环保节能型炭黑深加工设备及工艺研究

陈贤豫

摘要：以往使用的炭黑加工设备由于产品的细度不均匀、能耗高，存在较为严重的环境污染和能源浪费问题。本文首先对环保节能型炭黑深加工设备的应用需求进行分析，进而研究其设计和实现方法，包括设计目标、解决方案、实施办法等，期望能解决炭黑加工设备的高能耗、高污染问题。

关键词：环保节能型；炭黑深加工；设备研究

在日益严峻的能源环境压力下，工业生产实现节能环保发展是其可持续发展的重要基础。为降低各个行业生产过程中的能源消耗及环境污染物排放量，积极研发新的技术设备是一个重要途径。在此方面，有关于炭黑深加工生产的节能环保设备也受到了高度重视，从目前市场已有的产品情况来看，其节能环保性正在提高。应积极引进先进技术设备，对传统生产流程做出优化和改进，在提升企业经济效益的同时，提升社会效益和环境效益。

一、环保节能型炭黑深加工设备及工艺的应用需求

炭黑是一种无定型碳，也称作“碳黑”。这是一种细度较高的黑色粉末，其表面积大，一般在10m2/g～3000m2/g范圍内。炭黑的存在是由于煤、石油、天然气等含碳物质在空气不足条件下，经过不完全燃烧而产生的附属产物，比重为1.8～2.1。其中，由天然气不完全燃烧产生的炭黑又被称为气黑，油类产品不完全燃烧产生的是灯黑，乙炔不完全燃烧产生的是乙炔黑。此外，炭黑还包括炉黑、槽黑等，分类较多。总体来看，可按照炭黑产品的性能，将其分为补强炭黑、耐磨炭黑和导电炭黑等几大类。比如补强炭黑主要被应用于橡胶补强剂，而且是一种黑色染料，在中国墨和油漆制造中都有应用[1]。

炭黑属于高能耗产品，针对我国人均能源水平较低、油价整体上涨的情况，如何控制炭黑加工生产过程中的能耗问题十分重要。再加上炭黑生产目前存在的高污染问题，也需要从环保和卫生角度出发，对其加工生产技术设备做出改进，逐渐推动炭黑产品生产流程向节能环保方向发展。但是目前对炭黑产品及生产技术的研究，主要侧重于专用化和多功能化发展方向，对环保节能型生产工艺的研究投入力度不足。在此情况下，目前炭黑加工生产过程还普遍存在以下几方面的问题：（1）炭黑产品细度不均匀，分散性不好；（2）炭黑产品的连续生产能力和自动化控制能力较低，不容易实现联合生产操作；（3）在生产过程中容易产生污染源，扬尘大，会对环境造成一定的影响和破坏；（4）在产品输送环节主要采用螺旋输送机，其能耗高，是造成炭黑生产加工能耗较高的主要原因[2]。

二、环保节能型炭黑深加工设备及工艺的设计与实现

（一）设计目标

针对上述炭黑产品加工生产中存在的问题，对其设备工艺进行改进和优化设计十分必要。为了克服目前生产技术中存在的缺陷，需要提供一种环保节能型设备，重点解决炭黑细度不均匀、污染物排放量大、持续生产能力弱、生产过程能耗高等问题。在实现炭黑产品深加工目标的同时，提高其节能环保效益。以此为出发点，首先要对结合目前市场中已有的技术产品进行分析，包括炭黑生产工艺中的气流磨机设备、集粉机设备、鼓风机设备、引风机设备以及出料口和连通管道等。充分利用市场上已有的设备对炭黑生产工艺进行改进，可以确保改进方案在实际生产过程中的可实施性和可推广性。

（二）解决方案

环保节能型炭黑设备的总体技术解决方案如下：（1）设备组成结构，在炭黑加工生产工艺中，主要功能组成部分包括粗炭黑料仓、集粉机、气流磨机、抽料机、造粒机、中转仓、烘干机和包装机等。这些技术设备在市场中均有多种类型的产品，具体型号选择等，可根据生产规模决定。同时，通过对各功能部分进行合理连接，并做好进出口及连接管道的设计，可减少其污染物排放，达到降低生产能耗的目的；

（2）设备连接，粗炭黑的料仓出料口应该与气流磨机进料口连接，气流磨机出料口则与集粉机进料口连接。在集粉机的上部，采用抽料机将出风口与第一脉冲除尘器进风口连接。同时在第一脉冲除尘器出风口处安装第一出风管道，并在管道上安装第一引风机。在集粉机的下部，采用密封管道连接其出料口和中转料仓进料口，在密封管道安装鼓风机。将除尘器下部出料口、鼓风机和中转料仓间的密封管道连通，同时将中转料仓上部出风口和除尘器进风口连接。此外，中转料仓上部出风口还需要与第二脉冲除尘器进风口连接，并在其出风口上安装第二出风管道和第二引风机。将中转料仓出料口与造粒机进料口连接，造粒机出料口经过第一提升机、烘干机、第二提升机和包装料仓后，与包装机进料口连接；

（3）系统运行原理，在上述设备系统的使用过程中，粗炭黑从料仓中进入气流磨机，经过粉碎后，从出料口进入集粉机，再通过抽料机和第一引风机的作用，在集粉机腔体上部形成的炭黑粉尘，从上部出口引出，进入到第一脉冲除尘器中。经过除尘后，气体从第一出风管道，经过第一引风机，排出到空气中。炭黑粉尘则在抽料机中形成正压，再加上第一引风机负压作用，向第一脉冲除尘器输送。采用这种正负压结合方式输送，可以极大的降低系统能耗。而且整个系统的密封性好，在集粉机中产生的炭黑直接从下部出料口进到密封管道。经过鼓风机吹和引风机的吸引后进入中转料仓。其上部炭黑粉尘被引风机吸入除尘器，经过除尘后排放出去。

（三）实施办法

采用上述技术解决方案，对目前的炭黑生产工艺进行改进，可以较为全面的改善传统工艺系统存在的产品细度不均、能耗高等问题。而且在各个流程环节，均可在风力作用下连续运行，不需要额外使用设备提供动力。在实际生产过程中，可根据实际生产情况，更换必要的设备，对系统组成结构进行改进，特别是做好管道和接口的密封处理，从而控制炭黑加工生产的污染物排放。在技术工艺的引进过程中，首先要做好分析计算以及财务预算等工作，明确需要使用的设备类型、功能性能要求以及市场价格。然后制定采购计划，对采购流程进行跟踪监督管理，并做好设备进厂的验收和检查工作。其次，按照上述设备连接方法，对系统进行调整和组装，完成后检查每个设备连接部分的施工技术质量。并及时在现场进行试运行和调试，记录运行过程。在系统正式投入运行后，也要做好运行维护等工作，及时发现设备运行存在的问题，分析其原因所在，从而做出持续性改进，彻底解决炭黑加工生产中的能耗、污染等问题。

三、结束语

综上所述，针对传统炭黑加工生产工艺存在的问题，通过对其技术设备和生产流程进行改造，充分利用现场已有的技术设备，采取合理的系统改造方案，可充分利用系统风力，降低生产能耗。同时，良好的系统密封性及科学的生产流程设计，也可以做到对污染物排放的有效控制，从而实现环保节能型炭黑深加工设备及工艺的设计研究目标。

参考文献：

[1]王凯凯. 离子液体对白炭黑补强天然胶性能的影响[D].青岛科技大学，2018.

[2]刘宏魏，常帅.浅谈炭黑湿法造粒质量控制[J].天津化工，2017，31（04）：45-47.

（作者单位：商丘金蓬实业股份有限公司）