СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕРНЫХ ПЕЧАТНЫХ КРАСОК
PRODUCTION OF BLACK PRINTING INKS

Изобретение относится к технологии получения черных печатных красок, используемых для издательских целей - высокой, офсетной и глубокой печати по бумаге, красок специального назначения трафаретной, флексографической, глубокой печати на невпитывающих подложках и картоне.
Из предшествующего уровня техники известны несколько способов получения черных печатных красок. В их основе лежат операции диспергирования и равномерного распределения частичек трудно смачиваемого пигмента (сажи) в среде связывающего. Качественные показатели получаемых черных красок зависят от степени деагрегирования вторичных структур пигмента и наличия оптимальных сольватных оболочек поверхностно-активных веществ, входящих в состав связывающего. Количество и свойства пигмента определяют тип диспергирующего оборудования и схему технологического процесса производства краски и ее себестоимость.
Так, при изготовлении густотертых красок, к которым относится большинство офсетных красок, а также красок для высокой и трафаретной печати, диспергирование производят в краскотерочных машинах и бисерных мельницах с двойным охлаждением и стальными шарами, обеспечивающими более эффективное разрушение прочной структуры сажистых частиц. Для достижения необходимой степени перетира требуется многократно пропускать краску через краскотерочную машину. Для жидких красок (газетных, для глубокой и флексографической печати) используются бисерные вертикальные и горизонтальные мельницы, шаровые мельницы и аттриторы.
Известен способ производства газетных красок методом прямого диспергирования [Орел Н.И., Губачек Э.В., и др. Справочник технолога-полиграфиста, ч.5, -М.: Книга, 1988 г., С.28-29, 61-64, 74-80], взятый за прототип, при котором гранулированная сажа из контейнера через дозирующее устройство подается в смеситель, в который шестеренчатым насосом также подается смесь жидких компонентов, предварительно дозированных и перемешанных между собой. При этом для высокой или офсетной печати обычную гранулированную немодифицированную сажу перерабатывают методом «псевдофляшинга», т.е. первоначально смачивают водой с добавками специальных смачивателей, что способствует дезагрегированию и активизиции ее поверхности, затем в смесителе с Z-образной мешалкой вводят лаки и другие компоненты связующего и длительно перемешивают. Основную массу отделившейся воды сливают, а оставшуюся удаляют выпариванием под вакуумом. «Псевдофляшинг» - сложный процесс, при котором образуется большое количество загрязненной воды, требующей очистки перед сбросом на очистные сооружения.
Смесь компонентов подают в бисерную мельницу на диспергирование и гомогенизацию. Полученную пасту-концентрат после одной - двух бисерных мельниц пропускают через краскотерочную машину и разбавляют до рабочей вязкости. Готовую краску подают на фасовку или в емкость-накопитель для хранения до заливки в цистерны или специальные контейнеры.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является сокращение технологического цикла производства полиграфической краски, снижение ее себестоимости и улучшение ее потребительских свойств.
2
Поставленная задача решается за счет того что, в способе получения черных печатных красок, включающем получение сажи, смешивание ее со стандартным маловязким минеральным маслом, имеющим кинематическую вязкость 6-35 мм/с при температуре 40°С, и гомогенизацию полученной смеси с другими компонентами краски, сажу получают пиролизом углеводородного газа-сырья в смеси с продуктами сгорания углеводородного газа-топлива и воздуха, предварительно сжигаемых в камере сгорания при значении коэффициента избытка воздуха ≈0,7…0,9, последующей закалкой продуктов пиролиза, содержащих сажу, деминерализованной водой, дальнейшим охлаждением их в теплообменнике и сепарацией сажи, а гомогенизацию смеси полученной сажи с маловязким минеральным маслом проводят воздействием на нее кавитации в гипертурбулентном потоке в закрытом пространстве проточного гидродинамического кавитатора.
Благодаря указанному способу получения основного компонента черных печатных красок сажи, в сочетании с кавитационной гомогенизацией, позволило исключить из процесса получения черных печатных красок дорогостоящие и энергозатратные процессы с использованием краскотерочных машин, бисерных мельниц, шаровых мельниц, аттриторов и т.п. А воздействие сил кавитации на смесь «сажа-масло» в течение 20-60 секунд, в зависимости от требуемой вязкости, обеспечивает получение продукта с требуемой степенью гомогенизации. Таким образом, помимо чисто экономического эффекта, имеет место значительное ускорение процесса, что также влияет на дальнейшее удешевление процесса получения краски.
Предпочтительнее процесс гомогенизации вести при температуре до 90°С и давлении до 2,5 МПа. При этом уменьшается вязкость краски и достигается более тонкая гомогенизация ее компонентов.
Для дальнейшего повышения экономичности процесса предпочтительнее тепло выходящих продуктов пиролиза газа направлять на подогрев газо-воздушной смеси и воздуха перед подачей их в камеру сгорания, а также на подогрев деминерализованной воды.
Дополнительную экономию дает направление образующихся после процесса сепарирования продуктов пиролиза хвостовых газов, содержащих до 14% водорода и до 12% окиси углерода, на сжигание в водогрейных и паровых котлах.
Изобретение более подробно описано ниже с использованием технологической блок-схемы, на которой:
1 - узел очистки природного газа от соединений серы, углекислого газа, механических примесей и влаги;
2 - первый теплообменник;
3 - реактор;
4 - камера сгорания реактора;
5 - камера пиролиза;
6 камера охлаждения продуктов пиролиза;
7 - воздушный компрессор с блоком очистки и осушки воздуха, подаваемого в камеру сгорания реактора;
8 - второй теплообменник;
9 - узел получения деминерализованной воды;
10 - третий теплообменник;
11 - четвертый теплообменник;
12 - узел сепарации сажи (технического углерода) из газовой фазы;
13 - силос-накопитель сажи;
14 - смесительный бак;
15 - емкость для минерального масла;
16 - насос;
17 - проточный гидродинамический кавитатор;
18 - дозировочный насос;
19 - смесительная емкость;
20 - дозировочный блок.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:
Природный газ подают на узел 1 очистки от соединений серы, механических примесей, влаги и углекислого газа. В качестве сорбента используют метилдиэтаноламин (МДЭА) или другой, не уступающие ему по сорбционной и коррозионной способности сорбент. Природный газ, выходящий из узла очистки, имеет остаточное содержание сероводорода не более 3-5 ppm, и точку росы по влаге не ниже минус 6°С. Остаточное значение содержания двуокиси углерода не лимитировано. Механические примеси отсутствуют.
Очищенный газ подают на подогрев в первый теплообменник 2, где его подогревают до температуры 60÷299°С. При этом анализируют содержание в природном газе различных углеводородов, давление газа на входе в подогреватель, расход и температуру газа. После первого теплообменника 2 газ подают в камеру сгорания 4 реактора 3, содержащего также камеру 5 пиролиза и камеру 6 охлаждения продуктов пиролиза. Газо-воздушную топливную смесь получают за счет нагнетания компрессором 7 в камеру сгорания 4 воздуха, который предварительно подогревают до 60÷299°С во втором теплообменнике 8. Сжигание газо-воздушной топливной смеси в камере сгорания 4 реактора 3 при температуре до 2050°С обеспечивает необходимые условия для поддержания эндотермического процесса пиролиза природного газа. Продукты пиролиза, выходящие из камеры 5, охлаждают поступающей из узла 9 деминерализованной водой, имеющей температуру (115-125)°С, до температуры не более 300°С и через четвертый теплообменник 11 подают на узел 12 сепарирования технического углерода (сажи), где многоступенчатую очистку газов проводят последовательно в циклонах, рукавных фильтрах и электрофильтрах. Образовавшиеся после очистки продуктов пиролиза в процессе их сепарирования хвостовые газы, содержащие до 14% водорода и до 12% оксида углерода, подают на сжигание в водогрейные и паровые котлы в специальной отдельной горелке [не показаны]. Тепло отходящих из реактора 3 продуктов пиролиза из четвертого теплообменника направляют на подогрев природного газа (в первый теплообменник 2), воздуха (во второй теплообменник 8) и деминерализованной воды (в третий теплообменник 10). Избыточное тепло продуктов пиролиза из теплообменника 11 нагревает воздух, подаваемый на отопление производственных помещений в холодное время года [не показаны].
Для создания запаса сажи и равномерной подачи ее на смешение собранный после сепарирования на узле 12 технический углерод (сажу) хранят в силосе-накопителе 13 в среде азота. Из силоса-накопителя 13 сажу секторным питателем через эжектор [не показаны] подают в смесительный бак 14 на смешивание с маловязким минеральным маслом, поступающим из емкости 15. Образовавшуюся суспензию насосом 16 подают на гомогенизацию в проточный гидродинамический кавитатор 17 (например, модели ПГК-40 [ТУ 3618-001-87692481-2008]). Давление нагнетания суспензии на входе в проточный гидродинамический кавитатор 17 достигает до 2,5 МПа, на выходе из кавитатора - до 0,18 МПа, температура подаваемой суспензии до 90°С, вязкость по Ларею на входе/выходе кавитатора составляет 8÷10 сПз и 3÷4 сПз соответственно. Во всасывающую линию этого же насоса 16 из емкости 15 дозирующим насосом 18 подают порцию свежего маловязкого минерального масла для «тонкой» регулировки содержания твердой фазы и достижения требуемой вязкости. В смесительную емкость 19, оборудованную мешалкой и паровой рубашкой из дозировочного блока 20 подают жидкие компоненты краски для перемешивания с сажевой суспензией. При необходимости для более тонкой гомогенизации компонентов краски и достижения требуемой вязкости полученную краску из емкости 19 насосом 16 снова прокачивают через проточный гидродинамический кавитатор 17 и направляют на склад готовой продукции на фасовку и затаривание или в специальные контейнеры. Кавитационные процессы, возникающие при прохождении краски через проточный гидродинамический кавитатор 17, вызывают нагрев и уменьшение вязкости краски, улучшают смешение ее компонентов и обеспечивают высокую степень гомогенности конечного продукта.
Всем процессом можно управлять со стандартного центрального пульта управления (ЦПУ) [не показан], содержащего подключенный к Интернету промышленный компьютер с программным обеспечением, контролирующим ход процесса и действий обслуживающего персонала. Данные о температурах и расходах воздуха на горение, природного газа на горение и пиролиз передают на ЦПУ для обработки. Соотношение расходов природного газа и воздуха на горение и расхода газа на пиролиз контролируют заложенной в ПК программой. На ЦПУ также поступает информация о перепаде давления на фильтрах, о работе циклонов и электрофильтров, системы транспорта технического углерода из сборников в силос-накопитель, о плотности системы транспортировки и отсутствии подсосов воздуха. Отдельно контролируют массовый расход компонентов краски и кавитационные процессы ее гомогенизации. При необходимости получения более жидких красок вводят и равномерно распределяют компоненты, снижающие вязкость. На базе этой информации осуществляют компьютерный контроль и управление процессом. Образующиеся после процесса сепарации продуктов пиролиза газы, содержащие до 14% водорода и до 12% окиси углерода, направляют на сжигание в водогрейных и паровых котлах, а при внештатных ситуациях подают на установку дожига и/или сбрасывают в атмосферу и рассеивают воздушными потоками, обеспечивая нормативные ПДК вредных веществ в близлежащей санитарной зоне.
Предложенный способ получения печатной краски, по сравнению с известными, позволяет получать печатные краски с заданными технологическими, реологическим и оптическими свойствами без проведения процессов механического измельчения и гомогенизации черного пигмента в различных смешивающих и диспергирующих устройствах и аппаратах. При этом экономятся энергоресурсы, улучшается качество и расширяется номенклатура печатных красок, сокращается и унифицируется технологический цикл, уменьшаются производственные издержки. Отработанные продукты и тепло пиролиза могут быть использованы для выработки тепло- и электроэнергии, что дополнительно снижает себестоимость производства печатных красок.