СПОСОБ ПРЯМОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2006 года по МПК F28C3/02 F25D3/00 

Изобретение касается способа и устройства для прямого охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ перед расфасовкой в тару для сыпучих материалов в соответствии с ограничительной частью п.1 и п.23.

Многочисленные высокодисперсные порошкообразные твердые вещества с целью продажи, транспортировки, защиты от воздействия окружающей среды или хранения расфасовывают в тару для сыпучих материалов. В связи с особенностями технологии получения и переработки температура высокодисперсных порошкообразных твердых веществ зачастую бывает слишком высокой, чтобы можно было без затруднений расфасовать их в желаемую тару для сыпучих материалов. Отсутствие достаточного охлаждения может привести к многочисленным проблемам или недостаткам, которыми, в частности, являются:

- повышенный износ чувствительных к температуре деталей оборудования, например, резиновых прокладок или клапанов дробильных устройств,

- повреждение тары для сыпучих материалов, например, бумажных или пластиковых мешков, обусловленное чрезмерно высокой температурой твердых веществ,

- пониженный насыпной вес твердых веществ в момент расфасовки,

- неудовлетворительные деаэрационные свойства, проявляющиеся при заполнении тары для сыпучих материалов и автоцистерн для перевозки сыпучих грузов, что обусловлено сравнительно высокой вязкостью горячей газовой фазы,

- малое количество сыпучего материала, заполняющего соответствующую тару или автоцистерны для перевозки сыпучих грузов,

- большая продолжительность заполнения тары для сыпучих материалов и автоцистерн для перевозки сыпучих грузов,

- повреждение тары для сыпучих материалов (например, бумажных мешков), обусловленное слишком большим насыпным объемом,

- склонность к сильному пылеобразованию при расфасовке твердых веществ в тару для сыпучих материалов,

- малопривлекательный внешний вид мешков и поддонов,

- конденсация влаги внутри поддонов с усадочными стяжными крышками,

- нарушение безопасности труда при последующих операциях (например, погрузке или транспортировке) в связи с горячей поверхностью тары для сыпучих материалов.

Эти проблемы или недостатки при расфасовке высокодисперсных порошкообразных твердых веществ в тару для сыпучих материалов могут проявляться как индивидуально, так и в определенных сочетаниях. При этом с некоторыми указанными проблемами и недостатками сталкиваются постоянно, если вынуждены обращаться с горячими сыпучими веществами и расфасовывать их в соответствующую тару, в то время как другие указанные проблемы и недостатки (например, низкий насыпной вес, неудовлетворительные деаэрационные свойства) характерны для обращения лишь с очень высокодисперсными горячими порошкообразными твердыми веществами и их расфасовки в тару для сыпучих материалов. В этой связи в настоящей публикации высокодисперсными обозначают такие порошкообразные твердые вещества, средний размер частиц которых составляет менее 50 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, и, в частности, такие твердые вещества, средний размер частиц которых составляет менее 5 мкм, предпочтительно менее 1 мкм.

Под тарой для сыпучих материалов в настоящей публикации подразумевают тару, используемую с целью продажи, транспортировки, защиты от воздействия окружающей среды и длительного хранения сыпучих материалов, например, бумажные или пластиковые мешки, бочки, крупные резервуары, пакеты, емкости из бумаги, картона, пластмассы или иных материалов.

Указанные выше проблемы в принципе могут возникнуть при расфасовке в тару для сыпучих материалов любых высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, повышенная температура которых обусловлена специфическим способом их получения или переработки, например, кальцинированием, кальцинированием с последующим измельчением, сушкой, другой высокотемпературной обработкой или высокотемпературным способом получения.

Это касается, например, цемента, сажи или пигментов, подвергнутых тепловой обработке, в частности, кальцинированию, которые подлежат расфасовке в тару для сыпучих материалов. В особенности это относится к пигментам, подвергнутым пароструйному измельчению.

Твердые вещества с очень высокой дисперсностью, составляющей 1 мкм и менее, часто получают способом пароструйного измельчения. Речь при этом идет о струйно-ударном способе, согласно которому осуществляют ускорение размолотого материала в высокоскоростном газовом потоке и его измельчение, происходящее в результате соударения частиц друг с другом или с внутренними стенками струйно-ударной мельницы. Достигаемый при этом эффект измельчения в решающей степени зависит от скорости и энергии соударения.

Если измельчение или деагломерация твердых веществ требует особенно больших энергетических затрат или необходимо обеспечить особенно высокую степень дисперсности: например, если речь идет о различных неорганических пигментах, то обычно используют способ пароструйного измельчения с перегретым паром в качестве рабочей среды. Способ получения пигментного диоксида титана, согласно которому на заключительной стадии диоксид титана подвергают пароструйному измельчению, описывается в немецкой заявке на патент DE 195 36 657 А1.

При пароструйном способе измельчения температура покидающей мельницу смеси пигмента с газом чаще всего находится в интервале от 200 до 300°С. После отделения пигмента от водяного пара в циклоне или на пылеулавливающем фильтре температура содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы обычно составляет от 200 до 250°С. Несмотря на то, что после промежуточного хранения в бункере или механического или пневматического транспорта происходит определенное охлаждение пигмента, его температура в момент заполнения мешков или иной тары зачастую составляет около 100°С или выше. Это может привести к возникновению многочисленных, описанных выше проблем и недостатков.

Эффект охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых материалов, обеспечиваемый путем подачи воздуха с температурой окружающей среды, например, эффект, достигаемый в результате пневмотранспорта высокодисперсных порошкообразных твердых материалов, бывает невелик, что обусловлено небольшой разностью температур и незначительной теплоемкостью воздуха. Таким образом, использование даже больших количеств воздуха обеспечивает сравнительно незначительное снижение температуры, и, следовательно, указанные выше недостатки устраняются лишь в малой степени.

Несмотря на то, что, используя очень большое количество воздуха, можно существенно понизить температуру, данный способ охлаждения страдает существенными недостатками, проявляющимися при отделении газовой фазы от высокодисперсных порошкообразных твердых веществ и их расфасовке, и, кроме того, связан с высокими производственными расходами. К тому же, возрастает опасность загрязнения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ влагой, пылью, диоксидом углерода, оксидами серы или азота, следами масла или другими, содержащимися в воздухе примесями.

Конвекционное охлаждение в течение длительного промежутка времени также страдает недостатком, обусловленным плохой теплопроводностью большинства высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, а следовательно, слишком продолжительным блокированием емкостей для сыпучих материалов. Это может привести к значительному сокращению производственной мощности.

В немецкой заявке на патент DE 3 414 035 А1 описано косвенное охлаждение содержащего пыль газа, согласно которому газ пропускают через регенераторы, заполненные аккумулирующей тепло массой.

Использование аналогичных или сравнимых способов косвенного охлаждения посредством охлаждающих поверхностей или теплообменников мало целесообразно, поскольку необходимая для их осуществления поверхность теплообмена должна быть очень большой. Кроме того, содержание пыли в газе согласно описанному в немецкой заявке на патент DE 3414035 А1 способу составляет около 20 мг/м³, что является несопоставимо малой величиной по сравнению с обычным содержанием твердых веществ в смеси с газом, которое стремятся обеспечить, например, при расфасовке пигментов в тару для сыпучих материалов (зачастую оно составляет несколько кг/м³). Опыт показывает, что при более высоком содержании твердых веществ в газовой фазе возрастает опасность их прилипания к охлаждающим контактным поверхностям.

Для косвенного охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ нередко используют охлаждающие шнековые конвейеры, однако и этот способ страдает недостатками, заключающимися в прилипании, недостаточной эксплуатационной надежности и высоких капитальных затратах.

В немецкой заявке на патент DE 3713571 А1 описывается устройство, предназначенное для заполнения пластиковых мешков порошкообразными или гранулированными материалами, причем заполненные мешки заваривают и помещают в зону охлаждения, чтобы обеспечить стабильность сварного шва. Поскольку описанное в этом патенте охлаждение осуществляют только после заполнения мешков, оно непригодно для устранения указанных выше недостатков.

В патенте США US 3664385 описывается механическое уплотнение порошков для заполнения упаковочной тары, причем для обеспыливания может также использоваться импульс охлажденного воздуха.

Однако, охлаждающий эффект импульса охлажденного воздуха бывает недостаточен, чтобы обеспечить требуемое уплотнение высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, в связи с чем порошки должны быть подвергнуты дополнительному механическому уплотнению. Кроме того, этот способ мало пригоден для высокодисперсных порошкообразных твердых веществ с повышенными требованиями к диспергируемости и степени дисперсности, например, для пигментов, поскольку возникает опасность агломерации частиц при механическом уплотнении, в результате чего достигнутая путем измельчения цель может быть частично нивелирована.

В патенте США US 4619113 описывается прямое охлаждение стиральных порошков в бункере при помощи жидкого азота для обеспечения возможности последующего добавления к ним чувствительных к температуре присадок. Хотя средний размер частиц охлаждаемого стирального порошка и составляет 500 мкм (колонка 1, строки 24-25), описанный в патенте US 4619113 способ не содержит никаких указаний ни по поводу особых проблем, возникающих при расфасовке порошкообразных твердых веществ с очень высокой дисперсностью в тару для сыпучих материалов, ни по поводу возможных путей их решения.

В немецкой заявке на патент DE 3941262 описывается прямое охлаждение порошкообразного вещества при помощи жидкого азота, причем поток порошка перед контактированием с жидким азотом рассеивают посредством встроенных механических устройств.

В немецкой заявке на патент DE 3623724 А1 описывается прямое охлаждение цемента при помощи жидкого азота, причем цемент вдувают в соответствующий бункер одновременно с жидким азотом.

Задачей описанных в немецких заявках на патент DE 3941262 и DE 3623724 А1 способов является лишь охлаждение сыпучих материалов, а не улучшение качества их расфасовки в соответствующую тару. В этих публикациях отсутствуют сведения, касающиеся специфических требований к порошкообразным твердым веществам с очень высокой дисперсностью и указанных выше проблем, возникающих при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми материалами и их расфасовке в тару для сыпучих материалов, а также путей их решения.

В патенте США US 3330046 описывается теплообмен между газами и высокодисперсными твердыми веществами с размером частиц менее 50 мкм, причем используют устройство, состоящее из нескольких, соединенных между собой камер, через которые во взаимно противоположных направлениях пропускают газовый поток и поток твердого материала.

Используемое устройство является дорогостоящим, и необходим большой расход охлаждающего газа. Следовательно, способ обладает недостатками, аналогичными указанным выше при описании охлаждения большими количествами воздуха. Кроме того, отсутствуют какие-либо сведения относительно указанных выше специфических проблем, возникающих при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами и их расфасовке в тару для сыпучих материалов, а также путей их решения.

В европейских заявках на патент ЕР 611 928 А1, ЕР 501 495 А1 и немецкой заявке на патент DE 38 33 830 А1 описывается прямое охлаждение измельчаемого материала низкокипящими конденсированными газами. Однако задачей этого осуществляемого перед измельчением охлаждения является оптимизация процесса непосредственного измельчения путем повышения хрупкости измельчаемого материала, и, следовательно, способ не обеспечивает решения указанных выше проблем.

Обеспечиваемое благодаря такому охлаждению снижение температуры материала перед измельчением, как правило, компенсируется повышением температуры вследствие сопровождающего измельчение тепловыделения, и, следовательно, каких-либо преимуществ при расфасовке не получают.

Кроме того, отсутствуют какие-либо сведения относительно указанных выше специфических проблем, возникающих при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами и их расфасовке в тару для сыпучих материалов, а также путей их решения.

Задача большинства указанных выше способов состоит в том, чтобы благодаря использованию тех или иных вариантов охлаждения смягчить последующие тепловые проблемы. Однако они не содержат явных указаний, касающихся специфических требований к высокодисперсным порошкообразным твердым веществам, например, чрезвычайно высоких требований к дисперсности и диспергируемости пигментов, и связанных с этим проблем, возникающих при расфасовке в тару для сыпучих материалов.

Таким образом, недостаток указанных способов состоит в том, что они не устраняют описанные выше проблемы, возникающие при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами и их расфасовке в тару для сыпучих материалов, или лишь в незначительной степени устраняют эти проблемы. В частности, это относится к указанным выше, характерным для пигментов проблемам.

Задача изобретения состояла в том, чтобы предоставить в распоряжение способ, позволяющий таким образом обрабатывать горячее высокодисперсное порошкообразное твердое вещество, чтобы полностью или, по крайней мере, в основном устранить указанные выше проблемы, возникающие при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами и их последующей расфасовке в тару для сыпучих материалов.

Кроме того, задача изобретения состояла в том, чтобы при обращении с высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами и их последующей расфасовке в тару для сыпучих материалов использовать как можно меньшие объемы газа, чтобы в максимально возможной степени сократить затраты на выделение и обеспыливание газа.

Кроме того, задача изобретения состояла в создании устройства, с помощью которого можно было простым и эффективным способом охлаждать смесь высокодисперсного порошкообразного твердого вещества с газом.

Кроме того, задача изобретения состояла в том, чтобы содержание кислорода в газовой фазе между частицами высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, находящихся в таре для сыпучих материалов, было более низким по сравнению с воздухом.

Указанная задача решается благодаря способу и устройству по п.1 и п.23.

Способ согласно изобретению включает прямое охлаждение высокодисперсных порошкообразных твердых веществ путем подачи охлаждающей среды и осуществляемую непосредственно вслед за этим расфасовку измельченного продукта в тару для сыпучих материалов, причем охлаждающая среда состоит либо из одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов, либо из холодного газа или газовой смеси, которые были изготовлены при помощи одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов, либо охлаждающая среда состоит из холодного газа или газовой смеси, которые были предварительно охлаждены при помощи одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов. Этот способ имеет особое значение для охлаждения и последующей расфасовки высокодисперсных порошкообразных твердых веществ в тару для сыпучих материалов, например, в стандартные бумажные мешки, пластиковые мешки, пакеты, бочки или иную мелкую, выполненную из различных материалов бочкотару. Способ обеспечивает преимущества и при заполнении автоцистерн для перевозки сыпучих грузов.

В качестве охлаждающей среды пригодны любые соединения, инертные по отношению к соответствующим высокодисперсным порошкообразным твердым веществам. Такими соединениями могут быть, например, благородные газы, диоксид углерода, азот, кислород или смеси указанных веществ (например, воздух).

Используемую для прямого охлаждения охлаждающую среду предпочтительно получают путем испарения низкокипящих конденсированных газов. Особенно пригодными являются жидкий кислород, жидкий воздух или жидкий диоксид углерода. Пригоден также твердый диоксид углерода, особенно, если он находится в тонкоизмельченном состоянии.

Причем, чтобы обеспечить высокую эффективность охлаждения, используемая для прямого охлаждения охлаждающая среда предпочтительно обладает температурой ниже 0°С, предпочтительно ниже -20°С, особенно предпочтительно ниже -40°С.

Температура подлежащих охлаждению высокодисперсных порошкообразных твердых веществ или содержащих твердые вещества смесей, которой намереваются достичь, разумеется, зависит от вида твердых веществ и требований к качеству. Тип и количество охлаждающей среды предпочтительно подбирают таким образом, чтобы подлежащие охлаждению высокодисперсные порошкообразные твердые вещества были охлаждены, по меньшей мере, до 20°С, предпочтительно, по меньшей мере, до 50°С. Путем прямого охлаждения их температуру предпочтительно снижают максимум на 100°С, особенно предпочтительно максимум на 70°С.

Содержание влаги в используемой для прямого охлаждения охлаждающей среде предпочтительно составляет менее 0,0001 массовой части. Благодаря этому можно понизить точку росы смеси твердых веществ с газом и, соответственно, уменьшить склонность твердых веществ к образованию агломератов. Точка росы в сыпучей массе твердых веществ может быть предпочтительно понижена, например, благодаря использованию жидкого азота с чрезвычайно низким содержанием влаги.

Высокодисперсные порошкообразные твердые вещества в принципе могут быть подвергнуты охлаждению на разных стадиях процесса получения и переработки, например, сразу после тепловой обработки порошкообразных твердых веществ, в транспортных трубопроводах или непосредственно перед расфасовкой в тару для сыпучих материалов.

Способ согласно изобретению особенно целесообразен, если высокодисперсные порошкообразные твердые вещества с учетом технологических или логистических предпосылок изготавливают или перерабатывают при высоких температурах, а снижение температуры путем конвективного охлаждения или охлаждения воздухом может быть недостаточным, в связи с чем обычная расфасовка в тару для сыпучих материалов оказывается сильно затруднена.

Примеры процессов, для которых охлаждение согласно изобретению может обеспечить преимущества:

- прямое охлаждение и расфасовка высокодисперсных порошкообразных твердых веществ сразу после тепловой сушки и, при необходимости, измельчения,

- прямое охлаждение и расфасовка высокодисперсных порошкообразных твердых веществ сразу после кальцинирования и, при необходимости, измельчения,

- прямое охлаждение и расфасовка высокодисперсных порошкообразных твердых веществ сразу по завершении процесса пиролитического получения или выжигания примесей,

- прямое охлаждение и расфасовка высокодисперсных порошкообразных твердых веществ сразу после пароструйного измельчения.

Оказалось, что реологические свойства высокодисперсных порошкообразных твердых веществ со средним размером частиц менее 50 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, и, в частности, очень высокодисперсных порошкообразных твердых веществ со средним размером частиц менее 5 мкм, особенно предпочтительно менее 1 мкм, а следовательно, условия обращения с ними явным образом зависят от температуры. Например, насыпной вес высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, которые расфасовывают в обычно используемую тару, в частности, мешки, бочки, крупные резервуары или бункеры при пониженной температуре, гораздо выше по сравнению с расфасовкой этого продукта в указанную тару, осуществляемой при более высокой температуре.

Подлежащими охлаждению и расфасовке высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами могут быть, например, диоксид титана, оксид железа, оксид хрома, светостойкие пигменты, цветные пигменты, металлопигменты, сажи или цемент.

Под высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами могут также подразумеваться чувствительные к температуре соединения или твердые вещества с покрытием из чувствительных к температуре соединений.

Согласно изобретению прямое охлаждение охлаждающей средой можно осуществлять, например, путем дозированной подачи охлаждающей среды в трубопровод, предназначенный для пневмотранспорта высокодисперсных порошкообразных твердых веществ. Кроме того, чтобы обеспечить особенно сильное снижение температуры, предпочтительной может оказаться подача охлаждающей среды в несколько разных мест. В известных условиях благодаря такому способу дозирования охлаждающая среда может внести существенный вклад в пневмотранспорт.

В зависимости от того, сильную или слабую турбулизацию стремятся обеспечить, охлаждающую среду в транспортный трубопровод через соответствующие насадки можно подавать как в направлении движения потока, так и в противоположном направлении.

Устройство для прямого охлаждения согласно изобретению состоит из сборника для низкокипящих конденсированных газов, изолированного соединительного трубопровода между сборником и транспортным трубопроводом, предназначенным для пневмотранспорта высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, насадки для подачи низкокипящих конденсированных газов в транспортный трубопровод и управляющей и регулирующей аппаратуры.

Преимущество способа прямого охлаждения согласно изобретению по сравнению со способом косвенного охлаждения через контактные поверхности состоит в отсутствии необходимых для теплопередачи контактных поверхностей большой площади. Вместе с тем, остывание материала происходит значительно быстрее, чем при косвенном охлаждении, что оказывается особенно предпочтительным, если речь идет о чувствительных к температуре измельченных продуктах или если стремятся сильно снизить температуру в течение короткого промежутка времени.

В отличие от прямого охлаждения при косвенном охлаждении в связи со сравнительно большим температурным градиентом существует опасность локальной конденсации влаги в подвергаемом охлаждению материале, особенно в области охлаждающих поверхностей.

Преимущество способа согласно изобретению по сравнению с охлаждением большими количествами воздуха с температурой окружающей среды, во-первых, состоит в том, что благодаря прямому охлаждению с использованием низкокипящих конденсированных газов эффект остывания в связи с наличием энтальпии испарения может быть гораздо большим и может быть достигнут гораздо быстрее.

Во-вторых, способ согласно изобретению требует использования меньших объемов газовой фазы, что существенно упрощает ее отделение от высокодисперсных порошкообразных твердых веществ перед заполнением тары для сыпучих материалов или во время него. Кроме того, значительно сокращаются затраты на обеспыливание газа.

Вместе с тем, уменьшается или полностью устраняется загрязнение высокодисперсных порошкообразных твердых веществ влагой, пылью, диоксидом углерода, оксидами серы или азота, следами масла или другими, содержащимися в воздухе примесями. В частности, в случае основного характера поверхности высокодисперсных порошкообразных твердых веществ (например, обусловленного химической обработкой соответствующими соединениями) при использовании больших количеств воздуха может произойти нежелательная нейтрализация поверхности содержащимися в воздухе кислыми компонентами.

Наконец, благодаря тому, что, как правило, очень сухая охлаждающая среда обладает высокой способностью к влагопоглощению, снижается остаточное влагосодержание высокодисперсных порошкообразных твердых веществ.

Хотя криогенное охлаждение высокодисперсных порошкообразных твердых веществ посредством низкокипящих конденсированных газов и характеризуется относительно высокими расходами на охлаждающую среду, при ближайшем рассмотрении неожиданно выясняется, что они компенсируются благодаря целому ряду преимуществ такой технологии. Например, благодаря более низкой температуре смеси твердых веществ с газом и меньшему удельному содержанию газа (по отношению к твердому веществу) могут быть обеспечены следующие преимущества:

- меньший износ чувствительных к температуре деталей оборудования, например, резиновых прокладок,

- меньшее повреждение чувствительной к температуре тары для сыпучих материалов, например, бумажных и пластиковых мешков, что обусловлено более низкой температурой подлежащих расфасовке высокодисперсных порошкообразных твердых веществ,

- возможность использования более дешевой тары в связи с меньшим тепловым воздействием,

- больший насыпной вес высокодисперсных порошкообразных твердых веществ в момент расфасовки,

- лучшие деаэрационные свойства, проявляющиеся при заполнении тары для сыпучих материалов и автоцистерн для перевозки сыпучих грузов, что обусловлено более низкой вязкостью газовой фазы,

- большее количество сыпучего материала, заполняющего соответствующую тару и автоцистерны для перевозки сыпучих грузов,

- более быстрое заполнения тары для сыпучих материалов и автоцистерн для перевозки сыпучих грузов,

- меньшее повреждение тары для сыпучих материалов (например, бумажных мешков), происходящее из-за слишком большого насыпного объема,

- меньшее пылеобразование при расфасовке твердых веществ в тару для сыпучих материалов,

- меньший объем газа, используемого для пневмотранспорта и охлаждения, и, соответственно, меньшая рабочая поверхность фильтра, используемого для обеспыливания газа, и более высокая емкость пылеулавливающего фильтра при одинаковой площади рабочей поверхности,

- более привлекательный внешний вид, например, мешков и поддонов,

- меньшая влажность продукта благодаря высокому влагопоглощению охлаждающей среды,

- меньшая конденсация влаги внутри поддонов с усадочными стяжными крышками,

- повышение безопасности труда при последующих операциях (например, погрузке или транспортировке) благодаря более низкой температуре расфасованных высокодисперсных порошкообразных твердых веществ.

Результатом применения способа охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ согласно изобретению является не только сокращение доли некачественных партий товара, например, упакованного в порванные мешки, но и другие преимущества, состоящие в более надежной работе и повышенной производительности оборудования, меньшей склонности к пылеобразованию и более привлекательном внешнем виде отдельных мешков или поддонов.

Способ согласно изобретению особенно пригоден для прямого охлаждения неорганических или органических пигментов и их последующей расфасовки в тару для сыпучих материалов, поскольку к этим пигментам зачастую предъявляются особенно высокие требования относительно диспергируемости и дисперсности, и одновременно особое значение придается реологическим свойствам измельченных пигментов и, соответственно, возможности обращения с ними.

Особые преимущества способа согласно изобретению при использовании применительно к пигментам состоят в том, что могут быть удовлетворены наиболее важные из предъявляемых к ним требований, в частности, одновременно могут быть обеспечены высокая диспергируемость, хорошие оптические свойства и возможность удобного обращения с измельченными пигментами при расфасовке в тару для сыпучих материалов. Именно реологические свойства пигментов, а следовательно, удобство обращения с ними сильно зависят от температуры. Например, насыпной вес пигментов, которые расфасовывают в обычно используемую тару, в частности, мешки, бочки, крупные резервуары или бункеры при пониженной температуре, значительно выше по сравнению с аналогичным продуктом, заполняющим указанную тару при более высокой температуре.

Например, измельченные путем пароструйного размола пигменты могут быть подвергнуты охлаждению непосредственно на выходе из пароструйной мельницы после пропускания через смонтированное в транспортном трубопроводе сепарирующее устройство, например, пылеулавливающий фильтр или циклон, или непосредственно перед расфасовкой в тару для сыпучих материалов. Чтобы избежать обусловленного прямым охлаждением перехода в температурную область ниже точки росы, может оказаться предпочтительным добавление охлаждающей среды лишь после того, как парциальное давление водяного пара в составе газовой фазы измельченного материала достигнет достаточно низкой величины благодаря частичной замене или разбавлению водяного пара воздухом.

Предпочтительно после пароструйного измельчения часть содержащей водяной пар газовой фазы сначала отделяют от измельченных пигментов, а затем измельченные пигменты охлаждают путем прямого охлаждения при помощи охлаждающей среды. Это отделение части содержащей водяной пар газовой фазы осуществляют, например, при помощи циклона и/или пылеулавливающего фильтра.

Способ согласно изобретению особенно пригоден для пигментов на основе диоксида титана в связи с сильным воздействием температуры на их характеристики, в частности, насыпной вес при расфасовке. Способ согласно изобретению особенно предпочтителен, если речь идет о марках диоксида титана, предназначенных для окрашивания полимерных материалов или для использования в составе дисперсионных красок и в связи со специфическим составом обладающих особенно низким насыпным весом. Благодаря данному способу можно отказаться от альтернативных способов, в частности, гранулирования или таблетирования.

Кроме того, повышенные температуры могут оказывать отрицательное воздействие на склонность находящихся на поверхности частиц пигмента органических присадок (интенсификаторов размола) к деструкции, что, в частности, может отрицательно повлиять на цветовой тон. Благодаря способу согласно изобретению этого явления можно избежать.

Способ согласно изобретению особенно предпочтителен при эксплуатации нескольких, параллельно работающих пароструйных мельниц, если в связи с высокой производительностью температура пигмента не может быть снижена до достаточного уровня путем конвекционного охлаждения или другими традиционными способами.

Кроме того, способ согласно изобретению хорошо пригоден для железооксидных пигментов. Обеспечиваемые в данном случае преимущества аналогичны получаемым для пигментного диоксида титана. Кроме того, если речь идет об окисляемых железооксидных пигментах, например, о железооксидных пигментах в модификации магнетита, то благодаря использованию в качестве охлаждающей среды газов, не способных вызывать окисление, например, диоксида углерода или азота, склонность пигментов к окислению в процессе их переработки и хранения может быть подавлена путем частичного или максимально полного вытеснения кислорода охлаждающей средой. Дополнительно благодаря снижению температуры пигментов при их расфасовке в мешки, обеспечиваемому способом согласно изобретению, может быть уменьшена их способность к взаимодействию с остаточными количествами кислорода.

Таким образом, благодаря использованию способа согласно изобретению в некоторых случаях предоставляется возможность измельчения с помощью пароструйных мельниц таких пигментов, которые обычно не могут быть измельчены на этом чрезвычайно эффективном размалывающем оборудовании.

Газовая фаза в промежутках между частицами твердых веществ, полученных согласно изобретению и находящихся в таре для сыпучих материалов, предпочтительно содержит менее 20% мас. кислорода, особенно предпочтительно менее 15% мас. кислорода, и, соответственно, массовое отношение азота к кислороду составляет более 2, предпочтительно более 5,7.

Поскольку в зависимости от специфического состава высокодисперсные порошкообразные твердые вещества могут обладать существенно различающимися реологическими характеристиками, можно оказывать целенаправленное воздействие на их способность к транспорту благодаря выбору подходящей подачи охлаждающей среды, а следовательно, температуры. В зависимости от типа твердого вещества более благоприятным может быть охлаждение, осуществляемое до пневматического или механического транспорта или после него. Предпочтительным может оказаться также охлаждение, осуществляемое лишь непосредственно перед расфасовкой в тару для сыпучих материалов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения охлаждают предназначенный для пневмотранспорта воздух, и этим холодным, транспортирующим, используемым в качестве охлаждающей среды воздухом осуществляют прямое охлаждение высокодисперсных порошкообразных твердых веществ. При этом температура транспортирующего воздуха может быть подобрана таким образом, чтобы после его смешивания с подлежащими охлаждению высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами была достигнута желаемая конечная температура. Транспортирующий воздух может быть охлажден, например, при помощи теплообменника или путем прямой подачи в транспортирующий воздух низкокипящих конденсированных газов или твердого диоксида углерода. При этом охлаждение транспортирующего воздуха при помощи теплообменника может быть осуществлено любым известным специалистам способом. При такой технологической последовательности особенно предпочтительно, чтобы косвенному охлаждению подвергался газ, не содержащий твердых веществ, а прямому охлаждению подвергалась смесь твердого вещества и газа.

Охлаждение используемого для пневмотранспорта транспортирующего воздуха перед контактированием с подлежащими охлаждению высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами с технологической точки зрения может быть более благоприятным, нежели охлаждение газа, содержащего твердые вещества, который образуется после смешивания транспортирующего воздуха с подлежащими транспорту высокодисперсными порошкообразными твердыми веществами.

Возможно также комбинирование описанных вариантов охлаждения друг с другом. Например, можно как осуществлять охлаждение (прямое или косвенное) транспортирующего воздуха и прямое охлаждение этим воздухом смеси твердого вещества с газом, так и дополнительно предпринимать прямое охлаждение смеси твердого вещества с газом (например, низкокипящими конденсированными газами).

Независимо от типа охлаждающей среды для способа прямого охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ согласно изобретению особенно предпочтительной является возможность целенаправленного управления зависящими от температуры параметрами общего процесса и их регулирования. Например, путем регулирования добавляемого количества или температуры охлаждающей среды в зависимости от продукта можно устанавливать оптимальную и постоянную температуру высокодисперсных порошкообразных твердых веществ и, следовательно, поддерживать целенаправленно установленные, оптимизированные и постоянные условия транспорта или качественные параметры заполнения тары для сыпучих материалов.

Высокодисперсные порошкообразные твердые вещества обычно загружают в бумажные или пластиковые мешки через фасовочный бункер при помощи системы транспорта твердых веществ. Если температура материала составляет 60°С и выше, использование экономичных пластиковых мешков (например, из полиэтилена или полипропилена), как правило, исключается. Для этой цели можно использовать лишь специальные, дорогостоящие, обладающие высокой теплостойкостью пластиковые мешки.

Однако благодаря способу согласно изобретению вместо таких дорогостоящих пластиковых мешков могут использоваться экономичные полиэтиленовые или полипропиленовые мешки. Для этого, как правило, необходимо, чтобы материал был охлажден до 60°С или более низкой температуры.

Кроме того, благодаря способу согласно изобретению предоставляется возможность использования менее дорогостоящих, обладающих меньшей теплостойкостью бумажных мешков или бумажных мешков, снабженных пластиковыми вкладышами или пластиковыми составными частями в зоне износа.

Наряду с этим, способ согласно изобретению позволяет использовать и другие средства упаковки, не обладающие стойкостью к воздействию характерных для уровня техники температур, например, крупные резервуары из полимеров с ограниченной термостабильностью или иную тару из полимерных материалов, чувствительных к воздействию тепла.

Пример 1

Полученный в соответствии с уровнем техники, дополнительно обработанный и высушенный пигментный диоксид титана подвергают микронизации в пароструйной мельнице.

Массовое соотношение продукта и пара составляет 1:2,2. Температура пара составляет 260°С. В пароструйную мельницу вместе с подлежащим измельчению пигментом вводят около 100 м³ транспортирующего воздуха на тонну TiO₂. Температура смеси пигмента с газом на выходе из пароструйной мельницы составляет около 230°С; температура содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы после отделения пигмента от газовой фазы посредством циклона составляет около 180°С. Влагосодержание газовой фазы составляет около 95% мас., влагосодержание газовой фазы в пересчете на TiO₂ составляет около 0,2% мас. при насыпном весе TiO₂ 0,5 г/см³. После промежуточного хранения в бункере осуществляют пневмотранспорт содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы к машине для расфасовки в мешки. Расход высушенного транспортирующего воздуха составляет 75 м³ на тонну TiO₂. В транспортный трубопровод через насадку вводят 97 л жидкого азота на тонну TiO₂. Благодаря этому температура смеси диоксида титана с газом снижается со 110°С до 60°С. Влагосодержание газовой фазы составляет около 1% мас., влагосодержание газовой фазы в пересчете на TiO₂ составляет около 0,2% мас.

Отделение газовой фазы от TiO₂ происходит в фасовочном бункере, из которого осуществляется заполнение мешков. Температура содержащей газ сыпучей пигментной массы к моменту расфасовки в бумажные мешки составляет 60°С. Состав находящейся в промежутках между частицами TiO₂ газовой фазы: 87% мас. N₂, 12% мас. O₂. Влагосодержание газовой фазы в пересчете на TiO₂ составляет менее 0,01% мас. Независимо от этого в TiO₂ содержится почти 0,3% мас. адсорбированной воды.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Следствием этого является привлекательный внешний вид поддонов.

Пример 2

Полученный в соответствии с уровнем техники, дополнительно обработанный и высушенный пигментный диоксид титана, предназначенный для окрашивания полимеров, подвергают микронизации в пароструйной мельнице с добавлением 1% мас. силиконового масла. Дальнейшие технологические операции, включая расфасовку в мешки, осуществляют аналогично примеру 1.

Однако в отличие от примера 1 пигмент расфасовывают в стандартные мешки из полипропилена. Благодаря пониженной температуре содержащей газ сыпучей пигментной массы (60°С) повреждение полипропиленовых мешков в процессе расфасовки отсутствует.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Следствием этого является привлекательный внешний вид поддонов.

Пигмент особенно пригоден для окрашивания полимерных материалов. Возможно совместное использование пигмента и тары в процессе непосредственной переработки.

Пример 3

Полученный в соответствии с уровнем техники, дополнительно обработанный 15% мас. SiO₂ и Al₂O₃ (в расчете на TiO₂) и высушенный пигментный диоксид титана подвергают микронизации в пароструйной мельнице. Дальнейшие технологические операции осуществляют аналогично примеру 1. Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Следствием этого является привлекательный внешний вид поддонов. Пигмент особенно пригоден для получения дисперсионных красок.

Пример 4

Красный железооксидный пигмент (Fe₂O₃), полученный в соответствии с уровнем техники путем прокаливания из магнетита, подвергают микронизации в пароструйной мельнице. Массовое соотношение продукта и пара составляет 1:2. Температура пара составляет 260°С. Дальнейшие технологические операции осуществляют аналогично примеру 1.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Кроме того, благодаря пониженной температуре содержащей газ сыпучей пигментной массы (60°С) продукт может быть расфасован в стандартные полиэтиленовые или полипропиленовые мешки.

Пример 5

Полученный в соответствии с уровнем техники путем прокаливания никель-рутиловый желтый пигмент измельчают в мельнице Реймонда. После промежуточного хранения в бункере осуществляют пневмотранспорт пигментной сыпучей массы к машине для расфасовки в мешки. В транспортный трубопровод через насадку подают жидкий азот в таком количестве, чтобы к моменту расфасовки содержащей газ сыпучей пигментной массы в мешки ее температура составляла 60°С.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Кроме того, благодаря пониженной температуре содержащей газ сыпучей пигментной массы (60°С) продукт может быть расфасован в стандартные полиэтиленовые или полипропиленовые мешки.

Пример 6

Полученную в соответствии с уровнем техники печную сажу отделяют на пылеулавливающем фильтре от газовой фазы и хранят в промежуточном бункере. Осуществляют пневмотранспорт сажи из бункера к машине для расфасовки в мешки. В транспортный трубопровод через насадку подают жидкий азот в таком количестве, чтобы к моменту расфасовки содержащей газ сыпучей пигментной массы в мешки ее температура составляла 60°С.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Кроме того, благодаря пониженной температуре содержащей газ сыпучей пигментной массы (60°С) продукт может быть расфасован в стандартные полиэтиленовые или полипропиленовые мешки.

Пример 7

Полученный в соответствии с уровнем техники магнетитный пигмент (Fe₃O₄) подвергают измельчению в пароструйной мельнице. После отделения основной части газовой фазы посредством циклона или пылеулавливающего фильтра и промежуточного хранения в бункере осуществляют пневмотранспорт сыпучей пигментной массы к машине для расфасовки в мешки, используя в качестве транспортирующего газа азот. В транспортный трубопровод через насадку подают жидкий азот в таком количестве, чтобы к моменту расфасовки содержащей газ сыпучей пигментной массы в мешки ее температура не превышала 30°С.

Благодаря высокому насыпному весу содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает хорошей способностью к расфасовке и деаэрации. Благодаря пониженной температуре расфасовки подавляется реакционная способность по отношению к остаточному количеству кислорода.

Измельченный пароструйным методом магнетит обладает высокой степенью дисперсности и отличной диспергируемостью.

Пример 8 (сравнительный)

Полученный в соответствии с уровнем техники, дополнительно обработанный и высушенный пигментный диоксид титана подвергают микронизации в пароструйной мельнице.

Массовое соотношение продукта и пара составляет 1:2,2. Температура пара составляет 260°С. В пароструйную мельницу вместе с подлежащим измельчению пигментом вводят около 100 м³ транспортирующего воздуха на тонну TiO₂. Температура смеси пигмента с газом на выходе из пароструйной мельницы составляет около 230°С; температура содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы после отделения пигмента от газовой фазы посредством циклона составляет около 180°С. Влагосодержание газовой фазы составляет около 95% мас., влагосодержание газовой фазы в пересчете на TiO₂ составляет около 0,2% мас. при насыпном весе TiO₂ 0,5 г/см³. После промежуточного хранения в бункере осуществляют пневмотранспорт содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы к машине для расфасовки в мешки. Расход транспортирующего воздуха составляет 150 м³ на тонну TiO₂. Влагосодержание газовой фазы составляет около 1% мас., влагосодержание газовой фазы в пересчете на TiO₂ составляет около 0,2% мас.

Отделение газовой фазы от TiO₂ происходит в фасовочном бункере, из которого осуществляется заполнение мешков. Температура содержащей газ сыпучей пигментной массы к моменту расфасовки в бумажные мешки составляет 110°С. Состав находящейся в промежутках между частицами TiO₂ газовой фазы: 76% мас. N₂, 23% мас. O₂.

В связи с низким насыпным весом содержащая газ сыпучая пигментная масса при заполнении мешков обладает неудовлетворительной способностью к расфасовке и деаэрации. Следствием этого является малопривлекательный внешний вид поддонов.

Расфасовка продукта в стандартные полиэтиленовые или полипропиленовые мешки в связи с его высокой температурой не представляется возможной.

Пример 9 (сравнительный)

Полученный в соответствии с уровнем техники, дополнительно обработанный и высушенный пигментный диоксид титана подвергают микронизации в пароструйной мельнице.

Массовое соотношение продукта и пара составляет 1:2,2. Температура пара составляет 260°С. В пароструйную мельницу вместе с подлежащим измельчению пигментом вводят около 100 м³ транспортирующего воздуха на тонну TiO₂. Температура смеси пигмента с газом на выходе из пароструйной мельницы составляет около 230°С; температура содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы после отделения пигмента от газовой фазы посредством циклона составляет около 180°С. После кратковременного промежуточного хранения в бункере осуществляют пневмотранспорт содержащей водяной пар сыпучей пигментной массы к машине для расфасовки в мешки. Чтобы обеспечить достаточное охлаждение диоксида титана, используют 730 м³ транспортирующего воздуха на тонну TiO₂.

Отделение газовой фазы от TiO₂ происходит в фасовочном бункере, из которого осуществляется заполнение мешков. Температура содержащей газ сыпучей пигментной массы к моменту расфасовки в бумажные мешки составляет 60°С.

Из-за большого количества используемого газа отделение газовой фазы связано с повышенными издержками. В единицу времени можно транспортировать гораздо меньшее количество диоксида титана, если для обеспыливания транспортирующего газа не использовать фильтр с соответствующим образом увеличенной площадью фильтрующей поверхности.

Изобретение касается способа и устройства для прямого охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ перед расфасовкой в тару для сыпучих материалов. Раскрывается способ прямого охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ путем использования охлаждающей среды в виде низкокипящих конденсированных газов или полученных из них холодных газов и последующей расфасовки твердых веществ в тару для сыпучих материалов. Кроме того, раскрывается устройство для прямого охлаждения высокодисперсных порошкообразных твердых веществ, а также находящиеся в таре для сыпучих материалов высокодисперсные порошкообразные твердые вещества с содержанием кислорода в газовой фазе между частицами твердого вещества, более низким по сравнению с воздухом. Техническим результатом изобретения является возможность использования экономичных полиэтиленовых или полипропиленовых мешков вместо дорогостоящих пластиковых мешков или обладающих меньшей теплоемкостью бумажных мешков или бумажных мешков, снабженных пластиковыми вкладышами или пластиковыми составными частями в зоне износа. Кроме того, обеспечивается возможность использовать и другие средства упаковки, не обладающие стойкостью к воздействию характерных для уровня техники температур, например, крупные резервуары из полимеров с ограниченной термостабильностью или иную тару из полимерных материалов, чувствительных к воздействию тепла. 2 н. и 16 з.п. ф-лы.

1. Способ прямого охлаждения высокодисперсного порошкообразного твердого вещества с повышенной температурой путем подачи охлаждающей среды и последующей расфасовки в тару для сыпучих материалов, отличающийся тем, что в твердое вещество со средним размером частиц менее 50 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, из неорганического или органического пигмента, в частности диоксида титана, оксида железа, оксида хрома, светостойкого пигмента, цветного пигмента, металлопигмента, магнитного пигмента или сажи, из цемента, или из чувствительного к температуре соединения или твердого вещества с покрытием из чувствительного к температуре соединения вводят охлаждающую среду, состоящую

a) либо из одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов,

b) либо из холодного газа или газовой смеси, изготовленных при помощи одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов,

c) либо из холодного газа или газовой смеси, предварительно охлажденных при помощи одного или нескольких разных низкокипящих конденсированных газов.