1.3 Выбор аппаратурного оформления

1.3.1 Выбор оборудования стадии преддиспергирования и диспергирования

Диспергирование пигментов в пленкообразующих веществах или их растворах является основной, наиболее энергоемкой и сложной стадией получения красок.

В результате диспергирования должна быть получена агрегативно-устойчивая система, которая со временем не расслаивается, частички в ней не коагулируют и не оседают.

В процессе диспергирования пигментов в неводных пленкообразующих веществах должно быть обеспечено смачивание поверхности частиц пигмента дисперсионной средой, протекающее с вытеснением газов и воды. Агрегативная устойчивость полученной дисперсии достигается за счет образования на поверхности пигмента адсорбционных слоев, препятствующих слипанию частиц. Следовательно, для создания условий проникновения дисперсионной среды к поверхности частиц необходимо внешнее воздействие на агрегаты, приводящее к их разрушению. Это воздействие и осуществляется в аппаратах, применяемых для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах.

По креплению рабочих тел диспергирующее оборудование делится на:

1. оборудование со свободно движущимися рабочими телами;

2. оборудование с жестко закрепленными рабочими телами.

К диспергаторам со свободно движущимися рабочими телами относятся:

1. шаровые мельницы;

2. аттриторы;

3. диспергаторы ЛТИ-1 и ЛТИ-2;

4. электромагнитные диспергаторы;

5. бисерные мельницы.

1. Шаровые мельницы

К шаровым мельницам, применяемым для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах, относятся шаровые мельницы периодического действия и планетарные шаровые мельницы. В планетарных шаровых мельницах съемные барабаны небольшого объема, частично заполненные шарами, вращаются вокруг своей оси и совершают вращательное движение вместе с рамой, на которой они закреплены, вокруг ее оси. Эти диспергаторы используются в лабораториях или для получения небольших количеств пигментных суспензий.

Главные достоинства шаровых мельниц периодического действия:

• полная герметизация;

• исключение необходимости предварительного смешения пигментов с пленкообразующими веществами;

• простота конструкции;

• малые затраты ручного труда;

• возможность диспергирования любых пигментов(даже природных грубодисперсных пигментов и наполнителей), легкость и простота замены изнашивающихся рабочих тел;

• простота обслуживания.

Недостатки:

• трудность очистки при переходе на другую пасту;

• сильный шум при работе мельницы;

• низкая производительность на единицу объема корпуса;

• трудность достижения степени перетира в единицах прибора «Клин» ниже 15 - 20.

2. Атриторы

Атриторами называют диспергаторы, в которых рабочие тела — шары — перемешиваются лопастной мешалкой. Выпускаются атриторы периодического и непрерывного действия.

Объемная производительность атриторов периодического действия во много раз больше, чем у шаровых мельниц. Они применяются для диспергирования сравнительно небольших количеств тонкодисперсных, но труднодиспергируемых пигментов (сажи, железной лазури, органических пигментов и др.) в производствах типографских красок. Природные грубодисперсные пигменты и наполнители вызывают быстрый износ лопастей и корпуса. Атриторы непрерывного действия имеют большое число лопастей, суспензия поступает в нижнюю часть корпуса и разгружается в верхней части через сетку. В них применяются шары диаметром 3-6 мм, изготовленные из стали, фарфора, карбида вольфрама. Недостатком атриторов непрерывного действия является их невысокая объемная производительность по сравнению с бисерными мельницами.

3. Диспергаторы ЛТИ-1 и ЛТИ-2

Диспергатор ЛТИ-1 отличается от шаровой мельницы вовлечением всей массы рабочих тел в работу. Диспергатор периодического действия представляет собой вращающийся, частично заполненный рабочими телами барабан, внутри которого неподвижно к его стенкам закреплен вал с лопастями. Диспергатор непрерывного действия отличается большим отношением длины барабана к его диаметру, наличием перегородок с отверстиями, разделяющими барабан на ряд секций.

При прочих равных условиях объемная производительность диспергатора ЛТИ-1 периодического действия в 1,5-2 раза выше, чем у шаровой мельницы. Потребляемые электродвигателями мощности у диспергатора ЛТИ-1 и шаровой мельницы, имеющих одинаковый объем, совпадают, а удельный расход электроэнергии у диспергатора ЛТИ-1 примерно в 2 раза ниже, чем у шаровой мельницы.

Достоинства, недостатки и области применения диспергатора ЛТИ-1 аналогичны приведенным для шаровых мельниц. Диспергатор ЛТИ-2 отличается от шаровой мельницы более высокой объемной производительностью, меньшим удельным расходом электроэнергии и более длительным сроком службы брони.

4. Электромагнитные диспергаторы

Существует два типа электромагнитных аппаратов со свободно движущимися рабочими телами, предлагаемые для использования в качестве диспергаторов:

1. вихревые аппараты с вращающимся магнитным полем (в ЛКМ практически не применяются);

2. аппараты с так называемым магнитокипящим слоем.

Достоинствами этого диспергатора помимо высокой объёмной

производительности являются:

• отсутствие движущихся механических устройств;

• малый удельный расход электроэнергии;

• бесшумность работы, полная герметизация;

• возможность создания диспергатора большой производительности. Основные недостатки – непригодны для диспергирования светлых пигментных паст, т.к. используемые рабочие тела (шарики из феррита бария), изнашиваясь, могут давать темную окраску.

5. Бисерные мельницы

В настоящее время в лакокрасочной промышленности встречается три вида бисерных мельниц:

а) горизонтальные;

б) погружные;

в) вертикальные.

Рабочими телами в горизонтальных бисерных мельницах является бисер из стекла, окиси цинка, керамики различного диаметра. Рабочая система горизонтальной бисерной мельницы состоит из горизонтальной герметичной цилиндрической камеры, наполненной бисером, приводимой в движение при помощи дисков или пальцев, расположенных на вращающемся валу. Паста от мелющих тел отделяется через разделительное устройство щелевого типа. Измельчение происходит по всему объему рабочей камеры.

Преимущества:

• герметичность аппарата;

• возможность эффективного диспергирования пигментов.

Рабочим органом погружной бисерной мельницы является размольная корзина, погружаемая в передвижную дежу с пигментной суспензией. В качестве мелющих тел используется циркониевый или керамический бисер. Вал у мельницы оборудован двумя винтами для улучшения перемешивания пигментной пасты.

Достоинства:

• не требуется насос для подачи пигментной пасты

• легкость замывки переходи с цвета на цвет

• позволяет получать продукт с малым размером частиц

Недостатки:

• получается пигментная паста с широким разбросом частиц по размеру;

• сложность диспергирования тиксотропных пигментных паст.

Вертикальная бисерная мельница состоит из цилиндрического корпуса с вертикально расположенным стаканом, внутри которого вращается вал с дисками. Корпус установлен на колёсах, закрепляется на станине. Вал ротора соединён с валом привода эластичной передачей. Пигментная суспензия непрерывно подаётся насосом в нижнюю часть рабочей камеры. Отделение пасты от бисера происходит с помощью сеператора сетчатого типа.

Меняя производительность насоса можно регулировать время пребывания пасты в рабочей камере мельницы, следовательно, степень перетира.

Достоинства:

• относительно высокая объёмная производительность;

• низкий шум при работе;

• простота конструкции;

• простота в обслуживании;

• низкий расход энергии на диспергирование по сравнению с шаровыми мельницами.

Недостатки:

• непригодны для диспергирования высоковязких суспензий;

• нельзя использовать циркониевый бисер для повышения производительности бисерной мельницы;

• сильная загазованность рабочей зоны, если в бисерной мельнице применяется сепаратор сетчатого типа;

• при работе в периодическом режиме требуется замывка сеток сепаратора от насыхающей пигментной пасты.

Выбор оптимального диспергатора зависит главным образом от вида диспергируемого пигмента, вязкости дисперсии пигмента и требуемой степени диспергирования пигмента. По влиянию на выбор диспергатора пигменты делятся на следующие группы:

а) синтетические тонкодисперсные легкодиспергируемые пигменты (цинковые белила, литопон, двуокись титана и др.);

б) синтетические тонкодисперсные труднодиспергируемые пигменты (железная лазурь, сажа, некоторые марки свинцовых кронов и органических пигментов);

в) природные грубодисперсные пигменты и наполнители;

г) абразивные пигменты (железный сурик, мумия и др.);

Из приведенных выше диспергаторов выбираем горизонтальную бисерную мельницу, так как она обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами диспергаторов, обладает высокой объемной производительностью при диспергировании тонкодисперсных легкодиспергируемых пигментов, к которым относятся пигменты, используемые в нашем производстве.

К диспергаторам с жестко закрепленными рабочими телами относятся:

1. валковые машины;

2. коллоидные мельницы различного типа;

3. дисольверы.

Скорость движения рабочих тел этих диспергаторов не зависит от вязкости пигментной пасты. В зависимости от типа диспергатора на них можно измельчать легколетучие суспензии, высоковязкие пасты и дисперсии пигмента в термопластичной твёрдой смоле, нагретой до температуры размельчения.

В настоящее время применяются:

- трёхвалковые краскотёрочные машины для получения густотёртых красок, шпатлёвок, художественных и типолитографских красок;

- резиносмесители для получения с уховальцо ванных паст;

- дисольверы для текучих дисперсий тонкодисперсных пигментов, а также для первой стадии измельчения пигментов в среде плёнкообразующего вещества — преддиспергирования, совмещая разрушение агрегатов с гомогенизацией частиц пигмента в объёме плёнкообразователя.

6.Резиносмесители

Резиносмеситель — станок, электрическая машина для производства и переработки различных резиновых смесей, а также похожих материалов: каучуков, фторкаучуков, асбомасс, поливинилхлорида и подобных.

Резиносмесители разделяются на резиносмесители с тангенциальными роторами - БЕНБЕРИ и со взаимозацепляющимися (взаимопроникающими) роторами - ИНТЕРМИКС.

Отмечены принципиальные различия между смесителями этих двух типов: в резиносмесителях с тангенциальными роторами резка материала осуществляется на участке между ротором и кожухом, т.е. по тангенциальному принципу, а в резиносмесителях со взаимозацепляющимися роторами резка осуществляется между двумя роторами, т.е. по взаимопроникающему принципу.

7.Валковые машины.

Эти машины представляют собой плотно прилегающие друг к другу валки (обычно 2-4), вращающиеся в противоположных направлениях. Валки могут располагаться как горизонтально, так и вертикально, так и по диагонали, в зависимости от конструкции.

, попадая в пространство между валками, тем самым измельчаясь.

Здесь пигментная паста диспергируется (частички пигмента разрушаются и перетираются) за счет прохода между вращающимися валками и после срезается с последнего ножом.

8.Дисольверы.

Дисольвер представляет собой емкостной аппарат, снабженный быстроходной мешалкой с зубцами (фрезой). В дисольверах осуществляется процесс смачивания и предварительного разрушения агрегатов пигмента перед подачей пасты на бисерную мельницу. В том случае, если не требуется высокой степени дисперсности, дисольверы могут использоваться как самостоятельный диспергирующий аппарат.

Нельзя использовать дисольверы для обработки пигментных паст, склонных к тиксотропии, так как в этом случае возможно неполное вовлечение пасты в процесс диспергирования.

Так как измельчение происходит только в зоне фрезы, необходимо обеспечить оптимальную циркуляцию суспензии пигмента через зону измельчения, следовательно, должен быть оптимальный процесс перемешивания.

Большое значение для эффективности процесса диспергирования имеет величина окружной скорости фрезы. На эффективность процесса также значительное влияние оказывает геометрия и конфигурация самой фрезы и всей измельчающей системы: фреза - дежа дисольвера. Геометрические пропорции системы диспергирования сопоставляются с диаметром фрезы.

Из приведенных диспергаторов с жестко закрепленными рабочими телами выбираем дисольвер, так как именно дисольверы предназначены для первой стадии измельчения пигментов в среде плёнкообразующего вещества - преддиспергирования.