一種色素炭黑氧化-造粒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種色素炭黑氧化-造粒裝置，屬于色素炭黑的生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 炭黑是由烴類物質(zhì)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）經(jīng)不完全燃燒或裂解生成的。全世界生產(chǎn) 的炭黑有90%是作為補(bǔ)強(qiáng)劑使用到橡膠領(lǐng)域里，只有不到10%的炭黑作為著色顏料使用到 涂料、油墨及塑料等行業(yè)。作為黑色的顏料，炭黑具有極佳的黑度，耐高溫、耐光性好、化學(xué) 穩(wěn)定好，價(jià)格便宜，是一種應(yīng)用極廣的黑色顏料。
[0003] 色素炭黑使用過(guò)程中往往需要面對(duì)三方面的難題：
[0004] 首先是炭黑難以分散的問(wèn)題。
[0005] 造成炭黑難以分散的原因是：普通色素炭黑的粒徑只有8~100nm，粒子表面能 高，難潤(rùn)濕，易自聚，是所有顏料中最難分散的一種，在涂料、油墨、塑膠體系中很難通過(guò)機(jī) 械的力量把炭黑分散、還原到原始的納米存在狀態(tài)，即使是分散開(kāi)來(lái)，在范德華力的作用 下，炭黑的粒子會(huì)自發(fā)地絮聚到一起，
[0006] 解決普通色素炭黑難以分散的主要技術(shù)方案就是對(duì)其表面進(jìn)行氧化處理，對(duì)炭黑 氧化的方法多種多樣，裝置也各不相同，例如，授權(quán)公告號(hào)為CN201842796U的實(shí)用新型專 利"一種炭黑臭氧氧化裝置"就給出一種臭氧氧化的反應(yīng)裝置。
[0007] 其次是環(huán)保安全的問(wèn)題。
[0008] 在色素炭黑生產(chǎn)過(guò)程中，由于炭黑原料油質(zhì)量及生產(chǎn)工藝的控制的局限，在炭黑 產(chǎn)品表面往往吸附有未完全裂解反應(yīng)的芳烴油類物質(zhì)，其中就有"多環(huán)芳烴"（PAHS)，有害 于人的身體健康，不符合對(duì)環(huán)保的要求，隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，越來(lái)越多的國(guó)家在制定環(huán)保 法規(guī)時(shí)，對(duì)炭黑表面吸附的多環(huán)芳烴含量提出越來(lái)越苛刻的要求。
[0009] 解決炭黑表面多環(huán)芳烴含量過(guò)高的方法是在高溫的環(huán)境下對(duì)炭黑進(jìn)行氧化處理， 讓油狀的烴類物質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成無(wú)害的二氧化碳和水，例如，申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102060281A的實(shí)用新型專利"炭黑、其制備方法及其用途"就給出一種通過(guò)電磁輻射處理 原料炭黑的裝置和方法。
[0010] 第三是粉塵污染的問(wèn)題。
[0011] 粉狀炭黑比重小，易飛揚(yáng)，使用粉狀炭黑生產(chǎn)涂料、油墨、塑膠產(chǎn)品時(shí)，投料過(guò)程極 易造成炭黑的粉塵污染。
[0012] 普通解決炭黑粉塵污染的有效方法是對(duì)炭黑進(jìn)行造粒，但是過(guò)分或不恰當(dāng)?shù)脑炝?也增加了炭黑在高分子材料里的分散難度，例如，濕法造粒的橡膠炭黑由于含有糖蜜、糊精 等添加劑，炭黑粒子堅(jiān)硬，很難適用于涂料、油墨的生產(chǎn)，生產(chǎn)商們往往習(xí)慣使用粉狀的色 素炭黑產(chǎn)品，加重了粉塵污染的程度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013] 本實(shí)用新型公開(kāi)了一種色素炭黑氧化-造粒裝置，使用該裝置能夠把炭黑的濕法 造粒與炭黑氧化兩種完全不相干的工藝有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在對(duì)炭黑進(jìn)行造粒的同時(shí)進(jìn)行氧化 改性處理；在解決氧化改性的同時(shí)又解決了清除炭黑表面吸附有芳烴油類物質(zhì)的問(wèn)題；而 且炭黑的氧化過(guò)程在有水的環(huán)境中進(jìn)行，有效解決了因炭黑氧化會(huì)產(chǎn)生高溫，容易造成火 災(zāi)的安全難題；制得的產(chǎn)品亦粉亦粒，便于使用，便于分散，打破了炭黑非粉即粒的僵局。
[0014] 一種色素炭黑氧化-造粒裝置，該裝置由一級(jí)氧化-造粒機(jī)、二級(jí)氧化-造粒機(jī)、 回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)三部分組成，本裝置以粉狀的色素炭黑為原料，在濕法造粒的同時(shí)，可以對(duì)炭 黑進(jìn)行連續(xù)的濕法氧化處理，經(jīng)過(guò)干燥，最終制得外觀亦粉亦粒的經(jīng)過(guò)氧化處理的高甲苯 透光率色素炭黑產(chǎn)品。
[0015] 一種色素炭黑氧化-造粒裝置，該裝置可以單獨(dú)使用二級(jí)氧化-造粒機(jī)，以臭氧為 氧化劑，以粒狀炭黑為原料，對(duì)炭黑進(jìn)行干法的氧化后處理。
[0016] 進(jìn)一步，一級(jí)氧化-造粒機(jī)是一個(gè)由柱狀殼體及兩端為原片狀的填料壓塊所圍成 的封閉筒狀結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)安置在軸承座上的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸上按照雙 螺旋線垂直排布有攪齒，柱狀殼體帶有蒸汽夾套，用來(lái)加熱筒體內(nèi)的物料，柱狀殼體的上方 排布有雙氧水進(jìn)液口和蒸汽進(jìn)氣口，下方排布有冷凝水出口；
[0017] 對(duì)炭黑進(jìn)行氧化造粒時(shí)，粉狀炭黑從粉狀炭黑進(jìn)料口加入，雙氧水從雙氧水進(jìn)液 口加入，在攪齒的攪動(dòng)下，粉狀炭黑與雙氧水充分混合成粒并向粉狀炭黑進(jìn)料口相反的方 向運(yùn)動(dòng)，炭黑發(fā)生氧化反應(yīng)，形成的廢氣從安置在殼體上方的廢氣排氣口排出，濕粒子炭黑 則從殼體下方的濕炭黑粒子出口排出，接觸物料部分全部由不銹鋼制成。
[0018] 進(jìn)一步，所述的攪齒按雙螺線垂直分布在轉(zhuǎn)軸上，相鄰攪齒間縱向距離為25mm，夾 角為22. 5°，攪齒頂端成45°。
[0019] 進(jìn)一步，所述的一級(jí)氧化-造粒機(jī)濕炭黑粒子出口的下方安裝有氣密閥，濕炭黑 粒子出口通過(guò)氣密閥與二級(jí)氧化-造粒機(jī)的濕炭黑粒子進(jìn)料口連接；氣密閥的作用是，保 證一級(jí)氧化-造粒機(jī)里產(chǎn)生的廢氣只能通過(guò)一級(jí)氧化-造粒機(jī)的廢氣排氣口排放，同時(shí)二 級(jí)氧化-造粒機(jī)里的廢氣無(wú)法進(jìn)入一級(jí)氧化-造粒機(jī)。
[0020] 進(jìn)一步，所述的二級(jí)氧化-造粒機(jī)的結(jié)構(gòu)與一級(jí)氧化-造粒機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，也是一 個(gè)由柱狀殼體及兩端為原片狀的填料壓塊所圍成的封閉筒狀結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)安 置在軸承座上的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸上按照雙螺旋線垂直排布有攪齒；
[0021] 從一級(jí)氧化-造粒機(jī)濕炭黑粒子出口排出的濕炭黑粒子經(jīng)過(guò)氣密閥，從濕炭黑粒 子進(jìn)料口穿過(guò)填料壓塊進(jìn)入二級(jí)氧化-造粒機(jī)，在攪齒的攪動(dòng)下，濕炭黑粒子繼續(xù)造粒、氧 化，并向進(jìn)料口相反的方向運(yùn)動(dòng)，從安裝在另一端填料壓塊的排料口排出，臭氧則從安置在 靠近排料口一端的殼體下方的臭氧進(jìn)氣口進(jìn)入筒體；在尾氣風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下，進(jìn)入筒體 的臭氧氣流與濕炭黑粒子的運(yùn)動(dòng)相向而行，臭氧被充分利用，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的廢氣從安 置在靠近濕炭黑粒子進(jìn)料口處的殼體上方的廢氣出氣口排出，完成氧化過(guò)程的炭黑濕粒子 最后從排料口排出，進(jìn)入回轉(zhuǎn)干燥機(jī)；接觸物料部分全部由不銹鋼制成。
[0022] 進(jìn)一步，所述的二級(jí)氧化-造粒機(jī)的排料口連接有氣密閥，氣密閥的作用是允許 炭黑濕粒子從排料口排除，不允許回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)的廢氣從排料口進(jìn)入二級(jí)氧化-造粒機(jī)。
[0023] 進(jìn)一步，進(jìn)入二級(jí)氧化-造粒機(jī)的臭氧是由臭氧發(fā)生器制得的，臭氧的濃度及流 速是決定產(chǎn)品氧化程度的另一重要條件，臭氧的流速由流量器控制。
[0024] 一種色素炭黑，由上述生產(chǎn)裝置產(chǎn)得，產(chǎn)得的色素炭黑粒子直徑在0. 01~0. 5毫 米之間，產(chǎn)品的視密度約為0. 1~0. 5g/ml，PH值約為1. 5~5. 5,甲苯透光率大于99%。
[0025] 本實(shí)用新型的一種色素炭黑氧化-造粒裝置，可以直接連接在爐法炭黑生產(chǎn)線 上，也可以粉狀的色素炭黑為原料進(jìn)行濕法造粒、氧化后處理加工生產(chǎn)。
[0026] 本實(shí)用新型還有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1、產(chǎn)品的PH值為1. 5~5. 5,流動(dòng)性好，分散性好，能夠滿足高檔涂料、油墨、塑膠 行業(yè)的需要；
[0028] 2、產(chǎn)品的甲苯透光率大于99%，分散性好、能降低應(yīng)用體系粘度，同時(shí)滿足環(huán)保的 需要；
[0029] 3、產(chǎn)品脫開(kāi)原來(lái)非粉即粒的傳統(tǒng)模式，可以通過(guò)調(diào)整干燥過(guò)程的溫度控制，降低 粒子的硬度，既易于產(chǎn)品使用過(guò)程中分散加工，又有利于產(chǎn)品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用；
[0030] 4、生產(chǎn)過(guò)程可控，可以生產(chǎn)出系列的不同規(guī)格型號(hào)的色素炭黑產(chǎn)品。
[0031] 5、生產(chǎn)過(guò)程安全可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本實(shí)用新型各裝置的連接示意圖。
[0033] 圖2為一級(jí)氧化-造粒機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖的正視圖。
[0034] 圖3為一級(jí)氧化-造粒機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖。
[0035] 圖4為二級(jí)氧化-造粒機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖5為實(shí)施例一的工藝流程框圖。
[0037] 圖6為實(shí)施例二的工藝流程框圖。
[0038] 圖7為實(shí)施例三的工藝流程框圖。
[0039] 在圖中，A-級(jí)氧化-造粒機(jī)、B二級(jí)氧化-造粒機(jī)、C回轉(zhuǎn)干燥機(jī)、1殼體、2填 料壓塊、3電機(jī)、4皮帶輪、5軸承座、6轉(zhuǎn)軸、7攪齒、8蒸汽夾套、9雙氧水進(jìn)液口、10蒸汽 進(jìn)氣口、11冷凝水出水口、12粉狀炭黑進(jìn)料口、13廢氣排氣口、14濕炭黑粒子出口、15廢氣 出氣口、16濕炭黑粒子進(jìn)料口、17臭氧進(jìn)氣口、18排料口。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041] 如圖1，一種色素炭黑氧化-造粒裝置，該裝置由一級(jí)氧化-造粒機(jī)A、二級(jí)氧 化-造粒機(jī)B、回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)C三部分組成，本裝置以粉狀的色素炭黑為原料，在濕法造粒的 同時(shí)，可以對(duì)炭黑進(jìn)行連續(xù)的濕法氧化處理，經(jīng)過(guò)干燥，最終制得外觀亦粉亦粒的經(jīng)過(guò)氧化 處理的高甲苯透光率色素炭黑產(chǎn)品。
[0042] 本實(shí)用新型還可以單獨(dú)使用二級(jí)氧化-造粒機(jī)B，以臭氧為氧化劑，以粒狀炭黑為 原料，對(duì)炭黑進(jìn)行干法的氧化后處理。
[0043] 如圖2、3所示，一級(jí)氧化-造粒機(jī)A是一個(gè)由柱狀殼體1及兩端為原片狀的填料 壓塊2所圍成的封閉筒狀結(jié)構(gòu)，電機(jī)3通過(guò)皮帶輪4帶動(dòng)安置在軸承座5上的轉(zhuǎn)軸6勻速 轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸6上按照雙螺旋線垂直排布有攪齒7,柱狀殼體1帶有蒸汽夾套8,用來(lái)加熱筒 體內(nèi)的物料，柱狀殼體的上方排布有雙氧水進(jìn)液口 9和蒸汽進(jìn)氣口 10,下方排布有冷凝水 出口 11 ;
[0044] 對(duì)炭黑進(jìn)行氧化造粒時(shí)，粉狀炭黑從粉狀炭黑進(jìn)料口 12加入，雙氧水從雙氧水進(jìn) 液口 9加入，在攪齒7的攪動(dòng)下，粉狀炭黑與雙氧水充分混合成粒并向粉狀炭黑進(jìn)料口 12 相反的方向運(yùn)動(dòng)，炭黑發(fā)生氧化反應(yīng)，形成的廢氣從安置在殼體上方的廢氣排氣口 13排 出，濕粒子炭黑則從殼體下方的濕炭黑粒子出口 14排出，接觸物料部分全部由不銹鋼制 成。
[0045] 一級(jí)氧化-造粒機(jī)A的攪齒7按雙螺線垂直分布在轉(zhuǎn)軸上，相鄰攪齒7間縱向距 離為25m