CN201684589U - 造粒炭黑臭氧氧化锥形流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
一种造粒炭黑臭氧氧化锥形流化床反应器是由床体(3)、气体分布板(2)、气室(7)、气体入口(1)、气体出口(5)、炭黑进料口(4)和炭黑卸料口(6)组成。床体(3)顶部有气体出口(5)，床体(3)中部下端有炭黑进料口(4)，床体(3)下部有炭黑卸料口(6)，床体(3)底部与气室(7)相连，气体分布板(2)安置在床体(3)底部与气室(7)之间，气室(7)底部有气体入口(1)。本实用新型的床体(3)由三部分构成，床体(3)的下部是一个上端直径大于下端直径的锥形结构，锥角为10°-30°，锥形结构设计可以使炭黑被含有臭氧的气体充分流化，氧化效率高、产品质量稳定，同时又能够有效减少小粒径炭黑颗粒被夹带出反应器；床体(3)的中部是一个上端直径大于下端直径的锥形扩大段，锥角为40°-60°，当夹带有炭黑的反应残余气体流经此区域时，绝大部分炭黑实现了与气体的分离，可有效减少产品的浪费和后续气体的处理费用，并保护环境；床体(3)的上部是一个与床体(3)中部锥形扩大段上端直径相同的筒体。本实用新型结构简单，运行管理方便，使用周期长，氧化后的炭黑均可满足色素炭黑的国标要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气固反应器，具体地说是一种能同时适用于干法和湿法造粒炭黑的臭氧氧化锥形流化床反应器。
背景技术
随着我国经济的快速发展，对炭黑的需求逐年增加，造粒炭黑与粉状炭黑相比因具有包装和使用时无环境污染等优点而成为国内外用作色素炭黑的主要研发产品，并广泛用于印刷油墨、涂料和油漆等工业着色颜料。通常生产的造粒炭黑本身没有极性，而印刷油墨、涂料和油漆的基料通常有极性，在这些基料介质中，没有极性的造粒炭黑难以均匀分散且流动性差，直接影响颜料的黑度和亮度。为了改善造粒炭黑的表面化学性质，必须对其进行表面氧化处理，提高造粒炭黑的挥发分，使其表面含氧官能团增多，炭黑显酸性，从而使其具有更好的着色力和较强的黑度及亮度。
目前国内外炭黑表面氧化处理常用的方法主要有气相氧化和液相氧化。气相氧化采用臭氧、氧化氮、氧气和氟等对炭黑进行氧化处理；液相氧化的氧化剂有硝酸、双氧水和次氯酸钠水溶液等。一般来说，液相氧化的工艺较为成熟，但是由于其附属产品污染环境，随着气相氧化技术的日益成熟，而逐渐被取代。在常用的气相氧化剂中，臭氧因其氧化效率高、反应条件低等优点而被广泛使用。
炭黑的表面臭氧氧化可以在流化床反应器内完成。中国专利ZL98240426.3设计了一种炉法造粒炭黑臭氧表面氧化流化床反应器，该反应器采用多级流化室并联结构，尽管物料能够在反应器内实现多级混合流动，但由于炭黑流化性能较差，容易在各流化室连接处出现堵塞，从而影响炭黑后处理质量和整个生产工艺操作的连续性；美国专利US4435377发明了一个用NO2氧化炭黑的搅拌流化床反应器，炭黑在反应器内经NO2氧化后，其pH值明显降低，挥发分提高，但是该专利需要将气体分布器作为内构件安装在挡板上，使反应器结构复杂、制造难度大，不宜于生产的日常操作和维护；中国专利(公开号)CN1958145A介绍了一种多层挡板臭氧氧化炭黑的流化床反应器，该发明可用于超细炭黑和造粒炭黑的表面氧化处理，其不足之处是炭黑由反应器上部进料口进入反应器后需要经过多层挡板才能达到反应器下部与臭氧发生反应，在此过程中炭黑有可能会在挡板上方堆积，严重时形成死床，影响到炭黑生产的连续性。
发明内容
本实用新型的目的是解决背景技术中的问题和不足，提供一种能够同时适用于干法和湿法造粒炭黑在室温下臭氧氧化的锥形床反应器。
本实用新型的目的是这样实现的，它是由床体、气体分布板、气室、气体入口、气体出口、炭黑进料口和炭黑卸料口组成。其特征在于床体顶部有气体出口，床体中部下端有炭黑进料口，床体下部有炭黑卸料口，床体底部与气室相连，气体分布板安置在床体底部与气室之间，气室底部有气体入口。
如上所述床体的下部是一个上端直径大于下端直径的锥形结构，锥角为10°-30°。
如上所述床体的中部是一个上端直径大于下端直径的锥形扩大段，锥角为40°-60°。
如上所述床体的上部是一个与床体中部锥形扩大段上端直径相同的筒体。
含有臭氧的气体经气体入口进入气室，通过气室与床体底部的气体分布板进入床体内，造粒炭黑则经过床体中部下端的炭黑进料口进入，臭氧与炭黑在床体内充分接触并反应，被氧化后的炭黑由床体下部的炭黑卸料口排出，残余气体由床体顶部的气体出口排出。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
①本实用新型的床体下部为一个上端直径大于下端直径的锥形结构，由于床体截面积的变化，含臭氧的气体沿床体向上运动时会在床体垂直方向形成速度梯度，从而使造粒炭黑都能够被臭氧气体充分流化，炭黑与臭氧接触均匀，氧化效率高，产品质量稳定。
②本实用新型床体下部的锥形结构设计，可以有效减少小粒径炭黑颗粒被夹带出反应器，从而缓解后续工艺的颗粒分离压力。
③本实用新型的床体中部为一个上端直径大于下端直径的锥形扩大段，夹带有炭黑的反应残余气体流经此区域时，由于气体速度的不断减小，被夹带的炭黑在重量的作用下，绝大部分实现了与气体的分离返回到反应器内，有效减少了产品的浪费和后续气体的处理费用，增加企业效益并保护环境。
④本实用新型结构简单，运行管理方便，使用周期长。
附图说明
图1是造粒炭黑臭氧氧化锥形床反应器结构示意图
如图所示，1是气体入口，2是气体分布板，3是床体，4是炭黑进料口，5是气体出口，6是炭黑卸料口，7是气室。
具体实施方式
下面以具体的实施案例进一步说明本实用新型实验装置臭氧氧化处理造粒炭黑的方法。
如图1所示，床体3的顶部有气体出口5，床体3的中部下端有炭黑进料口4，床体3的下部有炭黑卸料口6，床体3的底部与气室7相连，气体分布板2安置在床体3底部与气室7之间，气室7的底部有气体入口1。
反应器床体3的总高度为3000mm，由三部分构成。床体3下部锥形结构的下端内径为100mm，锥角为20°，床体3中部锥形扩大段的锥角为50°，床体3的上部是一个与床体3中部锥形扩大段上端直径相同的筒体。臭氧由空气源的臭氧发生器产生，产量为10g/h，炭黑物料采用干法造粒炭黑N219。实验发现造粒炭黑流化均匀，气体夹带量小。炭黑在反应器内的反应时间可以由操作气速和炭黑供给量控制。不同反应时间下表征炭黑表面含氧基团的类型及其含量的pH值变化列于表一。
表一 炭黑氧化前后性能对比
Claims (4)
1.一种造粒炭黑臭氧氧化锥形流化床反应器是由床体(3)、气体分布板(2)、气室(7)、气体入口(1)、气体出口(5)、炭黑进料口(4)和炭黑卸料口(6)组成，其特征在于床体(3)顶部有气体出口(5)，床体(3)中部下端有炭黑进料口(4)，床体(3)下部有炭黑卸料口(6)，床体(3)底部与气室(7)相连，气体分布板(2)安置在床体(3)底部与气室(7)之间，气室(7)底部有气体入口(1)。
2.如权利要求1所述的一种造粒炭黑臭氧氧化锥形床反应器，其特征在于所述的床体(3)的下部是一个上端直径大于下端直径的锥形结构，锥角为10°-30°。
3.如权利要求1所述的一种造粒炭黑臭氧氧化锥形床反应器，其特征在于所述的床体(3)的中部是一个上端直径大于下端直径的锥形扩大段，锥角为40°-60°。
4.如权利要求1所述的一种造粒炭黑臭氧氧化锥形床反应器，其特征在于所述的床体(3)的上部是一个与床体(3)中部锥形扩大段上端直径相同的筒体。
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