CN107217569B - 一种新型乳化沥青生产设备及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参配式沥青乳化的反应釜组合装置及工艺，装置包括矩形机架，机架上依次平行设置有反应釜A、反应釜B和供给支架，供给支架的下层平行对称设置有沥青供给泵和初级乳化沥青泵，供给支架的上层设置有胶体磨，沥青供给泵的泵口一侧设置有沥青输入管，其另一侧设置有分流管，分流管一端与沥青输送管连通，分流管另一端通过沥青换向管与胶体磨连通；初级乳化沥青泵的泵口一侧设置有与沥青换向管连通的连接管，其另一侧设置有供给管；工艺包括：将热沥青先注入到乳化剂水溶液中，制成初级混合液，再经过胶体磨研磨，制成乳化沥青。本发明参配式沥青乳化的反应釜组合装置操作简单，参配比例，生产进度、产品产量可实时掌握。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产领域，具体地指一种乳化沥青生产设备及其工艺。
背景技术
乳化沥青是近年来迅速发展起来的一种新型材料，以其节能、延长施工季节、减少污染、减轻劳动强度等优点而深受公路、市政部门的欢迎。
所谓沥青乳化就是将沥青热融，经过机械的作用以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成水包油状的沥青乳液
在沥青乳化的生产过程中，产品质量由以下因数确定：
A.各点的温度[热沥青储罐、热水罐、乳化剂水溶液罐、掺配罐、油(沥青)水(乳化剂水溶液罐)混合器等]应可监控、报警(一般要求在±1℃以内)；
B.各点液位(热沥青储罐、热水罐、乳化剂水溶液罐、乳化沥青储罐)应可监控、报警 (一般要求在总容积的±1％以内)；
C.油(沥青)水(乳化剂水溶液)配比精度应可控制(一般要求在±1％以内)；
D.乳化剂与沥青的适配性能佳。
在以上4点中；
A.各点的温度已有成熟的工艺控制；
B.各点的液位已有成熟的工艺控制；
D.乳化剂与沥青的适配性可以在实验室确定；
其中最主要的工序是沥青、水、乳化剂的合理参配，目前生产工艺中普遍采用的工艺如下：在乳化剂反应釜中配制出符合工艺要求的乳化剂水溶液，然后，分别由乳化剂水溶液泵和沥青泵将两种液体按一定比例同时泵入胶体磨研磨、细化，制出乳化沥青。
实现乳化剂水溶液和沥青按比例同时泵入胶体磨，可以由两种途径实现。
1.通过实验，确定泵和所泵介质流量与转速的对应关系，通知对泵的转速的控制达到控制流量的目的；
2.通过在介质回路上加装流量计量装置，直接实现对流量的控制。
上述两种途径各自存在缺陷：
1.前者的缺陷在于：受原料品种、温度、粘度、压力等因素影响，泵的输出流量与转速是非线性关系，泵的输出流量与泵的转速的对应关系只能通过大量的试验确定，而一旦系统的温度、粘度、压力中一个因素改变，泵的输出流量与泵的转速的对应关系就有可能改变，因而导致配比精度无法保证且需生产过程中需随时校正；其次，生产中产量无法实时显示；
2.后者的的缺陷在于：目前最常用流量计，主要有：差压式流量计、容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计质量流量计等，在这些流量计中，只有容积式流量计和涡轮式流量计重复性、精度较佳，能够勉强适应乳化沥青生产工艺的精度要求，其他流量计，因为测量精度偏低、测量范围窄、现场安装条件要求高、压损大、耐压力低、不适应于低雷诺数流体测量、需较长直管段、不适用测量由释放的石油制品流体、不适用气体、蒸汽及含有较大气泡的液体、不适用高温场合等诸多原因而不适合乳化沥青生产工艺需要。就是容积式流量计、涡轮流量计也因为沥青的高温、高粘性能及高、低温不同的物态，而需要特别定制，大大提高了设备成本，同时对操作人员的素质有较高要求，仪表的维护、保养也有较高要求。
综上所述：现行的乳化沥青生产工艺，其油水比的控制，都是通过计量沥青流量、乳化剂水溶液流量、乳化沥青成品流量之中的两个，经计算后通过伺服机构改变沥青流量或乳化剂水溶液流量实现。现行工艺的好处在于：沥青和乳化剂水溶液流量(体积)可以精确控制，乳化沥青成品油水比控制准确，不足之处在于
1.沥青为高温高粘液体且常温时为固体的非导电体，其计量用的流量计成本高、维修麻烦、使用条件苛刻(液体计量流量计无外乎压差式、浮式、容积式、涡轮式、电磁式、靶式几种，沥青因是高温高粘液体，压差式、浮式、涡轮式不适用，又因为是非导电体，电磁式不适用，又因为是高温工作环境，温差特别大，靶式流量计极易零点漂移，故现行乳化沥青生产工艺中沥青计量均采用容积式流量计，但不同产地、不同标号、不同品牌的基质沥青在同一温度的比重相差较大，即使同产地、同标号、同品牌的基质沥青在不同的温度比重也相差非常大，而乳化沥青的油水比又是重量比，这里就还存在一个比重换算的问题，稍有不慎，即会导致油水比例超标。考虑到沥青高温高粘，计量沥青的流量计需要做专门的处理，而这种处理是以牺牲精度为代价的。因沥青常温时为固体，用于沥青计量的容积式流量计一般做夹套保温处理，夹套中的加热介质温度远高于沥青温度，之间的温差有会牺牲一部分流量计的精度；
2.乳化剂水溶液为酸性(阳离子)或碱性(阴离子)，对流量计的防腐要求很高，即使采用不锈钢材质，也只是减缓腐蚀速度而已，部件的更换率很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供了一种新型的乳化沥青生产工艺，既能准确控制油(沥青)水(乳化剂水溶液)配比精度又能克服现行工艺的缺陷。
可以实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种乳化沥青生产设备，包括矩形机架(1)，所述机架(1)上依次平行设置有反应釜A(2)、反应釜B(3)和供给支架(4)，所述供给支架(4)为上下两层结构，所述供给支架(4)的下层平行对称设置有沥青供给泵(5)和初级乳化沥青泵(6)，所述供给支架(4)的上层设置有胶体磨(7)，所述沥青供给泵(5)的泵口一侧设置有沥青输入管(5.1)，其另一侧设置有型分流管(5.2)，所述分流管(5.2)一端与沥青输送管(5.3)连通，所述分流管(5.2)另一端通过沥青换向管(5.4) 与胶体磨(7)连通；所述沥青输送管(5.3)分别与反应釜A(2)和反应釜B(3)的顶盖连接，所述初级乳化沥青泵(6)的泵口一侧设置有与沥青换向管(5.4)连通的连接管(6.1)，其另一侧设置有供给管(6.2)，所述供给管(6.2)分别与反应釜A(2)和反应釜B(3)的侧壁连接，所述反应釜 A(2)和反应釜B(3)顶盖上均与乳化剂水溶液供给管(8)连接。
进一步的，本发明还提供一种乳化沥青生产工艺，采用上文所述的乳化沥青生产设备，包括以下步骤：
a.乳化机水溶液的配置：
自来水经水阀(8.1)注入反应釜(2)中，注入量为500L～2500L，通过开启、关闭导热油阀，反应釜A(2)中自来水的温度保持70℃±1℃，然后按拟生产乳化沥青重量的3～7‰添加乳化剂、拟生产乳化沥青重量的1～5％添加各种添加剂，添加完毕，再向反应釜(2)中注入自来水，使反应釜A (2)中的乳化剂水溶液重量为1000L～5000L，通过开启、关闭导热油阀(11)，反应釜A(2)中乳化剂水溶液的温度保持50℃～60℃；反应釜B5中的乳化剂水溶液按上述方法配制。
b.为本装置提供热沥青的沥青罐温度加热到120～160℃；
c.开启反应釜A(2)和反应釜B(3)上的搅拌器，沥青泵(5)將温度为120℃～160℃的热沥青从沥青罐中抽出，经沥青输送管、沥青阀(2.1)供给反应釜A(2)或经过沥青阀(3.1)供给反应釜 B(3)，乳化剂水溶液与热沥青按重量比1∶3/7～1∶7/3进行乳化沥青初级溶混液的配制，配制完成后，初级乳化沥青泵(6)將乳化沥青初级溶混液经供给阀(3.1)或供给阀(3.2)，打入胶体磨(7) 进行研磨、细化，完成乳化沥青制作。
本发明一种新型乳化沥青生产工艺操作简单，操作人员可依据显示屏给出的物料重量，轻松掌握参配比例，省时省力；同时能及时了解生产进度、产品产量，且简化了设备结构，减小了占地面积，降低了设备成本。
附图说明
图1是本发明所述的乳化沥青生产工艺流程图；
图2是本发明所述的乳化沥青生产设备的俯视图；
图3是本发明所述的乳化沥青生产设备的侧视图；
图4是本发明所述的乳化沥青生产设备的计重设备放大图。
具体实施方式
参见附图2～4中，根据本发明所述的乳化沥青生产设备，机架(1)上，安装两个反应釜A(2)和B(3)，其内部均设有加热器，顶部装有搅拌器(9)，反应釜壁外下端装各有三个称重器(10)，称重器的支脚安放在机架上，承受反应釜及其所盛物料的重力，称重器的显示屏装在电器控制柜上，中间有信号线连接，可随时显示重力的变化；自来水通过阀(8.1)或阀(8.2)进入反应釜，乳化机、改性剂及各种添加剂直接加入两个反应釜中。
机架另一端装有胶体磨(7)、初级乳化沥青泵(6)、沥青泵(5)，胶体磨与后两者以上下层结构安装在同一座架上。沥青泵的作用是將热沥青从为本装置提供热沥青的沥青加温罐中抽出，经沥青输送管、阀(2.1)或阀(3.1)输入反应釜B(3)或反应釜A(2)，进行乳化沥青初级溶混液的配制。混合液泵的作用是將在反应釜B(3)或反应釜A(2)中制成的乳化沥青初级溶混液经混合液阀(3.1)或混合液阀(3.2)打入胶体磨(7)进行研磨、细化，完成乳化沥青制作。
设置两个反应釜的目的是为了提高生产效率，实现乳化沥青初级溶混液的配制与输出研磨轮番作业。沥青换向阀(5.41)、(5.42)是为适应市场需求，扩展沥青泵的用途而设置的，当关闭阀17、19、24，打开阀23时，可直接对外输出热沥青；当用户对乳化沥青参配比例没有严格要求时，可关闭阀17、19、23，打开阀24，使沥青直接进入胶体磨与泵11泵入的皂液混合，经研磨、细化后生产经济型的乳化沥青。
此处可以把权利要求1-9的关于设备的结构特征统统写在这里
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
乳化沥青生产工艺，包括以下步骤：
1.乳化机水溶液的配置：
自来水经水阀3注入反应釜1中，注入量为500L～2500L，通过开启、关闭导热油阀，反应釜A1中自来水的温度保持70℃±1℃，然后按拟生产乳化沥青重量的3～7‰添加乳化剂、拟生产乳化沥青重量的1～5％添加各种添加剂，添加完毕，再向反应釜1中注入自来水，使反应釜A1中的乳化剂水溶液重量为1000L～5000L，通过开启、关闭导热油阀4和18，反应釜A1 中乳化剂水溶液的温度保持50℃～60℃；反应釜B5中的乳化剂水溶液按上述方法配制。
2.为本装置提供热沥青的沥青罐温度加热到120～160℃；
3.开启反应釜A1和反应釜B5上的搅拌器，沥青泵10將温度为120℃～160℃的热沥青从沥青罐中抽出，经沥青输送管、沥青阀19供给反应釜A1或经过沥青阀17供给反应釜B5，乳化剂水溶液与热沥青按重量比1∶3/7～1∶7/3进行乳化沥青初级溶混液的配制，配制完成后，混合液泵11泵將乳化沥青初级溶混液经乳化剂供给阀21或乳化剂供给阀15，打入胶体磨25 进行研磨、细化，完成乳化沥青制作。
本发明的有益效果在于：
1、本发明参配式沥青乳化的反应釜组合装置操作简单，操作人员只需依据物料重量，轻松掌握参配比例，省时省力；同时生产进度、产品产量均可直观掌握；相较于现行的流量计计量工艺，设备结构简化，占地面积减少，降低了设备成本。
2、本发明完全省去流量计，只需按事先设计好的重量，先向反应釜注入规定重量的乳化剂水溶液，然后再向反应釜注入规定重量的沥青，搅拌后经初级乳化沥青泵将沥青与乳化剂水溶液的初混液体泵入乳化机研磨即可得到乳化沥青产品。因油、水是直接采用重量比，没有体积与重量的换算，只要计重的计量装置精度达标，油水比就可以很轻松的达标。本申请人多年来一直尝试用本工艺生产乳化沥青，然而两个问题一直困扰着我们：①.反应釜计重的计量装置的成本及适应环境，以前市场上工业用计量装置，使用成本远高于使用同精度流量计的现行工艺，并且计重型计量装置应用在乳化沥青生产现场，乳化沥青生产时溢出的酸性或碱性气体会腐蚀计重型计量装置，造成精度锐减甚至失效；②.乳化机的功能，以前的乳化机基本采用的是研磨类型，对于分路进入乳化机的沥青和乳化剂水溶液，只能起到研磨和高速搅拌的作用，沥青和乳化剂水溶液进入乳化机的瞬间，高温的沥青很容易被高速旋转的乳化机磨片研磨、搅拌成微米级的颗粒并迅速被乳化剂水溶液包裹成水包油状的乳化沥青悬浊液；对于本工艺形成的沥青和乳化剂水溶液的初级混合物，因在配制的过程中，只有低速的搅拌，沥青和乳化剂水溶液初级混合液中有很多大的水包油沥青团和大的水包油沥青颗粒，且在沥青、乳化剂水溶液初级混合液的配制过程中，这些大的沥青团和颗粒温度已降至100℃以下，物态已在液态向固态的转化中，如果仅靠研磨型乳化机的研磨和高速搅拌，乳化沥青产品的颗粒度已很难达到乳化沥青颗粒≤5μm的要求。
随着设备制造科技的进步，现在计重型计量装置的成本下降很多，使用成本已远远低于使用流量计的现行工艺，对使用环境的要求也基本符合乳化沥青生产的实际情况，以6吨/小时的乳化沥青生产设备为例，采用现行工艺，流量计及变速泵的成本在25000元以上，而采用本申请工艺，称重计量装置工业用电子秤(防水、防腐蚀)及普通泵的成本，可以控制在10000 元以内；随着带剪切功能的乳化机的出现，乳化机可以将沥青和乳化剂水溶液的初级混合物先剪切再研磨，乳化沥青的成品颗粒很容易达到标准要求。本工艺生产设备投入已大大低于现行工艺生产设备的投入且生产的乳化沥青产品质量好于现行工艺。
3、本发明省去在油、乳化剂水溶液两路介质输送管路上对介质的计量，采用在反应釜下安装称重装置，现把配好的乳化剂水溶液按规定重量泵入反应釜，再把热沥青按规定重量泵入反应釜，热沥青边泵入边搅拌，搅拌好的沥青、乳化剂水溶液初混液通过初级乳化沥青泵泵入胶体磨研磨乳化，生产成品。
4、本发明一种新型乳化沥青生产工艺操作简单，操作人员可依据显示屏给出的物料重量，轻松掌握参配比例，省时省力；同时能及时了解生产进度、产品产量，且简化了设备结构，减小了占地面积，降低了设备成本。5、本发明省去在油、乳化剂水溶液两路介质输送管路上对介质的计量，采用在反应釜下安装称重装置，现把配好的乳化剂水溶液按规定重量泵入反应釜，再把热沥青按规定重量泵入反应釜，热沥青边泵入边搅拌，搅拌好的沥青、乳化剂水溶液初混液通过初级乳化沥青泵泵入胶体磨研磨乳化，生产成品。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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。
表1 为道路用乳化沥青技术指标(JTGF40-2004)，表2～5为本实施例生产的各型乳化沥青检测数据
表1 道路用乳化沥青技术指标(JTGF40-2004)
表2 用本工艺生产的PC-1型乳化沥青技术指标
表3 用本工艺生产的PC-2型乳化沥青
表4 用本工艺生产的PC-3型乳化沥青
表5 用本工艺生产的BC-1型乳化沥青
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (12)
1.一种乳化沥青生产设备，包括矩形机架(1)，其特征在于：所述机架(1)上依次平行设置有反应釜A(2)、反应釜B(3)和供给支架(4)，所述供给支架(4)为上下两层结构，所述供给支架(4)的下层平行对称设置有沥青供给泵(5)和初级乳化沥青泵(6)，所述供给支架(4)的上层设置有胶体磨(7)，所述沥青供给泵(5)的泵口一侧设置有沥青输入管(5.1)，其另一侧设置有型分流管(5.2)，所述分流管(5.2)一端与沥青输送管(5.3)连通，所述分流管(5.2)另一端通过沥青换向管(5.4)与胶体磨(7)连通；所述沥青输送管(5.3)分别与反应釜A(2)和反应釜B(3)的顶盖连接，所述初级乳化沥青泵(6)的泵口一侧设置有与沥青换向管(5.4)连通的连接管(6.1)，其另一侧设置有供给管(6.2)，所述供给管(6.2)分别与反应釜A(2)和反应釜B(3)的侧壁连接，所述反应釜A(2)和反应釜B(3)顶盖上均与乳化剂水溶液供给管(8)连接。
2.根据权利要求1所述的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述反应釜A(2)和反应釜B(3)顶盖中央分别设置有搅拌器(9)。
3.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述反应釜A(2)和反应釜B(3)顶盖上分别设置有沥青供给阀A(2.1)和沥青供给阀B(3.1)，所述沥青供给阀A(2.1)和沥青供给阀B(3.1)分别与沥青输送管(5.3)连通；所述供给管(6.2)分别与反应釜A(2)和反应釜B(3)侧壁的连接处的供给管(6.2)上分别设置有供给阀A(2.2)和供给阀B(3.2)。
4.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述连接管(6.1)与分流管(5.2)之间的沥青换向管(5.4)一侧设置有沥青换向阀A(5.41)和垂直于沥青换向管(5.4)的支管(5.42)，所述支管(5.42)上设置有沥青换向阀B(5.43)。
5.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述反应釜A(2)和反应釜B(3)的釜壁上均对称设置有三个称重器(10)，所述称重器(10)的底座设置在机架(1)上。
6.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述反应釜A(2)和反应釜B(3)的釜壁上对称设置以反应釜中心线为轴线的导热油阀(11)，所述机架(1)内以反应釜中心线为轴线平行设置有两条导热油管(12)，且两条导热油管(12)与每对导热油阀(11)上下相对应，所述导热油阀(11)另一端设置有导热油支管(11.1)，每个导热油支管(11.1)与导热油管(12)连通。
7.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述反应釜A(2)和反应釜B(3)的釜壁上均设置测温表(13)和热电阻(14)。
8.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述乳化剂水溶液供给管(8)与反应釜A(2)和反应釜B(3)连接处的乳化剂水溶液供给管(8)上分别设置有水阀A(8.1)和水阀B(8.2)。
9.根据权利要求1或2的乳化沥青生产设备，其特征在于：所述初级乳化沥青泵(6)一侧的机架(1)上设置有配电箱(15)；所述胶体磨(7)的圆磨下部设置有成品输出管(7.1)。
10.一种乳化沥青生产工艺，采用如权利要求1所述的乳化沥青生产设备，其特征在于：包括以下步骤：
a.乳化机水溶液的配置：
自来水经水阀(3)注入反应釜(2)中，注入量为500L～2500L，通过开启、关闭导热油阀，反应釜A(2)中自来水的温度保持70℃±1℃，然后按拟生产乳化沥青重量的3～7‰添加乳化剂、拟生产乳化沥青重量的1～5％添加各种添加剂，添加完毕，再向反应釜(2)中注入自来水，使反应釜A(2)中的乳化剂水溶液重量为1000L～5000L，通过开启、关闭导热油阀(11)，反应釜A(2)中乳化剂水溶液的温度保持50℃～60℃；反应釜B(3)中的乳化剂水溶液按上述方法配制。
b.为本装置提供热沥青的沥青罐温度加热到120～160℃；
c.开启反应釜A(2)和反应釜B(3)上的搅拌器，沥青泵(5)将温度为120℃～160℃的热沥青从沥青罐中抽出，经沥青输送管、沥青阀(2.1)供给反应釜A(2)或经过沥青阀(3.1)供给反应釜B(3)，乳化剂水溶液与热沥青按重量比1∶3/7～1∶7/3进行乳化沥青初级溶混液的配制，配制完成后，初级乳化沥青泵(6)将乳化沥青初级溶混液经供给阀(2.2)或供给阀(3.2)，打入胶体磨(7)进行研磨、细化，完成乳化沥青制作。
11.根据权利要求10所述乳化沥青生产工艺，其特征在于：所述步骤a)中，乳化剂水溶液中，乳化剂含量3～7‰，添加剂含量1～5％。
12.根据权利要求10所述乳化沥青生产工艺，其特征在于：所述步骤a)和c)中，乳化剂水溶液的注入量为1000L～5000L，乳化剂水溶液与热沥青按重量比1∶3/7～1∶7/3进行乳化沥青初级溶混液的配制。
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