朱明艷

(江蘇中宏環(huán)保科技有限公司，江蘇 江陰 214400)

再生膠的主要反應(yīng)過程叫“脫硫”或者再生。影響硫化膠再生的主要因素有機(jī)械力、熱氧化、軟化劑和再生活化劑四個方面。其中軟化劑對橡膠起溶脹作用，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)松弛，從而增加了氧化滲透作用，有利于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氧化斷裂，并能降低重新結(jié)構(gòu)化的可能性，加快了再生過程。再生活化劑在再生過程中能分解出自由基，可加速熱氧化速度或起自由基接受體的作用，來穩(wěn)定熱氧化生成的橡膠自由基，阻止他們他們再度結(jié)合。同時再生活化劑還能引發(fā)雙硫鍵和多硫鍵的降解，提高硫化膠再生時交聯(lián)的破壞程度，從而達(dá)到盡快再生的目的。再生活化劑可以大幅度縮短再生時間，減少軟化劑用量，并改善再生膠工藝加工性能和質(zhì)量。因此軟化劑和再生活化劑是再生膠配方中不可或缺的原料。再生活化劑需要經(jīng)過加熱成流態(tài)。在加熱過程中出現(xiàn)積碳、攪拌不均勻等問題。

本文主要內(nèi)容是設(shè)計一套用于再生膠助劑軟化、混合的設(shè)備。從產(chǎn)品開發(fā)、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和產(chǎn)品驗證等過程，介紹一種用于再生助劑軟化、混合的設(shè)備。

1 產(chǎn)品開發(fā)流程

1.1 供油設(shè)備開發(fā)任務(wù)書

收集設(shè)備運行過程中，影響設(shè)備穩(wěn)定、連續(xù)運行、低能耗生產(chǎn)的存在的一些問題。軟化劑加熱到熔融狀態(tài)時加入再生活化劑，主要存在再生助劑外表面形成氣泡體引起混合效果差；油罐底部結(jié)碳，引起加熱效率降低，操作工人維護(hù)周期短，維修困難；再生助劑加熱過程中出現(xiàn)的積碳現(xiàn)象?；谝陨蠁栴} ，公司下達(dá)開發(fā)任務(wù)書——一種可以解決以上問題的多功能供料設(shè)備。

1.2 方案設(shè)計

方案設(shè)計流程圖如圖1所示，一個產(chǎn)品的方案設(shè)計的實施，可以劃分為工藝流程、功能劃分、部件設(shè)計、仿真分析、方案評審等過程。

圖1 方案設(shè)流程圖

依據(jù)收集到的問題，研討多功能供料設(shè)備的工藝流程，進(jìn)行功能劃分。初步進(jìn)行設(shè)備的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。多功能供料設(shè)備外形圖如圖2所示。多功能供料設(shè)備主要有加熱管路、混合攪拌油罐、導(dǎo)熱油加熱等部分組成。

圖2 多功能供料設(shè)備外形圖

1.2.1 工藝流程

多功能供料設(shè)備工藝流程圖如圖三所示，再生助劑通過加熱、攪拌作用快速變成液態(tài)，通過自動計量裝置輸送到膠粉倉進(jìn)入下一道攪拌混合。依據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)能、再生助劑的品種及數(shù)量以及與產(chǎn)線其他設(shè)備的連接等因素，本設(shè)計設(shè)備選用四個混合攪拌罐。

根據(jù)工藝流程，我們知道再生助劑的關(guān)鍵功能是加熱和攪拌。加熱分為油溫機(jī)和加熱管路設(shè)計兩個部分，主要實現(xiàn)降低能耗、提高熱效率兩個功能。

加熱方式選擇：綜合考慮加熱方式、加熱結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)成本等因素，加熱方式選擇導(dǎo)熱油加熱、夾套結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)熱油加熱主要根據(jù)再生助劑加熱溫差、產(chǎn)量等選擇油溫機(jī)型號。

圖3 工藝流程圖

1.2.2 導(dǎo)熱油加熱

（1）加熱形式選擇油溫機(jī)加熱，媒介為導(dǎo)熱油

導(dǎo)熱油在幾乎常壓的條件下，可獲得較高的傳熱溫度；溫度波動小，便于控制；油箱容積較小，減少了系統(tǒng)的初投資和運行維護(hù)費用等優(yōu)點，因此本設(shè)備選用導(dǎo)熱油加熱。

（2）導(dǎo)熱油管路設(shè)計

根據(jù)導(dǎo)熱油容積、再生助劑的容積、加熱溫度、加熱時間等選擇油溫機(jī)型號。油溫機(jī)加熱采用兩個加熱模塊，可單獨控制，實現(xiàn)加熱和保溫功能，降低能耗。

導(dǎo)熱油管路主要輸送導(dǎo)熱油，實現(xiàn)再生助劑受熱快速、均勻的目標(biāo)。為了使導(dǎo)熱油流速均勻、提高再生助劑的加熱效率進(jìn)行油路流向及管徑的設(shè)計。依據(jù)最終的管路流速、揚程、管路壓損等選擇合適的循環(huán)泵。

1.3 混合油罐設(shè)計

為了再生助劑可以更好的混合、加熱，本設(shè)計的關(guān)鍵是攪拌軸的設(shè)計。主要包括攪拌軸設(shè)計、減速電機(jī)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

1.3.1 傳動裝置

為提高同軸度及密封效果。傳動裝置采用反應(yīng)罐支架、減速電機(jī)，反應(yīng)罐支架、減速電機(jī)與攪拌軸均通過中心定位法蘭連接。反應(yīng)罐支架內(nèi)含油封，保證軸的密封效果。

1.3.2 攪拌葉片形式選擇三層兩葉漿式攪拌器

為了使兩到三種再生助劑可以混合均勻、懸浮在上面，解決油罐內(nèi)部積碳問題。再生助劑油罐體焊接旋轉(zhuǎn)切刀，打散粉體與液體結(jié)合形成的小氣泡，加快再生助劑混合速度。改善添加劑混合均勻性，提高膠粉脫硫再生效果。降低加熱能耗。

通過flowsimulation仿真分析流體軌跡如圖4所示，從再生助劑立面和平面的流動軌跡，我們可以看到流體整體旋轉(zhuǎn)向上，流體懸浮在罐體上部，避免底部發(fā)生積碳。

圖4 流體軌跡圖

結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計，攪拌軸底部位于罐體內(nèi)部，容易出現(xiàn)軸承卡滯，軸承壽命段等問題。因此攪拌軸與罐體的固定形式設(shè)計為上部銅套，下部定位軸的結(jié)構(gòu)形式。一是攪拌軸兩端固定，避免旋轉(zhuǎn)過程中引起振動；二是減少雜質(zhì)進(jìn)入銅套，提高銅套使用壽命；三是方便安裝，提高工作效率。

1.3.3 溢油結(jié)構(gòu)與罐體焊接為一體

再生助劑加熱過程中，由于再生助劑受潮會出現(xiàn)泡沫狀氣泡，引起溢油現(xiàn)象。溢油結(jié)構(gòu)與罐體焊接為一體，當(dāng)出現(xiàn)溢油時，再生助劑直接進(jìn)入溢油接盤后流入收集桶，解決油罐外表面有溢油而影響美觀和車間環(huán)境污染的問題。

接油盤與罐體焊接為一體，在吊裝過程中，提高罐體強度。防止起吊過程中，罩殼變形。

2 技術(shù)設(shè)計

技術(shù)設(shè)計階段主要依據(jù)方案設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度校核、零件選材、設(shè)備安全可靠運行優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、繪制圖紙、編制技術(shù)文件等工作。設(shè)計流程圖如圖5所示。

圖5 設(shè)計流程圖

技術(shù)設(shè)計的關(guān)鍵點如下：

2.1 管路設(shè)計

安全排放指在系統(tǒng)發(fā)生超壓時，可通過安全閥自動液壓。依據(jù)導(dǎo)熱油系統(tǒng)流向，確定安全閥安裝位置。

穩(wěn)壓管路是在系統(tǒng)需要調(diào)整各支路導(dǎo)熱油供油量，保證系統(tǒng)各路導(dǎo)熱油流速為2 m/s，各支路上有流量調(diào)節(jié)閥，來控制各支路流速。各支路回路最終回到主路回油系統(tǒng)，防止支路壓力過大引起安全事故。

2.2 罐體設(shè)計

2.2.1 起吊點

依據(jù)罐體外形、重量設(shè)置起吊點及起吊位置。在罐體起吊受力點做加強設(shè)計，防止起吊過程中罐體變形。

2.2.2 罐體厚度選擇

通過靜應(yīng)力分析，選擇安全厚度。從加工便利性對罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3 攪拌軸設(shè)計

一是通過simulation仿真分析關(guān)鍵受力部件，從下圖可以看出攪拌軸和攪拌葉片滿足強度要求。二是從維修成本考慮攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，攪拌軸與葉片通過銷軸鏈接，易更換。葉片變形，無需更換攪拌軸，降低成本。

2.3.1 攪拌軸simulation結(jié)構(gòu)強度分析

軸兩端固定，扭矩主要通過銷軸傳遞到三個空位，通過simulation仿真分析，優(yōu)化軸徑和管的厚度。從攪拌軸應(yīng)力圖如圖6所示可以看出，最大壓力小于屈服應(yīng)力，強度滿足要求。

圖6 攪拌軸應(yīng)力圖

2.3.2 攪拌葉片simulation結(jié)構(gòu)強度

銷軸固定，扭距作用在槳葉上，依據(jù)Flows imulation仿真分析扭矩值，通過simulation分析，優(yōu)化葉片厚度，最終應(yīng)力值如圖7攪拌葉片的應(yīng)力圖所示，最大應(yīng)力小于屈服應(yīng)力，滿足強度要求。

圖7 攪拌葉片應(yīng)力圖

3 產(chǎn)品驗證

產(chǎn)品驗證主要包括樣機(jī)試制、調(diào)試樣機(jī)、產(chǎn)線連續(xù)運行。具體如上圖。

圖8 產(chǎn)品驗證流程圖

樣機(jī)試制過程中的重點要求：

（1）加工公差、粗糙度符合設(shè)計要求；油罐體焊接后，密封性帶壓試水檢驗。

（2）安裝保證攪拌軸同軸度。

（3）調(diào)試過程記錄加熱時間、攪拌電流及運行過程中的其它問題及時反饋技術(shù)部形成書面記錄、分析文件。

（4）產(chǎn)線一個月連續(xù)運行，記錄開始加熱時間、中間添料加熱時間。連續(xù)一個月運行能耗。設(shè)備連續(xù)運行的其他問題及時反饋技術(shù)部形成書面記錄、分析文件。

4 結(jié)論

本文通過簡單介紹一種新產(chǎn)品的開發(fā)流程，完成多功能供料設(shè)備的研發(fā)設(shè)計。多功能供料設(shè)備已經(jīng)被應(yīng)用到多條生產(chǎn)線，解決了再生助劑在加熱、攪拌過程中積碳問題以及溢油問題并且降低能耗、降低再生制品成本。