CN115960477A - 一种炭黑反应炉及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炭黑加工反应炉技术领域,具体为一种炭黑反应炉及其使用方法,预热组件包括空气预热器、导热内管、排气口和预热组件,空气预热器的一端连通急冷锅炉,预热组件的一端连通热风管线,预热组件的另一端连接冷风管线,冷风管线连通夹套内腔,有益效果为:通过设置的加热炉,利用预热组件和热量回收组件对炭黑生产具有较宽的指标调整和调节能力,通过预热组件达到便捷调节预热温度的目的,保证热风的温度,通过设置热量回收组件,能够保障产品达到预期性能的条件下,不因反应炉超高温而损坏,将炭黑反应过程的全部热能绝大部分进行回收利用,特殊的内部构造形式加强了反应强度,提高了产品收率。
Description
技术领域
本发明涉及炭黑加工反应炉技术领域,具体为一种炭黑反应炉及其使用方法。
背景技术
炭黑是橡胶制品重要的填充剂,对轮胎和橡胶制品具有较强的补强和耐磨性能。炭黑分为软质和硬质两大类,软质炭黑的粒径较大,适宜应用于轮胎的胎侧或较柔软的橡胶制品、橡胶密封条等制品;添加在橡胶中时显现出比较软的特性。硬质炭黑的粒径较细,添加在橡胶中显现出比较硬的特质,起到耐磨和抗拉伸的作用。
当前生产炭黑生产常采用三段式的反应炉,我国炭黑反应炉在反应炉的改进研发方面没有较大的变化,仅从产能方面做了放大处理,当前国内已经有放大到6万吨/年产能的炭黑反应炉,其最大问题在于反应强度不够,产出的炭黑粒子粒径大、不均匀、水洗筛余物过高,达不到高端橡胶制品和特种橡胶、以及高性能绿色轮胎的使用要求。
当前国内生产硬质炭黑使用的三段式硬质反应炉在生产高表面积炭黑时易发生反应段超温烧损,生产高结构炭黑时因原料内碱金属的存在受到一定限制,生产低表面积产品时同样会发生结焦导致水洗筛余物过高的问题,单纯调节风油比例导致炭黑产成品收率低、能耗高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭黑反应炉及其使用方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种炭黑反应炉,所述炭黑反应炉包括:
反应组件,所述反应组件是由间隔套接的隔热外套和金属内壳组成,隔热外套和金属内壳之间留有圆环状的夹套内腔,反应组件包括燃料油枪、原料油喷枪、涡旋进风器、燃烧腔和反应内腔,所述燃烧腔的一侧横向连通燃料油枪,燃烧腔的上端通过涡旋进风器连通热风管线,燃烧腔的另一侧连通反应内腔,燃烧腔与反应内腔之间设置有缩颈喉管;
冷却组件,所述冷却组件包括急冷水喷枪、急冷锅炉和循环散热组件,多组所述急冷水喷枪连通反应内腔,急冷锅炉的一端连通冷却的后反应内腔,急冷锅炉中设置有循环散热组件;
预热组件,所述预热组件包括空气预热器、导热内管、排气口和预热组件,所述空气预热器的一端连通急冷锅炉,空气预热器的另一端通过导热内管和排气口外接过滤设备,所述预热组件的一端连通热风管线,预热组件的另一端连接冷风管线,冷风管线连通夹套内腔。
优选的,所述反应组件的一端设置有进料块,所述燃料油枪横向插接安装在进料块上,燃料油枪的中间段外壁设置有阶梯槽,进料块中设置有压合在阶梯槽中的橡胶压条,橡胶压条的上端设置有螺纹竖直压合安装的紧固螺栓,涡旋进风器位于燃烧腔的一侧设置有圆周阵列分布的六组排气管,燃料油枪的端口延伸至燃烧腔并与排气管的端口垂直连通。
优选的,所述原料油喷枪插接在燃烧腔中,燃烧腔的下端设置有添加剂喷枪,燃烧腔、反应内腔和缩颈喉管均通过金属内壳组成,燃烧腔的上端对应隔热外套的位置设置有第二气孔,所述第二气孔外接供风机加压后的进气管道,第二气孔的另一端连通夹套内腔,隔热外套与反应内腔右侧端部对应的位置设置有第一气孔,所述第一气孔连通冷风管线,所述冷风管线的另一端连通空气预热器的上端。
优选的,所述夹套内腔中设置有多组半圆环状的导流弧条,相邻一对所述导流弧条之间呈上下圆周错位分布,导流弧条正对第二气孔的一侧侧壁上设置有导流弧槽,所述反应内腔的圆弧外壁上设置有线性分布的多组插孔,所述急冷水喷枪沿插孔插接安装。
优选的,所述循环散热组件包括循环外管和散热内管,线性分布的多组所述散热内管竖直贯穿插接在急冷锅炉中,散热内管的上下两端分别外接位于急冷锅炉外侧的循环外管,急冷锅炉与空气预热器之间设置有空气预热器进口烟箱,所述空气预热器进口烟箱连通导热内管的下端内腔。
优选的,所述空气预热器的内腔设置为预热内腔,导热内管竖直安装在预热内腔中,预热组件竖直套接在导热内管上,预热组件的外壁贴合导热内管的外壁。
优选的,所述预热组件包括多组预热套环,预热套环的中间贯穿设置有与导热内管贴合套接的套接孔,预热套环的一侧设置有延伸凸台,延伸凸台与预热套环的内腔设置为圆环状的导气内腔,相邻预热套环之间通过倾斜气管连通,预热套环靠近延伸凸台的一侧导气内腔中设置有活塞板,预热套环的另一侧竖直设置有相互连通的竖直连管,活塞板通过横向固定在空气预热器圆弧侧壁上的伸缩杆横向驱动。
优选的,所述导气内腔的一侧设置有上下分布的下气槽和上气槽,所述倾斜气管密封连接在下气槽和上气槽上,活塞板的上下两端正对下气槽和上气槽。
优选的,所述预热组件的上端设置有固定在空气预热器内壁上的进气块,所述进气块的一端连通冷风管线,进气块的另一端连通预热组件,预热组件的下端设置有底座套环,所述底座套环中设置有圆环内腔,所述圆环内腔连通导气内腔,圆环内腔的左侧横向连通热风管线,隔热外套的外壁上与涡旋进风器对应的位置设置有第三气孔,所述第三气孔外接热风管线。
一种根据上述炭黑反应炉实现的使用方法,所述使用方法包括以下步骤:
经主供风机加压后的冷却风经第二气孔进入夹套内腔,保护反应组件温度不超过1050℃,被预热后的冷却风经过第一气孔和冷风管线进入空气预热器继续加热,被加热到950℃的气流通过热风管线经第三气孔进入涡旋进风器;
高温气流与燃料油枪喷出的燃料油在燃烧腔中燃烧形成高温气流,原料油经原料油喷枪喷入燃烧腔中在燃烧后形成的高温离子流及二次风燃烧形成的超高温环境裂解反应生成炭黑原生核,炭黑原生核在毗连的缩颈喉管相互碰撞附聚形成炭黑;
通过急冷水喷枪喷入的急冷水在反应内腔下游调节反应温度,形成的炭黑烟气进一步进入急冷锅炉交换热量后,通过空气预热器进口烟箱进入高温空气预热器,利用导热内管与预热组件的配合达到对冷风管线中的气流进行预热,将预热后的气流供给热风管线使之与燃料油反应,预热后的气流继续交换热量后从炭黑排气口排出到下一工序。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过设置的加热炉,利用预热组件和热量回收组件对炭黑生产具有较宽的指标调整和调节能力,通过预热组件达到便捷调节预热温度的目的,保证热风的温度,通过设置热量回收组件,能够保障产品达到预期性能的条件下,不因反应炉超高温而损坏,将炭黑反应过程的全部热能绝大部分进行回收利用,特殊的内部构造形式加强了反应强度,提高了产品收率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1中A处结构放大图;
图3为本发明的反应组件进料块安装结构示意图;
图4为本发明的涡旋进风器安装结构示意图;
图5为本发明的立体结构示意图;
图6为本发明的反应组件立体结构示意图;
图7为本发明的预热组件结构示意图;
图8为本发明的预热组件立体结构示意图;
图9为本发明的反应组件结构示意图。
图中:1、隔热外套;2、夹套内腔;3、金属内壳;4、进料块;5、燃料油枪;6、原料油喷枪;7、涡旋进风器;8、燃烧腔;9、添加剂喷枪;10、缩颈喉管;11、反应内腔;12、急冷水喷枪;13、急冷锅炉;14、散热内管;15、循环外管;16、空气预热器进口烟箱;17、热风管线;18、冷风管线;19、第一气孔;20、空气预热器;21、导热内管;22、排气口;23、伸缩杆;24、预热组件;25、预热套环;26、竖直连管;27、底座套环;28、导气内腔;29、倾斜气管;30、活塞板;31、下气槽;32、圆环内腔;33、预热内腔;34、套接孔;35、上气槽;36、第二气孔;37、橡胶压条;38、紧固螺栓;39、排气管;40、导流弧条;41、第三气孔;42、导流弧槽;43、插孔;44、延伸凸台;45、进气块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图9,本发明提供一种技术方案:
实施例1:
一种炭黑反应炉,炭黑反应炉包括反应组件、冷却组件和预热组件。
反应组件是由间隔套接的隔热外套1和金属内壳3组成,隔热外套1和金属内壳3之间留有圆环状的夹套内腔2,反应组件包括燃料油枪5、原料油喷枪6、涡旋进风器7、燃烧腔8和反应内腔11,燃烧腔8的一侧横向连通燃料油枪5,燃烧腔8的上端通过涡旋进风器7连通热风管线17,燃烧腔8的另一侧连通反应内腔11,燃烧腔8与反应内腔11之间设置有缩颈喉管10。
通过高温气流与燃料油枪5喷出的燃料油在燃烧腔8中燃烧形成高温气流,原料油经原料油喷枪6喷入燃烧腔8中在燃烧后形成的高温离子流及二次风燃烧形成的超高温环境裂解反应生成炭黑原生核,炭黑原生核在毗连的缩颈喉管10相互碰撞附聚形成炭黑。
冷却组件包括急冷水喷枪12、急冷锅炉13和循环散热组件,多组急冷水喷枪12连通反应内腔11,急冷锅炉13的一端连通冷却的后反应内腔11,急冷锅炉13中设置有循环散热组件。
通过设置冷却组件实现对反应后的气流进行降温处理,通过急冷水喷枪12喷入的急冷水在反应内腔11下游调节反应温度,形成的炭黑烟气,进一步进入急冷锅炉13,便于控制预热的初始气流温度。
预热组件24包括空气预热器20、导热内管21、排气口22和预热组件24,空气预热器20的一端连通急冷锅炉13,空气预热器20的另一端通过导热内管21和排气口22外接过滤设备,预热组件24的一端连通热风管线17,预热组件24的另一端连接冷风管线18,冷风管线18连通夹套内腔2。
通过设置预热组件、冷风管线18和热风管线17,形成热量回收的循环管道,从而达到对热量的回收,利用预热组件24和热量回收组件对炭黑生产具有较宽的指标调整和调节能力,通过预热组件24达到便捷调节预热温度的目的,保证热风的温度,通过设置热量回收组件,能够保障产品达到预期性能的条件下,不因反应炉超高温而损坏,将炭黑反应过程的全部热能绝大部分进行回收利用,特殊的内部构造形式加强了反应强度,提高了产品收率。
实施例2:
在实施例1的基础上,反应组件的一端设置有进料块4,燃料油枪5横向插接安装在进料块4上,燃料油枪5的中间段外壁设置有阶梯槽,进料块4中设置有压合在阶梯槽中的橡胶压条37,橡胶压条37的上端设置有螺纹竖直压合安装的紧固螺栓38,涡旋进风器7位于燃烧腔8的一侧设置有圆周阵列分布的六组排气管39,燃料油枪5的端口延伸至燃烧腔8并与排气管39的端口垂直连通。
通过设置橡胶压条37和紧固螺栓38的配合,实现对燃料油枪5的固定安装,保证在注油压力和燃烧内压的作用下,保持燃料油枪5的安装稳定性,同时利用排气管39保证高温气流与燃料油的充分反应。
实施例3:
在实施例2的基础上,原料油喷枪6插接在燃烧腔8中,燃烧腔8的下端设置有添加剂喷枪9,燃烧腔8、反应内腔11和缩颈喉管10均通过金属内壳3组成,燃烧腔8的上端对应隔热外套1的位置设置有第二气孔36,第二气孔36外接供风机加压后的进气管道,第二气孔36的另一端连通夹套内腔2,隔热外套1与反应内腔11右侧端部对应的位置设置有第一气孔19,第一气孔19连通冷风管线18,冷风管线18的另一端连通空气预热器20的上端。
通过设置第一气孔19和第二气孔36实现对夹套内腔2的气流连通,从而控制反应加热炉的温度,提高对设备的保护。
实施例4:
在实施例3的基础上,夹套内腔2中设置有多组半圆环状的导流弧条40,相邻一对导流弧条40之间呈上下圆周错位分布,导流弧条40正对第二气孔36的一侧侧壁上设置有导流弧槽42,反应内腔11的圆弧外壁上设置有线性分布的多组插孔43,急冷水喷枪12沿插孔43插接安装。
通过设置错位分布的导流弧条40,从而实现对气流进行导向,实现圆周方向的循环流动,提高接触面积和时间,增大散热效率。
实施例5:
在实施例1的基础上,循环散热组件包括循环外管15和散热内管14,线性分布的多组散热内管14竖直贯穿插接在急冷锅炉13中,散热内管14的上下两端分别外接位于急冷锅炉13外侧的循环外管15,急冷锅炉13与空气预热器20之间设置有空气预热器进口烟箱16,空气预热器进口烟箱16连通导热内管21的下端内腔。
通过设置循环散热组件,实现对热量的初次回收,便于调节预热的初始温度。
实施例6:
在实施例1的基础上,空气预热器20的内腔设置为预热内腔33,导热内管21竖直安装在预热内腔33中,预热组件24竖直套接在导热内管21上,预热组件24的外壁贴合导热内管21的外壁。
通过设置预热组件24与导热内管21的配合,达到预热反应温度,实现热量充分利用的目的。
实施例7:
在实施例6的基础上,预热组件24包括多组预热套环25,预热套环25的中间贯穿设置有与导热内管21贴合套接的套接孔34,预热套环25的一侧设置有延伸凸台44,延伸凸台44与预热套环25的内腔设置为圆环状的导气内腔28,相邻预热套环25之间通过倾斜气管29连通,预热套环25靠近延伸凸台44的一侧导气内腔28中设置有活塞板30,预热套环25的另一侧竖直设置有相互连通的竖直连管26,活塞板30通过横向固定在空气预热器20圆弧侧壁上的伸缩杆23横向驱动。
通过设置伸缩杆23驱动的活塞板30,从而控制气流在预热组件24上的流动速度,进而达到控制预热温度的目的,保证热风管线17的温度便捷调节和稳定。
导气内腔28的一侧设置有上下分布的下气槽31和上气槽35,倾斜气管29密封连接在下气槽31和上气槽35上,活塞板30的上下两端正对下气槽31和上气槽35。
当气槽被活塞板30封堵大半时,气流流通不畅,向圆环内腔方向溢流,进而通过竖直连管26实现竖直流动,进而提高热量回收效率。
实施例8:
在实施例7的基础上,预热组件24的上端设置有固定在空气预热器20内壁上的进气块45,进气块45的一端连通冷风管线18,进气块45的另一端连通预热组件24,预热组件24的下端设置有底座套环27,底座套环27中设置有圆环内腔32,圆环内腔32连通导气内腔28,圆环内腔32的左侧横向连通热风管线17,隔热外套1的外壁上与涡旋进风器7对应的位置设置有第三气孔41,第三气孔41外接热风管线17。
通过设置进气块45和底座套环27的配合,实现预热组件24的上下连通,形成闭环的气流流动管道。
一种根据上述的炭黑反应炉实现的使用方法,使用方法包括以下步骤:
经主供风机加压后的冷却风经第二气孔36进入夹套内腔2,保护反应组件温度不超过1050℃,被预热后的冷却风经过第一气孔19和冷风管线18进入空气预热器20继续加热,被加热到950℃的气流通过热风管线17经第三气孔41进入涡旋进风器7;
高温气流与燃料油枪5喷出的燃料油在燃烧腔8中燃烧形成高温气流,原料油经原料油喷枪6喷入燃烧腔8中在燃烧后形成的高温离子流及二次风燃烧形成的超高温环境裂解反应生成炭黑原生核,炭黑原生核在毗连的缩颈喉管10相互碰撞附聚形成炭黑;
通过急冷水喷枪12喷入的急冷水在反应内腔11下游调节反应温度,形成的炭黑烟气,进一步进入急冷锅炉13交换热量后,通过空气预热器进口烟箱16进入高温空气预热器20,利用导热内管21与预热组件24的配合达到对冷风管线18中的气流进行预热,将预热后的气流供给热风管线17使之与燃料油反应,预热后的气流继续交换热量后从炭黑排气口22排出到下一工序。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种炭黑反应炉,包括反应组件、冷却组件和预热组件,所述反应组件是由间隔套接的隔热外套(1)和金属内壳(3)组成,所述冷却组件包括急冷水喷枪(12)、急冷锅炉(13)和循环散热组件,所述预热组件(24)包括空气预热器(20)、导热内管(21)、排气口(22)和预热组件(24),其特征在于:
所述隔热外套(1)和金属内壳(3)之间留有圆环状的夹套内腔(2),反应组件包括燃料油枪(5)、原料油喷枪(6)、涡旋进风器(7)、燃烧腔(8)和反应内腔(11),所述燃烧腔(8)的一侧横向连通燃料油枪(5),燃烧腔(8)的上端通过涡旋进风器(7)连通热风管线(17),燃烧腔(8)的另一侧连通反应内腔(11),燃烧腔(8)与反应内腔(11)之间设置有缩颈喉管(10);
多组所述急冷水喷枪(12)连通反应内腔(11),急冷锅炉(13)的一端连通冷却的后反应内腔(11),急冷锅炉(13)中设置有循环散热组件;
所述空气预热器(20)的一端连通急冷锅炉(13),空气预热器(20)的另一端通过导热内管(21)和排气口(22)外接过滤设备,所述预热组件(24)的一端连通热风管线(17),预热组件(24)的另一端连接冷风管线(18),冷风管线(18)连通夹套内腔(2)。
2.根据权利要求1所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述反应组件的一端设置有进料块(4),所述燃料油枪(5)横向插接安装在进料块(4)上,燃料油枪(5)的中间段外壁设置有阶梯槽,进料块(4)中设置有压合在阶梯槽中的橡胶压条(37),橡胶压条(37)的上端设置有螺纹竖直压合安装的紧固螺栓(38),涡旋进风器(7)位于燃烧腔(8)的一侧设置有圆周阵列分布的六组排气管(39),燃料油枪(5)的端口延伸至燃烧腔(8)并与排气管(39)的端口垂直连通。
3.根据权利要求2所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述原料油喷枪(6)插接在燃烧腔(8)中,燃烧腔(8)的下端设置有添加剂喷枪(9),燃烧腔(8)、反应内腔(11)和缩颈喉管(10)均通过金属内壳(3)组成,燃烧腔(8)的上端对应隔热外套(1)的位置设置有第二气孔(36),所述第二气孔(36)外接供风机加压后的进气管道,第二气孔(36)的另一端连通夹套内腔(2),隔热外套(1)与反应内腔(11)右侧端部对应的位置设置有第一气孔(19),所述第一气孔(19)连通冷风管线(18),所述冷风管线(18)的另一端连通空气预热器(20)的上端。
4.根据权利要求3所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述夹套内腔(2)中设置有多组半圆环状的导流弧条(40),相邻一对所述导流弧条(40)之间呈上下圆周错位分布,导流弧条(40)正对第二气孔(36)的一侧侧壁上设置有导流弧槽(42),所述反应内腔(11)的圆弧外壁上设置有线性分布的多组插孔(43),所述急冷水喷枪(12)沿插孔(43)插接安装。
5.根据权利要求4所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述循环散热组件包括循环外管(15)和散热内管(14),线性分布的多组所述散热内管(14)竖直贯穿插接在急冷锅炉(13)中,散热内管(14)的上下两端分别外接位于急冷锅炉(13)外侧的循环外管(15),急冷锅炉(13)与空气预热器(20)之间设置有空气预热器进口烟箱(16),所述空气预热器进口烟箱(16)连通导热内管(21)的下端内腔。
6.根据权利要求5所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述空气预热器(20)的内腔设置为预热内腔(33),导热内管(21)竖直安装在预热内腔(33)中,预热组件(24)竖直套接在导热内管(21)上,预热组件(24)的外壁贴合导热内管(21)的外壁。
7.根据权利要求6所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述预热组件(24)包括多组预热套环(25),预热套环(25)的中间贯穿设置有与导热内管(21)贴合套接的套接孔(34),预热套环(25)的一侧设置有延伸凸台(44),延伸凸台(44)与预热套环(25)的内腔设置为圆环状的导气内腔(28),相邻预热套环(25)之间通过倾斜气管(29)连通,预热套环(25)靠近延伸凸台(44)的一侧导气内腔(28)中设置有活塞板(30),预热套环(25)的另一侧竖直设置有相互连通的竖直连管(26),活塞板(30)通过横向固定在空气预热器(20)圆弧侧壁上的伸缩杆(23)横向驱动。
8.根据权利要求7所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述导气内腔(28)的一侧设置有上下分布的下气槽(31)和上气槽(35),所述倾斜气管(29)密封连接在下气槽(31)和上气槽(35)上,活塞板(30)的上下两端正对下气槽(31)和上气槽(35)。
9.根据权利要求8所述的一种炭黑反应炉,其特征在于:所述预热组件(24)的上端设置有固定在空气预热器(20)内壁上的进气块(45),所述进气块(45)的一端连通冷风管线(18),进气块(45)的另一端连通预热组件(24),预热组件(24)的下端设置有底座套环(27),所述底座套环(27)中设置有圆环内腔(32),所述圆环内腔(32)连通导气内腔(28),圆环内腔(32)的左侧横向连通热风管线(17),隔热外套(1)的外壁上与涡旋进风器(7)对应的位置设置有第三气孔(41),所述第三气孔(41)外接热风管线(17)。
10.一种根据权利要求9中所述的炭黑反应炉实现的使用方法,其特征在于:所述使用方法包括以下步骤:
经主供风机加压后的冷却风经第二气孔(36)进入夹套内腔(2),保护反应组件温度不超过1050℃,被预热后的冷却风经过第一气孔(19)和冷风管线(18)进入空气预热器(20)继续加热,被加热到950℃的气流通过热风管线(17)经第三气孔(41)进入涡旋进风器(7);
高温气流与燃料油枪(5)喷出的燃料油在燃烧腔(8)中燃烧形成高温气流,原料油经原料油喷枪(6)喷入燃烧腔(8)中在燃烧后形成的高温离子流及二次风燃烧形成的超高温环境裂解反应生成炭黑原生核,炭黑原生核在毗连的缩颈喉管(10)相互碰撞附聚形成炭黑;
通过急冷水喷枪(12)喷入的急冷水在反应内腔(11)下游调节反应温度,形成的炭黑烟气进一步进入急冷锅炉(13)交换热量后,通过空气预热器进口烟箱(16)进入高温空气预热器(20),利用导热内管(21)与预热组件(24)的配合达到对冷风管线(18)中的气流进行预热,将预热后的气流供给热风管线(17)使之与燃料油反应,预热后的气流继续交换热量后从炭黑排气口(22)排出到下一工序。
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