Файл: Голомб, Л. М. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей.pdf

состоят из вертикального цилиндра — контейнера с рубашкой для охлаждения, который заполняется предварительно подготовленной пастой или суспензией и мелющими телами, приводимыми в движе­ ние быстро вращающейся дисковой мешалкой (окружная скорость 10 м/с), — привода и нагнетающего шестеренчатого насоса для по­ дачи суспензии в нижней части контейнера; в верхней части пред­ усмотрена сетка, которая задерживает песчинки, пропуская измель­ ченные материалы (рис. 3.5).

Производительность мельницы емкостью от 13,5 до 135 л со­ ставляет от 45 до 1800 л/ч суспензии при скорости вращения меша­ лок от 2000 до 900 об/мин соответственно. При прохождении вверх через зону интенсивного перемешивания песка суспензия захва­ тывается им и измельчается между песчинками благодаря сильным сдвиговым усилиям. При вI,гходс из активной зоны она отделяется от мелющих тел на сетке и выходит из мельницы. Мелющие тела и суспензия, прилегающие к поверхности дисков, увлекаются ими и отбрасываются на стенки мельницы в турбулентном потоке. Мак­ симальный эффект достигается между дисками и наружными их краями и внутренней поверхностью контейнера. Диспергирование проходит за счет центробежных сил песчинок, поэтому эти мельницы непригодны для измельчения очень твердых кристаллических про­ дуктов.

Наилучшим из мелющих тел до сих пор считается оттавский песок с размерами 20—40 меш (номера сит 085—0355 по ГОСТ 2851—45, 3820—47, 3924—47, 3584—53). Для отделения мелющих тел необ­ ходимо применять тонкие сига с отверстиями в пределах 0,3—0,4 мм [101. В отечественной практике пользуются волжским песком (ГОСТ 6139—52) с размерами 0,83 до 1,0 мм.

Кроме песка применяют керамические, фарфоровые, стеклянные (бисер) и стальные шарики. Оптимальное соотношение мелющих тел и суспензии составляет 1 :1 . При более высоком содержании песка возникает длительное течение, вся система скользит по поверх­ ности дисков, расход энергии повышается, а производительность снижается. Уменьшение соотношения 1 :1 приводит к резкому сни­ жению эффективности мельниц. Мельница емкостью 50 л дает 140— 560 л суспензии в час.

Преимущества и недостатки песочных мельниц. Незначительные затраты, малый расход энергии, малая производительная площадь, минимальные расходы па обслуживание, простота и безопасность оборудования — все это относится к преимуществам песочных мель­ ниц. Кроме того, они не требуют специальной высокой квалификации операторов, можно регулировать выход суспензии. Рекомендуются для получения высокодисперсных суспензий пигментов. Удельный расход энергии при диспергировании одинаковых продуктов в 10 раз ниже, чем в шаровых мельницах, а затраты труда в два раза меньше.

К недостаткам песочных мельниц относится невозможность об­ рабатывать очень вязкие системы или неоднородные по дисперсности пасты, содержащие много твердых крупных частиц.

Т у р б и н н ы е .мельницы [104] состоят из обычного аппарата

60

с рамной мешалкой объемом до 6 м3, н который погружают специаль­ ные турбинные мешалки; размеры последних должны соответствовать объему аппарата. Благодаря ротору-крыльчатке специальной кон­ фигурации и статору с прорезями, в мешалках поисходит интенсив­ ное турбулентное перемешивание (со скоростью 5—20 м/с) водной суспензии красителя в тесном контакте с мелющими телами с раз­ мером зерен 0,1—1 мм из гидрофобных синтетических смол (при весовом отношении сухого красителя к последним 1 : 2—1,4) в при­ сутствии диспергирующих агентов. Суспензии получают с величи­ ной частиц 0,1—2,5 мкм [104]. После диспергирования мелющие тела отделяются от суспензии на специальных тончайших ситах. Кристаллы таких красителей, как Кубовый ярко-зеленый С, дей­ ствуют как абразивы и сильно разрушают вследствие эрозии роторы

истаторы мегналок. В ряде случаев получаемые порошки склонны к рекристаллизации в процессе хранения или коагуляции при кра­ шении, особенно по высокотемпературным способам.

II группа. Эта группа включает коллоидные мельницы [90, 105—ИЗ] и некоторые типы вальцевых мельниц [114]. Диспергиро­ вание в этих машинах осуществляется за счет сдвиговых деформаций

иударов, претерпеваемых относительно топкими слоями суспензий, проходящими между двумя поверхностями, из которых одна дви­

жется с большой угловой скоростью. Название к о л л о и д н ы е не соответствует возможностям оборудования данного типа, так как они не позволяют достигнуть коллоидных размеров частиц [3. 100]. Они бывают ударно-центробежные, виброкавитациоипые, дисковые, так называемые карборундовые [90].

Наиболее распространены в производстве выпускных форм мель­ ницы первого типа, выпускаемые фирмой Дройер-Голланд-Мартен

(ГДР) модели 202, 805 и др. (рис. 3.6, а) [112, 113]. Они состоят из корпуса (статора), внутри которого вращается крестовина (ротор) с закрепленными на ней пальцами-ударниками. Суспензия с добав­ кой ПАВ предварительно подготовлена в другом виде оборудования, например в коленчатом смесителе. Благодаря быстрому вращению ротора (125 м/с) суспензия отстает от него и позади ударников по линии обтекания образует пространство, отделенное от основного объема жидкой пленкой, которая подвергается непрерывному раз­ рыву за счет высокочастотного действия на нее частиц жидкости, отражаемых поверхностью ударников. Возникающие усилия не­ велики, но частота взаимодействия может приближаться к ультра­ звуковой. Благодаря возникновению турбулентности частицы краси­ телей непрерывно соударяются и измельчаются. Эффективность этих мельниц при диспергировании высоковязкнх суспензий, в среде которых кавитация и гидравлический удар затруднены, весьма мала.

Коллоидная мельница 202 применяется в производстве паст; работает при 1200 об/мин, производительность ее 12—20 кг/ч (считая на суспензию). Модель 805 имеет скорость 3000 об/мин и производи­ тельность 60—100 кг/ч суспензии (или 12—20 кг/ч, считая на сухие вещества); расход энергии 1—2 квт-ч/кг тонкодисперсного кра­ сителя.

6 1

Впброкавитационные мельницы, применяемые в Англии и ФРГ для измельчения красителей, отличаются от описанных выше тем, что на внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора имеются цилиндрические канавки (рис. 3.6, б). Суспензия отбрасывается к периферии центробежной силой по каналам, обра­ зующимся при совмещении канавок. Измельчение происходит за счет гидравлических ударов большой частоты. К этому типу относится мельница МКИ-140.

б

Рис. 3.6. Коллоидные мельницы:

а — ударно-цснтрифугальная, типа 805: 1 — ввод суспензии; 2 — отбойники; 3 — ударная крестовина; 4 — вывод суспензии.

б — виброкавитационная: 1 — напорный бак; 2 — штуцер для входа суспензии; з — зазор между статором и ротором; 4 — ротор; 5 — статор; 6 — охлаждение; 7 — штуцер для вы­ хода суспензии; 8 — циркуляционная труба; в ■— кран для вывода суспензии

Дисковые и карборундовые мельницы оказались непригодными для диспергирования красителей.

Преимущества коллоидных мельниц: большая производитель­ ность, непрерывность процесса. Из недостатков наиболее важные — невозможность диспергирования крупнокристаллических твердых частиц и очень вязких систем; сильное пенообразование; перегрев суспензии.

III группа. В нее входят машины так называемого тяжелого типа: коленчатые смесители [3] общеизвестного типа Вернер — Пфлейдерер, выпускаемые заводом «Тамбовхпммаш», Фастовским

6 2

воздействию и действию сил сдвига. Чем больше скорость, с которой суспензия отбрасывается, тем интенсивнее и вероятнее разрушение рыхлых агломератов. Эффективность диспергирования определяется размером и углом наклона зубцов импеллера, а его угловая скорость обусловливается реологическими параметрами суспензии. Отно­ шение диаметра D импеллера к диаметру контейнера должно соста­ влять от 1 : 2 до 1 : 2,8; его глубина погружения должна быть равна от D до 2D, а расстояние до днища аппарата DI2 — D.

Дисольверы эффективны для предварительной подготовки водных паст с добавкой ПАВ, например, перед диспергированием в песочной или бисерной мельницах или для разрушения крупных рыхлых агломератов. Установки с быстроходными мешалками выгодны для выпуска относительно малых партий и их смешения.

V группа. Отдельную группу составляют машины, в которых диспергирование происходит вследствие ударного действия частиц

однородности и высокой дисперсности частиц красителей конденса­ ционные и диспергационныо способы в ряде случаев совмещают. Так, рекомендуют проводить окисление лейкорастворов кубовых

пасты красителей в присутствии минеральных и органических кис­ лот [131] и т. и.

Для получения тонкодисперсных форм красителей пользуются, как правило, диспергационными способами; но лучше перерабаты­ вать пигменты, полученные в достаточно тонкодисперсном состоянии и в соответствующей физической форме, еще па стадии их выделения одним из конденсационных способов.

3.3.2. Диспергирование красителей в адсорбционно-активных водных средах

Механизм и работа диспергирования. При диспергиро­ вании твердых тел в жидкой среде наблюдаются два противополож­ ных процесса: уменьшение размеров частиц дисперсной фазы вслед­ ствие их разрушения внешней силой и процесс укрупнения тонкодисперсных частиц в результате самопроизвольных или вызываемых

дефлокулянтов, быстро адсорбирующихся на свежеобразованных по­

при деформации твердого тела на его поверхности, особенно в слабых местах кристаллической решетки — дефектах структуры, обра­ зуются микротрещины, которые являются причиной резкого пони-

6 4

жения прочности твердых тел, по сравнению с теоретически рассчи­ танной. При сверхтонком измельчении скорость процесса замедляется по мере увеличения дисперсности (рис. 3.8). Это объясняется умень­ шением числа микротрещин в частицах, а на поверхности кристаллов происходит упрочнение аморфизованного слоя, затрудняющее воз­ никновение в частицах предельно напряженного состояния, за

выражающее приближенную зависимость, так как в нем не учтены изменения свойств фаз при измельчении и под воздействием внешних факторов (температуры, давления и др.). Скорость измельчения dSIdt теоретически можно повысить путем увеличения мощ­ ности dAldt, определяемой конструктивными особенностями оборудования. Практически это невозможно, так как коэффициент использования полезного размольного оборудования еще весьма