Co to jest reaktor pigmentowy: synteza, dyspersja i projektowanie procesu

Odpowiedź na podstawowe pytanie:Co to jest reaktor pigmentowy?Reaktor pigmentowy to naczynie mieszane, w którym pigment organiczny lub nieorganiczny jest syntetyzowany chemicznie lub fizycznie rozproszony w nośniku, a większość roślin wykonuje oba zadania.Synteza obejmuje łączenie azo, w którym sól diazonium reaguje z składnikiem sprzęgającym w temperaturze 0-5°C i z kontrolowanym pH 4-7 w celu wytworzenia chromoforu i tworzenia ftalocyjaniny,który wymaga natomiast 180-220°C w rozpuszczalniku o wysokim wrzeniuDyspersja to fizyczna operacja, w której aglomeracje są rozkładane do docelowej wielkości cząstek 0,1-1 mikrometra za pomocą dysperzora o wysokiej prędkości cięcia, który działa z prędkością końcówki 15-30 m/s.Reaktor musi zatem obejmować niezwykle szeroki zakres: łączenie kryogeniczne na jednym końcu, synteza na gorąco na drugim i dyspersja wysokiej energii pomiędzy nimi,Dlatego rośliny pigmentujące zazwyczaj określają kilka dedykowanych naczyń zamiast jednego uniwersalnego urządzenia..

1Dwie klasy obowiązków, którym musi służyć reaktor pigmentowy

Synteza i dyspersja stanowią prawie przeciwne wymagania, a mieszanie ich w jednym zbiorniku jest najczęstszym źródłem problemów jakościowych:

• Połączenie azo i synteza niskotemperaturowa:Pigmenty azo, które stanowią około połowę wszystkich pigmentów organicznych, wytwarzane są przez diazotację pierwotnej aminy aromatycznej z azotytem sodu i kwasem solnym w temperaturze 0-5°C,następnie połączenie otrzymanej soli diazonium z naftoląSól diazonium rozkłada się powyżej temperatury około 5-10°C, wytwarzając azot i tworząc produkty uboczne oczyszczane smołą.więc naczynie potrzebuje schłodzonej płaszczyzny solanej lub glikolu o wystarczającej pojemności, aby wchłonąć egzotermę diazocyzacjiSzybkość sprzężenia jest regulowana przez pH, które musi być utrzymywane w wąskim zakresie, zazwyczaj 4-7, poprzez jednoczesne dodanie kwasu lub alkalizmu,ponieważ niewłaściwe pH powoduje po prostu niewłaściwe położenie sprzężenia na pierścieniu, a zatem niewłaściwy odcieńKształt kryształu i wielkość cząstek, które określają siłę i przejrzystość barwienia, są tutaj ustawione i nie mogą być łatwo skorygowane później.
• Ftalocyjanina i synteza w wysokiej temperaturze:Copper phthalocyanine blue and green are made by reacting phthalic anhydride or phthalonitrile with a copper salt and urea or a nitrogen source at 180-220°C in a high-boiling solvent such as alkylbenzene or trichlorobenzene, z katalizatorem molibdenu lub molibdatu amonu.i musi obsługiwać heterogeniczną mieszaninę, która staje się bardzo gęsta w miarę postępu reakcjiPo syntezie surowy pigment zostaje przylepany kwasem lub roztopiony solą w celu wytworzenia postaci pigmentacyjnej,ponieważ syntetyzowany produkt jest grubościąRozwiązanie to wymaga inwestycji i energii, a systemy odzyskiwania rozpuszczalników i oczyszczania wentylacji dominują w zakładzie, a nie w samym reaktorze.
• Wysoka dyspersja i deaglomeracja w wyniku strzyżenia:Pigment w postaci wytworzonej pojawia się w postaci aglomeracji o średnicy 10-100 mikrometrów, a osiągalna siła koloru, połysk i przejrzystość zależą od ich rozbicia na cząstki pierwotne o średnicy 0.05-1 mikrometrDyspergencja odbywa się w trzech etapach. Przedmieszanie mokrze powierzchnię pigmentu roztworem żywicy lub środkiem powierzchniowo czynnym, zastępując uwięzione powietrze i wodę.zwykle z rozpraszaczem wirnika-statora, którego prędkość końcówki osiąga 15-30 m/sNastępnie Letdown rozcieńcza koncentrat do końcowej postaci, delikatnie mieszając.ponieważ dalsze cięcie na tym etapie może uszkodzić już rozwiniętą dyspersję lub ją reaglomerowaćTemperatura musi być kontrolowana przez cały czas, ponieważ zużycie energii jest duże, a wiele pigmentów organicznych jest wrażliwych termicznie.
• Wykończenie: filtrowanie, mycie i suszenie:To, co następuje po reaktorze, określa ostateczny pigment tak samo jak reaktor.i myte w celu usunięcia soli, co jest krytyczne, ponieważ pozostały elektrolit powoduje flokulację w gotowej powłoki i zmniejsza połysk.,warunki suszenia określają ostateczną twardość cząstek: przesuszenie wytwarza twardy aglomerat, który nie ulega rozpadowi w żadnej ilości rozproszenia.pokrycie cząstek krzemionką, aluminy lub modyfikatora organicznego w celu poprawy dyspersjibilności, odporności na warunki pogodowe lub reologii.wyładowanie z reaktora musi być spójne w zakresie ciał stałych i wielkości cząstek, w przeciwnym razie nie można zoptymalizować urządzeń niższego szczebla.

2Projektowanie reaktora pigmentowego dla spójności kolorów

Trzy decyzje projektowe określają, czy roślina może trafić w cień i utrzymać go partię po partii:

• Wybór agitatora według obowiązków:Żaden pojedynczy mieszalnik nie spełnia wszystkich zadań związanych z pigmentami.ponieważ celem jest szybkie masowe mieszanie kwasu, nitrytu i składnika sprzęgającego oraz szybkiego usuwania egzotermów na ścianie płaszcza, a nie cięcia.ponieważ masa gęstnieje, a folia ścienna dominuje w transferze ciepłaRozpraszanie wymaga odwrotnego: silnego rotora-statora, dysku rozpuszczalnika lub skoaksialnej kombinacji szybkiego rozpraszacza z powolnym kotwiczem, który utrzymuje ruch całej partii.Konieczne jest określenie przepustowości w zależności od prędkości końcowej, a nie obrotów na minutę, ponieważ ta sama prędkość wału w dużym naczyniu daje znacznie niższą prędkość końcówki i znacznie słabszą dyspersję.
• Dokładność kontroli temperatury i pH:Kolor jest określany przez kształt kryształu i wielkość cząstek, a oba są funkcjami temperatury i pH podczas reakcji.ponieważ nawet wzrost o 3-5°C zmienia nawyk kryształowy, a tym samym odcień i przejrzystośćW tym celu potrzebna jest naczynia z chłodzoną solą solną lub glikol, powierzchnia o dużej powierzchni,i system sterowania, który przewiduje egzotermę poprzez zwiększenie ilości reagentu zamiast reagować na wzrost temperatury po jego wystąpieniu. pH musi być utrzymywane w granicach około plus lub minus 0,2 jednostki podczas sprzężenia, co wymaga szybkiej reakcji, dobrze umieszczonej sondy, pompy pomiarowej o szerokim odwróceniu,i punkt dodawania znajdujący się w strefie o wysokiej turbulencji w pobliżu obrotowca, a nie na powierzchni płynu, gdzie zmieszanie zajmie wiele sekund.
• Materiały, czyszczenie i skażenie krzyżowe:W zakładach pigmentowych w tym samym sprzęcie wytwarzane są wiele kolorów, a głównym zagrożeniem jakościowym jest przeniesienie z poprzedniej partii.jest standardowa, ponieważ jest czyszczalna i nie zawiera żelazaStal szklana jest stosowana tam, gdzie chemikalia jest kwaśna lub chlorowana, jak w pracy diazonium, chociaż ma słabszą transfer ciepła.Zaprojektowany do czyszczenia oznacza brak martwych nóg, brak szczelin w wałku mieszalnika lub rozszerzeń, pełna drenaż i system czyszczenia na miejscu z kulkami spryskiwaczami lub, w przypadku mniejszych roślin, konstrukcja umożliwiająca szybkie ręczne czyszczenie.Wielu producentów dedykuje zbiorniki według rodziny kolorów, trzymać żółte, czerwone i niebieskie oddzielnie, ponieważ nawet gruntowne czyszczenie nie może usunąć wszystkich śladów z rowu uszczelnienia.

Macierza porównawcza zadań reaktora pigmentowego

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między syntezą pigmentu a dyspersją pigmentu?

Odpowiedź: Synteza tworzy cząsteczkę pigmentu i jej strukturę krystaliczną poprzez reakcję chemiczną, podczas gdy dyspersja rozbija fizyczne aglomeracje pigmentu, które już istnieją.pigment azowy wytwarzany jest przez diazotację i sprzężenie w temperaturze 0-5°C, a warunki określają kształt kryształu, rozmiar cząstek, a zatem odcień, przejrzystość i trwałość; błąd tutaj nie może być skorygowany w dół rzeki.energia jest stosowana do oddzielnych cząstek, które są przyczepione do siebieDlatego ten sam proszek pigmentowy może dawać bardzo różne wyniki w różnych formulacjach,i dlaczego roślina potrzebuje zarówno dobrze kontrolowanego zbiornika reakcyjnego, jak i oddzielnego etapu dyspersji o wysokim obcięciu, zamiast próbować zrobić oba w jednej maszynie.

P: Dlaczego sprzężenie azo musi działać w temperaturze poniżej 5°C?

Odpowiedź: Ponieważ środek pośredni diazonium jest niestabilny termicznie; sole diazonium szybko rozkładają się powyżej około 5-10°C, uwalniając azot i tworząc smoły fenolowe i inne kolorowe produkty uboczne;że rozkład zużywa odczynnik, który powinien być sprzężenieNiska temperatura wpływa również na wynik, który ma największe znaczenie handlowe:kształt kryształowy i rozkład wielkości cząstek wytwarzanych podczas sprzężenia określają siłę barwienia, przejrzystości i reologii gotowego pigmentu, a oba są wrażliwe na szybkość tworzenia i wzrostu jąder, która z kolei zależy od temperatury.Z tego powodu reaktor potrzebuje dedykowanej chłodzonej solanki solnej lub pojemności glikolu dostosowanej do egzotermia diazocyzacji., nie tylko dla chłodzenia otoczenia.

P: Jak mierzyć, czy rozproszenie pigmentu jest kompletne?

Odpowiedź: Trzy metody są używane razem. Hegman miernik precyzji lub grindometer daje szybkie odczyty na podłodze warsztatowej poprzez rysowanie rozproszenia w dół spinalnego rowu i odnotowanie, gdzie cząstki pojawiają się pierwszy;Wartości powłok wymagają zazwyczaj 5 do 7 w skali Hegmana, co odpowiada maksymalnej wielkości cząstek poniżej około 15-25 mikrometrów.Dyfrakcja laserowa daje pełny rozkład wielkości cząstek i jest stosowana, gdy celem jest określony d50 lub d90Najważniejszym testem jest pomiar koloru, porównujący siłę i odcień odcienia ze standardem za pomocą spektrofotometru.ponieważ możliwe jest uzyskanie dopuszczalnego odczytu wielkości cząstek, a nie rozwinięto jeszcze pełnego koloruDobrą praktyką jest najpierw uruchomienie odciągania, następnie potwierdzenie wielkości cząstek, a następnie uwolnienie na kolorze.

P: Co powoduje zmiany odcieni w reaktorze pigmentowym?

Odpowiedź: Najczęściej występują pięć przyczyn.ponieważ położenie sprzężenia na pierścieniu aromatycznym zależy od pH, a przesunięcie o połowę jednostki może wytworzyć inny izomer o innym kolorze.dlatego materiał przychodzący jest zakwalifikowany na podstawie punktu topnienia i analizy, a nie tylko na podstawie certyfikatu.Prędkość dodania i energia mieszania, które kontrolują miejscową nasycenie, a tym samym jądrowanie i wielkość cząstek.Dlatego rodziny kolorów są często oddzielone według naczynia i dlaczego czyszczenie sprawdzania jest tak samo ważne jak sama reakcja.