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环保设备网-如何去除涂料中空气的危害-

2021年06月17日 来源:

环保设备网:如何去除涂料中空气的危害?

涂料中总是含有一定量的空气。部分空气来源于原料中,比如颜料、胶黏剂。更多的空气是在涂料制备过程中混入的,但和实际涂布过程中产生的空气相比仍是小数目。

空气使得涂料在循环过程中产生气泡,最糟糕的情况下,会导致涂料在槽罐中溢流。用昂贵的化学药品抑泡或消泡,增加了环境负担。空气一般被认为对纸机的运行产生负面的影响,尤其对高车速纸机。另外,值得注意的是空气的存在可能造成漏涂,涂料的黏度也会上升。

环保设备网

最明显的现象是,无论如何,涂布凹坑是由气泡造成的。当涂料供料不足时,气泡是造成漏涂的主要原因。这种形式的漏涂在纸面上有两个尾巴,尾巴朝向纸机运行方向。另外的空气来自于纸幅。当空气从纸幅中的毛细孔释放时,会在印刷的纸面上留下小的、圆形的凹坑。

对造纸工作者来说,一个重要的目的就是要控制空气的含量,以避免空气造成纸病或者其他运行问题。传统上我们使用化学药品除气,以避免空气在胶版印刷时产生纸病,影响运行。纸机上料系统的布置及管道设计也起着至关重要的作用。一些工艺设备,比如压力筛,会在一定程度上去除空气。在过去几年里,对于除气的要求越来越迫切,我们已经看到,为避免空气在涂料中的累积而开发特殊除气器的迫切性。

除气器用于降低涂料中的空气含量。很明显,如果不破坏涂料的结构,去除所有的空气是不现实的。残留空气的有害程度主要取决于气泡的尺寸分布。实验显示,对于喷射式涂布机,直径大于1mm的气泡会造成麻烦。直径在0.2~1.0mm的气泡,正常情况下不会产生问题,但是有融合生成更大尺寸有害气泡的趋势。因此,除气的目的是设法去除直径大于0.2mm的气泡。

新技术有助于减少涂料中的空气含量以满足目前涂布工艺和运行速度的要求,包括喷射式涂布系统。

使用除气器

实际上,对于有效地从液体中去除空气,没有太多真正的选择。

一种方法,即所谓deculator,使用真空去除空气,主要用于流浆箱前浆料的处理。不幸的是,这种方法在处理涂料时是有问题的。即使高黏度和相对较高的流动造成的困难被克服,设备也会很复杂,占用大量的空间,和常用的离心分离器相比,价格较昂贵。另一个问题是如何防止涂料进入真空系统。在实践中,空气去除的同时,将会产生大量的废水。因此,对于目前的涂布技术,真空分离缺乏技术和经济效益。

未来这种情况可能会改变,如果涂布工艺不需要上料系统,涂料的量将减少到目前的十分之一或者二十分之一。这时候使用真空分离器是可行的。这些未来的涂布方法可能需要涂料含有极低的空气含量,这意味着除气可能不得不分批在单独的分离器中进行。

目前,唯一能真正解决涂料气泡问题的是离心分离机。

离心分离机

在实践中,目前所有的除气解决方案基于离心分离原理。离心力分离基于涂料组分的密度和尺寸的不同。空气的密度几乎是零,相对于其他组分(颜料约2.7kg/l和胶乳约1.0kg/l),有害的大气泡(200m),相对于其他组分(颜料2m和胶乳0.5m),原则上更容易分离。当然,分离器要求能够提供足够强的离心力和相对较短的距离,以方便气泡在一定的时间内排出。

斯托克斯定律描述了在重力或离心力作用下,物质的行为。

粒子密度越高,粒子尺寸越大,它移动得越快。低密度的空气移动速度低于涂料,并且集中在分离器的中心。

维美德通过旋转分离器对气泡的行为进行了广泛的理论研究。计算模拟是相当复杂的,因为有几个变量很难估计,最后的解决方案也只得用实证方法来优化。非牛顿流体的涂料以及分离器内速差的复杂性使得计算非常困难。

最小的气泡尺寸对应的喂料速度可作为OptiAir喂料速度设计标准。换句话说,在对应的速度下,这种直径的气泡,无论在分离器的什么位置,都会移动到排渣线。

据资料,在OptiAir中气泡完全去除对应直径下的进料速度是1.5l/s。

在评估这些结果时,我们必须牢记,分离发生在压力环境中,气泡体积会发生变化。同样,如果压力减半,气泡直径将增长约25%。例如,如果分离器与泵之间的平均压差是0.15MPa,0.2mm的气泡直径会增长到0.27mm。因此,除气器必须尽可能地靠近涂布站,这样静压力会减小。当然,溶解在涂料中空气比例也会变小。

计算结果显示,延长保留时间提高了分离效果。但试验结果同样表明,延长的时间到达一定的程度后将不会改善结果。因此多级分离并不显著改善结果。

OptiAir除气器

维美德开发了OptiAir除气器,主要目的是提高高速涂布机的运转性能,另外的目标是减少消泡剂的使用,从而提高涂布纸的质量。目前目标已经达成,消泡剂可减少甚至不加,同时,涂布机的运行性能得以提高,空气含量稳定在一个较低的水平。空气含量通常会下降50%~70%。

另一个最重要的原因是为了满足喷射式涂布机的要求。

OptiAir去除涂料中的空气,原理是不同密度的颗粒在离心力场中具有不同的速度。向旋转分离器的顶部切向进料,产生离心力。在离心场中产生的压力差迫使低密度气泡集中在旋转分离器的轴线上。空气通过尾渣管不断去除。脱气涂料沿着旋转分离器壁流动,通过底部的出口排出。为了达到最佳运行效果,流经OptiAir旋转分离器的涂料流量必须足够大,以在整个单元中形成0.2~0.25MPa的压差。

OptiAir安装在压力筛和涂布站之间。有两个原因。第一,在断纸时,如果没有经过压力筛筛选,纸片会进入上料系统堵塞排渣管。第二,为了更好的分离效果,除气器到涂布机的距离必须尽可能短,保证静压力最小。

OptiAir旋转分离单元可按照两种处理能力进行制造:1.5l/s和2.5l/s。根据需要的处理能力,一套装置由1~40个旋转分离单元组成,安装在紧凑型支架上并由法兰连接进料口,排气出口和去除气泡的涂料出口。关于处理能力的调整,单个旋转分离单元可以很容易的在正常过程中关闭,并从整套装置中取出。因为没有活动和易损部件,维修也很方便。该装置可与上料管道系统一起清洗,因此不需要单独的清洗, 管, 路。

目前OptiAir除气器已在大部分涂布机上使用,包括堰池式、辊式、膜转移式和刮刀式涂布机。其中50%用于喷射式涂布机。

喷射式涂布机对涂料中空气含量的要求

传统的辊式及堰池式涂布机对高含量空气的涂料不敏感。主要是其他因素限制了它们的运行速度。在实践中涂布机的速度已经达到1400~1700m / min。

喷射式涂布机在1980年代开始大量使用,但运行速度太慢,小于1000m/min。典型的喷射式涂布对涂料中的空气含量高度敏感。很大程度上,除气技术的开发使得喷射式涂布技术成为全球范围内最重要的涂布方法。

喷射式涂布机的优点是涂布量范围宽(4~20g/m2),良好的运行性能,即便在高车速是也有良好的涂层质量。维美德公司配备OptiAir除气器的OptiCoat喷射式涂布站取得了一项世界纪录,1750m/min。即使在这个速度,涂层的质量仍然堪称完美。

对于喷射式涂布机,涂料中的大气泡一直是个挑战。大气泡干扰了喷射涂层,造成漏涂点。在实践中,最具挑战的气泡尺寸是喷嘴的两倍大。对于0.7~0.9mm的喷嘴,最有害的气泡尺寸是1~1.5mm。

没有除气的涂料上料系统涂料的空气含量通常在10%~25%,包含有大量的大气泡,一些气泡的直径高达5~10mm。一些案例中,喷射式涂布上料系统没有安装除气器,主要运行在一些较低的车速。然而总的原则是,喷射式涂布机总是需要一个单独的除气系统。

对于喷射式涂布技术,一般情况下,空气含量必须控制在5%~8%以内,以防止气泡的直径超过1mm。这个“安全”的空气含量主要取决于涂料本身。

为了避免气泡在涂料中的融合,必须减少空气含量低至分布在涂料中的气泡是“稳定”的。这意味着高黏度的涂料能够阻止他们的运动,避免融合。通常情况下,0.2~0.3mm的气泡不会发生明显的融合。

使用喷射式涂布的重要因素是通过除气系统将空气含量稳定到一个可接受的水平,并保证大气泡在旋转分离器中分离。OptiAir设计特别注意这个细节。维美德的OptiCoat喷射式涂布机和OptiAir一起形成了一套整体方案且已被证实是可靠的高速涂布方式,即便在恶劣的工艺环境下。

最终,造纸工作者会发现通过使用除气器可以降低上料系统涂料中的气泡含量,稳定涂布质量,提升涂布机的运行性能。

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