CN1068672C - 制取胶粉的空气循环冷冻工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

制取精细胶粉的空气循环制冷工艺和装置，空气制冷以及胶粒的干燥、冷冻、粉碎和胶粉回热，均在同一个封闭系统内。即由空气压缩机输出的压缩空气，与尾气及已粉碎好的胶粉换热后，膨胀制冷。冷空气在封闭系统内对原料胶粒冷冻后进行粉碎，获得精细胶粉。换热后的尾气对原料胶粒进行干燥。干燥胶粒和回温后的胶粉不会结成团。本工艺功耗小，经济性好，并可由计算机自动控制、优化运行。

Description

制取胶粉的空气循环冷冻工艺及其装置

本发明属冷却或冷冻技术领域(F25D)，涉及一种利用空气循环冷冻的方法，将废旧轮胎或橡胶制品加工制成精细胶粉的生产工艺，以及实施该工艺所使用的装置系统。

用冷冻粉碎法可将废旧轮胎或橡胶制品制成精细胶粉。传统工艺是以液氮或干冰作制冷剂，对胶块或胶粒浸泡或喷淋，使之降到玻璃化温度以下进行粉碎。这种方法的生产成本很高，限制了它在工业上的应用。US3818976号美国专利，公开了一种气体双循环制冷的胶粉制造工艺。该工艺的笫一循环制冷，第二循环经热交换从第一循环中获得冷量，并将胶粒冷冻、粉碎。该工艺与液氮冷冻法相比，是一个进步，但仍存在着浪费能量的缺陷。中国专利局在92年8月12日公开了申请号为91109325.7，发明名称为“空气制冷冷冻制取胶粉的方法和装置”的技术方案，对上述美国专利进行改进，采用了单一的空气制冷循环，节省了能量。但该方案尚不是严格意义上的“单一空气循环制冷”，其流程中有与氟利昂制冷串联的部分。而使用氟利昂就带来了破坏环境和即将面临国际禁用等问题。同时该工艺是采用三个冷冻室依次定时切换的方式对胶粒进行静态冷冻。这样，预冷和冷冻两道工序不是顺序进行，而是交替进行的，即同一个冷冻室将交替作为预冷和冷冻的设备使用，冷冻室本身温度的升、降，造成能量的浪费；同时胶粒冷冻前没有干燥工序，在静态冷冻室内冷冻切换时，会冻结成团，不易排料，使生产停顿；胶粒被粉碎成精粉后，因没有回热工序，低温胶粉的冷量没有回收利用，同时胶粉进入常温空气时，其表面会因结露而成团，不易保证干燥。

为克服现有技术的这些不足，本发明的任务是提供一种新的制取胶粉的空气循环冷冻工艺及其装置，该工艺及装置应比现有技术节省能量，尽可能地利用压缩空气的热量和低温空气的冷量，同时应能除掉胶粒的水分，保证胶粉的干燥，消除生产中的结团现象。本工艺还将为实现连续生产与自动化生产创造条件。

完成该发明任务的方案如下：设立一个封闭的单循环空气制冷系统，以空气为制冷剂，将胶粒冷冻后粉碎，制成胶粉，其特征是：依次进行的空气制冷以及胶粒的干燥、冷冻、粉碎和胶粉的回热，均在同一个封闭系统内。其中：空气的制冷可采用现有技术，也可采用本发明实施例1中所述的两次压缩与膨胀制冷技术；胶粒的干燥技术是利用现有的“传质机理(由干燥空气处理，将物料表面水分传给空气)”理论，由流化干燥床完成；冷冻工艺同样可采用一级冷冻，也可采用二级、三级...以至多级冷冻；粉碎工艺同样可采用现有的低温粉碎机(平磨)粉碎；也可采用本发明实施例中提供的低温涡流粉碎机粉碎；所说的回热工序可采用热交换的方式完成。以上技术方案可进一步具体为：由压缩机将空气压缩到一定压力，这种压缩空气因压缩而高于常温。它通过换热对本系统的尾气加热，同时又与已粉碎好的精细胶粉换热，使胶粉回热，经加热后的尾气对原料胶粒进行干燥。经两次换热降温后的压缩空气，经空气膨胀机膨胀制冷，冷空气在封闭系统内对已干燥的原料胶粒进行一级或多级冷冻，使之达到玻璃化温度后进行粉碎，获得精细胶粉。实施上述工艺的装置如下：由空气压缩机的出口经管道接换热器的热边，换热器的冷边接尾气管道或胶粉管道，热边出口的压缩空气管道接空气膨胀机入口，膨胀机出口接最后一级冷却流化床(亦称冷冻流化床)。原料仓的出口管道接干燥流化床，干燥流化床的空气入口接前述热交换器出口的尾气。干燥流化床出口设气固分离机构，该机构的物料出口接前述的一级或多级冷却流化床，由前述的低温气体对胶粒冷冻，冷却流化床出口设气固分离机构，该气固分离机构的出口管道分为两条，其一为空气管道，接入热交换器的冷边，同一热交换器的热边接入膨胀前的压缩空气，冷边出口接回到压缩机的进口；气固分离机构物料出口的冷冻胶粒管道接入粉碎机，制成的胶粉，接上述热交换器的冷边，回热后，经气固分离机构接成品仓或包装机。该气固分离机构出口的尾气管道，接上述热交换器的冷边，冷边出口已换热升温的尾气管道，接干燥流化床，形成封闭循环系统。其中所说的空气压缩机可以是一般的压缩机，也可以是离心压气机。所说的气固分离机构可以是现有技术中的气固分离器，也可以是旋风分离器及锁风排料器。

上述工艺和装备还可进一步完善如下：由压缩机将空气压缩到一定压力后，进行干燥，再二次增压。压缩空气通过换热对本系统的尾气加热(经加热后的尾气对原料胶粒进行干燥)，同时又与已粉碎好的精细胶粉换热，使胶粉回热，在两次换热降温的同时，该压缩空气还可经冷却器(或冷箱)进一步降温，然后经空气膨胀机膨胀制冷，冷空气在封闭系统内对干燥的原料胶粒进行一级或多级冷冻，使之达到玻璃化温度后进行粉碎，获得精细胶粉。每一级冷冻后气固分离，空气进入冷却器(或冷箱)的冷边，为压缩空气降温。为压缩空气加热到常温以上的这股空气用来对胶粒进行干燥。从粉碎机出来的胶粉与压缩空气换热回温后包装。其装置如下：所说的空气压缩机设有两级，在两级压气机之间设有干燥塔，干燥塔内装有干燥剂。同时可按观有技术或专用技术设置有干燥再生装置。压缩空气经管道接入换热器的热边，同时尾气管道和胶粉管道接换热器的冷边，热边出口的压缩空气接入冷却器或冷箱，然后接入空气膨胀机，膨胀机出口的冷空气进入一级或多级冷却流化床，然后接上述冷却器或冷箱的冷边，干燥胶粒经管道接一级冷却流化床，流化床经气固分离器输出的冷冻胶粒进入下一级冷却流化床，最后一级冷却流化床经气固分离器输出的胶粒经管道输入粉碎机，粉碎机经气固分离器输出的胶粉经回热后，在气固分离器中再次气固分离，最后接成品仓或包装机。以上工艺中所说的空气压缩机可采用一般空压机或离心压力机，也可在第一级与第二级分别采用不同的压气机。所说的“一定压力”由所需粉碎的原料性质决定，可以是0.3-0.7Mpa，也可以高到1.0Mpa，一般为0.6-0.7Mpa。所说的“高于常温”亦由压缩需要来决定，常用的一般是70°-80℃。

本发明所提供的胶粉制取冷冻工艺及其装置，由于采用了单一的空气循环制冷，设备形成了一个完整的封闭系统。其中空气既是制冷剂，又作为流程中胶粒的输送气流，其温度始终与所加工的胶粒或胶粉保持换热所需的温差。按本工艺生产时，其设备中预冷和深冷各部分分别工作，避免了设备本身温度升高造成的能量损失。因此，本发明比现有技术节省能量，作到了尽可能地利用压缩空气的热量和低温空气的冷量，同时能够除掉胶粒与胶粉所含的水分，消除了生产中的胶粒或胶粉结团现象，在本工艺基础上，还可实现连续、自动化生产。

现结合附图与实施例，作进一步说明。

图1为实施例1的工艺流程及装置图。

实施例1，原料胶粒的粒径为3-5毫米以下。参照图1：空气压缩机1从大气吸入空气，将其压缩到一定压力，经油水分离器2除去游离状态的油、水。经干燥塔3之一内分子筛吸附干燥后，进入涡轮膨胀机12驱动的离心压气机4第二次增压。二次增压的热空气经第一级回热器5、水冷却器7、第二级回热器8、第一级冷箱9、第二级冷箱10的冷却，经过滤器11到涡轮膨胀机12，经降压膨胀制冷，空气降到所需的温度(橡胶的玻璃化温度在-70℃至-80℃。本工艺中，空气温度为-140℃至-150℃)。低温空气进入胶粒冷却流化床13对胶粒进行冷冻，在旋风分离器14内，空气和冷冻胶粒分离。该旋风分离器14出口的低温空气分成两股，大部分经过过滤器15进入第二级冷箱10的冷边换热后，进入第二级胶粒冷却流化床16，对胶粒进行第二级冷却后，在第二级旋风分离器17内气固分离。冷空气经过滤器18进入第一级冷箱9的冷边热交换后后到第一级胶粒冷却流化床19对胶粒进行首次冷却，在第一级旋风分离器20内气固分离后，经过滤器21进入预冷器7的冷边，与压缩空气继续热交换。再经除尘器22，回到空气压缩机1的进口。从旋风分离器14出来的另一股低温空气经调节阀23伴随冷冻胶粒进入低温涡流粉碎机24，以平衡胶粒粉碎时产生的热量。胶粒粉碎成胶粉后，这部分空气被粉碎机24增压，随同胶粉排出，途经第二级回热器8和第一级回热器5的冷边，使胶粉和空气与压气机4二次增压的热空气换热，达到常温以上，胶粉和空气在旋风分离器25里气固分离，这股常温以上的空气从旋风分离器25出口进入胶粒脉冲干燥流化床26，对胶粒进行干燥后，在旋风分离器27里气固分离，经过滤器28与大部分的回流空气汇合进入除尘器22回到空气压缩机1的进口。如对干燥塔3之二的分子筛，进行再生后冷吹时，关闭阀29，打开阀30，这股空气进入除尘器31，对干燥塔3之二冷吹后，经水冷却器32和风冷却器33，将其降温后返回到除尘器22，仍然回到空气压缩机1的进口。因此空气压缩机1起动时打开阀50、51吸入大气，起动稳定后，可逐渐关闭阀50到一定开度，维持空气压缩机1进口压力为大气压力即可。此时空气压缩机1吸入的空气绝大部分是返回的干燥空气，从大气中吸入的空气仅是补充流程中的漏气，以保持空气循环制冷系统中必需的压力和流量。这样就形成了闭式的空气循环制冷系统。为实施对干燥塔内分子筛的再生，由鼓风机34吸入大气增压，经空气电加热器35加温到所需温度，经干燥塔3之三、消声器36排至大气。干燥塔3共三个，分别为吸附、冷吹、再生，切换使用，以保持连续生产。常温粉碎的胶粒，从胶粒仓和振动料斗37下料，经螺旋定量给料器38，送入脉冲干燥流化床26，被干燥空气干燥后到旋风分离器27内分离沉降。经锁风排料器39和螺旋给料器40，送入第一级冷却流化床19内，胶粒首次冷却。胶粒在旋风分离器20内分离沉降，经锁风排料器41和螺旋给料器42送入第二级冷却流化床16内，胶粒第二次冷却。胶粒在旋风分离器17内分离沉降，经锁风排料器43和螺旋给料器44，送入冷却流化床13，胶粒进一步冷却到玻璃化温度(-70℃至-80℃)以下，在旋风分离器14内分离沉降，经锁风排料器45排入低温涡轮粉碎机24，冷冻胶粒被粉碎成胶粉。胶粉与伴随的空气如前所述，回热后在旋风分离器25内分离沉降，由锁风排料器46送入胶粉分级筛47，筛分后分别进入胶粉仓及振动料斗48，由包装机55包装。筛分后不符合要求的胶粉通过锁风排料器49送入旋风分离器25的出口管道内，再进行干燥、逐级冷冻，直到粉碎合格。为实现计算机控制与管理，本装置内设置了流量传感器56，在涡轮膨胀机出口有温度传感器57，低温涡流粉碎机出口的温度传感器59等，各传感器接计算机。计算机根据传感器56的流量数据和传感器57的温度数据，计算制冷量。再通过控制调频电机58的转速来控制胶粒的加料量。同时根据59的温度数据调节阀23的开度，以分配冷量。计算机还可根据胶粒粒径及流化床16、19、26的流速调整流量或流化床的面积，保证胶粒的最佳流化状态和换热效果，使制冷量充分利用。为保证安全运行，本系统内设有安全装置；离心压气机4的出口设置了止回阀52和防喘阀60，以防止气流倒流和喘振，损伤涡轮膨胀机。在膨胀机端设置了应急切断阀53和旁通阀54，在突然停电或其他紧急情况下，保护涡轮膨胀机。所有控制阀均由计算机进行控制。以上工艺的装置可再次详述如下：空气循环冷冻装置，其特征是：大气经空气压缩机1增压，经油水分离器2，再经干燥塔3之一内分子筛吸附干燥后，进入涡轮膨胀机12驱动的离心压气机4，二次增压的热空气经第一级回热器5、水冷却器7、第二级回热器8、第一级冷箱9、第二级冷箱10的冷却，经过滤器11到涡轮膨胀机12，经降压膨胀制冷，低温空气进入胶粒冷却流化床13，再接旋风分离器14，旋风分离器14出口的管道分成两股，其一经过滤器15进入第二级冷箱10的冷边换热后，进入第二级胶粒冷却流化床16，再经第二级旋风分离器17气固分离，冷空气经过滤器18进入第一级冷箱9的冷边后，到第一级胶粒冷却流化床19，在第一级旋风分离器20内气固分离后，经过滤器21进入预冷器7的冷边，再经除尘器22，回到空气压缩机1的进口，旋风分离器14出口的另一个管道经调节阀23伴随冷冻胶粒进入低温涡流粉碎机24，然后途经第二级回热器8和第一级回热器5的冷边，这两级回热器的热边接入压气机4二次增压的热空气，粉碎机出口设旋风分离器25，旋风分离器25出口接胶粒脉冲干燥流化床26，再接旋风分离器27，经过滤器28与大部分的回流空气汇合后进入除尘器22，接回到空气压缩机1的进口，压气机1入口设有阀50、51，整个装置为闭式的空气循环制冷系统，物料从胶粒仓和振动料斗37经螺旋给料器38，送入脉冲干燥流化床26，后接旋风分离器27，再经锁风排料器39和螺旋给料器40送入第一级冷却流化床19内，流化床出口接旋风分离器20，经锁风排料器41和螺旋给料器42送入第二级冷却流化床16，再经该流化床下的旋风分离器17、锁风排料器43和螺旋给料器44送入冷却流化床13，再经其下的旋风分离器14、锁风排料器45排入低温涡流粉碎机24，粉碎机出口的胶粉与伴随的空气管道，接第一级回热器和第二级回热器的冷边后，接旋风分离器25、锁风排料器46送入胶粉分级筛47，分级筛的细粉出口进入胶粉仓及振动料斗48，最后接包装机55，分级筛的粗粉出口通过锁风排料器49送入旋风分离器25的出口接到干燥流化床前的管道内，分子筛的再生装置为：鼓风机34接电加热器35，接干燥塔和消声器36，消声器出口通大气。干燥塔共三个，以管道和切换阀相连接。干燥塔出口设有流量传感器56，在涡轮膨胀机出口有温度传感器57，低温涡流粉碎机出口的温度传感器59，各传感器的输出端接计算机，计算机输出端接调频电机58和调节阀23的控制电路。本系统内还设有安全装置，离心压气机4的出口设置有止回阀52和防喘阀60，在膨胀机端设置了应急切断阀53和旁通阀54，所有控制阀均由计算机进行控制。

Claims (8)

1、制取胶粉的空气循环冷冻工艺，以空气为制冷剂，将胶粒冷冻后粉碎，制成胶粉，依次进行的空气制冷以及胶粒的干燥、冷冻、粉碎和胶粉的回热，均在同一个封闭系统内：由空气压缩机的出口经管道接换热器的热边，换热器的冷边接尾气管道或胶粉管道，热边出口的压缩空气管道接空气膨胀机入口，膨胀机出口接一级或多级冷却流化床，原料仓的出口管道接干燥流化床，干燥流化床的空气入口接前述热交换器出口的尾气，干燥流化床出口设气固分离机构，该机构的物料出口接前述的一级或多级冷却流化床，由前述的低温气体对胶粒冷冻，冷却流化床出口设气固分离机构，该气固分离机构的出口管道分为两条，其一为空气管道，接入热交换器的冷边，同一热交换器的热边接入膨胀前的压缩空气，冷边出口接回到压缩机的进口，气固分离机构物料出口的冷冻胶粒管道接入粉碎机，制成的胶粉，接上述热交换器的冷边，回热后，经气固分离机构接成品仓或包装机。

2、按照权利要求1所述的制取胶粉的空气循环冷冻工艺，其特征是：由压缩机将空气压缩到一定压力后，进行干燥，再二次增压，压缩空气通过换热对本系统的尾气加热，又与已粉碎好的精细胶粉换热，使胶粉回热，在两次换热降温的同时，该压缩空气还经冷却器或冷箱进一步降温，然后经空气膨胀机膨胀制冷，冷空气在封闭系统内对干燥的原料胶粒进行一级或多级冷冻，使之达到玻璃化温度后进行粉碎，获得精细胶粉，每一级冷冻后气固分离，空气进入冷却器或冷箱的冷边，为压缩空气降温。

3、按照权利要求2所述的制取胶粉的空气循环冷冻工艺，其特征是：整个工艺流程由电子计算机控制与管理，装置内设置有流量传感器，在涡轮膨胀机出口有温度传感器，低温涡流粉碎机出口的温度传感器，各传感器接计算机，计算机根据传感器的流量数据和传感器的温度数据，计算制冷量，再通过控制调频电机的转速来控制胶粒的加料量，同时根据温度数据调节阀的开度，以分配冷量，计算机还可根据胶粒粒径及流化床的流速调整流量或流化床的面积，保证胶粒的最佳流化状态和换热效果，使制冷量充分利用。

4、制取胶粉的空气循环冷冻装置，其特征是：由空气压缩机的出口经管道接换热器的热边，换热器的冷边接尾气管道或胶粉管道，热边出口的压缩空气管道接空气膨胀机入口，膨胀机出口接一级或多级冷却流化床，原料仓的出口管道接干燥流化床，干燥流化床的空气入口接前述热交换器出口的尾气，干燥流化床出口设气固分离机构，该机构的物料出口接前述的一级或多级冷却流化床，冷却流化床出口设气固分离机构，该气固分离机构的出口管道分为两条，其一为空气管道，接入热交换器的冷边，同一热交换器的热边接入膨胀前的压缩空气，冷边出口接回到压缩机的进口，气固分离机构物料出口的冷冻胶粒管道接入粉碎机，制成的胶粉，接上述热交换器的冷边，回热后，经气固分离机构接成品仓或包装机。

5、按照权利要求4所述的制取胶粉的空气循环冷冻装置，其特征是：所说的空气压缩机设有两级，在两级压气机之间设有干燥塔，干燥塔内装有干燥剂，同时设置有干燥剂再生装置，压缩空气经管道接入换热器的热边，同时尾气管道和胶粉管道接换热器的冷边，热边出口的压缩空气接入冷却器或冷箱，然后接入空气膨胀机，膨胀机出口的冷空气进入一级或多级冷却流化床，然后接上述冷却器或冷箱的冷边，干燥胶粒经管道接一级冷却流化床，流化床经气固分离器输出的冷冻胶粒进入下一级冷却流化床，最后一级冷却流化床经气固分离器输出的胶粒经管道输入粉碎机，粉碎机经气固分离器输出的胶粉经回热后，在气固分离器中再次气固分离，最后接成品仓或包装机。

6、按照权利要求5所述的制取胶粉的空气循环冷冻装置，其特征是：空气压缩机经油水分离器，再经干燥塔之一内分子筛吸附干燥后，进入涡轮膨胀机驱动的离心压气机，二次增压的热空气经第一级回热器、水冷却器、第二级回热器、第一级冷箱、第二级冷箱的冷却，经过滤器到涡轮膨胀机，经降压膨胀制冷，低温空气进入胶粒冷却流化床，再接旋风分离器，旋风分离器出口的管道分成两股，其一经过滤器进入第二级冷箱的冷边换热后，进入笫二级胶粒冷却流化床，再经第二级旋风分离器气固分离，冷空气经过滤器进入第一级冷箱的冷边后，到第一级胶粒冷却流化床，在第一级旋风分离器内气固分离后，经过滤器进入预冷器的冷边，再经除尘器，回到空气压缩机的进口，旋风分离器出口的另一个管道经调节阀伴随冷冻胶粒进入低温涡流粉碎机，然后途经第二级回热器和第一级回热器的冷边，这两级回热器的热边接入压气机二次增压的热空气，粉碎机出口设旋风分离器，旋风分离器出口接胶粒脉冲干燥流化床，再接旋风分离器，经过滤器与大部分的回流空气汇合后进入除尘器，接回到空气压缩机的进口，压气机入口设有阀，整个装置为闭式的空气循环制冷系统，物料从胶粒仓和振动料斗经螺旋给料器，送入脉冲干燥流化床，后接旋风分离器，再经锁风排料器和螺旋给料器送入第一级冷却流化床内，流化床出口接旋风分离器，经锁风排料器和螺旋给料器送入笫二级冷却流化床，再经该流化床下的旋风分离器、锁风排料器和螺旋给料器送入冷却流化床，再经其下的旋风分离器、锁风排料器排入低温涡流粉碎机，粉碎机出口的胶粉与伴随的空气管道，接第一级回热器和第二级回热器的冷边后，接旋风分离器、锁风排料器送入胶粉分级筛，分级筛的细粉出口进入胶粉仓及振动料斗，最后接包装机，分级筛的粗粉出口通过锁风排料器送入旋风分离器的出口接到干燥流化床前的管道内，分子筛的再生装置为：鼓风机接电加热器，接干燥塔和消声器，消声器出口通大气，干燥塔共三个，以管道和切换阀相连接。

7、按照权利要求5所述的制取胶粉的空气循环冷冻装置，其特征是：干燥塔出口设有传感器，在涡轮膨胀机出口有温度传感器，低温涡流粉碎机出口的温度传感器，各传感器的输出端接计算机，计算机输出端接调频电机和调节阀的控制电路。

8、按照权利要求5所述的制取胶粉的空气循环冷冻装置，其特征是：系统内设有安全装置，离心压气机的出口设置有止回阀和防喘阀，在膨胀机端设置有应急切断阀和旁通阀，所有控制阀均由计算机进行控制。