张超产

（江阴迈森金属制品有限公司技术部）

冷却滚筒冷却胶粉的应用

张超产

（江阴迈森金属制品有限公司技术部）

针对橡胶不同制品，需要喷水降温冷却的研究

冷却滚筒;喷水;筛分

我国目前废旧橡胶回收利用的方式以生产加工再生橡胶为主，生产再生橡胶：老式脱硫为高温高压动态脱硫法。新式脱硫为常温常压塑化脱硫法。老式脱硫罐出料温度至少在150℃左右，甚至还要高。胶粉粒子：高温挤出机挤出的橡胶粒子。温度可以达到160℃左右，使用旋风冷却装置，使用风机和料仓、增加了设备的音量，噪音很大。冷却效果不明显。需要增加2道冷却管道或者3道冷却管道。高温的胶粉和粒子不及时冷却，接触空气中的氧气就会发生降解，会影响再生胶的伸长与强度。在堆放时，因硫化作用放热，还会产生自燃，给企业带来不安全，不得不采用大面积摊晾和人工翻扬来降低胶粉温度，增加了企业占地面积和工人的劳动强度。

冷却滚筒(以下简称滚筒)在工作时，胶粉由入料口落到滚筒内，风机产生的气流使通过导流板上的胶粉流态化，同时冷却滚筒加水系统在风机口形成水雾，与流态化的胶粉在冷却板上进行换热冷却。流态化的胶粉从入料口方向，向出料口方向运动，从滚筒出口卸出。在运动过程中胶粉之间通过接触摩擦传热。促进热交换，提高冷却效果。水分带走热量随气流进入除味系统。

在胶粉冷却过程中，必须控制加水量，胶粉中水分过大或者过小，都将影响下道工序。加水量小，则相对蒸发的少，冷却效果不明显。加水量过大，胶粉水分大，流动性差，在设备中易粘附，会降低设备运行的可靠性。胶粉潮湿，影响胶粉的性能指标。

本设计采用对加水系统进行控原理，通过检测胶粉温度，湿度等相关参数，进行数学运算后，控制加水系统的加水量，不但能保证加水系统的稳定运行，更能提高加水系统的精确度，实现了对冷却滚筒出口胶粉温度和水分的精确控制。

图1

1、加水控制系统结构

如图1所示，在滚筒入口处安装一个温度传感器和一个湿度传感器，用于检测入口胶粉温度和湿度。滚筒出口处安装一个温度传感器和一个湿度传感器，用于检测出口的温度和湿度。

加水控制系统采用PLC作为控制器，湿度传感器，温度传感器将检测信号传给PLC，经PLC运算后，通过模拟量输出信号控制流量阀1、2、3、和4的开关。从而控制加水量。

通过分析滚筒加水系统的结构可以看出。滚筒靠近入口的4组加水装置加水后。由于气流对流比较强烈，水与胶粉在冷却滚筒中能充分交换热量，对胶粉起到明显的降温作用。根据加水装置的工艺设计，把加水控制系统用于降温目的胶粉冷却控制。

2、胶粉冷却控制数学原理

冷却滚筒降温原理实质就是热交换过程，其中包含鼓风机带走的热量、水分蒸发带走的热量、粉尘及其他热交换形式带走的热量。那么根据热量守恒（能量）守恒原理，冷却滚筒热量平衡方程可表示为：

式中：∆JS—是胶粉从冷却滚筒带走的热量变化（J）；

∆J1—水分蒸发带走的热量（J）；

∆J2—鼓风机鼓风带走的热量（J）；

∆J3—其他热交换形式带走的热量（J）；

实际生产中，∆J1和∆J2占主导部分，忽略∆J3.我们可以得到：

下面分析剩余两种情况。

第一种，水分蒸发与胶粉热量的关系。

水分蒸发带走的热量与水分蒸发量、水温有关，假设加水水温为A℃，在冷却滚筒中胶粉充分热交换后，水温等于胶粉降温后的温度。在鼓风机的气流作用下完全蒸发，那么根据能量平衡定律，可得：

式中：∆J—水分蒸发带走的热量（J）；

Q水—单位时间水分蒸发量（包括滚筒加水

质量和胶粉进入滚筒胶粉含水质量（Kg）；

C水—水的比热容（J/Kg·℃）；

∆T水—水的温度变化（℃）；

A—加水水温（℃）；

T出—出口温度（℃）。

那么由以上可以看出胶粉热量的变化与Q水∆T水成正比关系。

第二种，鼓风与胶粉热量的关系。

鼓风降温，同样遵循能量平衡定律，假设空气经冷却滚筒与胶粉进行了充分的热交换，就是说经滚筒后空气温度与降温后的相同，那么可得：

式中：∆J2—鼓风带走的热量（J）；

Q空—单位时间通过滚筒空气的质量（Kg/S）；

C空—空气的比热容（J/Kg·℃）；

∆T空—空气的温度变化（℃）。

由以上分析可以看出，空气的热交换与水分蒸发的热交换存在相同的数学形式，由于空气的比热容比水的比热容小很多，所以表达式可以简化为：

式中：∆Js—胶粉从滚筒入口到出口的热量变化：

∆J1—水分蒸发带走的热量。

式中：∆Js—胶粉从入口到出口的热量变化；

T入—入口胶粉温度（℃）；

T出—出口胶粉温度（℃）；

C胶—胶粉比热容（J/Kg·℃）；

Q胶—单位时间加胶粉量（kg/s）。

由式3、5、6可以得出：

那么，整理式7，可得：

分析式8，其中C胶C水为常数，作为滚筒供胶也是恒定的，当把出口温度作为目标控制温度T设时，那式8又可简化为：

式中：Q水—单位时间加水量（kg/s）；

K1K2—式8简化后的系数。

由式9可以得出，单位时间加水量与冷却滚筒入口胶粉温度成正比关系。

3、水分控制数学原理。

加水系统在降温的同时对胶粉的湿度也产生了影响，这时滚筒出口的湿度检测探头可以检测到胶粉的实际湿度，根据工艺要求，胶粉水分含量一般控制在0.8%～1.2%的范围内。

增湿的加水量与胶粉是正比关系，可得以下数学表达式：

Q量=Q胶x( M设- M初） （10）

式中：Q量—单位时间增湿加水量（kg/s）；

Q胶—单位时间加胶粉量（kg/s）；

M初—加水前水分含量；

M设—水分设定值。

水分控制和降温控制的不同处是，水分控制无法提前预测，就是说在滚筒入口检测的胶粉湿度不能应用于增湿计算，原因是胶粉原有水分经过冷却滚筒时大量的蒸发了，那么只能通过检测出口胶粉水分含量，控制胶粉增湿加水量。

增湿系统预置值，是增湿部分投入运行前计算获得，由上式可以看出，其原理与冷却控制类似，最终由积分环节可以消除误差。当M设-M出＞0时，输出增加，加水量增加，提高胶粉水分含量：当M设-M出＜0时，输出减少，加水量减少，降低胶粉水分含量：当M设-M出=0时，控制误差为0。

4、修正

通过软件可以监视物料出口温度，出口湿度和时间的关系曲线，通过观察曲线的动态过程，修正控制系统中参数，使系统具有更好的动态响应。另外，因为季节的变化影响滚筒的降温增湿效果，可以通过组态界面对系统控制参数做工艺配方。不同的外部环境和不同物料，选择不同的工艺配方参数和筛网，方便灵活。

5、结语

加水控制原理应用于冷却滚筒的加水系统，可使加水系统通过检测胶粉、粒子温度和湿度，自动调整加水量，实现对胶粉和粒子的温度、水分的自动控制。另外，根据生产需要胶粉大小和粒子的大小，可更改不同型号的筛网。以满足生产需要。

[1]侯传安、孙红霞， 组合式胶粉冷却干燥器的研制与开发 焦作大学学报 2012.01

[2] 蔡少刚、吴慧雅、张荣秀 沸腾冷却床加水系统的自动控制 中国铸造装备与技术 2012.3

张超产，男，出于1984年2月，毕业于江苏广播电视大学机械制造工艺与设备专业，助理工程师。主要从事橡胶设备的研制与开发工作。