گزارش کارآموزی رنگ سازی (مهندسی شیمی)

مقدمه

صنعت رنگ سازی در حقیقت اختلاط چهار جز اصلی رنگ پایه رنگدانه حلال و مواد کمکی در یکدیگر می باشد در روند اختلاط این چهار جز که هرکدام ممکن است خود مجموعه ای از دو یا چند ماده ی دیگر باشد مرحله ی پخش رنگدانه و سایر مواد جامد در فاز مایع رنگدانه از مهمترین مراحل تعیین کننده ی کیفیت رنگ تولید شده می باشد برای این منظور از انواع مخلوط کن ها و آسیا ها و آسیا مخلوط کن ها استفاده می شودکه هر کدام از آن ها در نوع معینی از رنگ ها با درجه ی گرانروی خاصی از رنگ کارایی بهتری از خود نشان می دهد

در این گزارش به اختصار به توضیح درباره این مخلوط کن­ها، رنگدانه­ها وهمچنین سایر عملیاتهای صنعت رنگسازی می پردازیم

مخلوط کن های مورد مصرف در صنعت رنگسازی

این مخلوط کن ها را به سه دسته‌ی کلی تقسیم می کنند:

الف) مخلوط کن هایی که رنگ دانه و رنگپایه را با هم مخلوط می کنند و آن را تبدیل به خمیری می کنند که در مرحله ی بعد توسط یک آسیاب خرد و پخش می‌شود

ب) مخلوط کن هایی که عمل اختلاط و آسیای رنگدانه در رنگپایه را همزمان انجام می دهد

ج) مخلوط کن هایی که خمیر اسیا شده را با سایر مواد باقی مانده در رنگ مخلوط می کنند تا رنگ نهایی بدست آید

مخلوط‌کن‌هایی که فقط به درد خمیر می خورند ممکن است از نوع سنگین یا ثابت باشند یا از نوعی که تانک ان ها قابل جابه جا شدن است این نوع مخلوط کن ها در کنار اسیا های شنی مورد استفاده قرارمی گیرند

طرح مخلوط کن های ساخته شده توسط سازندگان مختلف تا اندازهای متفاوت می باشد اما اصول کلی کار آنها یکی می باشد

مخلوط کنی که تانک ان قابل جا به جا شدن می باشد یک همزن دوتایی غیر ثابت دارد که می تواند خمیر های بسیار غلیظ را به هم بزند هر یک از همزن ها حول محور خود می چرخد و هر دو با هم با سرعت نسبتا کمتری در یک حرکت سیاره ای تمام فضای داخل تانک را پوشش می دهند تا بدین نحو بهترین عمل اختلاط صورت گیرد انتهای همزن ها نزدیک به کف تانک می باشد و طوری نصب شده که خمیر از کف به مرکز منتقل می شود تا خمیری یکنواخت بدست آید در خلال مخلوط کردن رنگپایه و رنگدانه ارابه ی مخصوص حمل تانک مخلوط کن و خود تانک را محکم به پایه ی مخلوط کن می بندند و هنگامی که زمان اختلاط به پایان رسید برای حمل و خارج کردن خمیر به سرعت ان را باز می کنند این نوع مخلوط کن ها را برای تهیه ی خمیر هایی که غلظت بالا دارند به کار می برند در نتیجه باید در هنگام کار یک نیروی برشی زیادی را ایجاد کرد ظرفیت عملی این مخلوط کن ها تا گالون می باشد

شکل زیر نشان دهنده ی نوع تیغه می بشد که سمت چپ شامل دو تیغه است و برای خمیر های غلیظ به کار می رود

برای جلوگیری از ایجاد وقفه از مخلوط کن های دوقلو استفاده می کنند در این نوع مخلوط کن ها به طور متناوب یکی از مخلوط کن ها مشغول تهیه ی خمیر و دیگری تخلیه خمیر تولید شده به اسیا می باشد در هر یک از مخلوط کن ها دو همزن وجود دارد که بر روی یک شفت قرار می گیرند همزن بالایی ثابت و همزن پایینی قابل چرخش است همزن پایینی از جنس فولاد خشک و به شکل یک پره هی چند شاخه می باشد سرعت چرخش این همزن الی در در دقیقه می باشد

تیغه‌های عمودی تعبیه شده برروی این همزن ها از فضای لابلای یکدیگر و نزدیک به هم عبورکرده و بدین ترتیب یک نیروی برشی قوی را ایجاد می کنند که می‌تواند خمیر‌های غلیظ را به هم بزند همزن پایینی نزدیک به کف تانک قرار می گیرد و طوری نصب شده است که خمیر را به سمت بالا هدایت می کند علاوه بر این همزن پایینی مجهز به یک خمیر پاک کن می باشد که از تجمع و چسبیدن خمیر در اطراف تانک جلوگیری می شود البته در اکثر مواقع این عمل دستی و به کمک حلال مناسب انجام می شود در انتهای هر یک از مخلوط کن ها یک دریچه‌ی خروجی تعبیه شده است که از طریق آن خمیر به سمت آسیا منتقل می شود

سیستم کلاچ تعبیه شده بر روی شفت متحرک هر یک از مخلوط کن ها به نحوی است که اجازه می دهد هر کدام از انها را مستقل از یکدیگر به حرکت در بیاورد ویا متوقف کندمعمولا یک مخلوط کن دوقولو را بروی سقف بالای یک آسیای غلطکی قرار می دهند و خمیر تولید شده در مخلوط کن را از دریچه ی خروجی از طریق معبری با شیب تند که از سقف می گذرد به درون آسیای زیرین آن میریزند ظرفیت اختلاط این مخلوط کنها تا گالون می باشد

در عملیات اختلاط به منظور دستیابی به حداکثر راندمان باید مواد تعیین شده بروی برگه‌ی تولید رنگ به صحیح و مناسب وارد مخلوط کن شود باید نخست بخشی از رنگپایه و بدنبال آن مقار مناسبی رنگدانه به مخلوط کن اضافه شود تا یک خمیر سفت بدست آید انگاه باقی مانده ی رنگپایه و رنگدانه را به خمیر اضافه می‌کنیم غلظت در مخزن باید طوری باشد که همزن بدون توقف عمل کند را در این صورت حداکثر نیروی برشی به مخلوط وارد می شود وقتی خمیر عاری از هرگونه کلوخه شد باقی ماندهی رنگدانه را اضافه می کنیم غلظت لازم برای مخلوط رنگدانه و رنگپایه دراسیا کمتر از غلظت لازم در مخلوط کن ها می‌باشد بنابراین باید مقداری رنگپایه را باید نگه داشت تا همان طور که در بالا پیشنهاد شد پس از کامل شدن اختلاط در مخلوط کن آن را به خمیر تهیه شده اضافه کرد به منظور حداکثر بهره ی ا قتصادی باید خمیر تهیه شده حاوی رنگدانه های بیشتر باشد با وجود این باید عوامل دیگری را هم در نظر گرفت برای مثال مقدار رنگپایه به کار رفته باید به مقدار کافی باشد و در صورت عدم رعایت این نکته ممکن است توده ای خشک یا خرد شونده بدست اید که نتواند چسبندگی لازم برای ایجاد تنش برشی را ایجاد کند همچنین اگر مقدار درصد رنگپایه کم باشد شرایطی همانند فوق پدید می آید

حلال‌ها مرطون کننده های خوبی هستند اما دارای چسبندگی نمی باشند رنگدانه‌ها نه تنها از نظر میزان جذب روغن و خصوصیات مرطوب شوندگی سطحشان با هم تفاوت دارند بلکه از لحاظ مرطوب شوندگی در مقابل رنگپایه های مختلف نیز متفاوتند بنابراین برای مخلوط کردن رنگپایه و رنگدانه باید بهترین نسبت انتخاب شود

مخلوط کن هایی که عمل اختلاط و اسیا را با هم انجام می دهند شامل مخلوط کن های سنگین و مخلوط کنها ی تیغه دار با سرعت بالا می باشدBanbury مخلوط‌کن‌هایی که برای رقیق کردن خمیر اولیه با سایر مواد باقی مانده مورد استفاده واقع می شوند غالباً به مخلوط کن های با تانک متحرک معروفند ظرفیت این نوع مخلوط کن ها از تا گالون می باشد و از انجا می توان با یک مخلوط کن از چند تانک استفاده کردسرعت در این نوع میکسر ها ی گالونی دور بر دقیقه می باشد و در میکسر های گالونی دور بر دقیقه می‌باشد تیغه‌ی پایین همزن تقریبا تمام فضای نزدیک کف تانک را جاروب می کند و تیغه ی بالا مواد را به سمت بالا می راند و بدین ترتیب یک جریان متلاطم و گردابی حاصل می شود در صورتی که بخواهیم یک نوع رنگ درمقیاس بالا تولید کنیم استفاده از تانک های رقیق کننده ی الی گالونی ثابت بهتر و باصرفه تر خواهد بود با وجود این هزینه ی تمیز کردن تانک های ثابت به مراتب بیشتر از تانک های متحرک می باشد

شکل زیر نوعی میکسر آزمایشگاهی را نشان می دهد که رنگ قبل تولید انبوه در آن تولید می‌شود

نمونه ای از یک میکسر آزمایشگاهی با تانک متحرک می باشد

آسیا های مورد مصرف در صنعت رنگ سازی

قبل از ورود به مبحث اصلی لازم به ذکر است که خرد و آسیا کردن واقعی رنگدانه و تبدیل آن ها به ذرات کوچکتر در مراحل تهیه و ساخت رنگدانه توسط تولید کنندگان انجام می شود اما پس از تهیه و ساخت رنگدانه ها در خلال زمان انبارداری و حمل به محل مصرف این ذرات ریز به هم می چسبنددر نتیجه رنگدانه ی بدست آمده حاوی حاوی ذرات تجمع یافته درشتی می شود که باید در هنگام ساخت رنگ خرد شود و به همان ذرات اولیه تبدیل شود هدف از اسیا کردن خرد کردن ذرات به هم چسبیده است و منظور کاهش اندازه ذرات آن نمی باشد

اسیا های مورد مصرف در صنعت رنگسازی را برحسب نوع با میزان قدرت خرد کردن و در هم شکستن ذرات گروه بندی می کنند

الف)

آسیای یک غلطکی ) Single roll mill

سه غلطکی ) Three roll mill

گلوله ای ) Ball mill

آتریتور ) Attritor mill

ب) اسیا های مدرن با بازده زیاد

اسیای شنی و مهرهای ) Sand & bead mills

آسیای سنگی با سرعت زیاد) High speed stone mills

ج) آسیا ی مدرن با بازده ی متوسط

آسیا با دور تند و تیغه ی برنده) High speed impeller grinder

آسیا های کینیتیکی ) Kinetic dispersion mills

آسیا با قدرت زیاد

این آسیا ها قادرند انواع رنگدانه را در محیط رنگ از هم جدا و پخش کند آسیا‌های گلوله ای حتی برای آسیا کردن رنگدانه ای خشک به کار می رود (در حد متوسط) موادی مانند سنگ معدن باریت با این آسی خرد و ریز می شود اما این آسیا قادر نخواهد بود دی اکسید تیتانیم را به قطر میکرون تبدیل کند کار کردن با این اسیا این خطر را دارد که با افزایش دما عمل اسیا کردن مختل و ذرات به هم بچسبند

آسیا های مدرن با بازده ی زیاد

رنگدانه هایی که با اندازه ی مناسب ریز شده باشند با این دسته از اسیا ها در داخل محیط رنگ پخش می شوند این آسیا ها اغلب قابلیت خوبی برای استفاده شدن در خط تولید را دارند و سپس مخلوطی از رنگدانه و رنگپایه تغذیه می شود