炭黑的干法造粒

从收集系统分离出来的炭黑是疏松的粉末状，视密度为0.03-0.1g/ml，流动性很差，飞扬性很大，在运输和贮存的过程中极易粘附在铁容器的内壁上。这不仅给运输贮存带来很大的困难，在橡胶的混炼加工中也会污染环境，危害操作人员的健康。为了便于运输和使用，减少对运输工具和作业环境的污染，除了特殊用途可以以粉状或压缩后的粉状炭黑出售外，均须对炭黑进行造粒，造粒成的炭黑，视密度通常为0.3-0.5g/ml。

炭黑造粒的方法有干法和湿法两种。由于接触法炭黑普遍使用干法造粒，所以下面只介绍干法造粒。

一、造粒机的结构

干法造粒机按回流方式不同分为内回流式、外回流式和无回流式三种。

内回流干法造粒机的结构如图1-1所示。

转鼓内用环形隔板将简体分成2～3个室。隔板的环形内径，用以控制炭黑层床高度，同时也对转鼓起到补强作用。转鼓两端的壁板较厚(约20mm)，用以装置悬臂空心短轴，短轴用滚动或滑动轴承支承。粉状炭黑，经螺旋输送器进料段送入转鼓造粒机中。造粒后的炭黑由安装于出料端壁板上的四个勺斗把炭黑升到适当的高度，自动滑卸送入螺旋输送器，经转动筛(筛网20目)筛选出均匀颗粒而排出。

设置于转鼓造粒机中心的螺旋输送器，分为进料段、出料段和回流段。利用叶片的旋向不同，改变其输出方向。

转鼓内设有刮刀，固定在螺旋输送器外壁上。刮刀顶端与造粒机内壁有5-10nmm的间隙，以便刮下附着在简壁上的炭黑。

转鼓直径一般为1.2-2.0m，长4-6m。采用长为7.3-14.6m的大型造粒机的很少。

二、干法造粒过程和影响造粒过程效率的因素

粉状炭黑在造粒机的转鼓中自由滚动，互相碰撞，在分子间力(范德华力)的作用下形成球状颗粒。在干法造粒过程中，通常分为压实、形成核心和核心长大三个阶段。炭黑在造粒机中的造粒过程如图1-2所示。当造粒机转动时，炭黑层床随着倾斜到一定角度，当倾斜角超过30°(即炭黑的安息角)后，图中所示BB'C平面中的炭黑自身重力撒落到平面AA'C中，使炭黑床面又恢复到原来位置，随着转鼓的连续运转，炭黑床面不断地重复这个过程，使炭黑造粒。

影响造粒过程效率的主要因素有以下几个方面。

①炭黑粉的加料量。炭黑的造粒是依靠炭黑粉和原有的炭黑粒子核心之间在运动中相互挤压而成的。炭黑粉料加入量过多，相对密度越小，成粒较难。

②炭黑粒子床的厚度。转速一定时，保持在造粒机下部的粒子厚度(即粒子床厚度)增加，其处理量会相对减少。粒子床太薄、粒子间物理聚附的机会减小，使造粒速度减慢。床层厚度通常选为转鼓直径的10-30%。计算表明，当炭黑层厚度为转鼓直径的30%时，炭黑在转鼓中通过的距离为最长。

③转鼓的转速。当滚筒(即转鼓)转速过慢时，炭黑在滚筒底部几乎处于静止状态，仅仅使炭黑与筒壁之间产生滑动，而所加入的炭黑内部则不发生相对运动，因而造不出粒子来，见图1-3（A）。如果滚筒的旋转速度过快，则炭黑所受到的离心力和惯性力也增大。当离心力等于或者超过炭黑自身重力时，炭黑附着在滚筒壁上，随着滚筒转至顶部，然后由于重力的作用下落，这样在滚筒内剧烈的翻腾，也不会早出粒子来，见图1-3（ B）。只有当滚筒在适当的转速下，炭黑在滚筒内才能保持一定的斜面如图1-3（C）。在这种情况下底部的炭黑随着滚筒壁运动升至斜面顶端，然后沿斜面滑下，造成炭黑粉末在滚筒内的相对回转运动，这样才能造出粒来。由于涉及到离心力的问题，所以滚筒的转速又和滚筒的直径大小有关。

母粒回流一方面可以提高入口炭黑视密度，缩短压实阶段所需要的时间；另一方面母粒作为造粒核心，提高造粒过程的效率。通常把母粒回流量和粉末炭黑加量之比称为回流比。对容易造粒的槽法炭黑，回流比可为零。

我国槽法炭黑生产使用的造粒机，其滚筒直径φ1200*200mm，无回流，转速为24-32r/min，处理量为80kg/h，电机功率为4.5kw。混气炭黑曾使用过的造粒机，其滚筒尺寸为φ1650*600mm，无回流，转速为17.3r/min，处理量为200kg/h。电机功率15kw。