劉 陽(yáng)

（延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安 716000）

乙丙橡膠生產(chǎn)裝置中，后處理工序接收汽提工序輸送的漿料，通過(guò)擠壓、膨脹等手段對(duì)橡膠進(jìn)行干燥，進(jìn)而壓制成塊，再送往包裝工序[1]。后處理工序作為包裝前的最后一道工序，承擔(dān)著脫除橡膠中的水分和揮發(fā)分的任務(wù)，對(duì)最終產(chǎn)品的性能和質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，因此探討后處理單元的影響因素，明確操作中關(guān)鍵的控制參數(shù)，就顯得尤為重要[2-3]。

1 流程簡(jiǎn)介

后處理工序主要包括漿料濃縮槽、振動(dòng)脫水篩、擠壓脫水機(jī)、膨脹干燥機(jī)、熱箱、流化床、分料輸送機(jī)、稱重儀、壓塊機(jī)等設(shè)備。物料在這些設(shè)備進(jìn)行輸送的過(guò)程中，水分和揮發(fā)分逐漸被脫除，由漿料最終變?yōu)槟z塊。

后處理工序的主要工藝流程為：來(lái)自汽提工序的漿料通過(guò)研磨泵首先被送至漿料濃縮槽，濃縮槽的功能是降低漿料流速并排掉部分水分，增加固含量。這樣的設(shè)計(jì)可以提高整個(gè)后處理單元在脫水階段的操作穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)濃縮的漿料緊接著溢流至振動(dòng)脫水篩，漿料中的大部分水會(huì)通過(guò)篩網(wǎng)排掉。橡膠顆粒被送至擠壓脫水機(jī)，通過(guò)擠壓作用，膠粒中的水被進(jìn)一步脫除。通過(guò)擠壓機(jī)模頭的液壓閘板來(lái)調(diào)節(jié)擠壓的壓力，進(jìn)而控制擠壓機(jī)出口膠粒的含水率。膨脹干燥機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速可通過(guò)電機(jī)的變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)橡膠穿過(guò)膨脹機(jī)的?？兹麜r(shí)，由于壓力降低，膠粒中的水分被閃蒸出來(lái)，含水率進(jìn)一步降低。熱箱與膨脹機(jī)出口相連，目的是避免閃蒸出的水分由于溫度降低而再次冷凝。膠粒出熱箱后進(jìn)入流化床，含水率進(jìn)一步下降，最終在流化床出口降低至0.5%以下。之后膠粒經(jīng)過(guò)分料、稱重，進(jìn)入壓塊機(jī)，壓塊機(jī)將橡膠壓制成固定重量和體積的長(zhǎng)方體，然后送出后處理工序，進(jìn)行包裝。

2 主要影響因素

后處理工序的主要作用為脫除橡膠中的水分和揮發(fā)分的組分，受到前序工序影響較大，主要表現(xiàn)在：

2.1 分子鏈中乙烯、丙烯、第三單體的鏈段比

在乙丙橡膠分子鏈中，乙烯鏈段結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度高，更高的乙烯鏈段含量可以提高橡膠的拉伸強(qiáng)度；丙烯作為不規(guī)整鏈段存在，丙烯鏈段的引入形成了乙烯-丙烯的無(wú)規(guī)共聚物，形成無(wú)定形區(qū)。大體上，當(dāng)丙烯含量在30%～80%時(shí)，聚合物就會(huì)呈現(xiàn)彈性體的特征；第三單體是非共軛的二烯烴，其作用是在乙丙橡膠分子鏈上引入可以交聯(lián)的側(cè)鏈，有利于橡膠的硫化，而且可以保持二元乙丙橡膠的各種特性。

三種鏈段的比例決定了聚合物的分子結(jié)構(gòu)，從而影響聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。當(dāng)乙烯鏈段過(guò)高，分子鏈排列更加規(guī)整，結(jié)晶度更高，分子間隙??；丙烯鏈段過(guò)高時(shí)相反，分子間距更大，無(wú)定型區(qū)增多；第三單體鏈段偏高，大分子側(cè)鏈增多，同樣會(huì)影響橡膠的結(jié)晶度。大分子結(jié)晶度對(duì)橡膠的加工性和分子間殘余水分的脫除都會(huì)產(chǎn)生影響。偏高的結(jié)晶度也可能導(dǎo)致膨脹機(jī)入口處容易架橋堵塞。

2.2 門(mén)尼黏度

在橡膠行業(yè)中，采用門(mén)尼黏度表征橡膠加工性能的好壞和分子量高低及分布范圍寬窄。門(mén)尼黏度高的膠料不易混煉均勻及擠出加工，其分子量高、分布范圍寬。門(mén)尼黏度低則易黏輥，其分子量低、分布范圍窄。門(mén)尼黏度過(guò)低則硫化后制品拉伸強(qiáng)度低?？傮w上看，門(mén)尼黏度高，膠粒的初始含水率更低，這不僅是由于分子量高，同時(shí)也是由于在聚合時(shí)乙烯比丙烯活性更高，因此高門(mén)尼的橡膠同時(shí)也存在乙烯鏈段偏高的情況，分子鏈排列規(guī)整結(jié)晶度高，導(dǎo)致橡膠中的水含量偏低。雖然門(mén)尼黏度偏高時(shí)進(jìn)入后處理的膠粒中包裹的水分更少，看起來(lái)有利于聚合物的脫水干燥，但必須認(rèn)識(shí)到，門(mén)尼黏度同樣表征了橡膠的加工性能，而后處理的擠壓機(jī)和膨脹機(jī)等設(shè)備對(duì)于聚合物的性能有嚴(yán)格要求，加工窗口較窄，因此過(guò)高的門(mén)尼可能導(dǎo)致膨脹機(jī)模頭處閃蒸不完全，最終流化床出口的膠粒中含水率仍然難以達(dá)到預(yù)期。

2.3 汽提膠粒形態(tài)結(jié)構(gòu)

溶液聚合中，通常要在一系列的攪拌釜中通入蒸汽汽提，使聚合物與溶劑分離。大部分的溶劑在凝結(jié)槽中被脫除，聚合物在水相中沉淀下來(lái)，形成多孔，像海綿一樣松軟的顆粒，稱為“膠?！保▓D1），此時(shí)膠粒中通常含有5%～15%wt的水和溶劑。在后續(xù)的幾個(gè)汽提槽中進(jìn)一步將溶劑脫除。有研究表明，在汽提過(guò)程中，膠粒內(nèi)部形成了與表面連通的多孔結(jié)構(gòu)，將粒子分成了許多小的區(qū)域。己烷分子可以在橡膠中擴(kuò)散進(jìn)入這些與表面連通的孔，然后逐漸向表面遷移。當(dāng)己烷擴(kuò)散出去并被蒸汽汽提脫除的同時(shí)，汽提槽中的熱水也擴(kuò)散進(jìn)入了膠粒內(nèi)部的孔洞中，形成了疏松有彈性的橡膠顆粒。

如果汽提溫度過(guò)高或過(guò)低，或者加入的防黏釜?jiǎng)?、乳化劑、氯化鈣等化學(xué)品配方不合適，則可能會(huì)降低橡膠的汽提效果，并無(wú)法得到期望的疏松多孔膠粒，為后處理工序的脫水帶來(lái)困難。汽提效果不良，會(huì)使膠粒中包裹的溶劑無(wú)法完全脫除，提高膠粒中揮發(fā)分含量，增大后處理的脫除難度，更重要的是，由于后處理廠房為非防爆區(qū)域，過(guò)高的己烷含量將對(duì)后處理工序帶來(lái)一定的安全隱患。

圖1 汽提釜中的膠粒

實(shí)際生產(chǎn)中，膨脹機(jī)的作用是使膠粒中包裹的水分通過(guò)模板的?？兹▓D2）高溫高壓后急速閃蒸，形成類(lèi)似“爆米花”的膨化結(jié)構(gòu)，便于在熱箱和流化床中進(jìn)一步脫除水分和揮發(fā)分，而如果膠粒本身就是致密的顆粒，則閃蒸的效果就會(huì)受到影響，進(jìn)而影響到膠粒的最終含水率。

圖2 膨脹干燥機(jī)模板、?？?、模孔塞

2.4 膠粒尺寸

膠粒的大小對(duì)后處理工序的操作同樣有影響。較大的顆粒意味著內(nèi)部的孔洞更長(zhǎng)，會(huì)增大脫水的難度，而較小的顆粒則更容易堵塞振動(dòng)脫水篩，不僅影響脫水篩的脫水效果，增大了清理檢修的頻率，而且脫水篩效果下降也會(huì)影響擠壓機(jī)、膨脹機(jī)的使用。

3 核心控制、監(jiān)測(cè)點(diǎn)

后處理工序設(shè)計(jì)和操作中需要重點(diǎn)控制和檢測(cè)的位置主要有以下幾點(diǎn)：

3.1 擠壓機(jī)出口的含水率

擠壓機(jī)螺桿為定速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，但可以調(diào)節(jié)出口的液壓閘板開(kāi)度和兩段籠條（圖3）以控制出料的含水率。通常擠壓機(jī)出口處膠粒的含水率應(yīng)控制為8%～12%。

圖3 擠壓脫水機(jī)兩段籠條

3.2 膨脹機(jī)模頭的溫度、壓力以及出口含水率

膨脹干燥機(jī)是后處理工序的核心設(shè)備，膨脹機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速可通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，機(jī)筒為三段溫度控制均在大于100℃，模頭處的溫度最高。模頭的切刀轉(zhuǎn)速同樣為變頻調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速通常根據(jù)加工負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)模頭的溫度、壓力，達(dá)到控制出口膠粒含水率的要求。

3.3 流化床出口溫度及含水率

流化床采用三段床層溫度控制（圖4），進(jìn)口處的兩段為熱空氣加熱物料，接近出口時(shí)采用冷卻的空氣將物料冷卻。出料溫度過(guò)高，膠粒發(fā)生粘連不利于輸送，溫度過(guò)低則分子運(yùn)動(dòng)較慢，壓塊時(shí)膠粒難以相互黏接形成膠塊，因此出料溫度需要長(zhǎng)期摸索并準(zhǔn)確控制。通常流化床出口溫度控制在40℃，含水率為0.5%以下。

圖4 流化床三段床層

3.4 設(shè)備的表面噴涂

在后處理過(guò)程中，由于橡膠經(jīng)過(guò)高溫膨脹、干燥之后，容易產(chǎn)生發(fā)黏、結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，在熱箱輸送機(jī)、流化床等設(shè)備上結(jié)成一層膠屑，如果掛膠清理不及時(shí)，將產(chǎn)生堵塞，導(dǎo)致停車(chē)。即使沒(méi)有發(fā)生堵塞情況，長(zhǎng)期存在的掛膠會(huì)發(fā)生塑化，脫落后進(jìn)入膠料會(huì)造成橡膠質(zhì)量不合格，影響橡膠產(chǎn)品的性能。設(shè)計(jì)中可以將上述輸送設(shè)備與物料接觸的部分采用特氟龍噴涂技術(shù)，由于特氟龍具有優(yōu)良的防黏性能，可以大大緩解橡膠的黏結(jié)現(xiàn)象，避免掛膠混入橡膠的情況，而且可以減少清理頻率，降低外操人員的勞動(dòng)負(fù)荷。

3.5 切換側(cè)線出料

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到可能發(fā)生的堵塞情況，在膨脹機(jī)入口和熱箱輸送機(jī)處設(shè)置了側(cè)線出料溜槽，當(dāng)下游設(shè)備堵塞時(shí)，可以及時(shí)將上游設(shè)備來(lái)料通過(guò)溜槽排出，為檢修清理下游設(shè)備爭(zhēng)取時(shí)間，待清理完畢后再切換為正常路線，避免由于物料無(wú)法緩沖造成整個(gè)后處理工序停車(chē)。

4 結(jié)語(yǔ)

后處理工序是乙丙橡膠中包裝前的最后一道工序，對(duì)決定最終產(chǎn)品的含水率和揮發(fā)分含量具有關(guān)鍵作用。后處理單元中受前序工序產(chǎn)生的物料性質(zhì)的影響較大，對(duì)這些因素進(jìn)行分析，探索出設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的核心因素，可以提高操作的穩(wěn)定性，同時(shí)保證最終產(chǎn)品的性質(zhì)，對(duì)乙丙橡膠裝置的生產(chǎn)具有重要意義。