炭黑湿法造粒工艺及其控制

来源：塑胶五金网发布时间：2015-02-03 14:46:01点击率：

　　湿法造粒炭黑具有效率高的特点,适用于分散性和结构高的新工艺炭黑造粒,符合中国炭黑向新工艺化、生产装置大型化发展的要求;其炭黑粒子具有密实度高,强度大,便于储存、运输、输送和生产能力高、环境污染小的特点,在混炼胶中分散性好,特别适用于大型炼胶装置(如引进的子午线轮胎生产线)的需求,因此深受轮胎行业欢迎。生产湿法造粒炭黑,已成为炭黑行业发展的必然趋势。平顶山煤业集团天宏焦化有限公司现有一条2万t/ a硬质湿法炭黑造粒生产线,自该生产线投产以来,不仅改变了人们对炭黑企业的外观形象,也很大程度上消除了污染问题。

　　1 　炭黑粒子的形成过程

　　炭黑的湿法造粒是将粉状炭黑、造粒水、粘结剂按一定的比例输入造粒机内,经搅齿的作用形成粒状炭黑的一种方法。粉状炭黑在造粒机内形成粒子,其主要经历过程如下:

　　(1)粉状炭黑的均匀浸湿。粉状炭黑与具有一定压力的造粒水按着一定比例,同时进入造粒机内,在搅齿的高速旋转作用下,粉状炭黑迅速排出了表面所吸附的气体,使粉状炭黑与造粒水处于强烈混合状态,并受到造粒水的均匀浸湿,使炭黑表面具有一定的粘结力。其浸湿速度与搅齿的转数、造粒的环境温度即造粒的炭黑温度及造粒机温度及造粒水用量、粘结剂的多少与用量有关。

　　(2)搅拌成粒。在进料和搅齿高速旋转推力的作用下,物料依次前移,均匀浸湿的炭黑由于相互碰撞开始粘结,形成不规则的颗粒,并随时间而不断形成和长大。其中较大的粒子随着搅齿旋转,所产生的动能和离心力也大,并开始向筒壁方向移动直至沿筒壁旋转。一些小于间隙(搅齿到筒壁的距离)的炭黑粒子,通过间隙继续旋转向后移动直至出料;而大于间隙的炭黑粒子则通过在相互挤压和搅齿的撞击下被击碎,较小的粒子则重新团聚, 终达到所要求的粒度。周而复始,促使粒子连续不断的生成。

　　(3)粒子的增重与抛光。初步形成的炭黑粒子形状很不规则,表面粗糙,粘结也比较疏松,必须经历一段时间和路程,使其沿筒壁滚动,在运动中,由于粒子间的碰撞、离心力的挤压、滚动摩擦作用等,使炭黑粒子得到进一步的压缩增重,提高了粒子表面的光滑程度。

　　2 　湿法造粒的工艺控制

　　2.1　粉状炭黑的连续下料

　　粉状炭黑是通过粉状炭黑贮罐均匀地、连续地进入造粒机的。天宏焦化有限公司是通过螺旋输送器向造粒机中输送粉状炭黑,在输送器与造粒机之间采用软性料联接,以利于炭黑的均匀性。为了保持粉状炭黑均衡下料,粉状贮罐内始终保持一定量的炭黑,这样可以化解和消除因下料不均而使造粒机的振动。

　　2.2　粉状炭黑与造粒水比例的控制

　　粉状炭黑与造粒水按一定的比例输入造粒机内。造粒水是水与粘结剂的混和物,水可用常温水,也可用热水。粘结剂约占造粒水总量的3%～5%。粘结剂用量与炭黑结构成正比,结构高的炭黑用量可以多一些,结构低的炭黑可以少加或不加,如不加粘结剂炭黑粒子坚牢度仍然很高。把造粒水加热到40～70℃,有利于水和粉状炭黑的亲和性,加快水对粉状炭黑的浸湿速度,改善造粒效果和提高造粒能力。

　　当粉状炭黑进料量一定时,造粒机功率增加时,造粒水量也随之增加,造粒机功率减h,造粒水量也随之减小,从而起到调节造粒水量与粉状炭黑比例的目的。在生产造粒初期,由于炭黑与水的比例调整不到位,会出现造粒机功率有时很大、有时很小的现象,这是由于在初期会形成炭黑在造粒过程中炭黑含水很大、造粒机功率高或炭黑含水很小、造粒机功率小的现象,即在初期会造成粒子过干(含粉多)或粒子过湿(成糊状等) ,只有当造粒水和造粒机功率基本稳定到一定值时,造粒才基本稳定。

　　2.3　造粒机主轴的转速

　　在造粒过程中,主轴的转速不但影响造粒能力,还影响造粒质量。因为炭黑是通过搅齿转动实现与造粒水的混合、脱气、浸湿、成粒、密实与抛光等过程。转速过高,粒子在筒内停留时间短,粒子易破碎,出现不造粒现象;转速过低,生成粒子过大,粒度不均。因此,可以先用手动调整转速,到粒子较好时再进行串级。一般来说,搅齿的线速度不应低于10m / s,转速一般在350～450 r/min为宜。

　　2.4　造粒机筒壁加热

　　在湿法造粒过程中,在粉状炭黑与造粒水接触的初期,它的浸湿程度是不均匀的,有的刚接触水,有的部分已经过饱和,形成粘稠状炭黑。当造粒机外壁温度较低时,这些粘稠的炭黑易粘附在筒壁上,当搅齿高速转动时造粒机便产生振动。因此,在湿法造粒机筒壁增设加热夹套并通入蒸汽,使造粒机筒体温度控制在70～100℃,一般不会形成炭黑挂壁现象,并减少由此引起的造粒机振动。

　　2.5　造粒机的串级

　　通过对造粒机电机的负荷功率与造粒水量串级控制,可以保持水炭比的平衡。在串级过程中,炭黑量占主导地位,造粒水量的增减应服从于炭黑量。炭黑量恒定,水量也相对恒定,当粉状炭黑下料也均匀时,便可以进行串级。

　　3 　湿法造粒工艺与各量的关系

　　在湿法造粒机内造粒时,由于同时加入了一定比例的水和粘结剂,同时在造粒过程中由于各种参数的变化,炭黑的DBP吸收值、吸碘值、灰分等会发生一些变化。

　　3.1　DBP吸收值与造粒水量的关系

　　造粒水量的多少决定湿法造粒过程中粒子大小、坚牢度和造粒效率。可以通过调整造粒水量来分析炭黑DBP吸收值的变化,实验表明,炭黑DBP吸收值跟造粒水用量是有规律的。通过测试,实验结果见表1。

　　通过表1可以看出,当DBP吸收值增加时,造粒水量也相应增加,相反,造粒水量就减小。

　　3.2　吸碘值与造粒水量的关系

　　炭黑吸碘值是比表面积的直观反映,粒径越小则比表面积越大,吸碘值也就越高。炭黑的表面积越大所吸收的水分也越大,造粒水用量也就越多。而造粒水量的多少直接影响炭黑粒子的大小,粒子太大或太小则易破碎,影响粒子的美观,同时易产生细粉。通常,N330炭黑湿粒子的含水量约为45%,N220炭黑湿粒子的含水量约为49% ,N234炭黑湿粒子的含水量约为52%。

　　3.3　造粒水中粘结剂用量与灰分的关系

　　炭黑的灰分含量通常为0.2%左右,在湿法造粒时,由于加入木质素磺酸钠类粘结剂和水以及诸多生产环节等都会使炭黑灰分增加。通过采用不加粘结剂和添加粘结剂进行造粒对比,分析灰灰含量的变化,其实验结果如图1所示。

　　由图1可知,当造粒水不含粘结剂时,炭黑中灰分含量基本没有变化,仍然保持在0.2% ,说明造粒水对炭黑中的灰分影响不大。造粒水中加入粘结剂后炭黑中灰分明显增加,当继续增加时,灰分继续上升。实验表明,湿法造粒过程中,水对炭黑中灰分的影响不大,而粘结剂的加入量对炭黑影响很大,大致成正比关系。一般来说,在生产中,粘结剂的加入量控制在0.3%～0.5%之间,炭黑中灰分可控制在0.5%以下。

　　随着炭黑装置大型化、湿法造粒、计算机控制、利用余热发电等新技术在生产中的应用,炭黑技术取得了长足的进展。然而, 终的生产目的是达到炭黑质量的提高、粒子的改观,生产出细粉含量低、粒径分布集中、倾注密度适中、粒子坚牢度高、堆积密度大的优质炭黑,满足不同客户的需求。这就要求在实际操作中,严格按工艺条件控制,将设备调整到理想状态,严格巡检制度,要随时查看造粒情况,做到随时调整,使设备达到的造粒效果。

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