超聲波在炭黑分散方面的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2024-12-04

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【摘要】炭黑是一種無(wú)定形碳。輕、松而極細(xì)的黑色粉末，比表面積非常大，范圍從10-3000m2/g，是有機(jī)物（天然氣、重油、燃料油等）在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物。

炭黑是一種常用的高性能填料，廣泛應(yīng)用于橡膠、涂料、塑料等工業(yè)領(lǐng)域中。比重1.8-2.1 由天然氣制成的稱“氣黑”，由油類制成的稱“燈黑”，由乙炔制成的稱“乙炔黑”。此外還有“槽黑”“爐黑”。按炭黑性能區(qū)分有“補(bǔ)強(qiáng)炭黑”、“導(dǎo)電炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中國(guó)墨、油墨、油漆等，也用于做橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑。由于炭黑本身結(jié)構(gòu)松散，易聚集，因此在炭黑分散的過(guò)程中需要采用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)保證其分散度。

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超聲分散是一種常用的炭黑分散方法，其原理是利用超聲波對(duì)炭黑粒子進(jìn)行機(jī)械剪切和沖擊，使其分散在溶劑中。在超聲分散的過(guò)程中，需要將炭黑和溶劑放入一個(gè)超聲波浴中，使液體中的懸浮顆粒受到超聲波的作用，形成微小的氣泡，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械剪切作用，極大地提高了分散效果。

關(guān)鍵詞：炭黑，空化效應(yīng)，超聲分散

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

超聲波主機(jī)縱向放置于不同容量的玻璃攪拌反應(yīng)釜內(nèi)，玻璃反應(yīng)釜支架及外罩采用不銹鋼管制作、置于隔音室內(nèi)，可降低超聲空化產(chǎn)生的噪音；超聲波驅(qū)動(dòng)電源、觸摸屏、通訊管理機(jī)及以太網(wǎng)交換機(jī)均放置于電氣控制柜內(nèi)，電氣柜正面放置10 寸以上觸摸屏，可對(duì)基本模塊內(nèi)各單元模塊進(jìn)行單獨(dú)參數(shù)設(shè)置，如主機(jī)功率、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等。在電氣控制柜面板安裝有總運(yùn)行按鈕（帶指示燈）、急停按鈕和報(bào)警指示燈，整體系統(tǒng)具有振子異常報(bào)警、電源異常報(bào)警、機(jī)柜溫度異常報(bào)警，振動(dòng)子工具頭磨損報(bào)警。

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圖1 現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目落地及框架示意圖

二、項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)

序號(hào)	指標(biāo)名稱	指標(biāo)范圍	備注
1	超聲工作頻率	20KHz
2	超聲工作功率	1KW/3KW/主機(jī)	每基本模塊含6臺(tái)主機(jī)
3	超聲主機(jī)異常報(bào)警	有	聲光報(bào)警
4	超聲主機(jī)工具頭異常報(bào)警	有	聲光報(bào)警
5	超聲電源異常報(bào)警	有	聲光報(bào)警
6	電氣控制柜異常報(bào)警	有	聲光報(bào)警
7	就地控制	有	就地電氣控制和就地觸摸屏控制
8	遠(yuǎn)程控制	有	遠(yuǎn)程操作員站控制
9	基本模塊整體控制及單臺(tái)主機(jī)控制切換功能	有	既可對(duì)基本模塊整體功率進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也可對(duì)每臺(tái)主機(jī)單獨(dú)設(shè)置參數(shù)
10	參數(shù)保存功能	有	對(duì)于用戶設(shè)置的參數(shù)可快速保存及讀取
11	歷史數(shù)據(jù)記錄功能	有	可對(duì)超聲主機(jī)及流量運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行歷史記錄，記錄時(shí)間可達(dá)1年以上。

三、項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)施

本項(xiàng)目所實(shí)施的方案已在國(guó)內(nèi)知名材料企業(yè)得到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得良好的超聲分散效果。

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圖2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物安裝圖

四、項(xiàng)目應(yīng)用體會(huì)

炭黑分散在乙醇中需要根據(jù)炭黑粒子大小和濃度不同而定。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)炭黑的濃度較低時(shí)，超聲分散的時(shí)間較短，可以在10分鐘以內(nèi)完成；當(dāng)炭黑的濃度較高或粒子較大時(shí)，超聲分散的時(shí)間需要較長(zhǎng)，大約在30分鐘左右。但是，超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)導(dǎo)致炭黑表面發(fā)生氧化或者烷基化反應(yīng)，降低其分散性能。除了超聲時(shí)間之外，超聲功率也是影響炭黑分散效果的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，超聲功率越大，分散效果越好，但超聲功率過(guò)高也會(huì)引起顆粒的損傷和破碎。

本設(shè)備采用杭州國(guó)彪超聲設(shè)備有限公司生產(chǎn)的智能數(shù)控超聲波GBS-SCF10A/GBS-SCF30A液體分散設(shè)備，通過(guò)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)達(dá)到用戶要求。此系統(tǒng)具有自動(dòng)開(kāi)機(jī)頻率搜索，運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)跟蹤頻率，功率可調(diào)整等，如果設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)斷電，避免對(duì)整體控制系統(tǒng)造成影響。整個(gè)設(shè)備操作方面，無(wú)需設(shè)備開(kāi)機(jī)前進(jìn)行設(shè)置，全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制要求，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。