乙丙橡胶装置后处理工序影响因素分析

刘 阳

（延安能源化工有限责任公司，陕西延安 716000）

乙丙橡胶生产装置中，后处理工序接收汽提工序输送的浆料，通过挤压、膨胀等手段对橡胶进行干燥，进而压制成块，再送往包装工序[1]。后处理工序作为包装前的最后一道工序，承担着脱除橡胶中的水分和挥发分的任务，对最终产品的性能和质量起到关键作用，因此探讨后处理单元的影响因素，明确操作中关键的控制参数，就显得尤为重要[2-3]。

1 流程简介

后处理工序主要包括浆料浓缩槽、振动脱水筛、挤压脱水机、膨胀干燥机、热箱、流化床、分料输送机、称重仪、压块机等设备。物料在这些设备进行输送的过程中，水分和挥发分逐渐被脱除，由浆料最终变为胶块。

后处理工序的主要工艺流程为：来自汽提工序的浆料通过研磨泵首先被送至浆料浓缩槽，浓缩槽的功能是降低浆料流速并排掉部分水分，增加固含量。这样的设计可以提高整个后处理单元在脱水阶段的操作稳定性。经过浓缩的浆料紧接着溢流至振动脱水筛，浆料中的大部分水会通过筛网排掉。橡胶颗粒被送至挤压脱水机，通过挤压作用，胶粒中的水被进一步脱除。通过挤压机模头的液压闸板来调节挤压的压力，进而控制挤压机出口胶粒的含水率。膨胀干燥机螺杆转速可通过电机的变频进行调节，当橡胶穿过膨胀机的模孔塞时，由于压力降低，胶粒中的水分被闪蒸出来，含水率进一步降低。热箱与膨胀机出口相连，目的是避免闪蒸出的水分由于温度降低而再次冷凝。胶粒出热箱后进入流化床，含水率进一步下降，最终在流化床出口降低至0.5%以下。之后胶粒经过分料、称重，进入压块机，压块机将橡胶压制成固定重量和体积的长方体，然后送出后处理工序，进行包装。

2 主要影响因素

后处理工序的主要作用为脱除橡胶中的水分和挥发分的组分，受到前序工序影响较大，主要表现在：

2.1 分子链中乙烯、丙烯、第三单体的链段比

在乙丙橡胶分子链中，乙烯链段结构规整，结晶度高，更高的乙烯链段含量可以提高橡胶的拉伸强度；丙烯作为不规整链段存在，丙烯链段的引入形成了乙烯-丙烯的无规共聚物，形成无定形区。大体上，当丙烯含量在30%～80%时，聚合物就会呈现弹性体的特征；第三单体是非共轭的二烯烃，其作用是在乙丙橡胶分子链上引入可以交联的侧链，有利于橡胶的硫化，而且可以保持二元乙丙橡胶的各种特性。

三种链段的比例决定了聚合物的分子结构，从而影响聚合物的聚集态结构。当乙烯链段过高，分子链排列更加规整，结晶度更高，分子间隙小；丙烯链段过高时相反，分子间距更大，无定型区增多；第三单体链段偏高，大分子侧链增多，同样会影响橡胶的结晶度。大分子结晶度对橡胶的加工性和分子间残余水分的脱除都会产生影响。偏高的结晶度也可能导致膨胀机入口处容易架桥堵塞。

2.2 门尼黏度

在橡胶行业中，采用门尼黏度表征橡胶加工性能的好坏和分子量高低及分布范围宽窄。门尼黏度高的胶料不易混炼均匀及挤出加工，其分子量高、分布范围宽。门尼黏度低则易黏辊，其分子量低、分布范围窄。门尼黏度过低则硫化后制品拉伸强度低。总体上看，门尼黏度高，胶粒的初始含水率更低，这不仅是由于分子量高，同时也是由于在聚合时乙烯比丙烯活性更高，因此高门尼的橡胶同时也存在乙烯链段偏高的情况，分子链排列规整结晶度高，导致橡胶中的水含量偏低。虽然门尼黏度偏高时进入后处理的胶粒中包裹的水分更少，看起来有利于聚合物的脱水干燥，但必须认识到，门尼黏度同样表征了橡胶的加工性能，而后处理的挤压机和膨胀机等设备对于聚合物的性能有严格要求，加工窗口较窄，因此过高的门尼可能导致膨胀机模头处闪蒸不完全，最终流化床出口的胶粒中含水率仍然难以达到预期。

2.3 汽提胶粒形态结构

溶液聚合中，通常要在一系列的搅拌釜中通入蒸汽汽提，使聚合物与溶剂分离。大部分的溶剂在凝结槽中被脱除，聚合物在水相中沉淀下来，形成多孔，像海绵一样松软的颗粒，称为“胶粒”（图1），此时胶粒中通常含有5%～15%wt的水和溶剂。在后续的几个汽提槽中进一步将溶剂脱除。有研究表明，在汽提过程中，胶粒内部形成了与表面连通的多孔结构，将粒子分成了许多小的区域。己烷分子可以在橡胶中扩散进入这些与表面连通的孔，然后逐渐向表面迁移。当己烷扩散出去并被蒸汽汽提脱除的同时，汽提槽中的热水也扩散进入了胶粒内部的孔洞中，形成了疏松有弹性的橡胶颗粒。

如果汽提温度过高或过低，或者加入的防黏釜剂、乳化剂、氯化钙等化学品配方不合适，则可能会降低橡胶的汽提效果，并无法得到期望的疏松多孔胶粒，为后处理工序的脱水带来困难。汽提效果不良，会使胶粒中包裹的溶剂无法完全脱除，提高胶粒中挥发分含量，增大后处理的脱除难度，更重要的是，由于后处理厂房为非防爆区域，过高的己烷含量将对后处理工序带来一定的安全隐患。

图1 汽提釜中的胶粒

实际生产中，膨胀机的作用是使胶粒中包裹的水分通过模板的模孔塞（图2）高温高压后急速闪蒸，形成类似“爆米花”的膨化结构，便于在热箱和流化床中进一步脱除水分和挥发分，而如果胶粒本身就是致密的颗粒，则闪蒸的效果就会受到影响，进而影响到胶粒的最终含水率。

图2 膨胀干燥机模板、模孔、模孔塞

2.4 胶粒尺寸

胶粒的大小对后处理工序的操作同样有影响。较大的颗粒意味着内部的孔洞更长，会增大脱水的难度，而较小的颗粒则更容易堵塞振动脱水筛，不仅影响脱水筛的脱水效果，增大了清理检修的频率，而且脱水筛效果下降也会影响挤压机、膨胀机的使用。

3 核心控制、监测点

后处理工序设计和操作中需要重点控制和检测的位置主要有以下几点：

3.1 挤压机出口的含水率

挤压机螺杆为定速转动，不能调节转速，但可以调节出口的液压闸板开度和两段笼条（图3）以控制出料的含水率。通常挤压机出口处胶粒的含水率应控制为8%～12%。

图3 挤压脱水机两段笼条

3.2 膨胀机模头的温度、压力以及出口含水率

膨胀干燥机是后处理工序的核心设备，膨胀机螺杆转速可通过变频调节，机筒为三段温度控制均在大于100℃，模头处的温度最高。模头的切刀转速同样为变频调节，转速通常根据加工负荷来调节。通过调节模头的温度、压力，达到控制出口胶粒含水率的要求。

3.3 流化床出口温度及含水率

流化床采用三段床层温度控制（图4），进口处的两段为热空气加热物料，接近出口时采用冷却的空气将物料冷却。出料温度过高，胶粒发生粘连不利于输送，温度过低则分子运动较慢，压块时胶粒难以相互黏接形成胶块，因此出料温度需要长期摸索并准确控制。通常流化床出口温度控制在40℃，含水率为0.5%以下。

图4 流化床三段床层

3.4 设备的表面喷涂

在后处理过程中，由于橡胶经过高温膨胀、干燥之后，容易产生发黏、结团的现象，在热箱输送机、流化床等设备上结成一层胶屑，如果挂胶清理不及时，将产生堵塞，导致停车。即使没有发生堵塞情况，长期存在的挂胶会发生塑化，脱落后进入胶料会造成橡胶质量不合格，影响橡胶产品的性能。设计中可以将上述输送设备与物料接触的部分采用特氟龙喷涂技术，由于特氟龙具有优良的防黏性能，可以大大缓解橡胶的黏结现象，避免挂胶混入橡胶的情况，而且可以减少清理频率，降低外操人员的劳动负荷。

3.5 切换侧线出料

在设计过程中，考虑到可能发生的堵塞情况，在膨胀机入口和热箱输送机处设置了侧线出料溜槽，当下游设备堵塞时，可以及时将上游设备来料通过溜槽排出，为检修清理下游设备争取时间，待清理完毕后再切换为正常路线，避免由于物料无法缓冲造成整个后处理工序停车。

4 结语

后处理工序是乙丙橡胶中包装前的最后一道工序，对决定最终产品的含水率和挥发分含量具有关键作用。后处理单元中受前序工序产生的物料性质的影响较大，对这些因素进行分析，探索出设计和操作过程中需要重点关注的核心因素，可以提高操作的稳定性，同时保证最终产品的性质，对乙丙橡胶装置的生产具有重要意义。