CN110016356B - 一种5kg实验室用自动化裂解设备及裂解方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种5KG实验室用自动化裂解设备及裂解方法，包括机架，机架顶部固定安装有裂解炉，裂解炉一侧连接有控制驱动机构，裂解炉的另一侧连接有尾气处理机构，裂解炉内部设置有裂解床，裂解床上设置有物料网，裂解炉表面覆盖有保温隔热毛毡，裂解炉的外侧设置有冷却水管网络，该装置成品更低、试验周期较短、数据可靠性更高、试验条件更容易控制，有利于获取更精准的实验数据；同时，该装置加热更加稳定，可以避免设备受热变形或产生偏差，避免料在裂解过程中发生黏连、粘壁、炭黑焦化等问题；此外，该装置密封效果更好，能够有效避免气体或裂解残渣的泄漏，避免对实验结果产生不良影响、避免污染实验环境以及损害工作人员的健康。

Description

一种5KG实验室用自动化裂解设备及裂解方法

技术领域

本发明实施例涉及橡胶裂解技术领域，具体涉及一种5KG实验室用自动化裂解设备及裂解方法。

背景技术

橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度(Tg)低，分子量往往很大，大于几十万。早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。橡胶是高弹性的高分子化合物，橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

废旧橡胶的处理是当前社会重要的难题，废旧橡胶处理不善，不仅会造成资源的浪费，还会严重影响生态环境。因此，对于废旧橡胶的裂解研究尤为重要，但是，当前市场上很少有专门研究橡胶裂解的实验设备，如果以工业化裂解设备作为实验仪器会有以下缺陷：

(1)工业化裂解设备价格高昂，会增加试验成本，且工业化裂解设备试验周期长、数据可靠性低、试验条件难以控制，不利于获取精准实验数据；

(2)工业化裂解设备加热不稳定，容易使设备受热变形或产生偏差，影响设备正常运转，且容易使物料在裂解过程中发生黏连、粘壁、炭黑焦化等问题；

(3)工业化裂解设备密封效果较差，容易造成气体或裂解残渣的泄漏，不仅影响实验结果，还会对工作人员的健康产生影响，同时，无法做到有效的尾气处理，容易造成环境污染。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种5KG实验室用自动化裂解设备及裂解方法，该装置成品更低、试验周期较短、数据可靠性更高、试验条件更容易控制，有利于获取更精准的实验数据；同时，该装置加热更加稳定，可以避免设备受热变形或产生偏差，避免料在裂解过程中发生黏连、粘壁、炭黑焦化等问题；此外，该装置密封效果更好，能够避免气体或裂解残渣的泄漏，避免影响实验结果和工作人员的健康，且能够做到有效的尾气处理，避免污染环境，能有效解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种5KG实验室用自动化裂解设备，包括机架，所述机架的顶部固定安装有裂解炉，所述裂解炉的一侧连接有控制驱动机构，且裂解炉的另一侧连接有尾气处理机构，所述裂解炉的内部设置有裂解床，且裂解床上设置有物料网，所述裂解炉的表面覆盖有保温隔热毛毡，且裂解炉的外侧设置有冷却水管网络；

所述控制驱动机构包括安装在机架上的驱动气缸，且驱动气缸的输出端通过伸缩轴连接有裂解炉端盖，所述裂解炉的上、下侧均设置有端盖导杆，所述裂解炉端盖的上、下端均设置有与端盖导杆匹配的导孔，所述伸缩轴的顶端设置有电机架，且电机架上固定安装有驱动电机，所述机架上设置有控制驱动气缸和驱动电机工作的控制台，所述驱动电机的输出端通过联轴器连接有旋转轴，且旋转轴穿过裂解炉端盖与裂解床连接，所述裂解炉端盖的侧面设置有与旋转轴对应的旋转孔，且旋转轴通过动态密封结构与旋转孔连接。

进一步地，所述裂解炉的外侧包覆有电磁加热线圈，所述机架的底部安装有控制电磁加热线圈加热的电磁加热控制箱，所述裂解炉的侧端设置有温度传感器安装槽和氮气通入口。

进一步地，所述尾气处理机构包括通风柜，且通风柜内固定安装有若干个冷凝管，相邻的所述冷凝管首尾均通过导气管连接，且最外侧的冷凝管底部通过尾气管与裂解炉连接，所述冷凝管的底端均连接有裂解油收集瓶，且最内侧的冷凝管顶部依次通过玻璃管连接有尾气收集瓶和尾气处理瓶。

进一步地，所述尾气处理瓶连接有排放管，且排放管的底部设置有尾气点燃装置，所述通风柜内设置有灭火器箱。

进一步地，所述动态密封结构包括设置在旋转孔内的内凹槽，且内凹槽内设置有两个轴套，所述轴套的外侧均连接有与旋转轴匹配的轴承，且内侧轴承的侧端通过压环与内凹槽的侧壁连接，所述压环与内凹槽的侧壁之间填充有第一石墨盘根。

进一步地，所述轴套的内侧均设置有极靴，且两个极靴之间设置有永久磁圈，所述极靴的内圈开设有若干个上沟槽，所述旋转轴的表面开设有与上沟槽对应的下沟槽，且上沟槽和下沟槽之间均填充有磁流体。

进一步地，所述裂解炉端盖的外圈开设有与裂解炉端口匹配的环形密封槽，所述裂解炉的端口外侧设置有若干个密封小槽，且密封小槽和环形密封槽内均填充有第二石墨盘根。

另外，本发明还提供了一种5KG实验室用自动化裂解设备裂解方法，包括如下步骤：

S100、选定裂解设备裂解控制模式；

S200、将试验材料放入裂解炉并通过控制驱动机构使裂解炉闭合；

S300、电磁加热控制箱根据控制台传输的试验参数对裂解炉进行加热；

S400、通过尾气处理机构完成尾气的收集和处理。

进一步地，在步骤S100中，裂解控制模式包括全自动裂解模式和半自动分步裂解模式。

进一步地，在步骤S300中，对裂解炉进行加热的具体操作为：

S301、根据设定的试验参数对裂解炉进行加热并计时；

S302、若裂解炉当前温度小于预设温度，则继续加热并计时；

S303、若裂解炉当前温度大于或等于预设温度，则停止加热，并比较加热时长和预设时长；

S304、若加热时长大于或等于预设时长，则结束加热进程；

S305、若加热时长小于预设时长，则延迟一定时间，并不断比较当前温度和预设温度；

S306、若加热时长小于预设时长且当前温度小于预设温度，则继续加热并计时，直至加热时长大于或等于预设时长，且当前温度大于或等于预设温度，结束加热进程。

本发明实施例具有如下优点：

(1)本发明成品更低、试验周期较短、数据可靠性更高、试验条件更容易控制，有利于获取更精准的实验数据；

(2)本发明加热更加稳定，可以避免设备受热变形或产生偏差，避免料在裂解过程中发生黏连、粘壁、炭黑焦化等问题；

(3)本发明密封效果更好，能够避免气体或裂解残渣的泄漏，避免影响实验结果和工作人员的健康，且能够做到有效的尾气处理，避免污染环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的动态密封结构竖截面结构示意图；

图3为本发明的整体流程示意图；

图4为本发明的裂解炉加热流程示意图。

图中：

1-机架；2-裂解炉；3-控制驱动机构；4-尾气处理机构；5-裂解床；6-物料网；7-保温隔热毛毡；8-冷却水管网络；9-动态密封结构； 10-电磁加热线圈；11-电磁加热控制箱；12-温度传感器安装槽；13-氮气通入口；14-环形密封槽；15-密封小槽；16-第二石墨盘根；

301-驱动气缸；302-伸缩轴；303-裂解炉端盖；304-端盖导杆； 305-导孔；306-电机架；307-驱动电机；308-控制台；309-联轴器； 310-旋转轴；311-旋转孔；

401-通风柜；402-冷凝管；403-导气管；404-尾气管；405-裂解油收集瓶；406-玻璃管；407-尾气收集瓶；408-尾气处理瓶；409-排放管；410-尾气点燃装置；411-灭火器箱；

901-内凹槽；902-轴套；903-轴承；904-压环；905-第一石墨盘根；906-极靴；907-永久磁圈；908-磁流体。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种5KG实验室用自动化裂解设备，包括机架1，机架1的顶部固定安装有裂解炉2，裂解炉2用于完成橡胶的加热裂解过程，裂解炉2的一侧连接有控制驱动机构3，且裂解炉 2的另一侧连接有尾气处理机构4，通过该装置进行橡胶裂解试验，成品更低、试验周期较短、数据可靠性更高、试验条件更容易控制，有利于获取更精准的实验数据。

裂解炉2的内部设置有裂解床5，且裂解床5上设置有物料网6，裂解床5在裂解炉2内活动安装，能够实现旋转和左右移动，物料网6用于放置待裂解的橡胶，裂解炉2的表面覆盖有保温隔热毛毡7，保温隔热毛毡7为硅酸铝纤维毡等，能够在保温的同时，隔绝热量，避免工作人员烫伤，裂解炉2的外侧设置有冷却水管网络8，冷却水管网络8能够为除裂解炉2外的各部分降温，能够在保证设备寿命的同时，使电机工作环境温度适宜,避免电机因高温而导致停止工作。

裂解炉2的外侧包覆有电磁加热线圈10，机架1的底部安装有控制电磁加热线圈10加热的电磁加热控制箱11，通过电磁加热线圈10对裂解炉2进行加热，可以避免明火，且加热速率高、加热稳定、容易控制、节能环保，可以避免设备受热变形或产生偏差，同时，在控制部分可对加热速率进行调整，对于试验来说变量可控，使实验过程严谨缜密。

裂解炉2的侧端设置有温度传感器安装槽12和氮气通入口13，温度传感器安装槽12内安装有温度传感器，温度传感器与控制系统连接，用于实时测量裂解炉2的加热温度，氮气通入口13用于向裂解炉2内充入氮气，具体实施时，可以在裂解炉2加热前充入，以调节裂解炉2内气体组成，也可以在实验结束后充入，能够使裂解炉2内裂解油气充分排出。

控制驱动机构3包括安装在机架1上的驱动气缸301，且驱动气缸 301的输出端通过伸缩轴302连接有裂解炉端盖303，裂解炉2的上、下侧均设置有端盖导杆304，裂解炉端盖303的上、下端均设置有与端盖导杆304匹配的导孔305，当驱动气缸301工作时，能够使裂解炉端盖303 沿着端盖导杆304滑动，从而实现裂解炉2的开盖、合盖以及保压的动力，而不需要人工操作，更加方便快捷,且可以避免人手工操作时被裂解余温烫伤。

裂解炉端盖303的外圈开设有与裂解炉2端口匹配的环形密封槽14，裂解炉2的端口外侧设置有若干个密封小槽15，且密封小槽15和环形密封槽14内均填充有第二石墨盘根16，通过设置环形密封槽14、密封小槽15和第二石墨盘根16，能够实现裂解炉端盖303端盖处的静密封，避免气体或裂解残渣泄漏，避免影响试验结果。

伸缩轴302的顶端设置有电机架306，且电机架306上固定安装有驱动电机307，机架1上设置有控制驱动气缸301和驱动电机307工作的控制台308，控制台308内安装有控制系统，驱动电机307的输出端通过联轴器309连接有旋转轴310，且旋转轴310穿过裂解炉端盖303与裂解床 5连接，当驱动气缸301工作，使伸缩轴302带动裂解炉端盖303移动时，驱动电机307、旋转轴310和裂解床5能够跟着移动，从而实现物料的装填，同时，当驱动电机307工作时，能够使裂解床5跟着转动，驱动电机307为直流电机，具有转速可调功能，裂解过程中可随时适当根据需要调整转速,能够有效防止物料在裂解过程中发生黏连、粘壁以及炭黑焦化等问题。

裂解炉端盖303的侧面设置有与旋转轴310对应的旋转孔311，且旋转轴310通过动态密封结构9与旋转孔311连接。

动态密封结构9包括设置在旋转孔311内的内凹槽901，且内凹槽 901内设置有两个轴套902，轴套902的外侧均连接有与旋转轴310匹配的轴承903，通过设置轴承903，能够避免影响旋转轴310的旋转，内侧轴承903的侧端通过压环904与内凹槽901的侧壁连接，压环904与内凹槽901的侧壁之间填充有第一石墨盘根905，压环904能够将第一石墨盘根905压紧并形成第一道密封，可以在阻断部分气体泄漏的同时有效减少热量的传递，避免造成热量损失。

轴套902的内侧均设置有极靴906，且两个极靴906之间设置有永久磁圈907，永久磁圈907为耐700℃以上高温的铝镍钴磁铁，极靴906的内圈开设有若干个上沟槽，旋转轴310的表面开设有与上沟槽对应的下沟槽，这样经过极靴906的磁感线会集中在沟槽突起上强化磁力，上沟槽和下沟槽之间均填充有磁流体908，磁流体908受磁力的作用聚集在沟槽突棱地方，磁流体908起到高滑动性、高密封性作用，该密封方式尤其是对气体密封有很优异的作用，同时对裂解残渣包括无机物以及炭黑等物料的密封效果也很好，能够避免气体或裂解残渣的泄漏，避免影响实验结果和工作人员的健康。

尾气处理机构4包括通风柜401，且通风柜401内固定安装有若干个冷凝管402，相邻的冷凝管402首尾均通过导气管403连接，且最外侧的冷凝管402底部通过尾气管404与裂解炉2连接，使得橡胶裂解产生的尾气能够进入冷凝管402中，冷凝管402的底端均连接有裂解油收集瓶 405，最内侧的冷凝管402顶部依次通过玻璃管406连接有尾气收集瓶407 和尾气处理瓶408，裂解油气从裂解炉2进入冷凝管402后分别冷凝为重质油、中质油、轻质油，并且分别收集在裂解油收集瓶405内，未冷凝气体或无法冷凝气体先进入尾气收集瓶407内以便后期测定尾气各成分，再进入尾气处理瓶408内，该瓶内有微酸液体来处理有毒气体。

尾气处理瓶408连接有排放管409，且排放管409的底部设置有尾气点燃装置410，通风柜401内设置有灭火器箱411，尾气点燃装置410用于将尾气内各种烃类成分点燃处理，以达标排放到大气中，该冷凝各连接接口采用耐高温陶瓷胶连接，密封效果优异，采用玻璃仪器作为冷凝以及尾气洗气装置，冷凝效果好，管道存气少，连接方便，能够较好解决油液挂壁现象，组装灵活性大，可根据需要自由搭配组件，同时，采用尾气处理瓶408以及尾气点燃装置409为尾气处理提供双重保障,使尾气能够排放达标，避免污染环境。

另外，如图3和图4所示，本发明还提供了一种5KG实验室用自动化裂解设备裂解方法，包括如下步骤：

步骤S100、选定裂解设备裂解控制模式。

在步骤S100中，裂解控制模式包括全自动裂解模式和半自动分步裂解模式，其中，全自动裂解模式提供集成一键自动裂解功能，该功能在完成裂解参数设定后，可自行完成包括由气缸控制的关闭(开启)裂解炉端盖，由可调速的直流电机控制的裂解床转动，由电磁加热系统控制的裂解炉加热，由电磁阀控制的氮气供给站填充氮气，由温度传感器反馈的当前裂解炉内温度。其中可控制参数有终止裂解温度T1(≤650℃)、升温速率Ta(5～20℃/min)、裂解床转速V(15～90r/min)、裂解时间S (≤3h)、氮气供给量VN2(0～1.2L)，采用该种模式能够在确定裂解实验方案后更严格的按照实验方案进行实验研究，避免人工操作过程中出现失误现象。

半自动分步裂解模式是指裂解分步完成，在该模式下裂解过程中各个组成部分分别由试验人员操控，该模式适合用于对该设备裂解过程有充分了解的实验人员，便于检验设备气密性，以及维修工作，使裂解过程更灵活。

当然，也可以将两种控制模式结合在一起使用，能够完成“单次多组”、“多次多组”不同裂解实验变量自动控制，避免频繁设定裂解工艺参数，同时也避免因人工设定参数时失误所带来的一些列麻烦，节省时间又能够保证裂解实验科学严谨的进行。

步骤S200、将试验材料放入裂解炉并通过控制驱动机构使裂解炉闭合。

具体操作时，首先将需要裂解的废橡胶或废轮胎样品放到物料网内，控制台发出开启气缸开关指令，气缸推动裂解炉端盖、电机座和电机，使裂解炉闭合；接下来控制台根据所设置参数中是否需要通入氮气，下达开启氮气通知开关指令或者跳过该步骤。

步骤S300、电磁加热控制箱根据控制台传输的试验参数对裂解炉进行加热，同时设备冷却系统开始工作。

在步骤S300中，对裂解炉进行加热的具体操作为：

根据设定的试验参数对裂解炉进行加热并计时，试验参数包括预设温度、加热速率、裂解时间等；若裂解炉当前温度小于预设温度，则继续加热并计时；若裂解炉当前温度大于或等于预设温度，则停止加热，并比较加热时长和预设时长。

若加热时长大于或等于预设时长，则结束加热进程；若加热时长小于预设时长，则延迟一定时间，并不断比较当前温度和预设温度；若加热时长小于预设时长且当前温度小于预设温度，则继续加热并计时，直至加热时长大于或等于预设时长，且当前温度大于或等于预设温度，结束加热进程。

步骤S400、通过尾气处理机构完成尾气的收集和处理。

裂解油器经玻璃冷凝网冷却后可分为重油、柴油及轻汽油三类裂解油品，或者实验人员可根据需要自行添加冷凝管，及收集瓶数量；在尾气部分终端分别设置尾气收集装置、尾气处理装置以及尾气点燃装置，对尾气完成收集、处理，以防止裂解油气污染实验室环境，影响试验人员身体健康；最后控制台根据所设定裂解试验时间终止对裂解炉的加热，然后控制氮气充入开关向裂解炉内充入氮气以达到将炉内裂解油气充分排出的目的，以实现严格控制试验精确度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种5KG实验室用自动化裂解设备，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）的顶部固定安装有裂解炉（2），所述裂解炉（2）的一侧连接有控制驱动机构（3），且裂解炉（2）的另一侧连接有尾气处理机构（4），所述裂解炉（2）的内部设置有裂解床（5），且裂解床（5）上设置有物料网（6），所述裂解炉（2）的表面覆盖有保温隔热毛毡（7），且裂解炉（2）的外侧设置有冷却水管网络（8）；

所述控制驱动机构（3）包括安装在机架（1）上的驱动气缸（301），且驱动气缸（301）的输出端通过伸缩轴（302）连接有裂解炉端盖（303），所述裂解炉（2）的上、下侧均设置有端盖导杆（304），所述裂解炉端盖（303）的上、下端均设置有与端盖导杆（304）匹配的导孔（305），所述伸缩轴（302）的顶端设置有电机架（306），且电机架（306）上固定安装有驱动电机（307），所述机架（1）上设置有控制驱动气缸（301）和驱动电机（307）工作的控制台（308），所述驱动电机（307）的输出端通过联轴器（309）连接有旋转轴（310），且旋转轴（310）穿过裂解炉端盖（303）与裂解床（5）连接，所述裂解炉端盖（303）的侧面设置有与旋转轴（310）对应的旋转孔（311），且旋转轴（310）通过动态密封结构（9）与旋转孔（311）连接；

所述裂解炉（2）的外侧包覆有电磁加热线圈（10），所述机架（1）的底部安装有控制电磁加热线圈（10）加热的电磁加热控制箱（11），所述裂解炉（2）的侧端设置有温度传感器安装槽（12）和氮气通入口（13）；

所述尾气处理机构（4）包括通风柜（401），且通风柜（401）内固定安装有若干个冷凝管（402），相邻的所述冷凝管（402）首尾均通过导气管（403）连接，且最外侧的冷凝管（402）底部通过尾气管（404）与裂解炉（2）连接，所述冷凝管（402）的底端均连接有裂解油收集瓶（405），且最内侧的冷凝管（402）顶部依次通过玻璃管（406）连接有尾气收集瓶（407）和尾气处理瓶（408）；

所述尾气处理瓶（408）连接有排放管（409），且排放管（409）的底部设置有尾气点燃装置（410），所述通风柜（401）内设置有灭火器箱（411）；

所述动态密封结构（9）包括设置在旋转孔（311）内的内凹槽（901），且内凹槽（901）内设置有两个轴套（902），所述轴套（902）的外侧均连接有与旋转轴（310）匹配的轴承（903），且内侧轴承（903）的侧端通过压环（904）与内凹槽（901）的侧壁连接，所述压环（904）与内凹槽（901）的侧壁之间填充有第一石墨盘根（905）；

所述轴套（902）的内侧均设置有极靴（906），且两个极靴（906）之间设置有永久磁圈（907），所述极靴（906）的内圈开设有若干个上沟槽，所述旋转轴（310）的表面开设有与上沟槽对应的下沟槽，且上沟槽和下沟槽之间均填充有磁流体（908）；

所述裂解炉端盖（303）的外圈开设有与裂解炉（2）端口匹配的环形密封槽（14），所述裂解炉（2）的端口外侧设置有若干个密封小槽（15），且密封小槽（15）和环形密封槽（14）内均填充有第二石墨盘根（16）。

2.一种5KG实验室用自动化裂解设备裂解方法，其特征在于，使用了权利要求1所述的自动化裂解设备，包括如下步骤：

S100、选定裂解设备裂解控制模式；

S200、将试验材料放入裂解炉并通过控制驱动机构使裂解炉闭合；

S300、电磁加热控制箱根据控制台传输的试验参数对裂解炉进行加热；

S400、通过尾气处理机构完成尾气的收集和处理。

3.根据权利要求2所述的一种5KG实验室用自动化裂解设备裂解方法，其特征在于：在步骤S100中，裂解控制模式包括全自动裂解模式和半自动分步裂解模式。

4.根据权利要求2所述的一种5KG实验室用自动化裂解设备裂解方法，其特征在于，在步骤S300中，对裂解炉进行加热的具体操作为：

S301、根据设定的试验参数对裂解炉进行加热并计时；

S302、若裂解炉当前温度小于预设温度，则继续加热并计时；

S303、若裂解炉当前温度大于或等于预设温度，则停止加热，并比较加热时长和预设时长；

S304、若加热时长大于或等于预设时长，则结束加热进程；

S305、若加热时长小于预设时长，则延迟一定时间，并不断比较当前温度和预设温度；

S306、若加热时长小于预设时长且当前温度小于预设温度，则继续加热并计时，直至加热时长大于或等于预设时长，且当前温度大于或等于预设温度，结束加热进程。