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技術(shù)文章
炭黑母料造粒方式
點(diǎn)擊次數(shù)：4601 發(fā)布時間：2014-10-18
●干法造粒機(jī)在炭黑方面的應(yīng)用
炭黑是一種堆積密度很低的粉末狀物質(zhì)，易飛揚(yáng)而污染環(huán)境，運(yùn)輸性極差。一般說來，增加其密度，在某種程度上會克服或清除這些缺點(diǎn)，但也降低了它在介質(zhì)中的分散性。炭黑工業(yè)常以濕法或干法造粒的方式對粉狀炭黑進(jìn)行加工。
●干法造粒機(jī)是上個世紀(jì)4o年代開發(fā)的一項技術(shù)。在zui近5O多年中，炭黑工業(yè)也在一直不斷地改進(jìn)濕法造粒過程，使之日臻完善。這些改進(jìn)主要包括如下幾個方面：
·開發(fā)各種粘合劑，提高造粒品的強(qiáng)度；
·探索zui適宜的攪齒排列方式，以產(chǎn)生理想的顆粒；
·尋求合適的攪齒材質(zhì)，明顯降低其磨損速率；
·摸索攪齒軸功率與水量的關(guān)系，建立炭黑／水自調(diào)系統(tǒng)；
·改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，如筒壁夾套加熱除去附著層、粉料人口加設(shè)螺旋葉片、局部更換攪齒尖以及保持?jǐn)圐X尖與筒壁的*距離等。
●盡管干法造粒過程是一種能耗較高的單元操作，人們一直力圖對它進(jìn)行改造，但是，到目前為止該方法仍在世界上橡膠用炭黑的后加工工序中占主流地位。對橡膠用炭黑而言，由于橡膠在混煉過程中粘度較高，高硬度的干法造粒品在膠料中受到強(qiáng)烈的剪切作用，完均勻地分散在聚合物中。另外，隨著橡膠加工業(yè)混煉工序自動化程度的不斷提高，炭黑的氣力輸送和自動稱量，也要求使用強(qiáng)度較高的干法造粒。至今，散裝炭黑的規(guī)模亦愈來愈大，由集散紙箱、槽車，到容量lt的太空包，以至lO一20t的大型集散箱運(yùn)輸。從橡膠用戶的需求來看，干法造粒產(chǎn)品仍是人們所優(yōu)選的。
●炭黑在介質(zhì)中的良好分散是制品達(dá)到*使用性能的基礎(chǔ)。在非橡膠應(yīng)用領(lǐng)域，特別是塑料和油墨等制品中，由于聚合物性質(zhì)和混配設(shè)備的制約，常采用干法造粒炭黑。但是，這種造粒方式的粒子硬度較差，在貯運(yùn)過程中粒子極易破碎，細(xì)粉量相對較多而且是變化的，導(dǎo)致喂料機(jī)很難均勻送料，致使混配過程不穩(wěn)定。另外，從炭黑生產(chǎn)的角度看，在普通的干法造粒機(jī)中，炭黑的造粒速率很慢，過程效率亦太低。毫無疑問，對非橡膠用炭黑而言，提高現(xiàn)有干法過程的效率或?qū)で笃渌绞皆黾犹亢诿芏?，仍是?dāng)前技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)。
●有關(guān)造粒過程的簡單描述
●等人在研究炭黑的內(nèi)聚性（Cohesiveness）時發(fā)現(xiàn)，加壓成型的炭黑塊，隨著密度的微小增加，其抗張強(qiáng)度迅速增大。Rwei等人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，炭黑塊的抗張強(qiáng)度與其密度的4次方成正比。他們在測定粒子在剪切流中的破碎與磨損性時也證實，炭黑的分散性與粒子密度呈類似的函數(shù)關(guān)系。顯然，造粒炭黑的粒子強(qiáng)度和分散性，受其密度的影響十分強(qiáng)烈。
●干法造粒機(jī)在造粒過程中，粉狀炭黑沿轉(zhuǎn)鼓的筒壁滾動，聚集體靠范德華力與靜電力附聚在一起。造粒轉(zhuǎn)鼓的圓周速度只有1—2m／s。因而，這種造粒過程進(jìn)行得相當(dāng)柔和與緩慢。若轉(zhuǎn)鼓的圓周速度太高，在離心力的作用下，粒子則不沿筒壁發(fā)生滾動，而且作用于粒子球上的作用力太大，反而會使粒子破碎。
●在濕法造粒時，粉狀炭黑必須被水潤濕到一定程度，以取代聚集體表面上吸附的氣體。潤濕后的粉末，通過液橋和毛細(xì)力附著在一起。在機(jī)械力作用下，粒子附聚與長大。濕法造粒的優(yōu)點(diǎn)在于，以水作為介質(zhì)，不僅造粒速度快，過程效率高，而造粒品的強(qiáng)度亦較高。
●造粒質(zhì)量，一般以影響炭黑貯運(yùn)性能有關(guān)的參數(shù)來衡量。zui常用的指標(biāo)是，細(xì)粉量、粒子磨損量、堆積強(qiáng)度、單個粒子強(qiáng)度、平均顆粒尺寸以及顆粒尺寸分布等。
●攪齒造粒機(jī)，歷來是濕法造粒的關(guān)鍵設(shè)備。它與干燥機(jī)串聯(lián)一起，完成炭黑的濕法造粒過程。現(xiàn)在，攪齒造粒機(jī)用于干法造粒，其目的主要有兩個。一是改進(jìn)現(xiàn)有干法造粒的過程效率；再則是提供分散性好、細(xì)粉量低而粒子尺寸分布更均勻的造粒品。
●*，攪齒造粒機(jī)在用于濕法過程時，攪齒端的圓周線速度一般應(yīng)在1O～20m／s范圍；炭黑在造粒機(jī)中的停留時間也很短，只有幾秒鐘。當(dāng)這種攪齒造粒機(jī)用于干法過程時，業(yè)已證實，其攪齒端的圓周線速度應(yīng)降至1～6m／s，而炭黑在造粒機(jī)中的停留時間應(yīng)延長到20～180s。在這樣的工藝條件下，即使不向攪齒造粒機(jī)中加水，也能獲得質(zhì)量穩(wěn)定的造粒炭黑。
●該流程的特點(diǎn)是，造粒機(jī)軸線不是水平放置，而是粉狀炭黑入口稍低，粒狀炭黑出口稍高。造粒機(jī)軸線與水平線呈0～15。的傾角。與傳統(tǒng)的千法造粒一樣，粉狀炭黑要與一定量的母粒一起送入造粒機(jī)。如圖所示，母粒乃是由貯缶14經(jīng)螺旋輸送器送人攪齒造粒機(jī)10的進(jìn)料口15的。造粒機(jī)的外壁，用夾套加熱，由恒溫器16調(diào)節(jié)到所需溫度。
●該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，通過調(diào)整攪齒的圓周線速度和平均停留時間，即可滿足任一特定炭黑品種的造粒質(zhì)量要求。另外，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓式造粒機(jī)相比，過程效率顯著提高。適當(dāng)選擇攪齒造粒機(jī)尺寸，如內(nèi)徑700～800ram，在保持理想的造粒質(zhì)量的條件下，設(shè)備生產(chǎn)能力可達(dá)2t／h或更高。
炭黑是一種堆積密度很低的粉末狀物質(zhì)，易飛揚(yáng)而污染環(huán)境，運(yùn)輸性極差。一般說來，增加其密度，在某種程度上會克服或清除這些缺點(diǎn)，但也降低了它在介質(zhì)中的分散性。炭黑工業(yè)常以濕法或干法造粒的方式對粉狀炭黑進(jìn)行加工。
●干法造粒機(jī)是上個世紀(jì)4o年代開發(fā)的一項技術(shù)。在zui近5O多年中，炭黑工業(yè)也在一直不斷地改進(jìn)濕法造粒過程，使之日臻完善。這些改進(jìn)主要包括如下幾個方面：
·開發(fā)各種粘合劑，提高造粒品的強(qiáng)度；
·探索zui適宜的攪齒排列方式，以產(chǎn)生理想的顆粒；
·尋求合適的攪齒材質(zhì)，明顯降低其磨損速率；
·摸索攪齒軸功率與水量的關(guān)系，建立炭黑／水自調(diào)系統(tǒng)；
·改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，如筒壁夾套加熱除去附著層、粉料人口加設(shè)螺旋葉片、局部更換攪齒尖以及保持?jǐn)圐X尖與筒壁的*距離等。
●盡管干法造粒過程是一種能耗較高的單元操作，人們一直力圖對它進(jìn)行改造，但是，到目前為止該方法仍在世界上橡膠用炭黑的后加工工序中占主流地位。對橡膠用炭黑而言，由于橡膠在混煉過程中粘度較高，高硬度的干法造粒品在膠料中受到強(qiáng)烈的剪切作用，完均勻地分散在聚合物中。另外，隨著橡膠加工業(yè)混煉工序自動化程度的不斷提高，炭黑的氣力輸送和自動稱量，也要求使用強(qiáng)度較高的干法造粒。至今，散裝炭黑的規(guī)模亦愈來愈大，由集散紙箱、槽車，到容量lt的太空包，以至lO一20t的大型集散箱運(yùn)輸。從橡膠用戶的需求來看，干法造粒產(chǎn)品仍是人們所優(yōu)選的。
●炭黑在介質(zhì)中的良好分散是制品達(dá)到*使用性能的基礎(chǔ)。在非橡膠應(yīng)用領(lǐng)域，特別是塑料和油墨等制品中，由于聚合物性質(zhì)和混配設(shè)備的制約，常采用干法造粒炭黑。但是，這種造粒方式的粒子硬度較差，在貯運(yùn)過程中粒子極易破碎，細(xì)粉量相對較多而且是變化的，導(dǎo)致喂料機(jī)很難均勻送料，致使混配過程不穩(wěn)定。另外，從炭黑生產(chǎn)的角度看，在普通的干法造粒機(jī)中，炭黑的造粒速率很慢，過程效率亦太低。毫無疑問，對非橡膠用炭黑而言，提高現(xiàn)有干法過程的效率或?qū)で笃渌绞皆黾犹亢诿芏?，仍是?dāng)前技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)。
●有關(guān)造粒過程的簡單描述
●等人在研究炭黑的內(nèi)聚性（Cohesiveness）時發(fā)現(xiàn)，加壓成型的炭黑塊，隨著密度的微小增加，其抗張強(qiáng)度迅速增大。Rwei等人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，炭黑塊的抗張強(qiáng)度與其密度的4次方成正比。他們在測定粒子在剪切流中的破碎與磨損性時也證實，炭黑的分散性與粒子密度呈類似的函數(shù)關(guān)系。顯然，造粒炭黑的粒子強(qiáng)度和分散性，受其密度的影響十分強(qiáng)烈。
●干法造粒機(jī)在造粒過程中，粉狀炭黑沿轉(zhuǎn)鼓的筒壁滾動，聚集體靠范德華力與靜電力附聚在一起。造粒轉(zhuǎn)鼓的圓周速度只有1—2m／s。因而，這種造粒過程進(jìn)行得相當(dāng)柔和與緩慢。若轉(zhuǎn)鼓的圓周速度太高，在離心力的作用下，粒子則不沿筒壁發(fā)生滾動，而且作用于粒子球上的作用力太大，反而會使粒子破碎。
●在濕法造粒時，粉狀炭黑必須被水潤濕到一定程度，以取代聚集體表面上吸附的氣體。潤濕后的粉末，通過液橋和毛細(xì)力附著在一起。在機(jī)械力作用下，粒子附聚與長大。濕法造粒的優(yōu)點(diǎn)在于，以水作為介質(zhì)，不僅造粒速度快，過程效率高，而造粒品的強(qiáng)度亦較高。
●造粒質(zhì)量，一般以影響炭黑貯運(yùn)性能有關(guān)的參數(shù)來衡量。zui常用的指標(biāo)是，細(xì)粉量、粒子磨損量、堆積強(qiáng)度、單個粒子強(qiáng)度、平均顆粒尺寸以及顆粒尺寸分布等。
●攪齒造粒機(jī)，歷來是濕法造粒的關(guān)鍵設(shè)備。它與干燥機(jī)串聯(lián)一起，完成炭黑的濕法造粒過程。現(xiàn)在，攪齒造粒機(jī)用于干法造粒，其目的主要有兩個。一是改進(jìn)現(xiàn)有干法造粒的過程效率；再則是提供分散性好、細(xì)粉量低而粒子尺寸分布更均勻的造粒品。
●*，攪齒造粒機(jī)在用于濕法過程時，攪齒端的圓周線速度一般應(yīng)在1O～20m／s范圍；炭黑在造粒機(jī)中的停留時間也很短，只有幾秒鐘。當(dāng)這種攪齒造粒機(jī)用于干法過程時，業(yè)已證實，其攪齒端的圓周線速度應(yīng)降至1～6m／s，而炭黑在造粒機(jī)中的停留時間應(yīng)延長到20～180s。在這樣的工藝條件下，即使不向攪齒造粒機(jī)中加水，也能獲得質(zhì)量穩(wěn)定的造粒炭黑。
●該流程的特點(diǎn)是，造粒機(jī)軸線不是水平放置，而是粉狀炭黑入口稍低，粒狀炭黑出口稍高。造粒機(jī)軸線與水平線呈0～15。的傾角。與傳統(tǒng)的千法造粒一樣，粉狀炭黑要與一定量的母粒一起送入造粒機(jī)。如圖所示，母粒乃是由貯缶14經(jīng)螺旋輸送器送人攪齒造粒機(jī)10的進(jìn)料口15的。造粒機(jī)的外壁，用夾套加熱，由恒溫器16調(diào)節(jié)到所需溫度。
●該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，通過調(diào)整攪齒的圓周線速度和平均停留時間，即可滿足任一特定炭黑品種的造粒質(zhì)量要求。另外，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓式造粒機(jī)相比，過程效率顯著提高。適當(dāng)選擇攪齒造粒機(jī)尺寸，如內(nèi)徑700～800ram，在保持理想的造粒質(zhì)量的條件下，設(shè)備生產(chǎn)能力可達(dá)2t／h或更高。