DE1231224B - Verfahren zur Kuehlung einer gasfoermigen Dispersion von Titandioxydpigment - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES >%57*W PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

COIg

Deutsche Kl.: 12 η-23/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1231224
A 40877IV a/12 η
3. August 1962
29. Dezember 1966

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung von heißen, gasförmigen Dispersionen von Titandioxydpigmentteilchen von Temperaturen, bei denen Titandioxydteilchen klebrig sind, auf Temperaturen, bei denen sie nicht klebrig sind.

Titandioxydpigment wird hergestellt, indem man Titantetrachloridgas mit Sauerstoff verbrennt; das Produkt besteht im wesentlichen aus einer Dispersion von Titandioxydpigmentteilchen in Chlor, obwohl andere Gase, wie z. B. Kohlendioxyd, Stickstoff und Sauerstoff anwesend sein können.

Die Verbrennung vollzieht sich im Temperaturbereich von etwa 1200 bis 1800⁰C. Von diesem Bereich bis herab zu dem Klebpunkt des Titandioxydpigmentes (d. h. der Temperatur, bei der die Pigmentteilchen beginnen plastisch und klebrig zu werden; diese Temperatur ist unter anderem z. B. auch von der Teilchengröße abhängig), der im allgemeinen im Bereich zwischen 400 und 700⁰C liegt, verhalten sich Titandioxydteilchen, als ob sie plastisch oder klebrig wären. Diese Klebrigkeit ist die Ursache, daß das Pigment beim Aufbringen auf Oberflächen weiche, anhaftende Überzüge bildet. Dieses Verhalten stellt ein schwieriges Problem bei der Pigmentherstellung dar.

Es war lange bekannt, daß man die Pigmentdispersion auf eine Temperatur unter dem Klebpunkt des Pigments kühlen muß. Die deutsche Auslegeschrift 1 033 192 beschreibt die Verwendung von kaltem, pigmentärem Titandioxyd für diesen Zweck. Gemäß dem Verfahren dieser Auslegeschrift bewegen sich die Pigmentteilchen notwendigerweise gleichzeitig mit der heißen, gasförmigen Dispersion, die gekühlt wird. Folglich ist ihre Endtemperatur, d. h. ihre Temperatur, bei der die Kühlwirkung vollständig ist, die gleiche wie die Temperatur der gasförmigen Dispersion. Dieser Umstand setzt der Wirksamkeit des Verfahrens eine praktische Grenze; z. B. werden bei dem Verfahren der genannten Auslegeschrift etwa 6,8 kg Titandioxydpigment von 20⁰C benötigt, um 0,454 kg Titandioxydpigment in der gasförmigen Dispersion von 1400 auf 35O⁰C zu kühlen. Die Ursache dieses hohen Verbrauchs an Kühlmittel ist dem Umstand zuzuschreiben, daß bei diesem Verfahren das Wärmeaufnahmevermögen des kühlenden Pigments nur in sehr geringem Ausmaß genutzt werden kann.

Es hat sich nun herausgestellt, daß heiße, gasförmige Suspensionen wirksamer und mit angemessener Schnelligkeit gekühlt werden können, wenn man die Dispersion kontinuierlich von unten nach oben durch einen senkrechten Turm leitet und dabei mit groben, inerten Kühlteilchen berieselt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung einer Verfahren zur Kühlung einer gasförmigen
Dispersion von Titandioxydpigment

Anmelder:

American Cyanamid Company,

Township of Wayne, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. I. M. Maas und Dr. W. G. Pfeiffer,

Patentanwälte, München 23, Ungererstr. 25

Als Erfinder benannt:
Peter Joseph Preston,
Lynchburg, Va. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. August 1961
(132367)

gasförmigen Dispersion von Titandioxydpigment von einer Temperatur über dem Klebpunkt des Pigments auf eine Temperatur unter dessen Klebpunkt mit Hilfe von Feststoffpartikeln besteht daher darin, daß die Dispersion durch einen senkrechten Turm im Gegenstrom zu herabrieselnden inerten Kühlteilchen mit einem Durchmesser von 0,15 bis 1,65 mm, vorzugsweise von 0,25 bis 0,37 mm, nach oben geführt wird.

Hierdurch ist es z. B. möglich, in weniger als 4 Sekunden solche Dispersion von 1400 auf 35O⁰C mit 8,37 kg kühlenden Teilchen pro Kilogramm in der gasförmigenDispersion gekühltem Titandioxydpigment zu kühlen.

Als Kühlteilchen können solche aus Al₂O₃, TiO₂ oder SiO₂ verwendet werden. Vorzugsweise wird die Dispersion auf eine Temperatur unter 200° C gekühlt. Zweckmäßig wird ein Teil der Kühlteilchen in Form von groben Teilchen tangential in den Turm in einer Höhe eingeführt, in der die Temperatur der Dispersion über dem Klebpunkt des darin befindlichen Pigments Hegt.

Die vorliegende Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:

1. Die groben, kühlenden Teilchen scheiden sich automatisch auf Grund ihrer Schwere von der gasförmigen, gekühlten Dispersion ab. Eine besondere Vorrichtung zur Abscheidung der kühlenden Teilchen ist daher nicht erforderlich;

609 749/280

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2. Da die kühlenden Teilchen sich im Gegenstrom- Sieb 18, welche zum Trichter 24 durch Heber 27 rückverfahren bewegen, kann ihre Austrittstemperatur geführt werden.

aus dem Kühlturm sich verhältnismäßig nahe der In F i g. 2 enthält der Turmboden 28 einen Metall-Eingangs- (d. h. maximalen) Temperatur der gas- chlorid-Sauerstoffbrenner des Typs, wie er in der förmigen, zu kühlenden Dispersion bewegen. So 5 deutschen Patentschrift 1 206 873 beschrieben ist. kann das Wärmeaufnahmevermögen der kühlen- Der Brenner besteht im wesentlichen aus zwei Gasden Teilchen in größerem Ausmaß ausgenutzt Zuführungsleitungen 29 und 30 von 30,48 cm (12 inches) werden; Innendurchmesser, deren Enden 6,35 cm Abstand

3. Die kühlenden Teilchen müssen nicht aus Titan- ^ha^^{en und die} durch Ablenkbleche 31 und 32 vor Abdioxyd, sondern können aus einem anderen Stoff ^{10 Π£}* geschützt sind. Die Lücke zwischen den Brennermit besseren thermischen Eigenschaften als das ^rc*^ren *^s* >^m wesMittdusn durch die Ablenkschutz-Titandioxyd bestehen, z. B. einem höheren War- ™hre 33 bedeckt welche verhindert, daß irgendwelche meaufnahmevermögen oder einem höheren Kleb- S?⁶^™ ^^/Γ* J^ ^ΐ ™^sff^{n de}*

oder Erweichungspunkt. 5⁰^²⁹ T* _τ ³° ^Ml™' £&*?£* ^ΐ^ι ^&?

i5 die Enden der Leitungen 29 und 30 auffallen laßt,

Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der wobei eventuell anhaftendes Pigment weggescheuert

Erfindung. wird. Die Ablenkröhre 33 kann durch eine nicht

Fig. 1 zeigt schematisch eine Form einer zweck- gezeichnete Vorrichtung in Rotation gesetzt werden,

mäßigen Vorrichtung zur Ausführung des erfindungs- so daß anhaftendes Pigment einheitlich durch fallende,

gemäßen Verfahrens. ao kühlende Teilchen weggescheuert wird.

F i g. 2 zeigt in schematischer, perspektivischer Die Turm 1 zugeführte Menge von kühlenden Teil-Darstellung einen Kühlturm, wie in Fig. 1 gezeich- chen und ihre anfängliche Temperatur wird so eingenet, ohne Wärmeisolierung, aber mit einem Metall- stellt, daß die durch Öffnung 4 austretende, gasförmihalogenid-Sauerstoffbrenner. ge Dispersion die gewünschte Temperatur hat. Diese In F i g. 1 wird ein Kühlturm 1 gezeigt, dessen 25 Temperatur hegt unter dem Klebpunkt des Pigments unterer Teil aus feuerfesten Ziegeln 2 hergestellt ist, und kann bei etwa 100° C liegen, versehen mit einer unteren, seitlichen Öffnung 3 zur Zur Vermeidung von Überhitzung der Vorrichtung Einführung der heißen Pigmentdispersion, die gekühlt wird der Brenner nicht entzündet, bevor der Kreislauf werden soll, einer oberen, seitlichen Auslaßöffnung 4 der kühlenden Teilchen in Gang ist und kaltes Wasser um die gekühlte Pigmentdispersion zu entnehmen, 30 durch Ablenkröhre 33 läuft.

Trichter 5 für kalte, kühlende Teilchen und einer Bei laufendem Verfahren führen die kühlenden Teilobersten Öffnung 6 zur Zuführung von kühlenden chen eine wesentliche Menge an Pigment mit sich. Teilchen aus Trichter 5 durch Zellenrad 7 und Lei- Ein Teil dieses Pigments wird von den kühlenden tung 8. In der Nähe des oberen Turmendes befinden Teilchen im Kühler 12 abgetrennt, und der restliche sich verschiedene Verteiler, von denen einer, 9, erkenn- 35 Teil wird weitgehend im Gastrenner 14 entfernt, bar ist, welche die fallenden, kühlenden Teilchen Dieses Pigment wird zu dem unteren Teil des Kühleinheitlich in dem Turm verteilen. Die Öffnung 10 am turms 1 durch komprimiertes Endgas, welches durch Boden dient zum Entnehmen der heißen, kühlenden Röhre 15 eingeleitet wird, rückgeführt. Teilchen. Die Röhren 11 und 13 dienen zur Leitung Als kühlende Teilchen werden Feststoffpartikeln der der heißen, kühlenden Teilchen zu einem wasser- 40 angegebenen Größenordnungen verwendet, die gegengekühlten Rotationstrommelkühler 12 und bzw. oder über der zu behandelnden Dispersion inert sind. Da einem Gastrenner 14. Der Gastrenner 14 wird mit die Ausgangstemperatur der kühlenden Teilchen nicht einem Gas unter Druck durch Einlaß 15 beschickt so hoch wie die Temperatur der eintretenden, gasf örmi- und entfernt die kalten, kühlenden Teilchen durch gen Dispersion sein muß, brauchen die Teilchen nicht ein gasdichtes Ventil 16 in Trichter 17. Die kalten, 45 thermisch stabil zu sein. Siliciumdioxyd, Titandioxyd kühlenden Teilchen gehen gewünschtenfaUs durch ein und Aluminiumoxyd werden für diese Stoffe bevor-Schüttelsieb 18 und werden durch einen geschlossenen, zugt; sie haben hohe spezifische Wärmen und Erweipneumatischen Heber, einen Eimeraufzug oder durch chungspunkte, sind beständig gegen thermische Abandere geeignete Mittel 19 zu dem Trichter 5 rück- schreckung und Abrieb und sind leicht verfügbar, geführt. 50 Da die spezifische Wärme von Titandioxyd 1,164 kcal/ Der gewünschtenfaUs angebrachte Auslaßventila- kg (0,21 B.t.u./lb./°F) und die spezifische Wärme von tor 22 hält das Innere des Turms unter leichtem Aluminiumoxyd 1,61 kcal/kg (0,29 B.t.u./lb./°F) be-Unterdruck, wodurch die Rückführung von Titan- trägt, erlaubt die Verwendung von Aluminiumoxyd dioxyd vom Abscheider 14 erleichtert und ein Gas- eine Einsparung von 26 Gewichtsprozent der zu handverlust von Turm 1 vermieden wird. _> 55 habenden, kühlenden Teilchen. Gefärbtes, granuhertes Die gegebenenfaUs angebrachte Leitung 23 führt Material kann verwendet werden, wenn es genügend tangential durch Einlaß 23 a im Turm 1, in einer Höhe, hart und widerstandsfähig ist.

in der die Temperatur der aufsteigenden, gasförmigen Die kühlenden Teüchen haben Durchmesser von

Suspension unterhalb des Klebpunkts des Pigments 0,15 bis 1,65 mm (10 bis 100 mesh, Tyler standard liegt; mit ihrer Hilfe werden große, kugelförmige 60 scree; s. Chemical Engineers' Handbook, 3. Ausgabe

Teilchen gegen die innere Wand des Turms geblasen, [N. Y., 1950], S. 963). Ihre Temperatur bei der Zu-

wodurch Pigmentablagerungen, die sich eventueU dort führung zu dem Turm ist verhältnismäßig niedrig,

bilden können, weggeblasen werden können. Lei- z. B. 20 bis 100°C.

tung 23 wird mit großen, kugelförmigen Teilchen aus Vorzugsweise verwendet man kühlende Teilchen in Trichter 24 durch Zellenrad 25 und mit Druckgas 65 der Größenordnung von 0,25 bis 0,37 mm Durch-

durch Leitung 26 beschickt. messer (40 bis 60 mesh). Solche Teilchen sind genügend

Die Teilchen zum Wegblasen der Pigmentablage- klein, um eine rasche Wärmeübertragung zu gewähr-

rungen bestehen aus den übergroßen Teüchen von leisten, und trotzdem genügend groß, um rasch durch

eine, vom Standpunkt der Pigmentherstellung mit ausreichender Geschwindigkeit aufsteigende Pigmentsuspension zu fallen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bequemes Verfahren, die heiße, gasförmige Dispersion auf irgendeine Temperatur unter dem Klebpunkt des Pigments zu kühlen (etwa unter 600 bis 400⁰C).

So kann die Dispersion, falls gewünscht, auf die normale Verpackungstemperatur oder sogar niedriger gekühlt werden.

Im allgemeinen wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung am wirksamsten angewandt, wenn die Höhe des Kühlturms und die Aufwärtsgeschwindigkeit der gasförmigen Suspension darin so aufeinander abgestimmt werden, daß die kühlenden Teilchen am Boden des Kühlturms bei ihrem Klebpunkt oder der Eintrittstemperatur der gasförmigen Dispersion, die niedriger ist, abgezogen werden und die Dispersion am oberen Ende des Reaktors bei einer Temperatur, die gerade unter dem Klebpunkt des Pigments liegt, abgezogen wird. Hierdurch wird das Wärmeaufnahmevermögen der kühlenden Teilchen praktisch maximal ausgenutzt, und es wird die günstigste Wirkung erzielt, um die Dispersion durch ein herkömmliches und wirtschaftlicheres Verfahren zu kühlen.

Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, einen Teil der kühlenden Teilchen in der Nähe der Mitte der kühlenden Kolonne einzuführen, um eine intensivere Kühlung der extrem heißen Dispersion beim beginnenden Aufsteigen durch den Turm zu bewirken, wodurch die zerstörende Wirkung des heißen Gases im niedrigeren Teil der Vorrichtung vermindert wird.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Im folgenden wird die praktische Ausführung der vorliegenden Versuchsbetriebsanlage mit einer Kapazität von 3t pro Tag erläutert, die der in Fig. 1 gezeichneten Anlage ähnelt.

Der Kühlturm besitzt einen Innendurchmesser von 61 cm (2 feet) und eine Höhe von 6,10 m (20 feet) und besteht aus einem Aluminiumblech von 3,2 mm (Vs inch) Stärke, der Boden ist durch ein 1,83 m (6 feet) starkes Futter von feuerfesten Ziegeln geschützt.

Die Apparatur wird in Betrieb gesetzt, indem man den Trommelkühler einschaltet, dem Trenner kaltes, komprimiertes Endgas (ein Gemisch von Chlor und Kohlendioxyd) zuführt, Aluminiumoxydteilchen in der Größenordnung von 0,83 bis 0,17 mm Durchmesser (20 bis 80 mesh) von 2O⁰C vom oberen Teil des Turms in einem Anteil von 32,7 kg (72 pound) pro Minute im Kreislauf zuführt und einen Strom von kalten, kugelförmigen Aluminiumoxydteilchen in einer Größenordnung von 4,70 bis 1,65 mm Durchmesser (4 bis 10 mesh) durch komprimiertes Endgas durch eine tangentiale Aluminiumröhre von 1,27 cm (V₂ inch) Innendurchmesser in einer Höhe von 3,05 m (10 feet) des Turms so richtet, daß der untere, innere Teil des Turmes damit abgescheuert wird.

Dann wird am Boden des Turms durch die Einlaßleitung eine heiße, gasförmige Dispersion mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,9 kg (4,2 Ib.) pro Minute (TiO₂-Basis) eingeleitet, die durch Verbrennung von Titantetrachlorid mit Sauerstoff und Kohlenmonoxyd hergestellt wurde. Die Eingangstemperatur der Dispersion beträgt etwa 1400⁰C. Die Analyse der Dispersion ergab 32 Gewichtsprozent TiO₂ und 57 Gewichtsprozent Chlor, der Rest bestand überwiegend aus Kohlendioxyd und Stickstoff. Die Suspension steigt mit einer anfänglichen Geschwindigkeit von 45,72 cm/sec. (1,5 feet pro Sekunde) durch den Turm aufwärts.

Die Temperatur der Aluminiumoxydteilchen beim Austritt aus dem Boden des Turms beträgt etwa 400° C. Ihre Temperatur beim Abziehen aus dem Abscheider beträgt etwa 9O⁰C. Die Menge der dem Turm zugeführten, kühlenden Teilchen wird so bemessen, daß die Temperatur der gasförmigen Dispersion beim Abziehen am oberen Teil des Turms 125° C beträgt. Im Turm beträgt die durchschnittliche Geschwindigkeit des fallenden Aluminiumoxyds etwa 1,70 m/sec.

(5,5 feet/sec), so daß ihre durchschnittliche Geschwindigkeit relativ zu der aufsteigenden Gassuspension etwa 2 m/sec. (6,5 feet/sec) beträgt, woraus sich eine Kontaktzeit von 3,5 Sekunden ergibt.
Die kühlenden Teilchen führen 16,6 · 10⁴ kcal

ao (6,6 · 10^B B.tu.) Wärme pro Stunde ab.

Die kühlenden Teilchen führen am Auslaß durch den Boden des Turms etwa 15% ihres Gewichtes an Titandioxydpigment mit sich. Dieses Pigment haftet lose an den kühlenden Teilchen. Im wesentlichen wird diese ganze Pigmentmenge durch Druckluft, welche am Boden des Trenners zugeführt wird, zu dem Turm rückgeführt.

Beispiel 2

Die Vorrichtung ist im wesentlichen die gleiche, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde, mit der Ausnahme, daß die Pigmentdispersion nicht in den Turm eingeführt wird, sondern in dem Turm durch einen Titantetrachlorid-Sauerstoffbrenner erzeugt wird, der am Boden, wie in Fig. 2 gezeichnet, angebracht ist.

Die übrige Verfahrensweise gleicht der vom Beispiel 1.

Beispiel 3

Das Verfahren vom Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme^ daß ein Aluminiumoxyd von kleinerer (Durchmesser 0,246 bis 0,175 mm) (60 bis 80 mesh) durchschnittlicher Teilchengröße als Kühlmittel verwendet wird und das im Kreislauf geführte Gemisch auf 7,26 kg/min (36 lb./min) vermindert wird.

Die Austrittstemperatur der gasförmigen Suspension beträgt 15O⁰C, die Austrittstemperatur der kühlenden Teilchen 700⁰C (gerade unter dem Klebpunkt des Pigments); pro Kilogramm des Pigments in der Dispersion werden 8,48 kg kühlende Teilchen angewandt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kühlung einer gasförmigen Dispersion von Titandioxydpigment von einer Temperatur über dem Klebpunkt des Pigments auf eine Temperatur unter dessen Klebpunkt mit Hilfe von Feststoffpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion durch einen senkrechten Turm im Gegenstrom zu herabrieselnden inerten Kühlteilchen mit einem Durchmesser von 0,15 bis 1,65 mm, vorzugsweise von 0,25 bis 0,37 mm nach oben geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inerte, kühlende Teilchen solche aus Aluminiumoxyd, Titanoxyd oder Siliciumdioxyd verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dis-

persion durch die Teilchen auf eine Temperatur unter 200⁰C gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kühlteilchen in Form von groben Teilchen tangential in den Turm in einer Höhe eingeführt wird,

in der die Temperatur der Dispersion über dem Klebpunkt des darin befindlichen Pigments liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 033 192.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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