CN105482153B - 一种聚氨酯降解系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工设备技术领域，具体公开一种聚氨酯降解系统，包括按照料流方向依次连通的：进料装置、降解装置、静置装置和出料装置，其中进料装置包括进料螺杆和进料腔，进料螺杆将物料进料至进料腔中；降解装置包括通过连通管串联的第一降解槽和至少一个第二降解槽，以及设于每个降解槽中的涡流搅拌器，进料腔位于所述涡流搅拌器上方；静置装置包括静置槽，静置槽通过连通管与降解装置连通；出料装置包括出料螺杆和出料口，出料螺杆设置于静置槽上部，以将静置槽上部的降解物运至出料口。使用本发明的聚氨酯降解系统，能够提高降解效率。

Description

一种聚氨酯降解系统

【技术领域】

本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种聚氨酯降解系统。

【背景技术】

聚氨酯材料现今已得到广泛应用的聚合物材料。然而，由于聚氨酯自身很难自然降解，大量的废弃物会给环境带来巨大压力。化学降解法是处理废弃聚氨酯材料的有效方法之一。

例如，一种现有技术的聚氨酯降解方法通过将废弃聚氨酯材料在碱性溶液中降解，以获取热固性氨基树脂。过程中使用可循环利用的低沸点溶剂，并严格控制降解温度，以避免释放毒性物质。

然而，针对量产需求，采用针对性设计的专用化工机械设备，可以提高工艺过程的效率和产率。

【发明内容】

本发明旨在提供一种聚氨酯降解系统，用于对聚氨酯的化学降解处理，以提高聚氨酯降解工艺的效率和产率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种聚氨酯降解系统，包括按照料流方向依次连通的：进料装置、降解装置、静置装置和出料装置，其中所述进料装置包括进料螺杆和进料腔，所述进料螺杆进料至所述进料腔中；所述降解装置包括通过连通管串联的第一降解槽和至少一个第二降解槽，以及设于每个降解槽中的涡流搅拌器，所述进料腔位于所述涡流搅拌器上方；所述静置装置包括静置槽，所述静置槽通过连通管与所述降解装置连通；所述出料装置包括出料螺杆和出料口，所述出料螺杆设置于所述静置槽上部，以将所述静置槽上部的降解产物运至出料口。

一些实施例中，所述进料装置还包括用于监测第一降解槽内物料液面的液面监测器，所述液面监测器的输出控制所述进料螺杆的驱动器的运行。

一些实施例中，所述液面监测器包括设于所述第一降解槽内的浮球，以及连接到所述浮球并控制所述进料螺杆的驱动器的微动开关，所述浮球浮于物料液面上。

一些实施例中，所述第一降解槽中还设有回流泵送装置，包括位于所述第一降解槽底部的回流泵，以及从所述回流泵通至所述进料腔下方的回流管。

一些实施例中，每个降解槽内还安装有高剪切乳化机。

一些实施例中，所述高剪切乳化机为多阶高剪切乳化机，包括沿主轴设置的至少2套定转子。

一些实施例中，所述多阶高剪切乳化机包括沿主轴等距设置的3套定转子。

一些实施例中，所述高剪切乳化机还包括T型三通，所述高剪切乳化机的主轴套设于所述T型三通的T尾侧内，所述T型三通的直通侧与连通管连通。

一些实施例中，所述T型三通的直通侧还设置有闸门。

一些实施例中，所述聚氨酯降解系统还包括清泥装置，所述清泥装置包括连通在第一降解槽、至少一个第二降解槽、静置槽底部的清泥管，设置于所述清泥管内的运泥螺杆，以及排泥口。

一些实施例中，所述第一降解槽、所述至少一个第二降解槽、所述静置槽的底部为锥形。

一些实施例中，所述涡流搅拌器的驱动器、高剪切乳化机的驱动器设置于所述降解槽的外部。

一些实施例中，所述进料螺杆、出料螺杆、运泥螺杆的驱动器设置于物料液面高度以上。

本发明的聚氨酯降解系统通过串联设置多个降解槽，使得聚氨酯在其中依序进行各阶段的降解反应，能够截断未降解的聚氨酯流到出料口的可能，极大地提高降解效率。

【附图说明】

图1为根据现有技术的高剪切乳化机的结构示意图。

图2为根据本发明一个实施例的聚氨酯降解系统中高剪切乳化机的结构示意图。

图3为根据本发明的另一实施例的聚氨酯降解系统中高剪切乳化机的结构示意图。

图4为根据本发明的一个实施例的聚氨酯降解系统的结构示意图。

附图标记：

101-驱动马达；102-搅拌叶片；103-定子；104-转子；201-驱动马达；202-搅拌叶片；203-定子；204-转子；301-驱动马达；302-搅拌叶片；303-定子；304-转子；305-T型三通；306-闸门；41-进料装置；411-进料螺杆；412-进料腔；42-降解装置；4211-第一降解槽；4212-第二降解槽；422-涡流搅拌器；423-槽盖；424-高剪切乳化机；43-静置装置；44-出料装置；441-出料螺杆；442出料口；45-回流泵送装置；451-回流泵；452-回流管；46-清泥装置；461-清泥管；462-运泥螺杆；463-排泥口。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术的聚氨酯化学降解工艺一般涉及几个主要过程，依次为聚氨酯物料的沾湿、没入、绞碎、降解、乳化、分流、悬浮、凝聚，以及最终的出料。

然而，本发明人在实践中发现，由于降解槽中降解液为水基，比重约为1.4，而聚氨酯物料绝大多数是疏水性，比重小于1.05，两者混合不易，导致降解效率低下。此外，降解反应通常需要在超过115℃的温度进行，才能满足工业化量产的需求，然而这样的温度常常导致聚氨酯颗粒结团，导致降解不彻底。而且，由于降解反应为液固反应，需要保持固态聚氨酯与液态降解液两者之间持续的接触。然而，降解产物通常粘度高，且为亲油性，降解反应后会黏滞在尚未降解的聚氨酯物料表面，阻碍了反应物的接触。因此，必须将降解产物尽早从聚氨酯表面剥离，并取出离开降解系统，以避免其阻碍降解反应的进行。

基于以上，本发明人针对性地设计了一种改进的聚氨酯降解系统。如图4所示，示意性地示出本发明的聚氨酯降解系统的总体结构。

大体上，该聚氨酯降解系统包括四个主要部分，沿物料流向依次为：进料装置41、降解装置42、静置装置43和出料装置44。聚氨酯物料从进料装置41进料，在降解装置42中与降解液混合进行降解，随后在静置装置43中分流，经出料装置44出料。

进料装置41包括进料螺杆411和进料腔412。进料螺杆411将经破碎处理的聚氨酯碎屑物料进料至进料腔412中。

降解装置42包括多个串联的降解槽，在图示的实施例中，使用了两个降解槽：第一降解槽4211和第二降解槽4212，两者通过连通管连通。应理解，这仅为示范性的，本发明的聚氨酯降解系统还可以包括更多个降解槽，例如三个、四个、五个等等。在第一降解槽4211中经一级降解的物料被送至第二降解槽4212中继续进一步降解。如此通过设置串联的多个降解槽，可以使聚氨酯物料经历多级降解，避免因降解产物黏滞在尚未降解的聚氨酯物料表面而阻碍进一步反应，促进降解产物从聚氨酯表面剥离，以促使降解充分。

每个降解槽中都设有涡流搅拌器422，用于通过涡流搅拌，使进料的聚氨酯碎屑从进入降解槽开始，即能够迅速沾湿，没入降解槽中的降解液中，实现与降解液的均匀混合，避免在液面上结团而妨碍降解过程。

在图示的实施例中，涡流搅拌器422安装在降解槽的槽盖423上，并且位于降解槽的中部，这样的设计非常有利于物料均匀混合，消除降解槽中的流动死角，减少物料结团的可能性。

进料装置41的进料腔412位于涡流搅拌器422的正上方。这样的设计使得进料的聚氨酯物料能集中落在降解液经搅拌而形成的漩涡之中，有利于聚氨酯物料迅速没入降解液，避免漂浮的碎削流入降解槽内的静置区，造成积存或堵塞。从而进一步促进混合，减少物料结团，提高降解的彻底性。

经降解的液体物料随后进入降解装置43，降解装置43包括与第二降解槽通过连通管连通的降解槽。降解产物为油包水(W/O)乳化态，比重较小(例如通常为1.0-1.05)，因此能够通过在静置装置43中静置而悬浮结团于上层，实现与降解液的油水分离。

最后通过出料装置44将浮于降解槽上部的降解产物取出收集。出料装置44包括设置在静置槽上部的出料螺杆441和出料口442。浮于上层的降解产物油包水乳液经出料螺杆441被运送至出料口442。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，进料装置41还可以包括液面监测器，其输出连接到进料螺杆411的驱动器，以控制驱动器的运行。亦即，采用了回受控制式进料螺杆411，基于降解槽内物料液面高度，控制进料螺杆411的进料操作。从而可以自动调节进料速度、进料量。避免堵塞降解槽，引发故障甚至事故。

例如，在一个具体实施例中，液面监测器可以包括设于第一降解槽4211内的浮球，该浮球浮于降解槽4211内的物料液面上。浮球连接有微动开关，微动开关连接并控制进料螺杆411的驱动器。当浮球受液面流动牵扯时，即传讯进料螺杆启动进料；当浮球无法受液面流动牵扯时，即传讯进料螺杆停止进料。每当进料开启或停止时，即开始计时，当计时操过设定，表示系统运行异常，即呼叫操作人员前来视察排除。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，第一降解槽4211中还设有回流泵送装置45，包括回流泵451和回流管452。回流泵451设于第一降解槽4211的底部，回流管452从回流泵451通至进料腔412。

回流泵送装置45的设置能够将降解液泵送至进料腔412下方，利用冲击液流使进料的聚氨酯迅速沾湿，并没入降解液中进行降解反应。如图4中所示，回流的降解液呈数道液柱的型态激射向降解液面，进一步促进了物料的均匀混合，提高降解效率。回流泵451例如可以为铰刀泵，其能够将降解液中可能存在的结团的聚氨酯打散。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，每个降解槽中还可以设有高剪切乳化机424。高剪切乳化机可以剪切搅碎聚氨酯、乳化降解产物，并以其离心力将物料送至下一级降解槽421以供进一步降解，或送至静置槽43中静置分离。

本发明通过在降解槽中设置高剪切乳化机，使得能够在降解槽中对聚氨酯采取强力破碎粉化，使聚氨酯不断地产生新的表面以与降解液接触，进而使降解反应持续的进行。并且以高剪切流动对降解产物采取乳化的措施，使其有效地从聚氨酯表面剥离。而且，高剪切乳化机的定、转子结构，除了满足破碎及乳化功能，尚有离心搅拌之能力，能够将物料通过离心力送至下一处理结构或阶段。

本发明的聚氨酯降解系统可以使用现有技术的高剪切乳化机，例如图1中所示的；也可以使用本发明人改进的高剪切乳化机，如图2、图3中所示；或者也可以使用其他类型和结构的高剪切乳化机。

参考图1，示意性地示出现有技术的高剪切乳化机，并用箭头示意性地示出物料流向。从图1可见，高剪切乳化机包括驱动马达101、安装在电机输出轴的搅拌叶片102，连接到驱动器101的输出的转子104，以及定子103。

具体地，适用于本发明的一种市售高剪切乳化机的具体参数为：动力1.5kw、转速2800rpm、主轴长度625mm、定子直径150mm高100mm壁厚8mm孔隙数60、定转子间隙0.5mm、转子直径141mm、高100mm、壁厚8mm、孔隙数45。

进一步参考图2，示意性地示出一种改进的高剪切乳化机。其也包括驱动马达201、搅拌叶片202、定子203、转子204。与图1的高剪切乳化机相比的区别在于，图2的高剪切乳化机为多阶高剪切乳化机，具体包括在主轴上设有多套(在图2的范例中为3套)定转子。通过一个动力马达驱动串连多个高剪切头，并且每个高剪切头封闭定子的下端，使其产生剪切乳化及可控流动输送多重功能。多套定转子可以沿主轴等距设置。多阶高剪切乳化机具有比现有技术的高剪切乳化机更强的破碎、乳化能力，能够有效搅拌输送，并能节省空间。

例如图2的三阶高剪切乳化机可以具有如下参数：主轴长度900mm、#1定转子距法兰300mm、#2定转子距法兰600mm、#3定转子距法兰900mm、各定子底部进液口封闭。经测试，漩涡强劲、破碎乳化能力充裕，电功负载低于60％。

尽管图2中所示为三阶高剪切乳化机，然而应理解，本发明的多阶高剪切乳化机还能够为二阶、四阶、五阶，等等。

进一步参考图3，示出对图2所示的三阶高剪切乳化机的进一步改进。如图所见，与图2类似，图3也为三阶高剪切乳化机，并且包括驱动马达301、搅拌叶片302，以及三组定子303和转子304。区别在于，图3的高剪切乳化机还包括T型三通305，高剪切乳化机的主轴套设于T型三通305的T尾侧内，即多个剪切头安装于T型三通中。T型三通305的直通侧连通到降解槽之间以及降解槽与静置槽之间的连通管。其直通的一侧装置闸门

T型三通305的设置有利于物料从一个降解槽传送到下一级降解槽或传送到静置槽。

优选地，在T型三通305的直通侧还装设有闸门306。闸门306可操作为通过手动控制和/或计算机程序控制，手动或自动或半自动地控制降解过程中间产物滞留于当前降解槽中持续降解，或者通往下一级降解槽或静置槽以进行下阶段的处理。例如可以使用举升式闸门作为本发明的聚氨酯降解系统中的闸门306。经测试，图3的高剪切乳化机能够产生强劲漩涡，破碎乳化能力充裕，电功负载低于70％。

实践中，三阶高剪切乳化机的T型三通可以采用活接方式。亦即，T型三通固定于降解槽内的一侧，在总成安装时，再将三阶高剪切乳化机锁于T型三通内。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中还可以包括清泥装置46，包括清泥管461、运泥螺杆462和排泥口463。清泥管461连通在每个降解槽、静置槽的底部，用于收集降解槽、静置槽底部的淤泥；再通过设置于清泥管461内的运泥螺杆462，将淤泥举起运送到排泥口463。

这样的螺杆排泥设计能够在降解操作过程中，在不停机状况下，清理各降解槽、静置槽底部的淤泥，设备维护方便。

在一个具体实例中，清泥管内径102mm、运泥螺杆径100mm、螺距100mm；清泥管461的一端侧以L型两通装管向上超出液面150mm安装驱动马达(以变速器将转速调到30rpm)，驱动马达之传动杆在L型两通中以伞形齿轮传动于运泥螺杆；运泥螺杆462将淤泥向举泥螺杆输送，由举泥螺杆将淤泥提高到液位以上150mm高度后的排泥口463排出。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，降解槽、静置槽的底部为锥形，如此便于淤泥到清泥管461中的收集。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，涡流搅拌器、高剪切乳化机的各个驱动器或动力设备均设置于降解槽外部，既能便于维护，还能避免受热损坏。

进一步地，本发明的聚氨酯降解系统中，进料螺杆、出料螺杆、运泥螺杆的驱动器设置于物料液面高度以上。如此，能够避免电机承受降解反应的高温而导致的损坏。

在一个具体实例中，第一降解槽具有如下参数：槽内径1200mm、内高1200mm、溶液操作高度900mm、溶液容积1m3，槽底为高300mm尖锥底，槽壁设蒸气夹套、蒸气供压6kg/cm2、槽控温115～120C、槽以不锈钢板sus304_4mm制作、外侧加保温泡棉40mm、T型三通带闸侧安装在槽内东侧；槽内底部西侧安装绞刀泵，将底部降解液泵送到聚氨酯进料腔下方，以数道液柱激射向降解液面，而绞刀泵之驱动马达则安装于降解槽盖上之西侧。槽盖以不锈钢板sus304_5mm制作加肋骨补强、上侧加保温泡棉40mm，槽盖中央设置进料腔、腔上方安装搅拌马达，腔的北侧安装进料螺杆、螺杆径100mm、螺距100mm，槽盖东侧安装三阶高剪切乳化机。

该具体实例中，聚氨酯降解系统包括一个第二降解槽，其具体参数如下：槽内径1200mm、内高1200mm、溶液操作高度900mm、溶液容积1m3，槽底为高300mm尖锥底，槽壁设蒸气夹套、蒸气供压6kg/cm2、槽控温115～120C、槽以不锈钢板sus304_4mm制作、外侧加保温泡棉40mm、T型三通带闸测安装在槽内侧。槽盖以不锈钢板sus304_5mm制作加肋骨补强、上侧加保温泡棉40mm，槽盖中央安装搅拌马达，槽盖东侧安装三阶高剪切乳化机。

该具体实例中，静置槽的具体参数如下：槽长1200mm、槽宽200mm、内高1200mm、溶液操作高度900mm、溶液容积216公升，槽底为高300mm尖锥底，槽壁设蒸气夹套、蒸气供压6kg/cm2、槽控温115～120C、槽以不锈钢板sus304_4mm制作、外侧加保温泡棉40mm。槽盖以不锈钢板sus304_5mm制作家肋骨补强、上侧加保温泡棉40mm，槽壁东侧安装出料螺杆。

下面描述使用包括三个降解槽的一具体实例的聚氨酯降解系统，针对聚氨酯硬质泡棉进行降解反应试车，在各槽取样可以确认：

在第一降解槽之中泡棉进行沾湿、没入、绞碎、降解四个反应程序，其中降解度到达30-40％左右。在第一个第二降解槽4212中进行降解、乳化两个反应程序，其中降解度到达70-80％左右，而降解产物均完全乳化。在第二个第二降解槽中进行降解、乳化两个反应程序，其中降解度到达100％，而降解产物亦完全乳化。在静置槽中进行分流、悬浮、凝聚、出料四个动作。

总体量化数据结果为：聚氨酯硬质泡棉总测试量2000kg；降解速率250kg/hr；平均耗电0.06kwhr/kg；平均蒸气耗量1.4kgsteam/kg；进料顺畅、出料顺畅、排泥顺畅；未发生故障需要排除。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种聚氨酯降解系统，其特征在于，包括按照料流方向依次连通的：进料装置、降解装置、静置装置和出料装置，其中

所述进料装置包括进料螺杆和进料腔，聚氨酯物料经进料螺杆进料至所述进料腔中；

所述降解装置包括通过连通管串联的第一降解槽和至少一个第二降解槽，以及设于每个降解槽中的涡流搅拌器，所述进料腔位于所述涡流搅拌器上方；

所述静置装置包括静置槽，所述静置槽通过连通管与所述降解装置连通；

所述出料装置包括出料螺杆和出料口，所述出料螺杆设置于所述静置槽上部，以将所述静置槽上部的降解产物运至出料口。

2.如权利要求1所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述进料装置还包括用于监测第一降解槽内物料液面的液面监测器，所述液面监测器的输出控制所述进料螺杆的驱动器的运行。

3.如权利要求2所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述液面监测器包括设于所述第一降解槽内的浮球，以及连接到所述浮球并控制所述进料螺杆的驱动器的微动开关，所述浮球浮于物料液面上。

4.如权利要求1所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述第一降解槽中还设有回流泵送装置，包括位于所述第一降解槽底部的回流泵，以及从所述回流泵通至所述进料腔下方的回流管。

5.如权利要求1所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，每个降解槽内还安装有高剪切乳化机。

6.如权利要求5所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述高剪切乳化机为多阶高剪切乳化机，包括沿主轴设置的至少2套定转子。

7.如权利要求6所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述多阶高剪切乳化机包括沿主轴等距设置的3套定转子。

8.如权利要求5所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述高剪切乳化机还包括T型三通，所述高剪切乳化机的主轴套设于所述T型三通的T尾侧内，所述T型三通的直通侧与连通管连通。

9.如权利要求8所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述T型三通的直通侧还设置有闸门。

10.如权利要求1所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，还包括清泥装置，所述清泥装置包括连通在第一降解槽、至少一个第二降解槽、静置槽底部的清泥管，设置于所述清泥管内的运泥螺杆，以及排泥口。

11.如权利要求1所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述第一降解槽、所述至少一个第二降解槽、所述静置槽的底部为锥形。

12.如权利要求1-11中任一项所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述涡流搅拌器的驱动器、高剪切乳化机的驱动器设置于所述降解槽的外部。

13.如权利要求12所述的聚氨酯降解系统，其特征在于，所述进料螺杆、出料螺杆、运泥螺杆的驱动器设置于物料液面高度以上。