CN111909538B - 一种珠光材料连续煅烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及珠光材料的生产领域，具体涉及一种珠光材料连续煅烧系统及方法，采用流态化连续煅烧技术，将包覆工段生产的珠光材料前驱体进行煅烧热处理，生产出珠光材料。本发明通过电加热流化床方式简化煅烧流程，提高煅烧效率，降低煅烧能耗，同时大幅度减小设备占地面积，降低设备垂直高度，可满足年产量低于百吨级特殊型号珠光材料的生产。本发明具有设备体积小型化、流程短、连续生产效率高、煅烧效果好、生产能耗低等优点，适用于包覆型钛云母珠光材料的工业煅烧工艺段，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种珠光材料连续煅烧系统及方法
技术领域
本发明属于珠光材料、化工领域，具体涉及一种珠光材料连续煅烧工艺的系统及方法。
背景技术
珠光材料经光线作用可以呈现出柔和夺目、绚丽多彩的珠光效应，被广泛应用在涂料、油墨、化妆品、塑料、橡胶和印刷等行业。云母钛珠光材料是其中最具代表性的一种，以片状云母基材为核，通过化学包覆工艺在片状基材表面包覆一层或多层钛或其它金属氧化物而形成的微粉。
珠光材料前驱体的煅烧热处理是云母钛珠光颜料生产中的一个重要工艺步骤。现有液相工艺生产的珠光材料，在包覆工艺后珠光材料前驱体，云母薄片表面是水合二氧化钛，通过煅烧脱去结晶水，变成稳定的结晶态二氧化钛，同时使锐钛矿型二氧化钛转变成金红石型二氧化钛。此外，煅烧热处理还可以除去珠光材料中的各种酸根离子(如Cl-、SO4 2-等)，使其在高温下分解和挥发。经过煅烧的珠光材料可以显著提高白度和亮度，增加遮盖力，并赋予较高的吸附量和颜料等其他性质。
传统的珠光材料生产用煅烧装置是辊道窑，珠光材料经传送带送入加热炉进行煅烧，珠光材料粉体堆积在传送带上是静止不动的，由于珠光材料在高温下发生分解反应，堆积粉体的表面是可以彻底反应的，但是在堆积粉体内部的粉体就难以实现充分反应，这种煅烧方式对于珠光材料煅烧质量控制是很不稳定的，效率低下，影响珠光材料的产品质量。此外，为了防止粉体带走热量，传送带的移动速度要降低，一般珠光材料煅烧时间长达数小时，这就大大提高了耗电量，直接提高了煅烧成本。再次，由于传热效率较低，辊道窑设备体积往往较大，清理不便，不利于小批量色号珠光材料的煅烧。
因此，本领域急需一种小型化、高效煅烧珠光材料前驱体的系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化、高效的珠光材料连续煅烧的系统及方法，本发明基于流态化煅烧技术，将包覆工段生产的珠光材料前驱体进行煅烧热处理，生产出珠光材料，具有设备体积小型化、流程短、连续生产效率高、煅烧效果好、生产能耗低等优点，适用于包覆型钛云母珠光材料的工业煅烧工艺段，具有良好的经济和社会效益。
为达到此目的，本发明的具体技术方案如下：
一种珠光材料连续煅烧系统，所述系统包括原料仓1、螺旋加料器2、进料阀3、流化床反应器4、主加热电炉5、一级旋风分离器6、二级旋风分离器6-1、一分回料阀7、二分回料阀8、金属除尘器9、引风机10、烟囱11、出料阀12、水冷螺旋13、产品料仓14、气体换热器15、气体加热电炉16、空气风机17、水泵18和冷却塔19；
在所述系统中，原料仓1的出料口与螺旋加料器2连接，螺旋加料器2的出料口与进料阀3的进料口连接，进料阀3出料口与流化床反应器4的进料口连接，流化床反应器4的进气口与气体换热器15的出气口连接，流化床反应器4的出料口与出料阀12的进料口连接，一级旋风分离器6的进气口与流化床反应器4的出气口连接，一级旋风分离器6的出料口与一分回料阀7的进料口连接，二级旋风分离器6-1的进气口与一级旋风分离器6的出气口连接，二级旋风分离器6-1的出料口与二分回料阀8的进料口连接，一分回料阀7和二分回料阀8的出料口与流化床反应器4连接，金属除尘器9的进气口与二级旋风分离器6-1的出气口连接，金属除尘器9出料为细粉产品，引风机10的进气管与金属除尘器9的出气管连接，引风机10的出气管与烟囱11连接；出料阀12的出料口与水冷螺旋13的进料口连接，水冷螺旋13的出料口与产品料仓14连接，气体换热器15的进气口与空气风机17连接，水泵18的出水口与水冷螺旋13的进水口连接，水冷螺旋13的出水口与冷却塔19连接，冷却塔19的出水口连接到工艺水总管。
本发明中，流化床反应器4排出的高温含尘气体，先后经过一级旋风分离器6、二级旋风分离器6-1，充分沉降10-60μm的粗颗粒，沉降后的粒径为10-60μm的粗颗粒通过一分回料阀7和二分回料阀8回到流化床反应器4中，分离粗颗粒后的高温含尘气体再经过高温的金属除尘器9，沉降粒径10μm以下的细颗粒得到细颗粒分级产品，金属除尘器9处理后气体也达到排放的粉尘浓度。经过上述处理后，实现了高温烟气的粗细颗粒分级，尾气净化。
本发明中，空气经风机加压后，依次通过气体加热电炉16、主加热电炉5进行串联换热。本发明采用分段式换热，可避免流化床反应器4下部因冷空气造成的局部低温对煅烧的影响。
本发明还提供一种基于上述系统的珠光材料连续煅烧的方法，所述方法包括以下步骤：
1)珠光材料前驱体粉体经由原料仓1通过螺旋加料器2经进料阀3进入流化床反应器4；流化床反应器4煅烧后排出的高温烟气(高温含尘气体)中夹带粉体中的粗颗粒，经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1收集后，通过一分回料阀7和二分回料阀8返回流化床反应器4；二级旋风分离器6-1排出的高温烟气中夹带的细颗粒粉体，经高温的金属除尘器9收集后堆存，净化后的高温含尘气体的经过引风机10，从烟囱11排出；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器4的出料口排出，经过出料阀12进入水冷螺旋13冷却，最后进入产品料仓14堆存；
2)空气通过气体加热电炉16加热的气体换热器15进入流化床反应器4，用以流化、加热流化床反应器4内的珠光材料前驱体粉体，煅烧后的高温含尘气体经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1后进入金属除尘器9净化，净化后的低温烟气经过引风机10，从烟囱11排出；
3)工艺水总管的冷却水经过水泵18加压，进入水冷螺旋13的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋13的出水口，经冷却塔19冷却循环使用。
优选地，所述珠光材料产品包括银白系列珠光材料、幻彩系列珠光材料或着色系列珠光材料。
优选地，所述未煅烧的珠光材料前驱体，含水量在5～30wt％。
优选地，所述流化床反应器4中的煅烧温度在550～850℃，煅烧时间在10～60min。
本发明通过电加热流化床方式简化煅烧流程，提高煅烧效率，降低煅烧能耗，同时大幅度减小设备占地面积，降低设备垂直高度，可满足年产量低于百吨级特殊型号珠光材料的生产。
本发明提供的珠光材料连续煅烧工艺的方法，相较于现有基于辊道窑的煅烧技术，本发明的优势在于：
(1)流态化状态珠光材料在煅烧过程中气固接触充分，煅烧效果好，煅烧后粉体的分散性更好，光泽度提升10％。
(2)系统中进出料控制实现规模化连续煅烧，生产效率高，充分煅烧可提升产品质量，提高煅烧生产的稳定性。
(3)快速高效煅烧可大幅缩短煅烧时间，实现低能耗煅烧，降低煅烧成本。煅烧能耗仅为同当量辊道窑的50％。
(4)设备占地面积小，小型化易于小批次珠光颜料前驱体的焙烧，操作灵活。占地面积仅为同当量辊道窑的40％。
附图说明
图1是本发明提供的珠光材料连续煅烧工艺流程简图；
附图标记：
1、原料仓；2、螺旋加料器；3、进料阀；4、流化床反应器；5、主加热电炉；6、一级旋风分离器；6-1、二级旋风分离器；7、一分回料阀；8、二分回料阀；9、金属除尘器；10、引风机；11、烟囱；12、出料阀；13、水冷螺旋；14、产品料仓；15、气体换热器；16、气体加热电炉；17、空气风机；18、水泵；19、冷却塔。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚和完整的描述，但并不限定于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种珠光材料连续煅烧工艺的系统，所述系统包括依次连接的原料仓1、螺旋加料器2、进料阀3、流化床反应器4、主加热电炉5、一级旋风分离器6、二级旋风分离器6-1、一分回料阀7、二分回料阀8、金属除尘器9、引风机10、烟囱11、出料阀12、水冷螺旋13、产品料仓14、气体换热器15、气体加热电炉16、空气风机17、水泵18和冷却塔19；
在所述系统中，原料仓1的出料口与螺旋加料器2连接，螺旋加料器2的出料口与进料阀3的进料口连接，进料阀3出料口与流化床反应器4的进料口连接，流化床反应器4的进气口与气体换热器15的出气口连接，流化床反应器4的出料口与出料阀12的进料口连接，一级旋风分离器6的进气口与流化床反应器4的出气口连接，一级旋风分离器6的出料口与一分回料阀7的进料口连接，二级旋风分离器6-1的进气口与一级旋风分离器6的出气口连接，二级旋风分离器6-1的出料口与二分回料阀8的进料口连接，一分回料阀7和二分回料阀8的出料口与流化床反应器4连接，金属除尘器9的进气口与二级旋风分离器6-1的出气口连接，金属除尘器9出料为细粉产品，引风机10的进气管与金属除尘器9的出气管连接，引风机10的出气管与烟囱11连接，出料阀12的出料口与水冷螺旋13的进料口连接，水冷螺旋13的出料口与产品料仓14连接，气体换热器15的进气口与空气风机17连接，水泵18的出水口与水冷螺旋13的进水口连接，水冷螺旋13的出水口与冷却塔19连接。
流化床反应器4排出的高温含尘气体，先后经过一级旋风分离器6、二级旋风分离器6-1，充分沉降10-60μm的粗颗粒，沉降后的粒径为10-60μm的粗颗粒通过一分回料阀7和二分回料阀8回到流化床反应器4中，分离粗颗粒后的高温含尘气体再经过高温的金属除尘器9，沉降粒径10μm以下的细颗粒得到细颗粒分级产品，金属除尘器9处理后气体也达到排放的粉尘浓度。实现了高温烟气的粗细颗粒分级，尾气净化。
空气依次通过气体加热电炉16、主加热电炉5进行串联换热。分段式换热，可避免流化床反应器4下部因冷空气造成的局部低温对煅烧的影响。
实施例2
基于实施例1所述系统的一种珠光材料连续煅烧工艺的方法，所述珠光材料连续煅烧的方法，包括如下步骤：
1)珠光材料前驱体粉体经由原料仓1通过螺旋加料器2经进料阀3进入流化床反应器4；流化床反应器4煅烧后排出的高温烟气中夹带粉体中的较粗颗粒，经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1收集后，通过一分回料阀7和二分回料阀8进入流化床反应器4；二级旋风分离器6-1排出的高温烟气中夹带的较细颗粒粉体，经高温的金属除尘器9收集后堆存，净化后的高温含尘气体的经过引风机10，从烟囱11排出；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器4的出料口排出，经过出料阀12进入水冷螺旋13冷却，最后进入产品料仓14堆存；
2)空气通过气体加热电炉16加热的气体换热器15进入流化床反应器4，用以流化、加热流化床反应器4内的珠光材料前驱体粉体，煅烧后的高温含尘气体经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1后进入金属除尘器9净化，净化后的低温烟气经过引风机10，从烟囱11排出；
3)工艺水总管的冷却水经过水泵18加压，进入水冷螺旋13的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋13的出水口，经冷却塔19冷却循环使用。
所述珠光材料产品包括银白系列珠光材料、幻彩系列珠光材料和着色系列珠光材料。
未煅烧珠光材料前驱体的含水量在5～30wt％。煅烧温度在550～850℃，煅烧时间在10～60min。
实施例3
采用实施例2所述的方法，将含水量为5％的银白系列珠光材料前驱体粉体经由原料仓1通过螺旋加料器2经进料阀3进入流化床反应器4；空气通过气体加热电炉16加热的气体换热器15进入流化床反应器4，用以流化和煅烧流化床反应器4内的珠光材料前驱体粉体，煅烧温度在550℃，煅烧时间在60min；经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1后进入金属除尘器9净化，净化后的低温烟气经过引风机10，从烟囱11排出；工艺水总管的冷却水经过水泵18加压，进入水冷螺旋13的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋13的出水口，经冷却塔19冷却循环使用；流化床反应器4煅烧后排出的高温烟气中夹带粉体中的较粗颗粒，经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1收集后，通过一分回料阀7和二分回料阀8进入流化床反应器4；二级旋风分离器6-1排出的高温烟气中夹带的较细颗粒粉体，经高温的金属除尘器9收集后堆存；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器4的出料口排出，经过出料阀12进入水冷螺旋13冷却，最后进入产品料仓14堆存。
实施例4
采用实施例2所述的方法，将含水量为30％的幻彩系列珠光材料前驱体粉体经由原料仓1通过螺旋加料器2经进料阀3进入流化床反应器4；空气通过气体加热电炉16加热的气体换热器15进入流化床反应器4，用以流化和煅烧流化床反应器4内的珠光材料前驱体粉体，煅烧温度在850℃，煅烧时间在10min；经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1后进入金属除尘器9净化，净化后的低温烟气经过引风机10，从烟囱11排出；工艺水总管的水经过水泵18加压，进入水冷螺旋13的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋13的出水口，经冷却塔19冷却循环使用；流化床反应器4煅烧后排出的高温烟气中夹带粉体中的较粗颗粒，经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1收集后，通过一分回料阀7和二分回料阀8进入流化床反应器4；二级旋风分离器6-1排出的高温烟气中夹带的较细颗粒粉体，经高温的金属除尘器9收集后堆存；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器4的出料口排出，经过出料阀12进入水冷螺旋13冷却，最后进入产品料仓14堆存。
实施例5
采用实施例2所述的方法，将含水量为15％的着色系列珠光材料前驱体粉体经由原料仓1通过螺旋加料器2经进料阀3进入流化床反应器4；空气通过气体加热电炉16加热的气体换热器15进入流化床反应器4，用以流化和煅烧流化床反应器4内的珠光材料前驱体粉体，煅烧温度在650℃，煅烧时间在20min；经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1后进入金属除尘器9净化，净化后的低温烟气经过引风机10，从烟囱11排出；工艺水总管的水经过水泵18加压，进入水冷螺旋13的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋13的出水口，经冷却塔19冷却循环使用；流化床反应器4煅烧后排出的高温烟气中夹带粉体中的较粗颗粒，经一级旋风分离器6和二级旋风分离器6-1收集后，通过一分回料阀7和二分回料阀8进入流化床反应器4；二级旋风分离器6-1排出的高温烟气中夹带的较细颗粒粉体，经高温的金属除尘器9收集后堆存；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器4的出料口排出，经过出料阀12进入水冷螺旋13冷却，最后进入产品料仓14堆存。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种珠光材料连续煅烧系统，其特征在于，所述系统包括原料仓(1)、螺旋加料器(2)、进料阀(3)、流化床反应器(4)、主加热电炉(5)、一级旋风分离器(6)、二级旋风分离器(6-1)、一分回料阀(7)、二分回料阀(8)、金属除尘器(9)、引风机(10)、烟囱(11)、出料阀(12)、水冷螺旋(13)、产品料仓(14)、气体换热器(15)、气体加热电炉(16)、空气风机(17)、水泵(18)和冷却塔(19)；
在所述系统中，原料仓(1)的出料口与螺旋加料器(2)连接，螺旋加料器(2)的出料口与进料阀(3)的进料口连接，进料阀(3)出料口与流化床反应器(4)的进料口连接，流化床反应器(4)的进气口与气体换热器(15)的出气口连接，流化床反应器(4)的出料口与出料阀(12)的进料口连接，一级旋风分离器(6)的进气口与流化床反应器(4)的出气口连接，一级旋风分离器(6)的出料口与一分回料阀(7)的进料口连接，二级旋风分离器(6-1)的进气口与一级旋风分离器(6)的出气口连接，二级旋风分离器(6-1)的出料口与二分回料阀(8)的进料口连接，一分回料阀(7)和二分回料阀(8)的出料口与流化床反应器(4)连接，金属除尘器(9)的进气口与二级旋风分离器(6-1)的出气口连接，金属除尘器(9)出料为细粉产品，引风机(10)的进气管与金属除尘器(9)的出气管连接，引风机(10)的出气管与烟囱(11)连接；出料阀(12)的出料口与水冷螺旋(13)的进料口连接，水冷螺旋(13)的出料口与产品料仓(14)连接，气体换热器(15)的进气口与空气风机(17)连接，水泵(18)的出水口与水冷螺旋(13)的进水口连接，水冷螺旋(13)的出水口与冷却塔(19)连接；
流化床反应器(4)排出的高温含尘气体，依次经过一级旋风分离器(6)、二级旋风分离器(6-1)，高温含尘气体中的10-60μm的粗颗粒沉降后通过一分回料阀(7)和二分回料阀(8)回到流化床反应器(4)中；分离粗颗粒后的高温含尘气体再经过金属除尘器(9)，沉降10μm以下的细颗粒；
空气依次通过气体加热电炉(16)、主加热电炉(5)串联换热。
2.一种利用权利要求1所述系统进行的珠光材料连续煅烧的方法，所述方法包括以下步骤：
1)珠光材料前驱体粉体经由原料仓(1)通过螺旋加料器(2)经进料阀(3)进入流化床反应器(4)；流化床反应器(4)煅烧后排出的高温含尘气体中夹带粉体中的粗颗粒，经一级旋风分离器(6)和二级旋风分离器(6-1)收集后，通过一分回料阀(7)和二分回料阀(8)返回流化床反应器(4)；二级旋风分离器(6-1)排出的高温含尘气体中夹带的细颗粒粉体，经金属除尘器(9)收集后堆存，净化后的高温含尘气体的经过引风机(10)，从烟囱(11)排出；煅烧充分的珠光材料从流化床反应器(4)的出料口排出，经过出料阀(12)进入水冷螺旋(13)冷却，最后进入产品料仓(14)堆存；
2)空气通过气体加热电炉(16)加热的气体换热器(15)进入流化床反应器(4)，用以流化、加热流化床反应器(4)内的珠光材料前驱体粉体；
3)工艺水总管的冷却水经过水泵(18)加压，进入水冷螺旋(13)的进水口与热物料进行换热，再从水冷螺旋(13)的出水口，经冷却塔(19)冷却循环使用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述珠光材料包括银白系列珠光材料、幻彩系列珠光材料或着色系列珠光材料。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述珠光材料前驱体粉体的含水量在5～30wt％。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，流化床反应器(4)中的煅烧温度在550～850℃，煅烧时间在10～60min。
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