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Le traitement oxydant complémentaire de noirs de fumée, est connu depuis assez longtemps déjà. Ainsi par exemple, des noirs de fumée destinés à la fabrication de couleurs sont oxydés avec avan- tage à l'aide d'air chaud. Ce procédé a toutefois de grands incon- vénients d'ordre économique, étant donné que le rendement n'est que d'environ 50 %.;'/En plus de l'air, on peut aussi avoir recours à d'autres agents d'oxydation. On peut oxyder le noir de fumée à l'ai- de d'acide nitrique dilué par exemple.
Bien que ce procédé puisse être mis en pratique relativement facilement, et que le rendement en soit pratiquement de 100 %, il ne peut entrer.en ligne de compte pour le traitement complémentaire de noirs de fumée de grande va- leur destinés à l'industrie des vernis, étant donné que se forment
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par suite du traitement humide de petits morceaux durs de noir de fumée qui ne peuvent plus être complètement désagrégés lors de la mouture. On obtient par conséquent un noir de fumée avec un grain très dur, qui est très difficile à travailler.
On a déjà procédé également à des essais, au cours desquels le noir de fumée est traité à basses températures avec des agents oxydants gazeux, par exemple avec de l'ozone ou du peroxyde d'azote (N02). Ces procédés n'ont cependant pu jusqu'à présent s'imposer dans la pratique. L'utilisation d'ozone est trop onéreuse et le mode de traitement connu à ce jour au NO2 gazeux n'a pu être mis en oeuvre par suite de difficultés techniques .opératoires. Au pre- mier chef, des difficultés proviennent de ce que le. noir de fumée s'enflamme facilement lors du traitement au NO2.
Or, on a trouvé un procédé de traitement oxydant complémen- taire de noir de fumée sec ayant lieu à l'aide d'agents oxydants gazeux ou vaporeux et à température élevée, au cours de la mise en pratique duquel on ne se heurte plus à ces difficultés. Il s'est révélé que l'on peut oxyder du noir de fumée à l'aide de N02 dans des conditions déterminées, sans que s'enflamme le noir de fumée.
Le nouveau procédé est caractérisé en ce que le noir de fumée est soumis à l'influence d'un courant d'air, qui le maintient en sus- pension et qui est admis dans le peroxyde d'azote.
Il se recommande de procéder au traitement à l'air-1-102 dans une gamme de température de 150 à 230 . Il convient de préférence de travailler à une température de 200 . Dans le cas d'une oxyda- tion exécutée de cette manière, il a été constaté qu'il s'agit d'une réaction purement catalytique, où le peroxyde d'azote joue le-rôle de catalyseur. Dans le nouveau procédé, le peroxyde d'azote oxyde d'abord le noir de filmée et se réduit alors en oxyde azoti- que. Celui-ci est alors à nouveau oxydé en peroxyde d'azote par l'oxygène de l'air, et le processus se répète.
Une partie du pero- xyde se perd par¯dissociation en azote et en oxygène. L'oxygène de l'air sort par conséquent d'agent d'oxydation proprement dit.
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L'oxydation de noir de fumée à l'aide de l'oxygène de l'air est connue depuis longtemps. Etant donné cependant que, dans le - cas des procédés connus, on doit appliquer des températures de 350 à 500 , aux fins d'obtenir la quantité nécessaire de constituants volatils, la perte en noir de fumée est très élevée. Une partie des constituants volatils notamment se dissocie à ces températures.
Ces procédés sont en'conséquence anti-économiques. Dans le cas du nouveau procédé par contre, le noir.de fumée est oxydé déjà à 200 par l'effet catalytique,du peroxyde d'azote, de telle sorte qu'il ne se présente absolument pas d'inflammation de noir de fumée, mais bien plutôt une augmentation de poids par suite de l'oxygène fixé et combiné chimiquement.
La réaction étant exothermique, et dégageant de ce fait beau- coup de chaleur, il.'importe que la chaleur de réaction libérée soit aussitôt évacuée. Si cette chaleur de réaction n'est .pas évacuée en temps voulu, la température de réaction augmente, ce qui provo- que à nouveau une accélération de la vitesse de réaction, le noir d.e fumée s'enflammant alors aussitôt. La chaleur de réaction ne peut être bien'évacuée que-si chaque particule de noir de fumée peut évacuer uniformément la chaleur. Il convient alors de travail- ler au mieux selon le procédé du lit tourbillonnant.
Lorsque l'oxydation doit avoir lieu de manière discontinue, elle sera mise en oeuvre au mieux dans un réservoir de réaction vertical calorifugé, avec une conduite d'admission de gaz disposée à la partie inférieure, et une ouverture de sortie du gaz à la partie supérieure. 1? l'extérieure du réservoir, l'admission et l'é- vacuation sont raccordées à une conduite, sur laquelle est montée une soufflerie, c'est-à-dire donc qu'il existe un circuit d'air.
Il est encore prévu, entre soufflerie et admission du gaz, un dis- positif de mélange destiné à l'admission du peroxyde d'azote dans le courant d'air. L'ouverture d'admission pour le noir de fumée à traiter se trouve à la partie supérieure et l'ouverture d'évacua- tion du produit final à la partie inférieure du réservoir.
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La partie inférieure du réservoir, le fond et l'admission de gaz seront de préférence conçus de manière telle qu'il ne puisse s'y présenter de dépôt de noir de fumée, évitant de ce fait une inflammation du noir de fumée. En conséquence, la partie inférieure sera prévue tronconique, le fond du réservoir aura la forme d'un cône, et l'extrémité de la conduite de gaz se trouvant à l'inté- rieur du réservoir sera pliée et biseautée de manière que le gaz entre tangentiellement. On obtient de ce fait un tourbillonnement d'air dans la partie inférieure du réservoir, qui empêche le dépôt du noir de fumée.
Il est cependant possible aussi de travailler de manière continue. Dans ce cas, avant entrée dans la chambre de réaction, le noir de fumée est traité préalablement avec les gaz perdus conte- nant du peroxyde d'azote provenant de la réaction principale, à une température inférieure à la température de réaction, et compri- se de préférence entre 50 et 150 , et il est ensuite admis de ma- nière continue dans la zone de pré-traitement et dans la zone de réaction principale.
Le noir de fumée est insufflé dans le réservoir de réaction à l'aide du courant air-peroxyde d'azote. Le gaz perdu contenant du peroxyde d'azote est admis dans le réservoir de pré-traitement et procède simultanément au transport de la matière de départ en- treposée dans un silo vers le réservoir de pré-traitement. A une température de 50 à 150 , de préférence 100 , le noir de fumée est chargé ici de peroxyde d'azote. Si on maintient des températures inférieures à 150 , le noir de fumée adsorbe du peroxyde d'azote, sans réagir avec ce dernier. Cette adsorption est poussée à un point tel que le gaz perdu se présentant ici ne contient plus que de faibles quantités de peroxyde d'azote.
Il convient que le noir de fumée sortant de la zone de réac- tion soit admis dans une zone de traitement complémentaire. Ici, à une température supérieure à celle de la réaction, le peroxyde d'a- zote encore adsorbé est extrait; on travaille à des températures
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comprises entre 230 et 300 , de préférence à 250 .
Le gaz perdu provenant de la zone de réaction et celui pro- venant, de la zone de traitement complémentaire peuvent être ame- nés en commun à la zone de pré-traitement. Le gaz perdu de la zone de pré-traitement peut être retourné dans la zone. de réaction en même temps que le mélange air-peroxyde d'azote.
Comparativement au processus discontinu, le procédé continu représente une amélioration notable, qui repose non seulement sur le passage du travail discontinu au travail continu, mais aussi sur une possibilité de contrôle meilleur de l'oxydation et sur'une con- sommation plus faible de peroxyde d'azote.
Le dispositif destiné à la mise en pratique du procédé con- tinu est caractérisé par un réservoir de réaction avec une ouver- ture d'admission commune à l'extrémité inférieure pour le noir de fumée, l'air et le peroxyde d'azote, par une ouverture d'évacua- tion à l'extrémité supérieure pour le noir de fumée et une autre pour le gaz perdu, par un réservoir de pré-traitement avec une ou- verture d'admission inférieure pour-le noir de fumée et le gaz perdu, avec une autre ouverture inférieure et conduite subséquente par laquelle est transporté le noir de fumée pré-traité dans la chambre de réaction, et avec une ouverture supérieure pour le gaz perdu,, une conduite de raccordement entre l'ouverture supérieure pour le gaz perdu de la chambre de réaction et l'ouverture d'ad- mission inférieure pour le gaz perdu de la chambre de pré-traite- ment,
une conduite depuis le réservoir d'entreposage du noir de fu- mée jusqu'à cette conduite- de raccordement, et un dispositif pour insuffler l'air et le peroxyde d'azote dans la chambre de réaction, à l'aide duquel le noir de fumée pré-traité est simultanément in- suffle dans la chambre de réaction.
Il convient que la chambre de pré-traitement soit pourvue 'd'un système de chauffage et soit calorifugée. La chambre de trai- tement complémentaire peut être reliée à la chambre de réaction par une partie supérieure commune, qui peut posséder une ouverture d'é-
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' vacuation du gaz perdu commune aux deux chambres.
La conformation tronconique des parties inférieures des ré- servoirs, la conformation conique des fonds des réservoirs et la conception tangentielle de l'amenée dans les 'parties inférieures peuvent être similaires à celles de l'appareillage destiné à la mise en oeuvre de l'oxydation discontinue. D'autres détails d'ap- pareillage sont donnés.dans la description ci-après des plans d'ac- compagnement.
Les plans ci-joints serviront à une meilleure compréhension de l'objet de l'invention; ils représentent des formules d'exécu- tion préférentielles de l'appareillage qui doit être utilisé en vue de la mise en pratique du nouveau procédé.
La figure 1 représente un appareil pour l'oxydation discon- tinue. On a choisi la forme cylindrique pour le réservoir de réac- tion vertical calorifugé 11. La conduite d'amenée de gaz 12 débou- che dans la partie inférieure du réservoir 11. Le noir de fumée traité quitte le réservoir Il par la tubulure 13. Dans la plaque de recouvrement supérieure 14 se trouvent l'ouverture de sortie du gaz 15 et l'ouverture d'admission du noir de fumée 16. La conduite
17 relie l'ouverture,de sortie du gaz 15 à l'ouverture d'entrée du gaz 12, à l'extérieur du réservoir 11. Sur la conduite extérieu- re 17, sont prévus la soufflerie 18 et, entre celle-ci et l'entrée du gaz 12, le dispositif de mélange 19.
La partie inférieure 20a du réservoir 11 est tronconique, le fond 20b en est conique. C'est ici que débouche le-tuyau d'ad- mission de gaz 12, plié et biseauté.
L'air aspiré par la soufflerie 18 peut être admis directe- ment dans le dispositif de mélange 19. Dans l'appareillage repré- senté à la figure 1, un réchauffeur d'air 22 est prévu entre la soufflerie 18 et la tête mélangeuse 19. En agissant de manière adé- quate sur le dispositif de fermeture 23 dans la partie 24 de la conduite et sur le dispositif de ferneture 25 dans la partie 26 de la conduite, représentant une copduite ele dérivation du réchauffeur
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.d'air 22, on peut travailler avec ou sans le réchauffeur d'air 22.
A la soufflerie, on a prévu dans la conduite extérieure 17, la tu- bulure 27 avec l'organe de fermeture 28, afin de pouvoir aspirer de l'air frais. A l'aide de l'organe de fermeture 29 sur la con- duite extérieure 17, prévu dans le sens du courant avant la tubu- lure 27, la partie de la conduite 17 venant de la partie supérieure du réservoir 11 peut être fermée par rapport à la soufflerie 18.
Le dispositif destiné à l'admission du NO2 dans le courant d'air consiste en un réservoir avec trois raccordements, à,savoir l'entrée tangentielle d'air 30, raccordée à la conduite extérieure 17, la tubulure d'entrée 31 pour le NO2, débordant clans-le réser- voir, et l'ouverture de sortie 32, par'laquelle le mélange entre dans la conduite d'amenée du gaz 12.
Le traitement. discontinu du noir de fumée est mis en oeuvre au mieux de la manière suivante : le noir de fumée est admis par l'ouverture 16 dans le réservoir de réaction 11, et est ensuite échauffé par admission d'air chaud. De l'air frais est admis; l'or- gane de fermeture 28 dans la tubulure 27 est ouvert, l'organe de fermeture 29 dans la conduite extérieure est fermé. La vitesse de l'air doit être calculée en cela de manière telle que le noir de fumée ne soit pas soufflé, mais ne puisse non plus se déposer au fond du réservoir, c'est-à-dire qu'il est maintenu en suspension suivant le principe du lit tourbillonnant.
L'air montant dans la tour 11 contient encore du noir de fu- , mée, également à l'endroit de sortie 15. Il convient par conséquent de prévoir en cet endroit un dispositif qui sépare le noir de fumée de l'air. Dans le cas de l'appareillage représente au plan, le cy- clone 33 est raccordé à l'ouverture 15 ; celui-ci sépare le noir de fumée et le laisse retomber dans le réservoir 11 via un sas.
Le réservoir de réaction,,Il peut avoir une forme cylindrique, mais il peut aussi être conçu de façon que la partie supérieure s'é- vase de façon tronconique, afin de diminuer la vitesse du gaz et de provoquer ainsi une meilleure retenue du noir de fumée dans le ré-
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servoir de réaction. En vue d'un chauffage plus rapide, on peut éventuellement entourer le réservoir d'une enveloppe chauffée à la vapeur;
Il y a avantage à prévoir dans la conduite extérieure 17, au-dessus du cyclone 33, la tubulure 34 avec l'organe de fermeture 35, afin de disposer d'une possibilité de désaération. Dans ce cas, l'organe de fermeture 36 est en outre prévu après la tubulure de désaération 34 dans le sens du courant.
Pour mener le courant ga- zeux à l'air libre, on ouvre 35 et on ferme 36.
Dès que le noir de fumée est chauffé à 120 , du NO2, éven- tuellement pré-chauffé, est admis dans la tête mélangeuse 19 par la conduite 31.. L'admission tangentielle de l'air provoque un mé- lange très rapide de l'air et du NO2, d'autant plus que le tuyau d'amenée 31 du NO2 déborde dans la tête mélangeuse 19 et exerce de ce fait un effet d'injection.
Lors de la mise en route, l'organe de fermeture 36 est fermé et l'organe de fermeture 35 dans la tubulure de désaération 34 est ouvert. Dès que le NO2 est mélangé à l'air, la température du noir de fumée augmente grâce à la chaleur de réaction libérée. Après que les premières vapeurs brunes arrivent à l'air libre à la tubu- lure de désaération 34 après le cyclone 33, les organes de ferme- ture 35 et 36 ainsi que les deux vannes 28 et 29.à la soufflerie 18 sont inversés, et l'air est conduit en circuit.
Après le traitement d'oxydation, le NO2 encore fixé au noir de fumée peut être extrait. Four ce faire, le noir de fumée est soumis dans le réservoir de réaction à un courant d'air chaud de 230 à 300 . Après un court refroidissement à environ 120 ,le pro- duit final peut être recueilli à l'ouverture d'évacuation 13.
La figure 2 représente l'appareillage particulièrement appro- prié à l'oxydation continue.
Le réservoir de réaction calorifugé et le réservoir de pré- traitement sont représentés respectivement par les repères 41 et 42. Le noir de fumée, l'air et le peroxyde d'azote entrent dans le
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- réservoir de réaction 41 par l'ouverture inférieure 43. Le noir de fumée est évacué par l'ouverture supérieure 44 et le gaz perdu par l'ouverture supérieure 45.
Le gaz perdu passe par la conduite
46 qui raccorde la chambre de réaction 41 à la chambre de pré-trai- tement 42, et entre-par 1''ouverture inférieure 47 dans la chambre de pré-traitement 42. Le noir de fumée à traiter se trouve dans l'accu 48. A l'ouverture de sortie du noir de fumée 49 se raccorde la conduite 50, qui débouche dans la conduite de liaison 46. Le gaz perdu transporte le noir de fumée dans le réservoir 42.'
L'air et le peroxyde d'azote sont amenés par-les conduites 51 et 52 et mélangés dans la tête mélangeuse 53. Le mélange entre, via la conduite-54 et l'ouverture inférieure 43, dans la chambre de réaction 41. La conduite d'air 51 est reliée à un ventilateur (non représenté au-plan).
Le gaz perdu est évacué du réservoir de pré-traitement 42 par l'ouverture supérieure 55 et le noir de fumée par l'ouverture inférieure 56, qui est raccordée par la conduite 57 à la conduite d'air peroxyde d'azote 54. La chambre de pré-traitement 42 est ca- lorifugée et pourvue du système de chauffage 58. Le noir de fumée passe dans la conduite 54 via le tuyau plongeant 59 en communica- tion avec l'ouverture'd'évacuation 56 et via le sas 60. Il rencon- tre ici le mélange gazeux constitué par l'air et le peroxyde d'a- zote, passe dans le courant gazeux et est insufflé avec celui-ci dans le réservoir de réaction 41.
Le réservoir de traitement complémentaire 61 est raccordé à la chambre de réaction 41 par la partie supérieure commune 62. Le noir de fumée venant de la chambre de réaction 41 entre par la conduite de liaison 44 dans la chambre de traitement complémentaire
61 et quitte celle-ci par l'ouverture 63. De l'air chaud est in- sufflé du dessous par l'ouverture 64. Au-dessus de l'entrée d'air chaud 64, est prévu le tube 65 vertical, ouvert des deux côtés.
Le produit final quitte la chambre de traitement complémentaire 61 par la conduite 66 prévue à peu près à mi-hauteur et se trouvant
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,en liaison avec l'ouverture d'évacuation 63, tandis que le gaz per- du s'échappe par 1.1 ouverture commune 45.
Les parties inférieures de la chambre de réaction 41, de la chambre de pré-traitement 42 et de la chambre de traitement complé- mentaire 61 sont tronconiques et les fonds en sont coniques; les amenées 54/53, 46/47 et 64 sont situées de manière telle qu'une ad- mission tangentielle a lieu dans. les parties inférieures 67, 68 et 69. Dans le réservoir de réaction 41 sont ,prévus deux fonds inter- médiaiires 70a et 70b, dont la conformation correspond à celle de la partie inférieure 67.
La conduite 71 avec le ventilateur 72 relie l'ouverture d'é- vacuation du gaz perdu 55 du réservoir de pré-traitement 42 au sys- tème destiné à insuffler le mélange air-peroxyde d'azote 51, 52, 53, 54'. Grâce à la vanne à trois voies 73, le gaz perdu peut aussi être évacué à l'air libre.
Le nouveau procédé et le dispositif pour la mise en oeuvre' de ce procédé constituent la solution du problème posé du point de vue technique opératoire par le traitement oxydant de noir de fu- mée avec utilisation de No2. Particulièrement dans le cas de l'ap- pareillage en continu, la réaction peut être conduite avec préci- sion, elle a lieu avec plus d'uniformité et peut être poussée jus- qu'au point final souhaité sans ennuis, par sans que s'enflamme le noir de fumée. Tout en étant que l'utilisation du peroxyde d'azote est meilleure, le nouveau procédé est particuliè- rement économique, d'autant plus que l'on peut compter sur un ren- dement en noir de fumée de 100 %, en cas de conduite conforme de la réaction.
Dans le cas de noirs de fumée pour couleurs, le nouveau pro- cédé d'oxydation provoque une amélioration de la faculté d'écoule- ment, de mouillage et de dispersion, et la thixotropie est presque complètement éliminée. Selon le nouveau procédé, on peut aussi in- fluencer favorablement les propriétés techniques du caoutchouc.
Ainsi par exemple, âpres traitement, un noir de filmée actif chauffe
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lentement sans que se détériorent de,ce fait ses propriétés de ré- silience et de résistance du déchirement et au frottement, etc.:., et l'élasticité augmente très fortement jusqu'à atteindre pratique- ment les valeurs d'un noir de fumée inactif. Les noirs de fumée \ de l'espèce sont appropriés à la fabrication de mélanges de caout- chouc, qui doivent avoir une grande élasticité, une résistance élevée ainsi qu'une bonne résistance à l'usure, comme par exemple ceux destinés à la fabrication'de radeaux pneumatiques, de trans- porteurs à courroies, de tuyaux et de câbles. Evidemment, on peut aussi traiter suivant le nouveau procédé, avec tout autant de suc- cès, des noirs de fumée de fourneau et de flamme.
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The additional oxidative treatment of smoke blacks has been known for quite a long time. Thus, for example, smoke blacks intended for the manufacture of colors are advantageously oxidized using hot air. This process has, however, great drawbacks of an economic nature, since the yield is only about 50%.; / In addition to air, other agents can also be used. 'oxidation. Carbon black can be oxidized with dilute nitric acid, for example.
Although this process can be put into practice relatively easily, and the yield is practically 100%, it cannot be taken into account for the complementary treatment of high value carbon blacks intended for industry. varnishes, given that
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as a result of the wet treatment of small hard pieces of carbon black which can no longer be completely broken up during grinding. As a result, a carbon black is obtained with a very hard grain, which is very difficult to work.
Tests have already been carried out, during which the carbon black is treated at low temperatures with gaseous oxidizing agents, for example with ozone or nitrogen peroxide (NO 2). However, these methods have so far not been able to establish themselves in practice. The use of ozone is too expensive and the method of treatment known to date with gaseous NO 2 could not be implemented owing to technical operational difficulties. First and foremost, difficulties arise from the. carbon black ignites easily when treated with NO2.
Now, a process for the additional oxidizing treatment of dry carbon black has been found taking place with the aid of gaseous or vaporous oxidizing agents and at high temperature, during the course of which it is no longer encountered. these difficulties. It has been found that carbon black can be oxidized with the aid of NO 2 under certain conditions, without the carbon black igniting.
The new process is characterized in that the carbon black is subjected to the influence of a current of air, which keeps it in suspension and which is admitted into the nitrogen peroxide.
It is recommended to carry out the treatment with air-1-102 in a temperature range of 150 to 230. It is preferable to work at a temperature of 200. In the case of an oxidation carried out in this way, it has been found to be a purely catalytic reaction, in which the nitrogen peroxide acts as a catalyst. In the new process, the nitrogen peroxide first oxidizes the film black and then reduces to nitrogen oxide. This is then oxidized again to nitrogen peroxide by the oxygen in the air, and the process is repeated.
Part of the peroxide is lost by dissociation into nitrogen and oxygen. Oxygen in the air therefore comes out of the oxidizing agent itself.
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The oxidation of carbon black using oxygen in the air has long been known. Since, however, in the case of known processes, temperatures of 350 to 500 must be applied, in order to obtain the necessary amount of volatile constituents, the loss of carbon black is very high. Part of the volatile constituents in particular dissociates at these temperatures.
These methods are therefore uneconomic. In the case of the new process, on the other hand, the carbon black is already oxidized to 200 by the catalytic effect of nitrogen peroxide, so that there is absolutely no ignition of carbon black, but rather an increase in weight as a result of the oxygen fixed and chemically combined.
Since the reaction is exothermic, and therefore gives off a great deal of heat, it is important that the heat of reaction liberated is immediately removed. If this heat of reaction is not removed in time, the reaction temperature increases, again causing the reaction rate to accelerate, the smoke black then igniting immediately. The heat of reaction can only be removed well if each particle of carbon black can evenly remove heat. It is then advisable to work as best as possible according to the swirling bed process.
When the oxidation is to take place discontinuously, it will best be carried out in a thermally insulated vertical reaction tank, with a gas inlet pipe arranged at the bottom, and a gas outlet opening at the bottom. superior. 1? outside the tank, the inlet and outlet are connected to a pipe, on which is mounted a blower, that is to say there is an air circuit.
There is also provided, between the blower and the gas inlet, a mixing device intended for the admission of nitrogen peroxide into the air stream. The inlet opening for the carbon black to be treated is at the top and the outlet opening for the final product at the bottom of the tank.
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The lower part of the tank, the bottom and the gas inlet will preferably be designed in such a way that no carbon black deposit can appear there, thereby avoiding ignition of the carbon black. As a consequence, the lower part will be frustoconical, the bottom of the tank will have the shape of a cone, and the end of the gas pipe inside the tank will be bent and bevelled so that the gas. between tangentially. This results in an air swirl in the lower part of the tank, which prevents the deposition of the carbon black.
However, it is also possible to work continuously. In this case, before entering the reaction chamber, the carbon black is pretreated with the waste gases containing nitrogen peroxide from the main reaction, at a temperature below the reaction temperature, and included. is preferably between 50 and 150, and it is then continuously admitted into the pre-treatment zone and into the main reaction zone.
The carbon black is blown into the reaction tank using the air-nitrogen peroxide stream. The waste gas containing nitrogen peroxide is admitted into the pre-treatment tank and simultaneously carries out the transport of the starting material stored in a silo to the pre-treatment tank. At a temperature of 50 to 150, preferably 100, the carbon black is charged here with nitrogen peroxide. If temperatures are maintained below 150, the carbon black adsorbs nitrogen peroxide without reacting with the latter. This adsorption is pushed to such a point that the waste gas present here only contains small amounts of nitrogen peroxide.
Carbon black exiting the reaction zone should be admitted to a further processing zone. Here, at a temperature higher than that of the reaction, the still adsorbed nitrogen peroxide is extracted; we work at temperatures
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between 230 and 300, preferably 250.
The waste gas from the reaction zone and that from the further treatment zone can be brought together to the pre-treatment zone. Waste gas from the pre-treatment zone can be returned to the zone. reaction at the same time as the air-nitrogen peroxide mixture.
Compared to the batch process, the continuous process represents a notable improvement, which is based not only on the change from batch to continuous work, but also on the possibility of better oxidation control and on a lower consumption of peroxide. nitrogen.
The device for carrying out the continuous process is characterized by a reaction tank with a common inlet opening at the lower end for carbon black, air and nitrogen peroxide, by an exhaust opening at the upper end for the carbon black and another for the waste gas, by a pre-treatment tank with a lower inlet opening for the carbon black and the waste gas, with another lower opening and subsequent pipe through which the pre-treated carbon black is transported into the reaction chamber, and with an upper opening for the waste gas, a connecting pipe between the upper opening for the waste gas from the reaction chamber and the lower inlet opening for waste gas from the pre-treatment chamber,
a pipe from the carbon black storage tank to this connecting pipe, and a device for blowing air and nitrogen peroxide into the reaction chamber, with the aid of which the black of pretreated smoke is simultaneously insufficient in the reaction chamber.
The pre-treatment chamber should be provided with a heating system and be heat insulated. The complementary processing chamber may be connected to the reaction chamber by a common upper part, which may have an exhaust opening.
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evacuation of lost gas common to both chambers.
The frustoconical conformation of the lower parts of the tanks, the conical conformation of the bottoms of the tanks and the tangential design of the inlet in the lower parts can be similar to those of the apparatus intended for carrying out the oxidation. discontinuous. Further details of the apparatus are given in the following description of the accompanying plans.
The attached plans will serve for a better understanding of the object of the invention; they represent preferred embodiments of the apparatus to be used for the practice of the new process.
Figure 1 shows an apparatus for the continuous oxidation. The cylindrical shape was chosen for the insulated vertical reaction tank 11. The gas supply line 12 opens into the lower part of the tank 11. The treated carbon black leaves the tank II through the pipe 13. In the upper cover plate 14 are the gas outlet opening 15 and the carbon black inlet opening 16. The pipe
17 connects the gas outlet opening 15 to the gas inlet opening 12, outside the tank 11. On the external pipe 17, there are provided the blower 18 and, between the latter and the gas inlet 12, the mixing device 19.
The lower part 20a of the reservoir 11 is frustoconical, the bottom 20b is conical. This is where the bent and bevelled gas inlet pipe 12 emerges.
The air sucked in by the blower 18 can be admitted directly into the mixing device 19. In the apparatus shown in FIG. 1, an air heater 22 is provided between the blower 18 and the mixing head 19. By acting adequately on the closure device 23 in part 24 of the pipe and on the closure device 25 in part 26 of the pipe, representing a co-pipe and the bypass of the heater.
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.air 22, it is possible to work with or without the air heater 22.
In the blower, the tube 27 with the closure member 28 is provided in the outer pipe 17, in order to be able to suck in fresh air. With the aid of the closure member 29 on the outer pipe 17, provided in the direction of the flow before the pipe 27, the part of the pipe 17 coming from the upper part of the tank 11 can be closed by in relation to the wind tunnel 18.
The device intended for the admission of NO2 into the air stream consists of a tank with three connections, namely the tangential air inlet 30, connected to the external pipe 17, the inlet pipe 31 for the NO2, overflowing into the reservoir, and the outlet opening 32, through which the mixture enters the gas supply line 12.
The treatment. discontinuous smoke black is best implemented as follows: the carbon black is admitted through the opening 16 into the reaction tank 11, and is then heated by the admission of hot air. Fresh air is admitted; the closure member 28 in the pipe 27 is open, the closure member 29 in the outer pipe is closed. The air speed must be calculated in this in such a way that the carbon black is not blown out, but also cannot settle to the bottom of the tank, i.e. it is kept in suspension following the principle of the swirling bed.
The air rising in the tower 11 still contains carbon black, also at the outlet point 15. It is therefore appropriate to provide at this location a device which separates the carbon black from the air. In the case of the apparatus shown on the plan, the cyclone 33 is connected to the opening 15; this separates the smoke black and lets it fall back into the tank 11 via an airlock.
The reaction tank, It can have a cylindrical shape, but it can also be designed so that the upper part emerges in a frustoconical fashion, in order to decrease the speed of the gas and thus to cause better retention of the black. of smoke in the
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reaction server. With a view to faster heating, the tank can optionally be surrounded by a steam-heated jacket;
It is advantageous to provide in the outer pipe 17, above the cyclone 33, the pipe 34 with the closure member 35, in order to have a possibility of deaeration. In this case, the closure member 36 is further provided after the deaeration pipe 34 in the direction of the current.
To lead the gas flow to the open air, we open 35 and we close 36.
As soon as the carbon black is heated to 120, NO2, possibly pre-heated, is admitted into the mixing head 19 via the pipe 31. The tangential admission of the air causes a very rapid mixing of air and NO2, especially since the NO2 feed pipe 31 overflows into the mixing head 19 and thereby exerts an injection effect.
When starting up, the closure member 36 is closed and the closure member 35 in the deaeration pipe 34 is open. As soon as NO2 is mixed with air, the temperature of the carbon black increases due to the heat of reaction released. After the first brown vapors reach the air at the deaeration pipe 34 after the cyclone 33, the shutters 35 and 36 as well as the two valves 28 and 29 at the blower 18 are reversed, and the air is conducted in circuit.
After the oxidation treatment, the NO2 still fixed in carbon black can be extracted. To do this, the carbon black is subjected in the reaction tank to a current of hot air of 230 to 300. After cooling briefly to about 120, the final product can be collected at discharge opening 13.
FIG. 2 shows the apparatus particularly suitable for continuous oxidation.
The heat-insulated reaction tank and the pre-treatment tank are represented by the marks 41 and 42 respectively. The carbon black, the air and the nitrogen peroxide enter the tank.
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- reaction tank 41 through the lower opening 43. The carbon black is discharged through the upper opening 44 and the lost gas through the upper opening 45.
The lost gas passes through the pipe
46 which connects the reaction chamber 41 to the pre-treatment chamber 42, and enters through the lower opening 47 into the pre-treatment chamber 42. The carbon black to be treated is in the battery. 48. The smoke black outlet opening 49 is connected to the pipe 50, which opens into the connecting pipe 46. The waste gas carries the carbon black into the tank 42. '
Air and nitrogen peroxide are supplied through lines 51 and 52 and mixed in mixing head 53. The mixture enters, via line 54 and lower opening 43, into reaction chamber 41. The mixture enters, via line 54 and lower opening 43, into reaction chamber 41. air duct 51 is connected to a fan (not shown in the plan).
The waste gas is discharged from the pre-treatment tank 42 through the upper opening 55 and the carbon black through the lower opening 56, which is connected through the line 57 to the nitrogen peroxide air line 54. The pre-treatment chamber 42 is thermally insulated and provided with the heating system 58. The carbon black passes into the line 54 via the dip pipe 59 in communication with the discharge opening 56 and via the airlock 60 Here it encounters the gas mixture consisting of air and nitrogen peroxide, passes into the gas stream and is blown with the latter into the reaction tank 41.
The complementary treatment tank 61 is connected to the reaction chamber 41 by the common upper part 62. The carbon black coming from the reaction chamber 41 enters through the connecting pipe 44 into the complementary treatment chamber.
61 and leaves the latter through the opening 63. Hot air is blown in from below through the opening 64. Above the hot air inlet 64 is provided the vertical tube 65, open. on both sides.
The final product leaves the additional processing chamber 61 via the pipe 66 provided approximately at mid-height and located
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, in connection with the discharge opening 63, while the lost gas escapes through 1.1 common opening 45.
The lower parts of the reaction chamber 41, of the pre-treatment chamber 42 and of the complementary treatment chamber 61 are frustoconical and the bottoms thereof are conical; the inlets 54/53, 46/47 and 64 are located in such a way that a tangential admission takes place in. the lower parts 67, 68 and 69. In the reaction tank 41 are provided two intermediate bottoms 70a and 70b, the conformation of which corresponds to that of the lower part 67.
The line 71 with the fan 72 connects the waste gas discharge opening 55 of the pre-treatment tank 42 to the system for blowing in the air-nitrogen peroxide mixture 51, 52, 53, 54 '. . Thanks to the three-way valve 73, the waste gas can also be vented to the open air.
The new process and the device for carrying out this process constitute the solution of the problem posed from the operational technical point of view by the oxidative treatment of carbon black with the use of No 2. Particularly in the case of the continuous apparatus, the reaction can be carried out with precision, it takes place with more uniformity and can be pushed to the desired end point without hassle, by without s 'ignites the smoke black. While being that the use of nitrogen peroxide is better, the new process is particularly economical, especially since one can count on a carbon black output of 100%, in the event of proper conduct of the reaction.
In the case of carbon blacks for colors, the new oxidation process results in improved flowability, wetting and dispersion, and thixotropy is almost completely eliminated. According to the new process, the technical properties of the rubber can also be favorably influenced.
So for example, after treatment, an active film black heats up
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slowly without deteriorating, thereby its properties of resistance and resistance to tearing and to friction, etc.:., and the elasticity increases very strongly until it reaches practically the values of a black of smoke inactive. The carbon blacks of this kind are suitable for the manufacture of rubber mixtures, which must have high elasticity, high strength as well as good wear resistance, such as, for example, those intended for manufacturing. 'Inflatable rafts, belt conveyors, hoses and cables. Obviously, one can also treat according to the new process, with just as much success, blacks of furnace smoke and flame.