道路用生物质结合料合成反应装置的制造方法
【专利摘要】道路用生物质结合料合成反应装置，本发明涉及一种生物质结合料的合成反应装置，它为了解决现有关于生物质结合料的反应装置搅拌效率较低、反应温度不易检测的问题。本发明所述的合成反应装置包括反应槽室、温度传感器、搅拌桨、PID温度控制系统、驱动装置和加热装置，加热装置置于反应槽室的底部及室壁内，在反应槽室中部设置有中间隔板，分隔出两个反应槽，在两个反应槽中各设置有一个搅拌桨，搅拌桨的桨轴一端与驱动装置相连，另一端设置在轴承中，搅拌桨的桨面沿桨轴的轴线方向呈“S”形，PID温度控制系统通过导线分别与加热装置和温度传感器相连接。本发明搅拌桨在运转时，槽内的液体成轴流型，提高了反应效率。
【专利说明】
道路用生物质结合料合成反应装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种生物质结合料的合成反应装置，尤其适于对生物质废旧油脂类材料进行人工合成反应制备道路用结合料的装置。
【背景技术】
[0002]石油沥青为石油炼化过程中的副产品，在道路工程中有着广泛的应用，而石油作为不可再生资源日渐匮乏，石油沥青也随之日益稀缺，供不应求。在这种情况下，寻找沥青替代品迫在眉睫。若能利用一些其他行业的副产品或废旧材料部分替代沥青，在减少沥青用量的同时可以提高沥青的路用性能，那么这将对资源的再生利用和缓解沥青供需矛盾具有重大的经济与社会意义。废旧油脂，泛指生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等。据媒体统计，中国每年的废旧油脂产量大约400?500万吨。如何将这么多的废旧油脂变废为宝，近年来一直是国内外研究的热点，而这些研究大多采用废旧油脂制备生物燃料。随着沥青价格的上涨，国内外研究者开始关注废旧油脂制备道路用生物质结合料的可能性，但相关研究仍处于探索阶段。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有关于生物质结合料的反应装置搅拌效率较低、反应温度不易检测的问题，而提供一种高效易操作的生物质材料合成反应装置。
[0004]本发明道路用生物质结合料合成反应装置包括反应槽室、3个温度传感器、搅拌桨、PID温度控制系统、驱动装置和加热装置，加热装置采用电热棒，电热棒埋置于反应槽室的底部及室壁内，反应槽室为长方体形，在反应槽室的上表面通过螺栓固定盖合有上盖，在反应槽室中部设置有与反应槽室长边平行的中间隔板，反应槽室被中间隔板分隔成第一反应槽和第二反应槽，第一反应槽和第二反应槽的槽底均呈内凹的圆弧形并分别开有出料孔，在第一反应槽和第二反应槽中各设置有一个搅拌桨，搅拌桨的桨轴与反应槽室的长边平行，桨轴的一端与驱动装置相连，桨轴的另一端设置在轴承中，搅拌桨的桨面沿桨轴的轴线方向呈“S”形，搅拌桨一端的浆面与另一端的浆面扭转成20°?40°，3个温度传感器分别设置在反应槽室的两个长边壁板中和中间隔板中，PID温度控制系统通过导线分别与加热装置和3个温度传感器相连接，在上盖设置有进气阀和出气阀。
[0005]本发明主要针对废旧油脂类材料设计的合成反应装置，已有研究表明在薄膜剪切状态下废旧油脂与促进剂、引发剂的合成反应效率更高，且合成反应中废旧油脂类材料不断变黏变稠，油脂类材料容易粘附到反应槽的底壁。因此本发明的搅拌桨选择类螺带式搅拌器，在搅拌过程中，搅拌桨的外缘与反应槽底壁间隙非常小(达到0.5_以下)，既能保证搅拌时不断将粘附于槽底的沉积物料刮掉，又能起到剪切和分流的作用。运转时，槽内的液体成轴流型，液体沿槽壁螺旋上升再沿桨轴而下，液体属层流状态，加大搅拌反应效率，提1?原料的反应面积D
[0006]本发明基于废旧油脂类材料含有较多不饱和脂肪酸的特性，提出采用化学合成反应制备道路用生物质结合料，并设计出相应的合成反应装置。该道路用生物质结合料合成反应装置能够有效的合成出生物质结合料，具有较大的经济价值和发展前景。
【附图说明】
[0007]图1是本发明道路用生物质结合料合成反应装置的整体结构示意图；
[0008]图2是反应槽室的俯视结构图；
[0009]图3是搅拌桨的结构示意图；
[0010]图4是3个温度传感器的分布结构示意图。
【具体实施方式】
[0011 ]【具体实施方式】一:本实施方式道路用生物质结合料合成反应装置包括反应槽室1、3个温度传感器2、搅拌桨3、PID温度控制系统4、驱动装置5和加热装置6，加热装置6采用电热棒，电热棒埋置于反应槽室I的底部及室壁内，反应槽室I为长方体形，在反应槽室I的上表面通过螺栓固定盖合有上盖7，在反应槽室I中部设置有与反应槽室I长边平行的中间隔板1-1，反应槽室被中间隔板1-1分隔成第一反应槽和第二反应槽，第一反应槽和第二反应槽的槽底均呈内凹的圆弧形并分别开有出料孔，在第一反应槽和第二反应槽中各设置有一个搅拌桨3，搅拌桨3的桨轴与反应槽室I的长边平行，桨轴的一端与驱动装置5相连，桨轴的另一端设置在轴承11中，搅拌桨3的桨面沿桨轴的轴线方向呈“S”形，搅拌桨3—端的浆面与另一端的浆面扭转成20°?40°，3个温度传感器2分别设置在反应槽室I的两个长边壁板中和中间隔板1-1中，PID温度控制系统4通过导线分别与加热装置6和3个温度传感器2相连接，在上盖设置有进气阀7-1和出气阀7-2。
[0012]本实施方式道路用生物质结合料合成反应装置的操作过程如下:合电源开关—合PID温度控制开关—仪表给定温度设定—仪表上限报警温度设定—计时器时间设定—反应槽达到设定温度后—添加原材料—扣上盖(拧紧四角螺栓)—充入气体监测内部压力—启动电机正转(反转)按钮—搅拌转数设定—设备进入工作状态(计时器开始计时)—达到设定时间后发出报警信号搅拌叶停止转动—开排料阀(注意:不可以带压排料)。
[0013]本实施方式道路用生物质结合料合成反应装置的控制参数如下:最高反应温度:<270°C，控制搅拌桨的转速:0?50r/min，调节反应槽内的工作压力:-0.1?0.3MPa。
[0014]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是PID温度控制系统4和驱动装置5置于电气控制箱12中。
[0015]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】二不同的是在反应槽室I的底部还设置有4个支撑柱，电气控制箱12位于支撑柱的下方。
[0016]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是所述的驱动装置5为电机。
[0017]本实施方式采用恒转矩、转速负反馈无极调速系统，搅拌时间可控，并且有两种工作模式。模式一:当反应达到设定时间时设备发出报警并停止工作。模式二:当反应达到设定时间时设备发出报警不停止工作。在反应过程中进行观察、测量和添加制剂等使设备停止工作时间不计入设定时间内，当搅拌叶出现过负荷时设备发出报警、停止工作并且锁定反应时间。通过特殊设计的搅拌叶可以从侧壁向中心旋转，也可以反方向运动，速比为4:5(48:60)，搅拌过程中实现搅拌叶的交替运动，搅拌均匀、无死角。反应槽采用双出料孔方式，设计过程中又加高了反应槽中间隔断，这样即可以做单槽式也可以双槽式使用，双槽式反应器中各自的材料在同一温度下可独立反应又可互相交换。
[0018]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是所述搅拌桨3的桨面是在菱形桨面的左右两侧开有呈中心对称的半圆形孔3-1，半圆形孔3-1的半圆弧的一端延伸至菱形钝角的顶点处。
[0019]本实施方式菱形的边向内凹形成半圆形孔，该搅拌桨为类螺带式搅拌器，两侧的半圆形槽起到剪切和分流的作用。运转时，槽内的液体成轴流型，液体沿槽壁螺旋上升再沿桨轴而下，液体属层流状态。
[0020]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是搅拌桨3菱形钝角的顶点在转动时与第一反应槽或第二反应槽的槽壁之间的距离小于0.5_。
[0021]本实施方式保证了合成原材料的充分反应，也减少粘稠产物在槽底的积聚。
[0022]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是上盖7上的进气阀7-1与空气压缩机相连。
[0023]本实施方式通过外接空气压缩机可实现反应槽内的压力控制。
[0024]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是在上盖7上还设置有压力表10。
[0025]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是上盖7上的进气阀7-1与惰性气体源相连通。
[0026]本实施方式通过惰性气体使合成反应在惰性气氛体系中进行。在合成反应中，部分产物在高温下易与空气中的氧反应，因此为保证产物质量的稳定性，在反应过程中在反应槽内充入惰性气体。
[0027]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是第一反应槽和第二反应槽的出料孔与排料管相连，在排料管中设有阀门。
[0028]实施例:本实施例道路用生物质结合料合成反应装置包括反应槽室1、3个温度传感器2、搅拌桨3、PID温度控制系统4、驱动装置5和加热装置6，加热装置6采用电热棒，电热棒埋置于反应槽室I的底部及室壁内，反应槽室I为长方体形，在反应槽室I的上表面通过螺栓固定盖合有上盖7，在反应槽室I中部设置有与反应槽室I长边平行的中间隔板1-1，反应槽室被中间隔板1-1分隔成第一反应槽和第二反应槽，第一反应槽和第二反应槽的槽底均呈内凹的圆弧形并分别开有出料孔，在第一反应槽和第二反应槽中各设置有一个搅拌桨3，搅拌桨3的桨轴与反应槽室I的长边平行，桨轴的一端通过皮带与驱动装置电机5相连，桨轴的另一端设置在轴承11中，搅拌桨3的桨面沿桨轴的轴线方向呈“S”形，搅拌桨3—端的浆面与另一端的浆面扭转成20°，3个温度传感器2分别设置在反应槽室I的两个长边壁板中和中间隔板1-1中，PID温度控制系统4通过导线分别与加热装置6和3个温度传感器2相连接，在上盖设置有进气阀7-1、出气阀7-2和压力表10，PID温度控制系统4和驱动装置5置于电气控制箱12中，PID温度控制系统4通过导线连接有显示屏，反应槽室I的底部设置有4个支撑柱，4个支撑柱固定在电气控制箱12的上表面。
[0029]本实施例道路用生物质结合料合成反应装置的体积尺寸是0.82mX0.5mXl.5m,其中反应槽室的内部有效尺寸为0.2m X 0.2m X 0.13m。
[0030]本实施例道路用生物质结合料合成反应装置采用基于PID控制的温度控制系统，该系统通过3个温度传感器实现反应温度的精确控制。在升温过程中测量控制反应槽底的温度，当温度达到设定值进入反应阶段时，传感器测量并控制反应质的温度。不同传感器之间即分别控制又相互统一，保证了反应槽内温度的一致性，在反应槽壁外侧还可以加装保温层，使反应槽受环境温度影响降到最低。为了安全起见加装了温度上限逻辑“或”保护控制。该温度控制系统的优势在于反应槽内部温度均匀，热量散失小，升温速度快，超调量小，精度高，反应过程中温度趋于恒定。消除了反应过程中由于温度波动和不均匀所带来的影响。
[0031 ]本实施例应用道路用生物质结合料合成反应装置进行合成反应的过程如下:
[0032]一、称量并加入原料，包括废旧油脂、促进剂、引发剂和稀释剂；
[0033]二、盖合上盖封闭反应槽室，根据反应条件设置选择是否外接空气压缩机或惰性气体；
[0034]如果需要在一定压力下进行合成反应，通过反应槽上方的压力表读数，控制反应槽内的反应压力；
[0035]如果需要在惰性气体中进行反应则进气阀接入外部惰性气体瓶，排气阀打开，待排净空气后再关闭排气阀；
[0036]如果不施加压力或惰性气体，关闭外接气阀，然后在数显仪表上设置反应温度、搅拌速度和反应时间，待温度达到要求后，启动仪器，开始合成反应；
[0037]三、当达到设定的反应时间后，合成反应装置停止工作，并在反应温度下恒温，通过反应槽底部的双出料口，获得合成反应后的生物质结合料。
【主权项】
1.道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于该道路用生物质结合料合成反应装置包括反应槽室(1)、3个温度传感器(2)、搅拌桨(3)、PID温度控制系统(4)、驱动装置(5)和加热装置(6)，加热装置(6)采用电热棒，电热棒埋置于反应槽室(I)的底部及室壁内，反应槽室(I)为长方体形，在反应槽室(I)的上表面通过螺栓固定盖合有上盖(7)，在反应槽室(I)中部设置有与反应槽室(I)长边平行的中间隔板(1-1)，反应槽室被中间隔板(1-1)分隔成第一反应槽和第二反应槽，第一反应槽和第二反应槽的槽底均呈内凹的圆弧形并分别开有出料孔，在第一反应槽和第二反应槽中各设置有一个搅拌桨(3)，搅拌桨(3)的桨轴与反应槽室(I)的长边平行，桨轴的一端与驱动装置(5)相连，桨轴的另一端设置在轴承(11)中，搅拌桨(3)的桨面沿桨轴的轴线方向呈“S”形，搅拌桨(3)—端的浆面与另一端的浆面扭转成20°?40°，3个温度传感器(2)分别设置在反应槽室(I)的两个长边壁板中和中间隔板(1-1)中，PID温度控制系统(4)通过导线分别与加热装置(6)和3个温度传感器(2)相连接，在上盖设置有进气阀(7-1)和出气阀(7-2)。2.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于PID温度控制系统(4)和驱动装置(5)置于电气控制箱(12)中。3.根据权利要求2所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于在反应槽室(I)的底部还设置有4个支撑柱，电气控制箱(12)位于支撑柱的下方。4.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于所述的驱动装置(5)为电机。5.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于所述搅拌桨(3)的桨面是在菱形桨面的左右两侧开有呈中心对称的半圆形孔(3-1)，半圆形孔(3-1)的半圆弧的一端延伸至菱形钝角的顶点处。6.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于搅拌桨(3)菱形钝角的顶点在转动时与第一反应槽或第二反应槽的槽壁之间的距离小于0.5_。7.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于上盖(7)上的进气阀(7-1)与空气压缩机相连。8.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于在上盖(7)上还设置有压力表(10)。9.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于上盖(7)上的进气阀(7-1)与惰性气体源相连通。10.根据权利要求1所述的道路用生物质结合料合成反应装置，其特征在于第一反应槽和第二反应槽的出料孔与排料管相连，在排料管中设有阀门。
【文档编号】B01J19/18GK106000259SQ201610473451
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】易军艳, 黄玉东, 孙朝杰, 冯德成, 宁连滨, 许勐, 解赛楠
【申请人】哈尔滨工业大学