СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ ЦИНКОВЫХ БЕЛИЛ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2015 года по МПК C09C1/04 C01G9/03 C22B19/34 F27B5/00 F27B14/04 

Изобретение относится к области металлургической и химической промышленности и может быть использовано для производства сухих цинковых белил, потребляемых в производстве резинотехнических изделий и шин, лакокрасочных материалов, искусственной кожи и подошвенных резин, электрокабеля, стоматологических, лекарственных веществ и других материалов.

Известен муфельный способ получения сухих цинковых белил, включающий загрузку чушек цинка в нагретые до 1250-1450°C муфели, испарение цинка, транспортировку паров цинка из муфелей в окислительную камеру за счет разрежения в системе окислительная камера - вытяжной вентилятор, где происходит окисление паров цинка кислородом воздуха с образованием аэрозоля сухих цинковых белил, который транспортируют в результате разрежения по борову, белилопроводу через уравнительную камеру в фильтровальное отделение, где осуществляют разделение воздуха и цинковых белил, которые накапливают в бункерах, из которых периодически их выгружают в упаковочную тару (Орлова О.В., Фомичева Т.Н., Окунчикова А.3., Курский Г.Р. «Технология лаков и красок», Учебное пособие для техникумов, М., Химия, 1980 г, с. 211-212, 371-372).

Известный муфельный способ производства сухих цинковых белил имеет следующие недостатки:

- значительная трудоемкость, вредные условия труда, связанные с загрузкой в горячие муфели чушек цинка по мере их испарения, замена вышедших их строя муфелей на новые;

- высокие эксплуатационные затраты, связанные с закупкой жаростойких муфелей.

Известен способ производства сухих цинковых белил, в котором загрузку цинка в муфели осуществляют в виде расплава, получаемого в приставках к муфелям при температуре 500°C (авторское свидетельство SU 53566, кл. F27B, 5/00,1938 г).

Данный известный способ имеет те же недостатки за исключением неудобств, возникающих при загрузке чушек цинка в нагретые до температуры 1250-1450°C муфели.

Известен муфельный способ получения сухи цинковых белил, взятый нами за прототип, который отличается от вышеприведенных тем, что муфельная печь разделена на две автономно работающих секции. Загрузку цинка в муфели осуществляют в виде расплава, получаемого в приставках к муфелям. Замену вышедших из строя муфелей осуществляют во время остановки одной из секций и охлаждения печи и муфелей. Это значительно улучшает условия производства сухих цинковых белил, однако и этот способ имеет недостатки:

- стабильность и непрерывность работы печи зависит от исправности муфелей, которые часто выходят из строя из-за образования трещин;

- замена муфелей является причиной продолжительной остановки секции печи и, следовательно, ведет к снижению производительности печи, а также к дополнительным затратам на закупку дорогостоящих муфелей, что приводит к повышению себестоимости сухих цинковых белил (патент РФ №2398802, опубликовано 10.09.2010 г., бюл. №25)

Задачей предлагаемого способа получения сухих цинковых белил, не уступающих по качеству муфельным, является устранение вышеперечисленных недостатков муфельного способа получения сухих цинковых белил, уменьшение потерь цинка и сухих цинковых белил, увеличение выхода сухих цинковых белил высокого качества, устранение трудоемких и вредных условий производства, создание процесса производства сухих цинковых белил в непрерывном режиме в течение двух-трех месяцев с остановкой на профилактический осмотр и ремонт технологического оборудования в течение одной недели, снижение эксплуатационных затрат и себестоимости сухих цинковых белил.

Способ получения сухих цинковых белил осуществляют следующим образом.

Включают горелки в зонах нагрева печей плавления (рис. 1, поз. 3) и продольной печи испарения цинка(рис. 2, поз. 21), нагревают печи до температуры 700-800°C, затем в печи плавления(рис. 1, 2, поз. 1) загружают чушки цинка, содержащие не более 0,5% примесей, загрузку чушек цинка в печи плавления осуществляют непрерывно по мере их расплавления и перетока расплава цинка в печь испарения по жаростойкой керамической трубе (рис. 1, 2, поз. 8).

Состав предлагаемого технологического оборудования установки получения сухих цинковых белил представлен на рис. 1 (вид сбоку) и рис. 2 (вид сверху).

Рис. 1. Установка для получения сухих цинковых белил (вид сбоку)

№№позиций:

1. Печь плавления чушек цинка, выполненная из огнеупорного кирпича с металлическим кожухом и крышками из жаропрочной стали, имеющие толщину 20 мм. и футерованные армированным жаростойким бетоном.

2. Тигель печей, выложенный из огнеупорных кирпичей, толщина кладки 120 мм.. внутренний диаметр тигля печи плавления составляет 300-350 мм, высота тигля 1000-1200 мм.

3. Зоны нагрева печей, ширина зон 200-250 мм, зоны нагревания разделены на участки кирпичной кладкой, длина участка 1200-1300 мм.

4. Газовые горелки, имеющие тангенциальный ввод, работающие в автоматическом режиме с возможностью поддерживания в тигле печи заданной температуры.

5. Газопровод имеет систему безопасности и автоматического обеспечения включения и отключения подачи природного газа в горелки.

6. Жаропрочная керамическая труба для удаления из зоны нагрева тигля печи продуктов сгорания природного газа в систему сброса в атмосферу.

7. Расплав цинка, имеющий температуру 600-700°C.

8. Жаропрочная керамическая труба, имеющая внутренний диаметр 100-150 мм для загрузки печи испарения цинка его расплавом.

9. Печь для испарения цинка из расплава, имеющего температуру 1200-1350°C.

10. Расплав цинка в зоне испарения, имеющей размеры (450-500) мм×(7000-9000) мм, толщина расплава поддерживается в интервале 250-350 мм интенсивностью плавления чушек цинка в печи, поз. 1.

11. Жаропрочная керамическая труба, имеющая внутренний диаметр 350-400 мм, для удаления паров цинка в реактор синтеза агрегатов кристаллов сухих цинковых белил.

12. Реактор синтеза агрегатов кристаллов кубической формы сухих цинковых белил, выложенный из огнеупорного кирпича на огнеупорном растворе и имеющий размеры: внутренний диаметр горизонтальной царги -1500 мм, длина царги - 1700 мм.

13. Тангенциальный ввод паров цинка по огнеупорной керамической трубе, имеющей внутренний диаметр 350-400 мм.

14. Тангенциальный ввод воздуха, имеющего температуру 180-300°C, по стальной трубе, имеющей размер внутреннего диаметра 100-150 мм.

15. Огнеупорная керамическая труба, имеющая внутренний размер 400-500 мм, для выхода аэрозоля сухих цинковых белил в боров.

16. Боров, выложенный из огнеупорного кирпича на огнеупорном растворе, имеющем внутренние размеры: ширина 600-800 мм, высота 600-800 мм, длина 5000 мм.

17. Белилопровод - стальная труба, имеющая размеры: толщина стенки трубы 12 мм, внутренний диаметр 450-500 мм, длина 90-100 м.

18. Рекуператор, обеспечивающий нагрев воздуха до температуры 180-300°C, забранного напорным вентилятором с высоты 10-15 м.

19. Вход воздуха из напорного вентилятора в рекуператор.

20. Выход нагретого воздуха из рекуператора в реактор синтеза сухих цинковых белил по стальной трубе, имеющей внутренний диаметр 100-150 мм.

Рис. 2. Установка для получения сухих цинковых белил (вид сверху)

№№позиций:

1. Печи плавления чушек цинка.

2. Тигли печей.

3. Зоны нагрева тиглей печей в результате сгорания природного газа.

8. Огнеупорные керамические трубы для подачи расплава цинка из печей плавления в печь испарения цинка.

9. Печь испарения цинка.

11. Огнеупорная керамическая труба, имеющая внутренний диаметр 350-400 мм, для выхода потока паров цинка из зоны испарения печи в реактор синтеза сухих цинковых белил.

12. Реактор синтеза сухих цинковых белил, выложенный из огнеупорного кирпича на огнеупорном растворе, имеющий внутренние размеры: диаметр горизонтальной царги 1500 мм, длина царги 1700 мм.

15. Огнеупорная керамическая труба для выхода аэрозоля сухих цинковых белил в боров.

16. Боров, выложенный из огнеупорного кирпича на огнеупорном растворе.

17. Белилопровод.

18. Рекуператор для нагрева воздуха, подаваемого в реактор синтеза сухих цинковых белил.

19. Подача воздуха напорным вентилятором в рекупиратор.

21. Секции зон нагрева расплава цинка в зоне его испарения.

22. Перегородка, разделяющая зоны нагрева и зону испарения цинка, выложенная из огнеупорного кирпича на огнеупорном растворе, толщина кладки 120 мм.

23. Кладка из огнеупорного кирпича, разделяющая зоны нагрева печи испарения цинка на секции длиной 1200-1350 мм.

24. Зона испарения цинка из расплава, имеющая размеры: ширина 450-500 мм, длина 7000-9000 мм, толщина расплава 250-300 мм.

25. Подача воздуха, нагретого в рекупираторе, в реактор синтеза сухих цинковых белил.

После достижения температуры в печах (рис. 1, 2, поз. 1) 600-700°C и поступления расплава цинка в печь для испарения (рис. 1, 2, поз. 9) зону испарения продувают азотом в течение 2-5 мин через каждый час до достижения в печи испарения цинка температур его кипения, затем продувку азотом прекращают. Интенсивность загрузки расплава цинка в печь для испарения (рис. 1, 2, поз. 9) регулируют так, чтобы толщина слоя расплава цинка в печи испарения (рис. 1, поз. 10) составляла 250-300 мм. Температуру расплава цинка в зоне испарения доводят до 1350°C, разрежение в системе печь испарения - вытяжной вентилятор поддерживают в интервале 50-100 Па, регулировкой всаса аэрозоля сухих цинковых белил на напорном вентиляторе. Образующиеся пары цинка в печи испарения, которые имеют поверхность испаряющегося слоя цинка 3-5 кв.м, толщину испаряющегося слоя расплава цинка- 250-350 мм, ширину слоя расплава цинка - 450-500 мм, направляют в реактор синтеза (рис. 1, 2, поз. 12) сухих цинковых белил по керамической огнеупорной трубе (рис. 2, поз. 11), имеющей внутренний диаметр 350-400 мм и расположенной на высоте 450-550 мм от поверхности испаряющегося цинка. Одновременно в реактор синтеза сухих цинковых белил (рис. 1, 2, поз. 12) направляют воздух, нагретый в рекуператоре (рис. 1, 2, поз. 18) до температуры 180-300°C, по стальной трубе (рис. 2, поз. 25), имеющей внутренний диаметр 100-150 мм, соотношение паров цинка и воздуха в пересчете на их массы составляет 1,94:1,0. Реактор синтеза сухих цинковых белил представляет собой царгу, выложенную огнеупорным кирпичом на огнеупорном растворе и имеющую размеры: внутренний диаметр 1500 мм, длина 1700 мм. В реакторе сухих цинковых белил, куда направлены потоки паров цинка и воздуха тангенциальным вводом, происходит интенсивное смешение паров цинка и воздуха. Объем реактора синтеза сухих цинковых белил позволяет пребывание в нем смешанных паров цинка и воздуха в течение 2 секунд, а также температура смешанных газов 1100-1200°C обеспечивает полное окисление цинка и образование оксида цинка, а также формирование тонкодисперсных кристаллов сухих цинковых белил, имеющих размеры 0,5-5,0 мкм. Аэрозоль сухих цинковых белил из реактора синтеза поступает по жаропрочной керамической трубе (рис. 1, 2, поз. 15) в боров (рис. 1, 2, поз. 16), выложенный огнеупорным кирпичом, где температура аэрозоля снижается до 600-800°C, далее по белилопроводу (рис. 1, 2, поз. 17) аэрозоль сухих цинковых белил поступает на участок установленного рекуператора (рис. 1, 2, поз. 18), где температура его снижается до 300-400°C, далее, проходя по белилопроводу до вытяжного вентилятора, температура аэрозоля снижается до 200-300°C, поступая в циклон аэрозоль охлаждается до 150-200°C, после циклона, проходя по белилопроводу до рукавных фильтров, температура аэрозоля снижается до 100-150°C, что допустимо для материала рукавных фильтров и что обеспечивает удаление через рукавные фильтры вместе с воздухом и влаги, привнесенной в аэрозоль вместе с воздухом на стадии синтеза сухих цинковых белил. Забор воздуха для синтеза сухих цинковых белил на высоте 10-15 м предотвращает загрязнение цинковых белил производственной пылью.

После непрерывной работы установки в течение двух-трех месяцев прекращают плавление чушек цинка в печи плавления, расплав цинка в печи испарения вырабатывают полностью, затем газовые горелки отключают, технологическое оборудование охлаждают и в течение недели проводят его профилактический осмотр и ремонт. Для остановки установки на профилактический осмотр, чистку и ремонт тигли печей плавления цинка продувают азотом и герметично закрывают крышками. После полной выработки загруженного цинка в печи плавления и печь испарения отключают газовые горелки, крышки тиглей печей плавления снимают, в перекрытии печи зоны испарения цинка раскрывают лазы и после охлаждения печей производят профилактический осмотр, чистку и ремонт. После проведения профилактического осмотра и ремонта технологического оборудования установку вновь запускают в непрерывную работу по производству сухих цинковых белил, как это было описано выше.

Данные технологических параметров известного (патент РФ №2398802, бюл. №25, 27.05.2010 г. ) и предлагаемого способов получения сухих цинковых белил представлены в табл.1

Пример

Состав чушек цинка, мас. %:

Цинк металлический - 99,5

Примеси - 0,5

Как следует из таблицы 1, технологические параметры предлагаемого способа получения сухих цинковых белил превосходнее тех же параметров по известному способу.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения сухих цинковых белил включает испарение цинка в печи испарения при температуре 1200-1350°C и разрежении в системе печь-вытяжной вентилятор 50-100 Па с поверхности расплава цинка 3-5 м² при толщине слоя расплава цинка 250-350 мм. Удаление паров цинка из зоны испарения осуществляют на высоте 450-550 мм от поверхности расплава. Слой расплава цинка нагревают с обеих сторон печи за счет горения природного газа в зонах нагрева, отделенных от расплава цинка кладкой из огнеупорного кирпича. Зоны нагрева разделены на секции длиной 1200-1350 мм. Далее проводят окисление паров цинка в реакторе синтеза сухих цинковых белил кислородом воздуха, нагретым до 180-300°C. Забор воздуха осуществляют с высоты 10-15 м. Смешение паров цинка и воздуха проводят в течение не менее 2 с в режиме тангенциального ввода их потоков с противоположных сторон реактора. Полученный аэрозоль сухих цинковых белил транспортируют по белилопроводу в отделение разделения цинковых белил и воздуха. Затем осуществляют сбор цинковых белил в бункерах и выгрузку в упаковочную тару. Изобретение позволяет сократить потери цинка, сухих цинковых белил и расход природного газа, повысить выход продукта, получать тонкодисперсные сухие цинковые белила высокого качества в непрерывном режиме в течение 2-3 месяцев. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ получения сухих цинковых белил путем испарения цинка при высокой температуре и разрежении в системе печь-вытяжной вентилятор, окисления паров цинка кислородом воздуха с образованием аэрозоля сухих цинковых белил, транспортировки их по белилопроводу в отделение разделения цинковых белил и воздуха, сбора цинковых белил в бункерах, выгрузки в упаковочную тару, отличающийся тем, что испарение цинка осуществляют при температуре 1200-1350°C и при разрежении в системе печь-вытяжной вентилятор, равном 50-100 Па, с поверхности расплава цинка, имеющей площадь 3-5 м² и толщину слоя расплава цинка, равную 250-350 мм, удаление паров цинка из зоны испарения его осуществляют на высоте 450-550 мм от поверхности расплава цинка, поверхность расплава цинка имеет ширину 450-500 мм, длину 7000-9000 мм, слой расплава цинка нагревают с обеих сторон печи за счет горения природного газа в зонах нагрева, отделенных от расплава цинка кладкой из огнеупорного кирпича, зоны нагрева разделены на секции, имеющие длину 1200-1350 мм, окисление паров цинка осуществляют в реакторе синтеза агрегатов кристаллов сухих цинковых белил кислородом воздуха, нагретым до температуры 180-300°C, забор воздуха осуществляют с высоты 10-15 м, смешение паров цинка и воздуха осуществляют в режиме тангенциального ввода их потоков с противоположных сторон реактора, нагрев воздуха осуществляют в рекуператоре, смонтированном на линии белилопровода напосредственно после борова, смешение паров цинка и воздуха в реакторе осуществляют в течение не менее двух секунд, при этом формируются тонкодисперсные агрегаты кристаллов сухих цинковых белил кубической формы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрузку цинка в зону испарения осуществляют непрерывно за счет плавления чушек цинка в печах, установленных по торцам печи испарения, температура расплава цинка, подаваемого в зону испарения, равна 600-700°C.

3. Способ по п. 1 отличающийся тем, что производство сухих цинковых белил осуществляют в непрерывном режиме в течение 2-3 месяцев, затем загрузку расплава цинка в печь испарения прекращают, оставшийся расплав цинка в печи испарения вырабатывают полностью, выключают горелки в секциях нагрева и производят профилактический осмотр и ремонт печи.

4. Установка для осуществления способа получения сухих цинковых белил по пп. 1-3, отличающаяся тем, что печь испарения цинка состоит из секций нагрева, работающих на природном газе, расположенных по обеим сторонам зоны испарения цинка, в которой расплав цинка имеет поверхность испарения (450-500) мм×(7000-9000) мм и толщину расплава 250-350 мм, длина каждой секции зоны нагрева составляет 1200-1350 мм, выход потока паров цинка смонтирован огнеупорной керамической трубой, имеющей внутренний диаметр 350-400 мм и расположенной на высоте 450-550 мм от поверхности расплава цинка, по торцам печи испарения цинка установлены две вертикальные печи для расплавления чушек цинка и загрузки расплава цинка в печь его испарения по огнеупорным керамическим трубам, имеющим внутренний диаметр 100-150 мм и установленным на уровне дна печей, тигли печей для плавления цинка имеют внутренний диаметр 300-350 мм и высоту 1000-1200 мм и выложены огнеупорным кирпичом на огнеупорном растворе, толщина кладки 120 мм, зоны нагрева тиглей печей имеют ширину 200 мм, газовые горелки в зонах нагрева расположены в верхней части, а удаление продуктов горения природного газа осуществляется при помощи огнеупорных керамических труб, установленных на уровне дна зоны нагрева.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что она имеет отдельно установленный реактор синтеза сухих цинковых белил, имеющий следующие размеры: внутренний диаметр горизонтально выложенной царги равен 1500 мм, длина внутри царги составляет 1700 мм, реактор имеет тангенциальный ввод потоков паров цинка огнеупорной керамической трубой с внутренним диаметром 350-400 мм и воздуха - стальной трубой с внутренним диаметром 100-150 мм, ввод паров цинка и воздуха осуществлен с противоположных сторон цилиндрического реактора, ввод паров цинка выполнен в верхней части, а воздуха - в нижней части реактора, выход образуемого в реакторе аэрозоля сухих цинковых белил в боров выполнен огнеупорной керамической трубой, имеющей внутренний диаметр 400-500 мм.

6. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что нагрев воздуха для подачи в реактор синтеза сухих цинковых белил осуществляют в рекуператоре, смонтированном на линии белилопровода непосредственно после борова.