轮胎使用过程分析（精选3篇）
轮胎使用过程分析 篇1
摘要：废轮胎是一个日益增长的环境问题。因为他们既不能生物降解, 其成分又不容易回收。首先, 进行了热天平实验, 研究了下列参数的影响:加热参数, 流动速率, 颗粒大小及温度。这些热天平结果通过了在一个固定床反应器的实验得到了延伸, 研究了主要过程参数对衍生产品的影响:油类, 气体和固体残渣。油类已用复合分析技术 (TLC-FID, 气相色谱-质谱和模拟蒸馏) 进行了表征。在由TLC-FID发现的油类组成的官能团和过程变量之间无必然联系。得到的碳素材料由N2和CO2吸附来表征。这种焦炭可能的用途已在分析考虑, 并计算了如果焦炭燃烧会产生多少废物。
关键词：废旧轮胎,橡胶,循环再造,热沉积,衍生产品
1 引言
废弃轮胎的热解已经研究了很多年。这个热解过程看起来直接替代了燃烧过程因为没有产生有害废气而且还原回收固体和液体材料, 热解过程变量的影响也研究过了。Rodrigue2等人没有发现温度对裂解产物的量和特征在500°C以上时的影响, 证明轮胎裂解的液体是含有C5-C20有机化合物的复杂物质, 而且还含有很大比例的芳烃。在轮胎裂解后, 得到了三种相的物质:固体, 液体, 气体, 他们的组成与热处理的温度有关。固相, 几乎占了初始样品质量的40%, 大多数是炭黑, 也包含了使用过的轮胎中原始存在的矿物质。气相包含了较轻的碳氢化合物, CO2, CO和H2。裂解的气体可为裂解过程提供能源。最后, 液相是一个复杂的碳氢化合物, 其中含有相当浓度的一些价值的成分, 如DL-柠檬烯, 苯或甲苯。
2 实验
废旧轮胎中的橡胶有AMSA (一个橡胶回收企业) 提供。先除去钢线和纺织网。固定碳由轮胎制造时用的炭黑组成, 而挥发物主要由高分子材料组成。最终分析显示, 目前硫化过程中, 具有硫水平。
初步裂解实验在热天平 (SETARAM TG DTA-92) 中进行。固体样品放在一个铂篮里, 底部为圆形 (直径为5mm, 高为2mm) 。该热天平由一个能加热到175°C并由PID温度控制器控制的电炉提供。能设置不同的加热和冷却速率。为了检测温度, 在铂篮和炉控制回路旁边放一个热电偶。固体的重量损失, 与其他的变量如温度, 通过数据传输卡连续传到电脑中。所以的热解实验都在大气压下进行。
实验转换率 (Xexp) 有热天平结果通过等式 (1) 计算。式中, W0是初始样品质量, Wi是任何时刻样品的质量, Wfinal是最后的样品质量 (反应重量稳定后) 。
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实验在试验工厂的固定床反应器中进行。内部的incoloy反应器直径为1cm, 加热区域长度为5cm。该抗热反应器与气体N2和水凝器相连。
轮胎样品 (1.2g) 加到反应器中, 要求用流量计控制气体速率。样品加热到要求温度, 然后发生裂解反应。冷却并断开系统后, 称量冷凝器, 计算产生的油类。油在二氯甲烷 (DCM) 中收集, 并在惰性气体中储存在一个小瓶子内。剩余的固体残渣同样称重并储存。
所得的油类用不同上网技术进行分析。为了确认并量化不同的官能团, 使用火焰离子检测器 (TLC-FID) 的薄层色谱法。15min洗脱了饱和化合物中的n-正己烷正离子, 10min洗脱了芳香族化合物和甲苯, 在2min洗脱了含有DCM/甲醇 (95:5) 的极性化合物。使用的仪器iatroscanMK-5型。每个部分里的个体化合物用气相色谱-质谱 (GS-MS) 的方法, 使用Newlett-Packard5890气相色谱仪配有30m毛细管DB=5并连接带Newlett-Packard5971质谱仪。为了确定油类的沸点分布, 在毛细管气相色谱柱中进行模拟蒸馏。一瓦里安GC3400气相色谱仪配备了60m毛细管DB-5色谱柱和FID法进行检测。确定组分有:汽油, (Ts<200°C) , 煤油 (200°C
从碳化过程中得到的碳素材料分别在77K和273K时, 用ASAP2000仪, 用N2和CO2吸附作表征。在N2或CO2的物理吸附实验前, 将样品加热到200°C, 在真空10-3Torr下保持恒压。样品表面积用BET方程和N2的吸附数据, 并用DR方程和N2吸附等温线计算。总孔隙体积认为是在相对压力为0.95下吸附N2的体积。从CO2的吸附等温线, 用DR方程得到狭隘的微孔体积;用Dubinin-Astakhou方程, 得到吸附特征能源和指数n (与微孔分布宽度有关) 。
汞孔隙度测定分析是用Qnantachrome的POREMASTER GT (33/60) 和4.02软件版本来计算孔隙分布为中孔和大孔隙。
3 结果与讨论
3.1 热分析
在本研究中考察了不同的操作参数 (加热速率、流速、粒子大小和温度) 的影响。但只有温度当其变量低于500°C时才对轮胎橡胶有影响。当温度高于500°C时, 转换率不好改变, 因为固体样品都被N2气流带走了, 剩下的炭黑在这些实验条件下不反应。最终温度为550°C, 加热速率为20°C/min, 颗粒尺寸在0.2mm-0.4mm之间, 流量为150ml/min。
裂解反应开始于200°C, 在480°C和490°C之间完成。图可划分为3个不同区域:
(1) 温度在150°C到310°C之间:在这个区域内, 已开始干燥颗粒, 轮胎橡胶开始腐蚀。在裂解反应的这个阶段, 可能轮胎橡胶的其它助剂也在降解 (油脂、增塑剂和其它添加剂) 也慢慢降解。
(2) 温度在310°C到430°C之间:在这个区域, 有一个尖锐的峰, 这与用天然橡胶作为热解原料相对应。
(3) 温度在350°C到450°C之间:最后这个峰比第一个峰尖, 但不如第二个这是由于苯乙烯-丁二烯橡胶和丁氰橡胶混合裂解的作用。
(4) 高于490°C:反应速率接近零, 因为所有高分子材料已转变程气体而被N2气流沿着热天平吹走了。
3.2 固定床反应器
这些热天平的结果在固定床反应器中通过研究变量得到了延伸:温度、反应时间和加热速率。
3.2.1 油类的表征
从轮胎热解得到的最有价值的产品就是石油馏分。因此, 研究了变量对油收率的影响。
3.2.2温度的影响
为了检验温度的影响, 实验在400, 500和600°C, 反应器内N2流速为0.56m/s, 加热速率300°C/min, 反应时间为15min条件下进行。结果在500°C以下时, 温度是影响总转换率和油收率减少到10%的关键因素, 正如从热天平实验中观察到的一样。事实上, 500°C是最合适的温度, 因为在较高温度 (600°C) 时, 总转换率和油收率都不会增加。
3.2.3 反应时间
为了检测反应时间的影响, 热解反应在3个不同反应时间下进行, 15min, 30min和60min, 保持温度, 加热速率和流量恒定 (500°C, 300°C/min, 0.056m/s N2) 。在60min时总转换率只有稍微增加, 但不同处可认为是实验误差造成的。这3个反应可能太长了而不能看出转换率的差别, 因为热解反应在极短的时间内就完成了。因此, 尽管反应条件为固定床反应器时并不如在热天平中乐观, 但还是得到了近似的结果。正如预期的, 油类组分并无太大差别, 因为这些挥发组分很快就被气流吹走。
3.2.4 加热速率
研究加热速率是因为热天平实验已经显示:尽管它对总转换率无多大影响, 但它会影响产品分布和特征。另外, 加热速率可能在商业用途上是一个重要参数。在加热速率为25, 100和300°C/min下的总转换率和油收率, 3个速度十分接近。温度为500°C, 反应时间为15min, N2流量为0.56m/s。此外, 用TLC-FID分析油类显示, 按照该加热速率和前面的芳香族物质并无多大差别。
3.3 煤焦表征
该热解固体反应后, 由最初矿物质, 炭黑 (橡胶制造以及一些重聚合产品重的) 组成。残留固体的近似和最终分析:可以得出由于聚合物材料的挥发性, 灰分含量增加。得到的固体收率 (38%) 与其它作者报道的相近。图中显示了将汞孔隙度测定应用于N2吸附等温线得到的孔尺寸分布, 可以看到BET表面积与其它煤焦 (如煤和褐煤) 相比较低。然而, 其表面积与其它作者报道的, 在轮胎制造时只加少量炭黑时产生的结果十分相似。总微孔体质与总孔体积相比较低, 这也说明了固体中多为中孔或大孔。这一事实同样在图 (显示了主要孔尺寸集中与50mm) 中可以看出。
这个过程的可行性决定于产品的价值。用这种方法, 气体由于热值高能用来加热反应器;液体可作燃料或卖给炼油厂;主要问题就是需给固体残渣 (约40%) 找到合适的用处。在此之间已做过一些工作, 用CO2或蒸汽得到的活性炭, 并采用蒸汽激活使其BET表面积大约1000m2/g。因此, 这些物质作为潜在的污染物吸附剂可能很有用;然而, 这些应用对于完全利用产出的煤焦是不够的。用这种煤焦固体作燃料似乎是最快和最早的解决办法, 因为这种固体有较高的热值28MJ/Kg, 所以, 将它作为燃料很简单。另一方面, 这种煤焦的燃料的燃烧会产生污染物, 如CO2和SO2, 故有必要建立控制和消除系统。前面研究表明直接燃烧废轮胎不是一个可行的办法, 因为会产生大量污染物。
4 结论
废弃轮胎热解转换总是在接近最大可能高于500°C下进行, 油产率高于40%。在研究范围内, 反应时间和加热速率对总转换率和油产率无影响。轮胎裂解得到的煤焦主要作为介孔材料, 其表面积低但适用于活化后作吸附剂。由于固体残渣有较高热值, 另一种解决方法是作为燃料能源回收。
参考文献
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轮胎使用过程分析 篇2
1 高速公路爆胎的主要原因
人们常以发动机的好坏作为评价机动车辆的挡次, 但人们没有注意到在高速公路上行驶时汽车轮胎比发动机更为重要。也就是说, 在高速公路上行驶时, 爆胎是一个严重问题, 轮胎发生问题就有可能造成车毁人亡。据不完全统计, 正常天气下高速公路的交通事故60%是由于突然爆胎引起的。例如:1999年, 公司安排两台公务车到汕头地区公干, 车辆在深汕高速公路 (深汕高速东段) 高速行驶中, 前行的面包车忽然失控, 车辆左右摇摆, 车头急速向左冲去, 撞向中心护栏杆, 致使面包车侧翻横卧路中 (当时本人驾驶吉普小汽车尾随前行的面包车) 。发生了严重的车祸, 当时全员马上投入抢救, 并向有关部门报告, 迅速地处理事故。该次事故损失严重, 造成面包车车头严重损毁, 车上玻璃破烂, 车厢变形, 乘客不同程度受伤, 不仅经济上受到重大损失, 身心也受到严重的创伤。事后与该驾驶员交谈, 得知当时驾驶员感觉面包车左左摇摆, 左后胎已爆胎, 造成方向跑偏, 加上驾驶员没有全力控制好方向盘, 而是急踩刹车致使加速车头偏左撞向护栏, 酿成了严重的事故。事后在检查中, 发现左后轮胎有严重划伤痕迹。据该司机反映此轮胎曾被硬物扎穿过, 过后就以为没事了。该驾驶员恰恰忽视了硬物已经将轮胎钢丝网扎破, 已造成局部拉断, 轮胎形成了一个气泡 (俗语:生疮) 。因为它是在轮胎内侧, 出车检查不容易被发现, 该车使用的轮胎是120km以下的胎 (C·L) , 而当时该车的时速已超过该轮胎的限度。加之是在高速公路上高速行驶, 此轮胎承受不了“高速、高压、高温”而发生爆胎, 造成此次严重的交通事故。这是一宗典型的轮胎问题所造成的交通事故。由此可见, 车辆在公路上行驶时轮胎安全的重要性。
爆胎的原因是多方面的, 是一种复杂的轮胎破坏现象。汽车在高速公路上行驶发生爆胎事故危险性大, 车毁人亡事故致使有些人谈爆胎色变, 认为爆胎防不胜防。其实, 只要通过认真分析, 弄清爆胎的原因, 事故就不难避免。爆胎的原因多种多样, 大致可归纳为如下几种:
1.1 轮胎气压不足行驶。
轮胎气压不足行驶时, 随着胎压的下降, 轮胎与地面的磨擦成倍增加, 胎温急剧升高, 轮胎变软, 强度急剧下降。在这种情况下, 如果车辆继续高速行驶, 轮胎的工作温度就会超过临界温度 (122℃) , 就可能导致爆胎。
1.2 轮胎质量差。
众所周知, 充气轮胎能为汽车减缓振动, 承受负荷, 防止侧滑, 降低噪音, 但轮胎的性能及质量对汽车的安全变速、加速制动, 操纵稳定, 平稳舒适起着十分重要的作用。质量差的轮胎, 在车辆高速行驶时将耐不住高热, 容易发生爆胎。
1.3 轮胎的选型不对。
轮胎速度级别不一样, 其适应的工作温度也不同, 而工作温度的高低也就决定了行驶的速度。有些级别的轮胎只适合于低速运转状态, 承受不了高速公路的“高速、高压、高温”的运行条件。在高速公路上行车车速过快, 轮胎温度高, 与驻波现象频密, 容易使轮胎严重变形, 产生断离、脱壳, 因而一定要选用高等级的轮胎;一般以选用240km (V级) 以上等级轮胎为宜。
1.4 轮胎带“病”上路。
有些轮胎运行时不小心扎了铁钉或其他尖状硬物, 而暂时没有把轮胎扎破, 或轮胎使用时间长磨损严重, 冠上已无花纹 (或花纹过低) 、胎壁变薄, 已变成了人们常说的“光头胎”或已出现了高低不平的“薄弱环节”, 受伤深度过深 (受伤点深度大车应≤1cm, 小车应≤0.5cm) , 受伤点超过两处以上, 承受不了高速行驶的高压、高温而爆胎。
1.5 车辆超载。
车辆超载也是爆胎的一个重要原因, 虽然轮胎负荷能力有预留安全系数, 但如果超载严重, 又遇上凹凸路面引起对轮胎的冲击, 当冲击力大于负荷能力极限值时, 也会引起爆胎。
2 防止高速公路爆胎措施
2.1 保持正常的胎压
车辆在出厂时都有正常的胎压规定, 且不同车型有不同的标准, 按照现行的推荐值是高于标准气压的15%~20%。因此, 出车前应检查一下车胎压力是否正常, 如果气压不准要补准, 不能勉强行车。气压过低会使轮胎冠面接地处变形加大, 加剧磨损, 且容易发生驻波现象。但轮胎气压也不能过高, 否则会降低轮胎缓冲能力, 而且轮胎与地面接触面积减少, 加剧磨损, 甚至发生爆胎事故。气压也要根据气候的不同而有所区别, 夏天路面温度高, 胎压应取下限;冬天天气冷, 可取胎压上限。
2.2 选用高质量的轮胎及正确使用轮胎
有些车主为了省钱购买再生胎使用, 结果往往因小失大, 铸成大错。翻新再生胎不能做头胎 (前轴方向轮) , 不足七成新的轮胎不能做前胎, 子午线与非子午线轮胎不能混装在同一轴上, 同一轴轮胎的花纹要相近, 这些是车主易疏忽的问题。
2.3 选用高速速度级别的轮胎
在高速公路上行驶, 首先要正确选择轮胎, 如何正确选用轮胎是一个必要的、严肃的问题。高速公路行车“安全”首选子午线轮胎 (Z) , 特别是无内胎的子午线轮胎 (TL.Z.V) 。它具有升温低、散热快, 与路面抓着力强、制动性能好等特点。当轮胎被刺破后, 其内压不是一瞬时泄压, 使驾驶员有较为充裕时间作应急处理。另外, 其舒适性和经济性也较其他型号轮胎理想。
子午线无内胎的轮胎是高速公路上行车之首选。子午线轮胎上均标有轮胎的速度级别。没有速度标志的轮胎不宜在高速公路上行驶, 再生胎切不能用于高速行驶的车辆。
2.4 加强检查及进行更换“带病”轮胎
轮胎是有一定寿命的, 不要等轮胎爆胎后才更换, 如发现轮胎有严重划伤冠面花纹、沟槽变浅、面层变薄应及时更换。
2.5 保持车速, 定期休息降温
驾驶员不宜连续驾车行驶200km以上, 长途驾驶要适当休息。这里除了驾驶员经过时间驾驶, 需要休息外, 还有一个内容, 就是让车辆机件和轮胎降温, 以保持良好的运行状态, 才能安全快捷、经济地完成各项交通运输任务。
3 高速公路爆胎后处理
高速公路不同于普通道路, 它采用全封闭, 多车道, 中央分隔, 全立体交叉, 从而为车辆加速、安全、舒适、连续运行和提高运输能力提供更为有利的条件。然而由于高速公路车辆行驶速度快, 稍有疏忽就可能会发生严重交通事故。万一车辆高速公路上行驶, 发生爆胎事故, 该怎样处理, 将危害降至最低, 我认为可按如下办法处理较为适合:
3.1 在行车时轮胎突然爆胎, 如果车速不是
太快, 爆胎后车辆不会立即翻转, 这时千万不能踩刹车, 应立即打开危险灯 (示宽灯全闪烁) , 双手全力控制方向盘, 保持车身正直向前, 并迅速抢人低速挡, 利用发动机牵阻制动车辆, 让车辆慢慢滑行停下来。当发动机制动尚未控制住车速时, 也不要使用制动器停车, 以免车辆惯性横甩而发生更大的危险。
3.2 如果车辆没有停在路肩上, 必须设法把车推至路肩;
让全部乘员下车, 在高速公路护栏处选择安全的地方停留, 不能到处走动以防发生二次交通事故。并应在车辆的后方100m处放置危险警告牌后, 再更换轮胎。
3.3 如果没有备胎或备胎气压不准时, 请立即拨打报警电话, 让交通拯救车将车拖离高速公路。
充气轮胎填充成实心轮胎使用 篇3
一、安全性
目前大型轮胎 (外胎断面宽度在10～17英寸的轮胎) 标准气压为1000kPa。有1000kPa压力的轮胎, 含有约其自身容积12倍的空气, 具有强大的爆炸能量, 可以造成附近人员严重伤害和死亡。尤其在拆卸轮胎时, 轮胎未放气经常导致轮胎或者钢圈弹出导致人员伤亡。轮胎在充气时也存在诸多隐患, 如果钢圈没有安装好, 充气达到一定气压时, 经常出现钢圈飞出伤人的事件。在高速行驶过程中, 小型轮胎 (外胎断面宽度10英寸以下) 突然爆胎, 容易使机车侧翻, 飞出的轮胎也很容易造成事故。实心轮胎不存在以上安全隐患, 实心轮胎胎体内部, 用弹性胶质完全填充, 无论怎样使用, 都无破胎、爆胎等情况发生, 拆卸、安装比较安全。
二、适用性
实心轮胎基本上可适用于各种环境。充气轮胎受气压、超载、速度、路面等因素影响较大, 比如在矿山、脏、乱、杂的路面不宜使用充气轮胎。充气轮胎在使用过程中受以下因素影响。
1. 充气压力
从图1中看出, 35%的充气不足的状况下, 轮胎的磨耗比正常多一倍。如果轮胎气压是1000kPa, 只充气650kPa, 轮胎使用寿命就会减少一半。
2. 超载
几乎所有过早失效的轮胎都是超负荷所致。从图2中可以看出超重40%, 轮胎寿命就会缩短一半。
3. 速度
从图3可知, 在时速56km/h, 轮胎则可以获得其全部寿命, 但是在时速80km/h, 该轮胎只有其全部寿命的65%。然而, 填充的实心轮胎在使用过程中不受气压影响, 受超载、速度等因素影响较小。
三、时效性
(1) 填充的实心轮胎具有较高负载性能, 能缩小轮胎和地面的接触面积, 轮胎磨耗减少并增加了车辆灵活性。
表1是填充实心轮胎作业跟踪情况表。填充的实心轮胎的作业效率=作业量/作业台时= (9700-5200) / (2686-2531) =29.03TEU/h。这里的TEU是集装箱计算单位 (Twenty-feet Equivalent Units, TEU) , 又称换算箱、标准箱, 20英尺换算单位, 是以长度为20英尺的集装箱为国际计量单位 (换算单位) , 也称国际标准箱单位。通常用来表示船舶装载集装箱的能力, 也是集装箱和港口吞吐量的重要统计、换算单位。
表2是充气轮胎作业情况跟踪表。充气轮胎的作业效率=作业量/作业台时= (53834-48010) / (2399-2175) =26.04TEU/h。
两表数据是同一个班次、同一个司机、同一个员工测得数据, 基本上不受人为操作水平、测量人员不同等因素的影响, 具有可比性。
(2) 不会出现扎胎、爆胎等事故, 能避免因爆胎或补胎时车辆及人员所浪费的闲置时间, 增加工作量。现在很多集装箱堆场地面杂物较多, 又得不到及时清理, 扎胎、爆胎现象时有发生。例如21.00-25充气式轮胎 (目前龙门吊普遍使用) 扒卸胎至少需要3个人, 以3个人工作量计算, 扒卸、修补、充气、安装等一系列完成后, 大概需要180min。这期间不包含出现其他问题, 比如检查钢圈, 轮胎轮毂轴承问题等, 扒卸、安装轮胎是一项很麻烦的事情, 还存在诸多不安全因素。实心轮胎不存在以上诸多问题, 即使轮胎胎面或胎侧出现大面积划伤, 也不影响轮胎使用, 不存在安全隐患。使用起来可以一劳永逸, 节省大量时间和人力。
四、填充充气轮胎的要点
选择那些漏气的、状态良好的轮胎, 或者使用寿命超过4年的从动轮轮胎作为填充轮胎对象。按2010年的统计, 轮胎漏气和爆胎占总故障率的68%。根据多年的统计, 一般轮胎的使用寿命不超过6年, 通常在使用第5年时出现爆胎现象。
(1) 清理干净轮胎内壁, 使用工业酒精作为清洁剂去清理轮胎内壁一些沙子和灰尘。
(2) 按比例填充物料, 可选择一些爆裂的轮胎, 将其粉碎成小颗粒, 变废为宝充分利用资源, 填充50%轮胎颗粒。试验证明50%颗粒是最合理的做法, 既能充分粘合, 又能有坚固性。
(3) 将填充50%轮胎颗粒的轮胎安装到带有轴承的轮毂上, 试运转轮胎30min, 使之内部的轮胎颗粒能够均匀分布到每一部位。
(4) 对填充50%轮胎颗粒的轮胎进行充气到0.5MPa。
(5) 对充好气的轮胎进行打孔放气。一是放气减压, 让AB胶能够充分注入。二是能够明确观察AB胶注入的位置到达何处。
(6) 对充气的轮胎通过充气孔进行填充AB胶。A胶和B胶是两种不同成分的化学胶体溶液, 只有当两者相溶时才能结成固体。一边进行填充AB胶时一边对轮胎打孔进行放气, 这样才能保证轮胎每一部位都有AB胶的溶液和轮胎颗粒更好地相融合。将AB胶的填充压力填充到1MPa后锁紧充气孔。
(7) 再将填充好的轮胎试运转30min。然后静置14天, 等待凝固后就可以使用。
五、经济性
把那些漏气的状态良好的轮胎或者是那些已经使用寿命超过4年的从动轮轮胎作为填充轮胎大幅度提高轮胎使用程度, 延长使用时间。以龙门吊上使用 (TIANLI 21.00-25) 轮胎为例, 废旧轮胎加工后成本约为5元/kg, AB胶价格30元/kg, 为此, 一个填充轮胎的成本价为1.08万元。填充用料情况见表3。填充轮胎只是花费充气轮胎一半的费用, 然而却可再使用4年, 而且再也不会出现漏气、爆胎和折胶现象。对比起在市场上购买的实心轮胎, 既省钱, 又能使用更长时间。使用寿命与价格见表4。
六、总结