一種高分散白炭黑生產設備及生產方法
【專利說明】
[00011 本案是以申請日為2014-06-20,申請?zhí)枮?01410279370.3,名稱為"一種白炭黑生 產設備及生產方法"的發(fā)明專利為母案而進行的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及白炭黑生產技術領域,具體說是一種高分散白炭黑生產設備及生產方 法。
【背景技術】
[0003] 沉淀法白炭黑通常是可溶性硅酸鹽(一般使用水玻璃)和無機酸(多數情況是用硫 酸)在一定溫度和PH值下,進行并流化學合成反應生成的水合二氧化硅沉淀,反應式如下:
[0004] Na20 · mSi〇2+H2S〇4^mSi〇2 · nH20+Na2S04
[0005] mSi02 · nH20^mSi02 · n,H20+(n-n, )H2〇T
[0006] 根據反應動力學原理,沉淀法白炭黑反應存在兩個反應過程:一、是沉淀白炭黑晶 核的生成和增長過程;二、沉淀白炭黑的聚集過程。目前,沉淀法白炭黑反應裝置通用單軸 攪拌,攪拌的強度和效果不理想,根據沉淀法白炭黑反應原理,水玻璃與硫酸反應時,先生 成晶核,晶核的生成速度、晶核的溶解度、溶液過飽和度是生產沉淀法白炭黑關鍵控制技 術,由于目前單軸反應裝置攪拌的強度和效果不理想,造成沉淀法白炭黑反應合成時出現 以下幾點問題:一,硫酸和水玻璃未能及時混合均勻,局部PH值偏低,造成反應生產的硅酸 未能及時充分水解,產生凝膠。二,反應漿料混合不均勻,造成反應生成的二氧化硅粒子原 級粒子大小不均勻,二次粒子聚集程度不同,白炭黑的空間網絡結構復雜,在橡膠中分散性 能差和物理補強不夠。三,未能很好地解決反應過程和酸化時產生的凝膠,造成白炭黑在使 用時分散性能差、橡膠配方中物理性能差。
【發(fā)明內容】
[0007] 為了克服上述現有技術的缺陷,本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高分散白 炭黑生產設備及生產方法以制備得到凝膠少、性能好的白炭黑。
[0008] 為了解決上述技術問題,本發(fā)明提供的高分散白炭黑生產設備的技術方案為:
[0009] -種高分散白炭黑生產設備,包括反應容器,所述反應容器的頂部安裝有一個以 上的第一攪拌器,所述反應容器的側面安裝有一個以上的第二攪拌器,形成多主軸和多側 軸攪拌系統(tǒng);
[0010]所述第一攪拌器包括第一驅動電機、第一攪拌軸和第一攪拌槳,所述第一驅動電 機的驅動端連接所述第一攪拌軸,所述第一攪拌軸垂直伸入所述反應容器內,所述第一攪 拌軸由二個以上的子攪拌軸沿縱向連接組成,每個子攪拌軸上沿軸向設置有一個以上的所 述第一攪拌槳,相鄰二個子攪拌軸之間設置有聯(lián)軸件,所述聯(lián)軸件包括上錐齒輪、中錐齒輪 和下錐齒輪,所述上錐齒輪水平設置且與相鄰二個子攪拌軸中的上方的子攪拌軸連接,所 述下錐齒輪水平設置且與相鄰二個子攪拌軸中的下方的子攪拌軸連接,所述中錐齒輪垂直 設置且分別與上錐齒輪和下錐齒輪相嚙合;
[0011]所述第二攪拌器包括第二驅動電機、第二攪拌軸和第二攪拌槳,所述第二驅動電 機的驅動端連接所述第二攪拌軸,所述第二攪拌軸水平伸入所述反應容器內,所述第二攪 拌軸上沿軸向設置有一個以上的所述第二攪拌槳;
[0012] 所述第二攪拌器沿所述反應容器的高度方向至少設置有二個,位于同一高度上的 第二攪拌器至少有二個且沿所述反應容器的周向均勻分布;相鄰兩個高度上的第二攪拌器 錯開設置。
[0013] 本發(fā)明所提供的高分散白炭黑生產設備,具有以下有益效果:攪拌強度高,攪拌效 果好,采用本發(fā)明的高分散白炭黑生產設備可以有效減少白炭黑的凝膠數量,提高白炭黑 的分散性能,從而生產得到空間網絡結構合理的白炭黑,所得白炭黑相比普通沉淀法白炭 黑,具有凝膠數量少、分散性能好、能有效提高橡膠的物理性能及綜合使用性能等優(yōu)點。
[0014] 為了解決上述技術問題,本發(fā)明提供的高分散白炭黑生產方法的技術方案為:
[0015] -種高分散白炭黑生產方法,采用如上所述的高分散白炭黑生產設備,包括以下 步驟:
[0016] 步驟1、向反應容器內加入40~50體積份的去離子水并加熱至90~95°C;
[0017] 步驟2、開啟第一攪拌器和第二攪拌器,向反應容器內加入10~15重量份的十二烷 基硫酸鈉和1.8~2.5體積份的水玻璃,控制溶液的PH值為7 ± 0.2;
[0018] 步驟3、保持攪拌狀態(tài),向反應容器內同時加入濃硫酸和水玻璃進行反應,濃硫酸 的加入速率為0.685~0.85體積份每小時,水玻璃的加入速率為12~15體積份每小時,反應 時控制溶液的PH值為7 ± 0.2,反應時間為90~120min;
[0019] 步驟4、反應完成后,保持攪拌狀態(tài),向反應容器內加入15~25重量份的硫酸鈉攪 拌10~20min,然后繼續(xù)加入濃硫酸進行酸化,濃硫酸的加入速率為0.40~0.45體積份每小 時,酸化至溶液的PH值為4~5;
[0020] 步驟5、酸化完成后,停止攪拌,將反應容器內的溶液靜置陳化30~60min,然后依 次通過壓濾、洗滌、制漿、噴霧干燥,得到白炭黑;
[0021] 其中,所述體積份:重量份=m3: kg。
[0022] 本發(fā)明所提供的高分散白炭黑生產方法,具有以下有益效果:采用本發(fā)明的高分 散白炭黑生產方法,可以生產得到空間網絡結構合理的白炭黑,所得白炭黑相比普通沉淀 法白炭黑,具有凝膠數量少、分散性能好、能有效提高橡膠的物理性能及綜合使用性能等優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0023] 圖1所示為本發(fā)明實施例的高分散白炭黑生產設備的結構示意圖。
[0024] 標號說明:
[0025] 1-反應容器;2-第一攪拌器;3-第二攪拌器;4-電機安裝平臺;20-第一驅動電機; 21-第一攪拌軸;22-第一攪拌槳;30-第二驅動電機;31-第二攪拌軸;32-第二攪拌槳。
【具體實施方式】
[0026] 為詳細說明本發(fā)明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果,以下結合實施方式 并配合附圖詳予說明。
[0027] 本發(fā)明最關鍵的構思在于:改變現有白炭黑生產采用的單軸攪拌方式,改用垂直 攪拌和側向攪拌相結合的多重攪拌方式,從而提高攪拌強度和反應物料的混合均勻性,提 高橫向與縱向混合的強度,達到各部分溶液混合均勻性,使反應生成的硅酸能及時充分水 解生成二氧化硅,減少凝膠的產生,水解生成的二氧化硅粒子小而均勻,二次粒子聚集體也 容易打開分散,因此能夠生產得到空間網絡結構合理的白炭黑,所得白炭黑相比普通沉淀 法白炭黑,具有凝膠數量少、分散性能好、能有效提高橡膠的物理性能及綜合使用性能等優(yōu) 點。
[0028] 請參閱圖1所示,本實施例的高分散白炭黑生產設備,包括反應容器1,所述反應容 器1的頂部安裝有一個以上的第一攪拌器2,所述反應容器1的側面安裝有一個以上的第二 攪拌器3;
[0029] 所述第一攪拌器2包括第一驅動電機20、第一攪拌軸21和第一攪拌槳22,所述第一 驅動電機20的驅動端連接所述第一攪拌軸21,所述第一攪拌軸21垂直伸入所述反應容器1 內,所述第一攪拌軸21由二個以上的子攪拌軸沿縱向連接組成,每個子攪拌軸上沿軸向設 置有一個以上的所述第一攪拌槳22,相鄰二個子攪拌軸之間設置有聯(lián)軸件,所述聯(lián)軸件包 括上錐齒輪、中錐齒輪和下錐齒輪,所述上錐齒輪水平設置且與相鄰二個子攪拌軸中的上 方的子攪拌軸連接,所述下錐齒輪水平設置且與相鄰二個子攪拌軸中的下方的子