11-第五章染料加工设备

第五章染料加工设备染料加工设备主要有:▪过滤分离设备、▪粉碎设备、▪干燥设备、▪混合设备等。第一节过滤分离设备▪用途：染料中间体的生产，染料合成后的洗涤、浓缩、转晶。▪作用：可以在高温、常温或低温下对悬浮液进行分离，以获得较高的含固率。▪分类：•按照设备的工作原理其主要有：重力过滤机、真空过滤机、加压过滤机和离心过滤机等；•根据设备的工作方式分为：间歇式和连续式两大类；•根据设备的结构形式可分为：砂滤式、板框式、叶片式、圆筒式、螺旋式等多种类型。一、过滤基本方式▪过滤是利用过滤介质使悬浮液中的流体通过而将固体颗粒截留的过程。▪过滤的动力：过滤介质两边有一定的压力差。▪在相同情况下，推动力大则过滤速率高，推动力小则过滤速率低。▪过滤的推动力：重力、真空、压力和离心力。▪过滤的工作过程一般可分为加料过滤、洗涤、卸料、清洗设备等四个基本步骤。▪四种过滤操作方式1—恒压过滤2—恒速过滤3—变压变速过滤4—先恒速后恒压过滤二、过滤机目前染料工业使用的过滤机大多数是间歇式过滤机，各阶段的操作都是分段间歇进行的。普遍使用的有板框压滤机、箱式过滤机、自动压滤机以及加压过滤机等。（一）板框压滤机一种应用很广泛的加压间歇式过滤机，有如下优点：（1）对悬浮液物料的适应范围广；（2）结构简单，操作方便；（3）过滤压力高，滤饼含固率高；（4）过滤面积可以根据需要选择，处理能力可大可小；（5）操作稳定，设备占地面积小；（6）设备故障率低，维修方便。板框压滤机（二）管式过滤器▪该设备制造简单、造价低、操作方便，虽然比较落后，但许多染料厂仍在使用。▪带有搅拌槽的插管式过滤器在0.2～0.3MPa的压力下,使悬浮液中的液体通过涤纶布进入带孔的过滤管内，经导液管排出过滤器。染料颗粒被截留在过滤器内，从而达到固液分离目的。在过滤器内加上搅拌器，主要避免过滤过程中染料沉淀，并可加快过滤速率，强化传质作用，以减少过滤器内的死角。管式过滤器操作流程1—料槽2—扬液器3—袋滤器（三）全自动压滤机▪全自动压滤机的结构相对复杂一些，主要由主机、液压系统、紧固系统、气动系统、管路等组成。全自动板框压滤机实现了从压紧滤板、进料过滤、拉板、振打卸料，到滤布清洗再生的全自动操作。▪各种操作参数如进料速率和时间、压榨压力和时间、滤布清洗、用水量和进水速率等，均可以根据需要进行调整，整个工艺系统的工作情况可以在仪表盘上显示。▪全自动压滤机共有三次不同压力下的脱水和压榨过程，低压脱水（0.5MPa）、中压压榨（1.0MPa）和高压压榨（2.0MPa），因此能够得到较高含固率的滤饼，脱水后滤饼的含固率可达到90％以上。▪由于采用了压滤和压榨结合的方法，使滤饼含水更均匀，能够减少过滤、洗涤和卸料时间。（四）自清洗过滤机▪自清洗过滤机是近年来出现的一种新型高效分离设备，是真空过滤设备的一种形式。▪过滤机有直立的过滤室，由过滤板隔成前室和后室，由输料泵产生真空将料浆由前室经过滤网带入后室进行过滤。过滤后物料一部分经回流阀流回刮板冲洗过滤网和调节前后室压差之用，一部分排放掉（如滤液需回收则送到料槽）。▪工作过程采用全封闭式，自动清洗并能连续工作，既可保持环境清洁又大大降低劳动强度。自清洗过滤机1—进料管2—泄料龙头3，4—真空压力表5—回流阀6—出料阀7—摆线减速器8—出料泵9—排污阀10—过滤器（五）密闭加压耙式过滤机▪可在0.3MPa压力下进行密闭过滤操作，在加压过滤的同时又能进行真空抽滤，特别适用于含有机溶剂悬浮液的过滤和洗涤。▪该机主要由机身、过滤孔板、双臂同心轴、刮平物料和卸料臂、滤饼出料管、耙式搅拌臂、固定式外套管组成。悬浮液自上部加料口加入，装满后可在不同的压力下进行过滤操作。用安装在螺旋卸料臂上的刮平板平整滤饼，以防出现裂痕泄压，同时通过液压系统在滤饼表面施加压力，将滤饼压紧压实，当过滤结束后,将刮板和螺旋卸料臂反向旋转则可以自动出料。▪过滤的物料含固率高，而且操作方便，可以进行自动加料、过滤、洗涤、平整物料、自动出料等操作。密闭加压耙式过滤机①—机体②—夹套过滤孔板③—双臂同心轴④—刮平和螺旋卸料臂⑤—出料管⑥—耙式搅拌臂⑦—外套管（a）过滤机示意图（b）过滤过程示意图（c）洗涤滤饼三、离心分离机离心分离是通过设备高速旋转产生的离心力，对悬浮中的固相和液相进行分离，可达到与过滤分离同样的浓缩效果。离心分离机除用来进行固液分离外，还具有对染料浆液中不同颗粒进行筛选分离的作用。离心分离机主要有以下几种类型。（一）三足式离心机▪通常在转鼓罩面上钻有无数小孔，其内侧衬有一层或多层大孔的金属过滤网，以作为滤袋或滤布在转鼓中的支撑。在转鼓转动前或转动后，将悬浮液自顶端加入，滤液通过滤布流出，从排液口排出机外，固体颗粒被截留在滤布上，停机后取出。▪三足式离心机是一种间歇操作设备，由于设备结构简单、操作方便，在生产中大量使用。▪目前，三足式离心机又开发出刮刀式、下出料式等新型结构，使之又增加了新的功能。三足式离心机示意图1—底盘2—支柱3—缓冲弹簧4—摆杆5—鼓壁6—转鼓底7—拦液板8—机盖9—主轴10—轴承11—制动器手柄12—外壳13—电动机14—制动轮15—滤液出口（二）卧式刮刀卸料离心机▪该机可以使进料、洗料、脱液、卸料、洗网等操作工序在不停机的情况下进行，实现了操作连续化。▪通过油压作用“臂”以一定压力与固体料层接触，当料层达到一定厚度时，“臂”被料层抬起，同时，与“臂”同轴安装的凸轮转动触及行程开关使之动作，不论定时器设定在什么时间，都会使进料阀关闭。在每一个工作周期开始时，料层控制器会自动复位，因为所加压力较小而且可调，所以“臂”的磨损、晶体物料的破坏程度及动力消耗都很小。▪这种离心过滤机可以大大降低劳动强度，在染料及中间体的分离中广泛使用。卧式刮刀卸料离心机1—转鼓2—刮刀3—进料口4—排液口（三）卧式螺旋离心机▪该机由圆锥圆柱形筒体、螺旋输送器两部分组成。悬浮液经输料管和分布孔进入转筒内，在进料时悬浮液被连续加速，直到与转筒和螺旋输料器的转速基本相同。在强大离心力下，在转筒内壁上受到螺旋输送器的推动，被送往排料口并与液相分离。由于固相被连续排出，进料悬浮液的含固率几乎达到流动的极限。在液相区，液体通过螺旋通道流向液相出口。▪卧式螺旋离心机还具有减小产品的平均粒径、提高染料粒度分布均匀性、提高分散染料的扩散性能等增效作用，是一种高效、多功能的分离设备。卧式螺旋离心机1—辅电动机2—主电动机3—差速器4—转鼓5—螺旋排料器（四）碟片离心机▪又称薄膜分离沉降离心机。该机有一组锥形盘，锥形盘以相同的角速度旋转，为增大转鼓容积，一般使转鼓高度和直径大致相等。▪悬浮液沿转鼓中心引入，液体以薄层在盘片间沿径向流动并呈溢流状流向出口。固体颗粒首先沉积在锥形圆盘的下表面上，然后向下往盘边滑动，最后甩到转鼓壁上。由于锥形盘将液体分成若干层，从而缩短了颗粒的沉降过程，加速了离心分离。▪碟片式离心分离机转鼓直径一般为0.15～1.0m，转速与直径有关，最高转速可达12000r／min，分离因数为5000～14000，当量沉降面积最大可达30000m2，当处理易分离物料时，生产能力可达l00m3／h。碟片离心机的工作原理图第二节湿式粉碎及设备▪染料颗粒越小、表面积越大，则溶解速度越快，扩散能力越强,目前对于非水溶性染料颗粒要求在0.5～2μm之间比较合适，所以染料要经过超细粉碎过程。▪超细粉碎大体可分为干式粉碎和湿式粉碎两种，湿式粉碎是在有溶剂（通常是水）存在的情况下进行粉碎。采用哪种粉碎方法，需根据不同的染料产品的不同要求来确定，并进一步选择粉碎工艺和合适的粉碎设备。染料加工常用粉碎设备一、湿式粉碎及设备▪染料常用湿式粉碎设备设备类型粉碎原理给料粒度(mm)产品粒度(μm)适用硬度(莫氏)振动磨砂磨机胶体磨辊磨机棒磨机球磨机锥磨机冲击、摩擦、剪切剪切、研磨、摩擦剪切、分散挤压剪切、挤压剪切、冲击研磨610.212~152~64~401~740.1~741~205~1250.5~50001.3~300010~28009599994▪研磨介质可选用玻璃珠、金刚砂、钢珠、锆珠等。▪影响湿式粉碎的主要因素1、染料含固率如含固率过低，单位体积浆料中染料颗粒少，介质研磨染料的机会就少，磨效降低；含固率过高，又会使染料之间的内摩擦加剧，耗能相应增加。对于分散、还原染料含固率在45％～50％，黏度为0.5～1.0Pa·s是最佳条件。2、染料初始粒径进入砂磨机的染料颗粒在50μm以下比较合适。另外，不论是预分散还是用砂磨机粉碎，研磨介质的直径应为染料原始粒径的10～20倍，例如，进入砂磨机染料的最大粒径为100μm，研磨介质粒径应为1～2mm。3、助剂的起泡性研磨助剂在染料浆液中产生泡沫会使空气进入浆料中，对研磨介质与染料颗粒间的撞击起一定缓冲作用，从而降低研磨效率。因此，助剂的起泡性是选用助剂时应考虑的一个主要因素，如果选用的助剂易起泡沫，最好使用闭式砂磨机，必要时还要加入消泡剂。4、分散剂加入量分散剂多为阴离子型表面活性剂，它们加入到染料浆液中后，能在染料颗粒的表面形成一层电荷保护层，防止粉碎后染料的再凝聚。用量不足，分散剂不能全部包围颗粒表面，已经被磨碎的颗粒就有重新凝聚的趋势，导致粉碎速率下降；用量过多，输入的能量大部分都消耗在粉碎分散剂的团块上，使得研磨效率反而下降。因此，分散剂的加入量应适当。5、砂磨机参数（1）分散片间隙分散片到磨室壁的距离（间隙）越小越好，距离小，能量密度高，粉碎效率越高。但距离过小会加剧研磨介质的磨损，因此间隙应控制在一定范围内。（2）分散片形式在各种分散片中，圆盘形能够有效降低轴向流动，避免介质和物料出现“短路”现象，目前使用较多的是圆盘分散片。（3）磨室容积按理论计算，砂磨机的生产能力与磨室容积成正比，而实际上，砂磨机磨室容积在2～30L之间，生产能力与容积基本成正比，而60L以上的砂磨机，则实际生产与理论量差距较大，生产效率随磨室容积的增大反而降低。6、介质参数（1）介质直径对磨效的影响砂磨机使用的介质直径应在1～2mm之间，而砂磨锅使用的介质应为2～4mm左右。（2）研磨介质的均匀度将几种不同粒径的介质按一定比例混装，研磨效果颇佳。原因是在研磨初期，浆料中有染料结块，需要较大撞击力才能将其分散，此时大研磨介质起作用；当进入微粉碎阶段，需要利用小介质的研磨作用。（3）研磨介质的相对密度研磨介质的相对密度与浆料的黏度应相适应，高黏度选择相对密度较大的介质、低黏度选择相对密度较小的介质。（4）介质填充率是影响磨效的主要因素。介质填充率不能过大，否则会产生大量热量造成已被粉碎的粒子重新凝聚。填加介质时，应保证空隙率在40％左右。介质的填充率为有效容积的60％～85％，但卧式砂磨机填充率要高于立式砂磨机。砂磨锅1—冷却水入口2—研磨介质排出口3—搅拌桨叶4—搅拌轴5—夹套6—容器7—冷却水出口8—上盖9—浆料入口和出口10—密封第三节干式粉碎及设备▪一般来说，干式粉碎主要用于水溶性染料的粉碎。我国一些水溶性染料、中间体的表观粒度为通过80目筛，即粒度不大于174μm。▪干式粉碎产品的粒度一般呈对数正态分布，从理论上来讲，干式粉碎的极限可在0．01～0.05μm之间，但就目前粉碎技术和设备的发展水平，固体物料的粉碎极限能达到1．0μm。▪干式粉碎机的类型目前主要有气流、搅拌、球磨机、胶体磨等。流化床气流粉碎机比其他冲击式粉碎机节能50％以上。产品细度有97％在2～200μm之间，设备体积小、维修费用低。粉碎室是一个立式圆柱形结构，高压喷嘴在粉碎室底部沿周向对称布置，用于气流的平衡，产品出口在粉碎室上部，出口处有一个分级器。块状物料经加料口进入粉碎机并向下坠落，当物料落入粉碎区时，被强大的气流冲击，物料受到冲撞、剪切等外力的作用而被粉碎。粉碎后物料受气流夹带向上运动，经分级器后排出粉碎机并与气体分离，大颗粒被截留后进一步粉碎。冲击式超细粉碎机1—内部循环回路2—粗大颗粒3—分级叶片4—细小颗粒5—定子6—粉碎叶片7—转子由于内部分级结构和自身的循环作用，能够生产出超微细、粒度