本發明涉及不溶性硫磺技術領域,具體涉及一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法。
背景技術:
不溶性硫磺(IS)又稱聚合硫,亦稱μ型硫,指不溶于二硫化碳的硫磺,是硫的長鏈聚合物,具有化學和物理惰性。由于使用普通硫磺在橡膠的溶解度為1%,普通硫磺在橡膠中的用量超過其溶解部分在膠料冷卻后會噴出表面,即噴霜。噴霜將影響半成品部件之間的黏性并對產品硫化均勻性帶來不利影響,故在硫磺用量較高時宜采用不溶性硫磺,不溶性硫磺不溶于橡膠,只在混煉膠中均勻分散,制品硫化交聯點均勻,用其硫化的橡膠具有最佳的不噴霜性,并能有效地防止膠料在加工過程中出現早期焦燒和增進橡膠與鋼絲或化纖簾子線的粘合,是子午線輪胎生產的專用硫化劑。中國發明專利(專利號為201310511371.1,專利名稱為一種制備不溶性硫磺的方法)公開了一種制備不溶性硫磺的方法,其特征是:1)熔融:將原料硫磺直接加熱到280~400℃,使其熔融;2)霧化:熔融后的硫磺液體經霧化器離心霧化成10μm~50μm的硫磺霧滴;3)聚合:常溫氮氣經氣體分配器分配后與硫磺霧滴混合;硫磺液滴在塔體上部停留2~25秒,氮氣出口溫度控制在180~240℃;4)急冷:聚合后的硫磺再與經冷卻裝置冷卻到-40~0℃并經氣體分配器分配后的氮氣混合,進入塔體下部,在2~20秒冷卻至60℃以下;5)分離包裝:旋風分離,收集,包裝,得到不溶性硫磺產品。中國發明專利(專利號為02157245.3,專利名稱為不溶性硫磺的制備方法)公開了不溶性硫磺的制備方法,其特征是:1.一種非充油型不溶性硫磺的制備方法,其特征在于非充油型不溶性硫磺產品主要包含以下制備步驟:(1)將普通硫磺和質量百分比0.01~0.2%的復合穩定劑加入帶有加熱、攪拌的容器中,充入惰性氣體作保護,在250~350℃的溫度下恒溫 10-90min,經由過熱器、噴槍、霧化塔和換熱器的冷卻后,可得到轉化率 為53~55%的不溶性硫磺粗產品;復合穩定劑由I2或Br2與橡膠促進劑DM 或DZ組成;(2)將不溶性硫磺粗產品與浸取劑按質量比1∶15~20的固液比混合,在45~80℃的溫度下攪拌5~60min,趁熱過濾,可得到高含量不溶性硫磺非充油型產品。
現有技術例一公開了一種制備不溶性硫磺的方法,主要制備橡膠輪胎使用的不溶性硫磺,冷卻介質為液氮,工藝流程為熔融、霧化、聚合、急冷、分離包裝,其關鍵在于如何保證熔融后的硫磺液體經霧化器離心霧化成平均粒徑20μm的硫磺霧滴,為達到以上技術要求,需要保證霧化器在高溫狀態下依然能夠可靠工作(離心霧化需要霧化器高速轉動),眾所周知,按照280-400℃高溫的生產環境,批量產業化生產很難保證霧化器能夠正常工作和保證硫磺霧滴的粒徑要求;現有技術例二公開了不溶性硫磺的制備方法,主要創新點在于使用常壓或低壓設備完成不溶性硫磺的制備,主要生產裝置為加熱、攪拌的容器、過熱器、噴槍、霧化塔和換熱器,是與本發明最接近的技術方案,但是沒有公開生產裝置的細節及其使用方法。
技術實現要素:
針對現有技術的不足,本發明的目的是提供一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法,其特征是:
步驟一、首先使用惰性氣體氮氣吹掃飽和蒸汽加熱釜組件、過熱器、過熱硫磺蒸汽中間罐、硫磺粉儲罐,時間5-8分鐘,然后向儲罐體注入硫磺粉,同時往飽和蒸汽加熱盤管通入飽和蒸汽,加熱飽和蒸汽加熱釜體使其溫度保持為180-190℃,并向熱風加熱夾套通入高溫煙氣,加熱熱風加熱爐體使其溫度達到460-480℃。
步驟二、啟動氣體輸粉控制系統,使用惰性氣體氮氣為保護氣,設置氮氣輸出壓力為0.4MPa,調節氮氣流量,按照設計的生產效率要求將硫磺粉經飽和蒸汽加熱釜組件進料口勻速注入飽和蒸汽加熱釜體,轉動攪拌組件的均布器和攪拌槳使硫磺粉均勻落入飽和蒸汽加熱盤管接觸面受熱,硫磺轉為熔融狀態,液體硫磺在蒸騰作用下沿蒸騰對流管進入分布環管,支撐座定位了噴管噴射方向沿以熱風加熱爐體內壁圓弧的切線方向布置,引導液體硫磺噴射到熱風加熱爐體內壁圓周切線方向,在熱風加熱爐體內壁460-480℃高溫加熱急速氣化形成氣液混合物,氣液混合物流體沿熱風加熱爐體內壁螺旋下降,液相部分在旋風分離的作用下被甩向熱風加熱爐體壁繼續蒸發,氣相部分向熱風加熱爐體頂部富集,未蒸發完全的液相部分富集在熱風加熱爐體底部經循環對流管返回飽和蒸汽加熱釜體,氣相部分(過熱硫磺蒸汽)經氣液分離器進入過熱硫磺蒸汽輸送管,過熱硫磺蒸汽經過熱硫磺蒸汽管進入過熱硫磺蒸汽中間罐儲存,設置過熱硫磺蒸汽中間罐儲存壓力為0.4MPa。
步驟三、經循環對流管返回飽和蒸汽加熱釜體的硫磺流體為富集的液相的氣液混合物,在飽和蒸汽加熱釜體內自下而上吹掃注入的硫磺粉形成對流的混合流體,在攪拌組件的均布器和攪拌槳的幫助下,與飽和蒸汽加熱盤管受熱面充分接觸,硫磺流體獲得充分的傳質傳熱,再經蒸騰對流管、分布器組件進入熱風加熱爐體形成一條閉合流體循環回路。
發明人發現,過熱硫磺蒸汽可使用兩段加熱方式和直接加熱方式獲取,所述直接加熱方式為硫磺粉在沸點溫度以上閃蒸,即硫磺由固相直接變為氣相,所述兩段加熱方式為先加熱到熔融狀態(液相)然后再加熱為過熱硫磺蒸汽(氣相),急冷后前者的硫磺聚合體(不溶性硫)得率更高,而且前者的耗能更低。
發明人發現,本發明設計的兩段加熱方式分為低溫段和高溫段,低溫段的加熱介質選用飽和蒸汽,加熱溫度為180-190℃,高溫段加熱介質選用高溫煙氣,加熱溫度為460-480℃。利用蒸騰原理設計了蒸騰管和循環管來完成物料輸送、傳質、傳熱工藝操作過程。兩段加熱方式使硫磺以氣液混合物流體形態完成傳質傳熱工藝過程,與加熱裝置之間的換熱方式為對流、傳導,而直接加熱方式(閃蒸)制取過熱硫磺蒸汽的換熱方式僅為傳導方式,即加熱裝置對硫磺固體的傳導加熱,眾所周知,流體對流換熱方式較固體傳導換熱方式換熱面積大、換熱系數高、換熱速率高,因此其生產方式更為節能、生產效率更高。
發明人發現,因為噴管噴射方向沿以熱風加熱爐體內壁切線方向布置,引導液體硫磺噴射到熱風加熱爐體內壁圓周切線方向,在熱風加熱爐體內壁460-480℃高溫加熱急速氣化形成氣液混合物,氣液混合物流體沿熱風加熱爐體內壁螺旋下降,液相部分在熱風加熱爐體加熱下繼續蒸發的同時實現氣液旋風分離,未蒸發液相部分富集在熱風加熱爐體底部經循環對流管返回飽和蒸汽加熱釜。
發明人發現,硫磺在過熱器內是以氣液混合物流體形態存在的,為保證換熱效率和保護設備,利用旋風分離的原理,使液相部分拋向熱風加熱爐體內壁始終形成一層液膜,不斷蒸發為過熱硫磺蒸汽并向過熱器頂部富集。運行中硫磺在飽和蒸汽加熱釜體內是以氣液固混合物流體形態存在的,在攪拌組件的幫助下從而使硫磺流體充分與飽和蒸汽加熱盤管接觸受熱,提高了換熱效率。
相對于現有技術,本發明至少含有以下優點:第一,現有技術制備硫磺膠(不溶性硫磺)工藝流程為加熱溫度180~240℃使硫磺處于熔融狀態后霧化為液滴再急冷聚合,較加熱至其沸點溫度以上形成過熱硫磺蒸汽后迅速冷卻方式制取硫磺膠(不溶性硫磺)得率低;第二,本發明制備過熱硫磺蒸汽采用兩段加熱方式即先加熱到熔融狀態(液相)然后再加熱為過熱硫磺蒸汽(氣相),急冷后獲取的硫磺聚合體(不溶性硫)得率更高,耗能更低;第四,利用蒸騰原理設計了蒸騰對流管和循環對流管連接低溫段和高溫段的加熱裝置來完成物料輸送,替代了高溫輸送裝置;第三,本裝置工作時,物料液相狀態受熱發育為氣泡在長大、破裂的過程中,由連續相變為氣液混合狀態,實質上是替代了霧化器,眾所周知霧化器在高溫狀態下工作也是不可靠的;第四,物料以氣液混合狀態在飽和蒸汽加熱釜組件、蒸騰對流管、過熱器、循環對流管中循環流動,從而使物料獲得充分的傳質傳熱,提高了生產效率和降低能耗;第五,因為噴管噴射方向沿以熱風加熱爐體內壁切線方向布置,引導液體硫磺噴射到熱風加熱爐體內壁圓周切線方向,在熱風加熱爐體內壁460-480℃高溫加熱急速氣化形成氣液混合物,氣液混合物流體沿熱風加熱爐體內壁螺旋下降,液體部分在熱風加熱爐體加熱下繼續蒸發的同時實現氣液旋風分離,液體部分富集在熱風加熱爐體底部經循環對流管返回飽和蒸汽加熱釜。硫磺在過熱器內是以氣液混合物流體形態存在的,為保證換熱效率和保護設備,利用旋風分離的原理,使液相部分拋向熱風加熱爐體內壁始終形成一層液膜,不斷蒸發為過熱硫磺蒸汽并向過熱器頂部富集;第六,工藝操作過程均在密閉的生產裝置內進行,使硫磺蒸汽燃爆的概率降為極低,同時使污染環境的概率變得極低。
附圖說明
圖1為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的主視結構示意圖。
圖2為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的俯視結構示意圖。
圖3為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的A局部放大結構示意圖。
圖4為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的B-B剖面結構示意圖。
圖5為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的C-C剖面結構示意圖。
圖6為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的D局部放大結構示意圖。
圖7為本發明一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法的E局部放大結構示意圖。
1-硫磺粉儲罐 2-氣體輸粉控制系統 3-儲罐體
4-進料口 5-攪拌組件 6-均布器 7-飽和蒸汽加熱釜體
8-飽和蒸汽加熱盤管 9-蒸騰對流管 10-攪拌槳
11-飽和蒸汽加熱釜組件 12-循環對流管 13-氣液分離器
14-過熱器 15-熱風加熱夾套 16-分布器組件
17-熱風加熱爐體 18-過熱硫磺蒸汽輸送管 19-噴管
20-分布環管 21-支撐座 22-過熱硫磺蒸汽中間罐。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施例對本裝置做進一步的說明。
本發明如附圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示,一種制備不溶性硫磺蒸發工序用裝置的使用方法,其特征是:步驟一、首先使用惰性氣體氮氣吹掃飽和蒸汽加熱釜組件11、過熱器14、過熱硫磺蒸汽中間罐22、硫磺粉儲罐,1時間5-8分鐘,然后向儲罐體3注入硫磺粉,同時往飽和蒸汽加熱盤管8通入飽和蒸汽,加熱飽和蒸汽加熱釜體7使其溫度保持為180-190℃,并向熱風加熱夾套15通入高溫煙氣,加熱熱風加熱爐體17使其溫度達到460-480℃。
步驟二、啟動氣體輸粉控制系統2,使用惰性氣體氮氣為保護氣,設置氮氣輸出壓力為0.4MPa,調節氮氣流量,按照設計的生產效率要求將硫磺粉經飽和蒸汽加熱釜組件11進料口4勻速注入飽和蒸汽加熱釜體7,轉動攪拌組件5的均布器6和攪拌槳10使硫磺粉均勻落入飽和蒸汽加熱盤管8接觸面受熱,硫磺轉為熔融狀態,液體硫磺在蒸騰作用下沿蒸騰對流管9進入分布環管20,支撐座21定位了噴管19噴射方向沿以熱風加熱爐體17內壁圓弧的切線方向布置,引導液體硫磺噴射到熱風加熱爐體17內壁圓周切線方向,在熱風加熱爐體內壁460-480℃高溫加熱急速氣化形成氣液混合物,氣液混合物流體沿熱風加熱爐體17內壁螺旋下降,液相部分在旋風分離的作用下被甩向熱風加熱爐體17壁繼續蒸發,氣相部分向熱風加熱爐體17頂部富集,未蒸發完全的液相部分富集在熱風加熱爐體17底部經循環對流管12返回飽和蒸汽加熱釜體7,氣相部分(過熱硫磺蒸汽)經氣液分離器13進入過熱硫磺蒸汽輸送管18,過熱硫磺蒸汽經過熱硫磺蒸汽輸送管18進入過熱硫磺蒸汽中間罐22儲存,設置過熱硫磺蒸汽中間罐22儲存壓力為0.4MPa。
步驟三、經循環對流管12返回飽和蒸汽加熱釜體7的硫磺流體為富集的液相的氣液混合物,在飽和蒸汽加熱釜體7內自下而上吹掃注入的硫磺粉形成對流的混合流體,在攪拌組件5的均布器6和攪拌槳10的幫助下,與飽和蒸汽加熱盤管8受熱面充分接觸,硫磺流體獲得充分的傳質傳熱,再經蒸騰對流管9、分布器組件16進入熱風加熱爐體17形成一條閉合流體循環回路。
根據上述說明書的揭示和教導,本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此,本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式,對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外,盡管本說明書中使用了一些特定的術語,但這些術語只是為了方便說明,并不對本發明構成任何限制。