способ и устройство для получения технической молотой серы

Формула изобретения

1. Способ получения технической молотой серы, включающий помол технической серы в дробилке центробежно-роторного типа с введением присадок и последующее разделение молотой серы по фракциям, отличающийся тем, что в качестве присадок используют взятую в равных частях смесь гидрофибизированной белой сажи и белой сажи или орисил в количестве 0,05-0,20% от массы исходной серы, при этом помол ведут со скоростью схода серы с ускорителя, равной 68-70 м/с, а разделение молотой серы по фракциям осуществляют на вибросите при соударении двух сеток друг с другом.

2. Устройство для получения газовой технической серы, содержащее корпус, загрузочное устройство с бункером для исходной технической серы, центробежно-роторную дробилку с ротором и статором с камерой измельчения, в центре которой на валу электродвигателя установлен ускоритель, вентилятор для подачи воздуха в зазор между ротором и статором, устройство для разделения молотой серы по фракциям, отличающееся тем, что бункер для исходной технической серы через шнековый питатель гибким соединением связан непосредственно со входом ускорителя, а устройство для разделения молотой серы по фракциям выполнено в виде вибросита, установленного наклонно под углом =10-12° к горизонтальной плоскости, вход которого с помощью гибкого соединения связан с выходом камеры измельчения и снабженного двумя сетками, при этом первая тонкая сетка выполнена из капрона или нержавеющей стали с размерами сторон ячеек, равными 0,14 мм, и установлена с возможностью соударения со второй поддерживающей сеткой, закрепленной с регулируемым натяжением на корпусе вибросита под первой тонкой сеткой и выполненной из проволоки нержавеющей стали с диаметром, равным 1 мм, и размером сторон ячеек, равным 3 мм, кроме того, крышка вибросита снабжена смотровыми окнами, закрытыми шторками из полимерного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике получения технической молотой серы, в частности тонкодисперсной серы, являющейся ингредиентом при изготовлении шин, резинотехнических изделий и других композиций на основе вулканизирующихся каучуков и может быть использовано также в химической, металлургической и других отраслях для получения тонкодисперсных веществ в мельницах центробежно-роторного типа с использованием вибросита.

Известны различные методы получения дисперсной серы [1] механическим измельчением исходной серы на устройствах различного типа. Однако они отличаются малой производительностью, высокой энергоемкостью и не позволяют получать тонкодисперсную серу с размером частиц мене 0,1 мкм. Кроме того, налипание серы на внутренние поверхности устройств, комкование и слеживаемость ее при хранении ограничивают применение этих способов. А введение гидрофильной добавки в количестве 0,7 мас. % по известному способу [2] исключает использование тонкодисперсной серы в качестве агента для вулканизации каучуков в шинной промышленности, и не исключает комкование и слеживаемость при хранении.

Известен также способ получения тонкодисперсной серы [3], который включает предварительное измельчение и помол исходной серы, введение в нее добавки. Причем в качестве добавки используют гидрофибизированный порошок оксида кремния, или титана, или белой сажи, или диатомита, или трепела. Добавки берут в количестве 0,1-2 мас. %, а помол ведут в струйной или шаровой мельнице при 15-25°С в течение 10-30 мин до размера частиц 0,14 мм.

Способ и устройство для его реализации отличаются низкой производительностью, низкими функциональными возможностями, так как отсутствует возможность разделения молотой серы по фракциям. Проверка качества помола рассевом 100 г порошка на сите с размером ячеек 0,14 мм позволяет лишь косвенно судить о процессе помола и никак не позволяет оптимизировать процесс получения серы. При повышении температуры свыше 22° процесс может быть небезопасен. Кроме того, наблюдается эффект прилипания серы на внутренние поверхности устройств, слеживаемость при хранении.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения технической молотой серы [4], включающий помол газовой комовой серы с размерами частиц не более 20 мм в присутствии известных присадок. После помола проводят сепарацию с рециклизацией готового продукта. При этом помол и сепарацию осуществляют в циркулирующем потоке азотосодержащей среды, а отделение готового продукта - при наложении периодических вибраций.

Недостатки известного способа заключаются в его сложности, низкой производительности, большой энергоемкости и высокой стоимости помола.

Способ не обеспечивает высокую надежность разделения готового продукта на фракции, не обеспечивает оптимальное качество и тонину помола.

Кроме того, способ не исключает эффект налипания серы к поверхностям устройства, слеживаемости при хранении, не обеспечивает взрывобезопасность.Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для тонкого измельчения хрупких материалов сухим способом с одновременной классификацией готового продукта, мельница центробежная «Титан» М-036 [5].

Устройство содержит корпус, центробежно-роторную дробилку с камерой измельчения, в центре которой на валу электродвигателя установлен ускоритель, камеру наддува с вентилятором. На крышке корпуса закреплен классификатор, на фланце которого установлен лоток загрузочного устройства. Внутри лотка размещен вращающийся шнек, подающий исходный материал в ускоритель. Полость лотка соединена с бункером, в котором находится исходный материал. К выходу классификатора прикреплен воздуховод, который соединен с воздуховодом группы циклонов.

Работа известного устройства происходит следующим образом.

Исходный материал через шнековый питатель подается в центр вращающегося ускорителя, где разгоняется и отбрасывается на отбойную поверхность камеры измельчения. Измельченный материал ссыпается в нижнюю часть камеры измельчения, куда вентилятором нагнетается воздух. Материал подхватывается потоком воздуха и поступает в классификатор, где происходит разделение измельченного материала на готовый продукт и недоизмельченный. Готовый продукт через верхний патрубок классификатора выносится для осаждения в циклонах, а недоизмельченный по лоткам классификатора ссыпается в центр ускорителя для повторного измельчения.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность и низкое качество разделения измельченного материала, сложность, низкая производительность. Устройство не обеспечивает оптимизацию тонины помола, при измельчении серы, не исключает налипание ее на поверхности устройства и слеживаемость ее при хранении. Техническим результатом предложенного изобретения является повышение и улучшение технических и эксплуатационных характеристик молотой серы, упрощение способа и устройства, повышение надежности и эффективности процесса, повышение взрывобезопасности.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения технической молотой серы в дробилке центробежно-роторного типа с введением присадок и последующее разделение молотой серы по фракциям, в качестве присадок используют взятую в равных частях смесь гидрофибизированной белой сажи, например, Орисил-М, или ОКН-М, и белой сажи, например, БС-100 или БС-120, или орисил в количестве (0,05-0,2)% от массы исходной серы, при этом помол ведут со скоростью схода серы с ускорителя, равной 68-70 м/сек, а разделение молотой серы по фракциям осуществляют на вибросите при соударении двух сеток друг с другом.

А в устройстве для получения технической молотой серы, содержащем корпус, загрузочное устройство с бункером для исходной серы, центробежно-роторную дробилку с ротором и статором с камерой измельчения, в центре которой на валу электродвигателя установлен ускоритель, воздушную опору с вентилятором для подачи воздуха в зазор между ротором и статором, устройство для разделения молотой серы по фракциям, бункер с исходной серой через шнековый питатель гибким соединением связан непосредственно со входом ускорителя, а устройство для разделения молотой серы по фракциям выполнено в виде вибросита, установленного наклонно под углом =(10-12)° к горизонтальной плоскости, вход которого с помощью гибкого соединения связан с выходом камеры измельчения и снабженного двумя сетками, при этом первая тонкая сетка выполнена из капрона или нержавеющей стали с размером сторон ячеек, равным 0,14 мм и установлена с возможностью соударения со второй поддерживающей сеткой, закрепленной с регулируемым натяжением на корпусе вибросита под первой тонкой сеткой и выполненной из проволоки нержавеющей стали с диаметром, равным 1 мм, и размером сторон ячеек, равным 3 мм, кроме того, крышка вибросита снабжена смотровыми окнами, закрытыми шторками из полимерного материала.

Введение указанных добавок повышает качество молотой серы, ее эксплуатационные и технические характеристики. Гидрофибизированная белая сажа способствует снижению статического заряда, что уменьшает электризацию молотой серы, способствует снижению налипания ее на поверхности устройства, способствует повышению сыпучести.

Белая сажа уменьшает во много раз налипание серы, увеличивает сыпучесть, уменьшает слеживаемость, способствует хорошему рассеву на вибросите.

Взятое количественное соотношение присадок не ухудшает характеристики полученной серы при использовании ее в шинной промышленности, так как белая сажа является одним из компонентов при вулканизации каучука.

Выбор скорости схода серы с ускорителя, равного 68-70 м/сек, обусловлен тем, что при больших скоростях сера переизмельчается, в ней образуется много пыли, что негативно сказывается при ее дальнейшем использовании.

При меньших скоростях сера недоизмельчается, уменьшается производительность устройства.

Признак «разделение молотой серы по фракциям осуществляют на вибросите с помощью взаимодействующих друг с другом двух сеток» обеспечивает получение молотой серы нужной тонины простым способом.

В технике известны различные традиционные вибросита, грохоты, основанные на одночастотной или многочастотной вибрации. Но они, кроме того, что очень сложны, громоздки, дороги, не могут быть использованы для просеивания молотой серы, так как сетки забиваются.

Использование же различных очистительных средств лишь усложняет устройство, приводит к повреждению сеток. Они предназначены для просеивания грубых фракций (кварцевый песок, известняк, угольная суспензия и др.).

Введение «второй поддерживающей сетки, закрепленной с регулируемым натяжением на корпусе вибросита под первой тонкой сеткой» обеспечивает максимальную амплитуду колебаний серы. При этом сера «кипит» на поверхности первой сетки, создавая эффект «виброкипящего» слоя. А за счет соударения второй поддерживающей сетки с первой тонкой происходит очистка последней. При этом ячейки первой тонкой сетки все время открыты, поэтому увеличивается эффективность просеивания.

За счет выбора оптимального угла наклона вибросита, выбираемого в пределах (10-12)(, и введения указанных присадок, полученная тонкодисперсная сера хорошо осыпается с первой тонкой сетки.

Таким образом, указанные в формуле существенные признаки, являются новыми, очевидным образом не вытекающими из известного уровня техники, и в совокупности направлены на достижение нового технического результата.

Следовательно, предложенная совокупность существенных признаков соответствует критериям патентоспособности: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:

на фиг.1 - устройство для получения технической молотой серы;

на фиг.2 - центробежно-роторная дробилка с камерой измельчения и воздушной опорой;на фиг.3 - принципиальная схема движения серы в ускорителе;

на фиг.4 - вибросито.

Устройство для получения технической молотой серы (фиг.1) содержит корпус центробежно-роторной дробилки 1, в которой на валу 2 электродвигателя 3 (фиг.1, 2) установлен ускоритель 4 по центру камеры измельчения 5 (фиг.2). на корпусе ускорителя 4 установлены лопасти 6 (фиг.3), закрепленные на валу 2 электродвигателя 3 и образующие пазы 7 для схода ускоренной исходной серы с лопастей ускорителя на стенки корпуса камеры измельчения 5 (фиг.3). Внутри дробилки 1 установлена воздушная опора (фиг.2), включающая ротор 9, статор 10, установленные с зазором, в который от вентилятора наддува 11 подается воздух. Опора закрыта крышкой 12. Выход 13, предназначенный для выгрузки измельченной серы из камеры измельчения 5, через гибкое соединение 14 связан со входом вибросита 15 (фиг.1, 4), установленного наклонно по углом =(10-12)° к горизонтальной плоскости на раме 16 через опорные пружины 17. Это исключает вибрации на фундамент, а гибкое соединение 14 исключает вибрации на корпус центробежно-роторной дробилки 1. Крышка 18 вибросита 15 предотвращает выход серы за ее пределы, обеспечивает герметичность, исключает пыль и шум в рабочей зоне обслуживающего персонала. Крышка 18 снабжена смотровыми окнами 19, закрытыми шторками из прозрачного полимерного материала, служащими для визуального контроля процесса просеивания и одновременно являющимися клапанами в случае взрывоопасной аварийной ситуации. Полимерный материал (шторка) в этом случае легко сгорает, исключая накопление взрывоопасного вещества.

Внизу на корпусе вибросита 15 закреплен мотор-вибратор 20, например, типа ИВ-98Б для создания вертикальных и горизонтальных колебаний. Вибросито 15 снабжено двумя сетками (фиг.4). Первая тонкая сетка 21 выполнена из капрона или нержавеющей стали с размером сторон ячеек, равным 0,14 мм, и установлена с возможностью взаимодействия со второй поддерживающей сеткой 22. Первая тонкая сетка 21 предназначена для просеивания измельченной серы. А вторая поддерживающая сетка 22 установлена с регулируемым натяжением с помощью пружины 23, закрепленной на корпусе вибросита. Вторая сетка 22 выполнена из нержавеющей стали с размером сторон ячеек, равным 3 мм, и диаметром проволоки, равным 1 мм.

Устройство для загрузки исходной серы (фиг.1) включает в себя установленный на отдельной раме (не оказано) бункер 24 с исходной серой и соединен через шнековый питатель 25 гибким соединением 26 со входом ускорителя 4.

Устройство для получения технической молотой серы, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Из бункера 24 загрузочного устройства (фиг.1) шнековым питателем 25 через гибкое соединение 26 исходную серу с присадкой подают в ускоритель 4 центробежно-ударной дробилки 1, в которой для измельчения исходная сера разгоняется ускорителем 4 (фиг.3) и отбрасывается с лопастей ускорителя на стенки корпуса камеры измельчения 5, при этом вращение с электродвигателя 3 передается на вал 2, затем на ротор 9. Воздух от вентилятора наддува 11 (фиг.1, 2) подается в зазор между статором 10 и ротором 9 через патрубок, установленный в корпусе воздушной опоры (фиг.2), приподнимает ротор и дает ему возможность вращаться. Воздушная подушка, создаваемая вентилятором наддува 11, исключает передачу колебаний дробилки на фундамент. Ротор 9 выполняется из алюминия, а статор 10 из стеклотекстолита, что исключает появление искр даже в аварийной ситуации. Измельченная сера ссыпается в нижнюю часть камеры измельчения 5 и по наклонной плоскости и выход 13 выгружается из нее.

Скорость схода серы с ускорителя выбирают равной 68-70 м/сек. При больших скоростях сера переизмельчается, в ней содержится много пыли, что негативно сказывается на ее дальнейшем использовании. При меньших скоростях сера недоизмельчается, уменьшается производительность устройства, что регулируется скоростью вращения вала электродвигателя.

С выхода 13 камеры измельчения 5 через гибкое соединение 14 измельченная сера (молотая) перемещается на первую тонкую сетку 21 вибросита 15 (фиг.1, 4). Мотор-вибратор 20 создает вертикальные и горизонтальные колебания, которые передаются на корпус вибросита 15, первую тонкую сетку 21 и вторую поддерживающую сетку 22. За счет вертикальных и горизонтальных колебаний и за счет соответствующего натяжения второй поддерживающей сетки 22 обеспечивается постоянное перемешивание серы, которая «кипит» на поверхности сита, создавая эффект «виброкипящего» слоя. При этом мелкие частицы не блокируются крупными и эффективность просеивания через первую сетку увеличивается.

За счет регулируемого натяжения второй поддерживающей сетки 22 добиваются максимального колебания серы, а за счет соударения обеих сеток друг с другом происходит очистка первой тонкой сетки. Таким образом, вторая поддерживающая сетка 22 выполняет две функции.

Поскольку вибросито установлено наклонно под оптимальным углом =(10-12)°, то просеянная сера с размером частиц 0,14 мм легко ссыпается через выход 27, а недоизмельченные фракции с размером 0,14 мм - через выход 28.

Пример осуществления способа.

Исходную гранулированную газовую серу с размером частиц 5 мм загружают в бункер для исходной серы, добавляют присадку, представляющую собой смесь гидрофибизированной белой сажи, в первом случае, ОКН-М и белой сажи БС-100 или БС-200, а во втором случае - смесь гидрофибизированной белой сажи орисил-М и белой сажи Орисил в количестве (0,05-0,2)% от массы серы. Серу с присадкой с помощью шнекового питателя через гибкое соединение подают в центр вращающегося ускорителя, снабженного лопастями, установленными на валу электродвигателя. Исходная сера в ускорителе ускорялась, а затем с лопастей отбрасывалась на стенки корпуса камеры измельчения со скоростью 68-70 м/сек.

При меньшей скорости схода (60-68) м/сек происходит недостаточное измельчение и уменьшается производительность устройства. А при большей скорости (70-78) м/сек происходит переизмельчение, и в газовой молотой сере появляется большое количество пыли, которая ухудшает качество конечного продукта (Таблица 1).

Измельченная сера (молотая) по наклонной плоскости и выход камеры измельчения через гибкое соединение выгружалась в вибросито с двумя сетками.

Первую тонкую сетку выбирают из капрона или нержавеющей стали с размером сторон ячеек, равным 0,14 мм. Вторую поддерживающую выбирают из нержавеющей стали из проволоки с диаметром 1 мм и размером сторон ячеек, равным 3 мм. При этом вторую сетку устанавливают с регулируемым натяжением таким образом, что первая, закрепленная по краям на корпусе вибросита, лежит на второй поддерживающей сетке. За счет получения максимальной амплитуды колебаний серы на поверхности первой тонкой сетки и за счет введения новых присадок измельченная (молотая) сера легко проходит через первую сетку, которая постоянно соударяется с поддерживающей и очищается. Колебания корпуса вибросита с сетками задают вибратором типа ИВ-107А, установленным под корпусом вибросита.

Оптимальный угол наклона а вибросита выбирают =(10-12)°, что обеспечивает оптимальное движение измельченной серы по поверхности первой тонкой сетке.

Направление вращения вибратора выбирают из условия оптимального перемещения серы по наклонной плоскости сетки.

Готовая сера из вибросита ссыпалась через выход и транспортировалась. А недоизмельченная сера выгружалась через другой выход и направлялась на повторное измельчение.

Простота оборудования, отсутствие быстровращающихся деталей и механизмов (кроме ускорителя), отсутствие воздушных потоков, низкий уровень напряженности электростатического поля, новый состав присадок, а также отсутствие налипания серы на внутренние поверхности устройства, обеспечивают способу и устройству надежность, взрывобезопасность, экологичность, удобство обслуживания и ремонта.

Полученная предложенным способом сера марок 9950, 9990 по ГОСТ 127.4-93 в процессе использования, транспортировки и хранения не комкуется, не слеживается, не теряет сыпучести (табл.2).

Проведенный анализ ее в условиях ЦЗЛ ООО «Амтел-Черноземье» г.Воронеж показал, что использование полученной технической молотой серы в производстве резиновых смесей соответствует техническим требованиям, предъявляемым при изготовлении шинных резин. Результаты анализа приведены в Таблице 3.

Были также проведены сравнительные испытания молотой серы, модифицированной различными добавками на Шинном заводе г. Воронеж, а также в ЗАО «Волжскрезинотехника». Результаты испытаний отражены в акте испытаний (прилагается).

Источники информации

1. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. - Л.: Химия, 1970, с.356.

2. Заявка 62-91407, кл. С 01 В 17/02, 1987 г.

3. Патент РФ 2076842, кл. С 01 В 17/10, 1997 г.

4. Патент РФ 2168461, кл. С 01 В 17/10, 2001 г.

5. Руководство по эксплуатации мельницы Титан М-036. ЦД.036.1.00.0000.00РЭ, разработка ЗАО «Новые технологии». - СПб.: 2002 г.

Таблица 1
№ п/п	Наименование показателя		Результаты эксперимента
1	Скорость схода серы с ускорителя, м/сек		60		64		68	70		74		78
2	Количество готового продукта после просева 0,14 мм, %		50-55		60-65		70-75	70-75		70-76		72-77
3	Количество пыли серы < 0,04 мм, %		2		3-5		5-10	6-10		8-15		15-20
Таблица 2
№ п/п		Наименование показателя		Нормы контроля ГОСТ 127.4-93							Данные анализа ЦЗЛ
				Сорт 9995		Сорт 9990			Сорт 9950
1		Массовая доля серы, % не менее		99,95		99,90			99,50		99,94
2		Массовая доля золы, % не более		0,03		0,05			0,20		0,05
3		Массовая доля органических веществ, % не более		0,03		0,06			0,25		0,01
4		Массовая доля кислот, % не более		0,002		0,004			0,01		0,003
5		Массовая доля воды, % не более		0,05		0,05			0,05		0,01

Таблица 3
Сводная таблица испытаний технической газовой серы с различными добавками
Характеристики смеси	Физико-механические характеристики
	Условное напряжение (модуль) при растяжении, кГс/см2							Оптимум вулканиз, 190°С мин	Прочность при разрыве, кГс/см2	Относ. удлинение, %
	25%	40%	50%	65%	100%	200%	300%
Каркас
Коды: 01	11,0	14,0	15,9	19,0	27,0	61,4	104,1	2,0	197	490
02с	12,4	15,2	17,6	20,9	31,8	69,9	116,5	2,0	199	466
04с	13,0	16,3	17,9	21,2	31,9	71,3	116,6	2,0	201	470
03к	12,0	14,7	16,1	18,7	26,9	60,1	104,6	2,0	185	463
03т	12,6	16,3	18,4	22,1	27,5	64,0	108,4	2,0	207	490
Контрольная серия	12,3	14,4	17,6	22,2	29,2	64,5	117,1	2,2	196	493
Боковина
Коды: 01	9,0	11,1	11,4	12,5	16,2	30,1	53,6	5,0	152	642
02с	11,2	12,0	12,9	13,8	13,8	26,2	44,2	5,0	142	630
04с	11,8	11,8	12,3	13,3	13,8	26,7	44,8	5,0	147	660
03к	9,2	9,8	10,4	12,6	15,1	27,2	48,3	5,0	150	652
03т	8,9	10,3	11,0	12,4	13,4	23,2	41,8	5,0	154	700
Контрольная серия	8,9	9,0	10,2	12,6	13,2	25,6	42,9	5,0	153	690
Протектор
Коды: 01	8,9	11,1	12,2	14,4	20,2	47,5	85,6	4,0	174	490
02с	9,3	11,5	12,7	14,4	19,8	46,9	85,2	4,0	170	505
04с	9,5	11,7	12,8	15,0	19,7	46,7	84,8	4,0	168	526
03к	9,5	11,5	12,6	14,5	20,3	48,1	86,2	4,0	179	460
03т	9,8	11,8	13,1	14,8	21,6	49,3	87,3	4,0	178	466
Контрольная серия	10,0	112,0	13,2	15,6	22,5	49,5	89,0	4,0	180	530