Технологическая линия для изготовления полых стеклянных микросфер Советский патент 1992 года по МПК C03B19/10 

Изобретение относится к области производства неорганических мелкодисперсных наполнителей, а именно полых стеклянных микросфер, которые могут быть использованы в качестве легковесных наполнителей композиционных материалов, применяющихся в авиационной, радиотехнической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является создание технологической линии для изготовления полых стеклянных микросфер, обеспечивающей повышение производительности, улучшение качества продукции и экологической обстановки в цехе.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемая технологическая линия, включающая по ходу технологического процесса связанные последовательно между собой узел приготовления раствора, распылительную сушилку, печь сферолизации, реактор для химической обработки и барабанную сушилку для термообработки, снабжена дополнительно следующими узлами, установленными после-реактора для химической обработки:

устройством для фильтрации раствора, отделения, промывки и сушки шлама; кисло- тосборником для приготовления рабочего раствора и многократного его использования;

устройством для промывки и сушки микросфер и установленным после барабанной сушилки дополнительным устройством для высокотемпературной обработки.

VI СлЭ

4

4

ся

Кроме того, реактор для химической обработки выполнен с герметичсески закрывающейся крышкой и установленными в коническом днище на разных уровнях по вертикали двумя патрубками для отделения плавучей части шлама при удалении микросфер, раствора и шлама из реактора. Причем технологическая линия снабжена средством для перемещения микросфер из одного аппарата в другой с помощью пнев- мотранспорта.

На фиг. 1 представлена схема технологической линии для изготовления полых стеклянных микросфер; на фиг. 2 - реактор для химической обработки.

Технологическая линия включает узел приготовления раствора 1, распылительную сушилку 2, печь 3 сферолизации со сборником-циклоном 4, реактор 5 для химической обработки, под которым размещены на раз- ных уровнях: устройство 6 для фильтрации раствора, промывки и сушки шлама, кисло- тосборник 7, установленный ниже сливного патрубка устройства 6, устройство 8 для промывки и сушки микросфер, барабанная сушилка 9 и дополнительное устройство 10 для высокотемпературной обработки с бункером 11. Технологическая линия снабжена пневмотранспортом (на схеме не показан).

На фиг. 2 показан реактор для химиче- ской обработки с герметически закрывающейся крышкой, в которую вмонтированы патрубок 14, через который в реакторе создается разрежение, патрубок 15 для закачки рабочего раствора из кислотосборника, патрубок 16 для загрузки микросфер и мешалка 17. В днище реактора установлены на разных уровнях по вертикали патрубок 12 для слива раствора и шлама и патрубок 13 для слива микросфер.

Работа технологической линии.

В аппарат 1 заливают в определенном соотношении жидкое стекло и воду, перемешивают, затем добавляют борную кислоту и вспенивающий агент-мочевину. Приготов- ленный раствор подают насосом (на схеме не показан) в форсунку распылительной сушилки 2. Под действием поступающего сверху в сушилку нагретого воздуха мельчайшие капли раствора высыхают и посту- пают в нижнюю часть сушилки, откуда эжектируются в печь 3 сферолизации. Сформованные в высокотемпературной зоне печи 3 полые микросферы охлаждаются в верхней части печи 3 и собираются в сбор- нике-циклоне 4. Из сборника-циклона 4 микросферы с помощью разрежения, создаваемого воздуходувкой (на схеме не показана), закачиваются в герметически закрытый реактор 5 с рабочим раствором

кислоты. После перемешивания, отстаивания, отделения раствора и шлама микросферы в виде пульпы сливаются в устройство 8 для промывки и сушки микросфер, представляющее собой центрифугу с перфорированным вращающимся барабаном. При работе в определенно установленном режиме микросферы полностью отделяются от жидкости, распределяясь равномерным слоем по внутренней поверхности барабана, и промываются водой путем прососа ее через слой. По окончании промывки на малой скорости вращения барабана проводят сушку, также просасывая через слой микросфер нагретый воздух. По мере высыхания материал удаляется из устройства 8 с помощью разрежения, поступает в барабанную сушилку 9, а по окончании термообработки в барабанной сушилке (300-400°С) микросферы эжектируются в дополнительное устройство Юдля высокотемпературной обработки и собираются в бункер 11.

Для приготовления исходного рабочего раствора кислоты установлена емкость- кислотосборник 7, куда в определенном соотношении заливают концентрированную серную кислоту и воду. После перемешивания готовый раствор передавливают в реактор 5. По окончании кислотной обработки шлам и раствор, отделенные от микросфер, сливают в устройство 6 для фильтрации, отделения и промывки шлама, также представляющие собой центрифугу с вращающимся перфорированным барабаном. Промывка и сушка твердого осадка производится аналогично вышеописанной промывке и сушке микросфер. Отработанный раствор кислоты поступает в кислотос- борник 7. Для компенсации потерь, связанных с предыдущей кислотной обработкой и разделением в кислотосборник 7, добавляют необходимое количество кислоты и воды, после чего раствор вновь передавливают в реактор 5. Практически после 3-5-кратного использования раствора требуются небольшие добавки указанных компонентов.

Реактор 5 для химической обработки микросфер представляет собой цилиндрическую емкость с коническим днищем и герметически закрывающейся крышкой (см. фиг, 2). В днище реактора на разныхуровнях по вертикали установлены два патрубка 12 и 13 для отделения плавучей части микросфер от осадка. В крышке реактора 5 вмонтированы патрубки 14 и 15, связанные соответственно с воздуходувкой для созда- ния разрежения, с подачей раствора из кислотосборника 7, со сборником-циклоном 16 для загрузки микросфер.

После перекачки раствора кислоты из кислотосборника 7 при медленном перемешивании в реакторе создается разрежение и микросферы из сборника-циклона 4 заканчиваются в раствор. По окончании кислотной обработки раствор отстаивается, легкие полые микросферы всплывают наверх, образуя понтон в виде пирога, а тяжелые и разрушенные микросферы и осколки оседают на днище реактора 5. Затем отработанный раствор сливают через патрубок 12 в устройство 6. При этом вместе с раствором из реактора удаляется практически весь осадок, незначительная часть которого, однако, остается на дне. Далее в реактор 5 заливается вода, и микросферы в виде пульпы через патрубок 13 сливаются в устройство 8.

Ликвидация ручной выгрузки, транспортировки и загрузки микросфер из печи сферолизации, связанных с потерями материала на этих операциях в результате пыле- выделении, путем включения в схему реактора 5 закрытого типа со сливными патрубками 12 и 13 для отделения микросфер от шлама позволяет увеличить производительность процесса, улучшить качество продукта и исключить выделение пыли и паров кислоты в помещение. Использование устройства 8 для промывки и сушки микросфер значительно повышает производительность и качество продукта.

Глубокая степень выщелачивания в реакторе 5 и эффективная промывка и сушка микросфер в устройстве 8 делают возможным проведение без потерь жесткой высокотемпературной термообработки (до 850°С) - конечной операции, осуществляемой в дополнительном устройстве 10, и тем самым улучшить качество продукции.

Включение в технологическую линию устройства 10 обусловлено еще и тем, что в зависимости от ассортимента выпускаемой продукции (характеризуемого содержанием щелочного компонента в структуре микросфер) температура термообработки колеблется в пределах от 250 до 850°С, в то время как предельно допустимая температура барабанных сушилок для термообработки микросфер не превышает 500-550°С. Таким образом, устройство 10 расширяет технологические возможности линии.

Устройство 6 для фильтрации раствора, отделения, промывки и сушки шлама и кис- лотосборник 7 позволяют экономично расходовать концентрированную серную кислоту и соду, которая используется для нейтрализации отработанного раствора.

Кроме того, твердый осадок (производственные отходы) после промывки и сушки в устройстве 6 превращается в готовый продукт, который может быть использован в

качестве наполнителя в строительных материалах, композитах и т.д.

Применение технологической линии для изготовления полых стеклянных микросфер позволит увеличить производительность процесса в 1,5-2 раза за счет сокращения времени на промывку и сушку, ликвидации ручного труда при выгрузке микросфер из печи, транспортировке и загрузке их в реактор, а также замены вакуумфильтра и конвейера устройством для промывки и сушки микросфер, повысить качество продукта за счет эффективной промывки, сушки и последующей двухступенчатой термообработки, снять

экологическую напряженность в цехе, исключив ручные операции и выделение паров кислоты в помещение, снизить удельный расход кислоты и соответственно соды в 2,5-4 раза путем многократного использования рабочего раствора, утилизировать твердые отходы за счет отделения их от раствора промывки и сушки и использовать их в качестве наполнителя в строительных, композиционных материалах, а также абразива; расширить технологические возможности оборудования за счет использования герметически закрытого реактора, устройства для отмывки и сушки микросфер и до- полнительного устройства для

высокотемпературной обработки, позволяющих проводить глубокое выщелачивание, эффективную промывку и термообработку и получать микросферы различного ассортимента с содержанием Si02 от 90 до 99 мас.%

и более.

Формула изобретения 1. Технологическая линия для изготовления полых стеклянных микросфер, включающая последовательно установленные и связанные между собой узел приготовления раствора, распылительную сушилку, печь сферолизации, реактор для химической обработки и барабанную сушилку, отл ича ющ а я с я тем, что, с целью повышения производительности, улучшения качества продукта и экологической обстановки, она снабжена устройством для фильтрации раствора, отделения, промывки и сушки шлама,

кислотосборником для приготовления рабочего раствора и многократного его использования, устройством для промывки и сушки микросфер и установленным после барабанной сушилки устройством для высокотемпературной термообработки, а связь

между узлами линий выполнена в виде пневмотранспорта.

2. Линия по п. 1,отличающаяся тем, что реактор для химической обработки выполнен с герметически закрывающейся

крышкой и установленными в коническом днище на разных уровнях по вертикали двумя патрубками для отделения плавучей части от шлама при удалении микросфер, раствора и шлама из реактора.

Использование: полые стеклянные микросферы в качестве легковесных наполнителей композиционных материалов в авиационной, радиотехнической отраслях промышленности. Сущность изобретения: линия включает, по ходу процесса связанные между собой узел приготовления раствора, распылительную сушилку, печь сферолизации, реактор для химической обработки, выполненный с герметически закрывающейся крышкой и установленными в коническом днище на разных уровнях по вертикали двумя патрубками для отделения плавучей части от шлама при удалении микросфер, раствора и шлама из него. После реактора установлено устройство для фильтрации раствора, отделения, промывки и сушки шлама, кислотосборник, устройство для высокотемпературной термообработки, которое стоит после барабанной сушилки. Связь между узлами линии выполнена в виде пневмотранспортера. 2 ил.

i

W

h

IS

ЧЧУ

чХУЧД

п

Фиг. 1

КЛ/У

13