CN109224956A - 一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，包括装载有加热和控温系统的外锅、高速旋转剪切沥青的剪切转头以及容器盖与冷凝装置。试样盛放在保温桶内，由外锅对其加热，在加热过程中由转头对沥青进行高速剪切搅拌，蒸发溢出的溶剂通过密封盖顶部的导管,经过冷凝回流到回收容器中，方便重复利用。本装置可阻止改性沥青制备过程中化学气体逸出，同时回收利用溶剂；加热及控温装置底部设置压力传感器实时监测保温桶内沥青整体的质量变化，还建立了溶剂挥发量与实测转动扭矩之间的公式，以判断桶内沥青试样的状态，确定制备过程是否完成，节约人力成本；不需要人工观测或者进行重复性试验便可判断改性沥青的状态以及搅拌的完成情况。

Description

一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置
技术领域
本发明属于沥青加工实验仪器技术领域，具体涉及一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置。
背景技术
现阶段，我国制备改性沥青的方法主要有机械搅拌法、胶乳法、母体法、溶剂法等。其中在制备现阶段高等级路面最常用的SBS改性沥青时，就需要用到溶剂法。溶剂法作为制备改性沥青的一种常用方法，在全国各地广为应用。但溶剂法在使用过程中仍然存在一定的问题，那就是溶剂法中所用化学试剂一般是有机溶剂，在与沥青混合拌合的时候，通常采用蒸发法将有机溶剂除去，而“环保”的要求则不允许化学试剂直接逸散到空气中，而且试验中一般采用的有机溶剂均有一定量的毒性，不符合现阶段绿色发展的理念。
然而，现在一般溶剂法制备改性沥青时，溶剂逸散这个问题都被人忽略了，尤其是在实验室内，大部分学校的实验室采用的还是敞口式的沥青保温桶来加热搅拌沥青，溶剂气体大量逸散，无法继续回收利用，无形中提高了沥青的生产成本，此外，有毒气体逸散不仅会污染实验室以及周边环境，还会危害到学生的身体健康，因此如何解决气体逸散问题并将其回收利用俨然成为了一个重要话题。
另外现有的溶剂法制备改性沥青的试验中无法自动判断实验终点，需要频繁取样测试沥青样品的粘度和挥发量是否达到制备要求，来判断改性沥青的制备是否完成。这种方法需要人工长期观测，需要耗费的时间较长，多次取样测试也耗费了大量精力，并且由于该方法不能在线得到实时数据，导致测试结果延迟，不能及时判断沥青制备是否完成，导致不能及时停止加热和搅拌。如果过早停止搅拌和加热则沥青中可能存在较多的挥发分或粘度不达标，而过晚停止搅拌和加热则会造成能源浪费，还可能会导致沥青过度老化甚至裂解影响其性能。
中国专利CN206114461U公开了一种用于溶剂型改性沥青的试验装置，主要包括：其顶部开有搅拌孔、右侧面上方开有排风孔的恒温鼓风式烘箱，置于恒温鼓风式烘箱顶部的搅拌部件，置于恒温鼓风式烘箱右侧面上的抽、排风部件。该实用新型由市场购买的产品和材料按常规方法制作而成，装置结构简单、成本较低、安装及维护方便，其采用鼓风烘箱加热的方法，烘箱中始终处于干燥状态，方便试验过程中取出容器进行称量质量，由于容器外壁不会附有硅油，能在改性沥青挥发过程中取出准确称量其质量变化，且其中挥发性溶剂由废气管道排出，试验人员的健康得到保证。但是由于该装置仍然存在一些缺点：第一、测试重量时仍然需要取出容器进行测量，这样会中断实验进行，且在加热过程中多次取出称量质量存在不安全问题，测量较复杂，且无法事实监测重量变化；第二、改性过程中的沥青粘度无法实时测量，不能自动判断实验终点并停止搅拌和加热；第三、不方便回收挥发性物质。
发明内容
本发明目的是针对上述现状，旨在至少解决现有技术问题之一，设计一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，可以回收溶剂，并通过压力传感器实时检测沥青的重量，判断沥青中的挥发分含量进而控制实验终点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决：一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，包括保温桶、外锅、加热及控温装置、电子显示屏、冷凝装置以及压力传感器；
所述外锅通过电源插头与插座相连，外锅的底部设有加热及控温装置，外锅外壁上设有电子显示触控屏；
所述加热及控温装置中间设有凹槽，凹槽表面附着若干圈加热丝用于加热沥青试样；
所述电子显示屏依附于外锅的表面，上面含有控温、调温按钮，用于直观读取保温桶内沥青式样的实际温度并加以调控；
所述保温桶用于盛放沥青试样，嵌套在所述加热及控温装置的凹槽内部，保温桶上方设置外部密封盖；
所述压力传感器安装于加热及控温装置的最底端，用以称量保温桶内样品实时重量变化，并将其反馈在电子显示屏上；
所述外部密封盖通过冷凝装置与外部回收器皿相连接用于冷凝并回收化学气体。
具体地，所述保温桶内设置高速剪切转头用于搅拌沥青试样，所述高速剪切转头通过旋转连杆与装置外部密封盖相连接。
优选地，所述外部密封盖内部为圆形穹顶，盖顶部通过橡胶管连接冷凝装置进口，冷凝装置出口连接回收器皿。
优选地，所述高速剪切转头外罩上设置温度及扭矩感应片用于监测沥青试样内部温度以及旋转扭矩。
优选地，所述压力传感器、温度及扭矩感应片均与外部PLC控制系统连接，PLC控制系统与加热及控温装置、电子显示屏连接，PLC控制系统可以接收压力传感器及温度和扭矩感应片测得的数据并将其显示在电子显示屏上，设定PLC控制系统还可以自动调整控制温度。
优选地，PLC控制系统将压力传感器测得的数据转化为溶剂挥发量的数据，并传送到电子显示屏上显示。
优选地，PLC控制系统将温度和扭矩感应片测得的数据数据转化为测定温度下的沥青粘度的数据，并传送到电子显示屏上显示。
具体地，本发明将沥青粘度与转子的旋转扭矩结合到一起，建立了如下公式：
lnθ＝-0.3553lnx+3.2796
其中：θ——沥青旋转粘度，x——转子扭矩。
通过公式将转子扭矩转化为沥青的粘度，再通过电子显示屏实时显示粘度读数。
优选地，所述电子显示屏为电子显示触控屏，通过电子显示触控屏输入信息给PLC控制系统，调整设置参数和控制条件用于自动判断沥青制备完成的终点并自动控制搅拌装置和加热及控温装置的运行和停止。具体地，PLC控制器根据压力传感器和温度和扭矩感应片的实时数据判断沥青的粘度和挥发分是否到达设定的数值，并控制搅拌装置和加热及控温装置的运行和停止。
采用本发明的装置进行溶剂法制备沥青时，试样盛放在所述保温桶内，通电后加热及控温装置通过电热丝会对其进行加热，加热过程中由所述转头对沥青进行高速剪切搅拌，蒸发逸出的溶剂通过密封盖顶部的导管回收，经过冷凝之后，回流到预先设置好的回收容器中，方便重复利用。
相对现有技术，本发明的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置具有以下优点：
(1)装置为全密封式，溶剂在被加热的过程中不会逸散出装置，保证了实验室及周边环境的安全，同时也减少了有毒性的有机气体对于实验室学生身体的危害可能。
(2)本装置的密封盖为穹顶设计，有机溶剂经过加热蒸发之后，经由盖顶橡胶软管汇集，通过冷凝装置，将化学试剂液体重新回收至外部器皿当中，实现了循环利用有机溶剂的目的，节约了改性沥青生产成本。
(3)本装置设有电子显示触控屏，可以显示测得的内部沥青试样的实时温度、重量、粘度等数据，方便快捷，实现装置一体化。
(4)本发明建立粘度与扭矩关系公式，以及挥发分图谱，判断用于沥青是否制备完成，通过电子显示触控屏直接调整设定参数和控制条件，通过PLC控制器自动控制搅拌和加热，实现自动化控制，无需人工长期观测和多次取样，节省人力资源，提高效率。
(5)本发明装置结构简单、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置下部的保温桶和外锅的结构示意图；
图2为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置顶部的冷凝装置和外部密封盖的结构示意图；
图3为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置中加热及控温装置的结构示意图；
图4为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置中保温桶的结构示意图；
图5为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置中高速剪切转头的示意图；
图6为本发明实施例1的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置中冷凝装置的示意图；
图7为本发明实施例1建立的不同温度下溶剂残余量与扭矩之间的关系图谱。
图中各主要附图标记的含义为：1、冷凝装置；2、外锅；3、保温桶；4、加热及控温装置；5、外部密封盖；6、连杆；7、高速剪切转头；8、温度及扭矩感应片；9、电子显示屏；10、电源插头；11、玻璃汇流导管；12、回收器皿；13、压力传感器。
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，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体附图仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1到6所示，本实施例提出了一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，包括保温桶3、外锅2、加热及控温装置4、电子显示屏9、冷凝装置1以及压力传感器13。
如图1所示，其下部结构包括装载有加热及控温装置4的外锅2，用于存放沥青的保温桶3；所述外锅通过电源插头与插座相连，外锅的底部设有加热及控温装置，外锅外壁上设有电子显示触控屏；所述加热及控温装置中间设有凹槽，凹槽表面附着若干圈加热丝用于加热沥青试样；所述电子显示屏依附于外锅的表面，上面含有控温、调温按钮，用于直观读取保温桶内沥青式样的实际温度并加以调控；所述保温桶用于盛放沥青试样，嵌套在所述加热及控温装置的凹槽内部。加热及控温装置的最底端装有压力传感器13，用以称量保温桶内样品实时重量变化，并将其反馈在电子显示屏9上；
溶剂法制备沥青时，试样盛放在所述保温桶3内，由外锅2上的电源插头10接通电源后对其进行加热。
如图2所示，其顶部结构包括设置在保温桶上方的外部密封盖5和冷凝装置1；外部密封盖5下端通过连杆6连接高速剪切转头7用于搅拌保温桶内沥青；所述外部密封盖5内部为圆形穹顶，外部密封盖5的盖顶部通过橡胶管连接冷凝装置1进口，冷凝路径为玻璃汇流导管11，冷凝装置1的出口连接外部回收器皿12，最终冷凝的化学试剂液体汇集到外部回收器皿12；所述高速剪切转头7的外罩上设置温度及扭矩感应片8用于监测沥青试样内部温度以及旋转扭矩。在整个加热和保温过程中，由所述高速剪切转头7对沥青进行高速剪切搅拌，蒸发溢出的溶剂通过密封盖顶部的玻璃汇流导管11回收，经过冷凝装置1的冷凝过程，最终回流到预先设置好的回收器皿12中，方便重复利用。
所述电子显示屏为电子显示触控屏可以预设搅拌温度并连接温度及扭矩感应片和压力传感器，实时显示温度、扭矩、压力等数据。
使用时，先将电源插头10与插座相连，启动机器，在电子显示屏9上设定好此次沥青拌和的预设温度，并将溶解了改性剂的溶剂与基质沥青一并倒入保温桶3内。试样放置完成后，盖上外部密封盖5；密封后，在电子显示屏9上启动试验，并观测实时温度与扭矩。
通过实验建立本发明装置中沥青粘度和扭矩的关系为lnθ＝-0.3553lnx+3.2796，其中：θ为沥青旋转粘度，x为转子扭矩。可建立一种沥青在不同温度下溶剂残余量与扭矩之间的关系图谱，如图7所示，当电子显示屏9上显示的扭矩大于某一限值时，溶剂残余量趋近于零，可认定搅拌已经完成，手动停止搅拌和加热，然后回收外部回收器皿12内的溶剂。
本实施例的沥青改性搅拌装置可回收挥发性物质，不会危害操作人员的身体健康，且可重复利用降低制备成本；且通过建立溶剂挥发量与实测转动扭矩之间的公式，通过实时检测扭矩就可以判断桶内沥青试样的状态，确定制备过程是否完成，节约人力成本；不需要人工观测或者进行重复性试验便可判断改性沥青的状态以及搅拌的完成情况。
实施例2
相比实施例1，本实施例的所述压力传感器、温度及扭矩感应片均与外部PLC控制系统连接，PLC控制系统与加热及控温装置、电子显示屏连接，PLC控制系统可以接收压力传感器及温度和扭矩感应片测得的数据，并将温度数据实时显示在电子显示屏上，PLC控制系统将压力传感器测得的数据转化为溶剂挥发量的数据并传送到电子显示屏上显示；PLC控制系统将温度和扭矩感应片测得的数据数据转化为测定温度下的沥青粘度的数据，并传送到电子显示屏上显示；设定PLC控制系统还可以自动调整控制温度；通过电子显示触控屏可以设置沥青制备结束时的沥青粘度和挥发分的范围，PLC控制器根据压力传感器和温度和扭矩感应片的实时数据判断沥青的粘度和挥发分是否到达设定的数值范围，并自动控制搅拌装置和加热及控温装置的运行和停止。
本实施例粘度和挥发分等数据直接显示在电子显示屏上，更加方便人直观判断制备进度，也可采用手动控制停止机器，相对实施例1更加方便及时。通过电子显示触控屏预设制备过程终点的条件，并通过PLC接收温度和扭矩感应片及压力传感器数据自动监测是否到达终点条件，可自动控制搅拌装置和加热及控温装置的运行和停止，不用人工换算后再手动停止机器。当对多种不同组成的沥青进行改性时，沥青的粘度和挥发分的对应关系图谱并不单一，通过两个粘度和挥发分两个量同时控制制备终点的方法适用性更好且更加准确。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，包括保温桶、外锅、加热及控温装置、电子显示屏、冷凝装置以及压力传感器；
所述外锅通过电源插头与插座相连，外锅的底部设有加热及控温装置，外锅外壁上设有电子显示触控屏；
所述加热及控温装置中间设有凹槽，凹槽表面附着若干圈加热丝用于加热沥青试样；
所述电子显示屏依附于外锅的表面，上面含有控温、调温按钮，用于直观读取保温桶内沥青式样的实际温度并加以调控；
所述保温桶用于盛放沥青试样，嵌套在所述加热及控温装置的凹槽内部，保温桶上方设置外部密封盖；
所述压力传感器安装于加热及控温装置的最底端，用以称量保温桶内样品实时重量变化，并将其反馈在电子显示屏上；
所述外部密封盖通过冷凝装置与外部回收器皿相连接用于冷凝并回收化学气体。
2.根据权利要求1所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，所述保温桶内设置高速剪切转头用于搅拌沥青试样，所述高速剪切转头通过旋转连杆与装置外部密封盖相连接。
3.根据权利要求1所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，所述外部密封盖内部为圆形穹顶，盖顶部通过橡胶管连接冷凝装置进口，冷凝装置出口连接回收器皿。
4.根据权利要求2所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，所述高速剪切转头外罩上设置温度及扭矩感应片用于监测沥青试样内部温度以及旋转扭矩。
5.根据权利要求4所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，所述压力传感器、温度及扭矩感应片均与外部PLC控制系统连接，PLC控制系统与加热及控温装置、电子显示屏连接，PLC控制系统可以接收压力传感器及温度和扭矩感应片测得的数据并将其显示在电子显示屏上，设定PLC控制系统还可以自动调整控制温度。
6.根据权利要求5所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，PLC控制系统将压力传感器测得的数据转化为溶剂挥发量的数据，并传送到电子显示屏上显示。
7.根据权利要求5所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，PLC控制系统将温度和扭矩感应片测得的数据数据转化为测定温度下的沥青粘度的数据，并传送到电子显示屏上显示。
8.根据权利要求7所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，沥青粘度和扭矩的关系为lnθ＝-0.3553lnx+3.2796，其中：θ为沥青旋转粘度，x为转子扭矩。
9.根据权利要求5到8任一项所述的用于溶剂法制备改性沥青的搅拌装置，其特征在于，所述电子显示屏为电子显示触控屏，通过电子显示触控屏输入信息给PLC控制系统，调整设置参数和控制条件用于自动判断沥青制备完成的终点并自动控制搅拌装置和加热及控温装置的运行和停止。
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