第五章-染料加工設備第一頁，共68頁。

第一節過濾分離設備?用途：染料中間體的生產，染料合成后的洗滌、濃縮、轉晶。?作用：可以在高溫、常溫或低溫下對懸浮液進行分離，以獲得較高的含固率。第二頁，共68頁。

?分類：

?按照設備的工作原理其主要有：重力過濾機、真空過濾機、加壓過濾機和離心過濾機等；

?根據設備的工作方式分為：間歇式和連續式兩大類；

?根據設備的結構形式可分為：砂濾式、板框式、葉片式、圓筒式、螺旋式等多種類型。第三頁，共68頁。一、過濾基本方式

?過濾是利用過濾介質使懸浮液中的流體通過而將固體顆粒截留的過程。

?過濾的動力：過濾介質兩邊有一定的壓力差。

?在相同情況下，推動力大則過濾速率高，推動力小則過濾速率低。

?過濾的推動力：重力、真空、壓力和離心力。

?過濾的工作過程一般可分為加料過濾、洗滌、卸料、清洗設備等四個基本步驟。第四頁，共68頁。

?四種過濾操作方式

1—恒壓過濾2—恒速過濾3—變壓變速過濾4—先恒速后恒壓過濾第五頁，共68頁。

二、過濾機目前染料工業使用的過濾機大多數是間歇式過濾機，各階段的操作都是分段間歇進行的。普遍使用的有板框壓濾機、箱式過濾機、自動壓濾機以及加壓過濾機等。第六頁，共68頁。（一）板框壓濾機一種應用很廣泛的加壓間歇式過濾機，有如下優點：（1）對懸浮液物料的適應范圍廣；（2）結構簡單，操作方便；（3）過濾壓力高，濾餅含固率高；（4）過濾面積可以根據需要選擇，處理能力可大可小；（5）操作穩定，設備占地面積小；（6）設備故障率低，維修方便。第七頁，共68頁。

板框壓濾機

第八頁，共68頁。

（二）管式過濾器?該設備制造簡單、造價低、操作方便，雖然比較落后，但許多染料廠仍在使用。?帶有攪拌槽的插管式過濾器在0.2～0.3MPa的壓力下,使懸浮液中的液體通過滌綸布進入帶孔的過濾管內，經導液管排出過濾器。染料顆粒被截留在過濾器內，從而達到固液分離目的。在過濾器內加上攪拌器，主要避免過濾過程中染料沉淀，并可加快過濾速率，強化傳質作用，以減少過濾器內的死角。第九頁，共68頁。

管式過濾器操作流程1—料槽2—揚液器3—袋濾器第十頁，共68頁。（三）全自動壓濾機?全自動壓濾機的結構相對復雜一些，主要由主機、液壓系統、緊固系統、氣動系統、管路等組成。全自動板框壓濾機實現了從壓緊濾板、進料過濾、拉板、振打卸料，到濾布清洗再生的全自動操作。?各種操作參數如進料速率和時間、壓榨壓力和時間、濾布清洗、用水量和進水速率等，均可以根據需要進行調整，整個工藝系統的工作情況可以在儀表盤上顯示。第十一頁，共68頁。

?

全自動壓濾機共有三次不同壓力下的脫水和壓榨過程，低壓脫水（0.5MPa）、中壓壓榨（1.0MPa）和高壓壓榨（2.0MPa），因此能夠得到較高含固率的濾餅，脫水后濾餅的含固率可達到90％以上。

?由于采用了壓濾和壓榨結合的方法，使濾餅含水更均勻，能夠減少過濾、洗滌和卸料時間。

第十二頁，共68頁。（四）自清洗過濾機

?自清洗過濾機是近年來出現的一種新型高效分離設備，是真空過濾設備的一種形式。

?過濾機有直立的過濾室，由過濾板隔成前室和后室，由輸料泵產生真空將料漿由前室經過濾網帶入后室進行過濾。過濾后物料一部分經回流閥流回刮板沖洗過濾網和調節前后室壓差之用，一部分排放掉（如濾液需回收則送到料槽）。

?工作過程采用全封閉式，自動清洗并能連續工作，既可保持環境清潔又大大降低勞動強度。

第十三頁，共68頁。

自清洗過濾機1—進料管2—泄料龍頭3，4—真空壓力表5—回流閥6—出料閥7—擺線減速器8—出料泵9—排污閥10—過濾器第十四頁，共68頁。（五）密閉加壓耙式過濾機?可在0.3MPa壓力下進行密閉過濾操作，在加壓過濾的同時又能進行真空抽濾，特別適用于含有機溶劑懸浮液的過濾和洗滌。?該機主要由機身、過濾孔板、雙臂同心軸、刮平物料和卸料臂、濾餅出料管、耙式攪拌臂、固定式外套管組成。懸浮液自上部加料口加入，裝滿后可在不同的壓力下進行過濾操作。用安裝在螺旋卸料臂上的刮平板平整濾餅，以防出現裂痕泄壓，同時通過液壓系統在濾餅表面施加壓力，將濾餅壓緊壓實，當過濾結束后,將刮板和螺旋卸料臂反向旋轉則可以自動出料。?過濾的物料含固率高，而且操作方便，可以進行自動加料、過濾、洗滌、平整物料、自動出料等操作。第十五頁，共68頁。

密閉加壓耙式過濾機

①—機體②—夾套過濾孔板③—雙臂同心軸④—刮平和螺旋卸料臂⑤—出料管⑥—耙式攪拌臂⑦—外套管

（a）過濾機示意圖（b）過濾過程示意圖（c）洗滌濾餅第十六頁，共68頁。

三、離心分離機離心分離是通過設備高速旋轉產生的離心力，對懸浮中的固相和液相進行分離，可達到與過濾分離同樣的濃縮效果。離心分離機除用來進行固液分離外，還具有對染料漿液中不同顆粒進行篩選分離的作用。離心分離機主要有以下幾種類型。第十七頁，共68頁。（一）三足式離心機?通常在轉鼓罩面上鉆有無數小孔，其內側襯有一層或多層大孔的金屬過濾網，以作為濾袋或濾布在轉鼓中的支撐。在轉鼓轉動前或轉動后，將懸浮液自頂端加入，濾液通過濾布流出，從排液口排出機外，固體顆粒被截留在濾布上，停機后取出。?三足式離心機是一種間歇操作設備，由于設備結構簡單、操作方便，在生產中大量使用。?目前，三足式離心機又開發出刮刀式、下出料式等新型結構，使之又增加了新的功能。第十八頁，共68頁。三足式離心機示意圖1—底盤2—支柱3—緩沖彈簧4—擺桿5—鼓壁6—轉鼓底7—攔液板8—機蓋9—主軸10—軸承11—制動器手柄12—外殼13—電動機14—制動輪15—濾液出口第十九頁，共68頁。（二）臥式刮刀卸料離心機?該機可以使進料、洗料、脫液、卸料、洗網等操作工序在不停機的情況下進行，實現了操作連續化。?通過油壓作用“臂”以一定壓力與固體料層接觸，當料層達到一定厚度時，“臂”被料層抬起，同時，與“臂”同軸安裝的凸輪轉動觸及行程開關使之動作，不論定時器設定在什么時間，都會使進料閥關閉。在每一個工作周期開始時，料層控制器會自動復位，因為所加壓力較小而且可調，所以“臂”的磨損、晶體物料的破壞程度及動力消耗都很小。?這種離心過濾機可以大大降低勞動強度，在染料及中間體的分離中廣泛使用。第二十頁，共68頁。臥式刮刀卸料離心機1—轉鼓2—刮刀3—進料口4—排液口第二十一頁，共68頁。（三）臥式螺旋離心機

?該機由圓錐圓柱形筒體、螺旋輸送器兩部分組成。懸浮液經輸料管和分布孔進入轉筒內，在進料時懸浮液被連續加速，直到與轉筒和螺旋輸料器的轉速基本相同。在強大離心力下，在轉筒內壁上受到螺旋輸送器的推動，被送往排料口并與液相分離。由于固相被連續排出，進料懸浮液的含固率幾乎達到流動的極限。在液相區，液體通過螺旋通道流向液相出口。

?臥式螺旋離心機還具有減小產品的平均粒徑、提高染料粒度分布均勻性、提高分散染料的擴散性能等增效作用，是一種高效、多功能的分離設備。

第二十二頁，共68頁。臥式螺旋離心機1—輔電動機2—主電動機3—差速器4—轉鼓5—螺旋排料器第二十三頁，共68頁。（四）碟片離心機?又稱薄膜分離沉降離心機。該機有一組錐形盤，錐形盤以相同的角速度旋轉，為增大轉鼓容積，一般使轉鼓高度和直徑大致相等。?懸浮液沿轉鼓中心引入，液體以薄層在盤片間沿徑向流動并呈溢流狀流向出口。固體顆粒首先沉積在錐形圓盤的下表面上，然后向下往盤邊滑動，最后甩到轉鼓壁上。由于錐形盤將液體分成若干層，從而縮短了顆粒的沉降過程，加速了離心分離。?碟片式離心分離機轉鼓直徑一般為0.15～1.0m，轉速與直徑有關，最高轉速可達12000r／min，分離因數為5000～14000，當量沉降面積最大可達30000m2，當處理易分離物料時，生產能力可達l00m3／h。第二十四頁，共68頁。

碟片離心機的工作原理圖

第二十五頁，共68頁。第二節濕式粉碎及設備

?染料顆粒越小、表面積越大，則溶解速度越快，擴散能力越強,目前對于非水溶性染料顆粒要求在0.5～2μm之間比較合適，所以染料要經過超細粉碎過程。

?超細粉碎大體可分為干式粉碎和濕式粉碎兩種，濕式粉碎是在有溶劑（通常是水）存在的情況下進行粉碎。采用哪種粉碎方法，需根據不同的染料產品的不同要求來確定，并進一步選擇粉碎工藝和合適的粉碎設備。第二十六頁，共68頁。

染料加工常用粉碎設備第二十七頁，共68頁。一、濕式粉碎及設備

?染料常用濕式粉碎設備

設備類型

粉碎原理給料粒度(mm)產品粒度(μm)適用硬度(莫氏)振動磨砂磨機膠體磨輥磨機棒磨機球磨機錐磨機沖擊、摩擦、剪切剪切、研磨、摩擦剪切、分散擠壓剪切、擠壓剪切、沖擊研磨

610.212~152~64~401~740.1~741~205~1250.5~50001.3~300010~28009599994

?研磨介質可選用玻璃珠、金剛砂、鋼珠、鋯珠等。第二十八頁，共68頁。

?影響濕式粉碎的主要因素

1、染料含固率如含固率過低，單位體積漿料中染料顆粒少，介質研磨染料的機會就少，磨效降低；含固率過高，又會使染料之間的內摩擦加劇，耗能相應增加。對于分散、還原染料含固率在45％～50％，黏度為0.5～1.0Pa·s是最佳條件。2、染料初始粒徑進入砂磨機的染料顆粒在50μm以下比較合適。另外，不論是預分散還是用砂磨機粉碎，研磨介質的直徑應為染料原始粒徑的10～20倍，例如，進入砂磨機染料的最大粒徑為100μm，研磨介質粒徑應為1～2mm。第二十九頁，共68頁。

3、助劑的起泡性

研磨助劑在染料漿液中產生泡沫會使空氣進入漿料中，對研磨介質與染料顆粒間的撞擊起一定緩沖作用，從而降低研磨效率。因此，助劑的起泡性是選用助劑時應考慮的一個主要因素，如果選用的助劑易起泡沫，最好使用閉式砂磨機，必要時還要加入消泡劑。

4、分散劑加入量

分散劑多為陰離子型表面活性劑，它們加入到染料漿液中后，能在染料顆粒的表面形成一層電荷保護層，防止粉碎后染料的再凝聚。用量不足，分散劑不能全部包圍顆粒表面，已經被磨碎的顆粒就有重新凝聚的趨勢，導致粉碎速率下降；用量過多，輸入的能量大部分都消耗在粉碎分散劑的團塊上，使得研磨效率反而下降。因此，分散劑的加入量應適當。第三十頁，共68頁。

5、砂磨機參數

（1）分散片間隙

分散片到磨室壁的距離（間隙）越小越好，距離小，能量密度高，粉碎效率越高。但距離過小會加劇研磨介質的磨損，因此間隙應控制在一定范圍內。（2）分散片形式

在各種分散片中，圓盤形能夠有效降低軸向流動，避免介質和物料出現“短路”現象，目前使用較多的是圓盤分散片。（3）磨室容積按理論計算，砂磨機的生產能力與磨室容積成正比，而實際上，砂磨機磨室容積在2～30L之間，生產能力與容積基本成正比，而60L以上的砂磨機，則實際生產與理論量差距較大，生產效率隨磨室容積的增大反而降低。

第三十一頁，共68頁。

6、介質參數（1）介質直徑對磨效的影響砂磨機使用的介質直徑應在1～2mm之間，而砂磨鍋使用的介質應為2～4mm左右。（2）研磨介質的均勻度將幾種不同粒徑的介質按一定比例混裝，研磨效果頗佳。原因是在研磨初期，漿料中有染料結塊，需要較大撞擊力才能將其分散，此時大研磨介質起作用；當進入微粉碎階段，需要利用小介質的研磨作用。

第三十二頁，共68頁。（3）研磨介質的相對密度研磨介質的相對密度與漿料的黏度應相適應，高黏度選擇相對密度較大的介質、低黏度選擇相對密度較小的介質。（4）介質填充率是影響磨效的主要因素。介質填充率不能過大，否則會產生大量熱量造成已被粉碎的粒子重新凝聚。填加介質時，應保證空隙率在40％左右。介質的填充率為有效容積的60％～85％，但臥式砂磨機填充率要高于立式砂磨機。

第三十三頁，共68頁。砂磨鍋1—冷卻水入口2—研磨介質排出口

3—攪拌槳葉4—攪拌軸5—夾套6—容器7—冷卻水出口8—上蓋9—漿料入口和出口10—密封第三十四頁，共68頁。

第三十五頁，共68頁。第三十六頁，共68頁。第三節干式粉碎及設備

?一般來說，干式粉碎主要用于水溶性染料的粉碎。我國一些水溶性染料、中間體的表觀粒度為通過80目篩，即粒度不大于174μm。?干式粉碎產品的粒度一般呈對數正態分布，從理論上來講，干式粉碎的極限可在0．01～0.05μm之間，但就目前粉碎技術和設備的發展水平，固體物料的粉碎極限能達到1．0μm。?干式粉碎機的類型目前主要有氣流、攪拌、球磨機、膠體磨等。第三十七頁，共68頁。流化床氣流粉碎機比其他沖擊式粉碎機節能50％以上。產品細度有97％在2～200μm之間，設備體積小、維修費用低。第三十八頁，共68頁。粉碎室是一個立式圓柱形結構，高壓噴嘴在粉碎室底部沿周向對稱布置，用于氣流的平衡，產品出口在粉碎室上部，出口處有一個分級器。塊狀物料經加料口進入粉碎機并向下墜落，當物料落入粉碎區時，被強大的氣流沖擊，物料受到沖撞、剪切等外力的作用而被粉碎。粉碎后物料受氣流夾帶向上運動，經分級器后排出粉碎機并與氣體分離，大顆粒被截留后進一步粉碎。第三十九頁，共68頁。

沖擊式超細粉碎機1—內部循環回路2—粗大顆粒3—分級葉片4—細小顆粒5—定子6—粉碎葉片7—轉子由于內部分級結構和自身的循環作用，能夠生產出超微細、粒度分布較窄的粉體。內部自循環分級是它的一大特點，安裝在機內的定子被隔板隔成粉碎室和分級室，粉碎室的定子比葉輪的葉片寬一些，加大粉碎室寬度可以延長粉體在機內的停留時間。

第四十頁，共68頁。

由于內部分級結構和自身的循環作用，能夠生產出超微細、粒度分布較窄的粉體。內部自循環分級是它的一大特點，安裝在機內的定子被隔板隔成粉碎室和分級室，粉碎室的定子比葉輪的葉片寬一些，加大粉碎室寬度可以延長粉體在機內的停留時間。第四十一頁，共68頁。

球磨機

特點是粉碎比大，可粉碎許多堅硬物料，具有結構簡單、機械部件可靠性強、設備價格低廉、損毀零部件易更換、工藝成熟等優點，可用于干法粉碎也可用于濕法粉碎。

第四十二頁，共68頁。

第四節干燥技術及設備

?干燥是利用加熱或冷卻的方法使物料中的水分發生相變，并與物料脫離，從而達到脫水、去濕的目的。

?染料為了進一步深加工或成品運輸、儲藏、使用的需要，常需干燥處理。

?我國商品染料的殘余水分規定了一定的含水標準，根據染料產品的要求，確定的干燥條件應該滿足最后的平衡水分不高于規定的殘余水分。第四十三頁，共68頁。

一、染料干燥的特點

?干燥加工不僅是固液分離過程，更是染料生產過程的最后一道工序，產品的質量、劑型在很多情況下取決于干燥技術和設備的綜合運用情況。?干燥加工具有設備價格昂貴、工程投資大、高耗能、熱效率波動大（在15％～80％之間）等特點。?染料品種繁多，它們的理化性質又有很大差異，甚至同一品種需要不同的生產工藝、同一品種具有不同的產品要求，導致干燥條件區別較大，所以就造成了干燥過程的復雜性。由此可見，染料的干燥較其他產品的干燥具有更高的技術性。第四十四頁，共68頁。?干燥設備的特點和要求

1、操作條件要求嚴格染料有熱敏性，對于溫度十分敏感，有些物料干燥溫度范圍甚至不能超過±5℃，否則容易發生質量問題。2、生產成本較高染料品種多，加上染料中間體就更難以統計，生產規模較小，所以生產成本相對較高。數間相互關聯，操作經驗在某種情況下有時起重要作用。第四十五頁，共68頁。3、更換品種頻繁一臺設備在一年內要多次更換加工品種，交叉污染很難避免。每次更換品種都要經過反復清洗，甚至要更換管路或一些設備，所以干燥設備的設計從流程到結構都要考慮到這一特殊性。4、污染較嚴重干燥后的固狀染料極易起塵，對生產或廠區環境容易造成污染，應注意生產裝置、生產環境或排放物的防塵可靠性。5、操作經驗性強由于操作中許多參數間相互關聯，操作經驗在某種情況下有時起重要作用。第四十六頁，共68頁。

二、染料干燥設備（一）噴霧干燥器染料被霧化成10～300μm的粒子，其表面積顯著增加，通過表面與高溫空氣的大面積接觸強化了傳質傳熱速率。另外，微小的霧滴使顆粒內水分向外遷移的路徑大大縮短，能在短時間內（＜30s）完成干燥過程。

第四十七頁，共68頁。（二）載體流化床干燥器?也稱媒體噴霧沸騰干燥器，將噴霧技術、流化技術相結合，在流化床內，空氣把載體預熱并使載體粒子群處于流化狀態，同時由輸料泵供料，經噴嘴噴灑到載體表面呈膜狀附著，然后分散在流化層內。載體和熱空氣同時向物料進行傳導傳熱和對流傳熱并使之干燥。?

特點是降低了噴霧干燥器的高度，可對漿狀物料和高黏度物料(20Pa·s以上)進行干燥。該設備占地面積小，熱效率高，同烘箱式干燥器相比，脫水成本可下降4倍，同噴霧干燥器相比，設備投資可減少，可用于噴霧干燥難以進行處理的糊狀物料。

第四十八頁，共68頁。

載體噴霧流化干燥器流程圖1—加熱器2—料槽3—計量泵4—噴嘴5—載體流化床干燥器6—旋風分離器7—袋式過濾除塵器8—星形閥9—引風機10—載體第四十九頁，共68頁。

（三）旋風干燥器?填補了氣流干燥器和流化床干燥器的不足。?

旋風干燥器有兩種傳熱方式，一是來自干燥熱空氣的對流傳熱，另一是來自夾套的輻射傳熱。熱氣體與粒子的分離、分散所造成的速度差，在粒子表面強化了傳熱過程，干燥器也起到了分級作用。微小的粒子容易被熱氣流夾帶，所以停留時間短，被反復強烈地分散、分級的大粒子停留時間相對延長，粒子越大，在干燥器內停留的時間就越長，能夠保證產品含水率的一致性。?物料在干燥器內的停留時間可以由物料的加入量控制，一般停留時間在15～30s之間，對于粉體，這樣的時間已經足夠了。旋風干燥器的干燥溫度可以下降到接近氣體的露點溫度，因此有很高的熱效率。第五十頁，共68頁。旋風干燥器原理圖

第五十一頁，共68頁。（四）耙式干燥器?耙式干燥器適合在真空條件下干燥熱敏性或含有機溶劑的物料，特點是能耗大、熱效率高（可達到80％），操作方便，適應范圍廣。?耙式干燥器主要由殼體、夾套、攪拌器和傳動裝置組成。濕物料由耙式干燥器加料口加入，利用耙齒與軸線的夾角使物料翻動，同時還做軸向往復移動并充滿干燥器（主要是下部）。熱載體通入夾套，通過器壁向物料傳導熱量。汽化的水蒸氣（或溶劑）與物料經過濾器進行分離，干燥后產品由耙齒推向放料口放出，全過程為間歇操作。第五十二頁，共68頁。

耙式干燥器1—殼體2—夾套3—攪拌器4—傳動裝置5—電動機第五十三頁，共68頁。（五）旋轉閃蒸干燥器?旋轉閃蒸干燥器適合于高黏性膏糊狀物料的干燥，作為一種新機型，有其他干燥器不能與之比擬的優點。?閃蒸干燥是一種帶有旋轉粉碎裝置的豎式流化床干燥器，能同時完成物料的干燥、粉碎、分級等操作。?設備主體為圓筒形干燥室，由底部的粉碎流化段、中部干燥段、頂部分級段組成。底部粉碎段裝有攪拌器，攪拌器轉速通過調節外部電機的轉速進行無級調節。第五十四頁，共68頁。?攪拌器有兩個作用，一是帶動熱空氣產生高速旋轉的氣流形成流化床層；二是對物料強烈的攪拌和粉碎作用，強化了傳質傳熱，加快物料干燥速度。在干燥器底部設有蝸殼式空氣分配室，使切向送入的熱空氣通過環狀導向縫隙均勻進入干燥室。?在干燥段設有螺旋加料器，加料器由調速電動機拖動，通過變頻器調節轉速，頂部分級段有一個分級環，根據產品的粒度要求更換合適的分級環。第五十五頁，共68頁。

閃蒸干燥器流程圖

1—膏糊狀物料2—料槽3—螺旋加料器4—冷空氣5—加熱器6—空氣分配室7—進風口8—干燥室9—分級環10—布袋除塵器11—星形出料閥12—引風機第五十六頁，共68頁。第五節混合設備

?混合設備主要用于染料的拼色、在干粉中加入防塵劑、調整染料強度進行標準化等加工。

?1982年以前，我國各染料廠的混合設備主要以滾筒混合器和氣流混合器為主，最近十幾年，各類錐形混合器和其他高效混合器被逐漸應用，對提高染料產品質量起到很好的促進作用。第五十七頁，共68頁。

一、犁刀式混合機

?具有混合精度高、混合速度快、能耗低、運行平穩、密閉操作等特點，并且操作和維修都很方便，不僅能明顯提高產品質量、降低生產成本，還可以改善勞動環境，提高生產效率。

?混合機結構主要由傳動系統、筒體、犁刀、飛刀組等4部分組成，電動機通過擺線減速機變速后帶動主軸轉動，犁刀同主軸以80～140r／min的轉速旋轉。在筒體上安裝有飛刀組，工作時以1400～3000r／min高速旋轉，起攪拌和粉碎物料作用。

第五十八頁，共68頁。

?物料在筒體內受旋轉犁刀的高速攪拌作用，沿筒壁周向作湍流運動，當物料與飛刀組接觸時，飛刀組立即把團塊狀物料粉碎，又使物料向主軸方向飛濺，在犁刀和飛刀組兩個垂直方向高速攪拌復合力的作用下，強制物料做高速擴散、更疊、交錯等運動，增加了物料的湍動，使其在短時間內達到均勻混合。例如：用犁刀式混合機拼混黑色或棕色陽離子染料，在15min左右色差已達到質量要求，而用滾筒混合機約需3～4h。第五十九頁，共68頁。