日处理5万吨废旧橡胶回转热解反应器设计说明书

1、河 北 工 业 大 学毕业设计说明书 作 者： 王翔茹 学 号：110667学 院：能源与环境工程学院系(专业)： 热能与动力工程 题 目：日处理5万吨废旧橡胶回转热解反应器设计 指导者： 伯雄 教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者：(姓 名) (专业技术职务) 2015 年 6 月 1 日毕业设计（论文）中文摘要题 目：日处理5万吨废旧橡胶回转热解反应器设计摘要：在世界所有橡胶消费国中，我国的数量是最大的。工业不断发展，废旧轮胎作为废旧橡胶中的一种，其数量已经呈现出飞速增长的趋势，已经对周围环境构成“黑色污染”。回收和利用废旧轮胎是解决目前废旧轮胎的大量堆积和污染等问题的关键。裂解处理废

2、橡胶技术是一种资源化程度比较高的技术。所以本设计主要任务是设计出能够大规模热裂解废旧轮胎的回转热解反应器。 在整个设计过程中进行了配料有关计算，燃烧的计算,物料平衡计算和热量平衡计算作为技术支持，除此之外，还进行了有关设备的选型计算或结构尺寸计算，附属设备的选型计算，有关性能指标计算。本设计将以回转窑运行的安全性和可靠性为主要的设计特性为准则。并且将综合考虑传热，烟气，燃烧和空气以与工质的动力特性以与材料的磨损和腐蚀率。此外，还应考虑物料分解率以与气体固体排出温度。在炉膛有足够量的辐射热量的同时，还要保证有足够的气密性用以保证炉膛能够进行微负压燃烧。 利用CAD,完成了脱硫处理工程总平面图1；

3、脱硫处理工艺高程图1；2个单体构筑物施工平面施工图；部分大样图23。关键词： 废旧橡胶 热裂解 回转热解反应器 结构计算脱硫设备- 35 - / 38毕业设计（论文）外文摘要Title Design ofdaily processing 50000 tons of waste rubber  rotary pyrolysis reactorAbstractChina is the world's largest consumer of rubber，as our national industry develops， the quant

4、ity of waste rubber including waste tire has demonstrated growth rapidly,varying from various volume levels. It has already caused "black pollution". The recycling and utilization of waste tires are the problems of solving the accumulation and pollution of the waste tires, which are worthy

5、 of attention and high value. Pyrolysis treatment of waste rubber technology is a technology of high degree of resources.So the main task of this design is to design a rotary pyrolysis reactor for the large scale pyrolysis of waste tires. As a technical support for the whole design process, the calc

6、ulation of the burden, the combustion calculation, the material balance calculation and heat balance calculation are carried out. Addition to that, there are calculation of the selection of the equipment, the calculation of the selection of the auxiliary equipment, the calculation of the material se

7、lection and the calculation of the heat dissipation, and the calculation of the relevant performance index.Design in the rotary kiln operation for the safety and reliability is of primary principles of design features.Considering the combustion, heat transfer, the dynamic performance of the flue gas

8、 and air as well as the working medium and the wear and corrosion. In addition, the material decomposition rate and the gas solid discharge temperature should be considered. In the furnace, there is enough radiant heat, but also to ensure that there is a certain air tightness in order to ensure that

9、 the negative pressure burning in the furnace. Using CAD, drawing one total plan of the desulfurization treatment engineering;one desulfurization treatment process elevation；two monomer building construction plans and two or three important parts drawing.Keywords：waste rubber pyrolysisrotary kilnstr

10、ucture calculation desulphurization equipment目 录1 绪论1 1.1 研究背景1 1.2 课题研究意义5 1.3 课题研究任务5 1.4 课题国外研究现状5 2 设计容与依据 8 2.1 设计依据标准8 2.2 设计容 9 2.3 设计参数 9 2.4 成果要求9 3 工艺方案的确定9 3.1 工艺流程图 10 3.2 工艺流程 10 3.3 工艺说明 11 3.4 安全性 12 3.5微负压回转式热裂解设备组成部分 12 3.6工艺条件与反应结果13 4 计算 134.1 物料计算 134.2 热力计算 16 4.3 回转窑的选型计算或结构尺寸计

11、算20 4.3.1 回转窑的原始数据20 4.3.2 筒体结构20 4.3.3 回转窑规格计算表22 4.4 有关设备的选型计算24 4.5 材料28 结论 29参考文献30致321 绪论1.1 研究背景在世界上所有的橡胶消费国中，连续七年我国橡胶的消费量排世界第一位；此外，总体橡胶资源在我国也非常缺乏，在天然橡胶中百分之七十五以上得依赖进口；在众多废旧橡胶产生国中，我国的产量也排在世界之最1。废旧橡胶产品带来的污染问题是不容忽视的。目前的废旧橡胶利用形势不容乐观。因此，推动我国橡胶产业可持续发展的必然选择是能够正确利用和处理废橡胶。合理得利用废旧橡胶是将用废的工业橡胶产品如轮胎、管带、橡胶鞋

12、以与类似橡胶厂废料等，通过回收处理之后进行加工，并且充分利用的产业。如今，废橡胶的处理工业除了回收不同种旧橡胶产品并且对轮胎翻修以与加工，制造再生胶以与胶制粉等，另外我国还对回收废弃物料以与加工旧橡胶等方面也有涉猎。旧橡胶的利用工业关系到新旧橡胶合成工业的可持续发展，也同时是环境保护工业的不可或缺的形成部分。随着世界上汽车工业不断发展，废旧轮胎的产量每年也似其他废旧橡胶产量大幅度的增长。对轮胎产品的需求正在不断扩,废弃橡胶轮胎的数目当前已经体现出飞速增加的趋向。现在废旧轮胎迅速占据了”黑色污染”的空间并落户市场垃圾的行业。回收和利用废旧轮胎对于解决目前大批旧轮胎的堆积和污染等问题,无论从资源回

13、收，经济价值，还是在环境保护都是值得重视的。作为其中一种固体废弃物，橡胶工业产品为废旧橡胶的重要来源，主要由三个部分组成。其中之一是轮胎、报废的人力车胎，约占废橡胶总数的百分之六十至七十；一部分由胶管、胶带、胶鞋、垫板等橡胶工业杂品组成；另外，一部分来自一种高分子污染物，是橡胶产品厂生产过程中产生的边角料，其数量是仅次于废塑料的。随着我国橡胶工业的迅猛发展，废旧橡胶（包括废旧轮胎）产生量也快速增长。废橡胶可以再生利用，但再造胶粉能力不足，最终要在自然环境中堆积，而且橡胶不容易自行分解，已经成为实实在在的”黑色污染”。大量的堆积或填埋占用空间，并且对周围的空气和水源造成污染，并且已经造成安全隐患

14、2。 如今利用和处理废旧橡胶（包括废旧轮胎）的方法有：轮胎翻新、再生胶、胶粉、燃料燃烧、热裂解等。裂解处理废橡胶技术是一种资源化程度比较高的技术。采用热裂解处理废橡胶，可得到可燃气体、炭黑和燃料油或化工产品。热裂解得到的油与商业用燃油成分相近，可以用于与石油提取的燃烧用油混合使用或者用于直燃，也可用于制作橡胶加工时工业用软化剂。热裂解所得的可燃气主要组成部分是氢和甲烷等，可以直接用于燃烧，来提供热解过程的需要的热能。裂解所得的炭渣可用于炭黑代替使用或者经加工处理后制成特殊的吸附剂。1.2课题研究意义废橡胶是工业垃圾重要组成部分，这一点已被世界所公认。目前，有四种常见的破旧轮胎处理技术，分别是再

15、生胶法，生产胶粉法，翻新处理废弃轮胎以与废旧橡胶轮胎的热裂解法。热裂解对于回收能源和高附加值的产物来说是重要的处理方法。附加产物如燃烧油品、化学品、炭黑与高热值的燃料用气都具有很高的利用价值。许多国家在研究热裂解废旧橡胶轮胎方面时有了部分进展，他们的探索进程已经从少数、小规模探究渐渐变为不间断式、中型规模进程，在这期间部分国家还完成了产业化运行以与规化生产。然而我国研究进展缓慢，所研发的热裂解废旧橡胶轮胎技术、开发有关设备应用和相关产品的市场分析才刚慢慢走入正轨。 在科技的可持续发展进程中，在热分解分解商品的开发利用技术实验过程中，想要最终达成产业化的生产必须要零污染，不间断化，自动化。这也是

16、当下急需解决的问题。该问题的解决能使世界关键技术水平又上升一个很大的台阶。1.3课题研究任务 课题研究的主要任务是了解当前国外回转热解反应器的基本情况,熟悉与掌握回转热解反应器（回转窑）的技术原理和基本特点。结合和利用当前掌握的回转热解反应器技术设计出能够处理废旧橡胶的回转热解反应器。1.4 课题国外研究现状1.4.1废旧橡胶回收与资源化利用技术1.4.1.1废旧橡胶回收方法1） 热裂解 我国研发了废旧橡胶轮胎的热裂解技术，其技术水平已在世界名列前茅。但是由于目前废轮胎资源在中国的紧缺，该技术在国难以推广。但现在在中国发现了许多商家进行土法炼油，对环境造成了严重污染，每年的废旧轮胎处理量基本达

17、到四十万吨。此方法已被国家明文禁止。 2） 生产再生橡胶 再生胶已成为中国利用废轮胎主要途径，其中，再生胶总产值的在二零零六年已经多至一百六十五万吨，占据全球再生胶总产量的百分之八十五。 3） 废弃轮胎的翻新处理 目前，在我国的废弃胎处理的五百多家公司中，中小型公司占据百分之九十以上。 然而，我国翻新处理成功量在二零零六年仅有九百五十万条，成功处理旧胎仅为新胎数量的百分之四，离国际先进水平差得还是很远。 4） 生产硫化橡胶粉 我国通过不断地自主创新，研发了低温法、常温法来生产胶粉，该技术也已经达到世界领先水平，改设备能够达到出口国际市场的标准，然而在二零零六年我国的胶粉只产出大约三十万吨，这是

18、因为我国在翻新处理市场中仍处于滞懈的状态3。 1.4.1.2 废旧橡胶资源化利用技术 由于部分生胶被再生胶和胶粉代替而制得的再生工业产品的物理机械性能与原生胶产品性能相比还是有一部分差距，而且其替代量也有限，从而人们转而寻找能够批量回收利用废旧橡胶轮胎更为高效的方法。众多的研发者对废旧轮胎的最终处置技术-旧轮胎热化学处理引起了重视。 在这之中，在水泥厂主要集中进行对废旧橡胶轮胎的焚烧处理。在化学水泥煅烧过程中，废轮胎作为燃料加入水泥回转窑炉中进行焚烧，其中产的热量用来供给水泥焙烧过程中所需热量，其中燃烧残渣作为水泥成分而固留在水泥中。混炼胶、钢丝和有机纤维组成轮胎。混炼胶组成部分有炭黑、硫磺等

19、物质。将废弃轮胎投入水泥回转窑炉中时，可燃物都会释放大量燃烧热量，水泥中钢丝以氧化铁的形式存在，形成了水泥的一部分4。硫，作为最难处理的元素，也与水泥部分生料进行化学反应形成为水泥的组成的其中一部分，这样便大大减少了二氧化硫的排放。废旧轮胎被水泥厂回收处理作为燃料的一部分可节约燃料煤大约百分之五至百分之十。1.4.2 热裂解技术与工艺流程1.4.2.1热裂解技术热裂解技术是在无氧或者缺氧的状态下把废旧轮胎加热到一定的温度，让存在于废旧橡胶轮胎中的高分子有机物热裂解为储存性能源，其中以可燃气、燃料油和炭黑为主。焚烧的方法只能回收属于低品位能源的热能，而应用热裂解法回收的可燃气、燃料油和炭黑产品与

20、炼油应用工业产品相类似，这是高品位能源，并且运输方便，合理再利用时也产生较少的污染，具有相对比较高的附加价值。由于是缺氧或少氧分解，化学方法可减轻对环境的二次污染，例如还原废弃物中的硫元素、氮元素、重金属等有害物质，而且在工艺上不需要价值高的洗气设备。因此，热裂解废旧橡胶轮胎越发受到国外专家的普遍重视，是最具前景的废轮胎处理方式。也有研究者在弱氧化性气氛下（水蒸气或CO2）将废弃旧胎进行高温加热（暂且称为热裂解）处理，将其与典型热解技术相比，水蒸气热裂解所产炭黑具有清洁的表面，与商用炭黑的产品要求接近，若提高热解温度，则可以得到高比表面的活化炭，但是热解炭在CO2气氛下的比表面积则与惰性气体分

21、子的热解炭黑相类似。除此外，也有报道称有废轮胎热解在高压水蒸汽或氦气气氛下的实验，但与之相关的可行性研究还有待进一步探讨5。 二十世纪二十年代起就不乏研究者开始关于天然橡胶处理的热裂解实验。最开始的研究设想是想到利用天然橡胶的再生单体，此后，逐渐发展到研究可以提取和利用可燃性气体与热裂解油。到了一九七四年，研究者又把兴趣点转向了三相中的固相。这些年来世界上许多国家都纷纷开始研发热裂解废旧橡胶的技术。Walliam P.T等研究者使用了在静态氮气气氛中分批式热解废轮胎，得到了百分之五十五的衍生油产品在温度为三百至七百摄氏度的状态下22。Ming-Yen Wey等人进行了对废旧橡胶轮胎制工业用油的

22、另一种尝试，他们进行热解于流化床中，流化气主要是空气和NH3，将部分废轮胎燃烧在控制空气分率中，从而达到保持温度的目的23。在美利坚合众国大量研究人员努力研发废旧橡胶轮胎与煤的共液化状态，该方法是在转化煤反应的时候加入废旧轮胎破碎后的颗粒有协同效应显示24。汉堡实验室在德国开发出出无需破碎完整废旧橡胶轮胎的实验性流化床反应器，它的规格尺寸为九百毫米乘以九百毫米，实验证明不仅可以顺利运行还可以节约一笔不少的破碎经费25。一个轮胎利用气锁进入反应窑炉到达流化床之后缓慢沉向流化介质中，不出几分钟轮胎在与流化介质相互作用下完全分解，钢丝会在流化床中会有部分残余。流化气体会将热分解产物带出流化床，燃油品

23、、可燃气体和炭黑产品可由分离得到。 废弃轮胎裂解的产品十分复杂，在所有轮胎热解所得产品中，有百分之二十二的气体（重量）、百分之二十七的液体、百分之三十九炭灰、百分之十二的钢丝。在气体组成部分主要有甲烷 (百分之十五点一三)、乙烷(百分之二点九五)、乙烯(百分之三点九九)、丙烯(百分之二点五)、一氧化碳(百分之三点八)，此外水、二氧化碳、H2还有丁二烯也是其组成部分。苯(百分之四点七五)、甲苯(百分之三点六二)以与其他芳香类化合分子物(百分之八点五)主要组成液体。少量硫化氢和噻吩存在于气体和液体中，值得一提的是硫的量会低于行业规划标准26。随热解温度不同，热裂解产物组成会稍有不同，随着

24、温度增高油品减少而气体含量增加，碳含量也增加。 在一九九三年日本已成功地干馏裂解出有用的化学物质在五百至九百摄氏度的温度条件下，一吨废弃轮胎可以裂解出包括六十千克燃气，四百千克高沸点油，一百三十千克低沸点的油，三百千克的碳黑，五十千克钢铁和其余的十五千克水与五千克灰渣，材料的回收比例能够高至百分之九十，这是相当大的突破。1.4.2.2 热裂解技术工艺流程利用除去钢丝的废弃轮胎作为裂解材料，经过洗净、干燥、破碎，再由螺旋给料机送入热解反应器进行裂解，热解得到的气体流入冷凝器分离得到热解油品与不可凝结气体。裂解油可进行进一步的蒸馏，分离等模块操作得到质量更优的产品油或者直接当作燃料；不可凝结气体会

25、通入缓冲罐，成为燃料用气燃烧后用以提供热解反应所需高温的烟道气，热解产品炭黑会在窑被冷却到常温，由下方排出，经螺旋给料机送到研磨机中进行细磨，再经过分离得到质量较高的炭黑产品。烟道气会从热解反应器排出，其中一部分通入热风炉与燃料气混合，一部分用于干燥湿轮胎，其余的部分会排放到大气中。该详细的工艺可大致划分为，移动体裂解工艺、流动体裂解工艺、烧蚀体热解工艺、回转窑热解工艺、固定体热解工艺。 快速的热解工艺中包括流动体热解工艺，升温的速度快、还可迅速地反应、气态的停留时间短。热能的利用率高，在此同时系统还可以减小二次反应的发生的几率，裂解油利用效率高。回转窑的热裂解工艺方式分为间接加热（外热式）和

26、直接加热（热式），外加热式热解工艺产出的热裂解油效率高、热值较大。炭黑产品的质量优、产生燃烧热值高、对环境造成的污染小。一九八零年代中期，出现一个与之前截然不同的研究方向，美利坚合众国在水泥行业引进新的燃烧器的设计。这个公司，J·R·Tucker和同事，开发涡轮火焰燃烧器24。通过采用新的燃烧理论，显著改善对熟料质量，能源效率，和整个系统的运行报告。所有的煤混合所有主要的空气进入前切向进入燃烧器的后端。2 设计的容以与依据2.1 设计依据标准设计依据的主要标准如下：工业炉窑大气污染物排放标准;GB 9078-1996 生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001）;大

27、气污染控制工程，高等教育，2002；王学涛、玉春、兰泽全 主编,工业窑炉技术标准,化学工业,2000;HGT 20566-2011 化工回转窑设计规定;新型干法水泥厂工艺设计手册；DB31 T 34-1999工业炉窑热平衡测定与计算等。2.2 设计容（1） 确定工艺流程，画出工艺平面布置图；（2） 脱废旧橡胶的破碎、回转窑的本体、热解气体的燃烧系统、出料系统、以与尾气净化系统进行设计和计算。（3）设计处理构筑物，并通过计算确定其尺寸；（4）画出主要工艺中流程的高程布置图；（5）画出重要的构筑物和反应器单体的平面图、剖面图，要求大图中窑注明施工尺寸，构件的明细表和技术要求等容。2.3 设计参数

28、反应器设计规模：日处理5万吨废旧橡胶；原料：废弃轮胎（除去钢丝）。2.4 成果要求（1）设计计算说明书一份，并要求有两百至三百的中文摘要和对照中文摘要的外文摘要。（2）8 2 号图以上，或者6 1号图以上。此外，应满足下列要求： 脱硫处理工程总平面图1；脱硫处理工艺高程图1；2个单体构筑物施工平面图；部分大样图23；画出相关设备的工艺布置图以与主要单体剖面图（A2图纸）；设计和附属设备一览表，设计相关评述，与参考的资料说明。（3）要求学生利用计算机绘制全部图纸，说明书用计算机打印。3 工艺方案的确定3.1工艺流程图 废纤维出售气 大气燃料气尾气处理气废轮胎气-油回收分离系统清洗油冷却器螺旋送料

29、机热气体原料库粉碎炭黑燃烧区热反应器磁选玻璃纤维固体回收器废钢丝废钢丝3.2 工艺流程方法一：废弃轮胎- 破碎 催化热解 冷凝器冷凝 气、油回收分离器 油相精制 成品的燃油注释：1、炉底灰渣，钢丝分选处理2、裂解气返回做燃料方法二：废旧橡胶轮胎 固体式裂解炉 冷凝器冷凝 气、油回收分离器油相经过精炼 成品的燃油61、2部分同上 首先把废弃轮胎的钢圈剥离后进行切块,先粗碎,再细碎至5cm×5cm大小,然后连续给料机将原料与催化剂一起通过输送带送至料仓，再由螺旋送料机定量送至反应器中旋转主炉，在旋转主炉一定温度和压力下的状态下进行催化裂解反应，正反转向开关可以在控制室控制转向，调整物料在

30、裂解炉中的分布状态，其中物料在窑体填充量规定限定在窑体的总体积的2/3以下。 物料不间断地流过反应器,在反应器中停滞的时间约为10分钟,然后出料产物流入冷却机进行冷却,固体料冷却后由连续出料机送至研磨设备,研磨后经过风选成为炭黑产品。出料一部分由气固分离器所得到的油气进入冷凝器和分馏塔,分离出不可凝气体、油汽分馏、柴油的馏分以与重质馏分。燃烧室剩余燃气由管道输送，剩余燃气会送至回转窑下燃烧室继续燃烧，但在此之前，会对燃气进行水封密封（1级以与2级）。回转窑主体经过旋转均匀受热，产生的气体经主窑的导气管道和软连接的装置进入分离器（分离塔）再进入到催化塔。油气混合物通过了催化塔和分气包，一些的油产

31、品会被分离开来，分开之后会通过溢流管道流入含有废水的乳化燃烧系统的回转窑炉燃烧。油气会先进入催化塔然后再通向冷却塔，冷凝过后的油品通过溢流管进入油水分离器。缓冲罐会被真空泵抽成真空的状态，不可凝气体在微负压真空的作用下通向冷却塔的塔顶管道后通入缓冲罐，此后一级和二级不凝气水封在通过真空泵之后进行7。部分剩下可燃气体通过水封和不可凝气体水封产出的轻质量油品由溢流管道流进轻质油品的收集器。降温强力雾化除尘塔喷淋会将热裂解之后产生的余热烟气通过烟道线路除尘降温，引风会将其引导至工业弃气的净化设备，使得排向大气的气体达到工业化行业标准。废旧轮胎在裂解后，曲饶式伸缩软会将管炭黑产品送到链管式输送设备最终

32、到封闭的料库，此后会到达炭黑产品处理车间。冷却池会向冷却塔提供循环水的来源；水泵房成为水封设备、除尘塔和真空泵水箱的储备车间，整个系统用到的总水量相比较较少在运行时可以随时进行人工补水操作。给排水的设备以循环用水为原则，要充分保证系统的用水量的自循环，系统中会有部分水蒸发，该部分可以用系统的用水补充。3.3 工艺说明1、本文的工艺都是利用在有化学催化剂的情况作用下进行中温热裂解油化的工艺类型，热解的温度一般都在四百五十至五百五摄氏度之间，在常压或者其中包含一些微负压设备的工作状况下操作。2、热解时所用的第一次燃料可以用焦碳或者煤，热解设备不间断工作后，设备中所产出的所有可燃性气体将返回燃烧室，

33、成为热解持续加温的二次性能源，能够作为一次能源量的替代，替代量可达2030%3、国即可满足材料以与设备需求。4、该系统的作业方式是全封闭运行，运行的过程中除少量矿料在裂解后产出外无废水、废气排放。5、本系统按炼油化工设计规，在系统的设计、电器设备、照明设备等都已严格按照甲级防火标准和防爆规定要求设计8。3.4 安全性 主体设备的安全性。在系统运行过程中，不能被处理的废气重要成分是由C1到C4的烷烃类组成，如果将其直接燃烧，会有危险性。在生产过程中，设计将其先进行一道安全水封再将其燃烧，然后该气体会流向第二道安全装置燃气喷嘴，这样可以确保生产安全。其次，系统装有对重要设备的压力与温度进行监控，有

34、问题出现时会报警，从而对安全多一重保障8。3.5 主要微负压构成部分（回转式热裂解设备）：    1、回转式（回转窑）热裂解设备微负压部件基本由以下几个系统构成：  （1）生料初处理设备：主要设备为粉碎机。（2）迅速进料设备：由液压型输料设备、螺旋给料机、生料与熟料运送带组成。（3）主要微负压状态回转热裂解设备：主要有微负压状态下回转式热裂解窑。（4）液体气体旋风式分离设备：主要有两部分设备组成，一部分是分气包另一主要部分是旋风分离器。（5）密封的系统采用动静式设备：一级水封、二级水封。 （7）迅速冷凝设备:除箱式冷凝器以外，还有列管

35、型冷凝器，辅助以阻尼式冷凝器与喷淋式盘管冷凝器等附属设备。（8）尾气除硫元素排尘设备以与工业化尾气的干净排放处理装置：主要组成部分有水循环系统和雾化塔；辅助设备有喷雾系统以与臭氧发生器组成。（9）主要燃烧设备：一次燃烧设备以与燃烧室构成。（10）液体的分离装置：主要有油罐装置以与循环油泵设备。（11）炭黑产品出料系统：出料系统系统为全封闭兼曲绕型伸缩式软管收集设备主要为气力与管链式输送设备。 （12）排出油成品处理设备：油品经过油槽进入水冷式换热器后再进入再沸器，流向催化塔，二次进入冷凝设备后由油水收集设备收集。此后再由油水分离器分离。该系统除负压系统以外还有污染控制检测系统9。2、回转式微负

36、压热裂解设备特点（1）设备取用微负压理念来进行热解设计，部分装置采用微负压的工艺设计技术，该理念能够保证气体在设备运行过程中不泄漏，热裂解的效率能够被大大提高。（2）热裂解燃烧设备运行时是用无氧（或贫氧）燃烧方式,回转主体窑出料时取用严格密封系统，提高了窑体的密封性能，使废弃橡胶轮胎裂解在无氧（或贫氧）状况。该技术不仅能够使运行设备安全有保证，还能够使能源利用率大幅度提高10。3.6工艺条件在整个系统运行过程当中，其中关键部分是催化裂解反应。在这个过程中最主要装置是反应器,所以对其选材有较高的要求尤其是它的耐温性以与抗腐性。4 计算4.1物料平衡4.1.1 物料平衡围 在整个准备设计阶段中物料

37、平衡和热力计算是比较重要的。其中物料作为第一部分计算的围包括从冷却机（出料系统）到预热设备的废气出口（既整个计算含有冷却机设备、回转窑主体设备、分解炉设备、预热设备）。 注：对整个系统中不含有预热器设备、分解炉装置并且在运行过程中不用窑运转中喂料的情况下，在有关计算项目中，视其参数为零11。4.1.2 物料平衡计算表收入物料支出物料系统项目符号计算数据或公式来源kg/kg项目符号计算数据或公式来源kg/kg燃烧系统燃料消耗量固/液燃料消耗量mr0气体燃料消耗量mr0.138空气消耗量进入系统一次空气量m1k0.410系统漏入空气量mLOk0.237热解系统生料消耗量ms1.585窑出口气体量m

38、f入窑回灰量myh窑出口飞灰量mfh生料带入空气量msk0.410窑系统漏入空气量mLOk冷却系统进入冷却机水量mLk出冷却机熟料量mLshmLsh=1-mLfh 1.000冷却机排出水量mpk0.46+0.63=1.09冷却机出口飞灰量mLfh0.69合计2.78合计mzc=mLsh+mpk+mLfh+mf+mfh2.784.2 热平衡4.2.1 热平衡条件 测量热平衡的计算数据时，应选在窑正常不间断运转的条件下，以实际测定的结果为依据来计算热平衡数据。q辐-由砌体表面以辐射与传导方式传给炉料表面（与窑衬接触的弧形表面）的热流密度，W/m2；q对-以对流方式传给炉料暴露表面的热流密度，W/m

39、2；qt-单位质量炉料在该段带所需的热量，kJ/t；F料-炉料在该段带暴露的表面，m2；F料-炉料在该段带与窑衬接触的弧形表面积，m2.1、 q辐的计算式中 T气-各段炉气平均温度，K（T=t+273）； T料-炉料暴露表面温度，K； C辐-炉气的砌体对炉料的换算辐射系数，W/（m2·K4） W/（m2·K4）料-炉料的辐射率气-炉气的辐射率；-F砌/F料，F砌为砌体暴露表面积，m2.各气体的辐射率，可根据气体温度、气体分压与有效射线长度（S射）的乘积查第三章有关传热计算传热图，或直接取用经验数据12。2、 q辐的计算 （W/m2）式中 砌-炉砌体的辐射率，一般取0.8；

40、T砌-近似取砌体暴露表面与物料最高温度的平均值，K。3、 q对的计算 q对=对（t气-t料）（W/m2）式中 t气-炉气温度，； T料-炉料暴露表面温度，；对-对流传热系数，W/（m2·），因窑对流传热量不大，可按简化公式计算；对=1.050，W/（m2·）4、原料中可燃物质燃烧热Qrf=mrf·Qnrf式中：Qrf原料中可燃物质发热量，kJ/kg； mrf每公斤产品，原料中可燃物质含量，kg/kg； Qnrf原料中可燃物质的低位发热量，kJ/kg；5、 材料热量 丁苯橡胶在298K（T1）时的生成焓为fH（丁苯橡胶，s，T1）=fH（苯乙烯，g，T1）+fH（丁

41、二烯，g，T1）+1H+rH+2H。由参考文献查得:fH(苯乙烯，g,T1)=2038.30kJ/kg；fH（丁二烯，g，T1）=1413.30kJ/kg；1H为苯乙烯和丁二烯的焓变，fH=-54.79kJ/kg；2H为丁苯橡胶的焓变，2H=28.49kJ/kg；rH为苯乙烯和丁二烯的聚合反应热，Tr 为聚合温度，rH=-1109.80kJ/kg；则fH（丁苯橡胶，s，T1）=718.00kJ/kg。 炭黑吸收热能Qc=1260.00kJ/kg；钢丝吸收热能Qs=389.00kJ/kg；总输入焓inniHi=894.40kJ。故1.00kg废旧轮胎热解所需能量Q=outniHi-inniHi=

42、1953.00kJ 一般情况下，废旧橡胶在惰性气体的环境中被加热至五百摄氏度，可得到百分之三十五（与废橡胶的质量之比，下同）的固体剩余物、百分之五十五的油和百分之三的气体。在这些液体产品中，芳烃油的质量分数为零点五一，粗石脑油的质量分数为零点三三；对于固体来说，粗炭黑为其重要组成部分，细化炭黑中硫的质量分数是零点二的，其余灰分的质量分数是零点一零至零点一五13。4.2.2 基准 温度基准：0； 物料基准：一千克产品； 基准压力取用标准大气压101325Pa； 燃料的发热量按应用基低（位）发热量计算； 计算的单位：在进行物料平衡与热平衡计算时，计算单位为一吨熟料； 卡与焦耳的换算，本计算按20卡

43、，即： 1卡=4.1816焦耳4.182焦耳； 工业标准规定将回转窑主体、窑头罩、窑尾罩、包括冷却机以与窑后回收物料装置作为热平衡测定围；窑体、窑头罩、窑尾罩作为热平衡的计算体系14。4.2.3 热平衡示意图 热平衡示意图4.2.4 热平衡计算表 热收入热支出项目数量/kJ/kg所占比例/%项目数量/kJ/h所占比例/%燃料燃烧热 3545 73.61 熟料形成热 1828.2 36.85 燃料显热 9.555 0.20 蒸发生料水分耗热 90.432 1.92 生料带入热 67.58 1.40 废气带出热量 913.45 19.35 回灰带入热 4.163 0.09 熟料带出热量 1466.

44、080 31.06 入窑一次空气带入热 2.396 0.05 飞灰带出热量30.4300.64入窑二次空气带入热 437.3 9.081 系统散热损失 480.000 10.17 入分解炉空气带入热 735.715.28气力提升泵送风带入热5.65 0.117系统总漏风带入热 7.9580.165合计5625.8×104100.0合计5625.8×104100.04.3 回转窑的选型计算或结构尺寸计算4.3.1 回转窑的原始数据设计回转窑的原始数据，回转窑的规格标准按照额定或计划的产量标准以与工艺技术性能来规定15。 窑的额定产量： G(t/d)=50000t/d 窑的最续

45、产量： Gmax=1.1×G(t/d)=1.1×50000=55000t/d 窑的最小连续产量Gmin=0.95×G(t/d)=0.95×50000=47500t/d4.3.2 筒体结构 筒体的基本参数 1 窑体物料的停留时间。 在窑体运转过程中，物料的停留时间的影响因素有许多，例如窑体结构（有无抄板）、总长度、转速、径，还有窑体的水平倾角与物料自然倾角等等，按下列公式计算。 1）筒无抄板物料停留时间t1按下式计算： t1= （2.1.1-1）式中 t1-物料停留时间（min）； L-筒体长度（m）； Di-筒体径（m）；-物料的自然倾角（°）

46、；-筒体水平倾角（°）； n-转速（r/min）。2）筒有抄板物料停留时间t2按下式计算 （2.1.1-2）式中t2-物料停留时间（min）； m、k-系数，由表2.1.1选取； Di、n、含义与式（2.1.1-1）一样。2、填充系数 填充系数是在垂直轴线的窑体的截面上物料占有的面积和窑体的截面的比值。通常情况下填充系数选用零点一至零点二，但是不超过零点二五。如果额定产量已被规定，通常用下式（2.1.1-3）来计算填充系数，如果计算出填充系数结果偏低或偏高，可以重新调整窑体大小规格并再次计算16。 式中 f-填充系数； k1-结构影响系数，筒体无挡料板、抄板等附件时，取k1=1.0；

47、筒体有挡料板，抄板时，取k1=1.11.2；筒体有挡料板和抄板外，还有其他附件（如有换热器装置等）时，取k1=1.301.45； G-处理量（kg/h）-物料密度（kg/m3） L-筒体长度（m） Di-筒体径（m） t1-物料停留时间（min）3 筒体倾角 筒体倾角的定义是主窑体的轴线与水平面（地面）的夹角，物料在窑体中的停留时间和窑体的长短会决定窑体倾角的大小，通常是零度到三度，一般取一点五度到三度，根据实际情况倾角可以稍大，但是规定不能超过六度。4 转速 窑体通常以零点四至十转每分钟作为转速围，我们把转速通常情况下取作一至三转每分钟。设计转速时应控制筒体外径圆周线速度不超过1m/s；对少

48、数工况要求特殊的情况，在对件、衬里、筒体的惯性振动动作特殊考虑以后，筒体的转速围可适当放宽。4.3.3 回转窑规格计算表项目符号单位计算公式或来源数值备注筒体结构筒体窑径m；D=0.82×sin×G×(-sin)÷n×i×t××料×sin3/21/3 1.2筒体窑外径DmD=Di+21.64按资料选取220mm窑总长度LmL=318×G÷GF×G9.24窑体基本参数物料停留时间min20填充系数f0.2一般为0.10.2筒体倾角°通常选择1.5°

49、3.0°，不超过6°2.2°转速nr/min筒体转速一般为0.410r/min;转速常选为13r/min0.9支承档数根据长径比选择2筒体壁厚筒体壁厚mm=0.006D9.84支撑处与齿圈固定处的筒体壁厚mm×1.42.014长度在此加厚段可至12m轮带外径DRmDR=1.2D1.968托轮外径DcmDc=DR/3.50.56筒体出料端悬臂长L1m1.2D1.968根据参考资料筒体进料端悬臂长L2m3D4.92根据参考资料回转窑功率N0kwN0 =0.03Di3×n0.075×L0.48附部分常见k值表4.4 有关设备的选型计算1 弯

50、曲应力计算筒体横截面上的弯曲应力为 式中 W筒体截面模数，对于较小的跨中筒体，Ks接缝强度系数； Kt温度系数。序号项  目 容备注2原材料废橡胶去掉钢丝3窑 型直筒型4 长径比7.7L/D5结构形式卧式双驱动624小时处理量5万吨原材料7工作压力微负压8主机转速0.4转/分9配备动力16kw10冷却方式水冷11冷却水耗量（T/h）0.212传动方式双驱动13加热方式直接14主机外型尺寸2200×600015工作形式间歇式作业2 日常回转窑的部分规格参数4.5附属设备的选型计算4.5.1挡轮与齿圈位置确定1 挡轮位置确定 由之前的筒体的支承数为2，因此挡

51、轮的第一档要求设置在窑体中间接近窑尾方位。 2 齿圈的位置确定 通常情况下窑的低温段会是齿圈宜设置的部位，置于筒体中间靠后部位并靠近支承装置（带有挡轮装置）。齿圈中心线按照规定应离支承装置得中心距长度约为一至三米为宜，确定窑尺寸可以因实际情况而定17。4.5.2 进料装置 1 加料管 加料管与垂线夹角不大于45°，入口角不大于30° 加料管 2 导料螺旋装置具有搅拌物料和均匀加料的作用 螺旋导料装置 4.5.3 冷却机 根据资料，选择第四代固定篦板篦式冷却机18。4.5.4支承装置 回转窑主体整体的重量是由支撑设备承担的，支撑装置中有一组（两个）托轮轴承机组以与一个大底座。设备中的滚圈由两只托轮支承着，能够使窑体既自由地转动，又将巨大的负重量传递给底座。我们将支承系统的套数叫做窑的挡数，通常情况下有二至七挡。在整个系统中的一挡或者几挡支承设备中设置挡轮，这样的设备被叫做带挡轮型支承设备。在系统中为了约束回转窑体部件的轴向活动我们设置了挡轮。4.5.5传动装置 传动设备的作用是利用装备在窑体的中段的齿圈装置使窑体旋转。其中利用弹