Лако-красочные материалы — производство

Полученные в результате растворения пленкообразующих ве­ществ в органических растворителях лаки могут содержать:

1) нерастворимые в лаке вещества, находившиеся в исходных ма­териалах или образовавшиеся при синтезе пленкообразующего веще-: ства, с частицами различной крупности, вплоть до размеров коллоид­ных частиц (<0,1 мкм);

2) растворимые в лаке исходные материалы или побочные про­дукты реакции синтеза пленкообразующего вещества, обладающие повышенной химической активностью, приводящей к образованию нерастворимых в лаке веществ в случае длительной выдержки лака при обычной температуре. Освобождение лаков от этих примесей часто называют осветлением.

В зависимости от вида перечисленных выше веществ лаки делят на две группы:

1) не требующие вызревания; *

2) требующие вызревания.

10.5.1. Аппараты для очистки лаков методом центрифугиро­вания. Трубчатые центрифуги применяются для очистки лаков от частиц, имеющих плотность, большую плотности лака.

В связи с высокой вязкостью лаков, даже нагретых до 60-80°С, и необходимостью отделения весьма тонких частиц для очистки лаков используются трубчатые центрифуги с фактором разделения /> 10 ООО, часто называемые сверхцентрифугами.

Ротор сверхцентрифуги представляет собой трубу диаметром 50-150 мм и длиной 400-800 мм. Он может вмещать небольшое ко­личество осадка. Удаление осадка осуществляется вручную с выем­кой ротора. Поэтому на трубчатых центрифугах очищают лаки, со­держащие <1% осадка.

Для очистки лаков применяются трубчатые осветляющие (отде­ляющие твердую фазу от жидкой) центрифуги: OTP-10 — с ротором

Внутренним диаметром 105 мм и частотой вращения 15 ООО об/мин; OTP-15 — с ротором внутренним диаметром 150 мм и частотой вра­щения 13 500 об/мин. В центрифуге OTP-10 фактор разделения / = 13 000, а в центрифуге OTP-15 /= 15 000. Длина ротора в обеих цен­трифугах одинакова — 750 мм. Объем ротора в центрифуге OTP-10 составляет 6 л, в OTP-15 — около 12 л.

На рис. 22 представлен общий вид и конструкция центрифуги ти­па OTP.

Трубчатый ротор 3 (рис. 22) подвешен на тонком длинном вале 2 и приводится во вращение от электродвигателя с помощью ременной передачи. Внутри ротора установлена (неподвижно по отношению

К стенкам барабана) трехлопастная крыльчатка 4, исключающая угло­вое вращение жидкости относительно стенок барабана. Ротор центри­фуги помещен в станину 7, служащую одновременно кожухом. В ниж­ней части торцовой крышки ротора имеется отверстие, через которое по питающей трубке подается лак. Осадок остается на стенках рото­ра, а очищенный лак поступает из ротора в приемную камеру 5.

При отложении осадка на стенках ротора уменьшается эффектив­ный радиус. Когда он снизится до 25-30 мм, ротор вынимают и чис­тят вручную.

Производительность трубчатой центрифуги OTP-15 на лаке, на­гретом приблизительно до 60°С, составляет 500-1000 кг/ч.

Основные достоинства трубчатых осветляющих центрифуг: низ­кое содержание лака в осадке; отсутствие необходимости во вспомо­гательных материалах или сменных фильтрующих элементах.

Главные недостатки: необходимость ручной очистки ротора; сравнительно сложная конструкция.

10.5.2. Аппараты для очистки лаков методом фильтрования. Для очистки лаков методом фильтрования используются аппараты различных конструкций.

Тарельчатые фильтры. В тарельчатых фильтрах фильтроваль­ные элементы имеют форму диска.

Тарельчатые (плитные) фильтры периодического действия ис­пользуются для очистки лаков от частиц любой плотности и при не­обходимости совмещения процессов фильтрования и адсорбции при очистке лаков, требующих вызревания.

Трудности при фильтровании лаков возникают не только из-за высокой их вязкости, но и потому, что содержащиеся в них легко слипающиеся тонкие слизистые частицы быстро забивают поры фильтрующей перегородки и образуют на ней слой осадка, трудно проницаемый для жидкости.

Эффективным способом, ускоряющим фильтрование лаков и по­вышающим их качество, является введение в лак перед его фильтрова­нием вспомогательного вещества, благодаря которому на фильтрую­щей перегородке получается пористый осадок (например, перлит, мик­роасбест, диатомит, обладающие адсорбционными свойствами). Расход намывного вещества зависит от вида лака, характера и количества за­грязнений и колеблется от 0,1% для «тощих» алкидных лаков до 1% для «жирных» сильно загрязненных лаков и лаков на природных смо­лах (содержание нерастворимых частиц в лаках 0,1-0,5%).

Тарельчатые фильтры выпускаются с ручной и механизированной очисткой фильтровальных элементов от осадка.

В фильтрах с ручной разгрузкой осадка (рис. 23) для облегчения его съема на тканевую или сетчатую перегородку фильтровального элемента накладывают лист плотной бумаги или картона и снимают его вместе с осадком. Бумага и картон должны обладать механической прочностью, сохраняемой после их пропитки лаком, а в случае необхо­димости — адсорбционными свойствами. Имеется картон специальных марок (марки Т, ФМП) для адсорбционного фильтрования лаков.

В тарельчатом фильтре с ручной разгрузкой осадка (рис. 23) в цилинд­рическом корпусе расположен ряд плоских круглых фильтровальных эле­ментов — тарелок 3. Между тарелками помещен перфорированный пло­ский диск с центральным отверстием, на который накладывают сетку, а на нее — фильтровальную ткань, бумагу или картон. После сжатия тарелок с помощью болтов, размещенных по краю тарелок, и стяжного болта, рас­положенного в центре тарелок, образуется ряд герметичных камер и канал для отвода отфильтрованного лака. В камеры большего объема через от­верстия в бортах тарелок поступает подвергаемый очистке лак.

Фильтрование проводится при давлении порядка 0,4 МПа. Давле­ние повышают медленно во избежание быстрого забивания пор фильт­ровальной перегородки. Фильтрат попадает в центральный канал, обра­зованный кольцевыми выступами в середине плит, и стекает через тру­бу 8. Объем лака в корпусе фильтра (включая полость больших камер) при поверхности фильтрований 10 м2 может достигать 500 л. До раз­борки тарелок содержимое корпуса передают в емкость для неочищен­ного лака или, подавая сжатый газ (С02), отфильтровывают.

При фильтровании с помощью сжатого газа на дне фильтра оста­ется небольшое количество лака. В фильтре, изображенном на рис. 23, для фильтрования этого небольшого остатка лака на дне по­мещена специальная фильтровальная пластина и получаемый фильт­рат отводится по трубе 5.

После освобождения корпуса от лака с помощью крана-укосины снимают крышку, вынимают блок тарелок, вручную разбирают та­релки, снимают осадок (толщина слоя 15-30 мм) и проводят повтор­ную сборку фильтровальных элементов.

Тарельчатые фильтры с ручной разгрузкой осадка выпускаются поверхностью фильтрования до 15 м2. Наиболее часто применяют фильтр поверхностью фильтрования 10 м2 (тип ТВ-10-2).

На производительность тарельчатого фильтра с ручной разгрузкой осадка помимо свойств лака большое влияние оказывает вид фильтро­вальной перегородки и введение вспомогательных веществ. Среднечасо­вая производительность поверхности фильтрования может колебаться в очень широких пределах, примерно от 50 до 1000кг/(м2*ч). Для алкид­ных лаков она обычно составляет 100-200 кг/(м2 ч).

Достоинствами тарельчатого фильтра с ручной разгрузкой осадка являются высокая степень очистки лака и возможность совмещения фильтрования с адсорбцией.

Главные недостатки — ручная разгрузка осадка со сложной, тру­доемкой разборкой и сборкой фильтра и сравнительно низкая произ­водительность.

Тарельчатый фильтр с механизированной разгрузкой осадка (типа «Пфунда») показан на рис. 24.

Фильтровальные элементы имеют форму диска, верхняя сторона которого плоская или несколько вогнутая, сетчатая, а нижняя — глу­хая, коническая. Фильтровальные элементы соединены с полым вер­тикальным валом, по которому стекает фильтрат. Вал связан с приво­дом, но вращается вместе с дисками только при разгрузке осадка.

Рис. 24. Тарельчатый фильтр с механизированной разгрузкой осадка (типа «Пфунда»):

1 — корпус; 2 — крышка; 3 — привод; 4 — фильтровальные элементы (тарелки-плиты); 5 — полый вал; 6 — патрубок для подачи очищаемого лака; 7 — патрубок для слива очищенного лака; 8 — патрубок для разгрузки осадка

Фильтр работает с намывным слоем вспомогательного вещества. После образования намывного слоя подают под давлением 0,4-0,6 МПа очищаемый лак и, когда резко снизится скорость фильт­рования, спускают содержимое корпуса фильтра в расходную ем­кость. После этого приводят в быстрое вращение вал с дисками. От­ложившийся на верхней поверхности дисков осадок вместе с намыв­ной перегородкой центробежными силами сбрасывается с них на стенки корпуса и разгружается, стекая по коническому днищу. Работа фильтра может быть полностью автоматизирована.

Тарельчатые фильтры с механизированной разгрузкой осадка на­ходят широкое применение для отделения тонких слизистых веществ, взвешенных в вязких жидкостях, для совмещения процессов фильтро­вания и адсорбции. Они успешно используются при рафинации масел. Фильтры выпускаются поверхностью фильтрования 10, 15 и 20 м2.

Основные достоинства тарельчатого фильтра с механизированной разгрузкой осадка: комплексная механизация и автоматизация про-

Цесса фильтрования; высокая степень очистки вязких жидкостей, в том числе требующих совмещения фильтрования с адсорбцией; воз­можность большой производительности единичного аппарата; полная герметизация процесса фильтрования.

Главные недостатки: применение специальных марок веществ для образования намывной фильтровальной перегородки (а также для введения в лак); необходимость сеток (проволочных, тканевых) большой ширины; сложность конструкции.

Плитный фильтр для высоковязких лаков. В производстве ла­ков на основе эфиров целлюлозы возникает необходимость фильтро­вания высоковязких растворов. Для обеспечения приемлемой произ­водительности поверхности фильтрования при высокой вязкости рас­твора коллоксилина перепад давления достигает 1-1,5 МПа.

Плитный фильтр состоит из двух выпуклых чаш, разделенных тол­стой стальной пластиной, на которую укладывается фильтровальная пе­регородка из нескольких слоев ваты и марли, покрытых сверху металли­ческой сеткой. Верхняя чаша откидывается на шарнире и соединена с контргрузом. Осветляемый лак с помощью винтового насоса подается в полость верхней чаши, а отфильтрованный вытекает из нижней чаши.

Патронные фильтры для очистки лаков. В патронных фильт­рах фильтровальные элементы имеют форму цилиндра с большим отношением длины к диаметру.

Для очистки лаков могут применяться патронные’фильтры со сменными фильтровальными элементами из волокнистого материала одноразового использования (патронные фильтры типа «Кюно»),

Сменные фильтровальные элементы представляют собой толстостен­ные короткие твердые трубки, выдерживающие давление 0,6-1,1 МПа. Они имеют диаметр 70-100 мм, высоту -250 мм, толщину стенки 20-30 мм и изготовлены из природных или синтетических волокон, «сцементированных» специальными веществами. Большая толщина пористой стенки патрона исключает проскок крупных частиц, как это имеет место в сетчатых фильтрах. Патроны выпускаются с определен­ными размерами пор — от 5 до -100 мкм. Тонкие частицы проникают глубоко в поры патрона, их не удается удалить обратным потоком жидкости, поэтому патроны используются однократно. Даже при наи­меньшем размере 5 мкм фильтр не задерживает коллодные частицы.

Для развития поверхности фильтрования патронного фильтра в не­го помещают большое число фильтровальных элементов. На рис. 25 изображен фильтр с патронами, собранными из трех сменных фильт­ровальных элементов. В корпусе 1 фильтра на перегородке 7 закреп­
лены перфорированные трубки 2. На трубки помещают фильтроваль­ные элементы 3 и уплотняют места их стыков "с помощью пружин 5, прижимая крышку 4 к фланцу корпуса гайкой 6. Подвергаемый очи­стке лак подается в фильтр шестеренчатым насосом через патру­бок 10, а отфильтрованный лак стекает через патрубок 8 в приемник. Перед заменой фильтровальных элементов их промывают раствори­телем для извлечения лака, продувают обратным током инертного газа (например, азота), подавая его через патрубок 9.

В применяемых фильтрах число сменных элементов диаметром 70 мм доходит до 42 (поверхность фильтрования 2,3 м2). Пропускная способность фильтровального элемента одноразового использования зависит от содержания и размеров нерастворимых частиц в лаке, раз­меров пор в фильтре и других факторов. При фильтровании под дав­лением 0,6 МПа и температуре лака 60-80°С пропускная способность может колебаться от 100 до 1000 кг; для алкидных лаков она часто составляет 200^00 кг. Для повышения пропускной способности фильтровального элемента используют двухступенчатую очистку лака, устанавливая на первой ступени трубчатую центрифугу, а на второй — патронный фильтр или два последовательно работающих патронных фильтра (первый фильтр — с большими размерами пор).

Рис. 25. Патронный фильтр со сменными элементами (типа «Кюно»): / — корпус; 2 — перфорированная трубка; 3 — сменный фильтровальный элемент, 4 — крыш­ка; 5 — пружина; 6 — гайка; 7 — перегородка; 8 — патрубок для отфильтрованного лака; 9 — патрубок для подачи инертного газа; 10 — патрубок для подачи фильтруемого лака

Достоинство патронных фильтров — хорошая степень очистки ла­ков, не требующих вызревания.

Основные недостатки: расход дорогостоящих фильтровальных элементов; ручная замена фильтровальных элементов; ограниченная производительность единичного аппарата.

В настоящее время патронные фильтры сравнительно широко применяются для очистки лаков. Они эффективны при низком содер­жании нерастворимых частиц, т. е. при большой пропускной способ­ности фильтровального элемента одноразового использования.