CN108203080A - 一种淬冷装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种淬冷装置及其使用方法，淬冷装置包括罐体、搅拌装置和循环装置；搅拌装置固定在罐体上，罐体内装有淬冷液，罐体底部设有出料孔，循环装置包括循环泵、注入孔和喷嘴，循环泵和喷嘴通过管道连接，注入孔设在管道上；在罐体上，其底端与循环装置一端连接，其液面以上部位与喷嘴连接；罐体上，在液面以上部位还设有蒸汽喷孔；此外，本发明还提供了淬冷装置的使用方法；本发明具有如下的优点：淬冷后的产品颗粒细致、纯度高、分散性好，且节约生产成本，生产效率大大提升；使用方法操作简单，生产连续可控，适合工业化规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体设计一种淬冷装置及其使用方法。
背景技术
淬冷的主要原理是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样。
随着国内外子午线轮胎的普及，不溶性硫磺的生产和应用量越来越大。不溶性硫磺的工业化生产主要有气化法和熔融法。两种方法都需要对产品进行淬冷处理，之后对其进行洗涤和干燥、粉碎，进而制备出应用于轮胎工业的不溶性硫磺产品。其中，现在生产使用的气淬冷装置，一般高在7米左右，宽度或直径在2米左右，硫磺蒸汽进入淬冷装置后，直接与淬冷液液面接触冷却，这样会由于部分硫磺蒸汽淬冷不及时导致不均匀，且极易产生大颗粒硫磺。
现有技术中，如专利号CN201410623868.7所述的一种不溶性硫磺的气化淬冷工艺，将过热状态的硫磺液体喷入到循环喷淋的冷却介质液幕中，采用液体与液体的接触，虽然在一定程度上增加了接触面积，但接触面积仍然较小，生产效率仍较为低下，且并未记载详细的淬冷装置。
而专利号CN201310194595.4所述的高含量高稳定分散性不溶性硫磺的生产方法，其是高压N2 通过雾化喷嘴将熔融的高温硫磺液体均匀雾化，然后在淬冷合成器中与来自各个方向的10-15℃的二硫化碳液体充分碰撞接触，急速冷却，形成不溶性硫磺粒子并悬浮于二硫化碳液体中；此种方法，需要使用高压N2增加了生产成本，同时各个方向的二硫化碳液体与雾化后的硫磺进行碰撞接触，由于液体是颗粒或者某一形状，与雾化的硫磺接触在较长时间内才能达到充分碰撞接触，淬冷液直接冲击雾化硫磺生产效率低下，且生产出的不溶性硫磺并不均匀和细致；此外，申请中也没有相关淬冷装置的描述。
此外，另一专利号CN201410623868.7所述的一种不溶性硫磺的气化淬冷工艺，但是淬冷液只是形成液幕，其与硫磺的接触面积仍然只有液幕和反应罐内淬冷液液面，其生产效率仍然不高；且也只是描述了工艺，并没有记载淬冷装置。
对于淬冷装置，专利号99105935.2所述的不溶性硫磺的制备方法及生产装置中有相关专描述，但是不溶性硫磺和淬冷液的接触面积和接触时间均因为其结构的原因存在着生产效率低的不足；另一专利号200520074387.1所述的一种不溶性硫磺喷雾冷却塔，硫磺喷枪和稳定液喷枪均是由上至下喷，这样硫磺与稳定液的接触面也只有下降过程中接触面，仍会产生不均匀颗粒，生产效率仍然低下。
综上所述，现有淬冷工艺中，由于操作原因成本较高，且接触面积或淬冷时间的原因使得生产效率较为低下，且没有相关淬冷装置的记载；而记载了淬冷装置的技术方案中，也受淬冷工艺的影响，生产出的硫磺存在颗粒不均匀、分散性差的不足，且生产效率低。
发明内容
本发明的目的就是提供一种淬冷装置，其淬冷后的产品颗粒细致、纯度高、分散性好，且节约生产成本，生产效率大大提升。
本发明的另一目的就是提供一种上述淬冷装置的使用方法，其操作简单，生产可控，适合工业化生产。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种淬冷装置，包括罐体、搅拌装置和循环装置；搅拌装置固定在罐体上，罐体内装有淬冷液，罐体底部设有出料孔，循环装置包括循环泵、管道、注入孔和喷嘴，循环泵和喷嘴通过管道连接，注入孔设在管道上；在罐体上，其底端与循环装置一端连接，其液面以上部位与喷嘴连接；罐体上，在液面以上部位还设有喷孔。
本发明中的另一目的是通过这样的技术方案实现的，淬冷装置的使用方法，包括以下步骤：
S1，向罐体内注入新鲜的淬冷液，并开启循环泵；
S2，通过喷孔向罐体内喷入蒸汽或高温的雾气，每小时喷入100～500Kg；同时开启搅拌装置，保证搅拌机转速在5～1500转/min；
S3，罐体温度控制在5～85℃，压力为1～3个大气压；淬冷液注入孔的注入流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的2～4倍，出料孔流量是注入孔注入流量的1～1.5倍，循环泵流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的20～400倍。。
本发明中，一种淬冷装置，包括罐体、搅拌装置和循环装置；罐体可以为锥形或冠形；搅拌装置固定在罐体上，罐体内装有淬冷液，搅拌装置用于搅拌冷却液，一是保证淬冷效果，二是防止淬冷后的沉淀物结块；罐体底部设有出料孔，保证淬冷处理后的产物的输出；循环装置包括循环泵、管道、注入孔和喷嘴，循环泵和喷嘴通过管道连接，注入孔设在管道上；循环泵将淬冷液运输到喷嘴，喷嘴在液面以上部位，根据不同形状的喷嘴形成不同的液幕并使淬冷液源源不断的保证罐体内壁或/和罐体顶端上有淬冷液形成液幕，增加蒸汽孔喷入后与淬冷液的接触面积，大大提高了淬冷效率；注入孔用于补充淬冷液，保证淬冷液不会因为随着产物的输出而减少；在罐体上，其底端与循环装置一端连接，其液面以上部位与喷嘴连接，保证了循环泵的正常工作；罐体上，在液面以上部位还设有喷孔，用于喷入蒸汽或高温的雾气使其与淬冷液充分接触淬冷。
淬冷装置的使用方法步骤中，S1中淬冷液是新鲜的，也可以是不新鲜的，但必须是可达到淬冷效果的，在生产不溶性硫磺时，蒸汽是硫磺蒸汽一般选择二硫化碳或四硫化碳溶液，优选二硫化碳溶液；S2中喷入的直接是加热生成的蒸汽，当生产不溶性硫磺时，硫磺需要在450～1500℃的温度下生成硫磺蒸汽；喷入蒸汽或高温的雾气每小时喷入100～500Kg、搅拌机转速在5～1500转/min，以及S3中罐体温度控制在5～85℃、压力为1～3个大气压、淬冷液注入孔的注入流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的2～4倍、出料孔流量是注入孔注入流量的1～1.5倍、循环泵流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的20～400倍；均是经过大量实验和时间得到的有效参数。
蒸汽或高温的雾气与淬冷液接触，即气液两相接触，增加了与冷却介质的接触面积；此外，有效利用了罐体内壁面积，均有利于硫磺的淬冷吸收。改变了传统冷却介质直接冲击液体硫磺的做法，形成后的液幕一方面增加了与气液两相的接触面积，另一方面可使冷却介质液幕对气液两相使得淬冷更为充分细致，避免了传统淬冷过程中的粗犷做法。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：淬冷后的产品颗粒细致、纯度高、分散性好，且节约生产成本，生产效率大大提升；使用方法操作简单，生产可控，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明淬冷装置的一种结构示意图。
图2为本发明淬冷装置的第二种结构示意图。
图3为本发明淬冷装置的第三种结构示意图。
图4为本发明淬冷装置的第四种结构示意图。
图5为本发明淬冷装置的第五种结构示意图。
图6为本发明淬冷装置的第六种结构示意图。
图7为本发明淬冷装置中喷嘴出液面的一种示意图。
图8为本发明淬冷装置中喷嘴出液面的第二种示意图。
图9为本发明淬冷装置中喷嘴出液面的第三种示意图。
图10为本发明淬冷装置中喷嘴的一种结构示意图。
图中：1.罐体；2.搅拌装置；3.循环装置；4.淬冷液；5.出料孔；6.循环泵；7.注入孔；8.喷嘴；9.管道；10.喷孔；11.圆孔；12.方形孔；13.出液孔；14.过滤器；15.检修孔；16.压力调节装置；17.温度调节装置；18.电动机；19.传动轴；20.搅拌叶；21.水平传动轴；22.竖直传动轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，一种淬冷装置，包括罐体1、搅拌装置2和循环装置3；罐体1可以为椎形或冠形；搅拌装置2固定在罐体1上，罐体1内装有淬冷液4，罐体1底部设有出料孔5，循环装置3包括循环泵6、管道9、注入孔7和喷嘴8，循环泵6和喷嘴8通过管道9连接，注入孔7直接设在管道9上；在罐体1上，其底端与循环装置3一端连接，其液面以上部位与喷嘴8连接；罐体1上，在液面以上部位还设有喷孔10。
本发明中，一种淬冷装置，包括罐体1、搅拌装置2和循环装置3；搅拌装置2固定在罐体1上，罐体1内装有淬冷液4，搅拌装置2用于搅拌冷却液4，一是保证淬冷效果，二是防止蒸汽淬冷后的沉淀物结块；罐体1底部设有出料孔5，保证淬冷处理后的产物的输出；循环装置3包括循环泵6、管道9、注入孔7和喷嘴8，循环泵6和喷嘴8通过管道9连接，注入孔7直接设在管道9上，循环泵6将淬冷液4运输到喷嘴8，根据不同形状的喷嘴8形成不同的液幕并使淬冷液4源源不断的保证罐体1内壁上或/和罐体1顶端形成淬冷液4液幕，增加喷孔10喷入后与淬冷液4的接触面积，大大提高了淬冷效率；注入孔7用于补充淬冷液4，保证淬冷液4不会因为随着产物的输出而减少；在罐体1上，其底端与循环装置3一端连接，其液面以上部位与喷嘴8连接，保证了循环泵6的正常工作；罐体1上，在液面以上部位还设有喷孔10，用于喷入蒸汽或高温的雾气使其与淬冷液4充分接触淬冷。
进一步地，喷嘴8有多种，如图8所示，喷嘴8出液面为均匀分布的圆孔11，其直径在6至40mm；也如图7所示，喷嘴8出液面出液位置为环形，保证可向四周喷出淬冷液4；还可以如图9所示，中间设有一个方形孔12，淬冷液4由方形孔12中喷出；还可以是扇形孔或几个扇形孔的组合，均是根据不同位置的需要进行设置。
进一步地，如图2、图4和图10所示，喷嘴8背部也设有出液孔13，保证喷嘴8背面也可以有淬冷液4喷出，更加合理的利用了罐体1的罐壁面积，杜绝了淬冷死角的存在，增加了淬冷液4与蒸汽或高温的雾气的接触面积。
进一步地，喷嘴8和喷孔10的数量均为1个或1个以上，喷嘴8和喷孔10位置高于淬冷液4液面。喷孔10和喷嘴8均设置在罐体1上，且位置均在液面以上位置；数量均为1个或1个以上的组合。优选地，喷嘴8数量为1个，位置在罐体1顶部，形状如图2所示，保证淬冷液4可以持续不断地存在于罐体1内壁上，进而与蒸汽或高温的雾气充分接触；喷孔10为1个或1个以上设置在罐体1内壁上。优选地，如图6所示，也可以是喷孔10设置在罐体1顶部，而多个喷嘴8设置在罐体1内壁上，保证淬冷液4可持续不断的在罐体1内壁上存在，同时在喷嘴8喷出淬冷液4在罐体1内部时也可以与蒸汽或高温的雾气进行接触，同样可以很好的对蒸汽或高温的雾气进行淬冷。
进一步地，喷嘴8的设置中，如图6所示，可以每个喷嘴8连接1个循环泵6，也可以2个或2个以上喷嘴8连接1个循环泵6；前者可以使用循环泵流量较小的循环泵6，后者相对使用循环泵流量较大的循环泵6。
进一步地，如图1至图6所示，循环装置3还包括过滤器14，过滤器14通过管道9与循环泵6和喷嘴8连接。过滤器14主要是在有大颗粒产生时对其进行过滤，防止大颗粒或其他杂质堵塞喷嘴8，进而影响喷嘴8效果造成喷出淬冷液4接触面积的影响，进而影响淬冷效果。
进一步地，如图1至图6所示，罐体1顶部或/和底部还设有检修孔15。检修孔15的设置方便工作人员进行检修，由于罐体1较高，罐体1内部还可以设有爬梯，爬梯固定在罐体1内壁上，方便人员进行检修。
进一步地，如图1至图6所示，本发明方案中还包括压力调节装置16或/和温度调节装置17；压力调节装置16设置在罐体1上，温度调节装置17通过管道9与过滤器14和喷嘴8连接。温度调节装置15主要起到调节温度的效果；压力调节装置16起到调节罐体1内部压力的作用，可以为压力调节阀。
进一步地，搅拌装置2包括电动机18、传动轴19和搅拌叶20；电动机18与传动轴19连接，搅拌叶20固定在传动轴19上。如图1至图6所示，电动机18带动传动轴19转动，进而传动轴19带动搅拌叶20进行旋转，起到搅拌作用。
进一步地，如图1、图5和图6所示，电动机18在罐体1顶部，搅拌叶20伸入至淬冷液4中。这样传动轴19和搅拌叶20均设置在罐体1内部。
进一步地，电动机18在罐体1外部固定，传动轴19穿过罐体1将搅拌叶20伸入至淬冷液4中。如图4所示，电动机18直接固定在罐体1外部，可以采用支撑固定方式，也可以采用连接杆采用焊接等方式直接固定在罐体1上的方式，还可以采用其他固定方式；传动轴19伸入罐体1内带动搅拌叶20转动；如图2和图3所示，转动轴19分为水平传动轴21和竖直传动轴22，竖直电动轴2是通过固定杆直接固定在罐体1内壁上；电动机18带动水平传动轴21转动，水平传动轴21与竖直传动轴22通过锥形齿轮连接，将水平旋转转变为竖直方向上的转动，进而带动搅拌叶20转动，起到搅拌作用。
一种淬冷装置的使用方法，包括以下步骤：
S1，向罐体1内注入新鲜的淬冷液4，并开启循环泵6；
S2，通过喷孔10向罐体1内喷入蒸汽或高温的雾气，每小时喷入100～500Kg；同时开启搅拌装置2，保证搅拌速率在5～1500转/min；
S3，罐体1温度控制在5～85℃，压力为1～3个大气压；淬冷液4向注入孔7的注入流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的2～4倍，出料孔5流量是注入孔7注入流量的1～1.5倍，循环泵流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的20～400倍。
淬冷装置的使用方法步骤中，S1中淬冷液4是新鲜的，也可以是不新鲜的，但必须是可达到淬冷效果的，在生产不溶性硫磺时，蒸汽是硫磺蒸汽一般选择二硫化碳或四硫化碳溶液，优选二硫化碳溶液；S2中喷入的直接是加热生成的蒸汽或高温的雾气，当生产不溶性硫磺时，硫磺需要在450～1500℃的温度下生成硫磺蒸汽；喷入蒸汽或高温的雾气每小时喷入100～500Kg、搅拌装置2转速在5～1500转/min，以及S3中罐体1温度控制在5～85℃、压力为1～3个大气压、淬冷液4注入孔的注入流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的2～4倍、出料孔5流量是注入孔7注入流量的1～1.5倍、循环泵流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的20～400倍；均是经过大量实验和时间得到的有效参数。使用本发明中的淬冷装置和使用方法生产出的不溶性硫磺的颗粒均匀，分散性好，直径大小为3～55μm。
本发明中，假设原有罐体1为锥形，高7米，直径为2米；原有蒸汽或高温的雾气与淬冷液4的接触面只有淬冷液4液面，即S1=πr2=π*12=π；使用本发明淬冷装置后，液面距离圆柱体上部高度为h，一般为2米左右，此处取2米；顶面面积为S3，l为顶面锥形母线长，设为1米，则有：接触面积为S2= S1+2πr*h+ S3=π+4π+0.5*2πr*1=6π；由计算可知，在利用罐体1内壁时，接触面积为原来的5倍，而使用了顶面接触面积为原来的6倍。此外，在考虑罐体1内部空间内的液幕也增加了接触面积，均大大提高了淬冷效率。
应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。
Claims (9)
1.一种淬冷装置，包括罐体（1）、搅拌装置（2）和循环装置（3）；搅拌装置（2）固定在罐体（1）上，罐体（1）内装有淬冷液（4），罐体（1）底部设有出料孔（5），循环装置（3）包括循环泵（6）、管道（9）、注入孔（7）和喷嘴（8），循环泵（6）和喷嘴（8）通过管道（9）连接，注入孔（7）设在管道（9）上；其特征在于：在罐体（1）上，其底端与循环装置（3）一端连接，其液面以上部位与喷嘴（8）连接；罐体（1）上，在液面以上部位还设有喷孔（10）。
2.根据权利要求1所述的冷萃装置，其特征在于：喷嘴（8）和喷孔（10）的数量均为1个或1个以上, 喷嘴（8）和喷孔（10）位置高于淬冷液（4）液面。
3.根据权利要求1所述的冷萃装置，其特征在于：循环装置（3）还包括过滤器（14），过滤器（14）通过管道（9）与循环泵（6）和喷嘴（8）连接。
4.根据权利要求1所述的冷萃装置，其特征在于：罐体（1）顶部或/和底部还设有检修孔（15）。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的冷萃装置，其特征在于：还包括压力调节装置（16）或/和温度调节装置（17）；压力调节装置（16）设置在罐体（1）上，温度调节装置（17）通过管道（9）与过滤器（14）和喷嘴（8）连接。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的冷萃装置，其特征在于：搅拌装置（2）包括电动机（18）、传动轴（19）和搅拌叶（20）；电动机（18）与传动轴（19）连接，搅拌叶（20）固定在传动轴（19）上。
7.根据权利要求6所述的冷萃装置，其特征在于：电动机（18）在罐体（1）顶部，搅拌叶（20）伸入至淬冷液（4）中。
8.根据权利要求6所述的冷萃装置，其特征在于：电动机（18）在罐体（1）外部固定，传动轴（19）穿过罐体（1）将搅拌叶（20）伸入至淬冷液（4）中。
9.根据权利要1所述的淬冷装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，向罐体（1）内注入新鲜的淬冷液（4），并开启循环泵（6）；
S2，通过蒸汽喷孔（10）向罐体（1）内喷入蒸汽或高温的雾气，每小时喷入100～500Kg；同时开启搅拌装置（2），保证搅拌速率在5～1500转/min；
S3，罐体（1）温度控制在5～85℃，压力为1～3个大气压；淬冷液（4）注入孔（7）的注入流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的2～4倍，出料孔（5）流量是注入孔（7）注入流量的1～1.5倍，循环泵流量是喷入蒸汽或高温的雾气流量的20～400倍。
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