Установка для получения цинковых белил

 

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, в частности к установкам для получения неорганических пигментов, и может быть использовано в производстве сухих цинковых белил. Сущность изобретения заключается в установке для получения цинковых белил, содержащей последовательно расположенные, сообщающиеся одна с другой зоны плавления, испарения и окисления, газоходы для перемещения паров цинка и окиси цинка и удаления отработанных газов, при этом зона испарения выполнена в виде расположенной отдельно от зон и плавления и окисления камеры с размещенной вдоль нее в горизонтальной плоскости профилированной перегородкой, разделяющей ее внутреннее пространство на два не сообщающихся один с другим объема, причем по меньшей мере один горизонтальный участок профилированной перегородки в нижнем объеме камеры испарения расположен с зазором над уровнем металла, а другой в этом же объеме образует по меньшей мере один горизонтально расположенный канал, при этом в качестве газохода для удаления отработанных газов используется верхний объем камеры испарения, а для перемещения и перегрева паров цинка по меньшей мере один канал ее нижнего объема, камера испарения дополнительно снабжена сообщающейся с ее верхним объемом камерой для сжигания газа, а сообщение камеры испарения с зоной плавления осуществляется с помощью канала, дно которого выполнено на одном уровне с дном камеры испарения. Установка по изобретению является простой, удобной в эксплуатации, надежной, безопасной, малоэнергоемкой, обеспечивающей достаточную производительность и высокое качество готового продукта. 5 ил.

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности, в частности к установкам для получения неорганических пигментов и может быть использовано в производстве сухих цинковых белил.

Известна установка для получения пигментов окиси цинка, содержащая шахтную печь с отверстием для загрузки шихты цинкосодержащего сырья и последовательно расположенными, сообщающимися одна с другой камерами: верхней - для нагрева шихты горячим воздухом и ее обжига, реакционной, где шихта соприкасается с потоком раскаленных продуктов неполного сгорания природного газа, сгорающего в смеси с горячим воздухом в туннелях и окислительной, где вся смесь встречается с воздухом, выходящим из сопел, и сгорает, при этом цинк превращается в твердую мелкодисперсную окись (белила). (см. а.с. СССР N 170928, МПК C 09 C 1/04; C 01 G 9/02; опубл. 11.05.65 г.).

Однако на данной установке не достигается получение цинковых белил высокого качества.

Кроме того, данная установка сложна, поскольку содержит большое количество дополнительных сложных конструктивных элементов, таких как рекуператор, поверхностный охладитель и смеситель.

При этом данная установка достаточно энергоемка, за счет присутствия в ней энергоемких переходов и элементов.

Известна установка для получения цинковых белил, выбранная в качестве ближайшего аналога, содержащая последовательно расположенные, сообщающиеся одна с другой зоны плавления, испарения и камеру окисления, газоходы для перемещения паров цинка и окиси цинка и удаления отработанных газов. (см. кн. Беленький Е.Ф., Рискин Н.В. - "Химия и технология пигментов", - издательство "Химия", Ленинградское отделение, 1974 г., с. 167-181).

В качестве нагревательной печи в известной установке используется муфельная печь.

В состав установки входят также уравнительная камера, и экстругатор.

Известная установка неудобна в эксплуатации. Это связано с необходимостью разбивки на более мелкие куски металлического цинка перед его загрузкой в муфели и последующей обмазки муфелей глиной.

При этом установка недостаточно надежна за счет того, что графитовые муфели часто выходят из строя из-за трещин, что требует частого ремонта или замены, а также не безопасна, поскольку необходима периодическая смена муфелей, нагретых до 700-750^oC без остановки печи.

Кроме того, в трещины, образующиеся при растрескивании графитовых муфелей в нагревательную камеру, попадает часть расплавленного цинка, пары которого, вместе с газами, образующимися в процессе сгорания топлива, выбрасываются в атмосферу, что способствует загрязнению окружающей среды и приводит к потерям цинка.

Муфели при небольшом сроке службы достаточно дороги, что делает установку в целом дорогой и, как следствие, это приводит к удорожанию конечного продукта - цинковых белил.

Эксплуатация известной установки требует значительных трудозатрат: дробление на куски металлического цинка перед загрузкой; загрузка в муфели; обмазка муфелей глиной; отключение установки после полного использования цинка в муфелях; выгрузка муфелей и повторение цикла заново.

Необходимо отметить, что в известной установке при работе в муфелях происходит накапливание более тугоплавких примесей других металлов (например, свинца), что влечет за собой перегрев расплава, испарение этих примесей и, как следствие, ухудшение качества белил.

Кроме того, в процессе работы происходит механический унос частиц расплава и частичная конденсация паров цинка при их контакте с холодным воздухом, что, в свою очередь, приводит к образованию серой окиси, переработка которой в качественный цинк осуществляется только энергоемким гидрометаллургическим способом, а для производства белил безвозвратно потеряна.

При этом известная установка является энергоемкой, поскольку процесс получения белил является периодическим, ведется при высоких температурах дымовых газов из-за плохой проводимости тепла графитом, из которого выполнены муфели.

Известная установка громоздка за счет наличия большого количества громоздких конструктивных элементов, в частности - уравнительной камеры, представляющей собой отдельное громоздкое сооружение по длине, равное длине муфельной печи.

И наконец установка малопроизводительна, поскольку является установкой периодического действия.

Для обслуживания установки требуется 4-5 человек.

Таким образом, задачами предлагаемого изобретения являются создание простой, удобной в эксплуатации, надежной, безопасной, малоэнергоемкой установки для получения цинковых белил, обеспечивающей достаточную производительность и высокое качество готового продукта.

Поставленные задачи достигаются тем, что в известной установке для получения цинковых белил, содержащей последовательно расположенные, сообщающиеся одна с другой зоны плавления, испарения и окисления, газоходы для перемещения паров цинка и окиси цинка и удаления отработанных газов, согласно изобретению зона испарения выполнена в виде расположенной отдельно от зон плавления и окисления камеры с размещенной вдоль нее в горизонтальной плоскости профилированной перегородкой, разделяющей ее внутреннее пространство на два не сообщающихся один с другим объема, причем по меньшей мере один горизонтальный участок профилированной перегородки в нижнем объеме камеры испарения расположен с зазором над уровнем металла, а другой в этом же объеме образует по меньшей мере один горизонтально расположенный канал, при этом в качестве газохода для удаления отработанных газов используется верхний объем камеры испарения, а для перемещения и перегрева паров цинка - по меньшей мере один канал ее нижнего объема, камера испарения дополнительно снабжена сообщающейся с ее верхним объемом камерой для сжигания газа, а сообщение камеры испарения с зоной плавления осуществляется с помощью канала, дно которого выполнено на одном уровне с дном камеры испарения.

Выполнение зоны испарения в виде расположенной отдельно от зон плавления и окисления камеры позволяет упростить конструкцию установки в целом за счет исключения из устройства сложных узлов, в частности муфелей.

При этом такое выполнение зоны испарения позволяет значительно снизить энергоемкость установки благодаря тому, что процесс ведется при более низких температурах дымовых газов за счет использования в качестве материала для изготовления перфорированной перегородки жаропрочного металла, обладающего высокой проводимостью тепла, а также за счет непрерывности процесса.

Упрощение конструкции за счет исключения муфелей приводит одновременно к улучшению условий эксплуатации установки, повышает ее надежность и, как следствие, делает ее более безопасной.

Кроме того, такое расположение камеры испарения позволяет автоматизировать процесс получения цинковых белил, сделать его непрерывным и, как следствие, повысить производительность установки.

И наконец, такое выполнение камеры испарения, отделение ее от зон плавления и окисления одновременно помогает добиться повышения качества готового продукта, в частности за счет исключения преждевременного попадания кислорода в зону испарения, а также благодаря созданию в камере испарения температуры, равной температуре испарения только цинка.

Размещение вдоль камеры в горизонтальной плоскости профилированной перегородки, разделяющей ее внутреннее пространство на два не сообщающихся один с другим объема, причем расположение по меньшей мере одного горизонтального участка профилированной перегородки в нижнем объеме камеры испарения с зазором над уровнем металла и образование другим в этом же объеме по меньшей мере одного горизонтально расположенного канала, а также использование в качестве газохода для удаления отработанных газов верхнего объема камеры испарения, а для перемещения и перегрева паров цинка - по меньшей мере одного канала ее нижнего объема позволяет практически полностью исключить (или свести до минимума) поступление в пары цинка паров других металлов, температура которых выше температуры кипения цинка, например свинца, и тем самым значительно повысить качество готового продукта.

Это достигается за счет того, что в объем испарения цинка непрерывно поступает цинк из зоны плавления в количестве, равном количеству испаренного цинка, и поэтому повышение температуры выше, чем температура кипения цинка невозможно. Более тугоплавкие примеси, как правило и более тяжелые, чем цинк, перемещаются вместе с расплавом и оседают в приямке.

Поддержание температуры расплава при испарении, равной температуре кипения цинка, позволяет уменьшить интенсивность кипения расплава и снизить механический унос частиц цинка до минимума.

Кроме того, за счет постоянного контакта механически унесенных частиц цинка и его паров с высокотемпературной стенкой профилированной перегородки и создания в канале (газоходе) для перемещения паров цинка температуры, при которой попавшие в него механически унесенные частицы цинка мгновенно испаряются и все пары его перегреваются, достигается получение высококачественного конечного продукта цинковых белил.

Благодаря этому же, т.е. исключение содержания механически унесенных частиц в парах цинка и их перегрев, позволяют полностью исключить образование серой окиси цинка.

Кроме того, такое размещение профилированной перегородки способствует значительному упрощению конструкции в целом и, как следствие, к улучшению условий эксплуатации, повышению надежности, безопасности установки и снижению энергоемкости установки.

А за счет непрерывности процесса - повышению производительности установки.

Именно наличие и такое выполнение профилированной перегородки позволяет в объеме, где происходит непосредственно испарение цинка, создать такие условия, при которых полностью исключаются перегрев цинка, попадание механически унесенных частиц цинка в пары его, а в канале (газоходе) для перемещения паров цинка осуществить перегрев их и, как следствие, полностью исключить образование серой окиси и, тем самым, улучшить качество готового продукта.

И наконец, наличие и такое выполнение профилированной перегородки позволяет сделать процесс непрерывным за счет исключения применения графитовых муфелей и, тем самым, исключить потери цинка за счет исключения их уноса с дымовыми газами и, как следствие, - загрязнение ими окружающей среды.

Дополнительное снабжение камеры испарения камерой для сжигания газа, сообщающейся с ее верхним каналом еще в большей степени способствует упрощению установки, снижению ее энергоемкости, улучшению условий эксплуатации, повышению надежности и безопасности, а также повышению производительности и улучшению качества.

Это достигается за счет того, что благодаря наличию этой камеры достигается более равномерный нагрев верхнего объема камеры над профилированной перегородкой, чем обеспечивается более равномерный нагрев поверхности самой профилированной перегородки и, как следствие, равномерный нагрев расплава цинка в зазоре между дном камеры испарения и профилированной перегородкой и перегрев паров цинка в канале нижнего объема камеры. Благодаря этому достигаются необходимые условия для получения чистых паров цинка и в итоге качественных цинковых белил.

Сообщение камеры испарения с зоной плавления с помощью канала, дно которого выполнено на одном уровне с дном камеры испарения, позволяет создать еще более благоприятные условия для повышения качества готового продукта, улучшения условий эксплуатации, снижения энергоемкости, повышения надежности, производительности и безопасности.

Это обеспечивается за счет того, что в процессе участвует большее количество цинка. При этом толщина слоя кипящего цинка невелика, ее невозможно перегреть, т. к. постоянно поступает в зону испарения все новое количество цинка.

За счет этого процесс непрерывен, установка проста и надежна.

Благодаря незначительному по толщине слою металла в камере испарения требуется значительно меньшее количество топлива для разогрева и поддержания требуемой температуры в этой камере, чем снижается энергоемкость установки.

Кроме того, такая конструкция установки позволяет уменьшить расход газа путем уменьшения температуры в газоходе за счет вторичного использования тепла для плавления цинка.

Предлагаемая конструкция установки для получения цинковых белил достаточно проста, удобна в эксплуатации, надежна и безопасна за счет отсутствия в ней сложных, неудобных в эксплуатации, опасных составляющих элементов и переходов.

Отсутствие трудоемких переходов, благодаря предлагаемой конструкции, переводящей работу установки в автоматический режим, и сокращение количества обслуживающего персонала (с 4-5 человек до 1) способствует повышению производительности установки.

Срок службы такой камеры испарения не менее 10 лет и требуется лишь периодическая (1 раз в 1,5-2 года) замена профилированной перегородки.

Совокупность признаков заявляемого технического решения установки имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что устройство является новым и имеет изобретательский уровень.

Данное устройство может найти широкое применение в лакокрасочной промышленности, т.е. оно является промышленно применимым.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 - изображен главный вид установки; на фиг. 2 - разрез по стрелкам А-А, фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по стрелкам Б-Б, фиг. 1; на фиг. 4 - разрез по стрелкам В-В, фиг. 1; на фиг. 5 - разрез по стрелкам Г-Г, фиг. 1.

Установка для получения цинковых белил состоит из камеры (зоны) плавления 1, газовой топки (камеры для сжигания газа) 2 с горелкой 3, камеры (зоны) испарения 4 и окислительного канала (зоны окисления) 5.

В камере (зоне) испарения 4 размещена профилированная перегородка 6, выполненная из листа жаропрочного металла. Профилированная перегородка 6 расположена вдоль камеры испарения 4 в горизонтальной плоскости и разделяет ее внутреннее пространство на два не сообщающихся один с другим объема - верхний, над профилированной перегородкой и нижний - под профилированной перегородкой, причем (по меньшей мере) один горизонтальный участок профилированной перегородки 6 расположен с зазором 7 над уровнем металла, а другой в этом же объеме камеры 4 образует (по меньшей мере) один горизонтально расположенный канал 8.

В качестве газохода для удаления отработанных газов используется верхний объем камеры испарения 9, расположенный над профилированной перегородкой, а для перемещения и перегрева паров цинка - канал 8.

Камера (зона) испарения 4 своим верхним объемом, расположенным над профилированной перегородкой, сообщается с камерой для сжигания газа 2.

Камера (зона) плавления 1 сообщается с камерой испарения 4 с помощью канала (желоба) 10, дно 11 которого выполнено на одном уровне с дном 12 камеры испарения 4.

Камера испарения 4 сообщается с окислительным каналом 5 (зоной окисления) с помощью отверстия 13 и имеет приямок 14.

Газоход 9 для перемещения газов, содержащих отработанные газы, состоит из двух участков: горизонтального 15 и вертикального 16.

Установка работает следующим образом.

Включается горелка 3 и начинает сжигать газ в камере 2 для сжигания газа (газовой топке).

В зоне плавления 1 плавится цинк и нагревается до температуры ниже температуры кипения.

Постепенно в зоне плавления 1 уровень металла повышается и после того, как он достигнет канала 10 по нему расплавленный металл перетекает в камеру испарения 4, до достижения одинакового уровня в зоне плавления 1, канале 10 и камере испарения 4.

Благодаря температуре, созданной в камере испарения 4 с помощью горелки 3 и камеры 2 для сжигания газа в зазоре 7, цинк начинает кипеть и испаряться. Пары цинка перемещаются в канал 8, и далее через отверстие 13 в окислительный канал 5, где образуется окись цинка (цинковые белила). Отработанные газы перемещаются по газоходу 9 сначала по ее горизонтальному участку 15, а затем вертикальному участку 16 и удаляются из установки.

По мере уменьшения уровня цинка в камере испарения 4 он пополняется за счет постоянного его перетекания из зоны плавления 1 через канал 10.

Примеси тугоплавких металлов, осевшие в металле, перемещаются по камере испарения 4 вместе с цинком, в конце камеры испарения 4 попадают в приямок 14, из которого периодически удаляются.

Формула изобретения

Установка для получения цинковых белил, содержащая последовательно расположенные, сообщающиеся одна с другой зоны плавления, испарения и окисления, газоходы для перемещения паров цинка и окиси цинка и удаления отработанных газов, отличающаяся тем, что зона испарения выполнена в виде расположенной отдельно от зон плавления и окисления камеры с размещенной вдоль нее в горизонтальной плоскости профилированной перегородкой, разделяющей ее внутреннее пространство на два не сообщающихся один с другим объема, причем по меньшей мере один горизонтальный участок профилированной перегородки в нижнем объеме камеры испарения расположен с зазором над уровнем металла, а другой в этом же объеме образует по меньшей мере один горизонтально расположенный канал, при этом в качестве газохода для удаления отработанных газов используется верхний объем камеры испарения, а для перемещения и перегрева паров цинка - по меньшей мере один канал ее нижнего объема, камера испарения дополнительно снабжена сообщающейся с ее верхним объемом камерой для сжигания газа, а сообщение камеры испарения с зоной плавления осуществляется с помощью канала, дно которого выполнено на одном уровне с дном камеры испарения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5