СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ ЦИНКОВЫХ БЕЛИЛ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF OBTAINING DRY ZINC WHITE AND INSTALLATION FOR METHOD REALISATION

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.