一种高抗黄变白炭黑的生产设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高抗黄变白炭黑的生产设备，包括RO膜反渗透装置、离子交换柱、配氨水罐、石墨混酸冷凝器、反应釜、板框压滤机、制浆机、喷雾干燥塔和气流粉碎机。本实用新型利用强酸型阳离子交换树脂去除水玻璃内的正价金属离子得到纯净的硅酸钠溶液，利用RO膜反渗透装置去除自来水中的有色金属离子、矿物质、有机物、微生物等得到纯水，利用纯水配制纯净的氨水溶液、稀硫酸溶液以及作为反应用水和洗涤用水，最大限度的降低了白炭黑生产原料中的有色金属含量，避免了生产过程中引入其他杂质，从而从根本上解决了白炭黑易黄变的技术问题，大大提高了白炭黑产品的白度和抗黄变性能，制备的产品质量稳定，抗黄变性能优异。
【专利说明】一种高抗黄变白炭黑的生产设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及白炭黑生产【技术领域】，具体说是一种高抗黄变白炭黑的生产设 备。
【背景技术】
[0002] 目前高抗黄变的白炭黑的生产技术都是在白炭黑生产后加入抗黄剂（如抗氧化 剂）、除铁剂（如络合剂）、颜色处理剂（如蓝色染料等利用颜色掩盖的方法）等一些后处 理剂。先天不足，后续改善只是治标的方法，存在很大的隐患，根据下游生产高温硫化硅橡 胶的厂家的生产工艺的特殊性和产品运用的特殊环境下，会出现抗黄变的效果差。原因如 下：一、高温硫化硅橡胶配方中添加的一些助剂在高温下会与抗黄剂、除铁剂、颜色处理剂 等助剂发生反应或使抗黄剂、除铁剂、颜色处理剂等助剂失去抗黄变的效果；二、抗黄剂、除 铁剂等助剂处理的白炭黑制造成制品，长期暴露在外界恶劣环境中，如紫外线、高温、空气 中的氧气、水蒸气下的复杂作用下，会使助剂失去抗黄变的效果。
[0003] 白炭黑使用到橡胶中造成黄变的主要原因就是白炭黑产品内存在大量的铁、铜、 锰等有色金属元素，在用于橡胶时容易产生各种颜色，尤其是产生黄色最明显。白炭黑内存 在大量的铁、铜、锰等有色金属元素的原因如下：一、生产的原材料水玻璃、硫酸、水中存在 铁、铜、锰等有色金属元素，尤其是水玻璃内的铁、铜、锰等有色金属元素含量最高；二、生产 过程中不锈钢设备、管道在沉淀法白炭黑的生产工艺条件下腐蚀产生有色金属离子，如高 温、酸雾、高速剪切力等多种条件作用下，使不锈钢设备、管道缓慢腐蚀，如316L不锈钢（锰 Μη :彡 2. 00,铬 Cr : 16. 00 ?18. 00,镍 Ni : 10. 00 ?14. 00,钥 Mo :2· 00 ?3. 00)被腐蚀产生 大量的有色金属离子，被带入白炭黑里面，与白炭黑形成稳定的结合。 实用新型内容
[0004] 为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种抗黄 变性能优异的高抗黄变白炭黑的生产设备。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
[0006] -种高抗黄变白炭黑的生产设备，包括R0膜反渗透装置、离子交换柱、配氨水罐、 石墨混酸冷凝器、反应釜、板框压滤机、制浆机、喷雾干燥塔和气流粉碎机；
[0007] 所述R0膜反渗透装置上设有进水口和出水口，所述离子交换柱上设有进料口和 出料口，所述离子交换柱内装有001X7强酸型阳离子交换树脂，所述配氨水罐上设置有进 水口、进氨口和出料口，所述石墨混酸冷凝器上设置有进水口、进酸口和出料口，所述反应 釜上设置有第一进料口、第二进料口、第三进料口、进水口、蒸汽进口和出料口；
[0008] 所述R0膜反渗透装置的出水口分别与配氨水罐的进水口、石墨混酸冷凝器的进 水口、反应釜的进水口和板框压滤机的进洗涤液孔相连接，所述离子交换柱的出料口与反 应荃的第一进料口相连接，所述配氨水罐的出料口与反应荃的第二进料口相连接，所述石 墨混酸冷凝器的出料口与反应釜的第三进料口相连接；
[0009] 所述板框压滤机、制浆机、喷雾干燥塔和气流粉碎机依次连接在所述反应釜的出 料口一端，所述板框压滤机的进料口与反应釜的出料口相连接。
[0010] 进一步的，所述001X7强酸型阳离子交换树脂靠近离子交换柱的出料口一侧设 置有过滤网，离子交换柱的内壁覆盖有环氧树脂涂层。
[0011] 进一步的，所述配氨水罐为内衬四氟乙烯的配氨水罐，所述反应釜为内衬氟塑料 的反应荃。
[0012] 进一步的，还包括蒸汽发生器和滚筒蒸球，所述滚筒蒸球上设有进水口、蒸汽进 口、固体水玻璃进口和出料口，所述蒸汽发生器的出汽口分别与反应釜的蒸汽进口和滚筒 蒸球的蒸汽进口相连接，所述滚筒蒸球的进水口与R0膜反渗透装置的出水口相连接，所述 滚筒蒸球的出料口与离子交换柱的进料口相连接。
[0013] 进一步的，所述蒸汽发生器和滚筒蒸球的连接管路上设置有第一精密过滤器。
[0014] 进一步的，所述滚筒蒸球与离子交换柱的连接管路上依次设置有第二精密过滤 器、泵和高位槽，所述高位槽的出料口位于离子交换柱的进料口的上方。
[0015] 进一步的，所述离子交换柱与反应釜的连接管路上设置有PH检测计和排液阀。
[0016] 进一步的，所述石墨混酸冷凝器和反应釜的连接管路上依次设置有泵、高位槽和 第二离子交换柱，所述第二离子交换柱的出料口与反应釜的第三进料口相连接，所述第二 离子交换柱内装有001X7强酸型阳离子交换树脂和过滤网，第二离子交换柱的内壁覆盖 有环氧树脂涂层，所述高位槽的出料口位于第二离子交换柱的进料口的上方。
[0017] 本实用新型的有益效果在于：
[0018] 采用本实用新型的生产设备，可以生产得到有色金属杂质含量极低的白炭黑，尤 其是铁金属的含量可降低至10?20ppm，大大提高了白炭黑产品的白度以及在橡胶应用方 面的抗黄变性能，从根本上解决了白炭黑用于生产硅橡胶时易黄变的技术问题，产品质量 稳定，抗黄变性能优异。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1所示为本实用新型实施例的连接示意图。
[0020] 标号说明：
[0021] 1、R0膜反渗透装置；2、离子交换柱；3、配氨水罐；4、石墨混酸冷凝器；5、反应釜； 6、板框压滤机；7、制浆机；8、喷雾干燥塔；9、气流粉碎机；10、蒸汽发生器；11、滚筒蒸球； 12、第一精密过滤器；13、第二精密过滤器；14、泵；15、高位槽；16、PH检测计；17、排液阀； 18、泵；19、高位槽；20、第二离子交换柱。
【具体实施方式】
[0022] 为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施 方式并配合附图详予说明。
[0023] 本实用新型最关键的构思在于：利用强酸型阳离子交换树脂去除水玻璃内的正价 金属离子得到纯净的硅酸钠溶液，利用R0膜反渗透装置去除自来水中的有色金属离子、矿 物质、有机物、微生物等得到纯水，利用纯水配制纯净的氨水溶液、稀硫酸溶液以及作为反 应用水和洗涤用水，最大限度的降低了白炭黑生产原料中的有色金属含量，避免了生产过 程中引入其他杂质，从而从根本上解决了白炭黑易黄变的技术问题，大大提高了白炭黑产 品的白度和抗黄变性能，制备的产品质量稳定，抗黄变性能优异。
[0024] 请参阅图1所示，本实施例的高抗黄变白炭黑的生产设备，包括R0膜反渗透装置 1、离子交换柱2、配氨水罐3、石墨混酸冷凝器4、反应釜5、板框压滤机6、制浆机7、喷雾干 燥塔8和气流粉碎机9 ;
[0025] 所述R0膜反渗透装置1上设有进水口和出水口，所述离子交换柱2上设有进料口 和出料口，所述配氨水罐3上设置有进水口、进氨口和出料口，所述石墨混酸冷凝器4上设 置有进水口、进酸口和出料口，所述反应釜5上设置有第一进料口、第二进料口、第三进料 口、进水口、蒸汽进口和出料口；
[0026] 所述R0膜反渗透装置1的出水口分别与配氨水罐3的进水口、石墨混酸冷凝器4 的进水口、反应釜5的进水口和板框压滤机6的进洗涤液孔相连接，所述离子交换柱2的出 料口与反应釜5的第一进料口相连接，所述配氨水罐3的出料口与反应釜5的第二进料口 相连接，所述石墨混酸冷凝器4的出料口与反应釜5的第三进料口相连接；
[0027] 所述板框压滤机6、制浆机7、喷雾干燥塔8和气流粉碎机9依次连接在所述反应 釜5的出料口一端，所述板框压滤机6的进料口与反应釜5的出料口相连接。
[0028] 本实用新型的工作原理如下：
[0029] 生产白炭黑时，向离子交换柱2的进料口通入水玻璃，利用离子交换柱2内的强酸 型阳离子交换树脂与水玻璃进行置换反应，去除水玻璃内的正价金属离子，最大限度地降 低水玻璃中的有色金属离子含量，从而得到纯净的硅酸钠溶液进入反应釜5 ;向R0膜反渗 透装置1的进水口通入自来水，利用R0膜反渗透装置去除自来水中的有色金属离子、矿物 质、有机物、微生物等，从而得到纯水，该纯水作为配制用水、反应用水或洗涤用水分别流入 配氨水罐3、石墨混酸冷凝器4、反应釜5和板框压滤机6中；向配氨水罐3的进氨口通入高 纯度的液氨或氨气，液氨或氨气与通过配氨水罐3的进水口流入配氨水罐3的纯水混合，从 而得到纯净的氨水溶液进入反应釜5 ;向石墨混酸冷凝器4的进酸口通入浓硫酸，浓硫酸与 通过石墨混酸冷凝器4的进水口流入石墨混酸冷凝器4的纯水混合，从而得到纯净的稀硫 酸溶液进入反应釜5 ;上述处理后得到的生产原料（硅酸钠溶液、氨水溶液、稀硫酸溶液和 纯水），可以最大限度地降低有色金属含量，因此在反应釜5内反应生成的白炭黑只含有极 少量的有色金属杂质，尤其是铁金属的含量可降低至10?20ppm，大大提高了白炭黑产品 的白度以及在橡胶应用方面的抗黄变性能，在后续压滤、洗涤、制浆、磨浆、喷雾干燥和粉碎 过程中（压滤和洗涤在板框压滤机6中进行，制浆和磨浆在制浆机7中进行，喷雾干燥在喷 雾干燥塔8中进行，粉碎在气流粉碎机9中进行，粉碎后即可得到白炭黑产品）也没有引入 其他杂质或有色金属，所使用的洗涤用水也都是纯水，因此从根本上解决了白炭黑易黄变 的技术问题，产品质量稳定，抗黄变性能优异。
[0030] 从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型的生产设备，可以 生产得到有色金属杂质含量极低的白炭黑，尤其是铁金属的含量可降低至10?20ppm，大 大提高了白炭黑产品的白度以及在橡胶应用方面的抗黄变性能，从根本上解决了白炭黑用 于生产硅橡胶时易黄变的技术问题，产品质量稳定，抗黄变性能优异。
[0031] 进一步的，在上述实施例中，所述001X7强酸型阳离子交换树脂靠近离子交换柱 2的出料口一侧设置有过滤网，离子交换柱2的内壁覆盖有环氧树脂涂层。经离子交换后得 到的硅酸钠溶液经过过滤网的过滤可以进一步滤除杂质，而离子交换柱2的内壁覆盖环氧 树脂涂层，可以防止由于腐蚀使有色金属离子带入硅酸钠溶液中，避免造成二次污染，因此 更有利于提商娃酸纳溶液的纯度，提商白炭黑广品的白度和抗黄变性能。
[0032] 进一步的，在上述实施例中，所述配氨水罐3为内衬四氟乙烯的配氨水罐，所述反 应釜5为内衬氟塑料的反应釜。通过在生产设备和管道内衬塑或衬氟，可以有效防止由于 生产设备和管道的腐蚀使有色金属离子带入白炭黑产品中，避免造成二次污染，提高白炭 黑产品的白度和抗黄变性能。
[0033] 进一步的，在上述实施例中，请继续参照图1所示，还包括蒸汽发生器10和滚筒蒸 球11，所述滚筒蒸球11上设有进水口、蒸汽进口、固体水玻璃进口和出料口，所述蒸汽发生 器10的出汽口分别与反应釜5的蒸汽进口和滚筒蒸球11的蒸汽进口相连接，所述滚筒蒸 球11的进水口与R0膜反渗透装置1的出水口相连接，所述滚筒蒸球11的出料口与离子 交换柱2的进料口相连接。在生产白炭黑时，可以通过上述设备自制水玻璃以及为反应釜 5提供水蒸汽，从而进一步确保生产原料的纯净度和避免生产过程中引入其他杂质，提高白 炭黑产品的白度和抗黄变性能。具体的，自制水玻璃的方法可参照如下所述：
[0034] 将模数为2. 5?3. 5的优质的低铁的固体水玻璃通过滚筒蒸球11的固体水玻璃 进口投入滚筒蒸球11内，R0膜反渗透装置1处理后得到的纯水通过滚筒蒸球11的进水口 加入到滚筒蒸球11内，蒸汽发生器10产生的水蒸汽通过滚筒蒸球11的蒸汽进口进入滚筒 蒸球11内，加压至0. 6?0. 8MPa，保压1?3小时，得到Si02含量为10?15wt%的浓水 玻璃，然后继续向滚筒蒸球11内加入纯水配制得到Si0 2含量为3?5wt%的水玻璃。自制 好的水玻璃再通过离子交换柱2进行离子交换，得到纯净的硅酸钠溶液进入反应釜5。
[0035] 进一步的，在上述实施例中，请继续参照图1所示，所述蒸汽发生器10和滚筒蒸球 11的连接管路上设置有第一精密过滤器12。蒸汽发生器10产生的水蒸汽经过第一精密过 滤器12的过滤处理后，可以进一步滤除其中可能含有的有色金属等杂质，从而确保生产过 程中不引入其他杂质。
[0036] 进一步的，在上述实施例中，请继续参照图1所示，所述滚筒蒸球11与离子交换柱 2的连接管路上依次设置有第二精密过滤器13、泵14和高位槽15,所述高位槽15的出料 口位于离子交换柱2的进料口的上方。自制好的水玻璃经过第二精密过滤器13过滤处理 后，可以进一步降低杂质和提高透明度，得到透明度大于200mm的水玻璃，同时避免水玻璃 中含有的固体杂质等对离子交换柱2的正常工作造成不良影响，提高设备的使用寿命。过 滤后的水玻璃用泵14输送至高位槽15,通过高位差自流到装有001 X 7强酸型阳离子交换 树脂的离子交换柱2内进行离子交换，有利于提高离子交换的效果。
[0037] 进一步的，在上述实施例中，请继续参照图1所示，所述离子交换柱2与反应釜5 的连接管路上设置有PH检测计16和排液阀17。通过PH检测计16在线检测离子交换后得 到的硅酸钠溶液的PH值，并通过排液阀17将不符合生产要求的硅酸钠溶液排出，可以确保 白炭黑产品的性能满足要求、质量稳定。比如，生产白炭黑所用的硅酸钠溶液的PH值要求 小于3,则当PH检测计16检测到硅酸钠溶液的PH值大于或等于3时，开启排液阀17将硅 酸钠溶液排出，防止不符合要求的硅酸钠溶液流入反应釜5 ;而当PH检测计16检测到硅酸 钠溶液的PH值小于3时，则关闭排液阀17,硅酸钠溶液进入反应釜5进行反应。PH检测计 16和排液阀17可连接至一自动控制器上，从而实现生产的智能化控制。
[0038] 进一步的，在上述实施例中，请继续参照图1所示，所述石墨混酸冷凝器4和反应 釜5的连接管路上依次设置有泵18、高位槽19和第二离子交换柱20,所述第二离子交换柱 20的出料口与反应釜5的第三进料口相连接，所述第二离子交换柱20内装有001X7强酸 型阳离子交换树脂和过滤网，第二离子交换柱20的内壁覆盖有环氧树脂涂层，所述高位槽 19的出料口位于第二离子交换柱20的进料口的上方。通过增加上述设备，可以进一步确保 生产原料稀硫酸溶液中不含有或只含有极少量的有色金属杂质，从而有利于提高白炭黑产 品的白度和抗黄变性能。有关过滤网、环氧树脂涂层和高位槽19的作用，可同理参照前述 内容，这里不再赘述。
[0039] 综上所述，本实用新型提供的高抗黄变白炭黑的生产设备，不仅从根本上解决了 白炭黑用于生产硅橡胶时易黄变的技术问题，可以生产得到质量稳定、抗黄变性能优异的 白炭黑，而且有效解决了由于生产设备和管道的腐蚀造成的二次污染问题，确保了生产过 程中不引入其他杂质，设备使用寿命长，工作稳定可靠。
[0040] 以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是 利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：包括R0膜反渗透装置、离子交换柱、 配氨水罐、石墨混酸冷凝器、反应釜、板框压滤机、制浆机、喷雾干燥塔和气流粉碎机； 所述R0膜反渗透装置上设有进水口和出水口，所述离子交换柱上设有进料口和出料 口，所述离子交换柱内装有001X7强酸型阳离子交换树脂，所述配氨水罐上设置有进水 口、进氨口和出料口，所述石墨混酸冷凝器上设置有进水口、进酸口和出料口，所述反应釜 上设置有第一进料口、第二进料口、第三进料口、进水口、蒸汽进口和出料口； 所述R0膜反渗透装置的出水口分别与配氨水罐的进水口、石墨混酸冷凝器的进水口、 反应釜的进水口和板框压滤机的进洗涤液孔相连接，所述离子交换柱的出料口与反应釜的 第一进料口相连接，所述配氨水罐的出料口与反应釜的第二进料口相连接，所述石墨混酸 冷凝器的出料口与反应釜的第三进料口相连接； 所述板框压滤机、制浆机、喷雾干燥塔和气流粉碎机依次连接在所述反应釜的出料口 一端，所述板框压滤机的进料口与反应釜的出料口相连接。
2. 根据权利要求1所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述001X7强酸 型阳离子交换树脂靠近离子交换柱的出料口的一侧设置有过滤网，所述离子交换柱的内壁 覆盖有环氧树脂涂层。
3. 根据权利要求1所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述配氨水罐为 内衬四氟乙烯的配氨水罐，所述反应釜为内衬氟塑料的反应釜。
4. 根据权利要求1所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：还包括蒸汽发生 器和滚筒蒸球，所述滚筒蒸球上设有进水口、蒸汽进口、固体水玻璃进口和出料口，所述蒸 汽发生器的出汽口分别与反应釜的蒸汽进口和滚筒蒸球的蒸汽进口相连接，所述滚筒蒸球 的进水口与R0膜反渗透装置的出水口相连接，所述滚筒蒸球的出料口与离子交换柱的进 料口相连接。
5. 根据权利要求4所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述蒸汽发生器 和滚筒蒸球的连接管路上设置有第一精密过滤器。
6. 根据权利要求4所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述滚筒蒸球与 离子交换柱的连接管路上依次设置有第二精密过滤器、泵和高位槽，所述高位槽的出料口 位于离子交换柱的进料口的上方。
7. 根据权利要求1所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述离子交换柱 与反应釜的连接管路上设置有PH检测计和排液阀。
8. 根据权利要求1所述的高抗黄变白炭黑的生产设备，其特征在于：所述石墨混酸冷 凝器和反应釜的连接管路上依次设置有泵、高位槽和第二离子交换柱，所述第二离子交换 柱的出料口与反应釜的第三进料口相连接，所述第二离子交换柱内装有001X7强酸型阳 离子交换树脂和过滤网，第二离子交换柱的内壁覆盖有环氧树脂涂层，所述高位槽的出料 口位于第二离子交换柱的进料口的上方。
【文档编号】C01B33/12GK203998976SQ201420380477
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】王承辉, 汤晓剑, 王升锦, 李建华, 麻煜晶 申请人:福建远翔化工有限公司