PT814133E

PT814133E - Processo para granulacao a seco continua de negro de fumo em po

Info

Publication number: PT814133E
Application number: PT97108571T
Authority: PT
Inventors: Karl Vogel; Conny Vogler; Jan Kopietz
Original assignee: Degussa
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2000-06-30
Also published as: TR199700488A3; HUP9701029A1; AU712127B2; CN1171418A; EP0814133A1; CA2207525A1; HRP970317A2; KR980002167A; IN191978B; US6231624B1; CZ172697A3; MY132461A; MX9704297A; PL185634B1; BR9703525A; CN1152926C; DE59701081D1; AU2480097A; HU9701029D0; ZA975142B

Description

í SU\ 133

DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA GRANULAÇÃO A SECO CONTÍNUA DE NEGRO DE FUMO EM PÓ" A presente invenção refere-se a processo para a granulação a seco contínua de negro de fumo em pó.

No processamento de negros de fumo industriais são utilizados de preferência produtos granulados, que são frequentemente designados por granulado de negro de fumo, negro de fumo perlado ou negro de fumo em "pellets".

Os grânulos ou pérolas de negros de fumo individuais têm a forma de esfera. Consoante a utilização, são desejáveis diâmetros médios dso da pérolas entre 0,125 e 2,0 mm. As pérolas de negro de fumo com diâmetros inferiores a 0,125 mm são consideradas partes finas e são normalmente indesejadas. Em caso de utilização do negro de fumo granulado como carga em mistura de borracha e como pigmento para materiais sintéticos ou corantes é sobretudo importante uma boa capacidade de dispersão do negro de fumo granulado. Uma vez que a dureza das pérolas, e portanto também a dureza de dispersão para dado processo de granulação, dependem, de acordo com a presente invenção, do diâmetro das pérolas de negro de fumo, são desejáveis granulados de negro de fumo com uma curva de distribuição da dimensão das pérolas tão apertada quanto possível. São desejáveis distribuições da dimensão das pérolas com uma proporção d80/d20 inferior a 9. 1

Actualmente são utilizados dois processos industriais diferentes para a granulação de negro de fumo, a granulação húmida numa máquina de granulação com secagem ulterior e a granulação a seco num tambor de granulação. Ambos os processos possuem parâmetros de processamento nitidamente diferentes, intimamente relacionados com os processo físicos das respectivas aglomerações e com as propriedades das pérolas resultantes.

Para a granulação húmida são utilizados granuladores com um eixo de dentes como máquinas de produção das pérolas. No texto que se segue são utilizadas, em alternativa às máquinas de produção das pérolas, também as designações granulador e granulador com eixo de dentes. Os granuladores com eixo de dentes são constituídos por um tambor fixo horizontal (em seguida também designado por armação) com um eixo de dentes que roda no seu interior.

Os dentes são pinos de um determinado diâmetro e um determinado comprimento, ordenados sobre a espiral de dentes com um desvio axial entre si, ao longo de uma ou mais linhas em espiral. Os dentes estão apontados em posição radial. O seu comprimento é tal que a distância entre as extremidades dos dentes e a parede interior da armação é normalmente de 2 a 10 mm.

Entre o eixo da espiral de dentes e a parede da armação encontra-se o espaço de granulação disponível para a granulação. No espaço de granulação, o negro de fumo é transportado desde a boca de entrada numa das extremidades da armação até à boca de saída na outra extremidade da armação, 2 <^7 pela espiral de dentes em rotação. Dá-se assim a aglomeração através de escoamento do negro de fumo pelas paredes imóveis da armação. 0 tempo de permanência do negro de fumo no granulador de mistura pode ser prolongado através da aplicação de um disco recaicador na boca de saída ou através de elevação da boca de saída relativamente à boca de entrada. Os granuladores típicos apresentam um comprimento de 1 a 3,5 me diâmetros entre 200 e 760 mm.

No granulador, o negro de fumo industrial em pó é misturado intensivamente com água, eventualmente com a adição de um aglutinador. Consoante o tipo de negro de fumo, são obtidas pérolas esféricas de negro de fumo com um teor de água entre 40 e 60% em peso, relativamente ao peso total. As pérolas húmidas são depois secas num outro passo de processo (DE-AS 1 264 412; US 3,607,086; US 3,787,161 e US 4,222,727).

Na granulação húmida, a aglomeração faz-se através de pontes de hidrogénio e forças capilares entre as partículas de negro de fumo. A dimensão das forças capilares permite velocidades de rotação comparativamente elevadas, de 10 a 20 m/seg, nas extremidades dos dentes, provocando uma mistura intensiva e consequente granulação. O tempo de permanência necessário para uma boa formação das pérolas de negro de fumo situa-se, para a granulação húmida, na zonas de poucos segundos, usualmente abaixo dos 20 segundos. O tempo de permanência pode ser prolongado até alguns minutos através de um disco recalcador ou através de elevação da boca de saída relativamente à boca de entrada. 3 A dureza atingida dos grânulos de negro de fumo obtidos por granulação húmida situa-se, sem a utilização de aglutinantes, entre 0,1 e 0,3 N, com diâmetros dos grânulos entre 1,4 e 1,7 mm. Na granulação húmida, a dimensão média dos grânulos (valor d50) pode ser variada entre 0,2 e 2,0 mm, através do respectivo ajuste dos parâmetros do processo.

Para a granulação a seco são utilizados tambores de granulação, constituídos igualmente por um tubo rotativo colocado na horizontal. 0 espaço interno do tubo é denominado espaço de granulação. Para a granulação, o negro de fumo industrial em pó é previamente compactado de acordo com a DE 38 32 404 e granulado no tambor de granulação por escoamento ao longo das paredes do tubo em rotação. As forças electrostáticas e de Van-der-Waals responsáveis pela granulação a seco são substancialmente inferiores às forças capilares que actuam na granulação húmida. A granulação tem de ser realizada, correspondentemente, de forma menos agressiva. A velocidade de rotação do tambor de granulação situa-se, assim, apenas nos 1 a 2 m/seg. Com velocidades de rotação notoriamente superiores, o movimento de escoamento é suprimido devido à elevada força centrífuga. Para além disso, a força exercida sobre as pérolas em formação é tão grande, que estas são de imediato novamente destruídas. A dureza atingida dos grânulos situa-se, normalmente, abaixo dos 0,1 N, com diâmetros dos grânulos entre 1,4 e 1,7 mm. A dimensão média dos grânulos (valor d50) situa-se, na granulação seca convencional, normalmente entre 0,125 e 0,8 mm.

Devido às reduzidas forças de Van-Der-Waals, para a indução da granulação é necessário adicionar ao negro de fumo um produto de inoculação, sob a forma de negro de fumo previamente granulado. 0 produto de inoculação é introduzido no 4

tambor antes do início, ou continuamente durante o funcionamento do tambor de granulação, numa quantidade de 1 a 30% em peso relativamente de negro de fumo em pó. O produto de inoculação garante que os focos necessários à aglomeração se encontrem sempre presentes em quantidade suficiente. Em caso de falha na adição do produto de inoculação pode verificar-se a supressão da granulação a seco ou a desagregação das pérolas. O tempo de permanência típico do negro de fumo no tambor de granulação a seco é de 1 a 4 segundos. Por forma a garantir uma rendimento suficiente de negro de fumo (em kg/h), os tambores de granulação a seco têm de ser substancialmente maiores do que as máquinas de granular para a granulação húmida. Na produção são utilizados tambores de granulação com diâmetros de 2 m e comprimentos de 18 m. As cargas de enchimento de tais tambores situam-se na ordem das várias toneladas. Pelo contrário, a cargas de enchimento das máquinas de granular são de apenas poucos quilogramas.

Tanto na granulação húmida, como na granulação a seco, podem ser utilizados aditivos para aumentar a dureza dos grânulos de negro de fumo e/ou para melhorar a capacidade de dispersão.

Negros de fumo granulados a húmido apresentam em geral, devido à maior dureza dos seus grânulos, também uma maior dureza de dispersão do que os negros de fumo granulados a seco. Assim, são utilizados sobretudo na indústria da borracha. Os negros de fumo granulados a húmido formam facilmente dispersões nas massas de borracha altamente viscosas. A elevada dureza das suas pérolas permite um fácil transporte em sistemas de alimentação pneumáticos. 5

Negros de fumo granulados a seco são utilizados sobretudo como pigmentos em vernizes, tintas para impressão e materiais sintéticos. Nestes campos de aplicação são, no entanto, ainda utilizados em larga escala negros de fumo em pó, cujo manuseamento pode conduzir a uma maior sobrecarga de poeiras no local de trabalho. Esta sobrecarga de poeiras só pode ser reduzida através da utilização de negros de fumo granulados. É de esperar que a procura de negros de fumo granulados venha a aumentar no futuro. Devido à dimensão dos equipamentos, tal exigirá dos produtores de negro de fumo grandes investimentos.

Constitui objectivo da presente invenção apresentar um processo para granulação a seco de negros de fumo que permita, para um rendimento idêntico ao dos conhecidos tambores de granulação, a granulação a seco em dispositivos bastante mais pequenos ou que aumente o rendimento das instalações existentes e forneça um granulado caracterizado por uma estreita curva de distribuição dos diâmetros das pérolas, por uma boa capacidade de dispersão e uma percentagem de produto fino (diâmetro das pérolas < 0,125 mm) tão reduzida quanto possível.

Este objectivo é conseguido através de um processo para a granulação a seco de negro de fumo em pó, caracterizado por a granulação ser realizada num granulador de eixo com dentes de aço, que apresenta numa armação cilíndrica em forma de tambor, com um eixo longitudinal, uma espiral de dentes de aço ordenados a eixo, que roda em torno do eixo longitudinal da armação e, ao mesmo tempo que procede à granulação, transporta o negro de fumo em pó da boca de entrada para a boca de saída do granulador, apresentando os dentes um diâmetro e um comprimento e encontrando-se ordenados sobre a espiral com um 6

desvio axial entre si, ao longo de uma linha em espiral em torno do eixo, situando-se a velocidade máxima de rotação das extremidades dos dentes entre 1 e 6 m/seg e o tempo médio de permanência do negro de fumo no granulador entre 20 e 600 segundos.

Tal como referido inicialmente, os granuladores com eixo de dentes são utilizados para a granulação húmida de negros de fumo. As velocidades de rotação das extremidades dos dentes aí aplicadas, de 10 a 20 m/seg, e os reduzidos tempos de permanência do negro de fumo no granulador, de apenas alguns segundos, divergem bastante das respectivas condições nos tambores de granulação a seco.

Descobriu-se agora que também é possível uma granulação a seco nos granuladores com eixo de dentes de aço. De acordo com a presente invenção, para o efeito a velocidade de rotação das extremidades dos dentes de rotação dos extremidades dos dentes têm de ser reduzidas para valores entre 1 e 6 m/seg, e o tempo de permanência do negro de fumo no granulador tem de ser aumentado para 20 a 600 segundos, comparativamente com a granulação a húmido. Nestas condições é possível obter um granulado de negro de fumo mesmo sem a adição de água.

Os tempos de permanência do negro de fumo no granulador são substancialmente inferiores aos do processo de granulação a seco convencional. O rendimento m de um granulado é igual ao quociente entre a carga de enchimento m^ do granulador e o tempo médio de permanência t m = m./ / t. 7

0 rendimento de um granulador é, perante uma dimensão comparável dos espaços de granulação, substancialmente superior ao rendimento de um tambor de granulação, ou seja, para um rendimento idêntico o espaço de granulação necessário num granulador é substancialmente menor que num tambor de granulação. A razão para tal é o tempo de permanência substancialmente inferior do material a granular dentro do granulador. É surpreendente que no granulador, apesar dos menores tempos de permanência, os negros de fumo possam ser granulados a seco. A granulação a seco torna-se possível através da selecção das condições de funcionamento (tempo de permanência e velocidade de rotação das extremidades dos dentes) , que não são usuais para o funcionamento normal do granulador na granulação húmida. A principal vantagem do novo processo reside no facto de ser agora possível obter os rendimentos desejados de produção de negro de fumo granulado a seco com instalações notoriamente mais pequenas. Em alternativa, fornece com a mesma dimensão das instalações um rendimento de produção substancialmente superior. . Os limites de variação nas extremidades dos dentes e os tempos médio de permanência de acordo com a presente invenção destinam-se ao acerto das propriedades do granulado às especificações do produto, utilizando granuladores de diferentes dimensões. Através da alteração da dimensão do granulador podem ser obtidos rendimentos de granulação até mais de 2000 kg/h, mantendo as desejadas propriedades do granulado. O negro de fumo é usualmente introduzido na boca de entrada do granulador com o auxílio de um parafuso transportador. A carga de negro de fumo, ou a carga do 8

granulador, é portanto igual à taxa de alimentação do parafuso transportador e pode, assim, ser ajustada dentre de limites alargados. A carga e o tempo de permanência podem ser prolongados através de elevação da boca de saída relativamente à boca de entrada. O ângulo resultante entre o eixo do granulador e a horizontal pode ser variado aproximadamente entre 0 e 20°. A carga de enchimento e o tempo de permanência são ainda influenciados pelas rotações do eixo de dentes. Em caso de alimentação constante de negro de fumo (processamento constante de negro de fumo) , a carga de enchimento e o tempo de permanência diminuem proporcionalmente com o aumento das rotações.

Os tempos de permanência preferidos no processo de acordo com a presente invenção situam-se entre 10 e 180 segundos. Abaixo dos 20 segundos, o processo de aglomeração ainda não se desenvolveu o suficiente e o granulado apresenta, portanto, ainda uma grande quantidade de componentes finos superior a 20%. Tempos de permanência superiores a 600 segundos só são normalmente possíveis em caso de rendimentos inferiores - tecnicamente menos interessantes - devido aos limites superiores da carga de enchimento. A menor carga de enchimento do granulador relativamente ao tambor de granulação, com um rendimento idêntico de negro de fumo, é vantajosa. No caso de uma perturbação do processo de granulação, apenas não cumprem das especificações e têm de ser eliminadas menores quantidades do negro de fumo do que no tambor de granulação. 9

Durante a granulação podem ocorrer depósitos indesejados de negro de fumo na parede interna da armação. Estes depósitos apresentam o perigo de poderem soltar-se da parede placas isoladas de negro de fumo, que contaminem o granulado de negro de fumo homogéneo e dispersível com placas de negro de fumo mais sólidas e portanto menos dispersíveis. No limite pode até verificar-se o colapso da granulação. A espessura dos depósitos de negro de fumo sobre as paredes da armação deve, portanto, ser mantida tão reduzida quanto possível ou mesmo completamente evitada. Para tal são indicadas diversas medidas. A possível espessura dos depósitos de negro de fumo pode ser minimizada, p.e., seleccionando o comprimento dos dentes de tal modo que a distância livre entre as extremidades dos dentes e a parede da armação seja apenas de 0,5 a 3 mm e o desvio axial entre dentes vizinhos seja inferior ao seu diâmetro, por forma a verificar-se uma sobreposição sem falhas dos doentes ao longo do eixo da espiral de dentes. Para este efeito, os dentes da espiral de dentes podem estar também ordenados ao longo de duas ou mais linhas espiraladas.

Para além disso, as extremidades dos dentes não devem ser aguçadas ou chanfradas em viés, tal como acontece na granulação húmida usual. As superfícies das extremidades dos dentes devem, pelo contrário, ser formadas por superfícies de corte planas, desenvolvendo-se verticalmente em relação ao eixo longitudinal dos dentes. Deste modo é possível manter os depósitos de negro de fumo tão reduzidos quanto possível.

Uma outra medida para evitar ou retardar a deposição de negro de fumo sobre as paredes da armação pode ser a previsão de um aquecimento da armação a uma temperatura entre 50 e 10

150°C, de preferência entre 80 e 120°C. Uma outra medida vantajosa consiste em provocar vibrações nos dentes e na armação, com o auxílio de um vibrador. A frequência a amplitude das vibrações são seleccionadas de tal modo que as posições de negro de fumo sejam minimizadas. No granulador piloto utilizado nos ensaios revelaram-se vantajosas frequências entre 50 e 300 Hz.

Com o processo de acordo com a presente invenção podem, em princípio, ser granulados a seco todos os tipos de negro de fumo. Verificou-se que os negros de fumo com uma menor superfície específica e menor estrutura podem ser muito facilmente granulados. Os negros de fumo com uma elevada superfície específica e menor estrutura, bem como negros de fumo com um reduzida superfície específica e maior estrutura são difíceis de granular. Para induzir a aglomeração é, portanto, vantajoso adicionar ao negro de fumo em pó focus de aglomeração sob a forma de granulado de negro de fumo (que passam a ser designados por meio de inoculação). De preferência é utilizado um granulado de negro de fumo dos mesmos tipos de negro de fumo que se pretende granular. Consoante as propriedades de granulação do negro de fumo podem ser adicionados até 50% em peso de granulado de negro de fumo. De preferência, o granulado de negro de fumo é adicionado ao negro de fumo em pó numa quantidade de 5 a 15% em peso. Nos negros de fumo facilmente granuláveis, a adição de granulado de negro de fumo pode mesmo ser suprimida ou ser terminada pouco tempos depois de iniciada a granulação.

Uma outra melhoria do efeito de granulação pode ser conseguida se o negro de fumo em pó for previamente compactado para uma densidade de a granel entre 150 e 300 g/1, antes de 11

ser introduzido no granulador. A compactação prévia pode ser feita pelos processos conhecidos, por exemplo com o auxílio de cilindros de filtros de vácuo. 0 processo de acordo com a presente invenção não se limita a uma determinada dimensão do granulador com eixo de dentes. Caso se pretenda aumentar a capacidade de produção através do aumento do granulador, os parâmetros de processo (velocidade de rotação dos dentes e tempo médio de permanência no granulador) têm de ser ajustados dentre dos limites indicados, por forma a obter também com a maior aparelhagem um granulado de negro de fumo com aproximadamente as mesmas propriedades que num granulador mais pequeno. Nos exemplos é utilizado um granulador piloto com um diâmetro interno da armação de 2 0 cm. Este granulador apresenta uma capacidade de granulação de aprox. 60 kg/h. Para aplicações industriais são necessárias, pelo contrário, capacidades de granulação até 2000 kg/h e superiores. Para tais capacidades o diâmetro interno da armação tem de ser aumentado para aprox. 700 a 800 mm.

Apesar de com o processo descrito ser obtido um granulado muito homogéneo e de elevada qualidade, que pode ser utilizado sem qualquer processamento posterior, uma das formas preferidas de realização do processo prevê a utilização da granulação a seco de acordo com a presente invenção como granulação prévia de um processo convencional de granulação a seco em tambor de granulação a seco. Através da utilização de um granulador de eixo de dentes a montante do tambor de granulação a seco, a sua capacidade de granulação pode ser aumentada num factor de 1,5 a 2,5. 12

Em seguida, o processo de acordo com a presente invenção é ilustrado com base em alguns exemplos. Representam a

Figura 1: granulador com onda de dentes para realização do processo de acordo com a presente invenção Figura 2: Fluxograma para realização do processo de acordo com a presente invenção

Figura 3: Granulador com tambor de granulação a seco montado a jusante 0 processo de granulação a seco de acordo com a presente invenção é realizado num granulador com eixo de dentes. A constituição de um tal granulador é representada esquematicamente na Figura 1. 0 granulador é constituído por um cilindro fixo 1 colocado na horizontal, a armação, com uma espiral rotativa de dentes de aço 2 a eixo, com os dentes 3 ordenados em espiral. Entre a espiral de dentes 2 e a armação 1 encontra-se o espaço de granulação do granulador. O negro de fumo em pó é introduzido no granulador pela boca de entrada 5. Na zona da entrada encontra-se um parafuso transportador 6 sobre a espiral de dentes, que move o negro de fumo em pó em direcção axial para a boca de saída 7. A armação 1 possui parede dupla e permite o aquecimento das paredes da armação com o auxílio de um líquido 8. Ao longo da armação encontram-se, sobre a sua superfície superior, orifícios de acesso através dos quais podem ser introduzidas pulverizadores 9 para os aditivos. A Figura 2 apresenta o fluxograma da granulação a seco. 0 granulador 10 pode ser inclinado com o seu eixo num ângulo de inclinação de 0 a 20° relativamente à horizontal, para ajuste do tempo de permanência. Para tal, a boca de saída e elevada 13

correspondentemente em relação à boca de entrada. 0 negro de fumo em pó 11 e eventualmente o meio de inoculação 13 são introduzidos na boca de entrada 15 do granulador 10, a partir dos recipientes de alimentação 12 e 14. A armação do granulador é levada a uma temperatura desejada com o auxílio de um termostato 16. A Figura 3 apresenta o fluxograma em caso de utilização do granulador como granulador prévio a montante de um tambor de granulação 17.

Exemplo 1

Com o granulador de acordo com a Figura 1 foram granulados diferentes tipos de negro de fumo de acordo com o fluxograma de processo da Figura 2. 0 granulador piloto utilizado para todos os exemplos que se seguem apresentava um comprimento de 120 cm e um diâmetro interno da armação de 20 cm. O granulador piloto foi aquecido em todos os exemplos a uma temperatura de 100°C. As propriedades dos negros de fumo granulados a seco de acordo com a presente invenção foram comparadas com as propriedades de negro de fumo dos mesmos tipos, granulados a seco pelo processo usual de produção diária num tambor de granulação com 2,4 m de diâmetro e 18 m de comprimento. Este tambor de granulação tem por exemplo para negro de fumo 2 (ver Tabela 1) um rendimento de negro de fumo de 1 t/h, com um tempo de permanência médio de 2,5 h. A carga de enchimento deste tambor é, assim, de 2,5 t.

Com o granulador piloto foram obtidos rendimento de negro de fumo de 60 kg/h. Um tambor de granulação das mesmas dimensões só consegue, em regra, granular a seco no máximo 20 14 kg/h. As propriedades dos negros de fumo em pó utilizados nos ensaios são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1: Dados analíticos dos negros de fumo em pó utilizados (especificações) BET [m2/g] DBP [ml/100 g] 24M4 DBP [ml/100 g] Densidade não compactada a granel compactada Negro de fumo 1 265 123 105 120 220 Negro de fumo 2 120 106 81 120 190 Negro de fumo 3 80 106 80 160 240 Negro de fumo 4 80 72 65 308 360 Negro de fumo 5 45 46 44 260 450 Negro de fumo 6 - 90 52 46 172 260 Negro de fumo 7 200 48 40 140 300

Os dados analíticos dos negros de fumo em pó foram determinados de acordo com as seguintes normas: BET índice de iodo: DBP-absorção: DIN 61 132 DIN 53 582 / ASTM D-1510 DIN 53 601 / ASTM D-2414 15

24Μ4 DBP: ASTM D-3493

Densidade a granel: DIN 53 194

Nos negros de fumo granulados foram ainda determinadas a dureza total das pérolas, a dureza individual das pérolas, a percentagem de componentes finos, a abrasão, a densidade a granel e a distribuição da dimensão das pérolas, de acordo com as seguintes normas: ASTM D-1937 DIN 53 603 / ASTM D-3313 DIN 53 583 DIN 53 600 / ASTM D-1513 ASTM D-1511

Dureza total das pérolas:

Dureza individual das pérolas: Percentagem de componentes finos/ a abrasão:

Densidade a granel:

Distribuição da dimensão das pérolas:

Ao contrário do estabelecido na norma DIN, a dureza individual das pérolas foi também determinada em grânulos mais pequenos, com um diâmetro de 0,5 mm ou 0,7 mm. Tal é necessário uma vez que o produto granulado contem muitas vezes apenas pequenas quantidades de grânulos de 1,4 mm.

Para caracterização da distribuição da dimensão das pérolas são indicadas nas Tabelas seguintes as grandezas d50 e d80/d20- Estes valores foram calculados a partir das curvas de soma das passagens, determinadas de acordo com a ASTM D-1511. Representa aqui d50 o diâmetro teórico do crivo para uma passagem de 50%. Critério correspondente se aplica a d80 e d20. A proporção d80/d20 é uma medida para a banda de distribuição da curva de distribuição da dimensão das pérolas.

Tabela 2: Resultados do ensaios de granulação 16

Negro de fumo 1 Negro de fumo 2 Granulador Tambor Granulador Tambor Carga de negro de fumo [kg/h] 20 40 Meio de inoculação [kg/h] 2 4 Granulador - Rotações [min-1] 160 300 - Velocidade de rotação [m/seg] 1,7 3,2 - Inclinação [*] 10 10 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 277,6 299,2 124 127 DBP [ml/lOOg] 122,5 117,3 106 104,8 24M4 DBP [ml/lOOg] 100 97,4 81 81,3 Percentagem de componentes finos: 2 min [*] 6,4 13 8,6 12,8 Abrasão [%] 11,4 4 14,6 4,6 Dureza total das pérolas [N] < 2 8 < 2 < 2 Dureza individual das pérolas: 0,5 mm [N] 0,014 0,014 0,007 0,011 Distribuição das pérolas d50 [mm] 0,8 0,35 0,43 0,43 d80/d2o 2,3 3,1 4,2 2,1 Densidade a granel [g/i] 249 301 244 311

Tabela 2: Continuação

Negro de fumo 3 Negro de fumo 4 Negro de fumo 5 Granuladoj Tambor Granulador | Tambor Granulador | Tambor 17

Carga de negro de fumo [kg/h] 40 40 40 Meio de inoculação [kg/h] 4 4 4 Granulador - Rotações [min-1] 300 300 300 - Velocidade de rotação [m/seg] 3,2 3,2 3,2 - Inclinação ["] 10 10 10 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 87,5 82,3 87 81,2 54,5 61,7 DBP [ml/lOOg] 109 98,5 73 72,1 44,3 46 24M4 DBP [ml/lOOg] 80 85,6 62 65,3 44,5 44,1 Percentagem de componentes finos:2 min [%] 2 10 1,8 14,2 3,8 10,6 Abrasão [%] 8,6 3 10,2 4,8 1,4 4,2 Dureza total das pérolas [N] 2 2 - < 2 2 2 Dureza individual das pérolas: 0,5 mm [N] 0,012 0,023 0,023 0, 012 0,021 0,019 Distribuição das pérolas d,» [mm] 0,75 0,45 0,68 0,23 0,3 0,23 ^Ro/^20 1,9 3,1 2,7 3,4 2,6 3,5 Densidade a granel [g/i] 255 372 369 408 501 511

Tabela 2: continuação

Negro Granulador de fumo Granulador 6 Tambor Negro Granulador de fumo Granulador 7 Tambor Carga de negro de fumo [kg/h] 20 20 20 30 Meio de inoculação [kg/h] 4 ” 20 20 Granulador - Rotações [min-1] 300 300 300 300 - Velocidade de rotação [m/seg] 3,2 3,2 3,2 3,2 - Inclinação [·] 10 10 10 10 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 102,7 98,6 96,7 230,4 229,2 230,5 DBP [ml/lOOg] 48 50,7 52,4 47 48 48,4 24M4 DBP [ml/lOOg] 46,3 46,7 51,4 39,6 39,2 44,4 Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 1,6 2,6 12,4 10,8 12 4,8 Abrasão [%] 1,6 12,8 1,6 2,6 2 3,4 Dureza total das pérolas [N] 5 6 9 5 3 3 Dureza individual das pérolas: 0,7 mm [N] 0, 044 0,042 0,04 0,058 0,062 0,044 Distribuição das pérolas d50 [rrrm] 0,5 0,95 0,35 0,35 0,53 0,66 deo/d20 2,1 2,1 3,8 4,2 3,2 2,5 Densidade a granel [g/i] 414 398 482 454 412 446

Exemplo 2

Foi estudado o efeito do tempo de permanência sobre o comportamento de granulação do negro de fumo 2, o qual apresenta um comportamento de granulação médio. Para tal, e mantendo o rendimento de negro de fumo, foi ajustado o tempo de permanência médio através de alteração da inclinação do eixo do granulador em relação à horizontal. O tempo médio de 19

permanência foi calculado a partir da carga de enchimento e do rendimento. Para tal foi pesada a carga de enchimento que se equilibrou na zona estacionária, para os respectivos ângulos de inclinação. As condições de equilíbrio e os dados analíticos do negro de fumo granulado são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3: Granulação a seco do negro de fumo 2, com diferentes tempos de permanência

Sranulador Negro de Granulador fumo 6 Granulador Granulado r Carga de negro de fumo [kg/h] 40 40 40 40 Meio de inoculação [kg/h] 8 8 8 8 Granulador - Rotações [min-1] 350 350 350 350 - Velocidade de rotação [m/seg] 3,7 3,7 3,7 3,7 - Inclinação [*] 0 5 10 15 - Período de permanência [e] 24,7 70,7 75,8 106 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 119,5 118,9 119,7 120,0 DBP [ml/lOOg] 98,1 96,9 99,4 98,4 Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 20,4 13,4 8,4 7,0 Abrasão [%] 14 14,4 8,8 2,4 Dureza total das pérolas [N] < 2 < 2 < 2 < 2 Dureza individual das pérolas: 0,7 mm [N] 0,025 0,025 0,017 0,019 Distribuição das pérolas ^5 0 [mm] 0,36 0,54 0,6 0,7 ^8 0 / ^2 0 8,5 3,9 4,6 3 Densidade a granel [g/il 2S7 272 270 273

Exemplo 3 20

O negro de fumo 2 foi utilizado para determinar a adição óptima de negro de fumo granulado como meio de inoculação. A quantidade de meio de inoculação foi variada entre 10 e 50%. As condições de equilíbrio e os dados analíticos são resumidos na Tabela 4. Com o aumento do meio de inoculação, a percentagem de componentes finos e a abrasão começam por diminuir, atingindo um mínimo com uma quantidade de meio de inoculação de 30% em peso, e começam depois a aumentar de novo. A distribuição da dimensão das pérolas é nitidamente apertada com uma maior quantidade de meio de inoculação. A densidade a granel aumenta ligeiramente. A dureza das pérolas praticamente não é influenciada pela quantidade de meio de inoculação. A adição óptima de meio de inoculação depende do tipo de negro de fumo a granular. Tem, no entanto, de ser calculada em separado para cada tipo de negro de fumo. 21

Tabela 4: Variação da quantidade de meio de inoculação na granulação a seco do negro de fumo 2

Carga de negro de fumo [kg/h] 40 40 40 40 40 Meio de inoculação [kg/h] 4 8 12 16 20 Granulador - Rotações [min-1] 300 300 300 300 300 - Velocidade de rotação [m/seg] 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 - Inclinação [°] 10 10 10 10 10 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 122,6 121,3 121,3 122,6 121,3 DBP [ml/lOOg] 106 104 102,5 104,5 106 24M4 DBP [ml/lOOg] ” “ ” “ 1,8 Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 5,6 3 1,4 1,6 23,2 Abrasão [%] 24,8 17,6 16,3 27,4 < 2 Dureza total das pérolas [N] < 2 < 2 < 2 < 2 Dureza individual das pérolas: 0,7 mm [N] 0,014 0,014 0,015 0,014 0,015 Distribuição das pérolas *^50 [mm] 1,3 0,8 1,08 0,8 0,85 ^80/^20 2,0 2,1 2,1 1,5 1,5 Densidade a granel [g/i] 224 232 236 244 236 22

Exemplo 4

Numa outra série de ensaios, o negro de fumo 2 foi granulado com diferentes rotações da onda de dentes, i.e. com diferentes velocidades de rotação das extremidades do dentes. As rotações variaram entre 150 min _1 e 500 min'1. As condições de equilíbrio e os dados analíticos são apresentados na Tabela 5. Com o aumento das rotações, a percentagem de componentes finos e a abrasão diminuem primeiramente, atingindo um mínimo a 400 min _1, para voltar depois a aumentar. A 500 min'1 verifica-se já uma considerável destruição das pérolas. A banda da distribuição da dimensão das pérolas (d80/d20) apresenta o mesmo comportamento, com um mínimo a 400 min _1.

Tabela 5: Variação da rotação do eixo de dentes na granulação a seco do negro de fumo 2

Carga de negro de fumo [kg/h] 40 40 40 40 40 40 Meio de inoculação tkg/h] 8 8 8 8 8 8 Granulador - Rotações [min-l] 150 250 350 400 450 500 - Velocidade de rotação [m/seg] 1,6 2,7 3,7 4,2 4,8 5,3 - Inclinação [°] 10 10 10 10 10 10 - Período de permanência 75,8 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 121,3 122,6 122,6 122,6 122,6 122,6 DBP [ml/lOOg] 104 104 103,5 105,5 104 105 24M4 DBP [ml/lOOg] - - - - “ Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 16 12,6 4,8 2,8 9 15,4 Abrasão [%] 38,4 34 13,4 10,2 12,6 9,4 Dureza total das pérolas [N] < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 Dureza individual das pérolas: [N] 0,016 0,01 0,012 0,014 0,015 0,013 Distribuição das pérolas 23

dso [mm] 0,85 1,07 0,55 0,56 0,42 0,42 d80/d20 8,5 4,4 2,1 1,8 2,9 4,7 Densidade a granel tg/i] 253 232 224 224 236 236

Exemplo 5

Numa outra série de ensaios foi estudado o efeito da carga de negro de fumo sobre o comportamento de granulação do negro de fumo 2. A carga de negro de fumo foi variada entre 10 e 60 kg/h. As condições de equilíbrio e os dados analíticos são resumidos na Tabela 6. A percentagem de componentes finos varia entre 1,4 e 3,2%, independentemente da carga. A abrasão diminui ligeiramente com o aumento da carga.

Tabela 6; Variação da carga de negro de fumo na granulação a seco do negro de fumo 2

Carga de negro de fumo [kg/h] 10 20 30 40 50 60 Meio de inoculação [kg/h] 2 4 6 8 10 12 Granulador - Rotações [min-1] 300 300 300 300 300 300 - Velocidade de rotação [m/seg] 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 - Inclinação [°] 10 10 10 10 10 10 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 122,6 122,6 123,8 121,3 122,6 122,6 DBP [ml/lOOg] 104 104,5 106 104 106 104 24M4 DBP [ml/lOOg] “ “ “ “ ” Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 2,4 3,2 1,4 3 1,6 2,8 Abrasão [%] 21,8 23,4 22,2 17,6 17,6 15,6 Dureza total das pérolas [N] < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 24

Dureza individual das pérolas [N] 0,017 0,015 0,013 0,014 0,011 0,015 Distribuição das pérolas d50 [mm] 0,8 1,0 0,68 0,8 0,55 0,5 ^Bo/^20 2,0 2,0 1,7 2,1 1,9 2,2 Densidade a granel [g/1] 264 240 236 232 248 248

Exemplo 6 O granulador foi utilizado como granulador prévio a montante de um tambor de granulação convencional, de acordo com a Figura 3, para granular negro de fumo 6. Os tambores de granulação tinham um diâmetro de 0,6 m e um comprimento de 4,0 m. No procedimento convencional, este tambor de granulação possuía uma capacidade de 30-50 kg/h de negro de fumo. Através da aplicação a montante do granulador foi possível aumentar a capacidade em aproximadamente 2 vezes. A carga foi aumentada em passos de 20 kg/h, partindo de 10 kg/h. Sendo o tambor de granulação alimentado directamente com negro de fumo em pó, ainda era possível uma granulação com uma carga de 30 kg/h; com 50 kg/h verificou-se a desagregação dos grânulos. Com a granulação prévia foi possível atingir cargas de 70 kg/h. Para a granulação prévia do negro de fumo 6, o granulador foi operado em analogia com o exemplo 1, com uma carga de negro de fumo de 40 kg/h e uma quantidade de meio de inoculação de 11 kg/h. A rotação do eixo de dentes foi de 350 min'1. As condições de estabilização do tambor de granulação e os dados analíticos dos negros de fumo granulados são apresentados nas Tabelas 7 e 8. 25 7

Tabela 7: Variação da carga de negro de fumo na granulação a seco num tambor de granulação de 4m; materiais de partida: Pó; Negro de fumo 6; densidade a granel do negro de fumo em pó: 194 g/1

Carga de negro de fumo [kg/h] 10 30 50 Tambor de granulação - Rotações [min-1] 30 30 30 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 95 95 98,8 DBP [ml/lOOg] 51,3 50,7 53,0 Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 17,6 13,6 k.M.*) Abrasão [%] 10,8 5 k.M. Dureza total das pérolas [N] 3 8 k.M. Dureza individual d pérolas: 0,7 mm [N] 0,073 0,033 k.M. 26

Distribuição das pérolas d50 [mm] 0,28 0,17 d80/d20 4,4 2,3 Densidade a granel [g/i] 467 476 206 * k.M. = "s.m. = sem medição, uma vez que os grânulos se desagregaram"

Tabela 8: Variação da carga de negro de fumo na granulação a seco num tambor de granulação de 4m; materiais de partida: granulado prévio; negro de fumo 6; densidade a granel do granulado prévio: 373 g/1

Carga de negro de fumo [kg/h] 10 30 50 70 Tambor de granulação - Rotações [min-l] 30 30 30 30 Dados analíticos índice de iodo [mg/g] 96,3 96,3 96,3 99,6 DBP [ml/l00g] 52,3 50,7 50,7 52,0 Percentagem de componentes finos: 2 min [%] 12 1,4 2,8 2,4 Abrasão [%] 2,6 5,0 2,4 6,4 Dureza total das pérolas [N] 8 8 7 4 Dureza individual das pérolas: 0,7 mm [N] 0,048 0,057 0,05 0,042 Distribuição das pérolas d50 [mm] 0,25 0,76 0,4 0,5 d80/d20 3,2 2,3 3,1 2,1 27

Densidade a granel [g/i] 480 456 480 428

28

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a granulação a seco contínua de negro de fumo em pó, caracterizado por, a granulação ser realizada num granulador com eixo de dentes, que apresenta numa armação cilíndrica em forma de tambor, com um eixo longitudinal, uma espiral de dentes ordenados a eixo, que roda em torno do eixo longitudinal da armação e, ao mesmo tempo que procede à granulação, transporta o negro de fumo em pó da boca de entrada para a boca de saída do granulador, apresentando os dentes um diâmetro e um comprimento e encontrando-se ordenados sobre a espiral com um desvio axial entre si, ao longo de uma linha em espiral em torno da espiral, e a velocidade máxima de rotação das extremidades dos dentes se situar entre 1 e 6 m/seg e o tempo médio de permanência do negro de fumo no granulador se situar entre 20 e 600 segundos.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o desvio axial entre dentes vizinhos ser inferior ao seu diâmetro, por forma a verificar-se uma sobreposição sem interrupções dos dentes ao longo do eixo, e por o comprimento dos dentes ser seleccionado de modo que a distância interna entre as extremidades dos dentes e a parede da armação se situe entre 0,5 e 3 mm. 1
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os dentes se encontrarem ordenados sobre o eixo ao longo de duas ou mais linhas em espiral.
4. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por, durante a granulação, a armação ser aquecida a uma temperatura entre 50 e 150, de preferência entre 80 e 120°C.
5. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a armação e os dentes do granulador com eixo de dentes serem levados a oscilar dentro de uma gama de frequência entre 50 e 300 Hz.
6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o tempo de permanência do negro de fumo no granulador ser regulado através de elevação da boca de saída em relação à boca de entrada, podendo o ângulo entre o eixo longitudinal do granulador e a horizontal apresentar um valor entre 0 e 20°.
7. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por ser misturado com o negro de fumo em pó 50%, de preferência 5 a 30% em peso, de negro de fumo granulado, como meio de inoculação.
8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o negro de fumo em pó ser 2 pré-compactado a uma densidade de a granel de 150 a 300 g/1 antes da granulação. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por ser instalado um tambor secador de pérolas a jusante do granulador. Lisboa, 21 de Março de 2000. GENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL