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炭黑粒徑的工藝調整
色素碳黑生產所用的原料和炭黑產品均是極為復雜的碳氫化合物。炭黑反應由于是在高溫高速下進行,而且炭黑的生成機理至今還不是很成熟。因此,炭黑生產的調控絕大部分基于生產實踐。
炭黑的粒徑、結構、表面特性被稱為炭黑三大特性,當這三大特性被確定后,炭黑的品種特性就相應的唄確定了。也就是說,炭黑生產工藝的調控主要是圍繞這三大特性來進行的。
下表是橡膠炭黑粒徑范圍劃分的等級。
序號 | 平均粒徑/nm | 炭黑品種 | 英文縮寫 |
1 | 1~10 | ||
2 | 11~19 | 超耐磨爐黑 | SAF |
3 | 20~25 | 中超耐磨爐黑 | ISAF |
4 | 26~30 | 高耐磨爐黑 | HAF |
5 | 31~39 | 細粒子爐黑 | FF |
6 | 40~48 | 快壓出爐黑 | FFF |
7 | 49~60 | 通用爐黑 | GPF |
8 | 61~100 | 半補強爐黑 | SRF |
9 | 102~200 | 細粒子熱烈爐黑 | FT |
10 | 201~500 | 中粒子爐黑 | MT |
炭黑粒徑越細,補強性能越優異,因此能夠影響炭黑粒徑變化的工藝參數是炭黑生產過程中的重要工藝條件。在生產過程中粒徑的調整主要有以下幾種方法。
(1)風油比 對于單室爐來說,風油比是入爐空氣總量和入爐油量的比值;而對于雙室爐來說,風油比是入爐空氣總量和燃料、原料油量的比值,稱為總風油比。對于處理量的反應爐來說,隨著風油比的提高,供熱量增加,所產生的炭黑粒徑也隨著減小。
在新工藝炭黑生產中,當反應爐和燃燒溫度固定以及生產供風兩確定時,想改變風油比主要采取改變噴入原料油的方法。由于風油比=生產空氣量(標)/(燃料油量+原料油量),因此,增加和減少原料油量可以降低和提高風油比,從而增加和減小炭黑粒徑。
(2)反應時間 由于在炭黑反應過程中,隨著反應時間和空間的增加,炭黑粒徑會逐漸變大。因此通過控制炭黑的反應時間來得到所需要求粒徑的炭黑。即在炭黑反應爐急冷段上選擇不同的急冷位置,通過急冷水的噴入來終止炭黑的反應,并達到調控炭黑粒徑的目的。
(3)其他 通過提高反應溫度,可以獲得較高的反應速度,并改善炭黑粒徑的分布。但受到反應爐耐火材料耐熱溫度的限制。
通過選擇鎦程較窄的原料油進行生產,可以使得反應速度比較接近,使炭黑粒徑分布得到改善。
改善原料油的霧化效果,使得原料油在高溫下迅速汽化反應,也能使炭黑粒徑分布得到改善。