—60 мкм. В циклонах
практически отсутствует возмож-
ность регулирования процесса
классификации, так как поток
воздуха (перегретого пара), в
котором взвешены частицы мате-
4 риала, для данного типа мельни-
цы и режима ее работы часто яв-
ляется постоянным. Поэтому цик-
лоны должны быть точно подо-
браны по производительности и
исходя из требований к содержа-
нию предельного класса зерен.

Наиболее простым воздушно-

[31]. Сепаратор блокируется

^ис. IX-28. Воздушно-циркуляционный се-
паратор:

/ — наружный корпус; 2— главный центро-
бежный вентилятор; 3 — внутренний корпус;
4— разбрасывающая тарелка; 5 — поворот-
ные створки; 6 — патрубок для разгрузки
отсепарированного продукта; 7—патрубок
для разгрузки грубой фракции; 8 — центро-
бежный пылевой вентилятор; 9 — колесо
с лопатками; 10— передвижные кольцевые
шиберы; 11 — привод сепаратора; 12 — за-
грузочный патрубок.

проходным сепарирующим уст-
ройством, позволяющим почти
полностью отделять частицы
крупностью > 5—10 мкм, яв-
ляется корпус струйных мельниц
с плоской и трубчатой камерой
(см. стр. 175).

Во всех типах воздушно-циркуляционных сепараторов имеются:
1) быстровращающаяся тарелка для разбрасывания (распыления)
материала в потоке воздуха; 2) большое вентиляторное колесо,

создающее рециркулирующий поток воздуха в сепараторе; 3) на-

ружный корпус — циклон для отделения тонкой фракции, в кото-

ром закручивание потока воздуха осуществляется вентиляторным
колесом; 4) внутренний корпус — сепаратор, снабженный поворот-

ными створками для закручивания потока воздуха, вращающи-
мися лопастными колесами и другими устройствами для разделе-
ния частиц по крупности, аналогичными применяемым в воздуш-

но-проходных сепараторах.

На рис. IX-28 показан воздушно-циркуляционный сепаратор
конструкции НИИЦеммаша [9]. Материал, поступающий из мель-
ницы, непрерывно загружается через патрубок 12 на тарелку 4,

Тарелка распыляет материал в потоке воздуха, рециркулирующего |
в сепараторе с помощью главного центробежного вентилятора 2. I
Наружный корпус 1 является циклоном, внутренний 3 — сепара- 1
тором. Рециркулирующий воздух, освобожденный от основной I
массы пыли, проходит через жалюзийную решетку с тангенциально I
расположенными створками 5, закручивающими поток воздуха I
в нижней части сепаратора, где отделяются наиболее грубые 1
частицы. Затем центробежный пылевой вентилятор 8 нагнетает 1
поток воздуха с взвешенными в нем частицами материала в колесо |
с лопатками 9, отбрасывающими более крупные частицы в ниж-
нюю часть сепаратора. Поток воздуха с тонкой фракцией, закру-

чиваемыи с помощью

2

Рис. IX-29. Воздушно-цирку-
ляционный сепаратор с вы-
несенными циклонами и вен-
тилятором [13]:

1—сепаратор;	2—циклон;

3 — вентилятор.

вентилятора 2, поступает в корпус 1, яв-
ляющийся циклоном, и уловленная тонкая

фракция разгружается через патруб
а грубая — через патрубок 7.	\

Работа сепаратора регулируется

к 6,

из-

железный сурик и

менением угла поворота створок 5 жалю-
зийной решетки, скорости потока возду-
ха, положения шиберов 10 на входе воз-
духа в колесо вентилятора 2, угла пово-
рота лопаток 9. Кроме того, можно еще
менять частоту вращения вала привода се-
паратора.

Сепаратор блокируется с барабанными
и трубчатыми шаровыми мельницами для
измельчения ильменитового концентрата,
сурика и мумии. Он позволяет получать
мумию с остатком С 0,3% на сите № 0040.

Аналогичного типа сепаратор фирмы «Пфейфер», сблокированный :
с мельницей, имеющей периферийную разгрузку продукта измель-
чения, обеспечивает получение ильменитового концентрата с остат- „
ком < 0,05% на таком же сите.	<

В последних конструкциях воздушно-циркуляционных сепара- h
торов [13, 29] разъединяют сепарирующую и уловительную часть, > р
циклон и главный вентилятор делают выносными. Это позволяет, С
установив батарейные циклоны и снизив их диаметр, более полно ; Е
уловить тонкую фракцию и тем самым уменьшить износ вентиля- %
тора, создать сепараторы большой производительности и в случае
последовательной установки циклонов, меняя их типоразмер, до- >
полнительно классифицировать тонкую фракцию, поступающую Н1
из сепаратора. При этом циклоны часто устанавливают на крышке
сепаратора (рис. IX-29).

Мельницы с гравитационной разгрузкой материала, как пра-
вило, блокируют с воздушно-циркуляционными сепараторами.^
В случае необходимости применения при гравитационной раз- /
грузке материала воздушно-проходных сепараторов они должны
работать с рециркуляцией воздуха. Использование воздушно-про- 1е1
ходного сепаратора при прямотоке воздуха совершенно нерацио-
нально, так как связано с очисткой в рукавных фильтрах и моК’ ®
щ
184

рых пылеуловителях больших объемов воздуха (концентрация
тонкой фракции в потоке воздуха, выходящего из сепаратора, не
должна превышать ~0,3 кг на 1 м3 воздуха).

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕЛЬНИЦ

Основные пути повышения производительности мельниц всех
типов: 1) применение замкнутого цикла измельчения с оптималь-
ной циркуляционной нагрузкой; 2) снижение влажности исходного
материала; 3) снижение крупности исходного материала; 4) вве-
дение ПАВ и специальных добавок; 5) устранение переизмельче-
ния некоторых материалов; 6) подбор оптимального типа класси-
фицирующего устройства и режима его работы; 7) создание наи-
более эффективного режима работы мельницы (например, для
шаровой мельницы — частота вращения барабана, размер мелю-
щих тел, заполнение мелющими телами и материалом и т. д.).

Измельчение в замкнутом цикле позволяет не только исклю-
чить ненужное переизмельчение материала, но и устранить при
тонком измельчении слипаемость частиц, снижающую к. п. д. мель-
ницы при приближении к пределу измельчения (см. рис. 1Х-1,б).
С возрастанием циркуляционной нагрузки при измельчении
в замкнутом цикле производительность мельницы повышается сна-
чала резко, затем медленно (рис. IX-30). В шаровых мельницах,
применяемых в пигментных производствах, циркуляционная на-
грузка (кратность циркуляции) обычно равна 4—8. В трубчатых
мельницах с разгрузкой через цапфу кратность циркуляции во
избежание переполнения мельницы материалом должна быть не
более 10—15. В роликовых и струйных мельницах, сблокирован-
ных с сепаратором (или если их корпус является сепаратором),
возврат крупных частиц в зону измельчения не требует транспорт-
ных устройств и кратность циркуляции достигает высоких значе-
ний (30—50).

С возрастанием влажности исходного материала выше опреде-
ленного предела, зависящего от вида материала и типа мельницы,
вследствие слипания частиц резко снижается производительность
мельницы и эффективность работы сепаратора. В большинстве
случаев перед измельчением проводится сушка материала.

Повышение степени дробления материала, поступающего в ша-
ровые мельницы, позволяет снизить размеры мелющих тел и тем
самым повысить производительность мельницы. Например, если
принять производительность шаровой мельницы за 100% при из-
мельчении исходного материала крупностью 25 мм до 75 мкм, то
при снижении его крупности до 19 мм производительность возрас-
тает до 125%, при крупности 12 мм — до 142% и при крупности
6 мм—до 161% [32]. В последнее время крупность исходного ма-
териала стремятся снизить до 3—5 мм.

Производительность струйных мельниц также возрастает при
снижении крупности исходных, предварительно тонкоизмельчен-
ных материалов. Для материалов первой и четвертой групп круп-
135

Иость должна быть менее 40—45 мкм. Снижение крупности исход-
ного материала одновременно резко уменьшает износ стенок ка-
мер струйных мельниц.

Введение ПАВ и специальных добавок в измельчаемый мате-
риал позволяет заметно повысить производительность шаровых
[1, $ 10] и струйных мельниц [25]. В ряде случаев (железный
сурик и др.) без введения ПАВ нельзя осуществить сверхтонкое
измельчение [25].

Производительность мельниц и сепараторов значительно сни-
жается с уменьшением остатка измельченного материала на ситах

Рис. IX-30. Зависимость относительной
производительности мельницы от цирку-
ляционной нагрузки.

Рис. IX-31. Зависимость остатка на сите
от производительности воздушно-проход-
ного сепаратора, сблокированного с маят-
никовой мельницей, при измельчении дву-
окиси титана.

(рис. IX-31). Когда переизмельчение вредно (например, при из-
мельчении ильменитового концентрата) или в нем нет надобности,
необходимо выдерживать оптимальное значение ситового остатка.

От регулирования работы сепаратора зависит не только содер-
жание предельных классов зерен в продукте измельчения (сито-
вой остаток), но и производительность и эффективность мельницы.
Малые ситовые остатки не характеризуют гранулометрический
состав продуктов измельчения. Поэтому при выявлении оптималь-
ных режимов работы сепаратора и мельницы необходимо исхо-
дить из полного гранулометрического состава тонкой, а также
грубой фракций, поступающих из сепаратора.

Иногда сепаратор, сблокированный с мельницей, не соответ-
ствует ее производительности или не обеспечивает необходимую
эффективность разделения отдельных классов зерен. Замена се-
паратора в этих случаях может заметно повысить производитель-
ность и эффективность мельницы, значительно улучшить грануло-
метрический состав продукта измельчения.

Оптимальные режимы работы шаровых и некоторых других
мельниц рассмотрены при их описании.

ЛИТЕРАТУРА

I

1.	Петерс К. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 80—103.

2.	Гийо Р. Проблема измельчения материалов и ее развитие. М., Стройиздат,
1964. 118 с.

3.	Турба Э. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 158—168.

4.	Ситников И. С., Вильшанский Л. И., Ходаков Г. С. — Лакокрасочные мате-
риалы и их применение, 1973, № 2, с. 64—65.

5.	Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. М., Химия, 1977.
368 с.

6.	Малеванный В. А., Большакова А. Г. — Лакокрасочные материалы и их
применение, 1965, № 3, с. 61—63.

7.	Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л., Химия,
1974. 656 с.

8.	Ребиндер П. А., Шрейнер Л. А., Жигач К. Ф. Понизители твердости в буре-
нии. М., Углетехиздат, 1944. 136 с.

9.	Дешко Ю. И., Креймер Г. С., Крыхтин Г. С. Измельчение материалов в це-
ментной промышленности. М., Стройиздат, 1966. 271 с.

10.	Ходаков Г. С. Тонкое измельчение строительных материалов. М., Стройиздат,
1972. 239 с.

1	11. Андреев С. Е., Зверевич В. В., Перов В. А. Дробление, измельчение и гро-
хочение полезных ископаемых. М., Недра, 1966. 395 с.

|	12. Козулин И. А., Горловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-

|	мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

* 13. Сапожников М. Я. Механическое оборудование предприятий строительных
материалов, изделий и конструкций. М., Высшая школа, 1971. 382 с.

14.	Планиоль Р. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 473—483.

15.	Беренс Д. — Там же, с. 443—473.

16.	Размольное оборудование. Каталог. М., ЦИНТИХИМНефтемаш, 1976. 29 с.

17.	Терентьев В. С., Чуприк В. Ф. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1974, № 5, с. 52—55.

18.	Г орловский И. А., Сакар А. Г. — Там же, 1971, № 5, с. 57—59.

19.	Горловский И. А., Сакар А. Г. — Там же, 1968, № 6, с. 43—47.

20.	Перов В. А., Бранд В. Ю. Измельчение руд. Л. — М., Металлургиздат, 1950.

220 с.

21.	Мельник М. Т., Смирнова Е. В. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1972, № 3, с. 58.

22.	Шлауг Г. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 497—522.

23.	Акунов В. И. Струйные мельницы. М., Машгиз, 1967. 263 с.

24.	Давыдова Е. В., Толстая С. Н., Никулина К. Н. и др. — Лакокрасочные ма-
териалы и их применение, 1968, № 5, с. 12—14.

25.	Давыдова Е. В., Бродский Ю. М., Гелиашвили Н. С. — Там же, 1971, № 3,
с. 54—55.

26.	Мори И. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 483—497.

27.	Тонкое измельчение материалов в струйных мельницах. Экспресс-инф. Про-
цессы и аппараты, № 33, реф. 292. 1962.

28.	Логиненко Д. Д., Шеляков О. П. Интенсификация технологических процессов
в аппаратах с вихревым слоем. Киев, Техшка, 1976. 144 с.

29.	Кайзер В. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 552—567.

30.	Кучерук В. В. Очистка вентиляционного воздуха от пыли. М., Машинострое-
ние, 1963. 144 с.

31.	Яблонский П. А. — Автореф. канд. дисс. Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1953. 29 с.

32.	Судариков Б. Н., Граков Э. Г. Процессы и аппараты урановых производств.
М., Машиностроение, 1969. 383 с.

л	I

Главах	1

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ	]

В пигментных производствах в качестве вспомогательного I
наиболее часто используется оборудование для перемещения I
(транспорта) жидких и сыпучих материалов и оборудование для I
пылеулавливания.	I

Для перемещения жидкостей (суспензий) применяют центро- I
бежные насосы. Конструкционный материал насоса должен быть I
стойким к воздействию перекаливаемой жидкости. С целью умень- I
шения протечки через сальник насоса агрессивных, а часто и до- I
рогостоящих растворов солей разработана специальная конструк- I
ция центробежного насоса с торцовым сальником (см. рис. XII-15). I
Протечка через сальник полностью устраняется в погружных I
центробежных насосах (рис. Х-1), используемых в производствах I
двуокиси титана и пленкообразующих веществ.	I

Для перемещения сыпучих материалов применяют механиче- I
ские транспортные устройства, а для порошкообразных — и пнев- 1
мотранспорт.	I

Механические транспортные устройства для вертикального ne- I
ремещения материала — элеваторы (рис. Х-2, а), для горизонталь- I
ного или под небольшим углом наклона к горизонту — винтовые I
(рис. Х-2, б) и ленточные (рис. Х-2, в) транспортеры трудно под- I
даются герметизации и конструкционно сложны. По санитарным 1
нормам они подлежат аспирации — обеспыливанию путем созда- I
ния в них разрежения отсасыванием сравнительно больших объ- I
емов воздуха с последующей его очисткой в рукавных фильтрах I
или мокрых пылеуловителях (часто с безвозвратной потерей до- I
рогостоящего уловленного продукта).	I

Более эффективен конвейер с погружными скребками (рис. I
Х-2, г), не подлежащий аспирации. Он может перемещать сыпучие 1
материалы по горизонтали и под любым углом наклона к гори- I
зонту. В нем в герметичной прямоугольной или круглой трубе я
непрерывно движется закольцованная транспортная цепь с за- *
крепленными на ней скребками. Основным достоинством этого
транспортера, собираемого из нормализованных узлов, является
отсутствие пыления и исключение потерь продукта [1]. Такого
типа транспортер применяется для перемещения ильменитового
концентрата, пигментов.

Пневмо- и аэрозольтранспорт сыпучих материалов рассматри-
вается в гл. XX.

В технологических процессах возникает необходимость улав-
ливания пыли пигментов из газов при получении пигментов окис-
лением паров металла (цинковые белила) или капель металла
(свинцовый глет) кислородом воздуха, в сушильных и размоль-
ных установках, при пневмотранспорте и в других случаях. При
улавливании пигментов из газов необходи-
мо получить их в сухом виде и для выпол-
нения санитарных норм обеспечить весьма
низкое содержание пыли в обеспыленных
газах (1—20 мг/м3), что соответствует сте-
пени пылеулавливания 99,9% и выше.

Из сухих пылеуловителей, имеющих вы-
сокую степень пылеулавливания, в пиг-
ментных производствах применяют механи-
зированные рукавные фильтры. По способу
регенерации фильтрующей способности
ткани эти фильтры подразделяют на сле-
дующие типы: 1) с механическим встряхи-
ванием рукавов в сочетании с обратной
продувкой ткани; 2) с импульсной продув-
кой ткани; 3) со струйной продувкой тка-
ни; 4) с регенерацией ткани механическим
воздействием [2, 3].

Фильтры первого из указанных типов
характеризуются ускоренным износом ру-
кавов, не обеспечивают высокой степени
пылеулавливания некоторых пигментов и
обладают конструктивными недостат-
ками.

Более совершенными являются рукав-
ные фильтры с импульсной продувкой (рис.
Х-3). Рукава в них натянуты на проволоч-
ные каркасы, и запыленный газ проходит
снаружи рукава внутрь. Фильтрование
протекает непрерывно, регенерация — пе-
риодически. Для регенерации ткани через
автоматически регулируемые промежутки
времени (5—200 с) с помощью электро-
магнитных клапанов в течение 0,1—0,5 с
подается сжатый воздух давлением 0,5—
0,7 МПа. Отверстия в распределительных

трубах 10 расположены соосно рукавам. Сжатый воздух, выходя-
щий из отверстий в диффузоры 5, засасывает очищенные газы в
рукав и деформирует (раздувает) его, сбрасывая при этом слой
пыли с наружной поверхности рукава и одновременно продувая
поры ткани. Расход сжатого воздуха при указанном давлении со-
ставляет 0,1—0,2% от объема очищаемых газов [2—4]. Гидравли-
ческое сопротивление рукавных фильтров с импульсной продувкой
в зависимости от нагрузки на фильтровальную поверхность, вида

Рис. Х-1. Погружной центро-
бежный насос:

1 — рабочее колесо; 2 — всасы-
вающий патрубок;.? — корпус;
4 — подшипник; 5—вертикаль-
ный вал; 6 — напорные трубы;

7 — электродвигатель.

продувкой рукавов она составляет 0,5—1 м/мин (для стеклоткани
0,3—0,5 м/мин), а на фильтрах со струйной продувкой >3—5 м/мин.
Более высокие скорости не только повышают гидравлическое со-
противление фильтровальной перегородки, но и снижают степень
улавливания пыли и увеличивают износ рукавов [2, 5]. Повышен-
ная концентрация пыли в газах также ухудшает работу фильтров,
и при концентрации пыли >10—20 г/м3 перед рукавными фильт-
рами устанавливают циклон.

В рукавных фильтрах материал рукавов подбирается в зави-
симости от температуры и агрессивности запыленных газов, раз-
меров и формы частиц пыли [2—4]. Натуральные волокна
(шерсть и хлопок) применяются до температур 80—90°C, синте-
тические (лавсан, нитрон)—до 130—140 °C, специально обрабо-
танные стеклоткани и ткани из фторопласта — до 250~хЮ0 °C.
Вследствие низкой эластичности рукавов из стеклоткани приме-
нение их в фильтрах с механическим встряхиванием и фильтрах
с импульсной продувкой недопустимо (происходит быстрое исти-
рание о проволочный каркас). Для стеклоткани применяют спе-
циальные конструкции фильтров и акустическую разгрузку пыли
с рукавов [5]. Во избежание «замазывания» тканей при конден-
сации на них влаги температура газов в фильтре должна быть
на 10—20°С выше, чем точка росы для запыленного газа. Срок
службы тканей — от полугода до двух лет.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Левинсон В. Н. Транспортные устройства непрерывного действия. М., Машгиз,
1960. 315 с.

2,	Моргулис М. Л., Мазус М. Г., Мандрико А. М. и др. Рукавные фильтры.
М., Машиностроение, 1977. 256 с.

3.	Ужов В. Н., Мягков Б. И. Очистка промышленных газов фильтрами. М.,
Химия, 1970. 320 с.

4.	Гордон Г. М., Пейсахов И. Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной
металлургии. М., Металлургия, 1977. 455 с.

5.	Кучерук В. В. Очистка вентиляционного воздуха от пыли. М., Машинострое-
ние, 1963. 144 с.

6.	Ужов В. Н., Вальдберг А. Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. М., Химия,
1972. 216 с.

Ча сть вторая
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ
ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Глава XI

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

В качестве пленкообразующих веществ могут использоваться
многие синтетические полимеры и олигомеры, природные смолы,
а также олифы, полученные на основе растительных масел.

На заводах лакокрасочной промышленности производят глав-
ным образом синтетические пленкообразующие вещества, полу-
чаемые методом поликонденсации (алкиды, фенолоальдегиды, мо-
чевино- и меламиноформальдегиды и др.). Реже их синтезируют
методом полимеризации (поливинилацетат и др.). Обычно плен-
кообразующие вещества выпускаются в виде растворов в органи-
ческих растворителях (лаков). Ведущее место среди этих веществ
занимают алкиды.

Различие требований, предъявляемых к пигментированным
и непигментированным органическим покрытиям, привело к вы-
пуску большого числа марок одного и того же вида синтетического
пленкообразующего вещества, отличающихся по составу и режиму
получения. В частности, выпускаются десятки марок алкидов.
Этот фактор сдерживал внедрение непрерывных методов их полу-
чения. В настоящее время уже применяются непрерывные методы
получения фенолоформальдегидов, поливинилацетатной диспер-
сии, натуральных олиф, а также продуктов алкоголиза для син-
теза алкидов. Перспективно также внедрение непрерывных мето-
дов получения других пленкообразующих веществ (эпоксидов,
акрилатов, модифицированных фенолоальдегидов и т. д.) и про-
ведения этерификации и поликонденсации при синтезе алкидов.

Применение непрерывных методов вызвано необходимостью
создания многотоннажных производств пленкообразующих ве-
ществ и тем, что эти методы не только позволяют создать уста-
новки большой производительности, но и улучшают качество про-
дукта, снижают потери сырья, повышают производительность
труда, облегчают комплексную механизацию и автоматизацию.
Однако следует отметить, что непрерывные методы экономически
эффективны для производства крупнотоннажных марок смол. При
получении средне- и малотоннажных марок еще используются пе-
риодические методы. В последнее десятилетие в аппаратурное

оформление периодических процессов получения синтетических
смол, особенно алкидов, внесены существенные усовершенство-
вания.

Разнообразие видов и марок пленкообразующих веществ при-
водит к большому числу аппаратурно-технологических схем, но
в этих дхемах в большинстве случаев применяется однотипное
оборудование [1—3].

Рис. XI-1. Технологическая схема получения алкидных лаков периодическим методом (отде-
ление синтеза и растворения лаковой основы):

1—вакуум-насос; 2—бункер с вибрирующим днищем; 3— контейнер; 4—рукавный фильтр;
5 — приемники масел, глицерина и расплавленного фталевого ангидрида; 6—шестеренчатый
насос; 7 — счетчик-дозатор (или насос-дозатор); 8—погружной насос; 9—циклон; 10—бункер
с вибрирующим днищем; 11 — рычажные или тензометрические весы; 12 — винтовой питатель;
13—заглушка; 14—реактор для синтеза основы лака (смолы) с индукционным электрообогре-
вом; 15, 17, 23—теплообменники; 16 — конденсатор; 18—воздушник; 19— разделитель непрерыв-
ного действия; 20 — приемник ксилола; 21—приемник водной фракции; 22— аппарат для рас-
творения основы лака; 24—весовой мерник; 25 — приемник сиккатива.

Ниже даны современные технологические схемы процессов по-
лучения пленкообразующих веществ — алкидов и фенолоальде-
гидов.

При получении лаков на основе алкидов, модифицированных
жирными кислотами растительных масел, проводят алкоголиз
растительных масел многоатомными спиртами — глицерином или
пентаэритритом (при / 240 4-250 °C), этерификацию продуктов
алкоголиза многоосновными кислотами — наиболее часто фтале-
вым ангидридом — и поликонденсацию (при /	250 4-260 °C).

Полученную основу (смолу) лака растворяют в органических рас-
творителях, устанавливают лак «на тип» добавкой сиккатива
и растворителей, а затем подвергают его очистке от нераствори-
мых веществ.

На рис. XI-1 представлена технологическая схема синтеза
основы (смолы) алкидного лака периодическим методом, при ко-

тором алкоголиз, этерификацию и поликонденсацию проводят
в одном реакторе периодического действия.

Основными особенностями этой схемы по сравнению с приме-
няющимися на ряде предприятий до настоящего времени яв-
ляются следующие.

1.	Масло и глицерин предварительно нагревают в приемниках
до 140—160°C, что сокращает длительность цикла работы реак-
тора и расход электроэнергии на его обогрев.

2.	Дозирование жидкостей осуществляется счетчиками-дозато-
рами и насосами-дозаторами, что позволяет исключить установку
громоздких объемных и весовых мерников.

Рис. XI-2. Температурно-временной
режим синтеза алкида с загрузкой
расплавленного фталевого ангид-
рида:

1—2—загрузка масел и многоатом-
ных спиртов; 2—3— нагрев; 3—4—ал-
коголиз;	4—5— загрузка	распла-

вленного фталевого ангидрида;
5—6 — этерификация и поликонден
сация; 6—7— охлаждение; 7—8 — вы-
грузка.

Рис. XI-3. Температурно-временной ре-
жим синтеза алкида с загрузкой твердого
фталевого ангидрида и без предваритель-
ного подогрева масел и глицерина:

1 — 2 — загрузка масел и глицерина; 2—3—на-
грев; 3—4 — алкоголиз; 4—5 — охлаждение;
5—6 — загрузка твердого фталевого ангид-
рида; 6—7—нагрев; 7—8 — этерификация и
поликонденсация;	8—9 — охлаждение;

9—10 — выгрузка.

3. Полностью механизированы операции приемки, транспорта
и дозировки пентаэритрита. Дозировка осуществляется с приме-
нением весового бункера и винтового питателя, что обеспечивает
ее надежность. При использовании же порционных весов и сек-
торных питателей, как показал опыт эксплуатации, вследствие
проникновения и конденсации в них паров, выделяющихся из
реактора, система дозировки становится неработоспособной.

4. Фталевый ангидрид загружается в виде расплава при тем-
пературе этерификации (рис. XI-2), что исключает заметные за-
траты времени на охлаждение реакционной смеси, необходимые
при загрузке твердого фталевого ангидрида (рис. XI-3).

5. Синтез алкида проводится в реакторе с индукционным элек-
трообогревом (объем реактора в настоящее время достигает
32 м3 4 5 6 7), что позволяет обеспечить тонкое регулирование темпера-
турно-временного режима синтеза.

6. Используется «азеотропный» метод проведения этерифика-
ции и поликонденсации, уменьшающий потери фталевого ангид-
рида и улучшающий качество продукта.

7. Для растворения алкида установлен аппарат горизонталь-
ного типа (объемом 80 м3 при объеме реактора 32 м3). Это дает
возможность заметно снизить высоту помещения,

8.	Для некоторых лаков предусмотрена их стандартизация по
вязкости и другим показателям—установка «на тип» в аппарате
для растворения алкида.

9.	Очистку лаков (рис. XI-4) осуществляют на различном обо-
рудовании, включая полностью механизированные тарельчатые
фильтра, что позволяет применить оптимальный вариант очистки
в зависимости от свойств лака (см. гл. XIV).

Рис. XI-4. Технологическая схема получения алкидных лаков периодическим методом
(лаковыпускное — фильтровальное отделение):

/ — приемник для лака, поступающего из отделения синтеза; 2— приемник для сиккатива;
3 — весовой мерник; 4—счетчик дозатор; 5—аппарат для установки лака «на тип»; 6—шесте-
ренчатый насос; 7 — приемник для лака, установленного «на тип»; 8— трубчатая отстойная
сверхцентрифуга; 9, 10—патронные фильтры (типа «Кюно»); 11 — теплообменник; 12 — проме-
жуточный приемник; 13— приемник для лака, освобожденного от сорности; 14—бункер для
намывного вещества; 15 — рычажные или тензометрические весы; 16 — тарельчатый фильтр
с механизированной разгрузкой осадка (типа «Пфунда»); 17 — аппарат для получения суспен-
зии; 18 — вагонетка; 19 — насос; 20 — цистерна для лака.

Из приведенного описания технологических схем синтеза алки-
дов и получения на их основе лаков периодическими методами
(см. рис. XI-1 и XI-4) следует, что они обеспечивают комплексную
механизацию и возможность применения современного оборудо-
вания большой производительности. Вместе с тем при периодиче-
ском методе синтеза алкидов значительны затраты времени на
вспомогательные операции (см. рис. XI-2 и XI-3), возрастающие
с увеличением объема реактора (вследствие снижения при этом
удельной поверхности теплообмена), трудно воспроизводим режим
синтеза и сложна автоматизация процесса.

Непрерывный блочный метод синтеза алкидов с применением
твердого фталевого ангидрида был разработан в Советском Союзе
и испытан сначала на опытной [4], а затем на опытно-промыш-
ленной [5, 6] установках. При непрерывном блочном методе
в связи с большой летучестью фталевого ангидрида и необходи-

мостью чистки реакторов был применен каскад из большого числа
аппаратов полного смешения, что привело к громоздкости и слож-
ности аппаратурного оформления метода. Появление «азеотроп-
ного» метода, применение расплавленного фталевого ангидрида
и возможность чистки реактора без его разборки промывкой

Рис. XI-5. Технологическая схема синтеза алкидов (глифталевых и пентафталевых) непре-
рывным методом:

1— приемники для масла, глицерина и расплавленного фталевого ангидрида; 2, 20 — шесте-
ренчатые насосы; 3—погружной насос; 4, 18, 21 — теплообменники; 5—теплообменник, обогре-
ваемый ВОТ; 6—расходомер; 7 — приемник для суспензии соды; 8 — циклон; 9 — бункер для
пентаэритрита; 10 — весовой дозатор непрерывного действия; 11 — винтовой питатель; 12 — ко-
лонный двухступенчатый реактор смешения для алкоголиза; 13—конденсатор-холодильник;
14 — приемник для воды; 15—приемник для ксилола; 16—разделитель непрерывного дей-
ствия; 17, 23 — конденсаторы; 19—колонный пятиступенчатый реактор смешения для этери-
фикации и поликонденсации; 22—колонный двухступенчатый аппарат полного смещения для
растворения основы лака.

горячим раствором щелочи позволяет применять на стадиях этери-
фикации и поликонденсации компактные колонные многоступен-
чатые реакторы полного смешения.

При проведении алкоголиза в многоступенчатом реакторе не-
прерывного действия продолжительность реакции алкоголиза со-
кращается почти в 20 раз по сравнению с периодическим методом
[7]. Непрерывный метод алкоголиза уже внедрен в промышлен-
ном масштабе. Аппаратурное оформление стадий этерификации
и поликонденсации находятся в стадии разработки. В последнее
десятилетие появились новые методы алкоголиза—под воздей-
ствием акустических колебаний и электрохимический.

Вариант аппаратурного оформления непрерывного метода син-
теза алкидов приведен на рис. XI-5. В нем приняты «азеотроп-
ный» метод, применение расплавленного фталевого ангидрида,,
проведение алкоголиза в двухступенчатом непрерывнодействую-
щем реакторе смешения, а стадий этерификации и поликонденса-
ции — в пятиступенчатом. Обогрев реакторов и нагрев исходных
веществ от 140—160 до 240—260°С осуществляется ВОТ — высо-
кокппящпми органическими теплоносителями (дифенильной

Рис. XI-6. Технологическая схема получения фенолоформальдегидных смол непрерывным
методом:

1 — непрерывнодействующий колонный четырехступенчатый реактор смещения; 2— приемник
для катализатора; 3, 10—конденсаторы; 4, 11 — разделители непрерывного действия; 5 — воз-
душник; 6 — шестеренчатый насос; 7 — трубчатый одноходовый теплообменник — пленочный
испаритель; 8 — каплеуловитель; 9 — приемник для смолы; 12—барабанный охладитель;

13— теплообменник.

смесью и др.). Для развития поверхности теплообмена внутри
каждой секции реакторов помещены двухрядные змеевики, обо-
греваемые ВОТ (возможен и индукционный электрообогрев реак-
торов).

Как было отмечено выше, при непрерывном методе во много
раз снижается длительность реакции алкоголиза.

В непрерывнодействующих реакторах смешения увеличивается
продолжительность проведения самой реакции по сравнению
с реакторами периодического действия (см. гл. XII), однако вслед-
ствие исключения больших затрат времени на вспомогательные
операции (см. рис. XI-3) общая длительность стадий этерифика-
ции и поликонденсации несколько уменьшается. Поэтому объем
обоих реакторов непрерывного действия меньше объема периоди-
ческидействующего реактора такой же производительности.

При непрерывном методе среднее время пребывания смеси
в аппарате для растворения основы лака не превышает 30—60 мин,

что снижает его объем в десятки раз по сравнению с объемом
аппарата, применяемого при периодическом методе.

Несмотря на более сложное аппаратурное оформление, отме-
ченные преимущества непрерывного метода делают его эффек-
тивным при получении многотоннажных марок, особенно в тех
случаях, когда для их производства требуется установка несколь-
ких работающих параллельно реакторов периодического действия.

В Советском Союзе впервые разработан и внедрен в промыш-
ленность непрерывный метод производства новолачных феноло-
формальдегидов [8, 9]. Новолачный фенолоформальдегид полу-
чают взаимодействием формалина и расплава фенола в присут-
ствии катализатора при температуре 80—100°C. В результате
синтеза образуются фенолоформальдегид и надсмольный водный
слой. Продукт обезвоживают нагреванием до 100—130 °C.

Синтез фенолоформальдегида (рис. XI-6) проводят в непре-
рывнодействующем четырехступенчатом колонном реакторе пол-
ного смешения. Основная масса надсмольной воды отделяется
с помощью разделителя. Обезвоживание продукта синтеза осуще-
ствляется в одноходовом трубчатом теплообменнике—пленочном
испарителе. Для обеспечения пленочного режима течения в тепло-
обменнике сечение трубы подбирается так, чтобы скорость паров
в трубе составляла 50—80 м/с. Процесс отгонки летучих веществ
из продукта синтеза при течении его в виде тонкой пленки завер-
шается в течение 1 мин (вместо нескольких часов в реакторе пе-
риодического действия).

Одноходовый трубчатый теплообменник — пленочный испари-
тель, а также роторно-пленочные испарители (см. рис. XV-3) мо-
гут значительно ускорить операцию сушки при синтезе фенолоаль-
дегидов, эпоксидов и других синтетических пленкообразующих
веществ.

Из приведенных выше технологических схем следует, что ос-
новным оборудованием производств пленкообразующих веществ
являются реакторы, аппараты для растворения смол и аппараты
для очистки лаков.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Охрименко И. С., Верхоланцев В. В. Химия и технология пленкообразующих
веществ. Л., Химия, 1978. 392 с.

2.	Кочнова 3. А., Фомичева Т. Н., Сорокин М. Ф. Аппаратурно-технологические
схемы производства пленкообразующих веществ. М., Химия, 1978. 91 с.

3.	Кузнецов Е. В., Прохорова И. ТЕ, Файзулина Д. А. Альбом технологических
схем производства полимеров и пластических масс на их основе. М., Химия,
1976. 108 с.

4.	Козулин Н. А. — Пром. орг. хим., 1940, № 7, с. 35—39.

5.	Нестеров И. С. Производство глифталевой олифы. Л., ГОСИНТИ, 1959. 146 с.

6.	Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и
жиров. Т. VII. Л., Изд-во ГЛАВНИИ СССР и ВНИИЖ, 1961. 456 с.

7.	Гула И. Н., Гельперин Н. И. — Лакокрасочные материалы и их применение,
1969, № 3, с. 45—48.

8.	Демкин Т. М., Иванов П. С. — Пластические массы, 1960, № 1, с. 29.

9.	Татевосьян Г. О., Кузнецова И. Б. Технология синтетических смол, пластиче-
ских масс и изделий из них. М., Высшая школа, 1967. 411 с.

Вариант аппаратурного оформления непрерывного метода син-
теза алкидов приведен на рис. XI-5. В нем приняты «азеотроп-
ный» метод, применение расплавленного фталевого ангидрида,,
проведение алкоголиза в двухступенчатом непрерывнодействую-
щем реакторе смешения, а стадий этерификации и поликонденса-
ции— в пятиступенчатом. Обогрев реакторов и нагрев исходных
веществ от 140—160 до 240—260 °C осуществляется ВОТ — высо-
кокипящими органическими теплоносителями (дифенильной

Рис. XI-6. Технологическая схема получения фенолоформальдегидных смол непрерывным
методом:

1 — непрерывнодействующий колонный четырехступенчатый реактор смешения; 2 — приемник
для катализатора; 3, 10—конденсаторы; 4, 11 — разделители непрерывного действия; 5 — воз-
душник; 6—шестеренчатый насос; 7 — трубчатый одноходовый теплообменник — пленочный
испаритель; 8 — каплеуловитель: 9 — приемник для смолы; 12—барабанный охладитель;

13— теплообменник.

смесью и др.). Для развития поверхности теплообмена внутри
каждой секции реакторов помещены двухрядные змеевики, обо-
греваемые ВОТ (возможен и индукционный электрообогрев реак-
торов) .

Как было отмечено выше, при непрерывном методе во много
раз снижается длительность реакции алкоголиза.

В непрерывнодействующих реакторах смешения увеличивается
продолжительность проведения самой реакции по сравнению
с реакторами периодического действия (см. гл. XII), однако вслед-
ствие исключения больших затрат времени на вспомогательные
операции (см. рис. XI-3) общая длительность стадий этерифика-
ции и поликонденсации несколько уменьшается. Поэтому объем
обоих реакторов непрерывного действия меньше объема периоди-
ческидействующего реактора такой же производительности.

При непрерывном методе среднее время пребывания смеси
в аппарате для растворения основы лака не превышает 30—60 мин,

что снижает его объем в десятки раз по сравнению с объемом
аппарата, применяемого при периодическом методе.

Несмотря на более сложное аппаратурное оформление, отме-
ченные преимущества непрерывного метода делают его эффек-
тивным при получении многотоннажных марок, особенно в тех
случаях, когда для их производства требуется установка несколь-
ких работающих параллельно реакторов периодического действия.

В Советском Союзе впервые разработан и внедрен в промыш-
ленность непрерывный метод производства новолачных феноло-
формальдегидов [8, 9]. Новолачный фенолоформальдегид полу-
чают взаимодействием формалина и расплава фенола в присут-
ствии катализатора при температуре 80—100°C. В результате
синтеза образуются фенолоформальдегид и надсмольный водный
слой. Продукт обезвоживают нагреванием до 100—130 °C.

Синтез фенолоформальдегида (рис. XI-6) проводят в непре-
рывнодействующем четырехступенчатом колонном реакторе пол-
ного смешения. Основная масса надсмольной воды отделяется
с помощью разделителя. Обезвоживание продукта синтеза осуще-
ствляется в одноходовом трубчатом теплообменнике—пленочном
испарителе. Для обеспечения пленочного режима течения в тепло-
обменнике сечение трубы подбирается так, чтобы скорость паров
в трубе составляла 50—80 м/с. Процесс отгонки летучих веществ
из продукта синтеза при течении его в виде тонкой пленки завер-
шается в течение 1 мин (вместо нескольких часов в реакторе пе-
риодического действия).

Одноходовый трубчатый теплообменник—пленочный испари-
тель, а также роторно-пленочные испарители (см. рис. XV-3) мо-
гут значительно ускорить операцию сушки при синтезе фенолоаль-
дегидов, эпоксидов и других синтетических пленкообразующих
веществ.

Из приведенных выше технологических схем следует, что ос-
новным оборудованием производств пленкообразующих веществ
являются реакторы, аппараты для растворения смол и аппараты
для очистки лаков.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Охрименко И. С., Верхоланцев В. В. Химия и технология пленкообразующих
веществ. Л., Химия, 1978. 392 с.

2.	Коннова 3. А., Фомичева Т. Н., Сорокин М. Ф. Аппаратурно-технологические
схемы производства пленкообразующих веществ. М., Химия, 1978. 91 с.

3.	Кузнецов Е. В., Прохорова И. П., Файзулина Д. А. Альбом технологических
схем производства полимеров и пластических масс на их основе. М., Химия,
1976. 108 с.

4.	Козулин Н. А. — Пром. орг. хим., 1940, № 7, с. 35—39.

5.	Нестеров И. С. Производство глифталевой олифы. Л., ГОСИНТИ, 1959. 146 с.

6.	Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и
жиров. Т. VII. Л., Изд-во ГЛАВНИИ СССР и ВНИИЖ, 1961. 456 с.

7.	Гула И. Н., Гельперин Н. И. — Лакокрасочные материалы и их применение,
1969, № 3, с. 45—48.

8.	Демкин Т. М., Иванов П. С. — Пластические массы, 1960, № 1, с. 29.

9.	Татевосьян Г. О., Кузнецова И. Б. Технология синтетических смол, пластиче-
ских масс и изделий из них. М., Высшая школа, 1967. 411 с.

**

Глава XII

РЕАКТОРЫ

Для синтеза пленкообразующих веществ наиболее часто при-
меняются реакторы полного смешения периодического и непре-
рывного действия (см. гл. XI).

При выборе оптимального типа реактора, определении его
размеров, числа ступеней в непрерывнодействующих реакторах
полного смешения и других параметров необходимо учитывать
кинетику реакции, зависимость скорости реакции от типа реак-
тора, равномерность времени пребывания частиц (ионов, моле-
кул) в реакторах и особенности синтеза пленкообразующих ве-
ществ.

Реакции, протекающие в реакционных аппаратах, классифици-
руют: 1) по типу реакции—необратимые и обратимые, простые
и сложные (последовательные и параллельные); 2) по молеку-
лярности— числу одновременно взаимодействующих в элементар-
ном акте частиц; 3) по порядку реакции — показателю степеней
концентраций в кинетических уравнениях, характеризующих за-
висимость скорости реакции от концентрации реагентов [1, 2].

По числу молекул (или ионов), принимающих участие в эле-
ментарном акте химического превращения, реакции разделяют на
моно-, би- и тримолекулярные. Мономолекулярные реакции — раз-
ложение молекулы на две или несколько молекул — встречаются
сравнительно редко. Наиболее часто протекают бимолекулярные
реакции, при которых в элементарном акте встречаются две мо-
лекулы, и значительно реже — тримолекулярные реакции.

При расчетах реакторов необходимо знать порядок реакции,
константу скорости реакции и глубину (степень) превращения.

Скорость необратимой мономолекулярной простой гомогенной
реакции выражается кинетическим уравнением первого порядка:

(ХП-1)

где k\ — константа скорости реакции, м3/(кмоль-с); сА — началь-
ная концентрация исходного вещества А, кмоль/м3; к — количе-
ство прореагировавшего вещества, кмоль/м3.

После интегрирования уравнения (XII-1) имеем:

т = 4- In ——	(ХП-2)

*1 СА~Х

Для необратимой бимолекулярной простой гомогенной реак-
ции, когда исходные вещества А и В взяты в эквимолекулярных

количествах (сА = св), скорость реакции выражается кинетиче-
ским уравнением второго порядка:

/7 г

W = *2 (СА ~ Х)2	<ХП'3>

В результате интегрирования уравнения (ХП-З) получим:

X

Большинство реакций органического синтеза нельзя отнести
к простым и необратимым, для которых молекулярность совпа-
дает с порядком. Обычно реакции состоят из двух и более эле-
ментарных актов, протекающих параллельно или последова-
тельно [1, 3].

Порядок реакции, установленный исходя из эксперименталь-
ных данных, обусловлен суммарным влиянием кинетики парал-
лельных и последовательных реакций и не отражает ее механизм.
Этим объясняется возможность наличия реакций нулевого по-
рядка (когда скорость реакции практически не зависит от кон-
центрации реагирующих веществ), дробных порядков и порядков,
более высоких, чем три.

Глубина реакции характеризуется степенью превращения ис-
ходных веществ U (в долях или %):

и = ,~± = 2L	(хп-6)

Со Со

где Со—концентрация исходных веществ в реакционной смеси
(потоке) в начале реакции, кмоль/м3; с — концентрация исходных
веществ в реакционной смеси (потоке) к моменту времени т,
кмоль/м3; х = с0 — с — количество прореагировавшего вещества
к моменту времени т, кмоль/м3.

Приняв начальную концентрацию с0 за единицу, из уравнения
(ХП-5) получим:

U = х = 1 - с	(ХП-6)

В уравнении (ХП-6) с выражается в долях от Со.

Константы скорости реакции k\ и k2, входящие в уравнения
(ХП-1) — (ХП-4), измеряются в м3/(кмоль-с), тогда сА, с и х
должны быть выражены в кмоль/м3. Хотя сА, сих могут иметь
любые абсолютные значения, но при одинаковых отношениях
х/сА—(сА— с)/сА или с/сл получается одинаковая функциональ-
ная зависимость т = f(c/cA). На рис. ХП-1, а приведены функцио-
нальные зависимости т = /(с) для реакций первого и второго по-
рядка, рассчитанные по уравнениям (XII-2), (ХП-4) при с4 =
= 1 кмоль/м3 и k[ и k2 = 1 м3/(кмоль-с). Если величины сА и k
не равны единице, то, исходя из необходимого значения сА/с, ве-
личину т, определенную при сА = 1, умножают на коэффициент
М — 1/(cAk) и получают искомую продолжительность реакции.

Со снижением концентрации исходных веществ длительность
реакции возрастает в геометрической прогрессии и особенно резко
с повышением порядка реакции (рис. ХП-1,а). Из уравнений
(ХП-2), (XII-4) следует, что при х= 1 (с = 0) значение т = оо.

При* синтезе пленкообразующих веществ необходимо достиг-
нуть высокой степени превращения исходных реагентов (U
^0,984-0,99). Поэтому интересно рассмотреть зависимость ско-
рости реакции от степени превращения при высоких значениях U.

Рис. XI1-1. Зависимости г от с (а) и г от U (ff) для реакций первого </) и второго (2) по-
рядка.

Скорость химической реакции г рассчитывают по уравнению:
с & — с

г= —------	(ХП-7)

т

Подставив в уравнение (ХП-7) значение т из уравнения
(ХП-2), находим для реакции первого порядка:

г, = fe! (СА ~ с\	(ХП-8)

1п -^5.

С

Аналогично для реакции второго порядка имеем:

r2 = k2CAC	(XII-9)

В случае одинаковых значений отношения с/сА или U по урав-
нениям (ХП-8), (ХП-9) получается одинаковая функциональная
зависимость г = Дс/сл) или r = f(U) при любых абсолютных
значениях сА, k\ и #2- Функциональные зависимости r = f(U) для
реакций первого и второго порядка при сА = 1 кмоль/м3 и k\
и = 1 м3/(кмоль-с) приведены на рис. ХП-1, б.

Если сА, и k2 не равны единице, то, исходя из необходимого
значения U = (сА— с)/сА, величину г при сА = 1 кмоль/м3 для
реакции первого порядка умножают на коэффициент М\ = cAk{,
а для реакции второго порядка — на коэффициент M2 — c2Ak2 и по-
лучают искомую скорость реакции. Существенно, что для реакции
первого порядка г прямо пропорционально сА, а для реакции вто-
рого порядка — с£.

Из рис. XII-1.6 следует, что для реакции первого порядка
резкое снижение г возникает при значениях U, близких к еди-
нице, а для реакции второго порядка при U > 0,9 скорость реак-
ции имеет малые значения и прямо пропорциональна 1 — U.

Многие реакции, протекающие при синтезе пленкообразующих
веществ, являются обратимыми. Избыток одного из реагирующих
веществ в реакционной смеси не только сдвигает равновесие, обес-
печивая больший выход продукта, но и уве-

личивает скорость реакции.

Для реакции второго порядка, когда имеет-
ся избыток компонента А, т. е. Сд > св, ско-
рость реакции выражается зависимостью:

dx

- = k2(cA-x)(cB-x) (XIMO)

Проинтегрировав уравнение (ХП-8), полу-
чим;

1	с о (с . — х\

т = -Г-,----Г In -------г (ХИ- U)

*2 (СА св) СА (СВ Х)

На рис. ХП-2 приведено относительное из-
менение продолжительности проведения реак-
ции ti/t (где п — длительность при избытке

Рис. XII-2. Зависимость
т /т от сд[св для реак-
ции второго порядка.

одного из реагентов и т — без избытка) при £7 = 0,98 в за-
висимости от относительного избытка одного из компонентов Са!св,
рассчитанное по уравнению (ХП-11). Из рис. XII-2 следует, что
уже небольшой избыток реагента (1—2%) может значительно со-
кратить длительность проведения реакции. Таким образом, при-
меняя избыток одного из реагентов, можно снизить необходимый
объем реактора или при том же объеме увеличить выход про-
дукта. Кроме того, при синтезе пленкообразующих веществ избы-
ток одного из реагентов, сдвигая равновесие, снижает содержание
других реагентов в синтезируемом продукте (например, при мо-
дификации эпоксидов жирными кислотами высыхающих масел,
получении полиамидов), влияющих на его качество.

Характер изменения концентрации реагирующих веществ и
равномерность продолжительности пребывания частиц в реакци-
онной смеси зависят от типа реактора. На рис. ХП-З показано
изменение концентрации реагирующих веществ при протекании
реакции в реакторах различного типа. В непрерывнодействующем
реакторе полного вытеснения (рис. ХП-З, а) и периодическидей-
ствующем реакторе полного смешения (рис. ХП-З, б) концентра-
ция изменяется в соответствии с кинетическим уравнением реак-
ции. В одноступенчатом непрерывнодействующем реакторе пол-
ного смешения (рис. ХП-З, в) она постоянна и соответствует
концентрации реагирующих веществ в реакционной смеси, выходя-
щей из реактора, а в многоступенчатом (рис. ХП-З, г) изменяется
ступенчато и постоянна на каждой ступени.

Время пребывания отдельных частиц реакционной смеси в не-
прерывнодействующих реакторах полного смешения и полного

вытеснения, а также некоторые особенности этих реакторов рас-
смотрены в гл. II.

Особое внимание в гл. II уделено вопросам проведения кри-
сталлизационных, а не химических процессов в реакторах, так как
при синтезе осадочных пигментов их образование протекает почти
мгновенно при соприкосновении растворов исходных реагентов.

Рис. ХП-З. Зависимость изменения т от с для реакторов различного типа:

а—непрерывнодействующий реактор полного вытеснения; б — периодическидействующий
реактор полного смешения; в—одноступенчатый непрерывнодействующий реактор полного
смешения; г — многоступенчатый непрерывнодействующий реактор полного смешения (каскад).

При синтезе пленкообразующих веществ в реакторах проводятся
химические процессы большой продолжительности, что требует
дополнительного рассмотрения этих реакторов.

НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ РЕАКТОРЫ ПОЛНОГО СМЕШЕНИЯ

В реакторах полного смешения условно принимается мгновен-
ное и равномерное распределение вводимых частиц (ионов, моле-
кул) по всему объему реакционной смеси, заполняющей реактор,
и постоянная концентрация реагирующих веществ в каждой сту-
пени (рис. ХП-4).

В одноступенчатом реакторе непрерывного действия концент-
рация реагирующих веществ весьма низка, так как она должна
соответствовать их содержанию в готовом продукте. Соответ-
ственно, весьма низка и скорость реакции. С увеличением числа
ступеней возрастает средняя скорость реакции. При числе ступе-
ней п = оо она приближается к средней скорости реакции в аппа-
рате полного вытеснения и емкостном аппарате периодического
действия с мешалкой.

Вследствие неравномерности времени пребывания частиц в не-
прерывнодействующпх реакторах полного смешения их к. п. д.
(Ео) при реальном числе ступеней (п <С оо) ниже единицы. Рас-
чет к. п. д. этих реакторов (идеальных) проводят по уравнениям,

, переход от одной сту-

Рис. XI1-4. Зависимость г от U для
непрерывнодействующих реакторов
полного смешения:

а — одноступенчатый; б — многосту
пенчатый.

с) для числа ступеней п =

приведенным в литературе [2, 4—6]. Результаты расчетов для
реакций первого и второго порядка даны на рис. XI1-5, из кото-
рого следует, что Ео снижается с уменьшением числа ступеней
и повышением порядка реакции.

При высокой степени превращения, характерной для синтеза
пленкообразующих веществ (U 0,9
пени к двум (рис. ХП-5) увеличивает
к. п. д. во много раз, от двух ступеней
к трем — примерно в 1,5 раза и в
меньшей мере при дальнейшем воз-
растании п.

Длительность проведения реакции
в непрерывнодействующих реакторах
полного смешения определяют сле-
дующим образом.

Объем всех ступеней реактора при-
нимается одинаковым. Сначала рас-
считывают длительность проведения
реакции т' по полученной из кинети-
ческих уравнений зависимости T'=f(

= оо, при котором к. п. д. реактора равен единице. В случае про-
текания процесса по кинетическим уравнениям реакций первого

Рис. ХП-5. Зависимость объемного к. п. д. Еа от степени превращения U и числа ступе-
ней п [21:

а —реакция первого порядка; б — реакция второго порядка.

и второго порядка т' может быть определено по выражениям
(ХП-2), (XII-4). Затем, пользуясь рис. ХП-5, находят к. п. д. реак-
тора Ео, зависящий от степени превращения и числа ступеней.
Время пребывания реакционной смеси в реакторе т рассчитывают
по формуле:

т — т'/Ео

205

(XII-12)

Так как в одноступенчатом реакторе получаются весьма низ-
кие значения скорости реакции, т' и Ео, то при синтезе пленко-
образующих веществ, т. е. при химических реакциях, требующих

сравнительно длительного времени, одноступенчатые реакторы не
применяются.

С увеличением числа ступеней снижается общий объем реак-
торов каскада (или объем многоступенчатого колонного реак-
тора), но при этом увеличиваются сложность установки и габариты
помещения. Оптимальное число ступеней определяют, исходя из
технико-экономических расчетов. При синтезе пленкообразующих
веществ в каскаде реакторов число ступеней обычно равно 3—6,

а в колонных реакторах — до 10 и выше.

К. п. д. непрерывнодействующих реакторов полного смешения,

приведенные на рис.

Рис. XI1-6. Графическое
определение средней ско-

XII-5, рассчитаны, исходя из одинакового
объема всех ступеней. Это условие, значи-
тельно упрощающее и удешевляющее осу-
ществление и эксплуатацию многоступен-
чатой установки, дает минимальный объем
реакторов не только для процессов, проте<
кающих по кинетическому уравнению ре-
акций первого порядка, но и при других
порядках реакций.

Кинетика реакций синтеза пленкообра-
зующих веществ методами поликонденса-

РмоТсти отачи?ла ступеней”' ЦИИ И ПОЛИМерИЗаЦИИ ЯВЛЯСТСЯ СЛОЖНОЙ, И
экспериментально установленная зависи-
мость с = f (т) может оказаться трудно поддающейся обработке в
виде кинетического уравнения *. В этом случае среднюю скорость

реакции в непрерывнодействующих реакторах полного смешения
можно сравнительно просто определить графическим способом. На

основе экспериментальных данных устанавливают зависимость
r = f(c) Для периодического процесса при режимах синтеза и пе-

ремешивания, соответствующих проектируемому реактору непре-
рывного действия. На основе полученных данных строят график
зависимости г = de/di от с (рис. XII-6).

Определение средней скорости реакции графическим способом
проводят, принимая одинаковый объем ступеней, и при этом усло-
вии угол а (рис. XII-6) должен быть одинаковым для всех на-
клонных линий.

Необходимой начальной концентрацией с0 и конечной ск за-
даются. Принимая различное число ступеней, изображаемых на
графике тем же числом наклонных линий, подбирают угол а та-
кой величины, чтобы на графике (рис. XII-6), исходя из с0, прийти
к точке, соответствующей ск, или наоборот, исходя из ск, прийти
к с0. Точка гп на оси ординат соответствует скорости реакции при
числе ступеней п. На рис. XII-6 показано построение такого гра-
фика для шести ступеней.

* Методы обработки экспериментальных данных см., например, в [4].

208

Примеры расчета скорости реакции и тем самым объема дли
производительности реактора аналитическим, графическим и гра-
фоаналитическим способами, а также на основе математического
моделирования с привлечением ЭВМ приведены в литературе [1,
7, 8], в том числе и для синтетических смол [9, 10].

Основные особенности непрерывнодействующих реакторов
полного смешения приведены на стр. 14. К ним также можно
отнести: 1) более низкую среднюю скорость реакции, чем в реак-
торах периодического действия и непрерывнодействующем реак-
торе полного вытеснения; 2) влияние неравномерности времени
пребывания частиц в реакционной смеси на полидисперсность мо-
лекулярного состава олигомеров и полимеров; 3) повышенный вы-
ход побочных продуктов [5, 6, 11].

Рассмотрим влияние указанных особенностей на эффектив-
ность применения этих реакторов при синтезе пленкообразующих
веществ.

При переходе от реактора периодического действия к реактору
непрерывного действия отпадают затраты на вспомогательные
операции. Если последние велики, например при синтезе алкидов
(см. рис. XI-2 и XI-3), то, несмотря на более низкую среднюю
скорость реакции в непрерывнодействующем реакторе, объем его
может быть даже ниже, чем реактора периодического действия.

На молекулярную полидисперсность продукта синтеза влияют
два фактора [11]: 1) неравномерность времени пребывания час-
тиц в реакционной смеси; 2) постоянство концентрации на каждой
ступени. Если в процессе синтеза, например при поликонденсации,
не происходит остановка роста цепи или время жизни активных
центров (свободных радикалов или ионов) при полимеризации зна-
чительно больше среднего времени пребывания реакционной сме-
си в реакторе (тСр), то полидисперсность полученного периодиче-
ским методом продукта меньше, чем полученного непрерывным
методом (рис. XII-7,а), вследствие неравномерности времени пре-
бывания частиц. Когда при полимеризации время жизни активных
центров значительно меньше тСр, доминирующее влияние оказы-
вает не неравномерность времени пребывания частиц, а постоян-
ство концентрации на каждой ступени, и в этом случае
(рис. XII-7, б) полидисперсность полученного периодическим мето-
дом продукта больше, чем полученного непрерывным методом.

Особенности идеальных непрерывнодействующих реакторов
полного смешения распространяются на реальные реакторы. Вме-
сте с тем в реальных реакторах большое влияние на среднюю ско-
рость реакции, неравномерность времени пребывания частиц и вы-
ход побочных продуктов оказывают интенсивность и равномерность
перемешивания реакционной смеси.

Перемешивание, выравнивая концентрации до среднего значе-
ния во всем объеме и повышая степень турбулентной диффузии,
ускоряет гомогенные и гетерогенные реакции и устраняет местные
перегревы. При гетерогенных реакциях перемешивание снижает
толщину диффузных слоев, увеличивает поверхность раздела фаз

(жидкость — жидкость), что приводит к значительному ускорению
реакций.

С повышением интенсивности перемешивания скорость реакции
вначале увеличивается быстро, затем медленно, и по достижении
определенной степени интенсивности перемешивания дальнейшее

увеличение частоты вращения мешалки не влияет на скорость ре-
акции [12].

Следовательно, в реальных реакторах полного смешения во-
просам обеспечения интенсивного перемешивания и определению

его оптимальных режимов долж-
но уделяться особое внимание.

Синтез пленкообразующих ве-
ществ требует интенсивного пере-
мешивания, осуществляется при
сравнительно высокой вязкости

Рис. XI1-7. Дифференциальные кривые распределения молекулярного состава jlll:
а — не происходит обрыва цепи или велико время жизни активных центров; б — когда время
жизни активных центров мало;

1 — периодический процесс; 2—непрерывный процесс в аппарате смешения;

Г — степень полимеризации (число фрагментов мономера в молекуле полимера); Wr— массовая
доля молекул полимера со степенью полимеризации г.

реакционной смеси и во многих случаях протекает в течение дли-
тельного времени. Поэтому аппараты полного смешения находят
широкое применение при проведении непрерывных процессов син-
теза пленкообразующих веществ.

НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ РЕАКТОРЫ ПОЛНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ

Трубчатые реакторы при турбулентном режиме течения в них
реакционной смеси рассмотрены в гл. II. В случае синтеза пленко-
образующих веществ в этих реакторах наиболее вероятен лами-
нарный режим. При ламинарном режиме без учета конвекционных
токов и молекулярной диффузии профиль скоростей дает параболу
(см. рис. П-7, в) и среднее номинальное (расчетное) время пребц-

ueai



>mo* смеси в реакторе равао двойном^ г^яималь-

тиа реактора чг т-_з— средкяя т*"гоостз "'

ении реалт. . г: Z£z<t— сю

Т<5<5 —“ SCOWЛ	i .

.- атечя ~'	. <>'Z	........--

' .’з вдвое	...	% исходя

сиепоеоь
?.

-. действия при лг

:ЯИ ПС-:<-иЛ>-

частий в рев -

i Сое |*

7^ -	.7	’ у '  - у - -'.v	-- ?'

.. я ио........................... 

'	гэагп^’-^ия aav<^TT'>'n4

< и -	',	.	.

.к ^см. рис. 11'12,6

 '	диффузия и

-я тр . '.

<ТОК И у У	Ъ Т-.т>.

L/L) . -Ь — диаме

	'	;.а К'

з вс

*	i	1	j 6	** j/ /» j-

И И	' ' ’ ИфифуЗИ'

I

В настоящее время непрерывнодействующие реакторы полного
вытеснения находят ограниченное применение при синтезе пленко-
образующих веществ. Наиболее перспективно их применение для
синтеза пленкообразующих веществ под давлением

РЕАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

В реакторах периодического действия средняя скорость реакции
гСР рассчитывается по уравнению:

тр

гср = '•р  пЛ— = г?к	(ХП-14)

тр “Г ТВСП

Где гр — скорость реакции, кмоль/(м3-с); тР — продолжительность
реакции, с; тВСп — продолжительность вспомогательных операций,
с; /С == Тр/ (тр 4“ Твсп) 1.

Значение при синтезе пленкообразующих веществ может со-
ставлять 0,5—0,8 (см. рис. XI-2 и XI-3), чем объясняется низкая
объемная производительность реакторов периодического действия,
особенно при синтезе алкидов.

При синтезе пленкообразующих веществ, протекающем длитель-
ное время, продолжительность пребывания в реакторе отдельных
частиц полученного продукта не одинакова. Она максимальна для
частиц, полученных в начале синтеза, и минимальна для частиц,
полученных в конце синтеза. Это одно из обстоятельств, обуслов-
ливающих полидисперсность синтезированного продукта.

Достоинства, недостатки и области применения реакторов пе-
риодического действия при синтезе пленкообразующих веществ
рассмотрены в гл. XI. В настоящее время такие реакторы еще ши-
роко применяются на лакокрасочных заводах для синтеза алкидов,
фенолоальдегидов и других пленкообразующих веществ.

КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРОВ

При описании конструкций реакторы разделены на три группы:
1) емкостные реакторы с перемешивающими устройствами, приме-
няемые при синтезе пленкообразующих веществ как реакторы пе-
риодического действия и как реакторы непрерывного действия в
каскаде; 2) непрерывнодействующие колонные реакторы смеше-
ния; 3) непрерывнодействующие реакторы вытеснения.

Емкостные вертикальные аппараты с перемешивающим устрой-
ством наиболее широко применяются при периодических методах
синтеза пленкообразующих веществ. При непрерывных методах
синтеза их используют в виде каскада (см. рис. XII-3, г), когда не-
обходимо очищать стенки реактора и мешалку от образующихся
отложений. Применение в этом случае колонного реактора потре-
бовало бы его разборки при чистке.

Цилиндрические вертикальные реакторы полного смешения раз-
личаются по конструкции корпуса, виду погружного теплообмен-
ного устройства и типу мешалки (рис. XII-8),

*м

Конструкцию корпуса варьируют в зависимости от способа
обогрева.

В реакторах, обогреваемых парами теплоносителей, корпус
снабжен гладкой рубашкой (рис. XII-8,а).

При обогреве реакторов жидкими теплоносителями необходимо
создать большие скорости жидкости у стенки корпуса для дости-
жения высоких коэффициентов теплоотдачи от теплоносителя к
стенке. Гладкие рубашки с большим свободным сечением для про-
хода жидкости (рис. XII-8, а) в этом случае неприемлемы. Поэтому
для жидких теплоносителей необходимо создать вокруг корпуса

Рис. XI1-8. Конструкции корпусов, погружных теплообменных устройств и мешалок, при-
меняемых в реакторах для синтеза пленкообразующих веществ.

I спиралевидный канал малого сечения путем приварки к нему труб,
j полутруб или профильного проката (рис. XII-8, б) либо устрой-
| ством внутри гладкой рубашки спирального канала, приваривая
I к корпусу или рубашке винтообразно расположенную узкую полосу
(рис. XII-8, в).

I Рубашка в виде приварного змеевика (рис. XII-8, б) позволяет
снизить толщину стенки корпуса реактора, изготавливаемого из
дорогостоящей нержавеющей или двухслойной (нержавеющая -|-
+ углеродистая) стали, поэтому такого типа рубашки применяются
и при обогреве паром. В реакторах периодического действия при
ступенчатой загрузке исходных компонентов (например, при син-
тезе алкидов) для исключения перегрева реакционной смеси на
стенках реактора рубашку делают многосекционной (рис. XII-8, г,
д и е).

При нагреве реакторов продуктами сгорания топлива и индук-
ционном электрообогреве рубашка отсутствует. Учитывая, что при
обогреве продуктами сгорания топлива наиболее быстро прогорает
днище, его делают сменным (рис. XII-8,<w).

Кроме описанных выше встречаются и другие конструкции кор-
пусов [13].

Рис. ХП-9. Скребко-
вая мешалка с пово-
ротными скребками:
/ — корпус аппарата;
2—цилиндрические ло-
пасти мешалки; 3— по-
воротный скребок.

Часто в реакторах, особенно периодического действия, приме*
няются погружные змеевики — однорядные (рис. ХП-8, з) или двух-
рядные (рис. ХП-8, и)—и полые цилиндры (рис. XII-8, к) для ос-
новного либо дополнительного (помимо рубашек) охлаждения или
назревания реакционной смеси.

В реакторах для синтеза пленкообразующих веществ исполь-
зуются широко применяемые и специальные типы мешалок.

Наиболее важными факторами при выборе типа мешалки для
реактора являются: 1) обеспечение высоких коэффициентов тепло-
отдачи от стенки аппарата или погружных теплообменных уст-
ройств к реакционной смеси, 2) ее интенсивное перемешивание,
особенно при гетерогенных реакциях, 3) возможно меньшие за-
траты энергии на перемешивание. Любой тип
мешалки (рис. ХП-8, л — р) при низких вязко-
стях ц (менее 5 Па-с) может обеспечить интен-
сивное перемешивание содержимого реактора
[14, 15]. Для жидкофазных гетерогенных реак-
ций при отсутствии погружных теплообменных
устройств наиболее эффективны турбинные
(для ц<50 Па-с) и пропеллерные (для ц <С
< 10 Па-с) мешалки. Они применяются в тех
случаях, когда необходима чистка стенок реак-
тора. При наличии погружных теплообменных
устройств наиболее широкое применение нахо-
дят лопастные (рис. ХП-8, н) и листовые (рис.
ХП-8, о) мешалки, реже пропеллерные
(рис. ХП-9, л). Использование комбиниро-
(рис. ХП-8, ф) заметно повышает передачу теп-

лоты от днища и нижней части царги реактора. В процессе син-
теза некоторых смол вязкость возрастает до больших величин, что
резко ухудшает процесс теплообмена. В этих случаях при-
меняется якорная (рис. ХП-8, п) или якорно-рамная (рис. ХП-8,/?)
мешалка. При этом чем меньше зазор между лопастями якор-
ной мешалки и стенкой реактора, тем выше коэффициент тепло-
отдачи.

Применение скребковых мешалок позволяет при вязких жидко-
стях во много раз увеличить коэффициенты теплоотдачи [14, 15].
В частности, оригинальная конструкция мешалки (рис. ХП-9), в
которой скребок прижимается встречным потоком жидкости, про-
веренная на крупных аппаратах, повышает коэффициенты тепло-
отдачи в 3—6 раз [16, 17].

Таким образом, на выбор оптимального типа мешалки влияет
вязкость реакционной смеси и наличие внутри реактора теплооб-
менных устройств. Ряд рекомендаций по выбору типа мешалки и
режима ее работы приведен в литературе [14, 15, 18].

Вопросу применения наилучшего типа мешалки должно уде-
ляться особое внимание, так как от этого зависит производитель-
ность реактора, качество продукции (исключение перегрева, сни-
жение степени полидисперсности полимеров и олигомеров) и устра-
212

ванных мешалок

о
пение аварийных случаев, вызванных трудностью отвода или под-
вода теплоты.

Применяемые для синтеза пленкообразующих веществ реакторы
в зависимости от их вида, способа обогрева и охлаждения пред-
ставляют собой ряд комбинаций корпусов, мешалок и погружных
теплообменных устройств (см. рис. XII-8).

Конструкционным материалом реакторов обычно является не-
ржавеющая сталь, и для снижения ее расхода корпус изготавли-
вается из двухслойной стали или эмалируется. Реакторы из угле-
родистой стали используют при получении основы черных лаков и
полимеризации растительных масел.

Ранее применяли реакторы малого объема. В настоящее время
стремятся к установке реакторов оптимально наибольшего объема
(см. гл. II).

Укрупнение аппаратуры позволяет снизить капитальные и экс-
плуатационные затраты и повысить производительность труда. На-
пример, установка одного реактора вдвое большего объема по
сравнению с установкой двух реакторов снижает капитальные за-
траты на 20—30% и сокращает в заметной мере эксплуатационные
затраты.

В реакторах непрерывного действия исходные вещества и про-
дукты реакции нагреваются и охлаждаются в выносных теплооб-
менниках и поступают в реактор с температурой, близкой к темпе-
ратуре, при которой протекает синтез (см. рис. XI-5).

Таким образом, при синтезе пленкообразующих веществ (со-
провождающемся в большинстве случаев сравнительно небольшими
теплотами реакций) в реакторах непрерывного действия процессы
теплообмена обычно не ограничивают производительности единич-
ного реактора, что является одним из существенных преимуществ
реакторов непрерывного действия.

В реакторах периодического действия нагрев исходных компо-
нентов до температуры синтеза, охлаждение и, если нужно, повтор-
ный нагрев реакционной смеси осуществляются непосредственно в
реакторе.

С увеличением реактора при сохранении постоянным коэффи-
циента масштабирования его линейных размеров объем реактора
растет пропорционально кубу, а площадь рубашки и погружных
змеевиков пропорционально квадрату коэффициента масштабиро-
вания.

Ниже приводятся данные по удельной поверхности теплообмена
рубашки в цилиндрических вертикальных реакторах с мешалкой и
гладкой рубашкой:

Объем реактора, м3 ........ 1	2,5	5	10	16	25

Удельная поверхность теплообме-

на, м2/м3 ............... 4,3	3,2	2,3	2,0	1,7	1,5

Удельная поверхность теплообмена с увеличением объема реак-
тора уменьшается и, следовательно, удлиняется продолжительность

Нагревания и охлаждения реакционной смеси. В связи с этим
снижается эффект, достигаемый при увеличении объема реактора.
Кроме того, при синтезе многих смол возможно бурное протекание
реакции, приводящее к аварии, порче продукта или желатинизации
массы (образованию «козлов») в случае невозможности быстрого
отвода теплоты реакции.

В зависимости от вида синтезируемой смолы меняются требо-
вания к быстроте нагревания и охлаждения реакционной смеси и
степень опасности, возникающей при замедлении отвода теплоты
реакции.

Ранее предельный объем реакторов периодического действия
ограничивался и зависел от того, какое пленкообразующее веще-
-ство синтезируется. В настоящее время это ограничение сохрани-
лось для синтезов, при которых недостаточно быстрый отвод теп-
лоты реакции может вызвать желатинизацию или образование
«козлов» (например, фенолоформальдегидные резольные смолы).
В остальных случаях объем реакторов непрерывно растет. Для син-
теза алкидов в настоящее время он достигает 32 м3, и разрабаты-
ваются конструкции реакторов еще большего объема.

Для сокращения затрат времени на вспомогательные операции
нагревания и охлаждения реакционной смеси используют следую-
щие способы: 1) повышают коэффициенты теплоотдачи от стенки
реактора к реакционной смеси путем применения более эффектив-
ного типа мешалки, комбинированных мешалок (см. рис. ХП-8, ф),
увеличением частоты вращения мешалки, ступенчатым изменением
частоты вращения мешалки в процессе синтеза, установкой на валу
перемешивающего устройства дополнительных мешалок (лопастей,
пропеллеров и др.); 2) применяют погружные теплообменные уст-
ройства не только для охлаждения, но и для нагревания реакци-
онной смеси, развивают их поверхность (двухрядные змеевики
и т. п.); 3) загружают в реактор предварительно нагретые в прием-
никах (см. рис. XI-1) или в проточных теплообменниках исходные
компоненты и расплавленный фталевый ангидрид; 4) блокируют
реактор, снабженный выносным теплообменником, с естественной
(конвекционной) или принудительной циркуляцией реакционной
смеси; 5) применяют более эффективный метод при высокотемпе-
ратурном нагреве реакционной смеси (вид теплоносителя — источ-
ника тепловой энергии).

Использование перечисленных способов интенсификации про-
цесса теплообмена в реакторах полного смешения позволяет исклю-
чить увеличение затрат времени на нагревание и охлаждение реак-
ционной смеси с повышением объема реактора, а в реакторах дан-
ного объема сократить эти затраты времени.

К периодическидействующим реакторам смешения, применяе-
мым для синтеза пленкообразующих веществ, в частности алкидов,
предъявляется ряд требований: 1) возможность секционного обо-
грева корпуса реактора (учитывая ступенчатую загрузку исходного
сырья) и достижения температуры реакционной смеси 260—280°C;
2) наличие охлаждающих устройств; 3) достаточно хорошее пере-

i мешивание реакционной смеси при условии максимальной интен-

> сивности процесса теплообмена; 4) возможность проведения син-
теза смолы под вакуумом; 5) наличие в крышке реактора патруб-

. ков для загрузки жидкого сырья и отвода газообразных веществ,
Га также люка диаметром 400—500 мм для осмотра, ремонта и
чистки аппарата без снятия

крышки; 6) наличие смот-
рового люка и светового фо-
наря для наблюдения за со-
стоянием реакционной сме-
си в процессе синтеза и
осмотра внутренних частей
реактора; 7) наличие погру-
женных в реакционную
смесь трубок, используемых
в качестве гильз датчиков
для измерения температуры
или для подачи в реактор
инертного газа; 8) наличие
не засоряемого осадком
спускного запорного устрой-
ства, в котором не может
образоваться «пробка» из
затвердевшей смолы; 9)
стойкость материала реак-
тора к реакционной смеси и
продуктам ее термического
разложения и т. д.

На рис. XII-10 приведе-
на конструкция реактора
объемом 10 м3 для синтеза
алкидных смол, обогревае-
мого парами дифенильной
смеси. Цилиндрическая
часть корпуса реактора
снабжена двухсекционной
змеевиковой рубашкой из
полутруб. Для устранения
заметного снижения коэф-
фициентов теплоотдачи при
скоплении конденсата в
длинных змеевиках секции
нагрева выполнены двухза-
ходными. Днище снабжено

Рис. ХП-10. Реактор объемом 10 м3 для синтеза
алкидов, обогреваемый парами дифенильной
смеси:

/ — электродвигатель; 2—редуктор; 3— смотровой
люк; 4—маховик; 5 — вал мешалки; 5 — верхняя
секция рубашки; 7 — нижняя секция рубашки;
8 — донная рубашка; 9—нижняя листовая мешалка;
10—конический (грибковый) клапан; 11— кониче-
ские шестерни; 12 — верхняя листовая мешалка;

13— змеевик; 14 — уплотнение вала.

гладкой рубашкой.

Поверхности теплообмена рубашек: для верхней секции — 5 м2,
нижней — 4,2 м2 и донной — 5,3 м2. Рубашки рассчитаны на давле-
ние дифенильной смеси ~ 0,5 МПа, что соответствует ее темпера-
туре 345 °C,

Корпус реактора рассчитан на возможность проведения синтеза
смолы под вакуумом и изготовлен из двухслойной стали (СтЗ 4-
+ 1Х18Н9Т) толщиной 10 мм.

-^Охлаждение проводится с помощью змеевика, помещенного
внутрь реактора, с поверхностью теплообмена 10 м2. Змеевик скон-
струирован на давление 5 МПа (несмотря на то, что в него посту-
пает вода с давлением, не превышающим нескольких десятых долей
МПа), так как в случае проникновения воды в реакционную смесь
могла бы произойти авария.

Листовая мешалка имеет две взаимно перпендикулярные ло-
пасти сравнительно большого диаметра (~0,6£>), снабженные от-
верстиями для завихрения жидкости.

Вал мешалки приводится во вращение двухскоростным
мотором-редуктором, сблокированным с электродвигателем
(1500/750 об/мин, 14/10 кВт), с частотой вращения 55 и 110лоб/мин.

Разгрузка реакционной смеси осуществляется через «грибко-
вый» клапан. Закрытие и открытие клапана производится вручную
с помощью маховиков, расположенных в нижней и верхней частях
реактора.

Во избежание конденсации и застывания летучих продуктов на
стекле смотровые люки и фонари для подсветки делают с двойным
остеклением. В некоторых случаях предусматривают поворотный
скребок для очистки поверхности стекла, обращенной к реакцион-
ной смеси.

Конструкция реактора, приведенного на рис. XII-10, соответ-
ствует большинству требований, предъявляемых к реакторам для
синтеза алкидных смол. По тонкости регулирования темпера-
туры реакционной смеси и стенок аппарата (см. раздел «Обогрев
реакторов») она уступает реакторам с индукционным электрообо-
гревом.

Недостатком реакторов, применяемых для синтеза смол, типа
изображенного на рис.. ХП-10 является отсутствие перемешиваю-
щего устройства между стенкой реактора и змеевиком, а также
вблизи днища. Комбинированная мешалка (см. рис. XII-8, ф) час-
тично устраняет этот недостаток.

При обогреве парами дифенильной смеси трудно регулировать
температуру реакционной смеси в отдельных реакторах. Обогрев
реакторов жидкой дифенильной смесью не только позволяет обес-
печить более тонкое регулирование температуры и более высокий,
чем при обогреве парами, коэффициент теплопередачи, но и исполь-
зовать погружной змеевик для нагревания реакционной смеси до
высокой температуры. Устройство двухрядного змеевика (см.
рис. XII-21) и его обогрев жидкой дифенильной смесью позволяют
сократить с 4—6 до ~ 1,5 ч время нагревания масла и глицерина
от 20 до 240 °C в реакторе объемом 15 м3 (см. рис. XI-2 и XI-3).

Для обеспечения хорошего теплообмена при высоковязком про-
дукте применяют реакторы (рис. XII-11) с якорной или якорно-
рамной мешалкой и очень малым зазором между кромкой лопасти
и стенкой реактора.

I Реактор, показанный на рис. ХП-11, отличается от реактора,
изображенного на рис. XII-10, главным образом типом мешалки и
тем, что якорно-рамная мешалка исключает возможность исполь-
зования погружных теплообменных устройств.

В последние годы для синтеза пленкообразующих веществ (в
частности, для синтеза алкидов) все более широкое применение
находят реакторы полного смешения с индукционным электрообо-
гревом, облегчающим автоматизацию процесса, улучшающим усло-
вия труда и заметно повышающим качество получаемых продуктов.

ис. ХП-11. Реактор для синтеза высоко-
вязких пленкообразующих веществ:

1 — корпус; 2 — люк; 3 — электродвигатель;

4 — редуктор; 5 — крышка; 6 — конический
(грибковый) клапан; 7 — гнездо; 8— вал ме-
шалки; 9 — рубашка; 10 — маховик.

Рис. XII-12. Реактор объемом 32 м3 для син-
теза пленкообразующих веществ, с индук-
ционным электрообогревом:

1 —корпус; 2 — змеевик; 3— привод мешалки;

4 — вал мешалки; 5 — лопасть для разбива-
ния пены; 6 — индукционная катушка; 7 — ло-
пасть мешалки; 8—лопасть якорного типа;

9—кожух.

Усовершенствованная конструкция реактора полного смешения
объемом 32 м3 с индукционным электрообогревом приведена на
рис. ХП-12. Обогрев реактора — четырехсекционный, с помощью
четырех индукционных катушек (кондукторов). Из них одна дон-
ная и три боковые (на царге). Мощность каждой боковой катуш-
ки— 450 кВт, общая мощность четырех катушек— 1620 кВт. Усо-
вершенствованиями являются: 1) возможность раздельной работы
каждой катушки; 2) возможность изменения напряжения тока от
максимума до нуля с помощью специального трансформатора. Это
позволяет более тонко регулировать температуру реакционной сме-
си и перепад температуры между смесью и стенкой, чем при методе
одновременного включения и выключения всех катушек или при

переключении их с «треугольника» на «звезду» и наоборот [19], и
более полно использовать поверхность корпуса реактора для теп-
лообмена при ступенчатой загрузке исходных компонентов.

Катушки изготовлены из медных труб, охлаждаемых циркули-
рующей дистиллированной водой. Для обеспечения взрывобезопас-
ной работы реактора, часть корпуса реактора, на которой разме-
щены катушки, заключена в кожух. В кожух вентилятором подает-
ся воздух под давлением, более высоким, чем в цехе, что исключает
проникновение воздуха из цеха к катушкам. Специальная автома-
тика выключает систему обогрева в случае нарушения работы вен-
тилятора.

Корпус реактора рассчитан на работу под небольшим давле-
нием (Рабс — 0,17 МПа) или под вакуумом. Конструкционный ма-
териал корпуса — двухслойная (нержавеющая + углеродистая)
сталь, причем вследствие низкой магнитной проницаемости нержа-
веющей стали наличие углеродистой стали в конструкционном ма-
териале обязательно. Внутри реактора установлен змеевик поверх-
ностью — 30 м2. С целью снижения расхода дорогостоящей элек-
троэнергии змеевик используют не только для охлаждения реакци-
онной смеси, пропуская через него воду, но и для нагревания ис-
ходных веществ до 120—150 °C, подавая в него водяной пар, и
только затем включают индукционный электрообогрев.

Мешалка, используемая в реакторе, комбинированная. У днища
размещена фигурная лопасть, улучшающая передачу теплоты от
днища. Выше помещены обычные лопастные мешалки. В верхней
части реактора расположена гребенчатая лопасть для разбивания
пены. Вал мешалки имеет большую длину, что вызывает необходи-
мость устройства подпятника. С помощью мотора-редуктора, сбло-
кированного с электродвигателем, можно ступенчато изменять ча-
стоту вращения мешалки (23; 35 и 46 об/мин). В конструктивном
варианте этого реактора предусматривается постоянная частота
вращения мешалки ~ 35 об/мин.

Реактор снабжен грибковым клапаном, через который сливают
полученный продукт. Вал уплотняется в крышке реактора с по-
мощью торцового сальника, охлаждаемого циркулирующим глице-
рином (охлаждение водой недопустимо, так как она может попасть
в реактор).

Режимы нагревания и проведения процесса синтеза в реакторе
автоматизированы. Длительность нагревания исходных веществ в
процессе алкоголиза от 20 до — 240 °C составляет примерно 4—6 ч.

Расход электроэнергии на индукционный электрообогрев при
синтезе алкидов в пересчете на 1 т готового лака (с содержанием
— 50% сухого остатка) составляет около 150—200 кВт-ч.

Наряду с реакторами, специально сконструированными для син-
теза пленкообразующих веществ, при получении ряда продуктов
периодическими и непрерывными методами (фенолоформальдеги-
дов, смолы 101, эпоксидов, поливинилацетатной дисперсии и др.)
в качестве реакторов применяются серийно выпускаемые емкост-
ные вертикальные аппараты с перемешивающими устройствами

[20]. Они различаются типами мешалки и рубашки, материалом
реактора, имеют нормализованные объемы.

Аппараты из углеродистой, нержавеющей и двухслойной стали
с нормализованным объемом 1; 2; 3,2; 4; 5; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25;
32 и 50 м3 могут иметь сплошную или в виде приварного змеевика
из полутруб рубашку. С пропеллерной и турбинной мешалкой вы-
пускаются аппараты объемом до 16 м3, с лопастной и якорно-рам-
г*ной — аппараты объемом до 50 м3,

Реакторы из двухслойной стали требуют расхода дорогостоящей
^нержавеющей стали, и при синтезе продуктов, налипающих на стен-
ку реактора и мешалку, например поливинилацетатной дисперсии,
возникает необходимость их полировки, значительно повышающей

Рис. ХП-14. Сальник с мягкой на-
бивкой:

1 — корпус сальника; 2 — нажимная
втулка; 3 — набивка; 4 — вкладыш.

Рис. XII-13. Реактор эмалированный объе-
мом 50 м3 с нижним приводом мешалки [21]:
/ — корпус: 2 — привод мешалки; 3—ме-
шалка; 4 — погружные теплообменные
устройства (отражательные перегородки).

стоимость аппарата. Этими и другими факторами объясняется ши-

ll

♦

рокое применение в последние годы эмалированных аппаратов
(налипаемость на эмаль резко снижается) для синтеза ряда про-
дуктов в промышленности пластических масс.

Объем выпускаемых эмалированных вертикальных аппаратов
с различного типа мешалками [21] уже достиг 50 м3, намечается
дальнейшее его увеличение. Эмалированные вертикальные аппа-
раты объемом до 25 м3 выпускаются с верхним приводом мешалки,
а выше 25 м3 — с нижним (рис. XII-13).

В связи с наличием в аппарате большого объема только одного

пропеллера, расположенного у днища, внутри реактора помещены
отражательные перегородки, интенсифицирующие перемешивание
и устраняющие образование воронки в перемешиваемой смеси.
Перегородки выполнены из труб и при необходимости могут быть
использованы для нагревания или охлаждения содержимого
реактора.

При синтезе пленкообразующих веществ в реакторах полного
смешения конструкция сливного запорного устройства и сальника,
уплотняющего в крышке вал, влияют на бесперебойность работы
реактора и загрязнение воздушной среды в цехе. Слив из реактора

через обычные запорные краны продуктов, имеющих высокую вяз-
кость или твердеющих при низких температурах, связан с трудно-
стями. Кран и сливной патрубок, к которому он присоединен, необ-
ходимо обогревать, но и при этом условии механические загрязне-
ния, содержащиеся в реакционной смеси, часто их забивают. Кла-
пан грибкового типа (см. рис. XII-8 и XII-9) не забивается осадком
и не требует обогрева.

В реакторах, приведенных на рис. XII-10 и ХП-11, уплотнение
вала в месте его прохождения через крышку осуществлено с по-
мощью сальника с мягкой набивкой (рис. XII-14).

Рис. ХП-15. Торцовое уплотнение вала мешалки:

1 — неподвижное кольцо; 2—подвижное кольцо; 3 — хомут; 4—пружина; 5—сильфон.

В сальниках типа изображенного на рис. XII-14 мягкая набивка,
смазываемая маслом («салом»), сравнительно быстро теряет упру-
гость, необходимо часто производить ее уплотнение или замену, и
вследствие проникновения через сальник паров реакционной смеси
загрязняется атмосфера цеха.

Новая конструкция так называемых торцовых уплотнений ва-
лов обеспечивает более надежную герметизацию аппарата. В тор-
цовом уплотнении (рис. ХП-15) герметизация производится не пу-
тем сжатия упругой набивки вокруг вала, а прижатием с помощью
пружин 4 неподвижного графитового кольца 1 к вращающемуся
вместе с валом графитовому кольцу 2. Графитовые кольца плотно
притираются один к другому, что обеспечивает герметичность
уплотняющего устройства. Сильфон 5 из тонкой нержавеющей ста-
ли позволяет кольцу 1 перемещаться вдоль оси вала. Подвижное

и неподвижное кольца погружены в воду, которая является смаз-
кой и одновременно используется для охлаждения трущихся колец.

Когда недопустимо случайное проникновение воды в реактор,
она заменяется другой жидкостью и корпус торцового уплотнения
снабжают рубашкой. Вместо графитовых колец можно использо-
вать кольца из фторопласта.

К непрерывнодействующим колонным реакторам полного смеше-
ния относятся многоступенчатые (многосекционные) вертикальные
реакторы с мешалками (см. рис. П-10), пульсационные колонны
(см. рис. П-11) и колонные одноступенчатые реакторы с переме-
шиванием реакционной смеси барботированием через нее газа.

Колонные многоступенчатые реакторы применяют в тех слу-
чаях, когда исключено образование отложений на стенках реак-
тора, перемешивающих устройствах, переливных и пароотводящих
трубах. Они упрощают и часто удешевляют установку и занимают
значительно меньшую площадь, чем каскад одноступенчатых реак-
торов полного смешения. Вместе с тем в них осложнен ремонт пе-
ремешивающих устройств, расположенных внутри колонны.

При синтезе пленкообразующих веществ для интенсификации
химических и теплообменных процессов должно быть обеспечено
хорошее перемешивание реакционной смеси.

Когда синтез протекает без выделения паров и газов, могут
быть применены колонные многосекционные реакторы с перемеши-
вающим устройством (см. рис. П-10) и пульсационные колонные
реакторы (см. рис. П-11). Для проведения гетерогенных реакций в
системе жидкость — жидкость, при которых отпадает опасность
осаждения твердых частиц на тарелках, особый интерес представ-
ляет применение пульсационных колонн, позволяющих получить
большое число ступеней при сравнительно простой конструкции
реактора. В настоящее время проводятся исследования по приме-
нению пульсационных колонн для синтеза пленкообразующих ве-
ществ.

В процессе синтеза ряда пленкообразующих веществ (алкидов,
t фенолоальдегидов и др.) образуются пары воды и летучих веществ,
1 а также газы, которые необходимо непрерывно отводить из реак-
ционного объема. В таких случаях наиболее часто применяют мно-
гоступенчатый колонный реактор непрерывного действия типа при-
веденного на рис. XII-16. Его особенностью является наличие
труб 5 для отвода паров, позволяющих поддерживать необходимый
уровень жидкости в каждой секции (определяемый высотой пере-
ливного патрубка). Паровые пространства всех четырех секций со-
единены, и пары, пройдя через трубы 5, уходят из верхней царги в
теплообменник. Реакционная смесь поступает в верхнюю секцию и
уходит из нижней.

Четырехступенчатый колонный реактор типа изображенного на
рис. ХП-16 применен при аппаратурном оформлении непрерывного
метода синтеза новолачных фенолоформальдегидов (см. рис. XI-6).

При необходимости развития поверхности теплообмена в много-
; ступенчатых колонных реакторах с перемешивающими устрой-
I	221

ствами внутри секций колонны могут быть помещены однорядные
пли двухрядные змеевики (см. рис. XI-5).

Колонные реакторы с барботажным устройством, погружным

змеевиком и рубашкой применяются для получения оксиполимери-

зованной олифы.

Непрерывнодействующие ре-
акторы полного вытеснения
вследствие рассмотренных выше
их особенностей находят ограни-
ченное применение в производ-
стве пленкообразующих веществ.

Для вязких реакционных сме-
сей с целью интенсификации хи-
мических и теплообменных про-
цессов применяют рециркуляцию
смеси в трубчатом реакторе или
^чкторы с винтовым транспор-
тером (шнекового типа), обычно
с L/D >• 20 (где L — общая дли-
на реактора, D — его диаметр).

На рис. XII-17 приведена
конструкция трубчатого реакто-
ра шнекового типа [22].

Рис. ХП-17. Непрерывнодействующий реак-
тор вытеснения шнекового типа:

1 — привод шнеков; 2 — 4—секции шнекового
реактора.

Рис. ХП-16. Непрерывнодействующий
многоступенчатый колонный реактор сме-
шения:

1 — электродвигатель; 2 — царга; 3—мешал-
ка; 4—вал мешалки; 5 — труба для отвода
паров; 6—рубашка.

Непрерывнодействующие колонные реакторы полного вытесне-
ния, широко применяемые при синтезе высоковязких продуктов
полимеризации в промышленности пластических масс (полимери-
зации стирола, винилацетата, капролактама и др.) [9, 23], для
синтеза пленкообразующих веществ в настоящее время не приме-
няются.

При малой продолжительности проведения реакции синтеза
предложено использовать колонные роторно-пленочные аппараты
типа приведенного на рис. XV-3 [24] .

,	ОБОГРЕВ РЕАКТОРОВ

... I В зависимости от вида синтезируемой смолы необходимая тем-
пература реакционной смеси может колебаться в широких преде-
лах — от 50 до 300 °C.

I В настоящее время на производствах пленкообразующих ве-
5' ществ для обогрева реакторов используют водяной пар, продукты
сгорания топлива, высокотемпературные теплоносители в жидком
или парообразном состоянии и электрообогрев.

В зависимости от давления водяного пара, поступающего в цех,
его применяют для нагревания реакционной смеси до 150—200°C,
а другие теплоносители и электрообогрев — до температуры
-300 °C.

Метод обогрева продуктами сгорания топлива, обладающий
большими недостатками, в новых производствах не используется,
а в старых заменяется более совершенными методами. В новых
производствах синтетических пленкообразующих веществ приме-
няются обогрев высокотемпературными органическими теплоноси-
телями (ВОТ) и индукционный электрообогрев. Их особенности,
достоинства и недостатки будут рассмотрены ниже. Индукционный
электрообогрев реакторов обеспечивает лучшие санитарные усло-
вия в цехе, чем метод обогрева ВОТ, и позволяет повысить каче-
ство синтезируемых продуктов. Поэтому, несмотря на высокую
стоимость электроэнергии, этот метод все чаще применяется в Со-
‘ ветском Союзе в новых производствах.

Наиболее доступным и дешевым теплоносителем является водя-
ной пар. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водя-
ного пара к стенке реактора весьма высок [5000—10 000 Вт/(м2-К)].
. Дросселируя пар, можно легко регулировать его температуру.

Зависимость давления насыщенного водяного пара от темпе--
ратуры:

Температура, °C	. 100	140	180	220	260	300	340

Давление Рабе»

МПа........... 0,10	0,37	1,03	2,38	4,79	8,85	15,0

Из приведенных данных следует, что с повышением темпера-
туры пара резко возрастает его давление, особенно при температу-
рах выше 200 °C.

Ранее на заводах эксплуатировались паровые котлы низкого
давления, предназначенные для получения пара, расходуемого на
технологические и санитарно-технические нужды.

Новые заводы являются крупными потребителями пара, и для
эффективного использования энергии пара часто сооружаются теп-
лоэлектростанции с паровыми котлами, рассчитанными на получе-
ние пара высокого давления.

На технологические нужды выдается отработанный пар из от-
дельных ступеней турбины, и в этом случае получение цехами пара
Рабс = 2 -г- 3 МПа не представляет особых трудностей.

При рубашке, изготовленной из труб, приваренных к стенке
реактора (см. рис. XII-1,д), давление теплоносителя влияет только

Рис. Х’1-18. Обогрев реактора продуктами
сгорания топлива:

1 — топочная камера; 2 — кольцевой канал;
3—радиальные каналы; 4 — обогреваемые
участки котла; 5—центральный канал;

6— газоход.

на толщину стенки трубы, не отражаясь на толщине стенки аппа-
рата. При малых диаметрах стальных цельнотянутых труб уже
при толщине стенки трубы 3—5 мм она выдерживает давление пара
в уесколько десятков атмосфер (1 кгс/см2 « 0,1 МПа). Поэтому при
рубашке из приварных труб применение пара давлением 2—3 МПа
не вызывает большого утяжеления реактора. Используя рубашку
из приварных полутруб и фасонного проката и изготовляя аппарат
из двухслойной стали, можно
сконструировать реактор на дав-
ление греющего пара 2—3 МПа
без заметного удорожания по
сравнению с рассчитанным на
обогрев парами ВОТ.

Низкая стоимость и ряд дру-
гих преимуществ водяного пара
как теплоносителя делают целе-
сообразным его применение для
ооогрева реакторов, когда Рабс^
0,2 -т- 0,3 МПа, даже если это
вызывает необходимость установ-
ки специального парового котла,
рассчитанного на получение па-
ра указанного давления.

При синтезе алкидов и терми-
ческом уплотнении масел реак-
ционная смесь должна быть на-
грета до 250—280°C и водяной
пар должен был бы иметь темпе-
ратуру не менее 280—320 °C.

При 280—320°С давление на-
сыщенного водяного пара дости-
гает ~ 6,5—11,5 МПа, что вы-
звало бы значительное усложне-
ние и утяжеление конструкции
Поэтому пар высокого давления не

применяют в качестве теплоносителя для обогрева реакторов.

Применение перегретого водяного пара низкого давления для
достижения 280—320°C неприемлемо вследствие весьма малых ко-
эффициентов теплоотдачи от пара к стенке [20—50 Вт/(м2-К)] и
неэкономичности такого способа обогрева, поскольку не будет ис-
пользована теплота конденсации.

Для обогрева реакторов при синтезе алкидных смол, полимери-
зации растительных масел и высокотемпературной обработке при-
родных смол ранее применялись только продукты сгорания твер-
дого, жидкого и газообразного топлива. На некоторых старых про-
изводствах обогрев продуктами сгорания топлива применяется и
в настоящее время.

Сжигание твердого или жидкого топлива проводится в вынос-
ных топках (рис. XII-18). Дымовые газы по выходе из топки омы-

реакторов и их коммуникаций.

вают поверхность теплообмена реактора и, отдав часть своей тепло-
ты, через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Газообразное топливо сжигается непосредственно под днищем
реактора с помощью небольших горелок. Такой метод обогрева
еще широко применяется в зарубежных производствах. Топки и
реакторы должны располагаться в помещениях, отделенных глухой
огнестойкой стеной (брандмауэром), ввиду пожароопасности этого
метода обогрева.

Обогрев продуктами сгорания топлива (особенно при использо-
вании твердого топлива) имеет ряд существенных недостатков:
1) трудность регулирования температуры вследствие наличия об-
муровки с высокой тепловой инерцией; 2) низкий тепловой к. п. д.;
3) сложность и громоздкость установки; 4) трудоемкость обслу-
живания; 5) пожароопасность и т. д. Эти недостатки явились при-
чиной применения более совершенных методов обогрева реакторов
в новых производствах.

В качестве высокотемпературных теплоносителей применяют
расплавы металлов, солей и органические соединения [25].

Для обогрева реакторов при синтезе пленкообразующих ве-
ществ используются ВОТ в жидком или парообразном состоянии,
широко применяемые в лакокрасочной промышленности Советско-
го Союза и зарубежных стран.

К ВОТ предъявляют ряд требований. Главные из них: 1) высо-
кая температура кипения при малом давлении паров; 2) низкая
температура плавления (во избежание нагревания коммуникации
и рубашек реакторов при запуске системы); 3) термостабильность;
4) небольшая вязкость жидкого теплоносителя и паров при малой
их проницаемости через уплотнения в реакторе и коммуникациях;
5) отсутствие токсичности; 6) взрывобезопасность; 7) малое воз-
действие на конструкционные материалы; 8) физико-технические
свойства, обеспечивающие высокие коэффициенты теплоотдачи от
жидкого и парообразного теплоносителя к стенке; 9) низкая стои-
мость.

В качестве ВОТ в жидком и парообразном состоянии исследо-
валось и применяется большое число органических и элементоорга-
нических соединений и их смесей. Вместе с тем до настоящего вре-
мени еще не найдено вещество с рабочей температурой 320—350°C,
которое бы удовлетворяло всем перечисленным выше требованиям.

Для рабочих температур 280—350 °C промышленное применение
находят: 1) смесь дифенила с дифениловым эфиром, известная как
даутерм-А или дифенильная смесь; 2) дитолилметан; 3) продукты
хлорирования дифенила и полифенилов (арохлоры); 4) моноизо-
пропилдифенил; 5) терфенилы (дифенилбензолы); 6) кремнийорга-
нические соединения; 7) ароматизированные минеральные масла
(АТМ-300) и др. [25, 26].

Длительные исследования дитолилметана показали, что он об-
ладает в несколько раз большей токсичностью, чем дифенильная
смесь. Кремнийорганические теплоносители имеют весьма высокую
Стоимость, и некоторые из них сравнительно быстро гидролизуются.

Продукты хлорирования дифенила и полифенилов, моноизопропил-
дифенил и терфенилы еще недостаточно изучены. Ароматизиро-
ванные минеральные масла обычно применяют при рабочих тем-
пературах 260—285 *С. Они имеют ряд недостатков [25, 26]. Наи-
более распространенным теплоносителем в Советском Союзе и за
рубежом является дифенильная смесь.

Дифенил и дифениловый эфир имеют высокие температуры ки-
пения при низком давлении паров, но температура плавления ди-
фенила 69,5 °C, а дифенилового эфира 27 °C, что требует обогрева
коммуникации при запуске системы. Поэтому применяют эвтекти-
ческую смесь, т. е. обладающую иаиболее пизкой температурой
плавления, содержащую 26,5% (масс.) дифенила и 73,5%(масс.)
дифенилового эфира. При получении смеси указанного состава из
технических продуктов ее температура плавления составляет
- 12,5 °C.

Давление паров дифенильной смеси в 30—35 раз ниже, чем у
водяного пара:

Температура, °C...... 250	280	300	320	340	360

Давление Рабе, МПа	. . . 0,08	0,16	0,23	0,33	0,45	0,60

Смесь горюча, но не взрывоопасна (температура вспышки
102°C) и обладает сравнительно высокой термостабильностью.

Регенерация дифенильной смеси путем дистилляции осуществ-
ляется после накопления в ней более 10% продуктов разложения.
При этом условии она может эксплуатироваться при 320 °C в тече-
ние нескольких лет, а при 350 °C — до года [25].

Дифенильная смесь мало воздействует на конструкционные ма-
териалы, в том числе и на обычные марки стали.

Пары дифенильной смеси имеют плотность в 7 раз более высо-
кую, чем водяные. Поэтому, несмотря на малую теплоту парообра-
зования (256 кДж/кг при 260°C и 226 кДж/кг при 370°C), их объ-
емная теплота конденсации не намного ниже, чем у водяного пара,
что позволяет применять паропроводы небольших диаметров.

Наряду с перечисленными выше достоинствами дифенильной
смеси, которые можно дополнить ее сравнительно невысокой стои-
мостью, она обладает серьезным недостатком.

При 250—350 °C вязкость жидкой дифенильной смеси несколько
выше вязкости воды при этой температуре, но смесь обладает вы-
сокой смачивающей способностью и, хотя ее пары имеют неболь-
шое давление, легко проникают через места уплотнений (фланце-
вые соединения трубопроводов и арматуры, сальники запорных
приспособлений и насосов и т. д.). Пары дифенильной смеси ток-
сичны и раздражают слизистые оболочки.

Высокая проницаемость дифенильной смеси через места уплот-
нений требует применения фланцевых соединений типа «шип-паз»
и запорной арматуры, рассчитанных на давление 2—4 МПа, несмо-
тря на то, что давление в системе не превышает Дабс = 0,4 4-
4- 0,6 МПа. Запорные вентили, рассчитанные даже на давление
Рабе — 2-4-4 МПа, в связи с наличием в них сальника с мягкой на-

бивкой не обеспечивают необходимой герметичности системы обо-
грева. Поэтому при обогреве ВОТ применяют герметичные бессаль-
никовые (сильфонные) вентили (рис. XII-19).

Обогрев реакторов может осуществляться жидким или парооб-
разным ВОТ. При обогреве парами дифенильной смеси конденсат
должен быть возвращен в испаритель. Вследствие высокой прони-
цаемости дифенильной смеси обычные типы насосов оказались не-

пригодными для перекачивания
горячего конденсата в парообра-
зователь. Прежде это вызывало
необходимость установки реак-
торов выше парообразователя
для возврата в него конденсата
самотеком. Расположение реак-
торов на большой высоте услож-
няет их обслуживание и в ряде
случаев приводит к нерациональ-
ным решениям по компоновке
оборудования и использованию
здания. Отсутствие ранее насосов
для перекачивания горячих ВОТ
не позволяло применять обогрев
жидкой дифенильной смесью, так
как конвекционные токи недоста-
точны для создания больших ско-
ростей жидкости в змеевикового
типа рубашках и погружных
змеевиках. В настоящее время в
Советском Союзе разработана

Рис. ХП-19. Бессальниковый (сильфонный)

вентиль:

1 — корпус;	2 — крышка;	3— сильфон;

4 — крышка сильфона; 5 — маховик; 6 — стой-
ка; 7 — шток; 8 — золотник.

серия герметичных бессальнико-
вых центробежных насосов (типа
ХГВ) для перекачивания ВОТ с

температурой до 400 °C и давле-

нием до 2,5 МПа, производительностью от ~9 до 290 м3/ч [26],

что позволяет применять обогрев жидким ВОТ и парами высоко-

кипящего органического теплоносителя с рециркуляцией жидкого
ВОТ или принудительным возвратом конденсата и устанавливать

реакторы на необходимой высоте.

При высоких температурах дифенильная смесь, хотя и медлен-
но, но непрерывно разлагается с образованием неконденсирующих-
ся газов, резко ухудшающих коэффициент теплоотдачи от кон-
денсирующихся паров ВОТ к стенке реактора. Это требует регу-

лярного периодического удаления неконденсирующихся газов из
парового пространства. Кроме того, при пуске системы обогрева
необходимо из парового пространства удалить воздух во избежа-
ние окисления дифенильной смеси кислородом воздуха.

Обогрев парами высскокипящего органического теплоносителя
связан с установкой парогенератора (испарителя) ВОТ, а обогрев
жидким высококипящим органическим теплоносителем обуслов-

ливает применение жидкостного теплогенератора ВОТ с электро-
обогревом или обогревом продуктами сгорания топлива. Парогене-
раторы и жидкостное теплогенераторы ВОТ с электрообогревом
имеют мощность нагревателей 50—500 кВт, а с нагревом продук-
тами сгорания топлива — тепловую мощность от 100 до 1000 кВт
[25, 26]. При мощности более 300—500 кВт часто используют обо-
греваемые продуктами сгорания топлива теплогенераторы, устанав-
ливаемые в отдельном помещении.

Рис. ХП-20. Схема обогрева реакторов парами дифенильной смеси с возвратом конденсата
в парогенератор самотеком:

1 — парогенератор (паровой котел); 2—сборник конденсата; 3 — подпиточный бак; 4—предо-
хранительный клапан; 5, 8—конденсаторы; 6—реактор; 7—конденсатоотводчик (сепаратор);

9— фильтр; 10—емкость для жидкого теплоносителя; 11 — насос.

На рис. ХП-20 приведена установка для обогрева реакторов па-
рами дифенильной смеси с самотечным возвратом конденсата в
парогенератор. Реакторы установлены на такой высоте, чтобы раз-
ность высот между патрубком паровой рубашки, из которого выте-
кает конденсат дифенильной смеси, и уровнем жидкой дифениль-
ной смеси в верхнем барабане парового котла составляла 3—4 м.
Из парогенератора 1 пары ВОТ поступают в рубашки реакторов 6.
Из конденсатоотводчиков (сепараторов) 7 конденсат самотеком
стекает в парогенератор через петлю на трубопроводе, исключаю-
щую самоопорожнение парового котла в случае аварии в сети тру-
бопроводов. При повышении давления в паровом котле сверх до-
пустимого пары ВОТ через предохранительный клапан 4 сбрасы-
ваются в конденсатор 5, из которого конденсат стекает в сборник 2,
а отсюда периодически спускается в емкость для жидкого ВОТ 10.
С помощью вакуум-насоса из парового пространства системы обо-
грева отсасывают воздух при пуске системы и периодически, но
регулярно образующиеся неконденсирующиеся газы вместе с пара-



ми ВОТ. Для улавливания паров ВОТ отсасываемые газы прохо-
дят через конденсатор 8. Подпитка испарителя жидким ВОТ осу-
ществляется из бака 3, периодически заполняемого с помощью
насоса 11. Емкость для жидкого ВОТ 10 служит для приемки
ВОТ, поступающего в нее через фильтр 9, и для приемки жидкого
ВОТ из бака 2, конденсатора 8 и при опорожнении системы
от жидкого ВОТ.

По схеме, изображенной на рис. XII-20 проводится обогрев ре-
акторов для синтеза пленкообразующих веществ на некоторых ла-
кокрасочных производствах. Схема проста и отличается от схем
нагрева водяным паром наличием конденсаторов для улавливания
паров ВОТ и приемником для жидкого ВОТ. Эксплуатация уста-
новок с самотечным возвратом конденсата (типа приведенной на
рис. ХП-20) показала, что они обладают весьма существенным не-
достатком. Регулирование температуры реакционной смеси в реак-
торах осуществляется дросселированием давления (изменением
температуры) пара в рубашке. При одновременной работе не-
скольких реакторов давление пара в рубашках отдельных реакто-
ров может отличаться да 0,1—0,2 МПа. Это нарушает отвод кон-
денсата с помощью конденсатоотводчиков, и в реакторах с более
низким давлением пара в рубашке она частично заполняется жид-
ким ВОТ, что резко ухудшает процесс теплообмена и возможность
регулирования температуры в отдельных реакторах.

В настоящее время система с самотечным возвратом конден-
сата при обогреве парами ВОТ группы аппаратов с различными
температурными режимами считается неприемлемой [26]. При обо-
греве парами ВОТ группы аппаратов с возможностью тонкого ре-
гулирования температуры в отдельных реакторах применяются
системы с принудительным возвратом конденсата с помощью на-
сосов. Большой перепад давления пара в рубашках отдельных
реакторов и необходимость значительного напора конденсата в за-
борном патрубке насоса при перекачивании горячего ВОТ услож-
няют эти системы. Разработаны схемы с принудительным воз-
вратом конденсата, в частности с установкой насоса к каждому
реактору, установкой промежуточных испарителей к каждому
реактору или группе реакторов, работающих в одинаковом режи-
ме, и другие [26].

Системы обогрева парами дифенильной смеси с возможностью
регулирования температуры реакционной смеси в отдельных реак-
торах сложны и, главное, не обеспечивают тонкого регулирования
температуры. Кроме того, при обогреве парами высококипящих те-
плоносителей охлаждение реакционной смеси подачей в паровую
рубашку охлаждающей жидкости (которой должен служить тот же
теплоноситель) встречает ряд трудностей. Переменная подача в
рубашку паров и жидкости может вызывать гидравлические удары,
неизбежен обмен жидкой фазой систем охлаждения и нагрева, за-
трудняющий надежное поддержание постоянного уровня испаряе-
мой жидкости в парогенераторе. Это обстоятельство вынуждает
при обогреве парами применять раздельные системы нагрева и

охлаждения с помещением устройств для охлаждения внутри реак-
тора. Оно же исключает возможность использования погружных
змеевиков для высокотемпературного нагрева с помощью ВОТ.

Обогрев жидкой дифениЛьной смесью исключает отмеченные
выше недостатки при обогреве парами ВОТ. Упрощается схема
обогрева, обеспечивается возможность тонкого регулирования
температуры в отдельных реакторах, работающих при различных
температурных режимах.

Применение жидкого ВОТ позволяет использовать рубашку для
охлаждения реакционной смеси, а погружные змеевики не только

Рис. ХП-21. Схема обогрева реакторов жидкой дифенильной смесью:

1 — реактор; 2 — погружной змеевик; 3—7—автоматические клапаны; 8 — рубашка; 9—тепло-
обменник; 10—центробежный насос; 11— бессальниковый насос для горячего ВОТ; 12—жидкост-
ной теплогенератор; 13—расширительный бак.

для охлаждения, но и для нагревания до высоких температур, что
значительно увеличивает поверхность теплообмена и резко сокра-
щает затраты времени на нагревание и охлаждение реактора. Это
является важным преимуществом метода обогрева жидким ВОТ по
сравнению не только с обогревом парами ВОТ, но и с индукцион-
ным электрообогревом.

Помимо этого, коэффициент теплоотдачи от жидкого ВОТ к
стенке выше, чем от конденсирующихся паров ВОТ, и тепловое на-
пряжение поверхности теплообмена при прочих равных условиях,
увеличивается на 25—30% [27].

Схема нагревания и охлаждения реактора (объемом 15 м3)
жидкой дифенильной смесью приведена на рис. ХП-21. Реактор 1
имеет три секции теплообмена с помощью рубашки и двухвитко-
вого змеевика, включаемых и отключаемых с помощью автомати-
ческих клапанов 3—5. В схеме имеются два циркуляционных по-
тока. В одном потоке, включаемом и отключаемом автоматическим
клапаном 7, циркулирует с помощью насоса 11 горячий ВОТ, нагре-
ваемый в жидкостном теплогенераторе 12 до 340+ 10°С и возвра-
щаемый в него с температурой 280—320 °C. В другом потоке, вклю-

чаемом и отключаемом автоматическим клапаном 6, циркулирует
с помощью насоса 10 «холодный» ВОТ, охлаждаемый в теплооб-
меннике 9 и имеющий температуру на выходе из теплообменника
около 40—50 °C, а на входе приблизительно 60—80°C.

Температура реакционной смеси с высокой точностью (±5°C)
поддерживается автоматически по заданной программе с помощью
автоматических клапанов 3—7, регулирующих подачу горячей и
«холодной» дифенильной смеси в секции рубашки и змеевиков ре-
актора. Также автоматически регулируют работу газовой горелки
жидкостного теплогенератора 12, поддерживая температуру тепло-
носителя на выходе из теплогенератора с точностью ± 10°C.

При нагревании и охлаждении происходит изменение объема
дифенильной смеси, заполняющей систему. Расширительный бак 13
предназначен для обеспечения возможности изменения объема
теплоносителя и заполнения им всей системы. Необходимое давле-
ние в системе поддерживается автоматически подачей сжатого азо-
та в расширительный бак.

Особенностью реактора 1 является развитая поверхность змее-
виков, используемых для нагревания и охлаждения реакционной
смеси. Каждая секция двухрядного змеевика имеет поверхность
теплообмена 20 м2, и поверхность теплообмена обеих секций почти
в два раза превышает поверхность теплообмена рубашек. Длитель-
ность нагревания исходной смеси приблизительно от 30 до 250—
260 °C на стадии переэтерификации не превышает 1 —1,5 ч, а с по-
мощью только одних змеевиков—1,5—2 ч, что значительно мень-
ше, чем в реакторах с индукционным электрообогревом.

Метод обогрева реакторов для синтеза пленкообразующих
веществ с помощью ВОТ, в частности дифенильной смесью при
условии ее применения в жидком виде, имеет следующие достоин-
ства: 1) значительное сокращение времени нагревания исходной
реакционной смеси до высоких температур за счет использования
поверхности теплообмена змеевиков; 2) возможность тонкого регу-
лирования температуры реакционной смеси; 3) более низкую стои-
мость обогрева по сравнению с индукционным электрообогревом.
Основные недостатки: 1) сложность коммуникаций и запорных
устройств; 2) высокие требования к герметичности системы при ее
осуществлении и эксплуатации (их нарушение вызывает загрязне-
ние атмосферы цеха парами дифенильной смеси); 3) менее точное,
чем при индукционном электрообогреве, поддержание заданной
разности температур между стенкой реактора и реакционной сме-
сью, что может отразиться на цвете и других свойствах некоторых
пленкообразующих веществ.

Обогрев реакторов с помощью электрического тока может быть
осуществлен двумя принципиально различными путями: 1) с по-
мощью нагревателей, в которых возникает теплота при прохожде-
нии через них электрического тока; 2) нагреванием стенки реак-
тора вследствие индуктируемого в ней электрического тока.

В первом случае теплота от нагревателей к реакционной смеси
может передаваться кондукцией, радиацией и конвекцией.

Помещая электронагреватели на Наружной стенке реактора,
покрытой слоем электроизоляционного теплостойкого материала,
передают теплоту кондукцией. Этот способ обогрева может при-
вести к перегреву стенок реактора, термическому разложению и
вспышке реакционной смеси.

При передаче теплоты радиацией реактор помещают в кожух,
на стенках которого размещены электронагреватели. Он позво-
ляет создать несколько более мягкие условия нагревания, чем спо-
соб передачи теплоты кондукцией, но дает низкий к. п. д. исполь-
зования электроэнергии и не исключает перегрева стенок реактора.

Передача теплоты конвекцией при погружении электронагре-
вателей в реакционную смесь обеспечивает высокий к. п. д. исполь-
зования электроэнергии, но обладает рядом недостатков. На на-

Рис. XI1-22. Схема ин-
дукционного электро-
обогрева реактора:

1 — реактор; 2—индук-
ционные катушки.

гревателях отлагается осадок, что повышает их
температуру и может привести к термическому
разложению продукта на поверхности этих на-
гревателей. Кроме того, они усложняют переме-
шивание реакционной смеси и чистку реакторов.

В связи с указанными выше недостатками
первый путь электрообогрева реакторов нашел
ограниченное применение в производстве плен-
кообразующих.

Другой путь — индукционный электрообо-
грев — находит все большее применение.

Индукционный электрообогрев основан на
использовании теплового эффекта вихревых
токов, возникающих в толще стальной стенки

реактора под воздействием переменного электрического поля.
Реактор с индукционным электрообогревом является своеобраз-
ным трансформатором (рис. ХП-22). Вокруг реактора располо-
жены индукционные катушки, представляющие собой как бы
первичные обмотки трансформатора, по которым проходит пере-
менный электрический ток. Электрическая энергия передается ин-
дукцией вторичной обмотке, роль которой выполняет короткозам-
кнутый виток — стенка реактора. Вихревые токи в стенке реактора
приводят к превращению электрической энергии в тепловую.

Таким образом, при индукционном электрообогреве теплота
образуется непосредственно в стенке реактора. Хотя индуцируемые
токи в результате так называемого поверхностного эффекта кон-
центрируются на поверхности стенки, обращенной к обмотке, вслед-
ствие высокой теплопроводности стенки перепад температуры в
ней мал.

В случае одинаковых удельных тепловых нагрузок q и коэффи-
циентов теплоотдачи а от поверхности стенки (или поверхности
твердой пленки смолы на стенке) к реакционной смеси разность
температур между стенкой и смесью и температура поверхности
стенки при любом методе обогрева остаются неизменными. Вместе
с тем при q и а = const в тех случаях, когда на поверхности тепло-

обмена возникнут локальные зоны с повышенным тепловым со-
противлением, при всех методах обогрева, исключая индукционный
электрообогрев, температура стенки может приблизиться к темпе-
ратуре теплоносителя, вызывающей термическое разложение про-
дукта синтеза. При индукционном электрообогреве, позволяющем
задавать максимальную температуру стенки, снижается возмож-
ность местных перегревов реакционной смеси, что способствует по-
вышению качества продукта.

' К: п. д. превращения электрической энергии в тепловую при ин-
дукционном электрообогреве зависит от многих факторов. Он по-
вышается с частотой тока и увеличением диаметра обмотки реак-
тора. При больших диаметрах реактора (~ 1 — 1,5 м) и стенке
реактора, изготовленной из углеродистой или двухслойной стали,
обладающих высокой магнитной проницаемостью, промышленная
частота тока обеспечивает достижение к. п. д. порядка 0,8—0,9. По-
этому индукционный электрообогрев реакторов обычно проводят
переменным током промышленной частоты (50 Гц) и напряжением
220/380 В.

При индукционном методе обогрева коэффициент использова-
ния мощности (cos ф) обычно не превышает 0,5—0,6. Это приводит
к необходимости установки трансформаторов, имеющих мощность,
значительно большую, чем требуется для нагрева реакторов.

Повышение коэффициента использования мощности до 0,8—0,9
достигается установкой конденсаторов и другими путями.

Способы индукционного электрообогрева реакторов с учетом их
применения для синтеза пленкообразующих веществ приведены
в литературе [19, 28].

Наиболее часто в реакторах для синтеза пленкообразующих
веществ устанавливают три катушки (рис. ХП-22). При трех ка-
тушках и трехфазном токе наиболее просто осуществляется авто-
матическое регулирование обогрева реактора. В начале нагрева-
ния реакционной смеси индукционные катушки соединяются в «тре-
угольник» и подводится максимальное количество электроэнергии.
Когда температура реакционной смеси приблизится к заданной и
будет ниже ее на 2—3 °C, происходит автоматическое переключе-
ние катушек с «треугольника» на «звезду». Это переключение почти
в три раза снижает количество подводимой электроэнергии и тем
самым уменьшает опасность перегрева реакционной смеси. Даль-
нейшее регулирование проводится автоматическим выключением
и включением катушек. В реакторе объемом 32 м3 с индукционным
электрообогревом (см. рис. ХП-12) осуществлено более тонкое ре-
гулирование путем плавного изменения напряжения тока в каждой
катушке с помощью специального трансформатора.

Одним из важных преимуществ индукционного электрообогрева
реакторов является возможность не только тонкого и точного регу-
лирования температуры реакционной смеси, но и разности темпе-
ратур между стенкой реактора и реакционной смесью. Регулиро-
вание обогрева по разности температур позволяет устранить
перегрев реакционной смеси у стенки реактора, который может

вызвать ухудшение свойств и цвета получаемого продукта, услож-
нить операцию осветления лака.

Индукционный электрообогрев требует применения дорогостоя-
щей электроэнергии. Для снижения ее расхода в погружные змее-
вики (см. рис. ХП-12) подают в начале обогрева водяной пар, на-
гревая им реакционную смесь до 140—180 °C, а затем включают
индукционный электрообогрев.

Расход электроэнергии на 1 т синтезируемых алкидов в фир-
менных каталогах [29] указывается порядка 300 кВт-ч. Фактиче-
ский средний расход электроэнергии на 1 т алкидного лака при
предварительном нагревании водяным паром исходной смеси на
стадии переэтерификации до ~150°C составляет 170—250 кВт-ч,
или в пересчете на 1 т алкидной смолы — 350—500 кВт-ч. С уве-
личением объема реактора снижается удельный расход электро-
энергии.

Суммарная мощность (в кВт) индукционных катушек реактора
зависит от его объема. Из приведенных ниже данных [29] сле-
дует, что удельная мощность (в кВт/м3) будет снижаться с увели-
чением объема реактора:

Объем реактора, м3 . . 0,5—1,0	2,5—3,0	5,0 8,0	10,0

Мощность, кВт ....	60	160	240 320	390

В реакторе объемом 32 м3 с индукционным электрообогревом
(см. рис. ХП-12) верхняя катушка при синтезе смол оказалась из-
лишней и суммарная мощность катушек реактора снизилась с 1620
до 1170 кВт.

Из приведенного описания индукционного метода обогрева сле-
дует, что по сравнению с другими рассмотренными выше методами
он обладает рядом достоинств: 1) исключается тепловое сопротив-
ление от теплоносителя к стенке и можно ограничить температуру
стенки, что позволяет при достаточно интенсивном нагревании сни-
зить местные перегревы на поверхности стенки и тем самым улуч-
шить цвет и другие свойства продукта; 2) можно особо точно ре-
гулировать и поддерживать необходимый режим нагрева, темпе-
ратуру стенки или разность температур между реакционной смесью
и стенкой; 3) исключается загрязнение атмосферы цеха имеющими
запах или токсичными газами (такое загрязнение возможно при
использовании ВОТ); 4) отпадает необходимость строительства и
эксплуатации котельной, неизбежной при обогреве дифенильной
смесью; 5) исключаются сложные коммуникации, запорная арма-
тура и насосы, необходимые при обогреве дифенильной смесью;
6) улучшаются условия труда и повышается качество продукции.
Однако индукционный метод обогрева связан с расходом сравни-
тельно дорогой электроэнергии, строительством мощной трансфор-
маторной подстанции и прокладкой соответствующей силовой элек-
тросети. При этом необходимо учесть, что исключение строитель-
ства котельной при индукционном методе обогрева заменяется ка-
питальными затратами, связанными с получением электрической
энергии.

Улучшение при индукционном электрообогреве условий труда и
качества продукции обусловило широкое применение этого метода
в новых производствах пленкообразующих веществ, хотя по за-

тратам времени на нагревание и охлаждение реактора и стоимости

самой операции обогрева он уступает мето-
ду обогрева жидким ВОТ.

Помимо описанного выше комбинирован-
ного метода обогрева водяным паром и индук-
ционными токами в ряде отраслей промыш-
ленности применяется обогрев реакторов ди-
фенильной смесью, испаряемой или нагревае-
мой с помощью погруженных в нее электро-
нагревателей [9].

Один из вариантов такого метода обогре-
ва реактора приведен на рис. XII-23. Его
преимуществом по сравнению с методом обо-
грева дифенильной смесью является то, что
отпадает надобность в выносном испарителе,
насосе, коммуникациях и запорных приспо-
соблениях (температура паров регулируется
изменением режима работы электронагрева-
телей) .

По сравнению с обогревом индукционны-
ми токами упрощается конструкция установ-

ки, автоматика, достигается высокий к. п. д.
использования электроэнергии и мощности.
Такой комбинированный метод может явиться
эффективным при установке небольшого числа

.для реакторов малой емкости.

Рис. XII-23. Реактор, обо*
греваемый парами ди-
фенильной смеси, испа-
ряемой электрическими
нагревателями:

1 — электронагреватель;

2—патрубок для выгруз-
ки дифенильной смеси.

реакторов, а также

ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ РЕАКТОРОВ

Вопросы теплообмена в периодическидействующих емкостных
реакторах с мешалками при синтезе пленкообразующих веществ,
использования ЭВМ при нестационарных режимах обогрева и
управления тепловыми режимами термообработки рассмотрены в
литературе [19, 30—32].

При тепловых расчетах возникает необходимость определения
'коэффициентов теплоотдачи в случаях вынужденного течения жид-
кости в трубах и каналах, перемешивания жидкостей мешалками
и конденсации пара.

Расчеты коэффициентов теплоотдачи по критериальным урав-
нениям требуют больших затрат времени на нахождение данных
по физико-химическим свойствам жидкостей и их паров. Ниже бу-
.дут приведены формулы и номограммы, позволяющие проводить
тепловые расчеты без наличия этих данных и не снижающие точ-
ность расчетов.

Коэффициент теплоотдачи при развитом турбулентном течении
(Re > 10 000) жидкостей в прямых трубах и каналах рассчиты-
235

вают по формуле [33]:

Nu = 0,021 Re°’8Pr0'43 f-^-Y’25 е.

к РгСт /	1

(ХП-15)

где Nu = ad3/X— критерий Нуссельта; Re = ^б/эр/ц = wd3/v —
критерий Рейнольдса; Рг = cpyj/h— критерий Прандтля; ц— дина-
мический коэффициент вязкости жидкости, Па-с; цст — динамиче-

ский коэффициент вязкости жидкости при температуре поверхно-
сти стенки, Па-с; ez — коэффициент, зависящий от отношения Lld3
и Re (рис. ХП-24); а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2- К); d3 —
эквивалентный диаметр (для трубы d3 равен внутреннему ее диа-
метру), м; X — коэффициент

Рис. ХП-24. Зависимость ez от L/d3 и Re 134]:

значения Re: 1 — 104; 2 — 2 • 104; 3—5 • 104;
4—105; 5—106.

теплопроводности жидкости,
Вт/(м-К); w — средняя скорость
жидкости, м/с; р — плотность
жидкости, кг/м3; v — кинемати-
ческий коэффициент вязкости
жидкости, м2/с; ср — удельная
теплоемкость, Дж/(кг-К); L —
длина трубы или канала, м.

Входящие в уравнение (ХП-15)
физико-химические константы ц,
ср, К, р и v берут при средней
температуре жидкости t = Zcp =
= 0,5 (ZH + М • Множитель

(Pr/FrCT)u’Z0 учитывает направление теплового потока, и при нагре-
вании (Рг/Ргст)0,25 > 1, а при охлаждении (Рг/Ргст)°-25 < 1. При
значениях Рг/Ргст от 0,9 до 1,1 принимают (Рг/Ргст)°>25 == 1 [34].

Для изогнутых труб (змеевиков) в уравнение (ХП-15) вводится
коэффициент х:

х = 1 4- 3,54

(XII-16)

где d — диаметр трубы змеевика, м; DB — диаметр витка змее-
вика, м.

Уравнение (ХП-15) при подстановке в него значений критериев
приводится к виду:

/ рг \0,25

( "р7~ J е‘

э \ ст /

(XII-17)

где

= о,о2 U0’37^’43

(XII-18)

d

DB

Симплекс В[ отражает влияние на а индивидуальных свойств
жидкости при данной температуре, т. е. зависимость а от физико-
химических констант жидкости при w, d3, (Рг/Ргст)0’25, ez = const.

Из уравнения (ХП-17) следует, что при выборе или проекти-
ровании теплообменного устройства необходимо стремиться к ма-
ксимальной скорости жидкости в трубах и каналах (1—2 м/с),
ограничивать которую может неприемлемое гидравлическое сопро-

тивление. Диаметр оказывает меньшее влияние на а, но повышая
скорость потока снижают d3, что дополнительно повышает значе-

ние а.

Проведенные расчетные исследования [35] показали, что зави-
симость В] от температуры при развитом турбулентном режиме те-

чения для большого числа жидкостей имеет линейный

(рис. XII-25). Это позволяет за-
висимость В] от / во всем диапа-
зонеизменения температуры или
на больших его участках описать
линейным уравнением:

характер

а,/а0

Bi — а, + bit

Таким образом, уравнение
(XII-15) может быть представле-
но в следующем виде:

К)0'8 / Рг
а = (а1 + М тНтг
иэ \ Г1ст

(ХП-20)

Для одиннадцати жидкостей
(рис. XII-25) уравнение (XII-19)
дает отклонение значений Bi по
сравнению с получаемыми по
формуле (XI1-18) не более ±2%
[35]. Такое отклонение не толь-
ко вполне допустимо для техни-
ческих расчетов, но и значитель-
но ниже, чем отклонение резуль-
татов, рассчитанных по критери-
альному уравнению (XII-15), от

(XII-19)

О

20

80 юо
t, "с

40	60

Рис.

XII-25.

Относительное
теплоотдачи с

коэффициента

температуры при турбулентном
жидкостей I35]:

изменение
повышением

течении

I — этиловый спирт (50%-ный);

3 — вода; 4—этиловый спирт
5 — бензол; 6 — метиловый спирт
7 — четыреххлористый углерод;

2 —анилин;
(100%-ный);
(100%-ный);

8 —гептан;

9 —толуол; 10 — ацетон; // — сероуглерод.

экспериментальных данных. Значения коэффициентов а, и bi,
дящих в уравнение (ХП-20), для воды и дифенильной смеси
(Рг/Ргст)0,25 = 1 и ez = 1 приведены в табл. XII-1.

ВХО-
при

Таблица XII-1

Значения коэффициентов ai и bi, входящих в уравнение (ХП-20)

Вещество	Темпера- турные пределы коэффи- циентов и Ь\, °C	ai	6|	Макси- мальная погреш- ность, %
Вода		20-100	1540	15,8	1,5
Дифенильная смесь [73,5% (масс.) дифенило- вого эфира и 26,5% (масс.) дифенила] . . .	150-250	442	1,28	1
	250-350	678	0,35	1

t

и
о

Температура дифенильной смеси, вС	. Температура воды,

20-.

• 30-4
40-4

50-4
60-4
70

80-4
90-4

100:

110-4
120-^

150^

200—_

250

300

350-1

in

Пример

4—0,1

0,2

о

150 a

1500

^200--2000

□

S'





0,03

0,04

0,05

о,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1,00-/

2,00-1

0,3

0,4

0,5

§



1

3

<3

♦

d
г-10

20

30

^-40

— 50



3000

<3

1

о?

§ ^400

g У

<м’

4000

f>500-^~-5000

<Ъ Я	- 2

5 id	z:

s «	-—

_ 50 ООО

— 70

V

6000

^100

§
§700
«3

7000

800 — 8000
\ 900^4-9000

1000

10000

52°С; И-30мм; V-0,2м/с

...Дано для_&адь1: tcp=52°C; В-30мм;V= 0,2м/с _==.

* HaxoguM’-d=//№кал/(м2-ч-°С)|=

1500

о

У
сч*

С5
W
£

хз

<3

Рис. XII-26. Номограмма для определения численного значения коэффициента теплоотдачи а при развитом турбулентном течении
жидкости (Re > 10 000) по уравнению (ХП-15) при е; = 1 и (Рг/Ргст)°>25 = 1 [35]:

/ — вода (20—100 °C); 2—дифенильная смесь (150—250 °C); 3 — дифенильная смесь (250—350 °C). 1 ккал/(м2 • ч • °С)= 1,163 Вт/(м2 • К).

Исходя из линейной зависимости В\ от I, для индивидуальных
жидкостей могут быть построены простые и удобные для пользо-
вания номограммы для расчета а при турбулентном течении жид-
кости [35, 36]. Такого типа номограмма, построенная на основе
критериального уравнения (XII-15), преобразованного в уравнение
(ХП-20), и на которой значения а даются при (Рг/РгСт)0,25 = 1 и
е/ = 1 (Lld3 > 50), приведена на рис. ХП-26 [35].

Критериальные уравнения для расчета коэффициентов тепло-
отдачи при ламинарном режиме течения жидкости (Re <Z 2300)
также могут быть преобразованы, как и уравнение (XII-15), с вы-
носом симплекса физико-химических констант жидкости. Расчет-
ными исследованиями было установлено [37], что и в этом случае

Рис. ХП-27. Относительное изменение коэффициента теплоотдачи с повышением темпера-
туры при ламинарном течении жидкостей [37]:

1— четыреххлористый углерод (0—60 °C); 2— этиловый спирт (100%-ный; 0—70 °C); 3— толуол
(0—90 °C); 4—бромистый этил (0—40 °C); 5 —вода (0—100 °C); 6 — этиловый спирт (50%-ный;
0—70 °C); 7 — сероуглерод (0—80 °C); 8—гептан (0—80 °C); 9 —бензол (0—70 °C); 10 — анилин
(0—100 °C); 11 — метиловый спирт (100%-ный; 0—60 °C); 12 — ацетон (0—60 °C); 13 — льняное масло
(0-100 °C).

Примечание. Для жидкостей 7—13 изменение В{ настолько незначительно, что пря-
мые сливаются в одну жирную, несколько расширяющуюся линию.

зависимость симплекса от температуры может быть выражена ли-
нейным уравнением и для многих жидкостей (рис. XIV-27) его зна-
чение остается постоянным в широком диапазоне температур.

Установление линейной зависимости а от симплекса физико-
химических констант жидкости значительно упростило расчет а,
построение номограммы для расчета а и позволило при наличии
коэффициентов а\ и Ь\ рассчитывать а без физико-химических кон-
стант.

На основе этих расчетных исследований [35, 37] значительно
упрощено составление программ тепловых расчетов на ЭВМ и их
проведение [38], повышена точность тепловых расчетов [39].

Исходя из установленной возможности выражения симплекса
физико-химических констант жидкостей и конденсирующихся па-
ров (см. ниже) линейным уравнением, Институтом газа АН УССР
разработаны алгоритмы и программы для расчета на ЭВМ прямо-
точных и противоточных теплообменных аппаратов [38].

Обобщенное критериальное уравнение для расчета коэффи-
циентов теплоотдачи в аппаратах со змеевиками, рубашкой и

мешалкой имеет следующий вид [14, 40]:

Nu = С Re"1 Prn-4^(-^
ц	\ Нет /

У

(ХП-21)

где Nu = си/м/Л — критерий Нуссельта; Reu = р/ц/2/ц — критерий
Рейнольдса (центробежный); Рг — критерий Прандтля (значение
дано выше); цж— динамический коэффициент вязкости жидкости
при / =/ср = 0,5(/ср. ж +/ст), Па-с; цст — динамический коэффи-
циент вязкости жидкости при температуре стенки /ст, Па-с; п —
частота вращения мешалки, об/с; — диаметр мешалки, м; D —
диаметр корпуса аппарата, м.

Физико-химические константы жидкости, входящие в критерии
Nu, Reu, Рг, берут при средней температуре жидкости /ср. ж =
= 0,5 (/н	^к) •

Значение коэффициента С и показателей степени т, п, р зави-
сит от вида теплообмена (через рубашку или змеевик), типа ме-
шалки, геометрических размеров частей аппарата. Предложены
формулы, позволяющие учесть многие факторы, влияющие на ко-
эффициент теплоотдачи со в аппаратах с мешалками [14, 15].

Для лопастной мешалки при теплообмене через рубашку реко-
мендуются значения С = 0,36, т = 0,67, п = 0,33, р = 0,14 (при
Reu = 2-1044-4,8-105), а при теплообмене через змеевик С = 0,86,
ш = 0,62, п = 0,33, р = 0,14 (при Reu = 3-1024-7,3-105) [14, 40].

Значения С, т, пу р для других типов мешалок и поправочные
коэффициенты, учитывающие соотношение размеров отдельных ча-
стей аппарата, приведены в литературе [14, 15].

Для расчета со в аппаратах с лопастной мешалкой, подставив
в формулу (ХП-21) приведенные выше значения С, п, т, и р, по-
лучим:

при теплообмене через рубашку

Nu = 0,36Re?'67Pr0’33 4г (— Y’14
ц	D \ цст J

(ХП-22)

при теплообмене через змеевик

Nu = O,86Re°’62Pr0’33	(—Y’^

ц	\ Ист /

Уравнение (ХП-22) аналогично уравнению (XII-15) приводится
к виду

43V’67 ( и \0’14

а = В2	I	(ХП-24)

и \ Ист /

в2 = О,36(Лр)0’67 (Ср/н)0’33	(XII-25)

а уравнение (XI1-23) к виду:

d1’24/?’62 / ц \°>14

а = В3 ---------(— )	(ХП-26)

\ Ист /

В3 = 0,86Л0'67р0,62Ср33/[10'29	(ХП-27/

(XII-23)

Из формул (ХП-24) и (ХП-26) следует, что на а большое влия-
ние оказывает диаметр мешалки и в меньшей мере частота ее вра-
щения.

Отношение степеней, в которых dM и п входят в эти формулы,
равно 1,34/0,67 = 1,24/0,62 = 2. Таким образом, чтобы получить
одинаковое увеличение а, необходимо п увеличивать в квадрате
по сравнению с повышением dM. Мощность, требуемая для пере-
мешивания, N = f (^^3), а при условии, что для одинакового уве-
лйгчения а частота вращения мешалки п должна быть увеличена
в квадрате по сравнению с повышением dM, получим для этого слу-
чая /V' = f /г6). Следовательно, исходя из затрат энергии на
перемешивание, выгоднее увеличивать dM, а не п. Эффективнее по-
вышение а за счет увеличения числа лопастей и принятия опти-
мальных соотношений размеров частей аппарата, влияние кото-
рых описано в литературе [14].

Установка дополнительных лопастей в реакторе (см. рис.
XII-12) при небольшом снижении частоты вращения мешалки по-
зволила при том же расходе энергии заметно увеличить а.

Зависимость симплексов физико-химических констант В2 и В3
[см. формулы (ХП-25) и (XII-27) ] от температуры, как и для фор-
мулы (ХП-15), может быть выражена линейным уравнением типа
Вп — CLn + bnt в сравнительно широком диапазоне температур.
Значения коэффициентов а2,	Ь2, Ь3, необходимых для расчета

В2 и В3, для хлопкового и подсолнечного масел приведены в
табл. XII-2.

Таблица XII-2
Значения коэффициента а и b для расчета Вг и В3

Вещество	Температур- ные пределы применения коэффициен- тов а и Ь, °C	02	&2	Оз	&3	Макси- мальная погреш- ность, %
Подсолнечное масло 		20-80	240	4,2	380	5,1	1,5
	80—200	350	3,0	535	3,3	1,5
	180—250	350	3,0	670	2,7	1,0
Хлопковое масло . 			20-100	235	4,1	—	—	2,0
-	100-180	320	3,2	—	—	2,0
	180—300	750	0,85	—	—	1,0

Перед использованием для расчета а большого числа формул
необходимо определить значение критерия Рейнольдса. Для упро-
щения расчетов, а также упрощения составления программ для
ЭВМ и проведения на них расчетов, желательно наличие формул,
охватывающих зависимость Re от индивидуальных свойств жид-
кости и ее температуры.

Критерий Рейнольдса определяется по следующей формуле:

=	=	(XII-28)

Ц	V	'

А. И. Бачинским было установлено [41], что между вязкостью
и температурой жидкостей существует гиперболическая зависи-
мость и тем самым текучесть (величина, обратная динамическому
коэффициенту вязкости) имеет линейный характер зависимости от
температуры.

Позднее было показано [37], что изменение величины, обратной
кинематическому коэффициенту вязкости (1/v = р/ц), от темпера-
туры может быть выражено в гораздо большем диапазоне темпе-
ратур линейным уравнением.

Поскольку 1/v может быть представлено линейной зависи-
мостью, то и критерий Re может быть рассчитан по следующей
формуле [37]:

Re = (aR + bRt) wd3	(XII-29)

где aR и bR — коэффициенты, отражающие индивидуальные свой-
ства жидкости; w — скорость движения жидкости, м/с; d3 — экви-
валентный диаметр канала, м.

Входящий в формулу (XII-29) член (aR-±-bRt) тождествен 1/v.
Следовательно, при наличии численных значений aR и bR кинема-
тический коэффициент вязкости можно рассчитывать по формуле

1

aR + bR^

(XII-30)

а динамический коэффициент вязкости по формуле:

=	(хп-31)

1\	1\

Формулы (XII-30) и (XII-31) могут быть использованы в теп-
ловых и гидравлических расчетах, а также в случае необходимости
нахождения величин v и ц.

Для жидкостей, применяемых в производствах лаков и красок,
значения aR и bR даны в табл. ХП-З. При определении критерия
Рейнольдса принимается, что значения aR и bR приняты при w =
= 1 м/с и = 1 м.

При проведении тепловых расчетов реакторов и теплообменных
аппаратов возникает необходимость определения коэффициентов
теплоотдачи, в расчетную формулу которых входит разность тем-
ператур А/ между жидкостью или пленкой конденсата и поверх-
ностью стенки. В этих случаях возникает затруднение в опреде-
лении А/.

Обычно принимают предположительную величину А/, рассчи-
тывают со, затем проверяют правильность принятой величины А/ и
путем последовательных приближений находят искомые значения.

По другому способу задаются тремя-четырьмя достаточно от-
даленными величинами А/, вычисляют получаемые при этом зна-
чения тепловых напряжений q' — A/icxj и q" = А/2со2 и, построив
график зависимости q' и q" от А/ по точке пересечения кривых
(q' = q" = A/i«i = А/2СО2), определяют искомое значение А/ [40].



Таблица XII-3

Значения коэффициентов а# и bR, входящих в формулы (X.II-29)—(X.II-31)
для расчета Re, v и Ц [37]

Вещество	а^-10~6	&Д.10-4	Температур- ные пределы применения коэффициен- тов и Ь%, °C	Макси- мальная погреш- ность, %
\ ‘ 		  Вода		0,500	2,55	10—50	1,5
	0,202	3,17	50—100	0,8
Дифенильная смесь		-0,37	1,32	150—350	0,9
Бензол 		0,962	1,99	10—80	0,9
Толуол 		1,129	1,76	10—100	0,9
Л£-Ксилол		1,053	1,69	20—140	1,0
Ацетон		2,055	2,02	0—50	0,6
Этиловый эфир уксусной кислоты . .	1,472	2,38	20—140	0,9
Пропиловый эфир уксусной кислоты .	1,176	1,82	0—60	0,8
Хлопковое масло 		—0,0535	0,174	60—100	2,5
	—0,126	0,249	100—220	1,0

Оба способа требуют больших затрат времени, особенно при
отсутствии опыта по тепловым расчетам.

Предложен метод, позволяющий исключить это затруднение
[42]. Он предназначен для расчетов коэффициентов теплопере-
дачи, когда в один из коэффициентов теплоотдачи входит темпе-
ратура стенки. Сущность метода заключается в следующем.

Известно, что разность температур между тепловым агентом и
стенкой определяется по формуле:

— /т /ст----Д^общУ 1/

(XII-32)

где /т— температура теплового агента, К; /ст — температура стен-
ки, К; ЛСбщ — общая разность температур между тепловыми аген-
тами, К; r\ = 1/cci — тепловое сопротивление теплоносителя; R =
= 1/Л — общее тепловое сопротивление; К — коэффициент тепло-
передачи, Вт/(м2-К).

Подставив в формулу (ХП-32) вместо R сумму частных тепло-
вых сопротивлений, получим:

;	Д/1 (и + г2 + г3 + ... + гп) = Д/общП

; Обозначив

R' = Г2 4- Гз 4- ... 4- гп
можно написать

Д/1 (ri 4- R') == Д/общП

или после преобразования:

t	Д^общ=== Д^1 4" (Д/i^? A"i)

(ХП-ЗЗ)
(XII-34)
(XII-35)

(ХП-36)

Большинство формул для расчетов коэффициентов теплоотдачи,
в которые входит А/, можно привести к виду

а = Д' М1}

243

или

«! Л'Д^

(ХП-38)

где А' — коэффициент, охватывающий физические свойства тепло-
вого агента и заданные конструктивные данные.

Подставив в уравнение (XII-36) значение г\ из формулы
(ХП-38), получим основное уравнение:

д/овщ=д<1+л'/?,д/;+я

(ХП-39)

где

R' = Г2 + Гз + ... + гп = -±- + У у-
02	Z—/ Л

(ХП-40)

Обозначив

Z = A'R’ = А' (Г2 + Гз + ... +Г„) = 4'(— + ф-+ ... +-М	(ХП-41)

\ <*2 Л1	Ли /

из уравнения (ХП-39) получим:

д/о6щ = д/1 + гд/;+п

(ХП-42)

Уравнения (ХП-39) и (ХП-42) выражают зависимость \t\ от
других параметров, входящих в формулу для расчета коэффи-
циента теплопередачи. Поскольку для этих параметров не тре-
буется определение Д/ь уравнения (ХП-39) и (ХП-42) позволяют
найти сразу искомую величину АЛ.

В связи с дробными степенями уравнения (ХП-39) и (ХП-42)
могут быть решены только с помощью номограмм.

Построив один раз номограмму для формулы, в которую вхо-
дит А/, можно с ее помощью определять значения А/ и производить
расчет а для любого теплового агента. Такая номограмма мо-
жет объединять определение А/ в формулах, применяемых для рас-
чета а, в том случае, если в них А/ входит в одинаковой степени.

Построение сетчатых номограмм для а, в которые входит А/,
не представляет трудностей [41, 42].

На рис. ХП-28 приведена проективно-преобразованная номо-
грамма из выравненных точек для определения А/ при расчете а
от конденсирующихся паров к стенке и для случаев, когда раз-
ность температур между пленкой конденсата или жидкостью и по-
верхностью стенки входит в степени 0,25 [42].

На основе описанного выше метода построены номограммы для
расчета а при свободном движении жидкости и др. [42, 43].

Пользование номограммой (рис. ХП-28) приведено в примере
ХП-4.

При обогреве реакторов периодического действия парами теп-
лоносителей (вода, ВОТ) обычно давление (температура) паров
принимается постоянным. Этот случай нестационарного теплооб-
мена при нагревании содержимого реактора от /н до tK конденси-
рующимся паром с температурой конденсации /д = const, в коли-
честве G (в кг/ч), со средней удельной теплоемкостью ср = const

[в Дж/(кг-К)] при среднем коэффициенте теплопередачи К —
= const [в Вт/(м2-К)], поверхности теплообмена F (в м2) и вре-

мени нагревания т (в ч)
описывается следующей
зависимостью [44]:

3600т/7 = 1 ZA~Zh

(XII-43)

Преобразовав форму-
лу (XII-43), получим:
т = —gCp	In ~ <н =

3600ЛЖ t. — «

W — i
—РК-^Т—Т- (хп'44)
*A ~ Zk

где W — Gcp — водяной
эквивалент нагреваемой
жидкости, Дж/(с-К).

При нестационарном
теплообмене в периодиче-
скидействующем реакто-
ре, обогреваемом паром с
/x=const, условия тепло-
обмена такие же, как в
теплообменнике непре-
рывного действия при на-
гревании в нем жидкости
за счет теплоты конден-
сирующихся паров. Вдоль
теплообменника также
непрерывно изменяются
не линейно физико-хими-
ческие константы жидко-

40^
30^.

/д-

8Л

7~-

64

54

4^.

3-

2-



сти и, соответственно, ко-
эффициент теплопереда-

Рис. XI1-28. Номограмма для определения A/j при
расчете коэффициентов теплоотдачи от конденсирую-
щихся паров к стенке [42].

чи. Нелинейный характер

этого изменения учитывается применением при расчете теплооб-
менника средней логарифмической разности температур. Поэтому

в случае нестационарного теплообмена в реакторе периодического
действия, как показано было поверочными расчетами с разбивкой

температуры нагревания на интервалы, в которых сохраняется ли-
нейная зависимость а от /, можно с достаточной точностью про-
должительность нагревания рассчитывать по формуле [45]:

GCP (*к ~
36Q0FK Д/Ср. л

(ХП-45)

где Д/СР. л — средняя логарифмическая разность температур, 1\.

Возможность применения формулы (XII-45) также подтверж-
дена расчетными исследованиями на примере вязкого масла [15].

Пример XII-1. Рассчитать время нагревания 16 000 кг подсолнечного масла
от /1 = 20 °C до t2 — 160 °C в реакторе периодического действия объемом 32 м3
для синтеза алкидных смол при использовании погружного змеевика, обогре-
ваемого водяным паром /=180°С (Рабе 1,0 МПа). Внутренний диаметр
реактора D — 3 м, диаметр мешалки dM = 2 м (dJD « 0,7), диаметр витка
змеевика £>в = 2,5 м (DB/D « 0,8), наружный диаметр трубы змеевика d3 =
= 0,12 м, шаг между витками змеевика h — 2d3, частота вращения мешалки
п = 0,58 об/с (34,5 об/мин), физико-химические константы подсолнечного масла
принять по данным, приведенным в литературе [45].

Решение. Средняя температура масла:

Др —

= 90 °C

АЛ

Критерий Рейнольдса (центробежный) при п — 0,58 об/с, dM — 2 м, плот-
ности масла р = 878 кг/м3, динамическом коэффициенте вязкости масла
р = 0,757-10-2 Па-с при 90 °C:

еи

878 • 0,58 • 22

-----------= 2,69 • 105

0,757 • 10 2

При значении Reu = 2,69-105 для расчета коэффициента теплоотдачи от
стенки змеевика к маслу в аппарате с лопастной мешалкой применяется формула
(ХП-23).

Для подсолнечного масла при t = 90 °C коэффициент теплопроводности
X = 0,157 Вт/(м-К), средняя удельная теплоемкость ср= 1,89-103 Дж/(кг-К);
значения р и р даны выше.

D	/ рж \ °.14

В поправочном коэффициенте на направление теплового потока I — - I ,
\ рст /
входящем в формулу (ХП-23), рж определяется при tcp. ж = 0,5 (Др + Дт), а
рст — при Дт. Учитывая небольшую долю теплового сопротивления пленки кон-
денсирующегося пар а в общем тепловом сопротивлении, принимаем Дт = 170 °C,
что соответствует рст = 0,218-10~2 и рж = 0,382-10-2 Па-с [при tcp ж =
= 0,5(90 + 170)= 130 °C].

Коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика к маслу а2 рассчитываем по
формуле (ХП-23). Подставляя в нее значения критериев Nu, Reu и Рг, получим:

а ос 0,157 ( 878 • 0,58 ’ 22 Y* / 1,89 ° 103 • 0,757 ° 10 2 \0’33

3 \ 0,757° 10 2 7	\	0,157 J

0 382 • 10~$ \0>14

------------ )	= 0,86 ° 0,523 ° 2330 ° 4,43 ° 1,08 = 500 Вт/(м2 ° К)

0,218 ° 10-2/

(XII-46)

(ХП-47)

По формуле (XII-26) при значениях а3 = 535, Ь3 = 3,3 (табл. ХП-2):

а2 — (a3 + b3t)

1,24 0,62
м п

D

nl,24

= (535 + 3,3 ° 90)---------

0,58°’62 / 0,382° 10~2 \°’14
3	\ 0,218° 10-2 J

(XII-48)

Следовательно, формула (XII-26), упрощающая расчет аг, имеет точность
порядка 1%, достаточную для технических расчетов.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на поверхности
горизонтально расположенной трубы (ai) составляет 5000—10 000 Вт/(м2-К).
Он во много раз больше коэффициента теплоотдачи от стенки к маслу и, следо-
вательно, в небольшой мере влияет на коэффициент теплопередачи. В настоящее
время отсутствуют достаточно обоснованные формулы для расчета коэффициен-
та теплоотдачи при конденсации паров внутри трубы змеевика. В этом случае
он получается ниже, чем при конденсации пара на наружной поверхности гори-
зонтально расположенной трубы. Рекомендуется рассчитать коэффициент тепло-
отдачи для наружной поверхности горизонтально расположенной трубы и вве-
сти поправочный коэффициент < 1 [44]. Учитывая небольшое влияние ai на К,
принимаем условно его нижнее значение, т. е. 5000 Вт/(м2-К), и вводим попра-
вочный коэффициент 0,6. Таким образом, в расчете принимается ai = 5000-0,6 =
= 3000 Вт/(м2-К).

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к стен-
ке К, принимая для твердой пленки, образующейся на стенке змеевика,
6 = 0,0002 м (0,2 мм), X = 0,15 Вт/(м-К) и пренебрегая весьма малым тепло-
вым сопротивлением тонкой стенки змеевика, находим по общеизвестной фор-
муле;

к =----------!-------=--------------!----------=

'	1 б 1	1	0,0002	1

ai + X + (Х2	500 + 0,15 + 3000

в 0,002 + 0,00133 + 0,00033 =273 Вт/(м2'К)	(ХП-49)

Объем нагреваемого масла с t = 90 °C при плотности масла р = 878 кг/м3:
У«= 16 000/878= 18,2 м3

Объем эллиптического днища при отбортовке h = 0,05 м:

Уд = 0,131Z)3+ -^Z)2A = 0,131 -33+ З2 • 0,05 = 3,94 м3 (ХП-50)

Высота слоя масла в царге аппарата:

Г-Гд _ 18,2-3,94

MT-2,0"

4	4

(XII-51)

Витки змеевика начинаются примерно на уровне верхнего обреза днища, и
при шаге между витками 2d3 — 2-0,12 = 0,24 м общее число витков, погру-
женных в масло с учетом, что над верхним витком может находиться слой
масла высотой 0,3 м, равно

2,0 — 0,3

Пв ~	0,24

7

Поверхность теплообмена змеевика F при 7)в = 2,5 м составит:

F =	• л7)в = 7 • 3,14 • 0,12 • 3,14 • 2,5 = 20,8 м2 (ХП-52)

Время нагревания подсолнечного масла от 20 до 160 °C по формуле (XII-44)
при средней удельной теплоемкости масла ср — 1,89-103 Дж/(кг-К), принимая
коэффициент Xi — 1,1 на теплопотери во внешнюю среду и нагревание самого
аппарата:

, 16 000-1,89-103 по1~ 180- 20

Т ’ 3600’20,8-273 2’ S 180—160	’	4

Средняя логарифмическая разность температур при нагревании масла:

20	160

----------------->
<----------------

180	180

Д/б=160 Д/м = 20

* , ___

Л ср-л ““	д77

2'31g-^
м

160 - 20

О Q1	160

2’3 lg -20-

= 68 °C

(ХП-53)

Подставив в формулу (ХП-45) значение входящих в нее параметров и коэф-
фициент Xi = 1,1, получим

16 000- 1,89- 103 (160 — 20)

3600 • 20,8 • 273 • 68

что подтверждает правильность пользования этой формулой.

Пример ХП-2. В условиях предыдущего примера рассчитать время нагре-
вания подсолнечного масла от 160 до ' С в реакторе объемом 32 м3 с ин-
дукционным электрообогревом. В расчетах принять мощность донного и одного
бокового индукторов 270 + 450 = 720 кВт, к. п. д. = 0,8 и работу индукторов
на полную мощность до температуры масла 240 °C (нагревание до температуры
переэтерификации 250 °C будет проводиться при заданной температуре стенки
реактора). Определить общее время двухступенчатого нагревания масла от 20
до 160 °C с помощью змеевика, обогреваемого водяным паром, и от 160 до
240 °C — индукционным электрообогревом.

Решение. При индукционном электрообогреве мощность, подводимая к
индукторам, передается в виде тепловой энергии нагреваемому маслу. Темпера-
тура поверхности стенки (или поверхности твердой пленки на стенке), соприка-
сающейся с маслом, должна обеспечить передачу подводимой тепловой энергии
маслу.

С повышением температуры стенки реактора в процессе нагревания при ин-
дукционном электрообогреве снижается потребляемая мощность [19]:

Объем аппарата, м3 .... 3,8	5	10

Мощность, кВт:

при 20 °C............ 160	240	390

при 300 °C........... 100	150	300

Из приведенных данных следует, что снижение мощности замедляется с
увеличением объема аппарата. Для аппарата объемом 10 м3 средняя мощность
составляет ~0,87 от мощности при 20 °C.

Мощность подводимой электрической энергии, превращаемой в теплоту, рас-
ходуемую на нагревание масла, самого аппарата и теплопотери во внешнюю
среду, при к. п. д. 0,8, принимая условно для реактора объемом 32 м3, что по-
вышение температуры приводит к среднему коэффициенту использования мощ-
ности 0,9, составит:

W = 720 • 0,8 • 0,9 = 518 кВт или 518-103Вт

Время нагревания подсолнечного масла от 160 до 240 °C индукционным
электрообогревом при средней удельной теплоемкости масла ср =
= 2,1-Ю3 Дж/(кг-К) [46], принимая коэффициент Xi = 1,1 на нагревание ап-
парата и теплопотери во внешнюю среду:

x.Gcn (t, —	1,1 • 16 000 • 2,1 • 103 (240 - 160)

3600	“	3600-518- 103

(XII-54)

Общее время нагревания подсолнечного масла тОбщ от 20 до 240 °C при
времени нагревания масла от 20 до 160 °C с помощью погружного змеевика,

обогреваемого парами воды, ti — 3,36 ч (см. пример ХП-1) и времени нагре-
вания от 160 до 240 °C индукционным электрообогревом Т2 — 1,6 ч:

тобщ — Ti + т2 — 3,36 4- 1,6 = 4,96 ч

Пример ХН-З. Определить время нагревания в условиях примера ХП-2,
принимая, что нагревание масла от 20 до 240 °C проводится индукционным
электрообогревом. Установить, во сколько раз при этом увеличится расход элек-
троэнергии по сравнению с расходуемым в условиях примера XII 2.

Решение. Время нагревания по формуле (XII-54) при Др =
= 0,5(20 4- 240)= 130 °C и среднем значении при этой температуре ср =
= 1,97-103 Дж/(кг-К) [19], условно оставляя неизменным коэффициент исполу
зования мощности 0,9 (см. пример ХП-2):

1,1 • 16 000-1,97-103 (240 — 20)
т = -----------------------------— 4 1 и

3600-518- 103

Расход электроэнергии увеличится в два с лишним раза (4,1/1,6).

Небольшое сокращение длительности цикла работы реактора на 4,96—4,1 =
= 0,86 ч экономически не оправдывается значительным увеличением расхода
дорогостоящей электроэнергии и поэтому нагревание до 140—160 °C осуществля-
ется водяным паром.

Пример XII-4. Рассчитать теплообменник для нагревания хлопкового масла
в количестве 3200 кг/ч, поступающего в переэтерификатор непрерывного дей-
ствия. Масло нагревается от 140 до 240 °C парами дифенильной смеси с тем-
пературой 320 °C. Принять теплообменник типа «труба в трубе» с внутренней
трубой d = 38X1,5 мм и наружной d — 72 X 2 мм. Физико-химические кон-
станты хлопкового масла принять по данным, приведенным в литературе [45J.

Решение. Средняя температура нагреваемого масла:

__ 140 4- 240

Др- 2

= 190 °C

Масло поступает в трубу, а пары ВОТ подают в рубашку.

Средняя скорость масла при dB — 0,035 м и р = 799 кг/м3 [45]:

G	3200	, 1С ,

® =--------— =---------------5-п--------= 1.16 м/с (ХП-55)

ЗбООр —	3600 • 799	0.0352

Критерий Рейнольдса для хлопкового масла при v = 2,85 10~e м2/с (для
ДР = 190 °C) [45]:

=	-U6-0-.Q35 игр»

v 2,85- 10 6

Значение Re может быть рассчитано по формуле (ХП-29). Для хлопкового
масла в диапазоне температур 100—220 °C коэффициенты aR = —0,126-10е,
bR — 0,249-104 (табл. ХП-З). Тогда

Re = (aR 4- bRt) wd3 = (- 0,126 • 106 4- 0,249 - 104 • 190) • 1,16 - 0,035 « 14 200

Полученное значение Re совпадает с рассчитанным выше.

При развитом турбулентном течении (Re 2> 10 000) коэффициент теплоот-
дачи от стенки к маслу рассчитывается по формуле (XII-15). Для этой формулы
физико-химические константы принимаются при среднеарифметической темпера-
туре масла, равной 190°С, X = 0,144 Вт/(м2-К), Рг = 39 [45]; значения р и v
даны выше. Коэффициент теплоотдачи от стенки к маслу а2 по формуле
(ХП-15) при L/D >• 50 и Re ж 14 000, е/ = 1 (рис XII-24), принимая темпера-
туру поверхности стенки трубы 300 °C, которой соответствует Рг = 30,3:
а2 = 0,021	Re0’8 Рг0’43 f-^L-V'25 = 0,021 И 200°’8 • 39°’43 (-^й°’25 =

&э	\ Н гст /	у о0,о /

= 0,021-4,1-2140.4,83-1,06 = 938 Вт/(м2 • К)

равна 40—50 об/мин. Выгрузка горячего раствора лака из аппа-
рата осуществляется погружным насосом либо через сливной па-
трубок с помощью обычного насоса. Выгрузка через сливной па-
трубок с помощью обычного насоса конструктивно проще, но при

этом возникают трудности с
работой сальника в горячем
растворе смолы, не имеющие
места при использовании по-
гружного насоса.

На рис. XIII-2 приведен
горизонтальный аппарат со
спиралевидной мешалкой и

Рис. Х1П-4. Вертикальный аппарат с много-
лопастной мешалкой и жестко прикреп-
ленными к стенке отбойными лопастями:

/— рубашка; 2 —корпус; 3 — привод; 4—вра-
щающаяся лопасть; 5 — неподвижная ло-
пасть.

Рис. XIII-3. Вертикальный аппарат с пла-
нетарно вращающейся двухвальной много-
лопастной мешалкой:

1— корпус; 2 — водяная рубашка; 3—рама;
4—лопасти; 5—крышка аппарата; 6—ше-
стерня, закрепленная на валу мешалки;
7—неподвижная шестерня; 8 — электродви-
гатель; 9— редуктор; 10 — вал редуктора;

11—подшипники; 12—вал мешалки.

водяной рубашкой, применяемый в производствах синтетического
волокна [1]. Мешалка обеспечивает хорошее перемешивание со-
держимого аппарата при частоте вращения мешалки 20—25 об/мин
и небольшом расходе электроэнергии (при объеме аппарата 70 м3
мощность электродвигателя равна 13 кВт) [2]. Недостаток кон-
струкции — наличие погружных набивных сальников, которые мо-
гут давать течь. Применение торцовых сальников устраняет этот
недостаток.

Для растворения небольших количеств расплавов смол исполь-
зуют вертикальные аппараты обычного типа с лопастной мешалкой
и рубашкой. Эти аппараты иногда углубляют в землю для сниже-

ния высоты установки реактора, и в этом случае выгрузка лака
осуществляется через погружную заборную трубу.

Растворение порошкообразных смол (поливинилхлоридных, по-
ливинилбутиральных и др.) проводят в вертикальных аппаратах,
наиболее часто с лопастной мешалкой, и при необходимости обо-
грева их снабжают рубашкой.

Нитрат целлюлозы (коллоксилин) имеет волокнистую форму и
после загрузки в аппарат образует медленно растворяющиеся

Рис. XIII-5. Горизонтальный аппарат с лопастной мешалкой:

1 — корпус; 2—лопасть; 3 — рубашка.

комки. Поэтому для растворения коллоксилина обычно исполь-
зуют аппараты с лопастными мешалками — планетарные смеси-
тели (рис. ХШ-З). При прохождении лопасти между двумя дру-
гими смежными, близко расположенными лопастями происходит
разрушение попадающих между ними комков коллоксилина.

Валы мешалок вращаются вместе с рамой вокруг ее вертикаль-
ной оси и относительно собственных осей за счет зацепления ше-
стерен (закрепленных на валах мешалок) с зубчатым венцом, при-
крепленным к крышке аппарата. Тем самым они совершают пла-
нетарное движение.

Для растворения коллоксилина применяются также вертикаль-
ные аппараты с лопастной мешалкой и отбойными лопастями
(рис. ХШ-4). Отбойные лопасти заметно ускоряют процесс раство-
рения нитрата целлюлозы.

В аппарате с планетарно вращающимися мешалками и в
аппарате с отбойными лопастями, прикрепленными к его кор-
пусу, лопасти расположены по спирали, но таким образом, чтобы

вращающаяся лопасть проходила между парой подвижных или не-
подвижных лопастей.

Для получения вязких растворов нитроцеллюлозы применяются
аппараты типа изображенного на рис. ХШ-5. Такие аппараты ши-
роко используются при получении кинопленки из высоковязких
растворов эфиров целлюлозы и в производствах синтетических во-
локон.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Браверман Л. Ф., Чахчиани А. Б. Оборудование и механизация производства
химических волокон. М., Машиностроение, 1967. 324 с.

2.	Таиров С. А., Чахчиани А. Б. Машины и аппараты производства искусствен-
ных волокон. М., Гизлегпром, 1952. 396 с.

Глава XIV

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЛАКОВ

Полученные в результате растворения пленкообразующих ве-
ществ в органических растворителях лаки могут содержать: 1) не-
растворимые в лаке вещества, находившиеся в исходных материа-
лах или образовавшиеся при синтезе пленкообразующего веще-
ства, с частицами различной крупности, вплоть до размеров
коллоидных частиц (<0,1 мкм); 2) растворимые в лаке исходные
материалы или побочные продукты реакции синтеза пленкообра-
зующего вещества, обладающие повышенной химической активно-
стью, приводящей к образованию нерастворимых в лаке веществ в
случае длительной выдержки лака при обычной температуре. Ос-
вобождение лаков от этих примесей часто называют осветлением.

В зависимости от вида перечисленных выше веществ лаки де-
лят на две группы: 1) не требующие вызревания; 2) требующие
вызревания. К лакам, не требующим вызревания, относят такие,
в которых после отделения нерастворимых частиц (центрифугиро-
ванием, фильтрованием), осуществляемого сразу после растворе-
ния синтезированного продукта, при длительном хранении лака
в нем не образуется осадок и не содержится взвесь коллоидных
частиц. Лаки, требующие вызревания, отличаются тем, что после
их центрифугирования или фильтрования, осуществляемого сразу
после растворения синтезированного продукта, при длительном
хранении (более 15—20 суток) в прозрачном лаке образуется оса-
док вследствие содержания в нем реакционноспособных веществ и
в результате коагуляции коллоидных частиц.

Содержание в лаке частиц нерастворимых веществ (осадка и
взвеси коллоидных частиц) и реакционноспособных веществ резко
ухудшает блеск непигментированных и пигментированных покры-
тий (особенно не подвергающихся полировке), т. е. заметно ухуд-
шает качество покрытий [1, 2].

К лакам, не требующим вызревания, относятся полученные на
основе эфиров целлюлозы, перхлорвинилов и других полимерпза-
ционных смол, к лакам, требующим вызревания, — главным обра-
зом ряд марок алкидных лаков, некоторые марки фенолоальдегид-
ных, полиуретановых и других лаков.

При синтезе алкидов загрязненность лака резко возрастает
в случае применения нерафинированных масел, содержащих фос-
фатиды, белковые и слизистые вещества, нерастворяющиеся в лаке.
Содержание нерастворимых частиц в алкидных лаках в несколько
раз снижается при переходе от блочного метода к «азеотропному»

9 Зак, 462	2 57

[2] и значительно увеличивается при перегреве реакционной смеси
у стенки реактора (вследствие высокой температуры поверхности
стенки или плохого перемешивания).

Необходимое время выдержки лаков, требующих вызревания,
для завершения процессов агрегации коллоидных частиц и обра-
зования осадка из реакционноспособных веществ зависит от вида
и состава лака, качества исходного сырья, метода и режима
синтеза.	___

При выдержке лаков, требующих вызревания, агрегация кол-
лоидных частиц и образование нерастворимых продуктов проте-
кают сначала быстро, а затем медленно. Ранее для полного завер-
шения этих процессов лаки подвергали многонедельной выдержке
(вызреванию). В настоящее время полагают возможным ограни-
чить время выдержки примерно десятью сутками [1], а остаю-
щиеся реакционноспособные вещества, приводящие к образова-
нию нерастворимого осадка, и коллоидные частицы удалять ад-
сорбцией. Она может быть проверена с помощью порошкообразных
и мелковолокнистых веществ — перлита, микроасбеста, диатомита
(кизельгура), линта и др. Лаки либо фильтруют через тонкий слой
этих веществ (или листовой картон, обладающий адсорбционными
свойствами), либо их вводят в лак. Хотя количество примесей, уда-
ляемых при очистке лака, невелико (<0,1 — 1,0%), вследствие их
дисперсности и близкой плотности этих примесей и лака, а также
высокой вязкости последнего и его способности к пленкообразова-
нию аппаратурное оформление операции осветления представляет
большие трудности и еще не получило должного решения.

В настоящее время для очистки лаков применяют: 1) трубчатые
центрифуги (сверхцентрифуги); 2) тарельчатые фильтры периоди-
ческого действия с ручной и механизированной разгрузкой осадка,
на которых можно совмещать процессы фильтрования и адсорб-
ции; 3) патронные фильтры со сменными фильтровальными эле-
ментами одноразового использования (типа патронных фильтров
«Кюно»).

В зависимости от вида лака (требующие и не требующие вы-
зревания), содержания, размеров и плотности частиц, подлежащих
отделению, и других факторов применяются различные аппара-
турные варианты его очистки.

Лаки, не требующие вызревания, освобождают от нераствори-
мых частиц с помощью трубчатых центрифуг или патронных филь-
тров. Лаки, требующие вызревания, сперва выдерживают в прием-
никах (отстойниках) не только для отделения грубых частиц, но
главным образом для проведения в них той или иной степени про-
цессов агрегации коллоидных частиц и образования нераствори-
мых частиц.

При отстаивании нерастворимых частиц в приемниках осадок
имеет высокое содержание лака. Поэтому иногда лаки, требую-
щие вызревания, предварительно пропускают через трубчатую
центрифугу, на которой получают осадок с невысоким содержанием
лака.

Очистку лаков, требующих вызревания, проводят на тарельча-
тых фильтрах, совмещая процессы фильтрования и адсорбции. По-
рошкообразный или мелковолокнистый адсорбент вводят в лак
либо применяют намывную фильтровальную перегородку или кар-
тон, обладающие адсорбционными свойствами.

Часто используют ступенчатую очистку лаков. Лаки, не тре-
бующие вызревания, пропускают: 1) через трубчатую центрифугу,
а затем через патронный фильтр; 2) последовательно через два
патронных фильтра, применяя на первой ступени патроны с боль-
шим размером пор; 3) через сетчатый фильтр (вибрационный или
другого типа), а затем через патронный фильтр. Лаки, требующие
вызревания, пропускают через тарельчатый фильтр, совмещая ад-
сорбцию и фильтрование, а затем через «контрольный» патронный
фильтр для улавливания в нем проскока адсорбента (на патрон-
ном фильтре с наименьшими размерами пор 5 мкм не отделяются
коллоидные частицы).

Для ускорения процессов центрифугирования и фильтрования
лаки нагревают до 40—80 °C.

ТРУБЧАТЫЕ ЦЕНТРИФУГИ

Трубчатые центрифуги применяются для очистки лаков от ча-
стиц, имеющих плотность, большую плотности лака.

В связи с высокой вязкостью лаков, даже нагретых до 60—
80 °C, и необходимостью отделения весьма тонких частиц для
очистки лаков используются трубчатые центрифуги с фактором
разделения f > 10 000, часто называемые сверхцентрифугами.

Ротор сверхцентрифуги представляет собой трубу диаметром
50—150 мм и длиной 400—800 мм. Он может вмещать небольшое
количество осадка. Удаление осадка осуществляется вручную
с выемкой ротора из корпуса центрифуги. Поэтому на трубчатых
центрифугах очищают лаки, содержащие <1% осадка. Получае-
мые в барабане осадки вследствие высокого значения фактора
разделения обычно содержат не более 35—40% жидкой фазы.

Для очистки лаков применяются трубчатые осветляющие (от-
деляющие твердую фазу от жидкой) центрифуги: ОТР-Ю — с рото-
рами внутренним диаметром 105 мм и частотой вращения
15000 об/мин; ОТР-15 — с ротором внутренним диаметром 150 мм
и частотой вращения 13500 об/мин. В центрифуге ОТР-Ю фактор
разделения f = 13 000, а в центрифуге ОТР-15 f = 15 000. Длина
ротора в обеих центрифугах одинакова — 750 мм. Объем ротора
в центрифуге ОТР-Ю составляет 6 л, в ОТР-15 — около 12 л.

На рис. XIV-1 дан общий вид сверхцентрифуги, а на рис. XIV-2
изображена конструкция центрифуги типа ОТР.

Трубчатый ротор 3 (рис. XIV-2) подвешен на тонком длинном
вале 2 и приводится во вращение от электродвигателя с помощью
ременной передачи. Внутри ротора установлена (неподвижно по
отношению к стенкам барабана) трехлопастная крыльчатка 4,
исключающая угловое вращение жидкости относительно стенок

барабана. Ротор центрифуги помещен в станине /, служащей одно-
временно кожухом. В нижней части торцовой крышки ротора
имеется отверстие, через которое по питающей трубке подается
лак. Осадок осаждается на стенках ротора, а очищенный лак по-
ступает из ротора в приемную камеру 5.

Рис. XIV-1. Трубчатая центрифуга (сверх-
центрифуга).

Рис. XIV-2. Трубчатая осветляющая цен-
трифуга (ОТР):

1 — станина; 2—вал; 3 — трубчатый ротор;

4—крыльчатка;	5 — приемная	камера;

6 — шкив двигателя; 7 — ролик натяжной.

При отложении осадка на стенках ротора уменьшается эффек-
тивный радиус. Когда он снизится до 25—30 мм, ротор вынимают
и чистят вручную.

Производительность трубчатой центрифуги ОТР-15 на лаке, на-
гретом приблизительно до 60 °C, составляет 500—1000 кг/ч.

Основные достоинства трубчатых осветляющих центрифуг:
1) низкое содержаний лака в осадке; 2) отсутствие необходимости
во вспомогательных материалах или сменных фильтрующих эле-
ментах.

Главные недостатки: 1) необходимость ручной очистки ротора;
2) сравнительно сложная конструкция.

ТАРЕЛЬЧАТЫЕ ФИЛЬТРЫ

В тарельчатых фильтрах фильтровальные элементы имеют
форму диска.

Тарельчатые (плитные) фильтры периодического действия ис-
пользуются для очистки лаков от частиц любой плотности и при
необходимости совмещения процессов фильтрования и адсорбции
при очистке лаков, требующих вызревания.

Трудности при фильтровании лаков возникают не только из-за
высокой их вязкости, но и потому, что содержащиеся в них легко
слипающиеся тонкие слизистые частицы быстро забивают поры
фильтрующей перегородки и образуют на ней слой осадка, трудно
проницаемый для жидкости.

Эффективным способом, ускоряющим фильтрование лаков и
повышающим их качество, является введение в лак перед его
фильтрованием вспомогательного вещества, благодаря которому
на фильтрующей перегородке получается пористый осадок [3—5].
В качестве таких веществ могут применяться различные мате-
риалы, в том числе обладающие адсорбционными свойствами —
перлит, микроасбест, диатомит.

Вспомогательные вещества подвергаются специальной обра-
ботке и выпускаются различных марок, например одна из фирм
выпускает 9 сортов намывных веществ из диатомита [5]. Отдель-
ные марки имеют сравнительно узкий гранулометрический состав.
Как правило, в них должны отсутствовать тонкие классы зерен,
резко увеличивающие сопротивление фильтрованию. Рекомендуется
для каждого типа лака подбирать оптимальную марку [4]. Рас-
ход намывного вещества зависит от вида лака, характера и коли-
чества загрязнений и колеблется от 0,1% для «тощих» алкидных
лаков до 1 % для «жирных», сильно загрязненных лаков и лаков на
природных смолах (содержание нерастворимых частиц в лаках —
0,1—0,5%).

Тарельчатые фильтры выпускаются с ручной и механизирован-
ной очисткой фильтровальных элементов от осадка.

В фильтрах с ручной разгрузкой осадка (рис. XIV-3) для об-
легчения его съема на тканевую или сетчатую перегородку филь-
тровального элемента накладывают лист плотной бумаги или кар-
тона и снимают его вместе с осадком. Бумага и картон должны
обладать механической прочностью, сохраняемой после их про-
питки лаком, а в случае необходимости — адсорбционными свой-
ствами. Имеется картон специальных марок (марки Т, ФМП) для
адсорбционного фильтрования лаков.

В фильтрах с ручной разгрузкой осадка применяются также
намывные фильтровальные перегородки и введение вспомогатель-
ных веществ в лак [4, 6].

В тарельчатом фильтре с ручной разгрузкой осадка (рис. XIV-3)
в цилиндрическом корпусе расположен ряд плоских круглых филь-
тровальных элементов — тарелок 3. Между тарелками помещен
перфорированный плоский диск, имеющий центральное отверстие,

на который накладывают сетку, а на нее фильтровальную ткань,
бумагу или картон. После сжатия тарелок с помощью болтов, раз-
мещенных по краю тарелок, и стяжного болта, расположенного
в центре тарелок, образуется ряд герметичных камер и канал для
отвода отфильтрованного лака. В камеры большего объема через
отверстия в бортах тарелок поступает подвергаемый очистке лак.

Фильтрование проводится при давлении порядка Рабс =
= 0,4 МПа. Давление повышают медленно во избежание быстрой

Рис. XIV-3. Тарельчатый фильтр с ручной раз-
грузкой осадка (типа «Спарклер»):

1 — фильтровальная бумага, картон, ткань или
сетка; 2—перфорированная пластина; 3—фильтро-
вальный элемент (тарелка); 4—диск для фильтро-
вания остатка лака; 5—труба для фильтрата,
проходящего через диск; 6—воздушник; 7—труба
для подачи лпка; 8—сливная труба.

закупорки пор фильтроваль-
ной перегородки. Фильтрат
попадает в центральный ка-
нал, образованный кольце-
выми выступами в середине
плит, и стекает через тру-
бу 8. Объем лака в корпусе
фильтра (включая полость
больших камер) при по-
верхности фильтрования
10 м2 может достигать
500 л. До разборки тарелок
содержимое корпуса пере-
дают в емкость для неочи-
щенного лака или, подавая
сжатый газ (СО2), отфиль-
тровывают.

При фильтровании с по-
мощью сжатого газа на дне
фильтра остается небольшое
количество лака. В филь-
тре, изображенном на рис.
XIV-3, для фильтрования
этого небольшого остатка

лака на дне помещена спе-
циальная фильтровальная пластина и получаемый фильтрат отво-
дится по трубе 5.

После освобождения корпуса от лака с помощью крана-укосины
снимают крышку, вынимают блок тарелок, вручную разбирают та-
релки, снимают осадок (толщина слоя 15—30 мм) и проводят по-
вторную сборку фильтровальных элементов.

Тарельчатые фильтры с ручной разгрузкой осадка выпускаются
поверхностью фильтрования до 15 м2 [4]. Наиболее часто приме-
няют фильтр поверхностью фильтрования 10 м2 (тип ТВ-10-2).

На производительность тарельчатого фильтра с ручной разгруз-
кой осадка помимо свойств лака большое влияние оказывает вид
фильтровальной перегородки и введение вспомогательных веществ
[7—9]. Среднечасовая производительность поверхности фильтро-
вания может колебаться в очень широких пределах, примерно от
50 до 1000 кг/(м2-ч). Для алкидных лаков она обычно составляет
100—200 кг/(м2-ч).

Достоинствами тарельчатого фильтра с ручной разгрузкой
осадка являются высокая степень очистки лака и возможность
совмещения фильтрования с адсорбцией. Главные недостатки —
ручная разгрузка осадка со сложной, трудоемкой разборкой и
сборкой фильтра и сравнительно низкая производительность.

Тарельчатый фильтр с механизированной разгрузкой осадка
(типа «Пфунда») показан на рис. XIV-4. Фильтровальные эле-
менты имеют форму диска, верхняя сторона
которого плоская или несколько вогнутая, сет-
чатая, а нижняя — глухая, коническая. Филь-
тровальные элементы соединены с полым вер-
тикальным валом, по которому стекает филь-
трат. Вал соединен с приводом, но вращает-
ся вместе с дисками только при разгрузке
осадка.

Фильтр работает с намывным слоем вспо-
могательного вещества. После образования
намывного слоя подают под давлением Рабс =
= 0,4 4- 0,6 МПа очищаемый лак и, когда рез-
ко снизится скорость фильтрования, спускают
содержимое корпуса фильтра в расходную
емкость. После этого приводят в быстрое
вращение вал с дисками. Отложившийся на
верхней поверхности дисков осадок вместе
с намывной перегородкой центробежными си-
лами сбрасывается с них на стенки корпуса и
разгружается, стекая по коническому днищу.
Работа фильтра может быть полностью авто-
матизирована.

Намывную перегородку из вспомогатель-
ных веществ получают следующим способом
(см. рис. XI-4). В аппарат с мешалкой 17 за-
гружают из приемника 13 очищенный лак и
из бункера 14 порошкообразный материал для
получения фильтровальной перегородки. Сус-
пензию намывного материала с помощью
насоса 19 пропускают через тарельчатый
фильтр с механизированной разгрузкой осад-
ка 16, возвращая мутный фильтрат в аппарат

поступать прозрачный фильтрат, т. е. будет намыта необходи-
мая фильтровальная перегородка, суспензию из корпуса фильтра
передают в аппарат 17 и начинают фильтрование подлежащего
очистке лака, подаваемого насосом из приемника 7. Очищенный
лак стекает в приемник 13. Расход веществ для образования на-
мывной перегородки колеблется от 150 до 600 г/м2. В случае не-
обходимости в лак, подвергаемый очистке, вводят вспомогательные
вещества.

Тарельчатые фильтры с механизированной разгрузкой осадка
находят широкое применение для отделения тонких слизистых
263

Рис. XIV-4. Тарельчатый
фильтр с механизиро-
ванной разгрузкой осад-
ка (типа «Пфунда»):

/ — корпус; 2—крышка;
3 — привод; 4 — фильтро-
вальные элементы (та-
релки — плиты); 5— полый
вал; 6 — патрубок для по-
дачи очищаемого лака;
7—патрубок для слива
очищенного лака; 8 — па-
трубок для разгрузки
осадка.

17. Когда начнет

веществ, взвешенных в вязких жидкостях, и для совмещения процес-
сов фильтрования и адсорбции [4—6]. Они успешно используются
при рафинации масел [10]. Фильтры выпускаются поверхностью
фильтрования 10, 15 и 20 м2. Создан фильтр поверхностью 40 м2.

Применение тарельчатых фильтров с механизированной раз-
грузкой осадка для очистки лаков сдерживается ограниченностью
в настоящее время марок вспомогательных веществ для образова-
ния намывной перегородки и введения в лак. Роль-вспомогатель-
ных веществ при фильтровании лаков настолько велика, что фир-
мы, выпускающие современные типы фильтров, отмечают, что
«бесполезно искать новые и идеальные фильтрующие аппараты, если
отсутствуют соответствующие вспомогательные материалы» [4].

Рис. XIV-5. Плитный (тарельчатый) фильтр для высоковязких лаков.

Основные достоинства тарельчатого фильтра с механизирован-
ной разгрузкой осадка: 1) комплексная механизация и автомати-
зация процесса фильтрования; 2) высокая степень очистки вязких
жидкостей, в том числе требующих совмещения фильтрования с ад-
сорбцией; 3) возможность большой производительности единич-
ного аппарата; 4) полная герметизация процесса фильтрования

Главные недостатки: 1) применение специальных марок ве-
ществ для образования намывной фильтровальной перегородки
(а также для введения в лак); 2) необходимость сеток (проволоч-
ных, тканевых) большой ширины; 3) сложность конструкции.

К тарельчатым относится также плитный фильтр для высоко-
вязких лаков (рис. XIV-5).

В производстве лаков на основе эфиров целлюлозы возникает
необходимость фильтрования высоковязких растворов. Для обес-
печения приемлемой производительности поверхности фильтрова-
ния при высокой вязкости раствора коллоксилина перепад давле-
ния достигает 1 —1,5 МПа.

Плитный фильтр состоит из двух выпуклых чаш, разделенных
толстой стальной пластиной, на которую укладывается фильтро-
вальная перегородка из нескольких слоев ваты и марли, покрытых

сверху металлической сеткой. Верхняя чаша откидывается на шар-
нире и соединена с контргрузом. Осветляемый лак с помощью вин-
тового насоса подается в полость верхней чаши, а отфильтрован-
ный вытекает из нижней чаши.

ПАТРОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

В патронных фильтрах фильтровальные элементы имеют форму
цилиндра с большим отношением длины к диаметру.

Для очистки лаков могут применяться патронные фильтры со
сменными фильтровальными элементами из волокнистого мате-

риала одноразового использования (па-
тронные фильтры типа «Кюно»).

В патронных фильтрах сменные филь-
тровальные элементы представляют со-
бой толстостенные короткие твердые
трубки, выдерживающие давление Рабс =
= 0,64-1,1 МПа. Они имеют диаметр
70—100 мм, высоту ~250 мм, толщину
стенки 20—30 мм и изготовлены из при-
родных или синтетических волокон, «сце-
ментированных» специальными вещест-
вами. Большая толщина пористой стен-
ки патрона исключает проскок крупных
частиц, как это имеет место в сетчатых
фильтрах. Патроны выпускаются с оп-
ределенными размерами пор — от 5 до
~100 мкм. Тонкие частицы проникают
глубоко в поры патрона, их не удается
удалить обратным потоком жидкости,
поэтому патроны используются одно-
кратно. Даже при наименьшем размере
пор 5 мкм фильтр не задерживает кол-
лоидные частицы.

Для развития поверхности фильтро-
вания патронного фильтра в него поме-
щают большое число фильтровальных
элементов. На рис. XIV-6 изображен
фильтр с патронами, собранными из трех
сменных фильтровальных элементов.
В корпусе фильтра 1 на перегородке 7
закреплены перфорированные трубки 2.

Рис. XIV-6. Патронный фильтр
со сменными фильтровальными
элементами (типа «Кюно»):

1— корпус; 2— перфорированная
трубка; 3 —сменный фильтро-
вальный элемент; 4 — крышка;
5—пружина; 6 — гайка; 7 — пере-
городка; 8 — патрубок для от-
фильтрованного лака; 9— па-
трубок для подачи инертного
газа; 10 — патрубок для подачи
фильтруемого лака.

На трубки помещают

фильтровальные элементы 3 и уплотняют места их стыков с по-
мощью пружин 5, прижимая крышку 4 к фланцу корпуса с по-

мощью гайки 6. Подвергаемый очистке лак подается в фильтр ше-
стеренчатым насосом через патрубок 10, и отфильтрованный лак
стекает через патрубок 8 в приемник. Перед заменой фильтроваль-

ных элементов их промывают растворителем для извлечения лака
и продувают обратным током инертного газа (например азота),
подавая его через патрубок 9.

В применяемых фильтрах число сменных элементов, диаметром
70 мм, доходит до 42 (поверхность фильтрования 2,3 м2). Разраба-
тывается конструкция фильтров с большим числом элементов и
автоматическим устройством для их замены.

Пропускная способность фильтровального элемента одноразо-
вого использования зависит от содержания и размеров нераство-
римых частиц в лаке, размеров пор в фильтре и других факторов.
При фильтровании под давлением Рабс = 0,6 МПа и температуре
лака 60—80 °C пропускная способность может колебаться от 100
до 1000 кг; для алкидных лаков она часто составляет 200—400 кг.
Для повышения пропускной способности фильтровального эле-
мента используют двухступенчатую очистку лака (см. рис. XI-4),
устанавливая на первой ступени трубчатую центрифугу, а на вто-
рой — патронный фильтр или два последовательно работающих
патронных фильтра (первый фильтр с большими размерами пор).

Достоинство патронных фильтров — хорошая степень очистки
лаков, не требующих вызревания. Основные недостатки: 1) расход
дорогостоящих фильтровальных элементов; 2) ручная замена филь-
тровальных элементов; 3) ограниченная производительность еди-
ничного аппарата. В настоящее время патронные фильтры срав-
нительно широко применяются для очистки лаков. Они эффек-
тивны при низком содержании нерастворимых частиц, т. е. при
большой пропускной способности фильтровального элемента од-
норазового использования.

Для очистки лаков испытывался патронный фильтр с сетчатыми
патронами и намывной фильтровальной перегородкой, сбрасывае-
мой вместе со слоем осадка обратным током фильтрата; получае-
мый при этом осадок содержал неприемлемо большое количество
лака [11].

ЛИТЕРАТУРА

I.	Дринберг А. Я. Технология пленкообразующих веществ. Л., Госхимиздат,
1955. 651 с.

2.	Фельдман И. С., Давыдов А. В., Лучанский Л. И. — Лакокрасочные мате-
риалы и их применение, 1968, № 6, с. 40—41.

3.	Белявский В. Е. — Там же, 1963, № 3, с. 82—89.

4.	Каталог фирмы «Спарклер» (Нидерланды).

5.	Каталог фирмы «Хешар» (Швейцария).

6.	Каталог фирмы «Зейтц» (ФРГ).

7.	Белявский В. Е. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1961, № 6,
с. 73—75.

8.	Герштейн С. И., Карпов А. М., Солиенко В. И. — Там же, 1969, № 6,
с. 54—55.

9.	Федотов Л. А., Мужиков В. А., Рейбах М. С. и др. — Там же, 1971, № 5,
с. 20—22.

10.	Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и
жиров. Т. II. Л., ВНИИЖ, 1973. 350 с.

11.	Карпов А. М., Ходорова Т. Г., Герштейн С. И. — Лакокрасочные материалы
И их применение, 1972, № 2, с. 63—66.

Глава XV

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

К вспомогательному оборудованию производств пленкообразую-
щих веществ в основном относятся аппараты для плавления кани-
фоли и охлаждения смол, роторно-пленочные испарители, трубча-
тые теплообменники обычного типа, а также оборудование для
очистки газов.

Канифоль поступает в виде монолита в деревянных бочках или
в виде гранул. Сняв с бочки обручи, разбирают ее. Канифоль
в виде монолита разбивают на крупные куски. Кусковую или гра-
нулированную канифоль плавят в аппарате (рис. XV-1, а), в кото-
ром помещен щит для предохранения днища от удара крупными
кусками канифоли.

Разборка бочки и дробление монолита проводятся вручную и
связаны с потерями и загрязнением канифоли. На рис. XV-1,6 по-
казан аппарат для выплавления (вымывания) канифоли из бочки
струей горячей жидкой канифоли. С одного торца бочки (предва-
рительно очищенной снаружи) снимают днище и с помощью кра-
на-укосины устанавливают ее в загрузочной камере открытым тор-
цом вниз. Канифоль, нагретая в теплообменнике на 40—60 °C выше
температуры плавления, подается обогреваемым насосом в сопла.
Вытекающие из сопел струи, омывая монолит канифоли, распла-
вляют его.

Расплавленная канифоль дозируется в реакторы с помощью
обогреваемых насоса-дозатора, счетчика-дозатора или весового
мерника. Она транспортируется по обогреваемым трубопроводам
самотеком или с помощью обогреваемых шестеренчатых насосов.
Аналогичным методом выплавляют фенол из барабана.

В отличие от производств пластических масс в производствах
пленкообразующих веществ синтезируемые смолы не отверждают,
а растворяют. Только в отдельных случаях возникает необходи-
мость отверждения смол.

Для охлаждения расплава смол применяют холодильные ка-
меры, вагоны-холодильники периодического действия и различного
типа аппараты непрерывного действия — барабанные, ленточные,
распылительные, червячные и др. [1]. Наиболее широкое распро-
странение нашли барабанные и ленточные охладители для термо-
пластичных полимерных материалов [2]. При применении охлади-
телей непрерывного действия расплав смолы из реактора сначала
передают в приемник, а затем в охладитель. В приемнике расплав
смолы находится длительное время, что может отразиться на

свойствах термореактивных смол. Поэтому термореактивные смолы
охлаждают в холодильных камерах и вагонах-холодильниках,
в которые можно сразу слить содержимое реактора и быстро сни-

Рис. XV-1. Аппараты для плавления канифоли:

а— аппарат для плавления кусковой и грану*
лированной канифоли; б — аппарат для плавле-
ния монолита канифоли в бочках;

1 — корпус; 2—рубашка; 3—щит; 4—загрузоч-
ная воронка; 5—откидная крышка; 6—загру-
зочная камера; 7 — сопла; 8—приемник для
расплава; 9—рубашка; 10 — насос; 11—тепло-
обменник.

Для ускорения охлаждения
шают водой с последующей сушкой

зить в них температуру рас-
плава.

На рис. XV-2, а показан
барабанный охладитель. Из
щелевого отверстия обогревае-
мого загрузочного бункера
расплав смолы стекает на по-
верхность полого барабана.
Внутренние стенки барабана
орошаются водой. Толщина
слоя смолы на барабане обыч-

но составляет 1—3 мм, и ох-

лажденная смола срезается с
поверхности барабана ножом.
Толщину слоя смолы регули-
руют, меняя с помощью винтов
зазор между щелевым отвер-
стием бункера и барабаном,
слой смолы на барабане оро-
отвержденной смолы на поме-

щенном в кожух сетчатом ленточном транспортере. Нагретый воз-

дух подается в кожух.

Ленточный охладитель непрерывного действия (рис. XV-2, б)
представляет собой ленточный транспортер (заключенный в гер-

iff и/ и/ w w и/ и/ \и и/ и/

€

У у | у у У у W it у

ТА Д* *	A	I	А	Д 1	Д	I

/П /П /Н	/И	/II	/II	/И /П	ц\	/и

-	-711 /нт /и	/н/II	/и	,п m	/п	,н

Рис. XV-2. Аппараты непрерывного действия для охлаждения расплава смолы:
а—барабанный охладитель; б—ленточный охладитель;

1 — барабан; 2—бункер; 3— нож; 4—винт; 5—вал; .6 — коллектор; 7 — стальная лента; 8—огра
ничитель толщины слоя.

метичный корпус) с тонкой стальной лентой (шириной 200—
1500 мм), орошаемой снизу водой. На ленту поступает расплав
смолы, толщина слоя которого регулируется обогреваемым огра-
ничителем толщины слоя или способом, аналогичным применяе-
мому в барабанном охладителе.

При малой величине адгезии смолы к металлу применяют не
барабанный, а ленточный охладитель.

В холодильных камерах, представляющих собой полочные
шкафы или камеры, в которые вкатывают полочные вагонетки,
расплав смолы сливают на противни. Для ускорения охлаждения
через камеры продувают воздух и противни устанавливают на пло-
ские змеевики — полки, охлаждаемые водой. После охлаждения
расплава его вручную выгружают из противней.

При большой глубине противней (>100 мм) охлаждение про-
текает медленно и может сказаться на свойствах термореактивных
смол. Более быстрое охлаждение осуществляется в вагонах-холо-
дильниках, являющихся более совершенными охладителями, чем
холодильные камеры.

На платформе вагона-холодильника установлен набор верти-
кально расположенных плит, снабженных рубашками для проточ-
ной воды. При сжатии плит образуются узкие камеры (шириной
30—35 мм). В период слива смолы вагон движется с определенной
скоростью под лотком, через который сливается расплав смолы, и
камеры поочередно заполняются расплавом. Пропуская воду че-
рез рубашку, проводят отверждение смолы, затем раздвигают
плиты и вручную сбрасывают твердую смолу в бункер, установлен-
ный под вагоном-холодильником.

При получении некоторых синтетических смол (фенолоальде-
гидных, эпоксидных и др.) возникает необходимость отгонки — ис-
парения воды или растворителей. Проведение этой операции в ем-
костных реакционных аппаратах и испарителях периодического и
непрерывного действия (исключая пленочные испарители) свя-
зано с длительным нахождением смолы в аппарате, которое может
отразиться на качестве термореактивных смол. Применение ротор-
ного пленочного колонного испарителя (рис. XV-3) позволяет со-
кратить длительность выпарки до долей минуты.

Роторный пленочный испаритель представляет собой колонну
с паровой рубашкой и рамной быстровращающейся мешалкой с по-
движными плотно прилегающими к стенке скребками (окружная
скорость скребков ~1—3 м/с), значительно повышающей коэффи-
циент теплоотдачи от стенки к пленке, которая стекает по вну-
тренней поверхности колонны [3]. Этот испаритель может работать
под давлением и под вакуумом. Вследствие короткого времени
пребывания обрабатываемого продукта в испарителе в отдельных
случаях возникает необходимость многократного его пропускания
через испаритель; при непрерывном методе работы несколько ис-
парителей устанавливают последовательно [4].

Роторно-пленочные аппараты применяются и как реакторы.

В качестве пленочного испарителя может быть применен одно-
ходовый трубчатый теплообменник с большой скоростью движения
в нем паров, успешно используемый при синтезе фенолоальдегид-
ных новолачных смол (см. гл. XI).

Вспомогательное оборудование, применяемое в производствах
пленкообразующих веществ для фасовки готовой продукции, тран-
спортировки материалов и т. д., описано в гл. X и XX.

Рис. XV-6. Барботаж-
ный скруббер:

1 — корпус; 2 — труба
(барботер) для под-
вода газов; 3—патру-
бок для отвода газов;
4— патрубок для под-
вода воды; 5 — слив
ной патрубок.

При блочном методе синтеза алкидов иногда перед скруббером
устанавливают полую камеру для улавливания в ней фталевого
ангидрида.

Применение «азеотропного» метода синтеза алкидов вместо
блочного снижает почти в 20 раз объем отбросных газов, во много
раз уменьшает расход воды и облегчает очистку
газов. При «азеотропном» методе для промывки
газов применяют скруббер барботажного типа
(рис. XV-6). Отбросные газыноступают в скруб-
бер через центрально расположенную трубу,
нижний обрез которой имеет зубчатую форму.
При погружении нижнего обреза трубы на не-
большую глубину в жидкость образуется коль-
цевой барботер. Постоянный уровень жидкости
в скруббере поддерживается с помощью пере-
ливного патрубка.

Существенным недостатком дезодорацион-
ного метода является высокая концентрация ак-
ролеина в газах, выбрасываемых через трубу.
Несмотря на ее высоту 60—80 м, концентрация
акролеина в приземных слоях атмосферы, в ра-

диусе несколько сот метров от выброса газов, во много раз превы-
шает допустимую (0,1 мг/м3).

При двухстадийном методе очистки газ сначала промывают
водой в скрубберах, удаляя конденсирующиеся вещества, вызы-
вающие забивку трубопроводов, соединяющих реакторы с обору-
дованием для окисления несконденсировавшихся органических со-
единений. Окисление газов, несконденсировавшихся при промывке

Рис. XV-7. Циклонная печь для термической очистки отбросных газов [7]:

1 — камера-топка; 2—плоские крышки; 3—конический патрубок; 4—патрубок для отходящих
газов; 5—патрубок для подвода отбросных газов; 6—рубашка; 7—каналы для отбросных
газов.

водой, проводят кислородом воздуха при температуре 700—900 °C
в печах (сжигание) или в присутствии катализаторов в контакт-
ных аппаратах.

Для сжигания органических веществ наиболее эффективна печь
с циклонной топкой [6]. Конструкция циклонной печи, применяе-
мой для сжигания предварительно промытых водой газов, получае-
мых при синтезе алкидов, приведена на рис. XV-7 [7]. Печь пред-
27?

ставляет собой горизонтальную цилиндрическую камеру-топку
с плоскими крышками, футерованную огнеупорным кирпичом и
заключенную в рубашку. Отбросные газы подаются по патрубку 5
в рубашку 6, подогреваются в ней и по тангенциально располо-
женным каналам 7 поступают в печь, что создает спиральный

Рис. XV-8. Схема двухступенчатой очистки отбросных газов со сжиганием органических
веществ в печи:

1 — реактор; 2—барботажный скруббер; 3—каплеуловитель; 4 — огнепреградитель; 5—венти-
лятор; 6 — печь для сжигания органических веществ; 7 —дымовая труба.

(циклонный) поток газов в печи. Вихревая горелка для природ-
ного газа присоединяется к коническому патрубку 3. Из печи газы
выходят через патрубок 4.

Природный газ сжигают, подавая в горелку воздух или часть
очищаемых газов, если концентрация в них кислорода близка

к 20%. В печи поддерживается тем-
пература 700—800 °C. Степень
очистки газов составляет 96—98%,
расход природного газа — около
0,03 м3 на 1 м3 очищаемых газов
[7, 8].

На рис. XV-8 дана схема двух-
стадийной очистки отбросных газов,
поступающих из реакторов для син-
теза алкидов «азеотропным» мето-
дом, в которой на первой стадии
применен барботажный скруббер, а
на второй — циклонная топка.

Каталитическое окисление (рис.
XV-9) проводят в полочном кон-
тактном аппарате. Общее гидравли-

Рис. XV-9. Схема установки для катали-
тического окисления органических
веществ в отбросных газах [5]:

1 — огнепреградитель; 2— подогреватель;

3 — полочный	контактный аппарат;

4 — вентилятор.

ческое сопротивление контактного

аппарата не должно превышать 3 кПа (~300 мм вод. ст.). Тол-
щина слоя меднохромового катализатора на полках — 5—10 см
[5]. Температура в слоях катализатора поддерживается в пре-
делах 300—320 °C. Газы, подлежащие очистке, и воздух (если
в очищаемых газах низка концентрация кислорода) перед их по-
дачей в полочный контактный аппарат 3 нагревают в теплообмен-
нике 2 до 200—300 °C. До подачи отбросных газов на каталитиче-
ское окисление органических веществ их промывают водой, как и

при методе окисления сжиганием (см. рис. XV-5). Каталитическое
окисление более сложно, чем термическое (сжиганием в печи), но
при низком содержании органических веществ в газах требует
меньшего расхода теплоты.

При промывке отбросных газов водой получаются сточные
воды (в больших количествах при дезодорационном методе очистки
газов и блочном методе синтеза алкидов и во много раз меньших
при «азеотропном» методе). Обычно они содержат органические
вещества, нерастворимые в воде, низкомолекулярные кислоты, фта-
левую кислоту и другие соединения, растворимые в воде, и насы-
щены акролеином. Эти сточные воды подлежат обезвреживанию.
Их сначала освобождают от нерастворимых веществ с помощью
ловушек обычного типа, а затем подвергают очистке от раствори-
мых веществ.

Имеется большое число химических и физико-химических ме-
тодов очистки сточных вод от органических веществ [9]. Разрабо-
таны методы очистки сточных вод, получаемых при промывке от-
бросных газов синтеза пленкосбразующих веществ, окислением со-
держащихся в них органических продуктов кислородом воздуха до
двуокиси углерода и воды в печах и контактных аппаратах, при-
меняемых при очистке газов (см. рис. XV-7, XV-9) [1]. Эти методы
связаны со сравнительно большими затратами энергии, но позво-
ляют, охлаждая в воздушных теплообменниках смесь газов с па-
рами воды, осуществить возврат воды в цикл, т. е. создать замк-
нутый водооборот в системе очистки газов.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Белявский В. Е., Ту минский А. С., Абатурова Т. П. — Лакокрасочные мате-
риалы и их применение, 1963, № 6, с. 70—75.

2.	Козулин Н. А., Шапиро А. Я., Гавурина Р. К. Оборудование для производства
и переработки пластических масс. Л., Химия, 1963. 783 с.

3.	Николаев В. Б., Удыма П. Г. Новое оборудование для заводов химической
промышленности. М., Машиностроение, 1960. 135 с.

4.	Андреев И. П., Гельперин Н. И., Туманский А. С. — Лакокрасочные мате-
риалы и их применение, 1974, № 1, с. 60—61.

5.	Сахарное А. В. Очистка сточных вод и газовых выбросов в лакокрасочной
промышленности. М., Химия, 1971. 144 с.

6.	Головатый С. Л., Гольдендрут А. Н. — Лакокрасочные материалы и их при-
менение, 1968, № 4, с. 65—68.

7.	Гула И. Н. — Там же, 1971, № 5, с. 66—67.

8.	Данилевич Ю. И., Юрко В. А. — Там же, 1972, № 4, с. 77—79.

9.	Проскуряков В. А., Шмидт Л. И. Очистка сточных вод в химической про-
мышленности. Л., Химия, 1977. 463 с.

Часть третья

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ КРАСОК

Глава XVI

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПОЛУЧЕНИЯ КРАСОК

Краски являются наиболее многотоннажной лакокрасочной
продукцией. Они представляют собой тонкодисперсные суспензии
пигментов и наполнителей в пленкообразующих веществах или их
растворах.

Индивидуальные свойства пленкообразующих веществ, пигмен-
тов, растворителей, а также других компонентов, вводимых в слож-
ную красочную систему, во многом определяют свойства красок и
получаемых из них пленок. Однако процесс получения красок и
используемое для его проведения оборудование оказывают боль-
шое влияние на степень использования оптических свойств пигмен-
тов (укрывистости, красящей и разбеливающей способности) и на
качество красок и покрытий (см. гл. XVII).

Получение эмалей состоит из следующих стадий: 1) дисперги-
рование пигментов в части жидкой фазы эмали (полуфабрикат-
ном лаке, смеси лака с растворителями, а иногда и с сиккативом)
с получением так называемой пигментной пасты (или суспензии,
условно называемой ниже пастой); 2) составление эмали — сме-
шение пигментной пасты или пигментных паст с остальным коли-
чеством лака и другими составными частями эмали; 3) колеровка
эмали — подгонка цвета эмали к эталону; 4) получение нормируе-
мой вязкости эмали добавкой небольших количеств резервируемых
растворителей (колеровку эмали и подгонку ее вязкости называют
установкой эмали «на тип»); 5) очистка эмали от крупных частиц
пигментов, пленок и т. д., которую принято называть очисткой
эмали от сорности; 6) фасовка эмали.

Главная особенность производств эмалей — большой их ассор-
тимент по цветам (для алкидных и некоторых других эмалей также
и по маркам пленкообразующих веществ). В состав большинства
цветных эмалей входят несколько пигментов.

Имеются три способа получения эмалей. По первому из них
(однопигментному) получают однопигментные пасты и смешивают
их при составлении эмали; по второму (многопигментному) гото-
вят пигментную пасту из всех пигментов, входящих в эмаль; по
третьему (комбинированному) из нескольких пигментов, входящих

в рецептуру эмали, делают многопигментную пасту, из отдельных
пигментов — однопигментные пасты, а затем их смешивают при
составлении эмалей.

Однопигментный способ позволяет получать разнообразные по
цвету эмали, исходя из небольшого числа однопигментных паст, и
упростить осуществление непрерывного способа смешения пигмен-
та с жидкой фазой пасты. Установив цвет, красящую и разбели-
вающую способность однопигментных паст не только легче скор-
ректировать рецептуру эмали, но и возможно с помощью ЭВМ
полностью автоматизировать операции составления и колеровки
эмали.

При отдельном диспергировании каждого пигмента можно в за-
висимости от его индивидуальных свойств подобрать оптимальные
рецептуру пасты, вид и режим работы диспергатора, обеспечиваю-
щие максимальную производительность оборудования, применен-
ного для получения однопигментной пасты. Вследствие сравни-
тельно большого ассортимента лаковых основ эмалей главными
недостатками этого метода являются необходимость установки
большого числа приемников с мешалками для однопигментных
паст, сложные коммуникации для подачи паст в аппараты для
составления эмалей, трудность точной дозировки однопигмент-
ных паст.

При втором способе отпадает необходимость применения боль-
шего числа приемников паст и коммуникаций для транспортировки
паст. Его недостатки: 1) трудность корректировки рецептуры
эмали и колеровки; 2) низкая производительность диспергатора
при неблагоприятных комбинациях пигментов в смеси; 3) слож-
ность осуществления непрерывного автоматизированного метода
смешения пигментов с жидкой фазой пасты из-за трудности точной
дозировки в определенных соотношениях большого числа пиг-
ментов.

Первый метод целесообразно применять в цехах, выпускающих
значительное число марок эмалей по цвету, и в цехах большой
мощности. Второй метод широко используется в действующих це-
хах эмалей небольшой и средней мощности, выпускающих сравни-
тельно ограниченное число марок эмалей. Комбинированный спо-
соб применяется при получении светлых цветных эмалей, основной
частью которых является паста белого пигмента.

На рис. XVI-1 приведена технологическая схема, отражающая
распространенное в настоящее время аппаратурное оформление
процесса получения наиболее массовых алкидных эмалей по спо-
собу многопигментных паст.

В смеситель периодического действия с дискозубчатой мешал-
кой (дисольвер) 1 объемом ~ 1—3 м3 с помощью весового мер-
ника 3 или счетчиков-дозаторов 4 загружают лак, растворитель и
иногда сиккатив (ниже их смесь будет называться жидкой частью
пасты), входящие в состав жидкой фазы паст. Пигменты, посту-
пающие в бумажных мешках, выгружаются в смеситель 1 вручную
через вентилируемую камеру 2.

Дозировка пигментов осуществляется по счету мешков. Полу-
ченная многопигментная легкотекучая паста сливается в прием-
ник 5 и из него с помощью насоса-дозатора 6 (с бесступенчатым
регулированием производительности) непрерывно подается в би-
серную машину 7. Из бисерной машины паста стекает в приемный
бак 8, снабженный контрольной сеткой, задерживающей отрабо-
танный бисер и осколки бисера.

Рис. XVI-1. Технологическая схема получения эмалей по методу многопигментных пасу:

1 — смеситель периодического действия с дискозубчатой мешалкой (дисольвер); 2—камера;
3 — весовой мерник; 4 — жидкостные счетчики-дозаторы; 5 — приемник для пигментной пасты;
6, 9 — насосы дозаторы; 7—бисерная машина; 8 — приемный бак с контрольной сеткой;
10—шаровая мельница или диспергатор ЛТИ-1; 11— шестеренчатый насос; 12 — приемник для
многопигментной пасты; 13 — приемник для однопигментной пасты; 14 — приемник для паст,
поступающих из шаровой мельницы; 15—дежа; 16—аппарат (смеситель) для составления и
колеровки эмалей; 17 — приемник для эмали; 18 — сетчатый фильтр; 19 — патронный фильтр
(типа «Кюно»); 20 — одновальная машина с фильтрующим брусом; 21 — центрифуга.

Бесступенчатым насосом-дозатором 9, сблокированным с насо-
сом^дозатором 6, из бака 8 откачивается такой же объем пасты,
какой подается насосом 6 в бисерную машину. Паста передается
в приемник 12. При применении комбинированного метода, часто
используемого для отдельного получения пасты белого пигмента,
являющейся основой светлых цветовых эмалей, полученная одно-
пигментная паста поступает в приемник 13.

В аппарат (смеситель) для составления и колеровки эмалей 16
загружают с помощью счетчиков-дозаторов 4 или весового мер-
ника 3 сиккатив, лак и растворитель, входящие в рецептуру эмали,
за вычетом количеств, израсходованных для получения пигмент-
ных паст. Из приемника 12 с помощью весового мерника 3 загру-

Рис. XVI-2. Технологическая схема получения эмалей по методу однопигментных паст:

/ — контейнер; 2 — рукавный фильтр; 3 —бункер с вибрирующим днищем; / — эластичное
кольцо; 5—вибрирующее днище; 6 — весовой дозатор непрерывного действия; 7 — винтовой
транспортер; 8, 19 — двухступенчатые смесители непрерывного действия; 9— расходомер;
10 — емкость для смеси жидких компонентов пасты; 11 — смеситель периодического действия;
12 — счетчик-дозатор; 13— воздушники; 14, /7—насосы-дозаторы; 15— бисерная машина или
атритор непрерывного действия с отбойными лопастями; 16 — приемный бак с контрольной
сеткой; /8 —приемник для лака; 20 — шестеренчатые насосы; 21— дежа; 22— автоматический
клапан; 23— приемники для олнопигментных паст; 24—аппарат для составления и колеровки
эмали; 25—рычажные или тензометрические весы; 26 —сетчатый фильтр; 27 —патронный
фильтр (типа «Кюно»); 28 — приемник для эмали; 29 — фасовочная мащицд.

компоненты загружают с помощью счетчиков-дозаторов 12 в сме-
ситель периодического действия 11. Полученную смесь — жидкую
часть пасты — передают в приемник 10.

Из бункера 3 с помощью весового дозатора непрерывного дей-
ствия 6 пигмент непрерывно подается в двухступенчатый смеситель
непрерывного действия 8, снабженный дискозубчатой мешалкой и
водяной рубашкой. В него непрерывно через расходомер 9 посту-
пает жидкая часть пасты. Объем смесителя 8 небольшой (100—

300 л), примерно в два раза больше
объема бисерной машины.

За рубежом [1] выпускаются би-
серные машины, сблокированные
со шнековым смесителем для непре-
рывного смешения пигментов с жид-
кой частью пасты и подачи пиг-
ментной пасты в бисерную машину
(рис. XVI-3). Пигмент из бунке-
ра 1, снабженного устройством 2
для перемешивания и вибратором 3,
присоединенным к корпусу, подает-
ся с помощью винтового транспор-
тера 4 в весовой дозатор непрерыв-
ного действия 5.

Пигмент из весового дозатора 5

Рис. XVI-3. Схема установки бисерной
машины, сблокированной со шнековым
смесителем непрерывного действия [1J:
1 — бункер; 2 — перемешивающее устрой-
ство; 3 — вибратор; 4 — винтовой транс-
портер; 5—дозатор непрерывного дей-
ствия; 6 — шнековый смеситель; 7 — би-
серная машина; 8 — приемник для
жидкой части пасты; 9 — расходомер.

и жидкая часть пасты из прием-
ника 8 через расходомер 9 непре-
рывно поступают в шнековый сме-
ситель непрерывного действия 6,
* сблокированный с корпусом (кон-
 тейнером) бисерной машины 7.

Объем шнекового смесителя значи-

: тельно меньше объема бисерной машины. Из этого следует, что
пасту, подаваемую в бисерную машину, не обязательно получать
i в смесителе с дискозубчатой мешалкой (дисольвере).

' Из смесителя 8 (рис. XVI-2) легкотекучая пигментная паста,
пройдя через переточную трубу, поддерживающую постоянный
(уровень пасты в смесителе и снабженную воздушником 13, посту-
пает в бисерную машину (или атритор непрерывного действия с от-
 бойными лопастями) 15. Если смеситель обслуживает 2—3 бисер-
| ные м'ашины, их устанавливают последовательно. Это повышает
[эффективность машин и упрощает автоматизацию процесса диспер-
гирования.

t Работа бисерной машины и смесителя автоматизированы. Па-
f ста стекает из бисерно?! машины в приемный бак 16, снабженный
контрольной сеткой, и часть ее непрерывно подается в прибор не-
h прерывного действия для определения степени перетира, основан-
[ ный на измерении блеска слоя пигментной пасты определенной
толщины [2]. При отклонении от заданной степени перетира фото-
i метрическое устройство прибора, сблокированное с дозаторами,
I	281

уменьшает или увеличивает подачу пигмента и жидкой части па-
сты в смеситель.	,

Насос-дозатор 14 устанавливается на максимально возможную
производительность бисерной машины.

Однопигментная легкотекучая «тощая» паста из бака 16 насо- 
сом 17 передается в двухступенчатый смеситель непрерывного дей- .
ствия 19 для стабилизации ее агрегативной устойчивости с по-
мощью лака, поступающего из приемника 18. Стабилизованная
паста поступает в один из приемников для однопигментных паст 23.
При отсутствии необходимости стабилизации паста из бака 16 пе-
редается насосом 17 непосредственно в приемники 23.

Составление эмали и ее колеровка осуществляются одновре-
менно, автоматически и с применением ЭВМ. До проведения со-
ставления эмали, совмещенной с колеровкой, определяют характе-
ристики цвета однопигментных паст (цветовой тон, чистоту цвета
и яркость) в системе XYZ при различной степени разбела и в не-
обходимых сочетаниях с другими пигментными пастами, а также
красящую (для цветных паст) или разбеливающую (для белых
паст) способность. До определения этих колориметрических ха-
рактеристик количества однопигментных паст в приемниках 23
должны быть достаточны для составления эмали в аппарате 24
(его объем может доходить до 30 м3). Из бисерных машин пасты
непрерывно поступают в приемники 23. Во избежание изменения
колориметрических характеристик пасты, содержащейся в прием-
нике, до отбора из него пробы переключают поступление пасты из
бисерной машины в другой приемник, что приводит к необходимо-
сти установки двух приемников для каждой пасты.

Аппарат для составления и колеровки эмали (смеситель) 24
установлен на рычажных или тензометрических весах 25, имеющих
высокую точность (~О,1°/о). Методы определения соотношения от-
дельных красителей или пигментов для получения необходимого
цвета и автоматизация операции колеровки описаны в литературе
[3—6]. Составление с одновременной колеровкой эмали с по-
мощью ЦЭВМ осуществляется следующим способом.

Информация о характеристиках цвета получаемой эмали и ко-
лориметрических характеристиках однопигментных паст вводится
в управляющую ЦЭВМ. В соответствии с заложенной программой
ЦЭВМ обрабатывает поступающую информацию и подает необхо-
димую команду на автоматические клапаны 22, которые связаны 
с весами 25 и регулируют загрузку однопигментных паст в аппа- 
рат 24.

Составные части жидкой части эмали также загружаются авто-
матически по весу или с помощью счетчиков-дозаторов 12.

Описанная автоматическая система составления и колеровки
эмали применяется в зарубежных производствах и обеспечивает
высокую точность воспроизведения цвета эмали.

После завершения операции колеровки добавкой растворителей )
достигают необходимую вязкость эмали. Установленную «на тип» 1
эмаль из аппарата 24 фильтруют через сетчатый фильтр 26, а за- £
282

тем через патронный фильтр типа «Кюно» 27 с размерами пор, со-
ответствующими необходимой степени перетира в единицах при-
бора «Клин». Из приемника 28 освобожденная от сорности эмаль
поступает в фасовочную машину 29.

Аппаратурное оформление, приведенное на рис. XVI-2, устра-
няет отмеченные выше недостатки технологической схемы, пред-
ставленной на рис. XVI-1. Оно позволяет осуществить комплексную
механизацию и автоматизацию процесса получения эмалей. Вме-
сте с тем в связи со сложностью коммуникаций и необходимостью
наличия большого количества приемников для однопигментных

6

Рис. XVI-4. Технологическая схема получения эма-
лей:

1—счетчик-дозатор; 2 —смеситель с подъемной
дискозубчатой мешалкой (дисольвер); 3—контейнер-
бункер; 4 — приемная воронка с разгрузочным
устройством; 5 — дежа; 6, 9 — насосы-дозаторы;
7—бисерная машина или атритор непрерывного
действия с отбойными лопастями; 8 — приемный
бак с контрольной сеткой; 10— передвижная
подъемная мешалка; 11— аппарат для составления
и колеровки эмали; 12 — рычажные или тензо-
метрические весы.

ю

12

паст схема, изображенная на рис. XVI-2, эффективна при получе-
нии многотоннажных марок эмалей.

Аппаратурное оформление получения средне- и малотоннажных
эмалей, отличающихся по цвету или лаковой основе, приведено на
рис. XVI-4.

В передвижную дежу 5, установленную под смесителем 2, имею-
щим подъемно-поворотную дискозубчатую мешалку, загружают
с помощью счетчиков-дозаторов 1 (или весового мерника) компо-
ненты жидкой части пасты и пигменты. При небольших количе-
ствах получаемой эмали применяется метод многопигментных паст.
Получение большого числа марок по цвету, изготавливаемых на
одной и той же лаковой основе, осуществляется также по методу
многопигментных паст. В случае применения метода однопигмент’
ных паст в дежу 5 загружают все содержимое одного или несколь-
ких жестких контейнеров-бункеров 3 для пигментов. На рис.
XVI-5 показан контейнер-бункер с откидывающейся дверцей в ниж-
ней части боковой стенки бункера [7]. До открытия дверцы бун-
кер наклоняют, и стенкой, в которой имеется дверца, он плотно
прижимается к разгрузочному устройству. Разгрузочное устройство
открывает дверцу бункера и с помощью винтового транспортера
постепенно разгружает содержимое контейнера-бункера. Такого

типа бункер успешно применяется для сажи в одном из отечест-
венных производств типолитографских красок.

После загрузки пигмента и его смешения с жидкой частью
пасты поднимают мешалку смесителя 2 (рис. XVI-4), дежу подка-
тывают к бисерной машине (или атритору непрерывного действия
с отбойными лопастями) 7, гибким шлангом присоединяют ее
к бесступенчатому насосу-дозатору 6, подающему пасту в диспер-

Рис. XVI-5. Контейнер-бункер [7]:

/ — корпус контейнера-бункера; 2—крыш-
ка загрузочного отверстия; 3 — корпус
разгрузочного устройства (воронки);

4 — откидная дверца бункера; 5—вин-
товой транспортер; 6 — электропривод;

7 — разгрузочная воронка.

гатор 7. Полученная пигментная па-
ста насосом-дозатором 9 передается
в дежу 5. )

Аппарат для составления и ко-
леровки эмали 11 установлен на
рычажных или тензометрических
весах 12. В него при применении
способа многопигментных паст за-
гружают из дежи многопигментную
пасту и компоненты жидкой части
эмали, дозируя их с помощью весов
12. Жидкие компоненты также мож-
но дозировать с помощью объем-
ных счетчиков-дозаторов 1. В слу-
чае использования способа однопиг-
ментных паст их загружают в ап-
парат 11 из деж 5 по весу. Перед
составлением эмали содержимое
деж перемешивают передвижной
подъемной мешалкой 10.

Составление и колеровка эмалей
из однокомпонентных паст, нахо-

дящихся в дежах, могут проводиться автоматически с примене-
нием ЦЭВМ по методу, приведенному при описании технологиче-
ской схемы, показанной на рис. XVI-2. На крышке аппарата 11
устанавливается трубчатый коллектор, на котором помещены па-
трубки с автоматическими клапанами, присоединяемыми к спуск-
ным кранам деж.

Полученная в аппарате 11 эмаль передается на следующие
операции (освобождение от сорности, фасовку).

Достоинства аппаратурного оформления получения эмалей, при-
веденного на рис. XVI-4: 1) отсутствие трубопроводов для транс-
портирования пигментных паст; 2) исключение большого числа
приемников с мешалками для паст (заменяются простыми де-
жами).

Основные недостатки: 1) трудность герметизации загрузки пиг-
ментов; 2) применение ручного труда при перемещении деж и
в случае выгрузки пигментов из бумажных мешков. Несмотря на
эти недостатки, такое аппаратурное оформление применяется в це-
хах сравнительно большой мощности, ежемесячно выпускающих
сотни марок эмалей, с использованием автоматического метода со-
ставления и колеровки эмалей.

Пигментные пасты для грунтов и эмалей, в состав которых вхо-
дят грубодисперсные (не микронизированные) природные пиг-
менты и наполнители, вызывают быстрый износ рабочих частей
машины. При выпуске в больших количествах грунтов и эмалей
такого типа для диспергирования пигментной пасты может быть
применена шаровая мельница или диспергаторы ЛТИ-1 и ЛТИ-2
непрерывного действия (рис. XVI-6). Пигменты и наполнители,
поступающие в контейнерах 1, разгружаются в бункеры с вибри-
рующим днищем 2, а получаемые в бумажных мешках — с по-
мощью растарочной машины 5 в бункер 7. В бункере 7 с помощью

Рис. XVI-6. Схема установки для диспергирования пигментной пасты в диспергаторе ЛТИ-1
непрерывного действия:

1 — контейнер; 2— бункер с вибрирующим днищем; 3—весовой дозатор непрерывного действия;
4 — винтовой транспортер; 5—растарочная машина; 6 — вибратор; 7 — бункер; 8 — вибрирующее
«днище»; 9 — расходомер; 10—диспергатор ЛТИ-1 непрерывного действия; 11 — перегородки;
12—лопастная мешалка; 13—приемный бак; 14 — шестеренчатый насос; 15—поддон.

вибратора 6 вибрирует второе «днище» 8, погруженное в пигмент
[7], что эффективней для устранения слеживания пигментов, чем
вибрация корпуса бункера, и проще, чем установка в нем переме-
шивающего устройства (см. рис. XVI-3).

Весовыми дозаторами непрерывного действия 3 пигменты и на-
полнители непрерывно и в необходимом соотношении подаются
в винтовой транспортер 4, загружающий смесь пигментов в диспер-
гатор'ЛТИ-1 непрерывного действия 10. В него также непрерывно
подается жидкая часть пасты, дозируемая расходомером 9. Дис-
пергатор ЛТИ-1 разделен на ряд секций перегородками 11 с от-
верстиями для перетока пасты и имеет лопастную мешалку 12.
Через разгрузочную цапфу диспергатора (диаметр ее больше, чем
загрузочной цапфы) паста стекает в бак 13 и из него насосом 14
передается в приемник пасты, установленный в отделении состав-
ления и колеровки эмалей. Для упрощения конструкции дисперга-
тора его охлаждают не с помощью водяной рубашки, а орошая
корпус водой и отводя ее с помощью поддона 15.

Аппаратурное оформление получения легкотекучих красок, го-
товых к употреблению при строительных работах, не отличается

от применяемого при получении эмалей. К этим краскам предъяв-
ляются менее жесткие требования по воспроизводимости цвета и ]
блеску. Поэтому при получении таких красок часто используют

способ многопигментных паст, исключают операцию освобождения

краски от сорности или ограничиваются фильтрованием через сет-
чатый фильтр.

Атритор непрерывного действия с отбойными лопастями мо-
жет быть применен для диспергирования^вязких пигментных паст.

нем можно диспергировать вязкие «тощие» пигментные пасты,

На

Рис. XVI-7. Схема установки для диспергирования
пигментной пасты в атриторе непрерывного действия
с отбойными лопастями:

/ — контейнер; 2 — бункер с вибрирующим днищем;
3 — весовой дозатор непрерывного действия; 4 — рас-
ходомер; 5 — шнековый смеситель непрерывного дейс-
твия; 6 — приемник с мешалкой; 7 —винтовой насос-
дозатор; 8 — атритор непрерывного действия с отбой-
ными лопастями.

состав которых обеспечи-
вает более высокую эф-
фективность диспергато-
ра, чем при легкотекучих
«тощих» пастах, а также
получать вязкие шпак-
левки. На рис. XVI-7
показано аппаратурное
оформление непрерыв-
ного метода диспергиро-
вания вязких паст в ат-
риторе с отбойными ло-
пастями.

Пигменты из контей-
нера 1 разгружают в бун-
кер 2 с вибрирующим

днищем или вторым «дни-
щем», вибрирующим вну-
три бункера. При диспер-
гировании многопигмент-
ных паст устанавливают
несколько бункеров или

в смесителе для порошко-
образных материалов периодического действия готовят смесь пиг-
ментов и загружают ее в бункер 2. Пигмент из бункера 2 весовым
дозатором непрерывного действия 3 и жидкая часть пасты через
расходомер 4 подаются в шнековый смеситель непрерывного дей-
ствия 5. Выходящая из смесителя вязкая паста поступает в прием-
ник 6, снабженный мешалкой. Из приемника 6 паста винтовым
насосом-дозатором 7, с бесступенчатым регулированием его произ-
водительности, подается в атритор непрерывного действия с отбой-
ными лопастями 8. Выходящая из атритора паста винтовым насо-
сом 7 передается в отделение составления эмалей или поступает
в тару (шпаклевки).

Густотертые (пастообразные) краски еще производят сотнями
тысяч тонн в год (рис. XVI-8). Их получают, смешивая все компо-

ненты, входящие в состав краски; для диспергирования применяют
трехвалковую машину. В двухлопастной смеситель периодического

действия 2 загружают пигменты, наполнители и пленкообразую-
щее вещество, дозируемое с помощью весового (или объемного)
мерника 1. Опрокидывая корпус смесителя, выгружают его содер-
жимое в передвижные дежи 3. При получении небольших коли-
честв красок смешение осуществляют в передвижных дежах с
помощью смесителя с подъемной мешалкой. Дежи вручную транс-
портируют к трехвалковой машине 5 и пропускают через нее по-
лучаемую краску до тех пор, пока не будет достигнута необходи-
мая степень перетира в единицах прибора «Клин».

Высокая вязкость густотертых красок необходима для исклю-
чения сегрегации смеси грубодисперсных и тонкодисперсных пиг-
ментов и возможности их фасовки в фанерные барабаны и жестя-
ные банки с непропаянными швами. Пастообразная консистенция

Рис. XVI-8. Технологическая схема получения густотертых красок:

1 — весовой мерник; 2 — двухлопастной смеситель; 3—дежа; 4—шестеренчатый насос; 5 — трех-
валковая машина; 6—гидравлический подъемник; 7 — бункер; 8 —фасовочная машина;

9 — конвейер механизированной фасовки краски.

густотертых красок усложняет механизацию их подачи в загрузоч-
ную коробку (ящик) трехвалковой машины и в бункер фасовочной
машины.

Современные трехвалковые машины снабжены устройством для
подъема деж над загрузочной коробкой и их плавного поворота.
В некоторых цехах для передачи пастообразной краски из дежи
в загрузочную коробку трехвалковой машины применяют: 1) шне-
ковые и винтовые насосы; 2) различного типа подъемные устрой-
ства, позволяющие устанавливать дежу над загрузочной коробкой
и опрокидывать ее; 3) небольшой герметичный бункер, который
устанавливают над загрузочным ящиком, с забором в него пасты
из дежи с помощью вакуума и др.

Дежи с полученной густотертой краской гидравлическим подъ-
емником 6 (снабженным устройством для опрокидывания деж)
поднимаются выше бункера 7 фасовочной машины 8, и их содер-
жимое разгружается в бункер. При фасовке в мелкую тару краска
поступает на фасовочный конвейер 9, где осуществляется также
автоматическая закупорка банок, наклейка этикеток и укладка
банок в ящики.

В настоящее время трехвалковые машины используют для дис-
пергирования некоторых тонкодисперсных труднодиспергируемых
пигментов (сажа, железная лазурь, органические пигменты и др.).
В этом случае получают вязкие, но текучие пигментные пасты. Их
транспортируют с помощью шестеренчатых насосов 4, имеющих
расширенный заборный патрубок.

Аппаратурное оформление получения легкотекучих водоэмуль-
сионных красок не отличается от приведенного на рис. XVI-1,
XVI-4; при получении цветных красок применяется метод однопиг-
ментных паст или комбинированный? Пигменты диспергируют
в водном растворе полуфабриката, содержащего диспергатор,
эмульгатор и другие вещества, наиболее часто применяя бисерные
машины. Процесс диспергирования в водных средах протекает зна-
чительно легче и быстрее, чем в лаковых средах, и при получении
водоэмульсионных красок для строительных целей с пониженными
требованиями к степени перетира в единицах прибора «Клин», для
диспергирования пигментов могут быть применены диспергаторы
типа скоростных и кавитационных мешалок. Пониженные требо-
вания к степени перетира и применение диспергаторов типа меша-
лок могут заметно снизить кроющую, красящую и разбеливающую
способности пигментов.

В аппарате для составления и колеровки красок водные пасты
пигментов смешивают с латексом (поливинилацетатной дисперсией
и Др.), устанавливают краску «на тип» по цвету и вязкости (су-
хому остатку) и обычно ограничиваются фильтрованием краски
через сетчатый фильтр.

Эмали перхлорвиниловые, поливинилбутиральные и особенно
на эфирах целлюлозы (нитроэмали), т. е. из термопластичных
смол, часто получают на основе так называемых суховальцован-
ных пигментных паст (СВП-НЦ, СВП-ПВХ и др.).

Суховальцованные пигментные пасты смешивают с растворите-
лями и лаками и на основе этих текучих однопигментных паст по-
лучают эмали по аппаратурному оформлению, аналогичному при-
веденному выше для алкидных и других лаковых эмалей. Отличие
заключается только в том, что черные автоэмали на основе сажи
и некоторые другие освобождают от сорности, используя трубчатые
скоростные отстойные центрифуги с бесступенчатым регулирова-
нием частоты вращения ротора. При получении нитроэмалей
иногда возникает необходимость в пигментных пастах. В этом слу-
чае пигменты диспергируют в пластификаторах или растворах
смол-пластификаторов, применяя трехвалковые машины (при от-
сутствии токсичных или легколетучих растворителей), шаровые
мельницы и, реже, бисерные машины.

Из приведенного выше аппаратурного оформления техноло-
гических процессов получения красок следует, что основным
оборудованием производств красок является оборудование для
диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах (дис-
пергаторы), смесители и аппараты для освобождения красок от
сорности.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Каталог фирмы «Драисверк» (ФРГ).

2.	Кузнецов Ю. Н. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1973, К? 1,
с. 50—52.

3.	Петренко А. И., Фесенко В. А. Методы и устройства распознавания цвета
пигментов. М., Энергия, 1972. 93 с.

4.	Ершов А. П., Хархаров А. А. Цвет и его применение в текстильной промыш-
ленности. Л., ЛГУ, 1974. 163 с.

5.	Ермоленко Б. В., Ярош Н. Н., Ефанкина А. Н. и др. — Лакокрасочные мате-
риалы и их применение, 1975, № 4, с. 62—65.

6.	Манусов Е. Б. Контроль и регулирование технологических процессов лако-
красочных производств. М., Химия, 1977. 115 с.

7.	Андрашников Б. И. Автоматизация процессов приготовления резиновых сме-
сей. М., Химия, 1969. 224 с.

10 Зак. 462

Глава XVII

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ПИГМЕНТОВ
В ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВАХ

Диспергирование пигментов впленкообразующих веществах
или их растворах является основной, наиболее энергоемкой и слож-
ной стадией получения красок.

В результате диспергирования должна быть получена агрега-
тивно-устойчивая система. Она может не обладать кинетической
устойчивостью, так как в красках при длительном их хранении до-
пускается образование легко размешиваемого осадка.

Выбор оборудования для диспергирования пигментов и уста-
новление оптимальных режимов его работы требуют знания осо-
бенностей сложных коллоидно-химических процессов, протекаю-
щих на границе раздела поверхность частиц—дисперсионная сре-
да [1—3].

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

Пигменты состоят из первичных частиц — кристаллов и кри-
сталлических сростков. Размеры первичных частиц синтетических
пигментов составляют примерно 0,01—2 мкм. Они во много раз
меньше, чем наиболее крупные частицы, допускаемые в красках.
Необходимость диспергирования пигментов в пленкообразующих
веществах вызвана тем, что сухие первичные частицы пигментов
агрегированы, причем на поверхности этих частиц адсорбированы
газы и вода.

В процессе диспергирования пигментов в неводных пленкооб-
разующих веществах должно быть обеспечено смачивание поверх-
ности частиц пигмента дисперсионной средой, протекающее с вы-
теснением газов и воды. Агрегативная устойчивость полученной
дисперсии (ее стабилизация) достигается за счет образования на
поверхности пигмента развитых адсорбционных слоев, препят-
ствующих слипанию частиц.

Агрегаты порошкообразных пигментов состоят из десятков и
сотен тысяч первичных частиц. При погружении агрегатов в жид-
кость, смачивающую частицы, она проникает в капиллярные ка-
налы между частицами (рис. XVII-1, а). Однако вследствие обра-
зования обратных менисков (рис. XVII-1,6) воздух, находящийся
внутри агрегата и сжимаемый капиллярным давлением жидкости,
мешает ее проникновению к поверхности частиц, находящейся
внутри агрегата.

б

S —

Рис. XVII-1. Проникновение жидкости
в капиллярные каналы:

а — агрегата; б — горизонтально располо*
женного канала.

и

При смешении порошкообразных пигментов с низковязкимп
жидкостями — водой, органическими растворителями, содержа-
щими поверхностно-активные вещества (ПАВ) и стабилизаторы —
в случае очень низких концентраций пигмента [<1°/о (об.)] про-
текает самодиспергирование (пептизация, саморазрушение) агре-
гатов, так как капиллярное давление, возникающее между части-
цами, превышает силы когезии между ними. Это используется при
седиментационных методах дисперсионного анализа пигментов.
Приводящиеся в литературе, а также указанные выше размеры
первичных частиц пигментов получены в результате применения
этих методов анализа.

При смешении порошкообразных пигментов с пленкообразую-
щими веществами или их растворами, имеющими большую вяз-
кость, низкую полярность и при
высокой концентрации пигмента,
самодиспергирование агрегатов
не происходит даже при много-
месячной выдержке суспензии.
В этом случае силы когезии пре-
вышают расклинивающее дей-
ствие капиллярного давления.
Следовательно, для создания ус-
ловий проникновения диспер-
сионной среды к поверхности ча-
стиц необходимо внешнее воздей-
ствие на агрегаты, приводящее
к их разрушению. Это воздействие

применяемых для диспергирования пигментов в пленкообразующих
веществах, — диспергаторах.

Таким образом, при диспергировании пигментов в пленкообра-
зующих веществах и их растворах протекают следующие процессы:
1) разрушение агрегатов пигментов за счет внешнего воздействия
для возможности проникновения жидкости к поверхности частиц;
2) смачивание частиц с вытеснением адсорбированных газов и
воды; 3) стабилизация частиц.

В процессе диспергирования возможно образование флокул из
смоченных частиц, основная масса агрегатов не разрушается до
первичных частиц, а первичные частицы практически не измель-
чаются. Поэтому размеры первичных частиц пигментов предопре-
деляют минимальный размер частиц в получаемых красках. В свя-
зи с этим необходимо также отметить, что принятое наименование
диспергаторов мельницами не отвечает существу протекающих
в них процессов и является условным.

Смачивание поверхности частиц с вытеснением адсорбирован-
ных газов и влаги протекает тогда, когда при этом снижается
энергия на поверхности раздела фаз. Следовательно, если среда
смачивает, то процесс смачивания протекает самопроизвольно
с выделением энергии. Смачивание поверхности агрегированных
частиц может произойти только после разрушения агрегатов. Эта
10*	291

первая стадия диспергирования связана со значительными затра- 1
тами энергии.

Для процесса разрушения (разделения) агрегата на примере

двух агрегированных сферических частиц при ряде допущений
предложена зависимость [4]:

К = fatRn/F

(XVII-1)

где R — радиус частиц; т — напряжение сдвига (касательное на-
пряжение); F— суммарная сила взаимодействия между части-

цами.

Параметр К отражает отношение напряжения сдвига к силам
взаимодействия частиц. Его можно выразить в единицах R. На-
пример, если разрушение агрегата происходит при К = 3, то об-

Рис. XVII-2. Траектория частиц при диспергировании
агрегатов, состоящих из двух частиц [4].

ласть притяжения частиц
ограничивается радиусом
г* = 3/? (рис. XVII-2).
При значениях К > 3
происходит разрушение
агрегата. Для К = оо
траектория движения
верхней частицы по отно-
шению к нижней («непо-
движной») совпадает с
линией тока дисперсион-
ной среды х; при К = 4

верхняя частица движет-
ся по искривленной траектории, пока не выйдет за пределы г*, а
затем — по прямой. При г* = 3, например, К — 3 и К = 2 после
отрыва от нижней частицы, верхняя частица движется по кривым
траекториям, возвращается к нижней (если до этого не произойдет
ее смачивание) и происходит повторная агрегация частиц.

Удельные затраты электроэнергии на преодоление сил когезии
при разрушении агрегатов, включая повторно образующиеся агре-
гаты, достигают больших величин (100—500 кВт-ч на 1 т эмали).

Из уравнения (XVII-1) следует, что если предположить силу F
независимой от размера частиц (агрегатов), то параметр К прямо
пропорционален R и, таким образом, чем меньше размер агрегата,
тем труднее он разрушается. Этот вывод подтверждается практи-
кой — замедлением процесса диспергирования со снижением раз-

меров агрегатов и тем, что чем меньше размер первичных частиц,
тем труднее протекает процесс диспергирования.

Метод и приборы для прямой оценки размеров первичных ча-

стиц и агрегатов в продуктах диспергирования пигментов в плен-
кообразующих веществах в настоящее время отсутствуют. Оценка
диспергирования проводится по степени перетира в единицах при-
бора «Клин». Степень перетира косвенно характеризует возмож-
ный блеск красочного покрытия и размеры наиболее крупных ча-
стиц в продуктах диспергирования, не отражая их дисперсионного
состава [5].

С увеличением продолжительности диспергирования и тем са-
мым снижением числа единиц по прибору «Клин» повышается сте-
пень использования оптических свойств пигментов (и краски) —
их кроющей (рис. XVII-3, а), красящей (рис. XVII-3, б) и разбели-
вающей (рис. XVII-3, в) способности, одновременно улучшается
блеск и другие свойства покрытия [5].

В настоящее время имеются высокопроизводительные дисперга-
торы, позволяющие значительно повысить степень диспергирования
пигментов и тем самым заметно снизить расход пигментов, одно-
временно улучшить качество красок и покрытий. Повышение сте-
пени диспергирования, позволяющее полноценно заменить в краске
часть дорогостоящих пигментов дешевыми наполнителями, дает

Рис. XVII-3. Влияние степени диспергирования пигментов в пленкообразующих вещества
на их физико-технические свойства [5]:

а —кроющую способность; б — красящую способность; в — разбеливающую способность.

значительный технико-экономический эффект. Экономия от сни-
жения расхода дорогостоящих пигментов заметно превышает за-
траты, связанные с более высокой степенью диспергирования. По-
этому в производствах красок процессу диспергирования, его ин-
тенсификации, созданию и применению высокопроизводительных
диспергаторов и повышению требований к степени диспергирова-
ния пигментов должно уделяться особое внимание.

Учитывая, что при диспергировании главным фактором яв-
ляется достижение необходимой степени использования оптических
свойств пигментов, процесс диспергирования необходимо контро-
лировать по достижению необходимой кроющей, красящей и раз-
беливающей способности пигментной пасты, не ограничиваясь
только показателями прибора «Клин».

При течении жидкости (суспензии, пасты) в канале любой
формы возникает градиент скоростей в потоке.

В движущихся жидкостях сила внутреннего трения, отнесенная
к единице поверхности, выражает напряжение внутреннего трения
(касательные напряжения). Касательные напряжения в потоке сус-
пензии возрастают с увеличением вязкости дисперсионной среды,
повышением концентрации твердой фазы (пигмента), увеличением
скорости движения и сужением канала. За счет этих факторов

касательные напряжения могут достичь величины, достаточной
для разрушения агрегатов пигментов.

В машинах, применяемых в настоящее время для диспергиро-
вания пигментов в пленкообразующих веществах, разрушение аг-
регатов происходит вследствие касательных напряжений, возни-
кающих при течении суспензии через каналы или при движении
в ней тел любой формы (шаров, лопастей мешалок и т. п.).

Продолжительность диспергирования зависит от сочетания фак-
торов, влияющих на касательные напряжения, и может колебаться
в широких пределах. Например, в трехвалковой машине при ши-
рине зазора (канала) между валками <С 100 мкм и вязкости пасты
10—100 Па-с (102—103 П) продолжительность диспергирования,
т. е. время нахождения пигментной пасты в зоне контакта между
валками, даже при десятикратном пропуске пасты не превышает
1 с. В двухлопастном смесителе тяжелого типа (резиносмесителе)
при вязкости пасты 103—104 Па-с, но ширине зазора (канала)
между лопастями и корпусом 3—5 мм диспергирование длится
— 1000 с. В этом аппарате ширина канала в десятки раз превы-
шает размер агрегатов. Это наглядно подтверждает, что дисперги-
рование протекает за счет касательных напряжений, а не непо-
средственного воздействия рабочих частей аппарата на агрегаты.
Длительность диспергирования в аппаратах со свободно движу-
щимися шарами составляет от десятков минут (бисерные машины,
атриторы непрерывного действия с отбойными лопастями) до де-
сятков часов (шаровые мельницы) [1].

Эффективность и выбор оптимального типа диспергатора опре-
деляются не только длительностью диспергирования, но и рядом
других факторов, часто имеющих решающее влияние. Эти фак-
торы будут рассмотрены при описании отдельных типов дисперга-
торов.

ТИПЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Типы аппаратов, применяемых для диспергирования пигментов
в пленкообразующих веществах или их растворах, — диспергато-
ров (называемых также краскотерочными машинами, краскотер-
ками, мельницами) показаны на рис. XVII-4. Диспергаторы часто
классифицируют по вязкости обрабатываемых на них пигментных
паст (суспензий). Существенной особенностью диспергаторов яв-
ляется жесткое или свободное крепление в них рабочих тел. В пер-
вом случае скорость движения рабочих тел не зависит от вязкости
пигментной суспензии, во втором зависит в большой мере, вплоть
до прекращения их движения. В связи с этим ниже диспергаторы
разделены на две группы: 1) со свободно движущимися рабочими
телами; 2) с жестко закрепленными рабочими телами.

Раньше для диспергирования пигментов применяли оборудова-
ние типа используемого для измельчения различных материалов —
жерновые мельницы с гранитными жерновами (типа используемых
для измельчения зерна) и, как их развитие, с металлическими
дисками. Затем использовали валковые машины с тремя валками

(при измельчении зерйа перешли от жерновых мельниц к валко-
вым) и валковые машины с двумя или одним валком и перетираю-
щими брусьями. Позднее стали применять шаровые мельницы пе-
риодического действия, предназначенные для измельчения различ-
ных материалов. Только в 1950 гг. появились аппараты, созданные

Рис. XVII-4. Оборудование, применяемое для диспергирования пигментов в пленкообра-
зующих веществах (диспергаторы):

а — бисерная машина; б — атритор периодического действия; в — атритор непрерывного дей-
ствия; г — атритор непрерывного действия с отбойными лопастями; О— электромагнитный
диспергатор; е — шаровая мельница периодического действия; ж—планетарная шаровая мель-
ница; з — вибрационная шаровая мельница; и — диспергатор ЛТИ-1 периодического действия;
к — диспергатор ЛТИ-1 непрерывного действия; л — диспергатор ЛТИ-2; м — трехвалковая
машина; н — двухвалковая машина; о — одновалковая машина; п — фрикционные вальцы;
р — дисковый диспергатор; с — виброкавитационная коллоидная мельница; т — смеситель тяже-
лого типа (резиносмеситель); у — червячный смеситель; ф — скоростной смеситель-диспергатор
с дискозубчатой мешалкой (дисольвер); х— диспергатор «Кейди-Милл»; ц—ультразвуковой и
звуковой диспергатор.

для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах,—
атриторы-периодического и непрерывного действия, затем — бисер-
ные машины и в последние годы — диспергаторы ЛТИ-1 и ЛТИ-2,
атриторы непрерывного действия с отбойными лопастями и совер-
шенно новый тип электромагнитного диспергатора с магнитокипя-
щим слоем рабочих тел.

Выбор оптимального диспергатора зависит главным образом от
вида диспергируемого пигмента, вязкости дисперсии пигмента
в пленкообразующем веществе и требуемой степени диспергирова-
ния пигмента. По влиянию на выбор диспергатора пигменты де-
лятся на следующие группы: 1) синтетические тоикодисперсные

(размер первичных частиц ~0,1—2 мкм) легкодиспергируемые
пигменты (цинковые белила, литопон, двуокись титана и др.);
2) синтетические тонкодисперсные (размер первичных частиц
~0,01—0,1 мкм) труднодиспергируемые пигменты (железная ла-
зурь, сажа, а также некоторые марки свинцовых кронов и органи-
ческих пигментов); 3) природные грубодисперсные (размер пер-
вичных частиц ~5—40 мкм) пигменты и наполнители; 4) природ-
ные микронизированные (размер первичных частиц ~1 —10 мкм)
пигменты и наполнители; 5) абразивные пигменты (железный су-
рик, мумия, красный железоокисный немикронизированный пиг-
мент).	\

Получаемые при диспергировании пигментов дисперсии объеди-
няют в три группы: 1) легкотекучие; 2) пастообразные (густотер-
тые и художественные краски, шпаклевки); 3) твердые при обыч-
ной температуре, так называемые суховальцованные пасты (СВП).

Исходя из нормируемых требований к отдельным группам кра-
сок, их можно условно характептт^овать следующими показателями
(требованиями) по степени перетира в единицах прибора «Клин»:
1) низкая — >>40 единиц; 2) средняя — 40—15 единиц; 3) высо-
кая — < 15—1 единица.

Ниже приводится описание основных типов диспергаторов, при-
меняемых в настоящее время, с указанием их особенностей, до-
стоинств, недостатков, возможных и наиболее эффективных обла-
стей применения.

ДИСПЕРГАТОРЫ СО СВОБОДНО ДВИЖУЩИМИСЯ РАБОЧИМИ ТЕЛАМИ

В диспергаторах со свободно движущимися рабочими телами
(рис. XVII-4, а — л) наиболее часто в качестве рабочих тел приме-
няют стальные и фарфоровые шары или стеклянные шарики — би-
сер. Диспергирование протекает за счет сил трения, возникающих
в суспензии пигмента при взаимном скольжении и перекатывании
шаров. Важнейшими факторами (помимо рецептуры суспензии),
определяющими производительность этих диспергаторов и дости-
гаемую на них степень диспергирования, являются размеры рабо-
чих тел и интенсивность их движения.

На основе исследований работы шаровых мельниц и шаровых
мельниц с лопастными мешалками (атриторов) выдвинуты сле-
дующие положения о зависимости между диаметром шаров и про-
изводительностью аппарата со свободно движущимися рабочими
телами [6].

Число контактов п между шарами в единице их объема прямо
пропорционально количеству шаров. При одинаковой упаковке ша-
ров их число обратно пропорционально кубу диаметра шаров d.
Следовательно, число контактов между шарами выражается сле-
дующей функциональной зависимостью:

n = f (l/t/з)	(XVII-2)

Насколько возрастает число контактов с уменьшением диаметра
шаров, видно из следующих данных. В шаровой загрузке при наи-

менее плотной упаковке шаров содержится: при диаметре 50 мм —
8000, при диаметре 10 мм — 1 миллион, а при диаметре 1 мм —
1 миллиард шаров в 1 м3. С уменьшением диаметра шаров должен
снижаться объем суспензии, на которую активно воздействуют
шары в месте контакта.

Установлено, что силы, достаточные для дезагрегации частиц
пигмента, могут возникать только в узких каналах, т. е. на неболь-
ших участках шаров (рис. XVII-5).

Величины активного объема пасты Уакт в местах контакта были
рассчитаны при условии, что д имеет одинаковые значения в пре-
делах 0,5—1 мм. Расчеты для шаров диаметром от 5 до 50 мм по-
казали, что Уакт прямо пропорционален диа-
метру шаров:

Уакт = Ш)	(XVII-3)

Зависимость между активным объемом
красочной пасты, заключенной в единице
объема шаров, и их диаметром:

“ f ('"акт”) = f (№) = f	(XVII-4)

При перекатывании и скольжении шаров
паста непрерывно протекает через клинооб-
разный канал (рис. XVII-5).

Изучение трения, возникающего в шаровых

шипниках при их работе в вязких средах, показало, что касатель-
ные напряжения Р пропорциональны диаметру шаров [7]:

Рис. XVI1-5. Зона актив-
ного объема пасты ме-
жду шарами:

1 — шар; 2 — паста.

и



(XVII-5)

Произведение величины активного объема пигментной пасты на
касательные напряжения представляет собою работу, производи-
мую шарами — их производительность G на единицу объема ра-
бочих тел:

G = f (<ктр)	(XVII-6)

При подстановке в уравнение (XVII-6) значений У'кт из урав-
нения (XVII-4) и Р из уравнения (XVII-5) оно примет следующий
вид:

G = f(\/d)	(XVII-7)

/

Результаты исследования влияния диаметров шаров на произ-
водительность шаровых мельниц показали, что снижение диаметра
фарфоровых шаров с 50 мм до 16 мм увеличило производитель-
ность в 3 раза, стальных шаров с 30 мм до 15 мм — в 1,8 раза, т. е.
близко к вытекающему из уравнения (XVII-6) [6, 8]. Такое же
хорошее совпадение с уравнением (XVII-7) дали результаты опу-
бликованных работ [9, 10], из которых следует, что во сколько раз
снижался диаметр шаров, почти во столько же раз повышалась
производительность шаровых мельниц. Аналогичные результаты
были получены и на новых типах диспергаторов ЛТП-1 и ЛТИ-2
со свободно движущимися рабочими телами.

вязкостью, разгружают через кольцевой зазор (рис. XVII-10) ме-
жду шайбой (диском), вращающейся вместе с ротором, и стенками
отверстия в крышке корпуса. Торцовая поверхность шайбы имеет
сферическую форму, и, перемещая ее вдоль оси вала ротора,
можно регулировать ширину зазора в пределах 0,05—0,3 мм.

Рабочий объем промышленных моделей бисерных машин, при-
меняемых для диспергирования пигментов в пленкообразующих ве-
ществах, колеблется от 10 до 500 л. Они выпускаются в различных

Рис. XVII-9. Бисерная машина:

а — внешний вид; б—конструкция.

1 — вал с дисками; 2— корпус; 3—электродвигатель; 4— станина.

конструктивных вариантах по типу дисков ротора (см. рис. XVII-7).
Имеются бисерные машины, корпус (контейнер) которых разделен
на несколько секций для возможности применения шариков раз-
личного диаметра в отдельных секциях и изменения состава сус-
пензии добавками при ее переходе из одной секции в другую. По-
следовательная установка двух бисерных машин дает в ряде слу-
чаев на 20—25% большую производительность, чем их параллель-
ная установка [2]. Появилась конструкция бисефной машины
(типа «Модуляр»), в которой сблокированы четыре контейнера
с роторами (с последовательным прохождением через них пигмент-
ной суспензии). В ЧССР выпускается бисерная машина с горизон-
тально расположенным корпусом. На обычных типах бисерных ма-
шин диспергируют легкотекучие суспензии. На бисерной машине
типа «Вольрат» можно диспергировать суспензии вязкостью до
50 Па-с (при объеме 250 л мощность электродвигателя составляет
~100 кВт). Особый интерес представляет новый вид бисерной
машины, сблокированной со шнековым смесителем непрерывного

действия (см. рис. XVI-3) для смешения пигмента с жидкой частью
суспензии.

Бисерные машины выпускаются в СССР, в ряде социалистиче-
ских стран (ВНР, ПНР, ЧССР) и большим числом фирм в капи-
талистических странах под самыми различными наименованиями
(«Микромат», «Ротофлоу-Милл», «Микросфера» и т. д.).

Выпускаемые в СССР бисерные машины рабочим объемом 50
и 125 л имеют диски типов, показанных на рис. XVII-7, б и д’, они
герметизированы, взрывобезопасны.

Бисерная машина рабочим объемом 200 л, сконструированная
для дезагрегации водной суспензии двуокиси титана, не герметич-
на и может быть использована для
диспергирования пигментных суспен-
зий водоэмульсионных красок.

В СССР наряду с отечественными
конструкциями бисерных машин ши-
роко применяются бисерные машины,
выпускаемые в социалистических
странах, в частности венгерские (объе-
мом 13; 40; 70 и 140 л), имеющие диск
с винтовым ребром (см. рис. XVII-7, в).

В бисерных машинах в качестве
рабочих тел применяют: песок из От-
тавы (США) с округленными краями
размерами 0,6—0,9 мм, содержащий
99,6% БЮг, свободный от частиц раз-
мером <0,6 мм и от загрязнений (пе-
сок Вольского месторождения СССР
близок к нему по свойствам); бисер из

содержащего иногда свинец, повышающий плотность стекла, или
из материалов, стойких к износу (силикальцита, карбида воль-
фрама, и др.) и состоящих из частиц размером 1—2 мм; стальные
шарики и стальную дробь размерами 2—3 мм при диспергировании
труднодиспергируемых пигментов или вязких суспензий.

При заполнении корпуса рабочими телами насыпной объем би-
сера (VH.б) в корпусе часто принимается 50% от его рабочего
объема. Это значение VH. б для ряда диспергируемых материалов
является оптимальным. При 14.6 = 50% и объеме пустот между
бисером ~40% объемное заполнение корпуса пастой (14) состав-
ляет 70% и отношение 14.б/14 = 1 : 1,4. Для ряда пигментных сус-
пензий максимальная производительность получается при пони-
женном wK, и в этом случае оптимальная производительность (см.
рис. XVII-8, б) достигается при VH.6/14== 1,25: 1 [14].

Износ рабочих тел зависит от свойств материала, из которого
они изготовлены, крупности и абразивности частиц пигмента, ре-
цептуры пигментной суспензии. В зависимости от этих факторов
он может колебаться от 0,1 до 2 кг на 1т эмали.

Милые размеры частиц песка и стеклянного бисера и их низкая
плотность обусловливают возможность диспергирования легкоте-









Рис. XVII-10. Разгрузочное приспо-
собление бисерных машин для вяз-
ких суспензий:

/ — рубашка; 2 — корпус; 3—крышка;
4—шайба; 5 — вал.

различных сортов стекла,

кучих пигментных суспензий. Высокая производительность бисер-
ных машин достигается при диспергировании в них «тощих» паст,
и при нагревании суспензии (см. раздел «Пути повышения произ-
водительности диспергаторов»).

В большинстве случаев на бисерных машинах оптимальная вяз-
кость пигментной суспензии составляет 0,05—0,3 Па-с (0,5—3 П),
в отдельных случаях она доходит до 1 Па-с. Показано, что для
бисерных машин более характерным является не вязкость пигмент-
ной суспензий а ее сопротивление сдвигу; его оптимальное значе-
ние рекомендуется в пределах 3—5 Па [2].

Температура суспензии поддерживается с помощью водяной ру-
башки (обычно порядка 40—50°C); по конструктивным данным
она не должна превышать 80 °C.

При использовании стальных шариков диаметром 2—3 мм и
специальной конструкции ротора машины вязкость пигментных
суспензий может составлять сотни пуаз, и в этих случаях машину
часто называют не бисерной, а шариковой.

Бисерные машины с рабочими телами в виде песка, бисера из
стекла или керамических материалов обладают высокой объемной
производительностью при диспергировании тонкодисперсных, лег-
кодиспергируемых синтетических неорганических и органических
пигментов и природных микронизированных пигментов.

Грубодисперсные природные пигменты и наполнители, особенно
железный сурик и абразивный не микронизированный синтетиче-
ский красный железоокисный пигмент, вызывают быстрый износ
стакана корпуса и ротора бисерной машины (после нескольких не-
дель работы требуется их замена), и при диспергировании этих
пигментов резко снижается производительность машины. Произво-
дительность бисерной машины также значительно снижается при
диспергировании синтетических тонкодисперсных, но труднодис-
пергируемых пигментов. В этом случае рекомендуется применение
стальных шариков, заметно повышающих производительность.

Объемная производительность бисерных машин зависит от
большого числа факторов (помимо конструкции самой машины,
вида и свойств пигмента, степени диспергирования, рецептуры пиг-
ментной суспензии и др.) и может колебаться в широких преде-
лах— от 0,5 до 5 кг/ч на 1 л рабочего объема машины в пересчете
на готовую эмаль, содержащую 40—50% (масс.) пигмента. С опти-
мизацией режима работы машины снижается износ бисера.

Главные достоинства бисерных машин: 1) высокая объемная
производительность при диспергировании тонкодисперсных легко-
диспергируемых и микронизированных пигментов; 2) возможность
получения высокой степени диспергирования и тем самым повыше-
ние качества краски и покрытия, снижение расхода пигмента в ре-
цептуре краски; 3) небольшой объем корпуса и бисера позволяет
сравнительно легко переходить на другой вид пигментной суспен-
зии; 4) бесшумная работа; 5) хорошая степень герметизации (счи-
тают [11], чта потери растворителей составляют для трехвалковых
машин до 5%, шаровых — близки к нулю, бисерных — до1%);

6) возможность осуществления непрерывного, автоматизирован-
ного процесса диспергирования (см. рис. XVI-2); 7) сравнительно
простая конструкция; 8) простота обслуживания; 9) более низкие
удельные расходы электроэнергии, чем у шаровых мельниц и трех-
валковых машин (при тонкодисперсных легкодиспергируемых пиг-
ментах).

Наряду с преимуществами бисерные машины обладают некото-
рыми недостатками. Они непригодны для получения пастообразных
суспензий типа густотертых красок и, как отмечено выше, неэф-
фективны при диспергировании ряда пигментов. Хотя сама бисер-
ная машина весьма компактна, но требует установки сравнительно
громоздкого оборудования периодического действия для предвари-
тельного смешения пигментов с пленкообразующими веществами
(см. рис. XVI-1). Этот недостаток может быть устранен при непре-
рывном способе смешения (см. рис. XVI-2, XVI-3).

Из приведенного описания бисерной машины следует, что она
является высокопроизводительным диспергатором для диспергиро-
вания легкодиспергируемых синтетических пигментов и микронизи-
рованных природных пигментов и наполнителей в виде их легкоте-
кучих суспензий.

Атриторы

Атриторами называют диспергаторы, в которых рабочие тела —
шары — перемешиваются лопастной мешалкой. Их иногда назы-
вают шаровыми мельницами с мешалкой. Выпускаются атриторы
периодического (см. рис. XVII-4, б) и непрерывного (см.
рис. XVII-4, виг) действия.

В корпусе атритора, заполненном шарами, вращается вал с ло-
пастями, расположенными по спирали под углом 60—90° друг
к другу. Длина лопастей составляет ~0,8 радиуса цилиндриче-
ского корпуса. При вращении мешалки создается интенсивное дви-
жение шаров вокруг движущихся лопастей, а также их колеба-
тельное движение при прохождении последних через слой шаров.

На рис. XVII-4, б показана конструкция атритора периодиче-
ского действия. Они выпускаются объемом от 80 до 1000 л. Лопа-
сти мешалки чаще всего круглые. Частота вращения мешалки в за-
висимости от типоразмера машины колеблется от 50 до 150 об/мин.
Корпус снабжен рубашкой. В атриторах периодического действия
в процессе диспергирования осуществляют рециркуляцию легко-
текучей суспензии с помощью насоса. Объемное заполнение кор-
пуса шарами составляет 70—80%. Диаметр стальных и керамиче-
ских шаров в первых моделях атриторов составлял 12—15 мм,
а затем снизился до 5—7 мм.

Исследования атриторов [6, 16, 17], в которых изучалось влия-
ние на производительность атриторов степени заполнения пустот
между шарами пигментной суспензией, частоты вращения мешал-
ки, диаметра шаров, концентрации пигмента в суспензии (вязко-
сти суспензии) и других факторов, подтвердили их высокую

объемную производительность и эффективность и выявили ряд за-
кономерностей.

Влияние диаметра шаров и частоты вращения мешалки на про-
должительность диспергирования суспензии цинковых белил в ат-
риторе приведено на рис. XVII-11, из которого видно большое
влияние этих факторов на производительность атритора.

Объемная производительность атриторов периодического дей-
ствия во много раз больше, чем у шаровых мельниц. Они приме-
няются для диспергирования сравнительно небольших количеств
тонкодисперсных, но труднодиспергируемых пигментов (сажи, же-
лезной лазури, органических пигментов и др.) в производствах ти-
политографских красок. Природные грубодисперсные пигменты и

Рис. XVII-11. Зависимость продолжительности диспергирования цинковых белил в атриторе
периодического действия от частоты вращения мешалки (а) и диаметра шаров (б) [6]:
значения п (в об/мин): 1 — 240; 2—180; 3—110; 4 — 80; значения d (в мм): 5—14,3; 6—12,3;
7—7,8; 8 — 5.

наполнители, немикронизированные абразивные синтетические пиг-
менты вызывают быстрый износ лопастей и корпуса.

Атриторы непрерывного действия (см. рис. XVII-4, в) имеют
большое число лопастей, суспензия поступает в нижнюю часть кор-
пуса и разгружается в верхней части через сетку. Такие аппараты
появились ранее бисерных машин, и из сопоставления рис. XVII-9, а
и рис. XVII-4, в, видно, что в основу бисерной машины положена
конструкция атритора непрерывного действия. Частота вращения
мешалки атриторов непрерывного действия порядка 100—
250 об/мин, объем их достигает 300 л. В них применяются шары
диаметром 3—6 мм, изготовленные из стали, фарфора или карбида
вольфрама. С появлением бисерных машин, имеющих более высо-
кую объемную производительность, обусловленную меньшим раз-
мером рабочих тел и их интенсивным движением, атриторы не-
прерывного действия типа, изображенного на рис. XVII-4, в, не на-
шли распространения в цехах красок.

Новая конструкция атриторов непрерывного действия приве-
дена на рис. XVII-4, г. Ее главное отличие от показанной на
рис. XVII-4, в — отбойные лопасти, закрепленные на корпусе. При
отсутствии отбойных лопастей смесь шаров и суспензии вращается
306

в корпусе, что снижает интенсивность процесса диспергирования.
При высокой вязкости суспензии вся масса шаров с вязкой суспен-
зией вращается вместе с мешалкой и диспергирование прекра-
щается.

Отбойные лопасти не только значительно интенсифицируют ра-
боту шаров, но и позволяют осуществлять диспергирование вязких
суспензий.

На рис. XVII-12 показана принципиальная
конструкция атритора непрерывного действия
с отбойными лопастями фирмы «Нетш» [18].
В корпусе 1, снабженном водяной рубашкой 2,
вращается полый вал большого диаметра 4 (ча-
стота вращения вала 100—500 об/мин), на
котором закреплены лопасти 5. Отбойные ло-
пасти 3 закреплены на стенке корпуса 1. Паста
поступает в нижнюю часть корпуса 1 и разгру-
жается через зазор (щель) между вращающим-
ся валом и кольцом 6. В полый вал поступает
вода, что увеличивает поверхность охлаждения
атритора. В качестве рабочих тел применяют
стальные шарики диаметром 2—3 мм (для вяз-
ких суспензий и труднодиспергируемых пигмен-
тов) и керамические шарики или стеклянный
бисер размером ~1,5—2,5 мм. Атриторы этого
типа выпускаются объемом до 50 л, с постоян-
ным, ступенчатым или бесступенчатым, регули-
рованием частоты вращения мешалки, с полым
(фирма «Нетш») или сплошным (фирма «Драй-
сверк») валом и в других конструктивных ва-
риантах.

При одинаковых или близких объемах корпу-
сов мощность электродвигателей атриторов с от-
бойными лопастями в 3—4 раза больше, чем
у бисерных машин.

Атритор непрерывного действия со стальными шарами диа-
метром 2—3 мм имеет удельную объемную производительность
в 2—3 раза выше, чем бисерная машина со стеклянным бисером.
Он является высокопроизводительным диспергатором для тонко-
дисперсных, но труднодиспергируемых пигментов (железная ла-
зурь, сажа и др.). На нем можно диспергировать высоковязкие
суспензии (вязкостью ^10 Па-с). Рецептура многих эмалей не
позволяет обеспечить необходимое количество растворителей для
получения оптимального состава дисперсионной среды низковязких
«тощих» паст, диспергируемых в бисерных машинах. Возможность
повышения вязкости суспензии (пасты) при применении атриторов
дает возможность значительно увеличить концентрацию пигмента
в суспензии (пасте) и тем самым снизить требуемое количество
растворителей для получения оптимального состава дисперсионной
среды,

Рис. XVH-12. Атритор
непрерывного дей-
ствия с отбойными ло-
пастями [18]:

/ — корпус; 2— ру-
башка; 3—отбойная
лопасть;	4—вал;

5—вращающаяся ло-
пасть; 6 — кольцо;
7 — уплотнение (саль-
ник); 8 —муфта с па-
трубком для отвода
воды; 9 — трубка для
подвода воды.

Предельный объем выпускаемых в настоящее время атриторов
с отбойными лопастями 50 л ограничивает мощность единичного
диспергатора, но, по-виднмому, в ближайшее время их объем бу-
дет увеличен и в конструкцию атритора будет внесен ряд усовер-
шенствований, в том числе снижающих удельный расход электро-
энергии. При диспергировании высоковязких суспензий (паст) их
подача в атритор должна производиться специальными насосами
типа винтовых и при непрерывном способе смешения пигментов
с жидкой частью пасты применяться шнековые смесители непре-
рывного действия (см. рис. XVI-7).

Атритор непрерывного действия с отбойными лопастями яв-
ляется перспективным типом диспергатора для широкого внедре-
ния, особенно для диспергирования тонкодисперсных труднодис-
пергируемых пигментов, а также для вязких суспензий (паст,
шпаклевок).

Отсутствие в настоящее время достаточного отечественного
опыта эксплуатации этого типа диспергатора исключает возмож-
ность детального рассмотрения его достоинств и недостатков, как
это сделано при описании бисерных машин.

Электромагнитный диспергатор

Имеются два типа электромагнитных аппаратов со свободно
движущимися рабочими телами, предлагаемые для использования

I 1

Рис. XVII-13.
Электромагнит-
ный диспергатор:
1— сетка; 2—ин-
дуктор; 3—рабо-
чая камера; 4—ра-
бочие магнитные
тела; 5 —решетки.

в качестве диспергаторов: 1) вихревые аппараты с
вращающимся магнитным полем, в котором возни-
кает вихревое движение магнитомягких (металли-
ческих) проволочек [19], и 2) аппараты с так на-
зываемым магнитокипящим слоем. В последних в
знакопеременном (пульсирующем) электромагнит-
ном поле интенсивно движутся сферические маг-
нитотвердые тела, изготовленные из материалов,
обладающих высокой коэрицитивной силой [20].
Для процесса диспергирования пигментов в плен-
кообразующих веществах наибольший интерес
представляет аппарат с магнитокипящим слоем.
Такого типа аппарат (рис. XVII-13) состоит из
электрической обмотки (индуктора) 2 соленоидаль-
ного типа и рабочей камеры 3, выполненной из
неферромагнитного материала и заполненной на
70—80% ее объема рабочими телами 4 — постоян-
ными магнитами сферической формы. Индуктор
питается током промышленной частоты (50 Гц)
через автотрансформатор для регулировки его на-

пряжения. Интенсивное движение магнитных тел обеспечивает

протекание процесса диспергирования. Пигментная суспензия по-

ступает в нижнюю часть цилиндрической камеры и разгружается
в ее верхней части. Этот диспергатор является непрерывнодей-
ствующим аппаратом полного смешения. Для более равномерного

пребывания частиц диспергатор с помощью решеток 5 сделан мно-
гоступенчатым (см. гл. II).

В качестве рабочих магнитных тел применяется гексаферит ба-
рия и стронция, марганец-алюминиевый сплав и другие материалы.

Проведенные испытания диспергатора с магнитокипящим слоем
показали их высокую эффективность [20]. При размерах рабочих
тел 3—5 мм его объемная производительность значительно выше,
чем у бисерной машины. Достоинствами этого диспергатора по-
мимо высокой объемной производительности являются: 1) отсут-
ствие движущихся механических устройств; 2) малый удельный
расход электроэнергии; 3) бесшумность работы, полная герметиза-
ция; 4) возможность создания диспергатора большой производи-
тельности. Основные недостатки — сравнительно большой износ
рабочих тел и их темная окраска, влияющая на цвет белых и свет-
лых эмалей. Для грунтов, шпаклевок и темных эмалей, особенно
темно-красных, а также при диспергировании суспензии красного
железоокисного пигмента, используемой для получения магнитных
лент, износ рабочих тел не влияет в заметной мере на качество
продукта. Работы по изысканию эффективных, износоустойчивых,
магнитотвердых материалов для изготовления рабочих тел развер-
нуты, и в перспективе электромагнитный диспергатор представ-
ляет интерес.

Шаровые мельницы

К шаровым мельницам, применяемым для диспергирования
пигментов в пленкообразующих веществах в виде их легкотекучих
суспензий, относятся шаровые мельницы периодического действия
(см. рис. XVII-4, е), планетарные шаровые мельницы (рис. ХУП-4,ж)
и шаровые вибрационные мельницы (рис. XVII-4, з). В планетар-
ных шаровых мельницах съемные барабаны небольшого объема
(от нескольких литров до нескольких десятков литров), частично
заполненные шарами, вращаются вокруг своей оси и совершают
вращательное движение вместе с рамой, на которой они закреп-
лены, вокруг ее оси. Эти диспергаторы используются в лаборато-
риях или для получения небольших количеств пигментных суспен-
зий. Шаровые вибрационные мельницы дают большой примол
шаров к продукту, особенно при фарфоровых шарах, не имеют пре-
имуществ по сравнению с обычными шаровыми мельницами и в на-
стоящее время не используются в качестве диспергаторов.

Наибольшее распространение нашли шаровые мельницы перио-
дического действия, ранее являвшиеся основным типом дисперга-
тора в цехах эмалей и сохранившие свое значение до настоящего
времени при диспергировании грубодисперсных природных пиг-
ментов и наполнителей, абразивных пигментов и тонкодисперсных,
но труднодиспергируемых пигментов.

Шаровые мельницы, применяемые для диспергирования пиг-
ментов в пленкообразующих веществах, по конструкции анало-
гичны шаровым мельницам периодического действия для измель-
чения материалов (см. рис. IX-12, а). В связи с тем, что в них

движение, шаровая загрузка

Рис. XVII-14. Динамика движения шаров
в барабане шаровой мельницы при режи-
мах их работы, применяемых при диспер-
гировании пигментов в пленкообразующих
веществах (комбинированная фотография,
составленная на основе кинограммы, полу-
ченной при ускоренной съемке).

проводится дезагрегация, а не измельчение пигментов, применяеФ-
ся лавинообразный режим (см. рис. IX-15, а) и шары работают
раздавливанием и истиранием.

Условия движения рабочих тел в шаровой мельнице при дис-
пергировании пигментов в пленкообразующих веществах резко
отличаются от условий при измельчении материалов. Рабочие тела
перемещаются в сравнительно вязких средах, тормозящих их
льзит по гладкой, не оребренной
стенке барабана, «смазанной»
пигментной суспензией. Кроме
того, частота вращения барабана
низкая и степень его объемного
заполнения рабочими телами ко-
леблется в широких пределах —
от 20 до 50%.

Проведены исследования ди-
намики движения шаров в бара-
бане шаровой мельницы при ре-
жимах ее работы, характерных
для диспергирования пигментов
в пленкообразующих веществах,
на модели с прозрачной стенкой
с использованием скоростной ки-
носъемки [21]. Для определения
характера взаимного движения
шаров и степени их скольжения
относительно стенки барабана
они были окрашены в различные
цвета, на обод барабана были

нанесены цветные полоски и киносъемка проводилась на цветную
пленку.

Анализ полученных кинограмм при движении шаров в раство-
рах глицерина различной вязкости, характерной для «тощих» паст
и частоте вращения барабана 50—60% от мт. кр (см. гл. IX), по-
зволил установить следующее: 1) при всех степенях заполнения
барабана шарами в пределах от 15 до 50% его объема скатывается
их тонкий верхний слой, а остальная масса шаров неподвижна по
отношению друг к другу и движется сплошной массой; 2) при
степени заполнения шарами приблизительно до 25% от объема ба-
рабана имеет место сильное скольжение шаровой загрузки относи-
тельно стенки барабана, резко снижающееся при увеличении сте-
пени заполнения выше ~35%.

На рис. XVII-14 приведена комбинированная фотография, схе-
матически иллюстрирующая движение шаров в барабане шаровой
мельницы при диспергировании пигментов в пленкообразующих
веществах.

В результате проведенных исследований было выдвинуто новое
положение [21] о том, что производительность шаровых мельниц
при диспергировании пигментов в пленкообразующих веществах

Рис. XVII-15. Поверхность
скатывания шаров (услов-
ная).

L — длина барабана; С — хор-

определяется поверхностью скатывания шаров, а не объемом и
диаметром барабана шаровой мельницы, как это имеет место при
измельчении материалов (см. гл. IX).

Под поверхностью скатывания шаров F понимается произве-
дение длины барабана мельницы L на длину хорды С, образуемой
ровной поверхностью шаров при данном
коэффициенте заполнения ими барабана
мельницы (рис. XVII-15):

F = LC	(XVII-10)

Следовательно, производительность ша-
ровой мельницы G при прочих равных ус-
ловиях может быть выражена следующим
уравнением:

G = XF = XLC	(XVII-11)

где А — коэффициент, зависящий от вида
обрабатываемой пигментной суспензии.

Необходимо отметить, что длина хорды
при изменении коэффициента заполнения
мельницы шарами от 25 до 50% меняется
менее чем на 10% (рис. XVII-15).

Для проверки правильности формулы (XVII-11) были постав-
лены опыты по диспергированию двуокиси титана в пентафталевом
лаке фарфоровыми шарами диаметром 16 мм на шаровых мельни-
цах объемом 150 и 2000 л при различной степени заполнения их
объема шарами. Результаты опытов приведены в табл. XVII-1, из

Таблица XVII-1

Зависимость производительности шаровой мельницы
от диаметра барабана и степени его заполнения шарами [21]

Степень заполнения шарами объема мельницы, %	Продолжительность диспергирования до 25 единиц по «Клину», ч	Производительность мельницы по пасте			
		часовая, кг	на 1мЗ барабана, кг/ч	на 1мЗ шаров, кг/ч	на 1 м2 поверхности скатывания шаров, кг/ч
25*	9,7	85,5	42,8	171	51,5
35*	12,8	90,7	45,4	130	51,9
50*	18,5	89,7	44,9	89,7	50,0
50**	7	18,6	120	232	51,7

* Мельница объемом 2000 л, диаметр барабана 1430 мм.

** Мельница объемом 150 л, диаметр барабана 550 мм.

которой следует: 1) увеличение диаметра барабана снижает про-
изводительность, отнесенную на единицу объема барабана и ша-
ров; 2) увеличение степени заполнения объема барабана шарами
снижает производительность, отнесенную к единице объема шаров

и заметно не влияет на часовую производительность; 3) во всех
случаях производительность прямо пропорциональна поверхности
скатывания шаров и сохраняет постоянную величину, отнесенную
к 1 м2 поверхности скатывания.

Поверхность скатывания (или, что равнозначно, производитель-
ность шаровой мельницы при диспергировании пигментов) при
постоянных объеме барабана и величине хорды обратно пропор-
циональна его диаметру. Поэтому в отличие от измельчения ма-
териалов на шаровых мельницах (см. гл. IX) необходимо стре-
миться к увеличению отношения Л/2), а не к его уменьшению.

Исследование влияния частоты вращения барабана шаровой
мельницы в пределах 0,5—0,65 от мт. кр на ее производительность
(при режимах, характерных для диспергирования пигментов в виде
«тощих» паст) дало следующую зависимость [22]:

G — f (гЛ4)	(XVII-12)

где п — частота вращения барабана, об/мин.

В итоге проведенных исследований, результаты которых отра-
жены в уравнениях (XVII-7), (XVII-11) и (XVII-12), предложено
обобщающее уравнение для расчета производительности шаровых

мельниц при диспергировании в них пигментов в пленкообразую-
щих веществах [23]:

_ ДГп0’4 ALCn0,4

°'-—d—’—d—

(XVII-13)

Обозначения A, F, n, d, L и С даны выше.

В диапазонах изменения ср от 15 до 25%, характерного для ме-
таллических шаров, 25—50% для фарфоровых, хорда С соответ-
ственно может быть выражена следующими эмпирическими урав-
нениями [23]:

при ф = 15 — 25% С = (0,7 + 0,008ф) D 1
при ф = 25-4-50% С — (0,8 -|- 0,004ф) D J

(XVII-14)

где ф — дано в %.

Подставив в уравнение (XVII-10) значение С из уравнений
(XVII-14), получим следующие уравнения для расчета производи-

тельности шаровых мельниц:

при ф = 15-4-25%

„ ALD (0,7 + 0,008Ф) п0’4

Сгч ==-------------------

при ф = 25 -т- 50%

_ ДДТ) (0,8 + 0,004 ф) п0’4

(XVII-15)

(XVII-16)

На рис. XVII-16 показаны шаровые мельницы периодического
действия, применяемые для диспергирования пигментов в пленко-
образующих веществах, с металлическими шарами и броней (а) и
керамическими шарами и футеровкой (б).

Особенности мельниц: гладкая поверхность футеровки бара-
бана, наличие рубашки у мельниц со стальными шарами и уста-
312

новка решетки с отверстиями малых размеров над разгрузочным
патрубком для задерживания мелющих тел и образующихся при
их раскалывании кусков.

Рис. XVI1-16. Шаровые мельницы со стальными (а) и керамическими (б") шарами:

1— корпус; 2 — футеровка; 3 — загрузочный люк; 4—рубашка: 5 — зубчатый венец; 6—редуктор;

7 — электродвигатель; 8 — решетка; 9—разгрузочный патрубок; 10—стойка; 11— днище.

При получении пигментных суспензий белых и светлых колеров,
а также когда недопустим примол металла, применяют мельницы
с шарами и футеровкой из керамики (фарфора, ультрафар-
фора, стеатита, уралита и др.). В остальных случаях используют

Мельницы со стальными шарами. Футеровка мельниц со стальными
шарами состоит не из отдельных плит, а из съемной цилиндриче-
ской обечайки из листовой стали, вставляемой в корпус мельницы.

Шаровые мельницы периодического действия для диспергирова-
ния пигментов в связующих выпускаются объемом от 0,1 до 8 м3.
На отечественных заводах преимущественное применение находят
мельницы объемом 2 и 4 м3.

В качестве рабочих тел в шаровых мельницах наиболее часто
применяют стальные шары диаметром 30 мм и фарфоровые диа-
метром 30—40 мм.

Из приведенных выше результатов исследования влияния диа-
метра шаров на производительность диспергаторов и из уравнения
(XVII-7) следует, что переход на шары диаметром 10—15 мм
позволяет в 2—3 раза повысить производительность шаровых
мельниц.

Замена стальных закаленных бракованных шаров для шарико-
подшипников (брак по размеру) диаметром 30 мм на шары диа-
метром 10—15 мм затруднена их дефицитностью и высокой стои-
мостью. Стальные шары диаметром 10—15 мм могут быть полно-
ценно заменены чугунным дешевым цильпебсом (цилиндриками)
диаметрами 15—20 мм или отработанным чугунным цильпебсом
цементных мельниц диаметром 10—15 мм [24]. Опыт применения
цильпебса показал, что по эффективности он не уступает стальным
шарам.

При использовании рабочих тел малых размеров (10—20 мм)
вязкость пигментной суспензии должна составлять примерно 0,05—
0,1 Па-с, так как при повышенной вязкости снижение размера ра-
бочих тел может не повысить, а снизить производительность.

Частота вращения барабана шаровых мельниц составляет 0,5—
0,65 от пт. кр- Повышение частоты вращения мало увеличивает про-
изводительность [см. уравнение (XVII-12)], но резко повышает из-
нос рабочих тел, стальной брони и особенно керамической футе-
ровки.

Степень объемного заполнения барабана шарами ф зависит от
их материала. Конструкция и мощность привода мельниц со сталь-
ными шарами, используемых для диспергирования пигментов
в пленкообразующих веществах, рассчитаны на максимальное зна-
чение ф = 22 4- 25%. Такое значение обеспечивает достаточно вы-
сокую производительность мельницы, поскольку его повышение
в небольшой мере увеличивает поверхность скатывания (см.
рис. XVII-15), вместе с тем оно вызывает сильное скольжение ра-
бочих тел относительно стенки барабана, ускоряющее их износ и
износ брони.

На рис. XVII-17 приведены результаты исследования влияния ф
на степень скольжения шаров относительно стенки барабана [25],
т. е. на отношение скорости движения барабана и скорости дви-
жения шаров, прилегающих к барабану. Из рисунка становится
понятным недопустимо быстрый износ керамических рабочих тел
и футеровки при ф <С30-т-35%. Из него также следует, что для

керамических рабочих тел и футеровки <р должно составлять не
менее 45% и это значение должно строго поддерживаться догруз-
кой рабочих тел по мере их износа.

Оптимальная загрузка шаровой мельницы со стальными ша-
рами пигментной суспензией по рецептуре «тощих» паст [26] со-
ставляет 300% от объема пустот между шарами (объем пустот ме-
жду шарами ~40% от насыпного объема шаров).

Главные достоинства шаровых мельниц: 1) полная герметиза-
ция; 2) исключение необходимости предварительного смешения
пигментов с пленкообразующими веществами; 3) простота кон-

струкции; 4) малые затраты труда;
5) возможность диспергирования
любых пигментов, легкость и
простота замены изнашивающих-
ся рабочих тел при диспергиро-
вании природных грубодисперс-
ных пигментов и наполнителей,
а также абразивных пигментов;
6) полное устранение примола ме-
талла у мельниц с керамическими
шарами и футеровкой; 7) простота
обслуживания.

Основные недостатки: 1) труд-
ность очистки при переходе на дру-
гую пасту (по цвету или пленко-
образующему); 2) сильный шум
при работе мельницы; 3) низкая

Степень заполнения барабана
тарами, % от объема барабана

Рис. XVII-17. Влияние степени запол-
нения барабана шарами на их сколь-
жение относительно стенки барабана.

производительность на единицу

объема корпуса; 4) трудность достижения степени перетира в еди-
ницах прибора «Клин» ниже 15—20.

Шаровые мельницы являются эффективными диспергаторами
для диспергирования природных грубодисперсных пигментов и на-
полнителей, абразивных и синтетических тонкодисперсных, но
труднодиспергируемых пигментов. Они незаменимы для получения
электроизоляционных эмалей, для которых совершенно недопустим

примол металла.

В случае применения шаровых мельниц целесообразна их ре-
конструкция в диспергатор ЛТИ-1 (см. ниже его описание), позво-
ляющая значительно повысить объемную производительность.

Диспергатор ЛТИ-1

В результате проведенных исследований [21] было установ-
лено, что при диспергировании в шаровых мельницах пигментов
в пленкообразующих веществах работает только тонкий верхний
слой шаров (см. рис. XVII-14), вся остальная масса шаров непо-
движна по отношению друг к другу и при степени заполнения ба-
рабана шарами ниже ~30% имеет место сильное скольжение ша-
ров относительно стенки барабана.

Новый аппарат — диспергатор ЛТИ-1 [27] —отличается от ша-
ровой мельницы вовлечением всей массы рабочих тел в работу.
На рис. XVH-18 показана конструкция диспергаторов ЛТИ-1 пе-
риодического и непрерывного действия. Диспергатор периодиче-
ского действия (рис. XVII-18, а) представляет собою вращающийся
частично заполненный рабочими телами (шары, цильпебс) бара-
бан, внутри которого неподвижно к его стенкам закреплен вал
с лопастями. Диспергатор непрерывного действия (рис. XVII-18, б)

Рис. XVII-18. Диспергаторы ЛТИ-1:

а — периодического действия; б — непрерывного действия.

1 — корпус; 2—вал; 3—лопасти; 4—перегородки.

отличается большим отношением длины барабана к его диаметру,
наличием перегородок с отверстиями, разделяющими барабан на
ряд секций, и полыми цапфами для загрузки и разгрузки пигмент-
ной суспензии. Число лопастей, их форма и размеры, углы наклона
лопастей к оси и стенке барабана могут быть различными.

При вращении барабана вся масса рабочих тел вследствие не-
избежного омывания ими лопастей вовлекается в работу. Кроме
того, исследование динамики их движения на модели диспергатора
ЛТИ-1 с прозрачной стенкой при помощи ускоренной цветной ки-
носъемки показало, что лопасти значительно снижают скольжение
шаров по стенке барабана при ф < 30% и повышают высоту их
подъема, увеличивая скорость скатывания шаров.

Конструктивные особенности и эффективность диспергатора
ЛТИ-1 периодического действия изучались на опытных аппаратах
объемом 150 и 300 л, затем на промышленных — объемом 2000 и
4000 л [28].

Результаты испытаний диспергатора ЛТИ-1 периодического
действия объемом 300 л и опыт эксплуатации промышленной мо-
дели объемом 4000 л, изготовленной реконструкцией шаровой
мельницы (установкой внутри барабана вала с лопастями), пока-
зали, что при прочих равных условиях его объемная производи-
тельность в 1,5—2 раза выше, чем у шаровой мельницы. Потреб-
ляемые электродвигателями мощности у диспергатора ЛТИ-1 и
шаровой мельницы, имеющих одинаковый объем, совпадают, а
удельный расход электроэнергии у диспергатора ЛТИ-1 примерно
в 2 раза ниже, чем у шаровой мельницы [29, 30]. Износ лопастей
диаметром 50 мм, изготовленных из стали 50Х, после 16-месячной
работы диспергатора ЛТИ-1 составил 0,5—0,8 мм, износ брони
в 2—3 раза ниже, чем у шаровой мельницы.

Режимы заполнения барабана рабочими телами и пигментной
суспензией, частота вращения барабана, достоинства, недостатки и
области применения диспергатора ЛТИ-1 аналогичны приведен-
ным для шаровых мельниц. Диспергатор ЛТИ-1 отличается от ша-
ровой мельницы более высокой объемной производительностью,
меньшим удельным расходом электроэнергии и более длительным
сроком службы брони.

На диспергатор ЛТИ-1 полностью распространяются законо-
мерности, охватываемые уравнениями (XVII-7) — (XVII-16), и они
могут быть использованы для расчета его производительности.

При расчете мощности привода диспергатора ЛТИ-1, а также
шаровых мельниц необходимо пользоваться расчетными уравне-
ниями, основанными на исследованиях потребляемой мощности
этими аппаратами при диспергировании в них пигментов в пленко-
образующих веществах [29—31].

Диспергатор ЛТИ-2

Исследование динамики движения рабочих тел в барабане ша-
ровой мельницы при диспергировании пигментов в пленкообразую-
щих веществах [21] показало, что производительность шаровых

мельниц прямо пропорциональна
поверхности скатывания шаров
[см. рис. XVII-15, уравнение
(XVII-11)]. Это исследование
привело к созданию нового типа
диспергатора со свободно движу-
щимися рабочими телами — дис-
пергатора ЛТИ-2, в котором со-
здается развитая поверхность
скатывания шаров [32].

Развитие поверхности скаты-

Рис. XVII-19. Диспергатор ЛТИ-2:
а —хордовые перегородки; б—радиальные
перегородки.

вания достигается созданием во

вращающемся барабане ячеек, образованных продольными перего-
родками, которые расположены по хорде (рис. XVII-19, а) пли ра-
диально (рис. XVII-19, б) и делят барабан на ряд секций-ячеек.
Каждая из ячеек барабана частично заполнена рабочими телами.

В перегородках имеются небольшие отверстия для перетока сус-
пензии.

Эффективность диспергатора ЛТИ-2 проверялась на опытном
аппарате объемом 300 л и диспергировании до 25 единиц по при-
бору «Клин» на пигментной суспензии для эмали ПФ-133 темно-
красной при применении стальных шаров диаметром 15 мм и ча-
стоте вращения барабана 55% от пт, кр [33]. Установлено, что
производительность диспергатора ЛТИ-2 в отличие от шаровых
мельниц и диспергатора ЛТИ-1 значительно возрастает с увели-
чением степени объемного заполнения барабана шарами и пиг-
ментной суспензией. При проведении сравнительных испытаний
диспергатора ЛТИ-2, диспергатора ЛТИ-1 и шаровой мельницы
объемом по 300 л при прочих равных условиях [исключая запол-
нение металлическими шарами (для диспергатора ЛТИ-2 35%
вместо 25%) и пигментной суспензией (500% от объема пустот
между шарами вместо 300%)], оптимальных для шаровой мель-
ницы и диспергатора ЛТИ-1, было получено, что объемная произ-
водительность диспергатора ЛТИ-2 примерно в 3,5 раза выше, чем
у шаровой мельницы, и в 1,8 раза выше, чем у диспергатора
ЛТИ-1.

При удельной объемной производительности 135 кг/(ч-м3) про-
изводительность диспергатора ЛТИ-2 объемом 4 м3 составит
540 кг/ч в пересчете на готовую эмаль ПФ-133 темно-красную.

Наряду с большой объемной производительностью диспергатор
ЛТИ-2 вследствие высокой степени заполнения барабана пигмент-
ной суспензией требует меньших затрат труда на операции за-
грузки и выгрузки.

Достоинства, недостатки и область применения диспергатора
ЛТИ-2 аналогичны приведенным для шаровой мельницы и дис-
пергатора ЛТИ-1, только он имеет значительно более высокую
объемную производительность.

Необходимо учитывать, что в диспергаторе ЛТИ-2 перегородки
изнашиваются с обеих сторон, а это требует их изготовления из
износостойких материалов достаточной толщины. Мощность при-
вода диспергатора ЛТИ-2 выше, чем у шаровой мельницы и дис-
пергатора ЛТИ-1, одинаковых с ним объема, но удельный расход
электроэнергии ниже.

ДИСПЕРГАТОРЫ С ЖЕСТКО ЗАКРЕПЛЕННЫМИ РАБОЧИМИ ТЕЛАМИ

Диспергаторы с жестко закрепленными рабочими телами отли-
чаются от диспергаторов со свободно движущимися рабочими те-
лами тем, что скорость движения их рабочих частей не зависит от
вязкости пигментной суспензии или пасты. В зависимости от типа
диспергатора на них можно диспергировать легкотекучие суспен-
зии, высоковязкие пасты и дисперсии пигмента в термопластичной
твердой смоле, нагретой до температуры размягчения.

К диспергаторам с жестко закрепленными рабочими телами
(см. рис. XVII-4, м — х) относятся валковые, дисковые машины,
318

коллоидные мельницы и различного типа смесители для высокб-
вязких паст и легкотекучих суспензий. Из них в настоящее время
применяются: трехвалковые машины в основном для получения
густотертых красок, шпаклевок, художественных и типолитограф-
ских красок; фрикционные вальцы и смесители тяжелого типа
(резиносмесители) для получения так называемых суховальцован-
ных паст; высокоскоростные дисковые машины для текучих суспен-
зий тонкодисперсных пигментов; смесители с высокоскоростными
и кавитационного типа мешалками для диспергирования низковяз-
ких и легкодиспергируемых пигментных суспензий (водоэмуль-
сионных красок и др.) и для первой ступени диспергирования,
совмещенной с операцией смешения пигмента с жидкой частью
суспензии.

Червячный смеситель для диспергирования высоковязких паст
находится в стадии испытания, коллоидные мельницы применяются
редко. Двухвалковые машины в настоящее время уже не исполь-
зуются, а одновалковые применяются только для фильтрования
эмалей.

Трехвалковые машины

В трехвалковых машинах (рис. XVII-20), часто называемых
трехвалковыми краскотерками, пастообразная смесь пигмента
с пленкообразующим веществом поступает в загрузочную коробку,
захватывается в клиновидную щель между первым и вторым вал-
ками, вращающимися навстречу друг другу, затем проходит со

Рис. XVII-20. Трехвалковая машина с различным расположением валков:
а — горизонтальное; б—наклонное; в — вертикальное;

1 — валок; 2—загрузочная коробка;3—нож.

второго валка на третий валок и с него снимается ножом. Абсо-
лютная и относительная скорости валков, зазор между ними, вяз-
кость пасты и ряд других факторов оказывают большое влияние
на процесс диспергирования, протекающий в зоне контакта между
валками, и на мощность, потребляемую машиной.

В основу теоретического исследования процесса обработки
пигментных паст на трехвалковых машинах [34] положена
гидродинамическая теория трения и смазки. Она позволила вы-
вести ряд уравнений, устанавливающих зависимость объемной

производительности краскотерочной машины, величины распорных
усилий, воспринимаемых валками, и мощности, расходуемой на их

вращение, от размеров валков, величины зазора между ними, ско-
рости их вращения и свойств обрабатываемой пасты.

Как известно, в основу гидродинамической теории трения и

смазки положены следующие допущения и предпосылки.

1.	Сопротивление трения между трущимися поверхностями
твердых тел, разделенных смазочной прослойкой, сводится к со-

Рис. XVII-21. Схема движения вязкой жидкости:
а — в подшипнике скольжения; б — в зазоре между
валками.

противлению в слоях самой
смазочной прослойки, опре-
деляемому законом Нью-
тона:

т = и-^	(XVII-17)

2.	Смазка прочно при-
стает к трущимся поверхно-
стям твердых тел, поэтому
скорость пограничного ее
слоя на этих поверхностях
равна скорости перемеще-
ния последних.

3.	Все промежуточное
X пространство между трущи-
мися поверхностями непре-
рывно заполняется смазоч-
ным материалом.

4.	Ввиду незначительной
величины зазора между
трущимися поверхностями
движение смазочной жидко-

сти ламинарное.

5.	Действие сил тяжести

и сил инерции смазки весьма

мало по сравнению с силами вязкости, а потому может не учиты-
ваться.

Сопоставляя условия обработки красочных паст на валковых
машинах с условиями работы подшипников скольжения и рассма-
тривая красочные пасты как вязкий материал, смазывающий по-
верхности валков, можно с достаточной степенью приближения
признать их полностью аналогичными и подчиняющимися одной и
той же закономерности. Внешнее различие в оформлении этих про-
цессов, не влияющее на их сущность, заключается лишь во взаим-
ном положении трущихся поверхностей твердых тел: в подшипни-
ках скольжения зазор, через который прогоняется смазка, обра-
зуется поверхностями цилиндров, расположенных концентрично,
у валковых машин — внешними цилиндрическими поверхностями
(рис. XVII-21). Кроме того, при больших окружных скоростях
валков коэффициент вязкости тиксотропной пасты принимает по-
стоянное значение.

Зададимся положением точки потока пасты в непосредственной
близости от минимального сечения зазора между валками, опре-
деляемой координатами х и у (рис. XVII-21).

Пренебрегая силами инерции, напишем уравнение, определяю-
щее условие равновесия сил трения и давления, действующих на
элементарный параллелепипед dx dy L (где L — длина валка)

т dy L — р dx L + (р + dp) dx L — (т + dx) dy L = 0

из которого лучим:	после сокращений и простейших преобразований по-  -^- = 4^-	(XVII-18)  dx	dy

По закону Ньютона

	T =	(XVII-19)  и л

х и подставляем ее

Берем производную этого уравнения по
в уравнение (XVII-18) вместо dx/dx\

d2v   1 dp

dx2	т| dy

(XVII-20)

После двойного интегрирования, считая вязкость пасты по-
стоянной, определим скорость v любой точки пасты в зазоре:

х2 d П

o = v W + Cix + C>	(XVII’21>

Для определения постоянных интегрирования Ci и С2 прини-
маем, что для граничных условий, т. е. х^ = i/2 и х2 = — i/2, ско-
рости слоев пасты, непосредственно прилегающих к поверхностям
вращающихся валков, соответственно равны окружным скоростям
последних: v = Vf, v = — v2. Подставляя в уравнение (XVII-21)
вместо х его выражение через i, получаем два уравнения, из кото-
рых и определятся значения Ci и С2:

°'=iw+c'^+cl	<xvn‘22)

V^^w~c‘i + C2	<XVII-23>

r	Ul — t»2 .	r fl + f2 Z2 dp	ZYA7TT

C,-----—;	^=—2---------§777	(XVII-24)

Преобразованное уравнение (XVII-21), определяющее зависи-
мость скорости v в любом сечении потока, проходящего через пе-
ретирающий контакт, примет следующий вид:

2т] dy У 4 7

01 — U2

2

01 + о$
2

(XVII-25)

х +

В этом уравнении остается пока неопределенной произвольная
dpldy, для выявления которой воспользуемся уравнением объемной

скорости потока Q пасты в зазоре:

x^ + i/2

Q = v dx L

х---i/2

(XVII-26)

После подстановки в уравнение (XVII-26) вместо v его выра-
жения из уравнения (XVII-25) и интегрирования правой части оно
приведется к следующему виду:

1 dp

12г| dy

(XVII-27)

Так как движение потока установившееся, следовательно, для
любого сечения зазора Q остается постоянным, и производная Q
по у должна быть равна нулю.

Произведя эту операцию, после простейших преобразований

получим:

Qi + 02 di   d / 1	dp .

2	dy	dy \ 12т] dy

(X VII-28)

Интегрируем уравнение (XVII-28):

или

+ o2 ..	. .	1 dp ..

-2~ “ - = Ж‘dF

dp _	(°1 + Pa) (i — ic)

dy	i3

(XVII-29)

где ic — постоянная интегрирования.

При рмакс правая часть уравнения (XVII-28) должна быть
равна нулю, а это возможно лишь при равенстве i и ic.

Этим определяется физический смысл постоянной интегрирова-
ния ic как величины зазора, в котором давление, создаваемое при
прохождении пасты через перетирающий контакт, достигает мак-
симума.

Подставив в выражение (XVII-27) ic вместо i и нуль вместо
dpldy, получим:

Q = Р11'°г icL	(X VII-30)

4W

Из уравнения (XVII-30) следует, что производительность пере-
тирающего контакта, образованного двумя вращающимися в про-
тивоположных направлениях валками, зависит от их окружной
скорости и величины зазора 1С, в котором давление достигает мак-
симума и не зависит от вязкости пасты.

Введя в уравнение (XVII-25) вместо производной dp/dy ее вы-
ражение из уравнения (XVII-29), имеем:

о foi + р2) (i - ic)

i3 I 4/

01 — o2

01 + t>2

2

(XVII-31)

( V1 4- V2 .

I 2 1

i

x +

Следовательно, скорость любой точки потока также не зависит
от вязкости пасты,

Пользуясь уравнением (XVII-31), построим кривые
(рис. XVII-22), характеризующие закон распределения скоростей
движения слоев пасты в наиболее характерных сечениях зазора:
сечение ic, в котором давление в зазоре достигает максимума; се-
чение imoi в котором v минимальная равна нулю; сечение iQ мини-
мального зазора и сечение im, в котором внутренние слои имеют



Vi

Сечение! _
V,

Сечение I

Сечение in

X-------R--------~

Сечение im0—

Сечение —

Рис. XVI1-22. Кривые распределения скоростей движения слоев пасты в зазоре между
валками машины.

отрицательные скорости, т. е. движутся в направлении, обратном
вращению валков.

В результате анализа зависимости распорных усилий между
валками и мощности, потребляемой машиной, от скорости пасты и,
величины минимального зазора t0, его длины L, вязкости пасты ц
и радиуса валка R получены следующие формулы [34].

1.	Распорные усилия Р\_2 и Р2-з между валками первым и вто-
рым, вторым и третьим при отношении частот вращения валков
1:2:4

Р1-2 = °>665vL\	Р2_3 = 0,15080,^1!	L (XVII-32)

а при отношении частот вращения валков 1:3:9

р1_2 = 0.634и1И1	L	Р2__3 = 0,0758а,pi j j	L (X VII-33)

2.	Полезная мощность машин N, расходуемая на обработку
пасты при соотношении частот вращения валков 1:2:4

о / Я /	ц„ \

JV = 0,0232vT|i.L Л — ( 1 + 0,1724-^-1	(XVII-34)

V го \	Hl 7

а при соотношении частот вращения валков 1:3:9

9	/ Я /	\

= 0,0237^цjL Д / — 11+ 0,0812 —— )	(XVII-35)

V lo \	Hi /

3.	Максимальная производительность трехвалковой машины до-
стигается при отношении частот вращения смежных валков 2,82
(в большинстве современных машин принято 3).

4.	Давление пасты между валками в зоне контакта достигает
нескольких мегапаскалей (десятков атмосфер). С увеличением

Рис. XVI1-23. Зависимость производительности трех-
валковой машины, удельного расхода электроэнергии
и потребляемой мощности от концентрации пигмента
в пигментной пасте (вязкости пасты):

1—удельный расход электроэнергии; 2 — потребляемая
мощность; 3—производительность.

ширины зазора между
валками iQ возрастает
объемная производитель-
ность трехвалковой ма-
шины, но при этом в слу-
чае постоянной вязкости
пасты ц снижается сте-
пень диспергирования.
Повышая вязкость пиг-
ментной пасты [формулы
(XVII-34),	(XVII-35)],

можно увеличивать зазор
между валками при со-
хранении V = const, т. е.
увеличивать одновремен-
но объемную производи-
тельность, сохраняя сте-
пень диспергирования.
Поэтому в отличие от

диспергаторов со свободно движущимися рабочими телами, для

которых имеется оптимальная вязкость, в трехвалковых машинах

производительность непрерывно увеличивается с повышением вяз-
кости пигментной пасты.

На рис. XVII-23 приведены опытные данные по влиянию вяз-
кости пасты (концентрации в пасте пигмента) на производитель-
ность трехвалковой машины, удельный расход электроэнергии и
потребляемую мощность [1]. Предельная величина вязкости огра-
ничивается конструктивной прочностью машины и мощностью ее
электродвигателя. В последнее время для возможности механизи-
рованного транспорта пигментных паст применяют пасты пони-
женной вязкости, в ущерб производительности трехвалковых ма-
шин.

В зависимости от свойств пигмента, требований к степени дис-
пергирования и других факторов пигментную пасту пропускают

через машину от одного до десяти раз, а иногда и более (худо-
жественные краски). В зоне контакта между валками паста нахо-
дится сотые доли секунды, и, следовательно, общая длительность
процесса диспергирования на трехвалковой машине не превы-
шает 1 с.

Трехвалковые машины (рис. XVII-20) выпускаются с горизон-
тальным, вертикальным и наклонным расположением валков. Ма-
шины с вертикальным и наклонным расположением валков более
удобны для загрузки, занимают меньше места, но несколько слож-
нее в изготовлении.

В трехвалковых машинах валки полые, из закаленной стали или
отбеленного чугуна, охлаждаемые водой. Диаметр валков — обыч-
но 300—400 мм, длина — 800—1000 мм.

Предельная скорость вращения наиболее быстроходного треть-
его валка машины ограничивается величиной центробежной силы
на его поверхности, при которой начинается отрыв пасты от валка.
Диаметры валков одинаковы, и скорости вращения остальных двух
валков снижаются по отношению к скорости вращения быстро-
ходного валка в пропорции 1:2:4 или 1:3:9. По указанным
выше соображениям максимально допустимая окружная скорость
третьего валка обычно не превышает 4—5 м/с. При диаметре вал-
ков 300—400 мм скорость вращения наиболее быстроходного валка
составляет не более 200—250 об/мин.

В трехвалковых машинах корпуса подшипников среднего валка
закреплены на станине машины неподвижно, а подшипники край-
них валков могут перемещаться в ту или другую сторону, скользя
по направляющим станины, для изменения величины зазоров. Из-
менение величины зазоров между валками необходимо для на-
стройки машины на разные режимы работы в зависимости от
свойств обрабатываемой пасты и требований к степени перетира
по прибору «Клин», предъявляемой к готовой продукции. Для пе-
ремещения корпусов подшипников применяются различные устрой-
ства типа винтовых и гидравлических прижимов с ручным или ав-
томатическим управлением.

Современные трехвалковые машины снабжены устройствами
для гидравлического автоматического прижима валков и подъема
деж с пастой (рис. XVII-24). Они имеют две скорости вращения
валков. Обычно первый пропуск пасты осуществляют при меньшей
скорости, а последующие — при большей.

Достоинства трехвалковой машины: 1) легкость очистки при
переходе на другую пигментную пасту; 2) пригодность для дис-
пергирования высоковязких пигментных паст; 3) возможность
весьма тонкого диспергирования на ней тонкодисперсных, но труд-
нодиспергируемых пигментов. Основные недостатки: 1) открытая
поверхность валков, приводящая к загрязнению атмосферы цеха
и потере растворителей в случае их содержания в пигментной
пасте; 2) сложность конструкции; 3) низкая производительность;
4) повышенные затраты ручного труда и трудность механизации
при высоковязких пастах; 5) быстрый износ поверхности валков

при дипергировании абразивных и грубодисперсных природных
пигментов и наполнителей.

В настоящее время диспергатором, позволяющим получать
в больших количествах высоковязкие пигментные пасты, является
трехвалковая машина. Поэтому она находит широкое применение
на лакокрасочных производствах для получения гу.стотертых кра-
сок, производимых сотнями тысяч тонн в год, художественных
красок и шпаклевок. В производствах легкотекучих эмалей и кра-
сок, готовых к употреблению, она вытеснена другими типами дис-
пергаторов и в настоящее время используется в них для получения

Рис. XVII-24. Трехвалковая машина с двумя скоростями валков, гидравлическим прижимом
и гидроподъемником для деж:

/ — станина; 2—валки; 3—загрузочная коробка; 4 — электродвигатель: 5 — гидроподъемник
для деж; 6—фартук с ножом.

небольших количеств подколеровочных паст и для диспергирова-
ния некоторых тонкодисперсных, но труднодиспергируемых пиг-
ментов (ряда органических пигментов, газовой сажи и др.) при
высокой степени перетира (5—10 делений по прибору «Клин» и
ниже), труднодостижимой на других типах диспергаторов.

Фрикционные вальцы, смеситель тяжелого типа
(резиносмеситель)

Объединение под одним заголовком фрикционных вальцов и
двухвалкового смесителя обусловлено общностью области их при-
менения. Они используются для получения так называемых сухо-
вальцованных паст (СВП) на основе термопластичных пленкооб-
разующих веществ (коллоксилина, перхлорвиниловых, поливинил-
бутиральных смол и др.). На них диспергируют пасты с высокой
концентрацией пигментов, обычно твердые при 20—30 °C, но пере-
ходящие при нагревании в пластичную массу со структурной вяз-
костью, измеряемой сотнями тысяч пуаз.

! При пластикации на фрикционных вальцах и перемешивании
в двухвалковых смесителях вследствие высокой вязкости пасты
в ней возникают большие касательные напряжения, что позволяет
с использованием ПАВ получать весьма тонкие дисперсии, часто
недостижимые на других типах диспергаторов.

Фрикционные полые вальцы, обогреваемые водой (см.
рис. XVII-4, п), типа применяемых для пластикации порохов и ре-
зины, в которых усилие распора (величина давления) может до-
стигать 50—100 МПа, имеют фрикцию (отношение частот враще-
ния валков) от 1 : 1,1 до 1 : 1,5.

При получении суховальцованных паст на коллоксилине
(СВП-НЦ) сначала приготавливают с помощью Z-образных сме-
сителей высоковязкую массу, состоящую из коллоксилина, пласти-
фикатора, растворителей, пигментов и ПАВ (которые оказывают
большое влияние на процесс диспергирования). Затем ее валь-
цуют на фрикционных вальцах. После вальцевания пасту пропу-
скают через раскатные вальцы, получая ленту толщиной 0,5—
0,7 мм, легко раздробляемую на кусочки после охлаждения.

Вальцевание позволяет получать весьма тонкие дисперсии ряда
пигментов (сажи, железной лазури и др.), но связано со значи-
тельными затратами ручного труда.

На зарубежных заводах суховальцованные пасты, часто назы-
ваемые «чипсами» (стружками), получают, применяя резиносмеси-
тели периодического действия (см. рис. XVII-4, т). В резиносмеси-
теле в закрытом корпусе, целиком заполненном пастой, сжатой
с помощью поршневого затвора, вращаются во взаимно противопо-
ложных направлениях два валка. При работе валков в нагретой
высоковязкой массе возникают настолько высокие силы трения,
что для смесителя объемом 130 л требуется мощность электродви-
гателя 200 кВт. Диспергирование заканчивается за 30—40 мин, и
поэтому расход электроэнергии не столь велик. Из смесителя по-
лученная нагретая паста выходит в виде комообразной массы, и
при ее охлаждении образуются твердые крупные комья, использо-
вание которых затруднительно. Поэтому из смесителя нагретую
массу передают на раскатные валки или в червячный пресс (эк-
струдер), превращая ее в гранулы.

Дисковые диспергаторы

Дисковые диспергаторы со стальными дисками (см.
рис. XVII-4, р), называемые также ворончатыми краскотерками,
применяют для диспергирования небольших количеств легкотеку-
чих суспензий в цехах покрытий и порошковых красок.

Выпущен новый тип высокопроизводительных дисковых диспер-
гаторов, отличающихся материалом дисков и скоростью вращения.
В этих диспергаторах (рис. XVII-25) диски изготовлены из спе-
циальных марок корунда, верхний (сблокированный с загрузоч-
ной воронкой) неподвижен, нижний вращается с частотой 3000—
3600 об/мин и может перемещаться для регулирования зазора

ванию. Этой особенностью объясняется, почему на небольшом рас-
стоянии от зубьев мешалки (~50 мм) передается до 75% кине-
тической энергии (рис. XVII-26, в). В связи с этим для вовлечения
в сферу работы мешалки пигмента (обычно подаваемого в центр
воронки, образующейся в смесителе), суспензии, заполняющей сме-
ситель, и ускорения процесса диспергирования диаметр и высота

^100
оъ

м Jr

§ 50

2,56,0 7,110,1 iwww

Расстояние от лопатки

мешалки, см

Рис. XVI1-26. Дискозубчатая мешалка (дисольвер):

а—конструкция мешалки; б—внешний вид смесителя-диспергатора с подъемной мешалкой!
в — изменение кинетической энергии по мере удаления от зубьев;

1 — импеллер; 2—вал; 3—электродвигатель; 4—подъемно-поворотное устройство.

корпуса аппарата не должны превышать 2—3 диаметра мешалки.
Окружная скорость мешалки для протекания процесса дисперги-
рования должна быть не менее 20 м/с [37—39].

Оптимальные режимы и конструкция дискозубчатой мешалки
отличаются для процессов смешения и диспергирования. По-
этому в дискозубчатых мешалках непрерывного действия (см.
рис. XVIII-6) желательно в первой камере иметь отношение D/d^2
(где D — диаметр корпуса; d — диаметр мешалки), установка в ко-
торой отражательных перегородок заметно интенсифицирует про-
цесс смешения, а в последующих камерах принимать Did = 2 4-3.

В смесителях с дискозубчатой мешалкой по достижении степени
перетира по «Клину» 50—80 единиц процесс диспергирования
останавливается, и поэтому во избежание излишних затрат элек-

троэнергии желательно, чтобы время пребывания в них смеси не
превышало 20—30 мин.

Дискозубчатые мешалки стационарного типа (см. рис. XVI-1)
с подъемно-поворотной мешалкой (см. рис. XVI-4) и непрерывного
действия (см. рис. XVI-2) находят широкое применение в цехах
красок главным образом в качестве смесителей, блокируемых с би-
серными машинами, а не диспергаторов. Объясняется это высо-
кими энергетическими затратами при получении небольшой сте-
пени диспергирования.

С бисерными машинами для непрерывного смешения пигментов
с жидкой фазой суспензии блокируют не только дискозубчатые
мешалки, но и компактные смесители шнекового типа (см.
рис. XVI-3).

Имеется- ряд конструкций диспергаторов периодического дей-
ствия типа высокоскоростных мешалок для легкотекучих суспен-
зий, но они не предназначены для высокой степени диспергирова-
ния. Испытание широко рекламированного диспергатора такого
типа («Кейди-Милл») не дало положительных результатов [40].

Ультразвуковые и звуковые диспергаторы

Достаточно мощные ультразвуковые колебания жидкости (сус-
пензии) можно получить с помощью гидродинамического вибра-
тора, магнитострикционных и пьезоэлектрических преобразовате-
лей [41—43].

В гидродинамических ультразвуковых вибраторах при вытека-
нии жидкости из щели (см. рис. XVII-4, ц) на тонкую пластинку
незакрепленный ее конец вибрирует под действием струи жидко-
сти.

При ультразвуковых частотах колебаний вибраторов в жидко-
сти (суспензии) в ней образуются пустоты — кавитационные пу-
зырьки, при захлопывании которых возникают большие мгновен-
ные давления.

Звуковые диспергаторы по конструкции аналогичны гидродина-
мическим ультразвуковым диспергаторам, только в них создаются
небольшие частоты вибраций пластинки.

В результате исследований, проведенных на опытном гидроди-
намическом диспергаторе периодического действия, было пока-
зано [42], что диспергирование низковязких суспензий синтетиче-
ских пигментов до степени перетира 30—40 единиц по «Клину» до-
стигается уже при звуковых частотах 600—1300 Гц и продолжи-
тельности диспергирования 0,7—1 ч. Полагают, что при непрерыв-
ном процессе потребуется последовательная установка 3—5 зву-
ковых диспергаторов.

На магнитострикционном и пьезокварцевом излучателях, более
сложных по конструкции, чем гидродинамический, была получена
низкая степень диспергирования пигментов при большем расходе
электроэнергии [43].

В диспергаторах с гидродинамическими вибраторами можно
диспергировать только низковязкие суспензии тонкодисперсных

микронизированных легкодиспергируемых пигментов до невысокой
степени перетира по «Клину». Работы по усовершенствованию
этого типа диспергатора и уточнению эффективных областей его
применения продолжаются.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДИСПЕРГАТОРОВ

Имеется много способов интенсификации работы диспергаторов.
Общими для диспергаторов всех типов являются следующие.

1.	Применение тонкодисперсных микронизированных пигмен-
тов.

2.	Повышение диспергируемости пигментов их поверхностной
модификацией, обработкой ПАВ.

3.	Введение в пигментную суспензию ПАВ, диспергирующих
веществ, стабилизаторов, растворителей и других добавок, уско-
ряющих процесс диспергирования [2, 44].

4.	При получении пигментных суспензий для алкидных эма-
лей — применение полуфабрикатных лаков с повышенным содер-
жанием веществ со свойствами диспергаторов и стабилизато-
ров [2].

5.	Подбор оптимального состава (рецептуры) пигментной сус-
пензии (пасты).

6.	Нагревание пигментной суспензии до оптимальной темпера-
туры.

7.	Замена сушки водных паст пигментов вытеснением из них
влаги пленкообразующим веществом (см. гл. VII) или смачива-
нием сухого пигмента водой с последующим вытеснением влаги
пленкообразующим веществом (например, при диспергировании
сажи в процессе получения типолитографских красок), что в не-
сколько раз ускоряет процесс диспергирования.

8.	Применение автоматизированного непрерывного способа дис-
пергирования (см. рис. XVI-2).

Для диспергаторов со свободно движущимися рабочими телами
помимо перечисленных общих способов применяются также другие.

1.	Снижение размера рабочих тел.

2.	Увеличение плотности материала рабочих тел, дающее осо-
бый эффект в случае труднодиспергируемых пигментов и повышен-
ной вязкости пигментной суспензии.

3.	Применение в шаровых мельницах и диспергаторах ЛТИ-1
и ЛТИ-2 вместо шаров цилиндриков (цильпебса) и кубиков, обес-
печивающих увеличение производительности в 1,1—1,5 раза [26].

4.	Повышение интенсивности движения рабочих тел в бисерных
машинах и атриторах путем изменения частоты вращения пере-
мешивающего устройства до оптимального; в шаровых мельни-
цах — установкой внутри барабана перемешивающего устройства,
типа применяемого в диспергаторе ЛТИ-1.

5.	Последовательная, вместо параллельной, установка бисер-
ных машин и атриторов непрерывного действия.

6.	Оптимальное заполнение диспергатора рабочими телами и
пигментной суспензией.

7.	Двухступенчатое диспергирование с отделением крупных ча-
стиц на патронном фильтре после первой ступени [45].

Для диспергаторов с жестко закрепленными рабочими телами
кроме отмеченных выше общих способов интенсификации работы

используются следующие.

1.	Увеличение скорости движения рабочих частей диспергатора
(без превышения его прочностных характеристик).

2.	Применение оптимальных режимов (давлений на валки в
трехвалковых машинах, размеров зазора в дисковых) в дисперга-
торах с регулируемым щелевым зазором между рабочими частями

диспергатора.

Другие способы интенсификации работы
диспергаторов приведены при их описа-
нии.

На производительность диспергаторов,
особенно со свободно движущимися рабо-
чими телами, очень большое влияние ока-
зывает вязкость дисперсионной среды (жид-
кой части) пигментной суспензии и концен-
трация в ней пигмента, от которой зависит
вязкость суспензии.

При разрушении агрегатов пигментов в
процессе диспергирования, если «открываю-
щаяся» поверхность частиц пигмента не
будет быстро смочена, возможна повторная
агрегация частиц. Поэтому чем ниже вяз-
кость жидкости, тем быстрее она подни-
мается в открывшихся капиллярных каналах

Концентрация смолы
в растворе, % (об.)

Рис. XVII-27. Зависимость
вязкости раствора от кон-
центрации смолы ПФ-064 [17].

и растекается на по-

верхности частиц.

Снижение вязкости жидкой части суспензии достигается умень-
шением в ней объемного содержания пленкообразующего ве-
щества добавкой растворителей к полуфабрикатному лаку. На
рис. XVII-27 приведена зависимость вязкости раствора алкидного
лака от объемного содержания в нем пленкообразующего вещества
[17], из которой видно резкое возрастание вязкости при концен-
трации пленкообразующего вещества ~15—20%.

Повышение интенсивности процесса диспергирования с умень-
шением объемной концентрации пленкообразующего вещества объ-
ясняется не только снижением вязкости ее раствора [2].

Молекулы олигомеров образуют молекулярные ассоциаты раз-
личных размеров и форм — так называемые надмолекулярные
структуры. Чем ниже концентрация пленкообразующих веществ
в растворе, тем сильнее они сольватируются, тем ниже степень ас-
социации их молекул и выше подвижность получаемых ассоциатов.
Таким образом, ускорение процесса диспергирования при сни-
жении концентрации пленкообразующего вещества в жидкой
фазе суспензии обусловлено совместным влиянием факторов —
уменьшением ее вязкости и степени ассоциации молекул смолы.
Повышение температуры суспензии, снижая вязкость и степень

ассоциации молекул смолы, также заметно ускоряет диспергиро-
вание [46].

На рис. XVII-28, а приведены результаты исследования влияния
объемной концентрации пленкообразующего вещества в жидкой
части суспензии на относительную производительность дисперга-
тора со свободно движущимися телами при различных объемных
концентрациях пигмента в суспензии [17]. Наличие экстремума
объясняется следующим. Снижение объемной концентрации плен-
кообразующего вещества при постоянной концентрации пигмента

Концентрация
пленкообразующего
б растворе, %(об.)

пигмента 6 пасте, %о(рб)

Рис. XVI1-28. Влияние объемной концентрации пленкообразующего вещества (ПФ-064) и
пигмента (двуокиси титана РО-2) на относительную производительность диспергатора
со свободно движущимися рабочими телами [17]:

а—влияние объемной концентрации пленкообразующего вещества; б—влияние объемной
концентрации пигмента;

1 — 4—концентрация пигмента 25; 30; 35 и 40%, соответственно; 5—10—концентрация пленко
образующего вещества 15; 20; 25; 30; 35 и 40%, соответственно.

в суспензии, как отмечено выше, ускоряет процесс диспергирова-
ния за счет снижения вязкости и степени ассоциации молекул
пленкообразующего вещества, а также увеличения скорости дви-
жения шаров вследствие снижения вязкости суспензии. Вместе
с тем со снижением концентрации пленкообразующего вещества и
вязкости уменьшаются касательные напряжения, возникающие при
движении шаров в суспензии, и ухудшается стабилизация смочен-
ных частиц. Взаимное влияние этих факторов определяет кинети-
ку диспергирования и вызывает появление экстремума.

При концентрациях пленкообразующего вещества <С5% про-
цесс диспергирования не протекает; в пределах 5—40%
(рис. XVII-28, а) оптимальная объемная концентрация смолы со-
ставляет ~15% [или ~20% (масс.)]. Существенно, что она имеет
постоянное значение при всех объемных концентрациях пигмента
в пределах 25—40% [или ~60—75% (масс.)].

Из рис. XVII-28, а видно большое влияние концентрации плен-
кообразующего вещества на производительность диспергатора со
свободно движущимися телами, возрастающее с увеличением кон-
центрации пигмента. Этот фактор может изменить производитель-

ность почти в пять раз. Поэтому при диспергировании в дисперга-
торах со свободно движущимися рабочими телами необходимо
применять пигментные суспензии с низким содержанием пленко-
образующего вещества в жидкой фазе — так называемые «тощие»
пасты. По опытным данным [47], оптимальная концентрация ал-
кидов в жидкой фазе суспензии для большого числа пигментов со-
ставляет ~25% (масс.), т. е. близка к приведенной выше.

Концентрация 20—25% (масс.) алкида обеспечивает создание
достаточно развитого адсорбционного слоя, стабилизирующего смо-
ченные частицы пигмента [48].

Полуфабрикатные алкидные лаки содержат ~50% сухого
остатка (алкида). Содержание растворителей и низковязкого сик-
катива в рецептуре ряда эмалей не обеспечивает возможности по-
лучения диспергируемых пигментных суспензий с оптимальным со-
держанием алкида в ее жидкой части. В этом случае дополнитель-
ное количество растворителей может быть получено за счет приме-
нения при составлении эмали лаков с повышенным сухим остатком
(55—60%). Отсутствие таких лаков сдерживает внедрение опти-
мальных рецептур «тощих» паст в части содержания пленкообра-
зующего вещества в жидкой фазе суспензии.

Новый тип диспергатора — атритор непрерывного действия
с отбойными лопастями — позволяет диспергировать высоковязкие
пигментные суспензии, т. е. суспензии с высокой объемной кон-
центрацией пигмента. Чем выше объемная концентрация пигмента
в суспензии, тем меньше расходуется дисперсионной среды для
ее получения. Следовательно, при том же расходе растворителей
на 1 т эмали можно снизить содержание пленкообразующего ве-
щества в жидкой фазе суспензии и тем самым ускорить процесс
диспергирования. Этот фактор является важным преимуществом
атритора е отбойными лопастями по сравнению с бисерной маши-
ной при получении ряда эмалей.

Влияние объемной концентрации пигмента на относительную
производительность диспергаторов со свободно движущимися ра-
бочими телами при различных объемных концентрациях пленкооб-
разующего вещества приведено на рис. XVII-28, б.

С повышением концентрации пигмента увеличивается вязкость
суспензии, растут касательные напряжения в местах контакта ра-
бочих тел и возрастает число частиц пигмента, попадающих в зону
контакта. С другой стороны, при этом снижается скорость движе-
ния рабочих тел и увеличивается ширина зазора между ними
в зоне контакта. В результате взаимного влияния этих факторов
возникает экстремум.

Из рис. XVII-28, б следует, что для двуокиси титана в лаковой
основе ПФ-064 имеются два экстремума: первый — при концентра-
ции смолы 15—25%, второй — при 30—40%. Для других пигментов
в пределах объемной концентрации алкидной смолы 5—40% имеет-
ся только один экстремум [22]. В определенных диапазонах кон-
центрации пленкообразующего вещества оптимальная концентра-
ция пигмента имеет постоянную величину.

Как и концентрация пленкообразующего вещества, концентра-
ция пигмента оказывает весьма большое влияние на производи-
тельность диспергатора (рис. XVII-28, б). Отличие заключается
только в том, что применение оптимальной концентрации пленко-
образующего вещества часто сдерживается отсутствием «свобод-
ных» растворителей в рецептуре эмали, в то время как оптималь-
ная концентрация пигмента ничем не ограничивается, может и
должна быть использована.

Необходимо учитывать, что повышение производительности за
счет оптимальной рецептуры пигментной суспензии может быть
реализовано при одновременном подборе оптимальных размера и
материала рабочих тел.

При разработке рецептуры суспензий (паст) для диспергаторов
с жестко закрепленными рабочими телами также применяются
«тощие» пасты, но в трехвалковых машинах, резиносмесителях и
червячных смесителях с повышением концентрации пигментов —
вязкости паст непрерывно возрастает производительность (см.
рис. XVII-23) и она ограничивается только прочностными харак-
теристиками машины и мощностью ее электродвигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Горловский И. А., Козулин Н. А. — В кн.: Дринберг А. Я. Технология плен-
кообразующих веществ. Л., Химия, 1948, с. 659—707.

2.	Ермилов П. И. Диспергирование пигментов. М., Химия, 1971. 300 с.

3.	Ермилов П. И., Индейкин Е. А. Физическая химия пигментов и пигментиро-
ванных материалов. Ч. II. Ярославль, ЯПИ, 1976. 85 с.

4.	Мак-Келви Д. М. Переработка полимеров. М., Химия, 1965. 442 с.

б.	Горловский И. А., Бочарова А. М., Суворова В. Д. Лабораторный практикум
по химии и технологии пигментов. Л., Химия, 1978. 223 с.

6.	Горловский И. А., Сакар А. Г. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1968, № 6, с. 43—47.

7.	Камерон А. Теория смазки в инженерном деле. М., Машгиз, 1962. 293 с.

8.	Горловский И. А., Давыдов Н. Я., Свердлов М. X. и др. — Лакокрасочные
материалы и их применение, 1967, № 6, с. 70—73.

9.	Кононова 3. К., Бродский Ю. М., Бунцельман Б. И. и др. — Там же, 1971,
№ 6, с. 52—53.

10.	Koln Р., Engels К. Betribshandbuch der Lackerstcllung. Stutgart, 1959.

11.	Engels К. — Farbe und Lack, 1965, № 5, 6.

12.	Лейбзон Л. H. Химия и химическая технология, синтез и исследование плен-
кообразующих веществ и пигментов. Ярославль, ЯПИ, 1976, с. 80—84.

13.	Лейбзон Л. Н., Мандель Р. Б. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1978, № 1, с. 39—41.

14.	Лейбзон Л. Н., Соболев Ю. Б. — Там же, 1976, № 6, с. 41—43.

15.	Лейбзон Л. Н. Химия и химическая технология, синтез и исследование плен-
кообразующих веществ и пигментов. Ярославль, ЯПИ, 1977, с. 85—88.

16.	Колин В. Л., Охрименко И. С. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1964, № 3, с. 51—54.

17.	Горловский И. А., Сакар А. Г., Семенова Т. С. и др. — Там же, 1971, № 1,
с. 59—62.

18.	Мельницы (атриторы) с мешалкой и отбойными лопастями. Каталог фирмы
«Нетш» (ФРГ).

19.	Логиненко Д. Д., Шеляков О. П. Интенсификация технологических процес-
сов в аппаратах с вихревым слоем. Киев, Технжа, 1976. 144 с.

20.	Кузнецов Ю. Н., Абросимов В. А., Ляпунов В. Н. и др. — Электронная об-
работка материалов, 1976, № 3, с. 39—40; — Пат. 3, 987, 967 (США).

21.	Горловский И. А., Сакар А. Г. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1968, № 5, с. 59—62.

22.	Сакар А. Г. — Автореф. канд. дисс. Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1971. 18 с.

23.	Г орловский И. А., Сакар А. Г. — Лакокрасочные материалы и их приме-
нение, 1973, № 3, с. 54—56.

24.	Горловский И. А., Сакар А. Г., Варламов В. П.— Там же, 1971, № 6,
с. 53—54.

25.	Горловский	И. А., Сакар А. Г. — Там же, 1971, №	5, с. 57—59.

26.	Горловский	И.	А., Сакар А. Г., Варламов В.	П. — Там же, 1973,	№ 5,

с. 66—67.

27.	Горловский	И.	А., Охрименко И. С., Давыдов Н.	Я.— А. с. 227076 (СССР).

28.	Горловский	И.	А., Охрименко И. С., Сакар А.	Г.— Лакокрасочные	мате-

риалы и их применение, 1972, № 5, с. 65—67.

29.	Варламов	В.	П. — Там	же,	1972,	№ 2,	с. 56—60.

30.	Варламов	В.	П. — Там	же,	1974,	№ 2,	с. 60—62.

31.	Варламов	В.	П. — Там	же,	1976,	№ 1,	с. 54—55.

32.	Горловский	И. А., Охрименко	И. С., Сакар А. Г. и др. — А. с. 237816

(СССР).

33.	Горловский И. А., Охрименко И. С., Сакар А. Г. — Лакокрасочные материа-
лы и их применение, 1974, № 3, с. 53—54.

34.	Козулин Н. А.— Автореф. докт. дисс. Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1954. 26 с.

35.	Новиков Ю. К., Коваленко В. И. — Лакокрасочные материалы и их приме-
нение, 1973, № 5, с. 61—63.

36.	Чупеев М. А., Клычин В. Н., Федотьев В. Н. и др. — Там же, 1968, № 4,
с. 60—62.

37.	Лейбзон Л. Н. Химия и химическая технология. Ярославль, ЯПИ, 1973,.
с. 80—81.

38.	Лейбзон Л. Н. — Труды ЯПИ, 1975, вып. 1, с. 74—79.

39.	Лейбзон Л. Н. — Там же, с. 62—70; Лейбзон Л. Н., Михеенкова Е. А.—
Там же, с. 71—73.

40.	Козулин Н. А., Г орловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

41.	Кроуфорд А. Э. Ультразвуковая техника. М., ИЛ, 1958. 364 с.

42.	Котлярский Л. Б., Зеленая А. В., Кишеневская 3. М. и др. — Лакокрасоч-
ные материалы и их применение, 1963, № 5, с. 51—57.

43.	Кораблев Н. М., Ворошилова Н. М., Школьман Е. Е. — Там же, 1962, № 4,
с. 56—59.

44.	Толстая С. Н., Шабанова С. А. Применение поверхностно-активных веществ
в лакокрасочной промышленности. М., Химия, 1976. 174 с.

45.	Миренский Б. Р. Лакокрасочные материалы и их применение, 1976, № 2,
с. 5—7.

46.	Горловский И. А., Штерн М. А., Сакар А. Г. и др. — Там же, 1970, № 2,
с. 17—19.

47.	Чупеев М. А., Клычин В. Н., Федотов В. Н. и др. — Там же, 1968, № 1.
с. 17—18.

48.	Ермилов П. И., Захарычев В. П. — Там же, 1970, № 1, с. 16—19.

Глава XVII!

СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТНЫХ ПАСТ,
СУСПЕНЗИЙ И СОСТАВЛЕНИЯ ЭМАЛЕЙ

Вид оборудования, применяемого для смешения пигментов
с пленкообразующими веществами или их растворами, зависит от
вязкости получаемой смеси.

Для получения густотертых и масляных художественных кра-
сок, шпаклевок, суховальцованных красок (СВП), а также при

Рис. XVIII-1. Двухлопастной смеситель с Z-образными лопастями:

/ — привод; 2—станина; 3—корпус; 4—лопасть; 5—крышка; 6 — подшипник передней лопасти;
7—подшипник задней лопасти; 8—противовес.

обезвоживании водных паст пигментов вытеснением влаги пленко-
образующими веществами (см. рис. VII-20) применяют смесители,
позволяющие получать пастообразные смеси. К ним относятся сме^
сители: 1) периодического действия — двухлопастные, с планетар-
ной подъемной мешалкой и сменными дежами; 2) непрерывного
действия — шнековые.

Наиболее широко применяют двухлопастные смесители легкого
типа периодического действия с Z-образной формой лопастей
(рис. XVIII-1). Рабочий объем таких смесителей составляет 200—
1000 л. Верхняя часть корпуса смесителя прямоугольная, днище
составлено из двух полуцилиндров, соединенных между собой по
образующей. Z-образные лопасти изогнуты вдоль их горизонталь-
ной оси по винтовой линии, вращаются в противоположных на-
правлениях; соотношение скоростей вращения лопастей равно 1 : 2.

Наружная грань лопастей плотно прилегает к днищу и стенкам
корпуса, что обеспечивает очистку стенок при выгрузке пасты. Вы-
грузка пасты в приемные вагонетки (дежи) осуществляется опро-
кидыванием корпуса, вращающегося вокруг оси вала передней ло-
пасти, подшипники которой закреплены на станине смесителя.

Рис. XVIII-3. Шнековый смеситель непре-
рывного действия [2]:

1 — загрузочная воронка для пигмента;
2— корпус; 3 — сплошной шнек; 4 — лопаст-
ной шнек; 5 — редуктор; 6 — электродвига-
тель.

Рис. XVII1-2. Смеситель с вертикальной
подъемной планетарной мешалкой:

1—дежа; 2— мешалка; 3—крышка; 4 — при-
вод; 5—подъемное устройство.

Рис. XVI П-4. Смеситель периодического
действия с дискозубчатой мешалкой (ди-
сольвер):

1 — корпус; 2 — дискозубчатая	мешалка;

3—электродвигатель.

Подшипники вала второй лопасти закреплены на корпусе смеси-
теля. Для облегчения опрокидывания корпуса имеется противовес.
Смесители для обезвоживания водных пигментных паст (см.
рис. VII-20) снабжены паровой рубашкой и рассчитаны на работу
под вакуумом.

Для получения небольших партий нетекучих или труднотекучих
паст и с целью исключения зачистки корпуса применяют смесители
с вертикальной планетарной подъемной мешалкой (рис. XVIII-2)
и сменными дежами. При опускании мешалки в дежу одновре-
менно опускается конусообразная крышка дежи.

В связи со строительством цехов красок большой мощности,
внедрением атриторов непрерывного действия с отбойными лопа-
стями, автоматизацией процесса диспергирования возникла необ

ходимость в смесителях непрерывного действия, позволяющих по-
лучать высоковязкие пигментные суспензии и пасты.

В отечественных цехах красок испытывался шнековый смеси-
тель непрерывного действия типа «Фогель» с объемной дозировкой
пигментов и жидкости для получения паст, диспергируемых на
трехвалковых машинах [1]. Испытания показали, что он обеспечи-
вает получение достаточно однородной пасты, но объемная дози-
ровка пигментов неточна.

Рис. XVIII-5. Смеситель с вертикальной
подъемной пропеллерной мешалкой:

1—дежа; 2—мешалка; 3 — электродвига-
тель; 4 — подъемное устройство.

Рис. XVII1-6. Смеситель двухступенчатый
непрерывного действия с дискозубчатой
мешалкой:

1 — корпус; 2— рубашка; 3—перегородка;
4—мешалка дискозубчатая; 5—электро-
двигатель; 6—отражательная перегородка.

Известно большое число конструкций шнековых смесителей не-
прерывного действия для получения пастообразных смесей (со
сплошным, лопастным и ленточным шнеками).

При любой конструкции смесителя для получения пасты необ-
ходимого состава пигменты должны дозироваться весовыми доза-
торами непрерывного действия, а жидкости — расходомерами (см.
рис. XVI-7).

На рис. XVIII-3 показан один из вариантов конструкции шне-
кового смесителя для получения пастообразных смесей [2]. Его
особенностью является подача порошкообразного материала
сплошным шнеком, создающим «поршень» из спрессованного по-
рошкообразного материала, который выдавливает пасту, образую-
щуюся в смесителе. Подаваемая в смеситель жидкость перемеши-
вается с порошкообразным материалом лопастным шнеком. Время

пребывания смеси в этом аппарате не превышает 1 мин. При про-
изводительности смесителя до 1200 кг/ч мощность электродвига-
теля ~7 кВт.

Имеются конструкции высокоскоростных смесителей для полу-
чения пастообразных смесей с временем пребывания, измеряемым
секундами [2].

Для смешения пигментов с пленкообразующими веществами и
получения легкотекучей суспензии применяют смесители периоди-
ческого и непрерывного действия, обычно вертикальные, с различ-
ного типа мешалками.

С бисерными машинами наиболее часто блокируют смесители
с дискозубчатой мешалкой (дисольверы), являющиеся одновре-
менно диспергаторами первой ступени диспергирования.

Смеситель с подъемно-поворотной дискозубчатой мешалкой и
сменными дежами показан на рис. XVII-26. Периодическидей-
ствующий смеситель стационарного типа с дискозубчатой мешал-
кой, соединенной с электродвигателем через эластичную муфту,
приведен на рис. XVIII-4. Его объем обычно колеблется в пределах
1—3 м3.

Стационарные смесители периодического действия для получе-
ния легкотекучих суспензий, диспергируемых в шаровых мельни-
цах, диспергаторах ЛТИ и другого типа диспергаторах, представ-
ляют собою вертикальные аппараты объемом 5—10 м3 с лопастной
или якорно-рамной мешалкой.

Небольшие количества легкотекучих суспензий получают в сме-
сителях периодического действия с подъемной пропеллерной ме-
шалкой (рис. XVIII-5) и сменными дежами.

Смесителями непрерывного действия для получения легкотеку-
чих суспензий являются не только вертикальные, обычно двухсту-
пенчатые, аппараты с мешалкой, но и смесители шнекового типа.

На рис. XVIII-6 показан двухступенчатый смеситель непрерыв-
ного действия с дискозубчатой мешалкой, устанавливаемый к би-
серным машинам (см. рис. XVI-2). Объем его невелик—1—2 ра-
бочих объема, обслуживаемых им бисерных машин.

Смеситель непрерывного действия шнекового типа, сблокиро-
ванный с корпусом бисерной машины, показан на рис. XVI-3.
Объем смесителя значительно меньше объема бисерной машины.

Для составления и колеровки эмалей применяют вертикальные
смесители с лопастной или более эффективной якорно-рамной ме-
шалкой. В цехах большой мощности объем этих смесителей дохо-
дит до 30 м3.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Горловский И. А., Козулин Н. А. — В кн.: Дринберг А. Я. Технология плен^
кообразующих веществ. Л., Химия, 1948, с. 659—707.

2.	Зайцев Н. В. Технологическое оборудование хлебозаводов. М., Пищевая про-
мышленность, 1967. 584 с.

Глава XIX

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЭМАЛЕЙ

После составления и колеровки эмаль содержит крупные ча-
стицы, плотность которых может превышать или быть меньше ее
плотности. К первым относятся крупные агрегаты пигментов,
пленки высохшей эмали, ко вторым — волокна бумаги и древесины,
пленки лаков и др. Освобождение эмали от этих частиц назы-
вается очисткой от сорности.

Для удаления из эмалей частиц, имеющих большую плотность,
можно использовать процесс отстаивания в поле центробежных
сил, а частиц любой плотности — процесс фильтрования.

Для очистки эмалей применяют патронные фильтры (типа
«Кюно»), сетчатые фильтры, одновалковые машины с фильтрую-
щим брусом и центрифуги (отстойные барабанные и трубчатые,
а также отстойно-фильтрующие).

Наибольшее распространение находят патронные фильтры, на
которых одновременно с очисткой эмали от сорности протекает
дополнительное диспергирование. Сравнительно часто используют
барабанные центрифуги и сетчатые фильтры.

При фильтровании эмали над порами перегородки могут обра-
зоваться сводики из крупных частиц (см. рис. Ш-8), создающие
дополнительное, часто большое гидравлическое сопротивление и,
главное, задерживающие частицы крупностью значительно меньше
размера пор в перегородке. Поэтому при очистке эмали необхо-
димо удалить из нее только крупные частицы, не допуская отло-
жения на фильтровальной перегородке заметного слоя осадка. Для
выполнения этого условия степень перетира пигментных паст
в единицах прибора «Клин» должна соответствовать нормируемой
степени перетира эмали, в которую они входят. Содержание круп-
ных частиц при нормируемой степени перетира весьма незначи-
тельно и не превышает ~ 0,0001 от массы эмали [1]. Во избежа-
ние образования заметного слоя осадка на фильтровальной по-
верхности часто прибегают к ступенчатой очистке эмали, пропу-
ская ее через: 1) барабанную центрифугу, затем патронный
фильтр; 2) сетчатый фильтр, затем патронный; 3) два последова-
тельно установленных патронных фильтра (первый с большим раз-
мером пор); 4) барабанную центрифугу, сетчатый или марлево-
ватный фильтр, затем патронный фильтр.

Значительно облегчает очистку диспергирование пигментных
паст до степени перетира, несколько более высокой, чем нормируе-
342

мая для эмали, в которую они входят, а также предложенная
схема одно- и многоступенчатой очистки от крупных частиц пиг-
ментных паст до составления из них эмалей [2].

ПАТРОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Патронные фильтры (типа «Кюно») для эмалей по конструкции
(см. рис. XIV-6), сменным патронам и принципу работы не отли-
чаются от патронных фильтров для очистки лаков, подробно
описанных в гл. XIV. В зависимости от требований, предъявляемых
к эмали, применяются сменные патроны обычно с размерами пор
5—50 мкм. Верхний предел пор ограничивается тем, что на сетча-
тых фильтрах можно отделять частицы крупнее 40—50 мкм.

Пропускная способность сменных патронов однократного ис-
пользования зависит от размера пор и определяется главным об-
разом содержанием крупных частиц в очищаемой эмали. При дис-
пергировании пигментных суспензий, входящих в состав эмали, до
степени перетира 10—15 единиц по прибору «Клин» пропускная
способность одного патрона с размерами пор 10—15 мкм (при
Рабе = 0,4 4- 0,6 МПа) в зависимости от содержания крупных ча-
стиц колеблется в пределах 300—1000 кг. Предварительное отде-
ление с помощью барабанной центрифуги или сетчатых фильтров
наиболее грубых частиц размерами >40—50 мкм повышает в 2—
3 раза пропускную способность патрона.

Вследствие большой толщины стенки патрона в таких фильтрах
в отличие от сетчатых исключен случайный проскок крупных ча-
стиц и фильтрование можно проводить под более высоким давле-
нием. Патронные фильтры обеспечивают высокую степень очистки
эмали от частиц крупнее нормируемых размеров пор фильтра, но
в связи с одноразовым использованием фильтровального патрона
эффективны при низком содержании крупных частиц в очищаемой
эмали или как контрольный фильтр на последней ступени очистки.

В процессе фильтрования эмаль течет через длинные каналы
малого сечения, пронизывающие толстую стенку патрона. В по-
токе эмали возникают большие касательные напряжения, и по-
этому одновременно с фильтрованием протекает процесс дополни-
тельного диспергирования пигментов. Подтверждением возможно-
сти диспергирования пигментной суспензии пропусканием ее через
длинные каналы малого сечения могла бы служить «краскотерка
Бегрова» [3]. Она представляла собой трубку, в которую вставля-
лась плотно свернутая медная сетка. При пропускании через нее
под давлением пигментной суспензии достигалось хорошее диспер-
гирование, но каналы быстро забивались крупными частицами.

СЕТЧАТЫЕ ФИЛЬТРЫ

В сетчатых фильтрах фильтровальной перегородкой является
металлическая сетка с размерами отверстий 40—50 мкм. Конструк-
ции сетчатых фильтров разнообразны. Они могут работать цикли-
чески, с периодической чисткой сетки от тонкого слоя осадка или

непрерывно, при механизированном непрерывном съеме осадка
с поверхности сетки. Механизированный съем осадка осущест-
вляется вибрацией сетки или обратным потоком отфильтрованной
эмали. Во избежание случайного проскока крупных частиц через

Рис. XIX-1. Сетчатый фильтр для эмалей с меха-
низированной непрерывной очисткой сетки:

/—перегородка с отверстиями; 2 — фильтровальная
сетка; 3 — вращающаяся лопасть; 4 — вал лопасти;
5 — откидная крышка; 6 — люк для выгрузки от-
фильтрованного осадка; 7—сальниковая муфта.

сетку рекомендуется не при-
менять большие давления.

На рис. XIX-1 показан
сетчатый фильтр с непре-
рывным съемом осадка с
сетки обратным потоком от-
фильтрованной эмали. Гер-

Рис. XIX-2. Одновалковая машина
с фильтрующим брусом:

1 — загрузочная коробка; 2— брус;
3—гидравлическое устройство для при-
жима бруса; 4 — нож; 5—гидравличе-
ское устройство для прижима ножа;
6 — лоток; 7 —станина; 8 — валок;

9 — планка уплотняющая.

метичный кожух разделен на две камеры вертикальной перегород-
кой с отверстиями. К перегородке со стороны входа суспензии
крепится фильтровальная сетка (или ткань с определенными раз-
мерами пор). С ее противоположной стороны вращается лопасть,
плотно прилегающая к поверхности перегородки. Лопасть имеет
долевой паз, не доходящий до ее концов. Паз через полый вал и
сальниковую муфту соединен с трубопроводом, через который на-
сосом непрерывно в процессе фильтрования нагнетается неболь-
шая часть (~15—20%) отфильтрованной суспензии. Последняя
проходит через отверстие перегородки, и поток суспензии сбрасы-
вает с нее осадок в месте прохождения лопасти. На остальной, не
перекрытой лопастью, поверхности фильтрование продолжается.

Осадок, сброшенный с поверхности фильтрования, собирается
в нижнем кармане фильтра, из которого периодически удаляется.
При фильтровании эмалей количество осадка незначительно и
очистка фильтра от осадка проводится редко.

Сетчатый фильтр (рис. XIX-1) проходит испытания, которые
выявят его достоинства и недостатки.

Иногда при фильтровании эмалей сетка заменяется многослой-
ной марлево-ватной фильтровальной перегородкой. В производстве
магнитных лент необходимо получить суспензию окиси железа
в пленкообразующем веществе, не содержащую частиц крупнее
5 мкм. Это достигается пропусканием суспензий через ткани мо-
лексин или батист на фильтр-прессе [4].

ОДНОВАЛКОВАЯ МАШИНА 0 ФИЛЬТРУЮЩИМ БРУСОМ

В одновалковой машине с фильтрующим брусом (рис. XIX-2)
очищаемая эмаль поступает в загрузочную коробку /, захваты-
вается вращающимся (полым, охлаждаемым водой) валком 8
(D — 0,3 -4- 0,45 м; L = 0,8 4- 1,2 м; п — 180 -4- 200 об/мин), имею-
щим осевое движение для пришлифовки вала к брусу, и проходит
через регулируемый щелевидный зазор между валком и брусом 2,
имеющим острую кромку в месте входа валка в брус. Освобожден-
ная от крупных частиц эмаль снимается с валка ножом 4 и сте-
кает с него по лотку 6 в приемный бак или непосредственно
в тару.

Величина щелевидного зазора между валком и брусом регули-
руется с помощью гидравлического устройства 5, прижимающего
брус к валку. Накопляющиеся у бруса крупные частицы периоди-
чески удаляются вручную шпателем.

Производительность одновалковых машин с фильтрующим бру-
сом зависит от ширины зазора, т. е. от требований к степени пере-
тира. Она снижается до 50—60 кг/ч при степени перетира по при-
бору «Клин» 10—15 единиц. Вследствие сложности конструкции и
низкой производительности такие машины вытесняются более эф-
фективным оборудованием для очистки эмалей.

ОТСТОЙНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ

При очистке эмалей центрифуги используются в качестве клас-
сификаторов. Для того чтобы отделить крупные частицы без одно-
временного отделения заметных количеств тонких частиц, в зави-
симости от вязкости суспензии меняют фактор разделения и ско-
рость подачи суспензии.

Для очистки вязких эмалей (нитроэмалей) от крупных частиц
пигментов, обладающих малой плотностью (сажа), применяют
трубчатые отстойные центрифуги (рис. XIV-2) с бесступенчатым
регулированием частоты вращения ротора, т. е. фактора разделе-
ния.

Очистка алкидных и аналогичных по вязкости эмалей осущест-
вляется на барабанных или двухкамерных центрифугах (во взры-

12 Зак. 462	345

вобезопасном исполнении)— рис. XIX-3 — с барабанами диаметром
400—600 мм и низким фактором разделения (/ = 300 4- 600). Их
производительность составляет 200—500 кг/ч. В последних кон-
струкциях барабанных центрифуг для очистки эмалей имеется
бесступенчатый вариатор частоты вращения ротора, позволяющий
подобрать оптимальный режим отделения крупных частиц.

Рис. XIX-3. Двухкамерная отстойная
центрифуга для очистки эмалей:

1 — вал; 2—наружный барабан; 3—вну-
тренний барабан.

Рис. X1X-4. Отстойно-фильтрующая центри-
фуга:

1 — наружный барабан (отстойный); 2—вну-
тренний барабан (фильтрующий); 3—воронка;

4 — электродвигатель.

На центрифугах не отделяются частицы пленок и примесей, об-
ладающих плотностью более низкой, чем эмаль, и они не позво-
ляют получать эмали, к которым предъявляются высокие требова*
ния очистки от сорности. Их часто применяют для предваритель-
ного отделения крупных частиц перед фильтрованием эмали.

ОТСТОЙНО-ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЦЕНТРИФУГИ

В отстойно-фильтрующих центрифугах (рис. XIX-4) совмещено
отделение крупных частиц, плотность которых больше плотности
эмали, отстаиванием в поле центробежных сил и частиц, плотность
которых меньше плотности эмали, фильтрованием [5]. Сначала
эмаль поступает в пространство между отстойным и фильтрующим
барабаном. Крупные частицы отделяются, отлагаясь на внутренней
поверхности отстойного барабана, а обладающие меньшей плот-
ностью, чем эмаль, задерживаются на наружной фильтрующей по-
верхности внутреннего барабана. Преимуществом этого аппарата

является очистка эмали от крупных частиц различной плотности
и облегчение работы фильтрующей перегородки за счет предвари-
тельного отделения главной массы крупных частиц.

Отстойно-фильтрующая центрифуга с диаметром наружного ба-
рабана 600 мм, внутреннего — 470 мм, частотой вращения ротора
950 об/мин имеет среднечасовую производительность 500—800 кг/ч
эмали. Она эффективна для очистки эмалей, к которым предъяв-
ляются сравнительно невысокие требования по степени перетира
(~25—35 единиц по прибору «Клин»), но в связи с необходи-
мостью ручной очистки сетчатого барабана от осадка и слож-
ностью конструкции находит ограниченное применение.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Горловский И. А., Бочарова А. М., Суворова В. Д. Лабораторный практикум
по химии и технологии пигментов. Л., Химия, 1978. 223 с.

2.	Миренский Б. Р. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1976, № 2,
с. 5—7.

3.	Дринберг А. Я-, Беленький Е. Ф., Богоявленский Е. Н. и др. Технология лако-
красочных производств. Вып. II. Аппаратура лакокрасочных производств. Л.,
Химия, 1934. 122 с.

4.	Брагинский Г. И., Тимофеев Е. Н. Технология магнитных лент. Л., Химия,
1974. 352 с.

5.	Белявский В. Е., Ермакова Г. А. — Лакокрасочные материалы и их примене-
ние, 1963, № 3, с. 82—89.

12е

Глава XX

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В производствах красок наиболее широкое применение нахо-
дит вспомогательное оборудование для транспортирования сыпу-
чих и жидких материалов, а также фасовки красок.

Оборудование для механического транспортирования сыпучих
материалов описано в гл. X.

Для сухих легкосыпучих не слипающихся материалов, круп-
ностью приблизительно до 20 мм, может быть применен пневмо-
транспорт. Достоинства пневмотранспорта: 1) герметичность;
2) возможность прокладки трубопроводов в любом направлении и
перемещения материала из различных мест к одному месту или из
одного места к различным приемникам; 3) возможность транспор-
тирования горячих материалов (от печей); 4) простота конструк-
ции, особенно при разветвленных системах и др. [1].

Различают пневмотранспорт в разреженной фазе и в плотной —
псевдоожиженной фазе (аэрозольтранспорт). Пневмотранспорт
в разреженной фазе делят на низконапорный — вентиляторный;
средненапорный — всасывающий или нагнетательный; высокона-
порный — нагнетательный. При любом виде пневмотранспорта
в разреженной системе скорость потока воздуха с взвешенным
в нем материалом обычно лежит в пределах 20—30 м/с.

Наиболее простой является схема низконапорного транспорта,
работающая с замкнутым циклом потока воздуха (рис. ХХ-1,а).
Поток воздуха, подаваемый вентилятором высокого давления
(ДР = 7 4- 10 кПа, т. е. 700—1000 мм вод. ст.), поступает в забор-
ное устройство эжекционного типа, взвесь материала в воздухе по
трубопроводу направляется в циклон, где осаждается ~95—98%
материала. Воздух, содержащий небольшое количество пыли ма-
териала, из циклона возвращается в вентилятор.

Достоинства низконапорного транспорта — исключение необхо-
димости в рукавном фильтре, неизбежном при других видах пнев-
мотранспорта, простота воздуходувной машины. Для того чтобы
перепад давления в системе не превышал развиваемый вентиля-
тором, ограничиваются концентрация материала (0,5—2 кг на 1 кг
воздуха), протяженность нагнетательного трубопровода (20—30 м)
и высота подъема материала (10—15 м). Низконапорный тран-
спорт успешно применяется для пневмотранспорта порошкообраз-
ных и кусковых материалов крупностью до 10—15 мм — пигментов
(двуокиси титана, красного железоокисного пигмента и Др.),
а также железного купороса и моногидрата сульфата железа [2].

и

С|
№
803
иез

Вследствие низкой концентрации материала производительность
системы обычно составляет несколько тонн в час, так как в ином
случае трубопровод получается большого диаметра.

При средненапорном транспорте в качестве воздуходувных ма-
шин применяются ротационные вакуум-насосы, создающие перепад
давления ДР ~ 0,05 МПа, и ротационные воздуходувки с перепа-
дом давления до ДР ~ 0,13 МПа.

При этих перепадах давления концентрация материала состав-
ляет 5—40 кг на 1 кг воздуха и длина транспортного трубопровода
достигает 100 м.

На рис. ХХ-1,б приведена схема средненапорного всасываю-
щего пневмотранспорта. Материал непрерывно подается питателем

Рис. XX-1. Схемы пневмотранспорта в разреженной фазе:

а — низконапорный; б — средненапорный всасывающий; в—средне- и высоконапорный;

1 — вентилятор высокого давления; 2 — эжекционное заборное устройство; 3—секторный пита-
тель (затвор); 4—бункер; 5—транспортный трубопровод; 6—циклон; 7—рукавный фильтр;
8—ротационный вакуум-насос; 9—ротационная воздуходувка или компрессор; 10—вентилятор.

в транспортный трубопровод, и взвесь материала в потоке всасы-
ваемого воздуха транспортируется по трубопроводу. Основная
масса материала улавливается в циклоне. Полное обеспыливание
воздуха перед его поступлением в вакуум-насос осуществляется
с помощью рукавного фильтра. Эта схема часто используется
в производствах пленкообразующих веществ для пневмотранспорта
органических веществ в потоке рециркулирующего инертного газа
(см. рис. XI-1).

Схема средненапорного нагнетательного пневмотранспорта по-
казана на рис. ХХ-1,в и отличается от схемы, приведенной на
рис. ХХ-1,б, тем, что воздух не засасывается, а нагнетается в тран-
спортный трубопровод, а также тем, что корпус рукавного фильтра
работает под небольшим давлением.

Высоконапорный пневмотранспорт осуществляется сжатым до
нескольких десятых долей мегапаскаля (нескольких атмосфер)
с помощью компрессора воздухом, что позволяет повысить кон-
центрацию материала до нескольких сот килограммов на 1 кг
воздуха и длину транспортного трубопровода довести до сотен
метров. Схема высоконапорного транспорта аналогична схеме

Глава XX

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В производствах красок наиболее широкое применение нахо-
дит вспомогательное оборудование для транспортирования сыпу-
чих и жидких материалов, а также фасовки красок.

Оборудование для механического транспортирования сыпучих
материалов описано в гл. X.

Для сухих легкосыпучих не слипающихся материалов, круп-
ностью приблизительно до 20 мм, может быть применен пневмо-
транспорт. Достоинства пневмотранспорта: 1) герметичность;
2) возможность прокладки трубопроводов в любом направлении и
перемещения материала из различных мест к одному месту или из
одного места к различным приемникам; 3) возможность транспор-
тирования горячих материалов (от печей); 4) простота конструк-
ции, особенно при разветвленных системах и др. [1].

Различают пневмотранспорт в разреженной фазе и в плотной —
псевдоожиженной фазе (аэрозольтранспорт). Пневмотранспорт
в разреженной фазе делят на низконапорный — вентиляторный;
средненапорный — всасывающий или нагнетательный; высокона-
порный — нагнетательный. При любом виде пневмотранспорта
в разреженной системе скорость потока воздуха с взвешенным
в нем материалом обычно лежит в пределах 20—30 м/с.

Наиболее простой является схема низконапорного транспорта,
работающая с замкнутым циклом потока воздуха (рис. ХХ-1,а).
Поток воздуха, подаваемый вентилятором высокого давления
(ДР = 7 4- 10 кПа, т. е. 700—1000 мм вод. ст.), поступает в забор-
ное устройство эжекционного типа, взвесь материала в воздухе по
трубопроводу направляется в циклон, где осаждается ~95—98%
материала. Воздух, содержащий небольшое количество пыли ма-
териала, из циклона возвращается в вентилятор.

Достоинства низконапорного транспорта — исключение необхо-
димости в рукавном фильтре, неизбежном при других видах пнев-
мотранспорта, простота воздуходувной машины. Для того чтобы
перепад давления в системе не превышал развиваемый вентиля-
тором, ограничиваются концентрация материала (0,5—2 кг на 1 кг
воздуха), протяженность нагнетательного трубопровода (20—30 м)
и высота подъема материала (10—15 м). Низконапорный тран-
спорт успешно применяется для пневмотранспорта порошкообраз-
ных и кусковых материалов крупностью до 10—15 мм — пигментов
(двуокиси титана, красного железоокисного пигмента и др.),
а также железного купороса и моногидрата сульфата железа [2].

Вследствие низкой концентрации материала производительность
системы обычно составляет несколько тонн в час, так как в ином
случае трубопровод получается большого диаметра.

При средненапорном транспорте в качестве воздуходувных ма-
шин применяются ротационные вакуум-насосы, создающие перепад
давления ДР ~ 0,05 МПа, и ротационные воздуходувки с перепа-
дом давления до ДР « 0,13 МПа.

При этих перепадах давления концентрация материала состав-
ляет 5—40 кг на 1 кг воздуха и длина транспортного трубопровода
достигает 100 м.

На рис. ХХ-1,б приведена схема средненапорного всасываю-
щего пневмотранспорта. Материал непрерывно подается питателем

Рис. XX-1. Схемы пневмотранспорта в разреженной фазе:

а — низконапорный; б — средненапорный всасывающий; в — средне- и высоконапорный;

1— вентилятор высокого давления; 2—эжекционное заборное устройство; 3 — секторный пита-
тель (затвор); 4 — бункер; 5—транспортный трубопровод; 6—циклон; 7 — рукавный фильтр;
8—ротационный вакуум-насос; 9—ротационная воздуходувка или компрессор; 10—вентилятор.

в транспортный трубопровод, и взвесь материала в потоке всасы-
ваемого воздуха транспортируется по трубопроводу. Основная
масса материала улавливается в циклоне. Полное обеспыливание
воздуха перед его поступлением в вакуум-насос осуществляется
с помощью рукавного фильтра. Эта схема часто используется
в производствах пленкообразующих веществ для пневмотранспорта
органических веществ в потоке рециркулирующего инертного газа
(см. рис. XI-1).

Схема средненапорного нагнетательного пневмотранспорта по-
казана на рис. XX-1, в и отличается от схемы, приведенной на
рис. ХХ-1,б, тем, что воздух не засасывается, а нагнетается в тран-
спортный трубопровод, а также тем, что корпус рукавного фильтра
работает под небольшим давлением.

Высоконапорный пневмотранспорт осуществляется сжатым до
нескольких десятых долей мегапаскаля (нескольких атмосфер)
с помощью компрессора воздухом, что позволяет повысить кон-
центрацию материала до нескольких сот килограммов на 1 кг
воздуха и длину транспортного трубопровода довести до сотен
метров. Схема высоконапорного транспорта аналогична схеме

средненапорного, только дополнительно устанавливаются ресивер
и водомаслоотделитель.

Под пневмотранспортом в плотной фазе понимается транспор-
тирование материала в псевдоожиженном состоянии. Он осущест-

вляется с помощью

пневматических камерных подъемников перио-
дического и непрерывного действия, пнев-
матических насосов непрерывного действия,
а так называемый гравитационный — с по-
мощью пневматических наклонных тран-
спортных желобов, через пористое днище
которых продувается воздух давлением (из-
быточным) 3—5 кПа.

В пигментных производствах наиболее
часто применяют камерные пневматические
подъемники. На рис. ХХ-2 показан камер-
ный пневматический подъемник периодиче-
ского действия.

В загрузочную камеру подают материал,
с помощью клапана отсоединяют ее от за-
грузочного устройства, продувают через по-
ристое днище сжатый воздух, и псевдоожи-
женный материал вместе с потоком возду-
ха транспортируется по трубе в приемное
устройство, в котором объединены циклон,
бункер и рукавный фильтр. Снабжая ка-
мерный подъемник питателем, додающим
материал под давлением, его превращают
в подъемник непрерывного действия. С по-
мощью камерного пневмоподъемника ма-
териал можно поднимать на высоту до 25 м

Рис. ХХ-2. Пневматический
камерный подъемник перио-
дического действия для
пневмотранспорта в плотной
фазе (аэрозольтранспорт):

7 —загрузочная камера;
2—транспортный трубопро-
вод с коническим заборным
патрубком; 3—воздушная
камера; 4—пористая пере-
городка; 5—загрузочное
устройство; 6—клапан;

7—приемник материала.

и транспортировать его по горизонтали
на протяжении ~15—20 м. Скорость по-
тока псевдоожиженного материала в тру-
бопроводе может составлять 1 —10 м/с. До-
стоинства камерного пневмоподъемника —
высокая концентрация материала (100—
200 кг на 1 кг воздуха и выше) и низкий
расход энергии (0,5—2 кВт*ч на 1 т мате-
риала) .

При всех видах пневмотранспорта необходимо учитывать сле-
дующее: 1) не любой материал поддается пневмотранспорту; 2) на

возможность транспортирования данного материала влияет вид
пневмотранспорта; 3) небольшое повышение влажности материала
может сделать его нетранспортабельным; 4) для надежности ра-
боты пневмотранспорта нельзя завышать нагрузку на рукавные
фильтры (см. гл. X).

Транспорт жидких материалов осуществляется по трубам с по-
мощью насосов. Для транспорта низковязких жидкостей (органи-
ческих растворителей и др.) применяют одноступенчатые центро-



бежные насосы, имеющие перепад давления ЛР ~ 0,2 4- 0,3 МПа,
а для вязких текучих жидкостей и суспензий (лаки, эмали, готовые
к употреблению краски и др.)—шестеренчатые насосы, развиваю-
щие давление до 0,6—1,2 МПа.

В лакокрасочных цехах применяются машины, фасующие гото-
вую продукцию в тару по объему и весу. В первом случае объем
краски должен соответствовать определенному весу. Для красок,
обладающих сравнительно большой вязкостью, применяются ма-
шины объемной дозировки поршневого типа.

Хорошо отрегулированные и часто контролируемые объемные
фасовочные машины обеспечивают точность фасовки ±0,2—0,5%
от номинального веса.

Рис. ХХ-3. Машина для фасовки красок:

/ — поршень; 2—цилиндр; 3 — бункер; 4 — трех'
ходовой кран; 5 — насадка.

Фасовочная машина для мелкой тары (0,25—8 л) представляет
собою цилиндр (рис. ХХ-3), в котором перемещается поршень, за-
сасывающий краску из загру-
зочной воронки и выгружаю-
щий ее в тару. Ход поршня ре-
гулируется. Вместо клапанов
для вязких красок используют
трехходовой кран.

Для объемной фасовки в
бидоны применяют машину, в
которой оба хода поршня яв-
ляются рабочими [3].

Разработана конструкция
автоматической линии для
фасовки красок в бидоны
с укладкой бидонов на под-
доны [4].

Для весовой фасовки в крупную тару (бидоны) используют
весы с отсекающими устройствами, перекрывающими подачу
краски в тару по достижении заданного веса, в который включен
средний вес тары. Вследствие больших допусков на толщину ли-
стового материала, из которого изготавливается тара, такой способ
фасовки дает большую ошибку, чем объемный [4]. Разработаны
конструкции автоматических весовых фасовочных машин, учиты-
вающих колебания в весе тары.

Фасовка лакокрасочной продукции в мелкую тару — трудоем-
кая операция. Созданы автоматические линии для фасовки в бан-
ки, наклейки этикеток и укладывания банок в ящики.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Вдовенко О. П. Пневматический транспорт на предприятиях химической про-
мышленности. М., Машиностроение, 1966. 139 с.

2.	Козулин Н. А., Г орловский И. А. Оборудование заводов лакокрасочной про-
мышленности. Л., Химия, 1968. 584 с.

3.	Лейбзон Л. Н. — Лакокрасочные материалы и их применение, 1962, № 2,
с. 74—75.

4.	Шленский Ф. И. — Там же, 1972, № 4, с. 71—72.

Глава XXI

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ
ПОРОШКОВЫХ КРАСОК

Порошковые краски на основе олигомеров, образующие покры-
тия при сплавлении частиц на окрашиваемой поверхности, яв-
ляются одним из новых перспективных видов лакокрасочной про-
дукции.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ КРАСОК

Порошковые краски получают следующими основными мето-
дами: 1) сухим смешением компонентов; 2) смешением компонен-
тов краски в расплаве с последующим измельчением сплава; 3) го-
могенизацией компонентов в растворе с последующей сушкой те-
кучей краски в распылительной сушилке [1].

В состав порошковых красок помимо полимеров и олигомеров
(ниже условно называемых полимерный материал) входят пиг-
менты, наполнители и часто пластификаторы, модификаторы, ста-
билизаторы и другие компоненты. При любом методе получения
краски его аппаратурное оформление должно обеспечить равно-
мерное распределение компонентов в краске и ее оптимальный гра-
нулометрический состав.

Порошковые краски полидисперсны. Верхний предел крупности
частиц составляет 100—300 мкм. Для получения тонких покрытий
он не должен превышать 100 мкм. Повышенное содержание весьма
тонких частиц ухудшает сыпучесть, способность псевдоожижения
и другие свойства краски.

Получение красок методом сухого смешения при тонкодисперс-
ных полимерных материалах состоит из двух основных операций —
сухого смешения всех компонентов и просеивания краски. Ряд по-
лимерных материалов получается в виде зерен (бисера), гранул,
кусков или сравнительно прочных агрегатов тонкодисперсных ча-
стиц. В этом случае проводят дополнительно измельчение или дез- и
агрегацию полимерного материала до операции сухого смешения и
или при ее проведении.	I

Методом сухого смешения получают поливинилбутиральные, по- <
ливинилхлоридные и другие порошковые краски.

На рис. XXI-1 приведена проектная разработка технологиче- ,ц
ской схемы получения поливинилбутиральных порошковых красок
[2]. Поливинилбутираль состоит из тонкодисперсных первичных ;
частиц размером 3—10 мкм, образующих в процессе сушки круп^

ные агрегаты. Их разрушение для получения необходимого грану-
лометрического состава поливинилбутираля осуществляется с по-
мощью ударно-центробежной мельницы, работающей в замкнутом
цикле с сепаратором и циклоном. Цветные пигменты в состав мно-
гих красок входят в весьма небольших количествах (1 : 2000 4-
4- 1:5000 к массе краски). Для равномерного распределения
в массе краски эти пигменты вводят в виде концентрата — смеси
пигмента с частью полимерного материала, получаемого в шаро;
вой мельнице или смесителе.

Рис. XXI-1. Технологическая схема получения порошковых поливинилхлоридных красок
методом сухого смешения [2|:

1—контейнер; 2 — бункер для поливинилбутираля; 3— воздушно-проходной Сепаратор;
4—циклон; 5 — ударно-центробежная мельница; 6 — пылевой центробежный вентилятор;
7 — бункер для дезагрегированного поливинилбутираля; 8 — бункер для стабилизатора;
9—11—бункеры для пигментных концентратов; 12 — автоматические порционные весы; 13 — сме-
ситель периодического действия с псевдоожижением материала и быстровращающимся рото-
ром; 14 — бункер; 15 — вибрационное сито; 16 — машина для фасовки красок в мешки; 17 — ша-
ровая мельница.

Сухое смешение дезагрегированного поливинилбутираля, кон-
центрата пигмента и остальных компонентов краски проводят
в смесителе периодического действия с псевдоожижением мате-
риала и быстровращающимся ротором (в так называемом скорост-
ном смесителе), снабженном рубашкой, выдерживая необходимый
температурно-временной режим.

Охлажденная краска просеивается через вибрационное сито и
фасуется в мешки. Для исключения трудно очищаемых транспорт-
ных устройств при переходе с одного цвета на другой максимально
используется самотек сыпучих материалов.

Небольшие количества поливинилбутиральных красок получают
в шаровой мельнице периодического действия, проводя в ней од-
новременно операции смешения компонентов и дезагрегацию по-
ливинилбутираля.

При получении некоторых красок методом сухого смешения,
в частности поливинилхлоридных, более эффективно вводить пиг-
менты и наполнители не в виде концентрата (рис. XXI-1), а в виде

их тонкой дисперсии в жидком пластификаторе, если последний
входит в состав краски [2, 3].

На рис. XXI-2 приведена технологическая схема получения
эпоксидных порошковых красок методом гомогенизации компонен-
тов краски в расплаве с последующим измельчением отвержден-
ного сплава, включающая следующие стадии: дробление куско-

вой эпоксидной смолы до
крупности ~3 мм; смеше-
ние раздробленной смолы
со всеми компонентами; го-
могенизация смеси компо-
нентов краски в расплаве с
одновременным диспергиро-
ванием пигментов и напол-
нителей; охлаждение спла-
ва; дробление сплава; из-
мельчение и классификация
сплава; усреднение отдель-
ных партий краски; фасовка
в мешки.

Сухое смешение компо-

Рис. XXI-2. Технологическая схема получения
порошковых эпоксидных красок методом смеше-
ния в расплаве:

1 — растарочная машина; 2—бункер для кусковой
эпоксидной смолы; 3—зубчатая валковая дро-
билка; 4—молотковая ударно центробежная дро-
билка; 5—бункер для дробленной эпоксидной
смолы; 6—9— бункеры для пигментов, наполните-
лей, модификаторов и других твердых компонен-
тов краски; 10— приемник для жидкого компонента
краски; 11— автоматические порционные весы;
12— дозатор жидкого компонента; 13—смеситель
периодического действия с псевдоожижением ма-
териала и быстровращающимся ротором; 14—бун-
кер для смеси компонентов; 15 — двухчервячный
смеситель для расплава краски; 16 — двухбара-
банный отвердитель (охладитель); 17 — зубчатые
валки; 18 — бункер;	19— ударно-центробежная

мельница; 20—центробежный вентилятор; 21 — се-
паратор; 22—циклон; 23— усреднитель с плане-
тарно-шнековой мешалкой; 24—машина для фа-
совки краски в мешки.

в замкнутом цикле с сепаратором и

нентов осуществляется в
скоростном смесителе, обес-
печивающем равномерное их
распределение в смеси. Для
гомогенизации компонентов
краски в расплаве с одно-
временным диспергирова-
нием пигментов и наполни-
телей применяется двухчер-
вячный смеситель (или од-
ночервячный типа «Ко-Кне-
тер»). Отвержденный сплав
измельчают и классифици-
руют на ударно-центробеж-
ной мельнице, работающей
циклоном. Оборудование, при-

меняемое на остальных стадиях, приведено на рис. XXI-2.

Аппаратурное оформление получения порошковых красок по
третьему методу в части диспергирования пигментов, наполнителей
и других компонентов в растворе полимера (гомогенизация в рас-

творе) не отличается от применяемого при получении жидких кра-
сок (см. гл. XVI). Сушка жидкой краски в распылительных су-
шилках (см. рис. VII-17) отличается от сушки водных пигментных
паст тем, что сушильным агентом является рециркулирующий
инертный газ, из потока которого конденсируется растворитель [4].

Из приведенных технологических схем следует, что основным

технологическим оборудованием производств порошковых красок
являются дробилки, мельницы, классификаторы, смесители для

рв,
ио,

тек

11₽р

сыпучих материалов и смесители (гомогенизаторы) для смешения
красок в расплаве, распылительные сушилки.

Часть перечисленного оборудования рассмотрена в предыдущих
главах. Ниже приводится описание оборудования, не нашедшего
отражения в других главах, и специфического оборудования про-
изводств порошковых красок.

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПОРОШКОВЫХ КРАСОК

Механическим измельчением могут быть превращены в тонко-
дисперсный порошок зерна (бисер), гранулы и крупные куски лю-
бых полимерных материалов.

Для выбора оптимальных способа и оборудования для процесса
измельчения и оценки затрат на его проведение предложено раз-
деление полимерных материалов на четыре группы: 1) хрупкоупру-
голомкие (олигомерные реактопласты); 2) хрупкоупругопрочные
(термопласты); 3) вязкоупругие (полиамиды, полиуретаны, фторо-
пласты); 4) эластичноупругие (эластомеры) [5].

Удельные затраты энергии на измельчение увеличиваются от
первой группы к последней.

В зависимости от температурных интервалов полимерный ма-
териал может переходить из одной группы в другую. Охлаждая
эластичный полимер, можно сделать его хрупким, а нагревая хруп-
кий — вязкоупругим.

Тонкодисперсный порошок можно получить, измельчая только
хрупкие материалы. Температура хрупкости олигомеров близка
к их температуре стеклования; для жесткоцепных полимеров она
выше —40 °C, а для эластомеров и некоторых кристаллических по-
лимеров находится в интервале —60 4 120 °C. В связи с этим
проводят измельчение хрупких полимерных материалов (эпоксид-
ные и акриловые олигомеры, ацетали поливинилового спирта, по-
лиэфиры и др.) при обычных температурах, а вязко- и эластично-
упругих (полиэтилен, фторопласты, пентапласт, полиамиды, пла-
стифицированный поливинилхлорид и др.)—при охлаждении пото-
ком инертного газа или воздуха либо глубоком охлаждении в при-
сутствии хладагентов (жидкого азота или воздуха, твердой дву-
окиси углерода), так называемым криогенным способом измельче-
ния [1]. Следовательно, для полимерных материалов применяются
три способа тонкого измельчения: 1) без охлаждения материала;
2) с охлаждением — потоком инертного газа или воздуха; 3) кри-
огенный.

Процесс измельчения и оборудование для его проведения по-
дробно рассмотрены в гл. IX. Для дробления полимерных мате-
риалов и отвержденного расплава краски применяют валковые и
молотковые дробилки, а для измельчения — ударно-центробежные,
шаровые и реже струйные мельницы с встречным потоком струй.

Преимущественное применение для измельчения при обычных
температурах, охлаждении и криогенном способе находят ударно-
центробежные мельницы всех типов [6] — молотковые, с жестко-

закрепленными рабочими телами (бильные), дезинтеграторы, дис-
мембраторы, основные конструкции которых описаны в гл. IX. Они
могут работать с разгрузкой материала через решетку (см.
рис. IX-6) или через сетку (см. рис. IX-11), со свободной разгруз-
кой материала (см. рис. IX-9, IX-10) и в замкнутом цикле с сепа-
ратором. Сепаратор может быть выносным (см. рис. IX-8), встроен-
ным в корпус мельницы (см. рис. IX-7) или сблокированным с ро-
тором мельницы (рис. XXI-3).

Многие конструкции ударно-центробежных мельниц имеют при-

вод, позволяющий изменять

Рис. XXI-5. Ударно-центробежная
мельница с сепаратором, сблокиро-
ванным с ротором (типа «Микро-
Зихтер») £61:

1 — корпус; 2—ребристые броневые
плиты; 3 — ударные лопатки; 4—диск
ротора; 5—загрузочная воронка; о—во-
дяная рубашка; 7—разгрузочный па-
трубок; 8 — вал; 9—сепаратор.

эластичноупругих материалов

частоту вращения ротора, и окружная
скорость ударных тел может дости-
гать 250 м/с. При высокой скорости
ударных тел можно измельчать вяз-
коупругие полимерные материалы и
на дезинтеграторах [7].

При соприкосновении ударных
тел с материалом происходит пре-
вращение механической энергии в
тепловую, что может привести к
вязкоупругому состоянию некото-
рые полимерные материалы. По-
этому при измельчении таких мате-
риалов и вязкоупругих при обыч-
ной температуре применяют удар-
но-центробежные («ножевые») мель-
ницы, в которых ударные тела и
зубчатая броня имеют режущие
кромки (рис. XXI-4).

При измельчении на «ножевых»
мельницах вязкоупругих полимер-
ных материалов получают материал
с крупностью частиц 0,3—2 мм [5].
Для измельчения хрупких материа-
лов они обычно не применяются.
Тонкое измельчение вязкоупругих и
(до частиц крупностью <100 мкм)

достигается только при условии их охлаждения до низких темпе-
ратур и наиболее часто с применением штифтовых мельниц (см.
рис. IX-10, IX-11).

Ударно-центробежные мельницы, во избежание их быстрого из-
носа, предназначены для измельчения материалов, абразивность
(твердость) которых не превышает 3—4 единиц по шкале Мооса.
В состав красок, в частности некоторых марок эпоксидных красок,
входит кварцевая мука, обладающая высокой абразивностью. Для
таких красок применяют ударно-центробежные мельницы с мас-
сивными, легко заменяемыми ударными телами и броней, часто
изготавливаемыми из сверхтвердых материалов [8]. На рис. XXI-5
показан один из конструктивных вариантов таких мельниц. Мате-
риал и воздух поступают на плоский ротор, окружная скорость

которого может достигать 230 м/с; материал разгоняется при дви-
жении в радиальных канавках ротора, измельчается при ударе
о зубчатую броню корпуса и выносится из него потоком воздуха.

Рис, ХХ1-4. Ударно-центробежная «ноже-
вая» мельница:

1 — корпус; 2 — ротор; 3 — ножи.

Рис. XXI-5. Ударно-центробежная тарель-
чатая мельница (типа «Штратмюле») [8]:

1 — ротор; 2 — корпус; 3— каналы ротора;

4, 5 — заслонки.

Имеется большое число вариантов конструкций ударно-центро-
бежных мельниц [6, 8]. При измельчении на них полимерных ма-

териалов можно получить полидисперсный продукт с частицами

крупностью «<100 мкм; более тонкое
очень хрупких материалах [1].

Производительность ударно-цен-
тробежных мельниц и удельный
расход электроэнергии на измельче-
ние могут изменяться в десятки раз
в зависимости от вида полимерного
материала [6].

При криогенном способе тонкого
измельчения, учитывая взрывоопас-
ность многих пылей полимерных
материалов, применяют жидкий
азот. На рис. XXI-6 приведена схе-
ма установки для криогенного из-
мельчения [5]. Жидкий азот из тан-
ка через регулятор расхода и дрос-
селирующее устройство поступает
в теплообменник, в который дозато-

измельчение достигается при

Рис. XXI-6. Установка для Криогенного
способа измельчения полимерных ма-
териалов [5]:

1 — танк с жидким азотом; 2 — регулятор
расхода жидкого азота; 3 — теплообмен-
ник; 4,	7—бункеры; 5 —дозатор;

6— ударно-центробежная	мельница;

8 — рукавный фильтр;,9 — вентилятор.

ром непрерывно подается полимер-

ный материал. Охлажденный материал вместе с низкотемператур-
ным потоком газообразного азота поступает в ударно-центробеж-
ную мельницу с тепловой изоляцией (в мельнице с помощью вен-
тилятора поддерживается небольшое разрежение), из нее измель-
ченный материал выносится потоком азота и улавливается в ру-
кавном фильтре. Тонкость измельчения регулируют скоростью

подачи материала и азота, а также частотой вращения ротора.
Время пребывания в мельнице влияет не только на тонкость из-
мельчения материала, но и на его свойства [5]. На опытной уста-
новке с молотковой ударно-центробежной мельницей при измель-
чении полиамидов, полиэтилена, противоударного полистирола до
100—300 мкм и температурах —60 4----110° С расход жидкого азо-

та составил 5—8 кг на 1 кг измельченного материала [5], а для
более легко измельчаемых материалов он может снизиться при-
близительно до 1 кг.

Шаровые мельницы периодического действия применяют для из-
мельчения хрупких материалов, когда допустима температура до
40—50 °C и давление шаров не вызывает агрегацию или слипание
частиц. Вследствие недостатков, присущих таким мельницам
(трудность очистки, низ-

4

кая объемная производи-
тельность, шум), они на-
ходят ограниченное при-
менение. Их используют
для проведения смеше-
ния, совмещенного с дез-
агрегацией или измельче-
нием, при получении не-
больших количеств по-
рошковых поливинилбу-
тиральных красок.

Применение струйной
мельницы со встречным
потоком струй для из-
мельчения эпоксидных
красок показало, что
чрезмерно тонких частиц,

I

Рис. XXI-7. Вибрационное инерционное сито [9]:
1 — станина; 2—пружина; 3—рама сита; 4—сито;
5—подшипник; 6—вал; 7—шайба; 8 — инерционный
груз; 9—электродвигатель; 10 — эластичная муфта.

краска имеет повышенное содержание

ухудшающих ее свойства, а мельница в эксплуатации сложна.

При измельчении полимерных материалов и красок на мельни-
цах, работающих в замкнутом цикле, для классификации приме-
няют сепараторы. Их описание приведено в гл. IX. При измельче-
нии в открытом цикле для просеивания используют вибрационные
сита. Наиболее часто число вибраций сита колеблется от 750 до
1500 в 1 мин, а амплитуда колебаний составляет 1—5 мм. Вибра-
ционные сита в зависимости от типа вибратора делят на инерцион-
ные, в которых вибрация проводится с помощью дебаланса, и
электромагнитные — с помощью электромагнита (селеноида), че-
рез обмотку которого пропускается переменный ток. На рис. XXI-7
показан внешний вид вибрационного инерционного сита. Рама
сита свободно колеблется на пружинах, вибрация создается с по-
мощью инерционных грузов, закрепляемых на шайбах. Угол на-
клона сита составляет 10—30°.

Для просеивания порошковых красок применяют одно- или
двухситовые (при выпуске двух марок красок различной дисперс-
ности) вибрационные сита, заключенные в герметичный кожух.

Jr Аппараты для смешения сыпучих материалов применяются: для
получения порошковых красок методом сухого смешения; для сме-
шения компонентов краски перед получением ее расплава; для
усреднения отдельных партий краски. Имеется большое число ти-
пов аппаратов для смешения сыпучих материалов [9]. В произ-

Рис. XXI-8. Принципиальные схемы скоростных смесителей [10]‘.

а — с пропеллерными мешалками (типа фирм «Ангер» и «Гюнтер Папенмайер»); б — с диско
выми мешалками (типа «Хеншель»);

1 — корпус; 2 — верхняя мешалка; 3— нижняя мешалка; 4 — отбойная лопасть.

водстве порошковых красок наиболее широкое и эффективное при-
менение находят скоростные смесители периодического действия,
значительно реже и для получения небольших количеств красок

Рис. XXI-9. Скоростной смеситель конструкции ВНИИПТХИММАШа [10J.
применяются барабанные смесители и шаровые мельницы также
периодического действия.

В скоростных смесителях наиболее часто имеются две ме-
шалки— пропеллерные (рис. XXI-8, а), дисковые (рис. XXI-8, б),
лопастные или иной формы. Верхняя мешалка, имеющая окруж-
ную скорость ~10—15 м/с, обеспечивает псевдоожижение мате-

а на внутренней поверхности цилиндра (разъемного вдоль его
оси) укреплены зубья. Кроме вращательного червяк совершает
возвратно-поступательное движение (осциллирует). Наличие зубьев
и осевое перемешивание червяка, создавая сложное движение рас-
плава, значительно увеличивают деформацию сдвига; помимо
этого, неподвижные зубья очищают пазы в каналах червяка, в ме-

стах выреза.

При, гомогенизации компонентов краски, в частности эпоксид-

ной, недопустимо длительное

Рис. XXI-13. Дисковый экструдер [Пр

/ — корпус головки; 2—штанга; 3—шпин
дель; 4 — лабиринтное уплотнение рабо-
чей камеры; 5—бункер; 6 — исходный
материал; 7 — заслонка; 8— неподвиж-
ный диск; 9—вращающийся диск;
10—отверстие; // — мундштук; 12—на-
греватель мундштука.

время пребывания расплава в смеси-
теле (иначе может произойти от-
верждение олигомера). В этих слу-
чаях необходимо применять червяч-
ные смесители с наиболее интенсив-
ной гомогенизацией смеси, т. е. воз-
можно более короткие, так как с
увеличением отношения l/d червяка
усложняется конструкция смесите-
ле Поскольку разгрузка расплава
красок под давлением не требуется,
представляют интерес дисковые
смесители (рис. XXI-13), более про-
стые по конструкции, чем червяч-
ные. В дисковом смесителе один из
двух профилированных дисков вра-
щается, второй неподвижен, и вслед-
ствие так называемого эффекта
Вайссенберга в вязких расплавах
полимеров расплав движется от пе-
риферии дисков к их центру. Его до-
стоинство — хорошая гомогенизация
расплава при непродолжительном
времени пребывания в смесителе
[10].

Если в состав эпоксидных кра-
сок входит абразивная кварцевая

мука, вызывающая ускоренный износ червячных смесителей, для

гомогенизации расплава находят применение фрикционные вальцы

типа смесительных вальцов, используемых при производстве ре-
зины.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Яковлев А. Д., Здор В. Ф., Каплан В. И. Порошковые полимерные материа-
лы и покрытия на их основе. Л., Химия, 1979. 262 с.

2.	Г орловский И. А., Шангин Ю. А., Яковлев А. Д. — В кн.: Материалы и тех-
нология получения покрытий из аэродисперсий полимеров. Л., ЛТИ им. Лен-
совета, 1975, с. 60—69.

3.	Яковлев А. Д.у Шангин Ю. А., Добрякова Л. И. — Лакокрасочные материа-
лы и их применение, 1972, № 6, с. 21—24.

4.	Акопян Л. А., Краснокутский В. П., Попов Ю. И. и др. — В кн.: Свойства,
переработка и применение порошковых полимерных и олигомерных материа-
лов. Л., Изд-во ЛДНТП, 1976, с. 34—37.

5.	Вилъниц С. А., Вапна Ю. М. — В кн.: Новое в технологии порошковых по-
лимерных материалов и покрытий. Ч. 2. Л., Изд-во ЛДНТП, 1969, с. 16—28.

6.	Беренс Д. — В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.,
Стройиздат, 1966, с. 444—473.

7,	Сеппалъ X. А., Кипнис Б. М., Москалев Е. В. и др. — В кн.: Свойства, пере-
работка и применение порошковых полимерных и олигомерных материалов.
Л., Изд-во ЛДНТП, 1976, с. 31—32.

8.	Гундоров И. М., Непомнящий А. И. — Лакокрасочные материалы и их при-
менение, 1968, № 5, с. 81—83.

9.	Макаров Ю. И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М., Машино-
строение, 1973. 215 с.

10.	Козулин Н. А., Шапиро А. Я., Гавурина Р. К. Оборудование для производ-
ства и переработки пластических масс. Л., Химия, 1963. 783 с.

11.	Рябинин Д. Д., Лукач Ю. Е. Смесительные машины для пластмасс и рези-
новых смесей. М., Машиностроение, 1972. 272 с.

12.	Геррман X. Шнековые машины в технологии. Л., Химия, 1975. 230 с.

предметный указатель

Адсорбция 259 сл.

Аппарат(ы)

вертикальные, для растворения
коллоксилина 253, 254

горизонтальные

с лопастной мешалкой, для
получения вязких растворов
нитроцеллюлозы 255, 256

со спиралевидной горизонталь-
ной мешалкой, для раство-
рения расплава алкидов 253,
254

с якорно-рамными мешалками,
для растворения расплава
алкидов 253

для охлаждения расплава смолы
268

для плавления канифоли 267,
268

для составления и колеровки
эмали 277, 280, 282, 284

для установки лака «на тип»
196 сл.

емкостные с мешалкой 11, 16,
24, 26

каскад 18

колонные 18, 270

полочный контактный 273, 274
роторно-пленочный 270

с магнитокипящим («вихревым»)
слоем 180

Атритор(ы)

непрерывного действия с отбой-
ными лопастями 280, 281, 284,
294 сл., 305 сл.

схема установки для диспер-
гирования пигментной пасты
286

периодического действия 295, 305

Атритор(ы)

периодического действия

продолжительность диспергиро-
вания 306

Аэрозольтранспорт 188, 348, 350

Барабанная вращающаяся печь
123 сл.

Барабанная отстойная центрифуга
342

Барабанная сушилка 7, 96 сл., 132

Барабанные сместители 359

Барабанные шаровые мельницы 7,
142, 143, 147, 152, 158 сл.

Барботажный скруббер 272, 273

Бегрова краскотерка 343

Бессальниковый (сильфонный) вен-
тиль 227

Бильная ударно-центробежная мель-
ница типа «Комега» 154, 356

Бисерные (песочные) машины 168,
171, 277, 280 сл., 298 сл.

Вайссенберга эффект 362

Вакуум-фильтр (ы)

барабанные 6 сл., 32, 34. 38 сл .

82, 83, 93

безъячейковые 44, 45

с намывной перегородкой 43 сл.

способы съема осадка 41

с тканевой перегородкой 39 сл.

ячейковые 42

ленточный 45, 46

листовой 32, 36 сл.

с передвижным блоком филь-
тровальных элементов 37

Вакуум-фильтр (ы)

повышение производительности
46 сл.

Валковые дробилки 147, 149 сл., 355

Валковые машины 294, 295, 318

Вальцеленточная сушилка 94, 95

Вибрационные сита 353, 358

Винтовой питатель 194, 195, 197

Витерилля печь 130, 131

Воздушно-вихревые мельницы 153

Воздушно-проходные сепараторы 162,
181 сл.

Воздушно-циркуляционные сепарато-
ры 162, 181, 183, 184

Ворончатая краскотерка 327

Высокотемпературные органические
теплоносители (ВОТ) 225 сл.

Гидродинамическая теория трения и
смазки 319

Гидроциклон (ы) 9, 61, 68 сл.

повышение производительности
73

разгрузочная насадка с автома-
тическим регулированием раз-
мера отверстия 71, 72

расчет 69, 70

схема последовательной уста-
новки в размольном агрегате

71

футерованный резиной 70

Гомогенизатор 355

Гребковая вакуум-сушилка 104 сл.

кривая скорости сушки 105

напряжение поверхности нагре-
ва 105, 106

Диспергатор (ы)

высокоскоростные мешалки

329 сл.

звуковой 295, 331

коллоидные мельницы 328 сл.

ЛТИ-1 277 сл., 295, 298, 315 сл.

схема установки для дисперги-
рования пигментной пасты
285

ЛТИ-2 285, 295, 317 сл.

непрерывного действия 277 сл.

периодического действия 295,
316, 317

повышение производительности
332 сл.

с высокоскоростными мешалками
329 сл.

смеситель тяжелого типа 326 сл.

трехвалковые 349 сл.

ультразвуковой 295, 331

фрикционные вальцы 326 сл.

червячные 328 сл.

шаровые мельницы 309 сл.

электромагнитный 295, 308

Диспергирование 290 сл.

Диффузия 85

коэффициент 87

турбулентная 15

Дозаторы 7, 197, 280 сл., 357

Дробилка (и)

валковые 147, 149 сл., 355

зубчатые 150 сл.

ударно-центробежные 147, 149,
152, 153, 354

щековая 147 сл.

Емкостные аппараты с мешалкой 11,
16, 24, 26

Двухвалковые машины 295, 319

Двухкамерная отстойная центрифуга
для очистки эмалей 345, 346

Двухлопастной сместитель с /-об-
разными лопастями 338, 339

Двухчервячный смеситель 20, 328,

354, 361

Дезагрегация 142 сл.

Дезинтеграторы 154, 156, 158, 356

Дисковые фильтры 32

Дисковый экструдер 362

Дискозубчатая мешалка 281, 283,

329, 330, 339

Дисмембраторы 154, 157, 158, 356

Дисольвер 277, 295, 329

Диспергатор (ы)

атриторы 270, 281, 284, 286, 294,
305 сл.

бисерные 168, 171, 277, 280 сл.,

298 сл., 300

дисковые 295, 327, 328

Жерновые мельницы 294, 295

Закон

Кика (Кирпичева) 144

Ньютона 320, 321

Риттингера 144

Звуковой диспергатор 295, 331

Измельчение 9, 138 сл.

гранулометрический состав про-
дукта 141 сл.

криогенный способ 355, 357

прирост поверхности материала
145, 146

Испаритель

пленочный 198, 199, 269

роторно-пленочный 199, 267, 269

27G

Камерная сушилка 89, 90

Камерный питатель 7

Каскад аппаратов с мешалками 18

Классификаторы 8, 9, 61, 67, 355

чашевые 68, 70

Классификация 9, 57, 67 сл., 183, 358

Коллоидные мельницы 319, 328

Колонные аппараты 18, 270

Конвейер с погружными скребками
188, 190

Конвективная сушка 89 сл.

Кондуктивная сушка 104 сл.
Константа

скорости реакции 200 сл.

фильтрования 30, 51

Коэффициент (ы)

диффузии 87
масштабирования 26 сл.
скорости процесса диспергиро-
вания 300, 301

теплоотдачи 236 сл.

теплопередачи 243 сл.

Краскотерка

Бегрова 343

ворончатая 327

трехвалковая 319
Кристаллизация 11, 14 сл.
Критерий

Вебера 26

Нуссельта 236, 240

Прандтля 236, 240

Рейнольдса 15, 16, 21, 23, 24,

26, 86, 236, 241
центробежный 240

Фруда, центробежный 50

Эйлера 26

Ленточная сушилка 93 сл.

Ленточный транспортер 188, 190

Листовые фильтры 7, 36

Лопастные мешалки 18, 19, 212, 255,
256, 278, 285, 296 сл.

Машина (ы)
бисерная (песочная) 168, 171,
277, 280 сл., 298 сл., 306
блокировка со шнековым сме-
сителем 281, 302, 341

диски 299, 300
конструкции 301 сл.
производительность 300
разгрузочное приспособление
для вязких суспензий 309

схемы циркуляции смеси 299
валковые 294, 295, 318
двухвалковые 295, 319
дисковые 318, 319
одновалковая с фильтрующим
брусом 278, 342, 344, 345

Машина (ы)
трехвалковая 287,	288,	295,

319 сл.
влияние вязкости пасты на по-
казатели работы 324

кривые распределения скоро-
стей в зазоре 323
расположение валков 319
схема движения вязкой жид-
кости 320

фасовочная 351, 353

червячные 360, 361

Мельница(ы)
барабанные шаровые 7, 142, 143,
147, 152, 158 сл.

многокамерные (трубчатые)
160, 162

однокамерные 160, 162
периодического действия 160,
161

режимы движения мелющих
тел 164, 165

способы разгрузки материала
161 сл.

схемы установок 162, 163
вибрационные 173
виброкавитационная коллоидная

295, 328
воздушно-вихревые 153
дезинтеграторы 156 сл.
дисмембраторы 157 сл.
жерновые 294, 295
коллоидные 319, 328
к. п. д. 143, 174
производительность 147, 166, 167
пути повышения 185, 186

роликовая 147, 168 сл., 185
с плоской чашей и пружинным
прижимом валков 169, 170
ролико-кольцевая маятниковая 7,
168, 169

струйная 147, 170 сл.

для дезагрегации двуокиси ти-
тана, схема установки 178,
179

для измельчения талька, схема
установки 179

с вертикальными трубчатыми
камерами 177, 178

с встречным потоком струй
(типа СП) 174, 355, 358

с кольцевой камерой (типа
«Редуционайзер») 175

с плоской камерой (типа «Ми-
кронайзер») 175

с плоской камерой и футеров-
кой (типа СПВ) 176

ударно-центробежная 101, 102,
147, 153 сл., 353 сл.

бильная (типа «Комега») 154,
356

Мельница(ы)

ударно-центробежная

молотковая (типа «Дуплекс —

Зихтер») 154, 155, 355

«ножевая» 356, 357

с сепаратором, сблокирован-
ным с ротором (типа «Мик-
ро-Зихтер») 356

тарельчатая (типа «Штрат-
мюле») 357

циркуляционная нагрузка 147,
161, 185, 186

шариковая 304

шаровая 158 сл., 277 сл., 317,355

вибрационная 295, 309

динамика движения шаров 310

периодического действия 295,
309, 312 сл., 358, 359

планетарная 295, 309

производительность 311, 312,
317

с лопастными мешалками 296,
305

штифтовые 356

эффективность 147

Мешалка (и) 14, 17 сл., 210 сл.

гребковая 64 сл.

дисковая 359

дискозубчатая 281, 283, 329, 330,
339

кавитационного типа 76, 288, 319

листовая 212, 216

лопастные 18, 19, 212, 255, 256,
278, 285, 296 сл.

планетарно-шнековая 354, 360
пропеллерные 17, 18, 212, 359
скребковая с поворотными скреб-

ками 212

спиралевидная 253, 254

торцовое уплотнение вала 220

турбинные 17 сл., 212

якорная 212, 216

якорно-рамная 212, 216, 217,

253, 278, 341

Мокрый пылеуловитель 100, 102, 185,

188

типа Вентури 190, 191

Мультигидроциклоны 8, 9, 68, 69,
71 сл.

Муфели для получения цинковых бе-

лил 121

Муфельные печи 9, 114 сл., 121, 122,
136

Насадка КРИМЗ 19

Номограмма для определения коэф-
фициентов теплоотдачи 238, 239

Обезвоживание водных паст пигмен-

тов 109, ПО

Одновалковая зубчатая дробилка
151, 354

Одновалковая машина с фильтрую-
щим брусом 278, 342, 344, 345

Одночервячный смеситель с осцилли-
рующим червяком (типа «Ко-Кне-
тер») 354, 361

Осадительная центрифуга со шнеко-
вой выгрузкой осадка 49 сл., 61

Осветление лаков 257

Отстойник (и)

конструкция сливного желоба 66,
67, 73

повышение производительности
73

с гребковой мешалкой 64 сл., 81
расчет 64, 65
схема установки 67

с электрокоагуляционной камерой,
схема установки 73

Отстойно-фильтрующая центрифуга

278, 342, 346, 347

Охладители 267, 268, 354

Охлаждение расплава смолы 268 сл.

Очистка

отбросных газов 272 сл.

эмали от сорности 275, 276

Патронные фильтры со сменными
фильтровальными элементами (типа
«Кюно») 196, 258, 265 сл., 342,343

Петлевая сушилка 89 сл.

Печь(и) 7, 8, 30, 112 сл.

для испарения цинка
барабанные вращающиеся
123 сл.

муфельная одноярусная (с
окислительной камерой) 121,
122

плазменная 126, 127
электродуговая 125 сл.
для получения

глета 136, 137

зеленого ультрамарина 134,
135

красного железоокисного пиг-
мента 132, 133

окислов свинца 186 сл.

цинковых белил 121 сл.

с кипящим слоем 133

с цепной решеткой 131 сл.

тигельная, для обжига ультра-
мариновой шихты (конструк-
ции Грум-Гржимайло) 133 сл.
трубчатые

муфельные 9, 114 сл., 136

пламенные 112 сл.. 132

уплотнения ИЗ. 114

шахтные 127 сл.

Печь (и)

циклонная, для термической

очистки отборочных газов 272
Питатель

винтовой 194, 195, 197

камерный 7

Плавление канифоли 267, 268

Плазменная печь 126, 127

Планетарные смесители 255

Пленочный испаритель 198, 199, 269

Пневматическая сушилка 101, 102

Пневмотранспорт 188, 348 сл.

Подъемник для пневмотранспорта в
плотной фазе 350

Полочный контактный аппарат 273,
274

Промывка осадков 9, 75 сл.

комбинированным методом 75,
82

схема 83

повышение эффективности про-
цесса 83, 84

репульпационным методом 75 сл.

расчет 77 сл.

схема 76

фильтрованием промывной жид-
кости через слой осадка 75,
81, 82
изменение концентрации солей
в промывных водах 81

Пропеллерные мешалки 17, 18, 212,
359

Проточные смесители 20

Пульсационные колонны 19, 20

Пылеуловитель типа Вентури 190,
191

Радиационная сушка 106, 107

Рамный фильтр-пресс с электромеха-
ническим прижимом 33

Распылительные сушилки 8, 103, 104,
354, 355

Растворение

коллоксилина 253, 254

расплава алкидов 253

Реактор (ы) 6, 10 сл., 200 сл.

время пребывания частиц 11 сл.,
21 сл., 203 сл.

вероятность 11 сл.

номинальное 12, 207, 208

относительное 12, 15

для гидролиза растворов суль-
фата титана 24, 25

для разложения ильменитового
концентрата серной кислотой
24, 25

для синтеза

алкидных смол 215, 216

высоковязких пленкообразую-
щих веществ 216, 217

Реактор (ы)

для синтеза

пленкообразующих веществ, с
индукционным электрообо-
гревом 217, 218

змеевики 211, 212

конструкции 17, 210 сл.

масштабирование 11, 25 сл.

обогрев

водяным паром 223, 224

высокотемпературными органи-
ческими теплоносителями
223, 225 сл.

комбинированный 234, 235

продуктами сгорания топлива

223 сл.

электрический 223, 231 сл.

объемный к. п. д. 205, 206

оптимизация 28

периодического действия 11, 16,

17, 24, 25, 199 сл, 210 сл.

полного вытеснения 11, 15, 16,
203, 204, 208 сл.

полного смешения 6, И сл, 200,

203 сл.

каскад 12 сл, 204

колонный 13, 18, 19, 197, 198,
221, 222

многоступенчатый 6, 13, 14,
17 сл, 197, 204

одноступенчатый (одиночный)

6, 12, 17, 18, 203 сл.

с пропеллерной мешалкой и
диффузором 18

с турбинной мешалкой 18, 19
рубашки 211, 223, 224

с индукционным электрообогре-
вом 194, 195, 211, 217, 218

тепловые расчеты 235 сл.

примеры 246 сл.

типы мешалок 211 сл.

трубчатый 15, 16, 20 сл. см. так-
же Реакторы полного вытесне-
ния

безнасадочный 20, 21

длина 21 сл.

объединенный с реактором сме-
шения 23, 24

распределение скоростей пото-
ка 15

с вертикальным расположе-
нием труб 23

шнекового типа 222

эмалированный, с нижним при-
водом мешалки 219

Резиносмеситель 294, 295, 319,326, 327

Репульпатор 6, 8, 75, 76

Роликово-кольцевая маятниковая

мельница 7, 168, 169

Роторно-пленочный испаритель 199,
267, 269, 270

№

Рукавные фильтры 6, 7, 100, 102,
184, 188 сл., 280, 357

Сальник

с мягкой набивкой 219, 220

торцовый 254
Сверхцентрифуга 196, 258 сл.
Сгустители 49, 53

Сепаратор (ы) 7, 101, 155, 174, 353 сл.

воздушно-проходные 162, 181 сл.

воздушно-циркуляционные 162,
181, 183, 184

конструкции НИИЦеммаша
183, 184

с вынесенными циклонами и
вентилятором 184

фирмы «Пфейфер» 184
Сетчатые фильтры 277, 278, 280,
342 сл.

Ситовый анализ 142 сл.

Скребковая мешалка с поворотными
скребками 212

Скруббер

барботажный 272, 273

для улавливания и дезодорации
погонов 270, 271

Смеситель (и) 7, 278 сл.

двухлопастной с Z-образными
лопастями 338, 339

двухчервячный 20,	328, 354,

361

дисковый 362

одночервячный с осциллирующим
червяком (типа «Ко-Кнетер»)
354, 361

планетарные 255

проточные 20

с вертикальной подъемной ме-
шалкой

планетарной 338, 339
пропеллерной 340
с дискозубчатой мешалкой (ди-
сольвер) 329, 330, 339
двухступенчатый 340, 341
скоростные 358 сл.

двухступенчатые 360
конструкции

ВНИИПТХИММАШа 359,

360

с дисковыми мешалками (типа
«Хеншель») 359

с пропеллерными мешалками
(типа фирм «Ангер» и «Гюн-
тер Папенмайер») 359

с псевдоожижением материала
и быстровращающимся рото-
ром 353, 354

с подъемно-поворотной дискозуб-
чатой мешалкой и сменными
дежами 330, 341

Смеситель (и)

тяжелого типа 294, 295, 319,326,
327

червячные 295, 319, 328, 329,
360 сл.

шнековый 281, 286, 302, 338,
340 сл.

эжекционный 8, 18

Составление и колеровка эмали 277,
280, 282, 284

Спиралевидная горизонтальная ме-
шалка 253, 254

Степень

диспергирования 293 сл.

дробления 147 сл.

перетира 292 сл.

полидисперсности частиц 11

превращения 200 сл.

промывки осадка 82 сл.

пылеулавливания 189

разбела 282

сгущения суспензии 80

Струйные мельницы 147, 170

Сушилка (и) 7, 9, 30, 85 сл.

барабанная 7, 96 сл., 132

внутренние насадки 96

гребковая вакуумная 104 сл.

схема установки 97

вальцеленточная 94, 95

камерная 89, 90

ленточная 93 сл.

непрерывного действия 89 сл.,
96 сл.

периодического действия 89, 90
петлевая 89 сл.

с встроенным в камеру атмо-
сферными газовыми горел-
ками 92, 93

пневматическая 101, 102

повышение производительности
108

распылительные 8, 103, 104, 354,
355

с кипящим слоем материала 98

с предварительной формовкой
материла 89, 93 сл.

формующие устройства 93, 94

с фонтанирующим слоем инерт-
ного носителя 6, 89, 98 сл.

показатели работы при сушке
пигментов 99

турбинная 93, 94

шкафная с встроенным вентиля-
торным колесом и калорифе-
ром 90

Сушка

в ультразвуковом поле 107,
108

кинетика 84 сл.

конвективная 89 сл.

кондуктивная 104 сл.

Сушка

радиационная 106, 107

расчет 84 сл.

токами высокой частоты 107

Тарельчатые фильтры 32, 196, 258 сл.
Теплоотдача 236 сл.

Теплопередача 243 сл.
Технологическая схема
получения
алкидных лаков периодическим
методом 194 сл.

густотертых красок 286, 287
двуокиси титана 6, 7
порошковых поливинилхлорид-
ных красок методом сухого
смешения 353

порошковых эпоксидных красок
методом смешения в распла-
ве 354

свинцовых желтых кронов не-
прерывным методом 5, 6
средне- и малотоннажных ма-
рок эмалей 283, 284

сульфида бария, сульфата
свинца и литопона 8, 9

фенолоформальдегидных смол
198

эмалей непрерывным методом
из однопигментных паст

279 сл.

эмалей периодическим методом
из многопигментных паст
276 сл.

синтеза алкидов
непрерывным методом 197, 198
периодическим методом 194

Тигельная печь конструкции Грум-
Гржимайло 133 сл.

Транспортер
винтовой 188, 190, 280, 283 сл.
ленточный 188, 190

Трехвалковая машина 287, 288, 295,
319

Трубчатая пламенная печь 112, 132

Трубчатые осветляющие центрифуги
259 сл.

Трубчатые реакторы 15, 16, 20 сл.

Турбинная сушилка 93, 94

Турбинные мешалки 17 сл., 212
Турбулентная диффузия 15

Ударно-центробежная «ножевая»
мельница 356, 357

Ударно-центробежные	молотковые

дробилки 147, 149, 152, 153, 354

Ультразвуковой диспергатор 295, 331
Усреднитель с планетарно-шнековой
мешалкой 354, 360

Установка
для каталитического окисления
органических веществ в отброс-
ных газах 273
для криогенного способа измель-
чения полимерных материалов
357
для обезвоживания водных паст
пигментов 109, ПО
для улавливания и дезодорации
погонов 271

Фактор разделения 50, 57, 59, 259
Фасовочная машина 351, 353

Фильтр (ы) 9, 30 ?л. см. также Ва-
куум-фильтры и Фильтр-прессы
барабанные 32
ленточные 32
листовые 7, 36
непрерывного действия 32, 39 сл.
оптимальная толщина слоя осад-
ка 47

патронные со сменными филь-
тровальными элементами (типа
«Кюно») 196, 258, 265 сл., 342,
343

периодического действия 32 сл.
повышение производительности
46, 47

рукавный 6, 7, 100, 102, 188 сл.,
280, 357
с импульсной продувкой ру-
кавов 189 сл.

с механическим встряхиванием
и обратной продувкой рука-
вов 189, 190

с поэлементной струйной про-
дувкой рукавов 190 сл.

сетчатые 277, 278, 280, 342 сл.
тарельчатый 32, 196, 261 сл.

плитный для высоковязких ла-
ков 264, 265

с механизированной разгруз-
кой осадка (типа «Пфунда»)
196, 258, 259, 263

с ручной разгрузкой осадка
(типа «Спарклер») 261, 262
Фильтрование 8, 9, 30 сл., 257, 259,
261

Фильтр-пресс (ы) 9, 32, 33, 38
рамный, с электромеханическим
прижимом 33

ФПАКМ 33 сл., 79, 82, 108
Фильтрующие центрифуги 49, 51 сл.
Фрикционные вальцы 295, 319, 326,
327, 362

Центрифуга (и) 7, 9, 49 сл., 80, 277
автоматические 51 сл.
барабанная 278, 342, 345

Центрифуга (и)

двухкамерная отстойная для
очистки эмалей 345, 346

комбинированные 49

осадительные 49 сл., 61

со шнековой выгрузкой осадка
56 сл.

отстойная 345, 346

отстойно-фильтрующая 278, 342,
346, 347

производительность 51

пути повышения 60

трубчатая 258 сл.

осветляющая (типа ОТР) 259,
260

отстойная 342

фильтрующая 49, 51 сл.

автоматическая, с выгрузкой
осадка ножом (типа ФГН)
51

с пульсирующей выгрузкой
осадка поршнем (типа ФГП)
52 сл.

Центрифугирование 9, 257

Центробежные пылеуловители 182

Циклонная печь 272

Циклоны 6, 7, 100, 102, 183, 192,
194, 197, 353, 354

Чашевые классификаторы 68, 70

Червячные машины 360, 361

Шариковая машина 304

Шаровые мельницы 277 сл., 309 сл.

Шкафная сушилка с встроенным
вентиляторным колесом и калори-
фером 90

Щековая дробилка 147 сл.

Экстракция 75, 76

Элеватор 188, 190

Электродуговая печь 125 сл.

Электромагнитный диспергатор 295,
308, 309

Электропечь (и) 125 сл.

муфельная 8, 9, 116

шахтные 127 сл.

Эмалированный реактор с нижним

приводом мешалки 219

Юнга модуль 171

Якорная мешалка 212, 216

Якорно-рамная мешалка 212, 217,

253, 278, 341

Ячейковые вакуум-фильтры 42 сл.

СОДЕРЖАНИЕ

П редисловив............................................................3

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ ПИГМЕНТОВ

Глава I. Аппаратурное оформление технологических процессов получения
пигментов ....................................................... 5

Литература..............................................................9

Глава II. Реакторы....................................................Ю

Непрерывнодействующие реакторы	полного смешения...................11

Непрерывнодействующие реакторы полного вытеснения.................15

Реакторы периодического действия...................................16

Конструкции реакторов .............................................17

Масштабирование реакторов.........................................25

Литература....................................................... . 28

Глава III. Фильтры...............................................  .	30

Фильтры периодического действия....................................33

Фильтр-прессы................................................... 33

Листовые фильтры............................. . .................36

Фильтры непрерывного действия......................................39

Барабанные вакуум-фильтры........................................39

Ленточные вакуум-фильтры.........................................45

Пути повышения производительности фильтров.........................46

Литература.............................................................48

Глава IV. Центрифуги...................................................49

Автоматические фильтрующие /горизонтальные центрифуги с выгрузкой
осадка ножом..................................................51

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия с пульсирующей вы-
грузкой осадка	 ...................................52

Осадительные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгруз-
кой осадка....................................................56

Пути повышения	производительности	центрифуг ......................59

Литература..........................................................60

Глава V. Аппараты	для разделения и	классификации	суспензий	....	61

Отстойники......................................................63

Гидроциклоны....................................................68

Пути повышения	производительности	отстойников	и	гидроциклонов	.	.	73

Литература..........................................................74

Глава VI. Аппаратура для промывки осадков.........................75

Промывка способом разбавления (репульпации)....................75

Промывка фильтрованием промывной жидкости через слой осадка и
комбинированный способ промывки............................81

Пути повышения эффективности промывки..........................83

Литература .......................... 84

Глава VII. Сушилки................................................85

Конвективная сушка материалов в слое...........................89

Камерные сушилки.............................................89

Петлевые сушилки.............................................90

Сушилки с предварительной формовкой материала................93

Конвективная сушка материала во взвешенном и полувзвешенном со-
стоянии ...................................................96

Барабанные сушилки.......................................... 96

Сушилки с кипящим и фонтанирующим слоем материала............98

Пневматические сушилки......................................101

Распылительные сушилки......................................103

Кондуктивная сушка.............................................104

Радиационная сушка материалов ................................106

Сушка токами высокой частоты..................................107

Сушка в ультразвуковом поле....................................107

Пути повышения производительности	сушилок.....................108

Обезвоживание паст пигментов смачиванием пленкообразующим веще-
ством ....................................................109

Литература........................................................ПО

Глава VIII. Печи ................................................112

Трубчатые печи................................................112

Печи производства цинковых белил..............................116

Печи для испарения цинка....................................121

Печи для получения цинковых белил непосредственно из цинксодер-
жащего сырья........................................... 127

Печи для получения красного железоокисного пигмента...........132

Печи производства ультрамарина................................133

Печи для получения окислов свинца	........................ 136

Литература.......................................................137

Глава IX. Оборудование для измельчения...........................138

Способы измельчения...........................................138

Свойства материалов, подвергаемых измельчению.................139

Требования к продуктам измельчения............................141

Виды дробления и измельчения..................................142

Особенности процесса измельчения материалов...................142

Щековые дробилки..............................................148

Валковые дробилки.............................................149

Ударно-центробежные молотковые дробилки.......................152

Ударно-центробежные мельницы..................................153

Шаровые мельницы..............................................158

Бисерные машины...............................................168

Роликовые мельницы............................................168

Струйные мельницы.............................................170

Электромагнитные измельчители.................................180

Воздушные сепараторы..........................................180

Пути повышения производительности	мельниц.....................185

Литература...................................................... 187

Глава X. Вспомогательное оборудование............................188

Литература.......................................................192

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Глава XI. Аппаратурное оформление технологических процессов получения
пленкообразующих веществ........................................... 193

Литература.........................................................199

Глава XII. Реакторы..............................................  200

Непрерывнодействующие реакторы полного смешения................204

Непрерывнодействующие реакторы полного вытеснения..............208

Реакторы периодического действия ............................. 210

Конструкции реакторов ........................................ 210

Обогрев реакторов..............................................223

Тепловые расчеты реакторов.....................................235

Литература.........................................................251

Глава XIII. Аппараты для растворения смол......................... 253

Литература.........................................................256

Глава XIV. Оборудование для очистки лаков..........................257

Трубчатые центрифуги.........................................  259

Тарельчатые фильтры............................................261

Патронные фильтры..............................................265

Литература.........................................................266

Глава XV. Вспомогательное оборудование . . . . ....................267

Литература.........................................................274

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВ КРАСОК

Глава XVI. Аппаратурное оформление технологических процессов получе-
ния красок.........................................................275

Литература.........................................................289

Глава XVII. Оборудование для диспергирования пигментов в пленкообра-
зующих веществах....................................................290

Особенности процесса диспергирования ......................... 290

Типы оборудования..............................................294

Диспергаторы со свободно движущимися рабочими телами...........296

Бисерные (песочные) машины....................................298

Атриторы..................................................... 305

Электромагнитный диспергатор..................................308

Шаровые мельницы..............................................309

Диспергатор ЛТИ-1.............................................315

Диспергатор ЛТИ-2.............................................317

Диспергаторы с жестко закрепленными рабочими телами............318

Трехвалковые машины...........................................319

Фрикционные вальцы, смеситель тяжелого типа (резиносмеситель) . . 326

Дисковые диспергаторы.........................................327

Диспергаторы типа коллоидных мельниц..........................328

Червячные смесители...........................................328

Диспергаторы с высокоскоростными мешалками....................329

Ультразвуковые и звуковые диспергаторы........................331

Пути повышения производительности диспергаторов................332

Литература.........................................................336

Глава XVIII. Смесители для получения пигментных паст, суспензий и со-
ставления эмалей................................................338

Литература.........................................................341

Глава XIX. Оборудование для очистки эмалей . ,	.	. ..342

Патронные фильтры................................343

Сетчатые фильтры.................................343

Одновалковая машина с фильтрующим брусом.........345

Отстойные центрифуги.............................345

Отстойно-фильтрующие центрифуги..................246

Литература .......................... 347

Глава XX. Вспомогательное оборудование...............348

Литература...........................................351

Глава XXI. Технологические схемы и оборудование производств порошко-
вых	красок..............................352

Аппаратурно-технологические схемы процесса получения порошковых
красок............................................352

Оборудование	производств	порошковых	красок.......355

Литература...........................................362

Предметный указатель ..................... 364