CN111253104B - 一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土减水剂的制备，公开了一种混凝土减水剂的制备装置以及制备方法，其包括反应釜，反应壳体内设有上下两套结构相同的温度调节装置，温度调节装置包括设置于反应壳体内的进水腔和出水腔，进水腔和出水腔上分别设有与反应釜外部连通的进水口和出水口，还包括设置于反应壳体内且一端与进水腔连通，另一端与出水腔连通的水管，位于反应壳体上部的温度调节装置的水管为通冷水的冷水管，位于反应壳体下部的温度调节装置的水管为通热水的热水管。本发明通过对混凝土减水剂制备装置的设计，通过冷却水管和加热水管的交互来调节反应釜内的稳定，温和缓慢调节温度，最大程度的减小对减水剂表面活性的影响，提高减水剂的使用效果。

Description

一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置以及制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土减水剂的制备，尤其涉及了一种混凝土减水剂的制备装置以及制备方法。
背景技术
减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。
混凝土减水剂在制备过程中需要对温度有较好的控制，现有技术中一般在反应釜内通过电加热的方式来调节温度，该种方式虽然升温快，但是降温慢；同时由于该种加热方式升温较快，并不是温和的缓慢的调节温度，因而容易影响阴离子表面活性剂的活性，降低减水剂的使用效果。
发明内容
本发明针对现有技术中混凝土减水剂制备过程中存在的问题，提供了一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置以及制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，包括反应釜，反应釜包括呈圆筒状的反应壳体以及分别固定在反应壳体上下两端的封盖，反应壳体上设有进料口和出料口，反应壳体内设有上下两套结构相同的温度调节装置，温度调节装置包括设置于反应壳体内的进水腔和出水腔，进水腔和出水腔上分别设有与反应釜外部连通的进水口和出水口，还包括设置于反应壳体内且一端与进水腔连通，另一端与出水腔连通的水管，位于反应壳体上部的温度调节装置的水管为通冷水的冷水管，位于反应壳体下部的温度调节装置的水管为通热水的热水管。通过上下两个水管分别通热水和冷水来实现对反应釜内温度的调节，该种调节方式较为温和，能够尽可能小的对减水剂表面活性产生影响。
作为优选，反应壳体内壁的上部设有两个相互平行的圆形隔板，两个圆形隔板之间形成出水腔，位于上方的圆形隔板与上封盖之间形成进水腔，进水口位于反应壳体上端部的封盖上，出水口位于上下两圆形隔板之间的反应壳体侧壁上。
作为优选，反应壳体内壁的上部设有两个相互平行的环形凹槽，环形凹槽上卡设有圆形隔板，圆形隔板的外侧壁上设有卡入环形凹槽内且与环形凹槽过盈配合的环形凸起。环形凹槽与环形凸起的连接方式能够保证圆形隔板的稳定连接，同时便于密封垫的设置，保证两者之间连接处的密封性，继而保证进水腔和出水腔的密封性。
作为优选，温度调节装置还包括穿过两圆形隔板中心的转动轴，转动轴一端穿出封盖伸出反应釜且连接有驱动电机，另一端位于反应壳体中部且安装有导水板，导水板内设有上下布置的进导水腔和出导水腔，水管的两端分别与进导水腔和出导水腔连通，转动轴的外壁行设有沿转动轴轴向布置的进引水流道和出引水流道，进引水流道的两端分别与进水腔和进导水腔连通，出引水流道的两端分别与出水腔和出导水腔连通。引水流道设置于转动轴上，一方面无需设置多余的管道，简化反应釜内部结构，同时引水流道设置于转动轴上，其为直线流道，能够尽可能的减小能量损失，使其内部的水能够更充分的对减水剂原料进行温度调节。
作为优选，封盖以及圆形隔板的中部均开设有转轴孔，转轴孔内设有轴承，转动轴通过轴承转动连接在转轴孔上，转轴孔内且位于轴承的上下两端均设有对转轴孔进行截流的密封垫。
作为优选，导水板为圆形板，水管为多根绕导水板轴线呈环形阵列布置的U形管，U形管的长度方向为竖直方向；位于反应壳体下部的温度调节装置的U形管插入位于反应壳体上部的温度调节装置的U形管所在的环形内。
作为优选，位于反应壳体下部的温度调节装置的所述U形管与位于反应壳体上部的温度调节装置的所述U形管一一对应，且相互对应的所述U形管的宽度方向相互垂直。上下两温度调节装置中的U形管相互交叉，且排布形式一一对应并且相互垂直设置，能够使得上下两侧的水管在转动搅拌过程中相互配合、相互作用，形成涡流式搅动，能够最大程度调高对反应壳体内原料的搅拌均匀性和搅拌充分性。
作为优选，所述U形管的两竖直管之间设有沿所述U形管长度方向布置的呈长方体板状的翅片板，翅片板的厚度与所述U形管的外直径相等。翅片板能够使得U形管的搅拌效果更佳，同时还能够提高水管的温度调节范围，继而提高温度调节效果。
作为优选，转动轴包括主轴段以及连接在主轴段端部的连接轴段，连接轴段与导水板连接，连接轴段的直径小于主轴段且为两段式阶梯轴，导水板内部形成腔体且通过上端板、下端板以及环形侧板共同构造而成，腔体内设有与上端板、下端板平行的分隔板，分隔板将所述腔体分隔成进导水腔和出导水腔，上端板设置于主轴段与连接轴段的连接处，分隔板设置于连接轴段上的阶梯处，下端板设置于连接轴段的远离主轴段的端部；进引水流道设置于主轴段上且延伸至主轴段与连接轴段的连接处，上端板上设有与进引水流道相通的第一过水孔；出引水流道包括设置于主轴段上的第一段和与第一段连接的且设置于连接轴段上的第二段，第二段端部延伸至连接轴段上的阶梯处且分隔板上设有与第二段连通的第二过水孔。转动轴以及其上引水流道的设计形式一方面能够保证其与导水板之间的稳定连接，同时还能够减小其侧壁开设引水流道而带来的转动轴结构强度降低的问题。
一种制备环保复合型混凝土减水剂的方法，其采用一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，其具体包括以下步骤：
步骤一、将含有浓度为20％的Na2SO3的工业废液与焦亚硫酸钠置于反应釜(1)内，混合搅拌30min，得到物料A；
步骤二、在物料A中加入甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液，并通过反应壳体内的温度调节装置使其温度保持在70℃下搅拌混合；
步骤三、在反应釜中滴加丙酮，混合保温反应30min；
步骤四、将反应釜升温至50-55℃，滴加甲醛反应50min，且在1h内滴加完成；
步骤五、将反应釜中滴加双氧水溶液，并且在1-2h滴加完毕，滴加过程中保持反应釜内温度为50-55℃；
步骤六、将反应釜内升温至80℃并且滴加丙烯酸溶液，在1.5-2h滴加完毕；
步骤七、将反应釜内升温至100-120℃后再次滴加甲醛，控制滴加时间2-3h；
步骤八、滴加巯基乙酸溶液，并且在3-3.5h滴加完毕，将温度保持在60℃保温反应3h；
步骤九、保温反应结束后，降温至40℃既得环保复合型混凝土减水剂。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明通过对混凝土减水剂制备装置的设计，通过冷却水管和加热水管的交互来调节反应釜内的稳定，温和缓慢调节温度，最大程度的减小对减水剂表面活性的影响，提高减水剂的使用效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是图2中转动轴与水管的连接结构示意图。
图4是图2中圆形隔板的结构示意图。
图5是图3中转动轴的结构示意图。
图6是图3中转动轴的另一视角结构示意图。
图7是图2中导水板切割后的部分结构示意图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—反应釜、101—反应壳体、102—封盖、103—进料口、104—出料口、105—进水腔、106—出水腔、107—进水口、108—出水口、109—冷水管、110—热水管、111—圆形隔板、112—环形凹槽、113—环形凸起、114—转动轴、115—导水板、116—进导水腔、117—出导水腔、118—进引水流道、119—出引水流道、120—转轴孔、121—轴承、122—翅片板、123—主轴段、124—连接轴段、125—上端板、126—下端板、127—环形侧板、128—分隔板、129—第一段、130—第二段、131—第一过水孔、132—第二过水孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，如图1-图7所示，包括反应釜1，反应釜1包括呈圆筒状的反应壳体101以及分别固定在反应壳体101上下两端的封盖102，本实施例中反应壳体101的两端均设有凸缘，凸缘上设有均匀布置的螺栓孔，封盖102上设有与凸缘上对应的螺栓孔，封盖102通过螺栓螺母的连接方式固定在反应壳体101的端部，即反应壳体101上下两端的封盖102均通过法兰盘的形式与反应壳体101连接，凸缘与封盖102的连接面之间压紧有带有供螺栓穿过孔的密封橡胶垫。
反应壳体101上设有进料口103和出料口104，本实施例中反应壳体101为两个半筒体组合而成，两半筒体之间通过焊接连接，通过焊缝保证两者之间的焊接密封；设计成两个半筒体的形式能够便于整个反应釜1内部各个零部件的安装，安装时可以将反应壳体101内部的各个部件先装配在其中一个半筒体上，然后再组装另一个半筒体完成组装。进料口103和出料口104分别设置于两个半筒体上，使得减水剂原料能够在反应壳体101内有更长的运动轨迹，使其充分反应。
反应壳体101内设有上下两套结构相同的温度调节装置，温度调节装置包括设置于反应壳体101内的进水腔105和出水腔106，进水腔105和出水腔106上分别设有与反应釜1外部连通的进水口107和出水口108，还包括设置于反应壳体101内且一端与进水腔105连通，另一端与出水腔106连通的水管，位于反应壳体101上部的温度调节装置的水管为通冷水的冷水管109，位于反应壳体101下部的温度调节装置的水管为通热水的热水管110。通过上下两个水管分别通热水和冷水来实现对反应釜1内温度的调节，该种调节方式较为温和，能够尽可能小的对减水剂表面活性产生影响。
本实施例中反应壳体101内壁的上部设有两个相互平行的圆形隔板111，两个圆形隔板111之间形成出水腔106，位于上方的圆形隔板111与上封盖102之间形成进水腔105，进水口107位于反应壳体101上端部的封盖102上，出水口108位于上下两圆形隔板111之间的反应壳体101侧壁上。
其中圆形隔板111与反应壳体101内壁之间具体通过卡槽卡接的方式连接，即反应壳体101内壁的上部设有两个相互平行的环形凹槽112，环形凹槽112上卡设有圆形隔板111，圆形隔板111的外侧壁上设有卡入环形凹槽112内且与环形凹槽112过盈配合的环形凸起113。环形凹槽112与环形凸起113之间设有密封垫，该种方式能够保证圆形隔板111的稳定连接，同时便于密封垫的设置，保证两者之间连接处的密封性，继而保证进水腔105和出水腔106的密封性。
本实施例中温度调节装置还包括穿过两圆形隔板111中心的转动轴114，转动轴114一端穿出封盖102伸出反应釜1且连接有驱动电机，另一端位于反应壳体101中部且安装有导水板115，导水板115内设有上下布置的进导水腔116和出导水腔117，水管的两端分别与进导水腔116和出导水腔117连通，转动轴114的外壁行设有沿转动轴114轴向布置的进引水流道118和出引水流道119，进引水流道118的两端分别与进水腔105和进导水腔116连通，出引水流道119的两端分别与出水腔106和出导水腔117连通。
其中，封盖102以及圆形隔板111的中部均开设有转轴孔120，转轴孔120内设有轴承121，转动轴114通过轴承121转动连接在转轴孔120上，转轴孔120内且位于轴承121的上下两端均设有对转轴孔120进行截流的密封垫，使得转动主与封盖102以及圆形隔板111之间形成旋转密封。
转动轴114包括主轴段123以及连接在主轴段123端部的连接轴段124，连接轴段124与导水板115连接，连接轴段124的直径小于主轴段123且为两段式阶梯轴，导水板115内部形成腔体且通过上端板125、下端板126以及环形侧板127共同构造而成，腔体内设有与上端板125、下端板126平行的分隔板128，分隔板128将所述腔体分隔成进导水腔116和出导水腔117，上端板125设置于主轴段123与连接轴段124的连接处，分隔板128设置于连接轴段124上的阶梯处，下端板126设置于连接轴段124的远离主轴段123的端部；进引水流道118设置于主轴段123上且延伸至主轴段123与连接轴段124的连接处，上端板125上设有与进引水流道118相通的第一过水孔131；出引水流道119包括设置于主轴段123上的第一段129和与第一段129连接的且设置于连接轴段124上的第二段130，第二段130端部延伸至连接轴段124上的阶梯处且分隔板128上设有与第二段130连通的第二过水孔132。
本实施例中为了加工的方便，将进引水流道118和出引水流道119均设计成带有阶梯面的凹槽状，然后通过长条状的弧形盖板进行盖合，盖板与阶梯面之间通过防水胶连接，实现弧形盖板与凹槽之间的密封。
其中，通过在转动轴114上设置引水流道实现水管与进水腔105以及出水腔106的连接，既能够保证转动轴114的转动，继而使得水管在反应壳体101内的转动，使其能够更大范围的接触到反应壳体101内的减水剂原料，继而更加均匀的对反应壳体101内原料进行温度调节，同时还不影响水管的进出水，使得水管的进出口非同一口，继而能够使得水管内的水形成循环流动水，保证水管内水温，避免因减水剂原料反应放热或吸热使得水管内水温上升或下降，而最终影响对反应壳体101内水温的调节。本实施例中通过该种设计还能够通过水管将反应釜1内的反应热带出，进行能量回收，循环利用。
本实施例中导水板115为圆形板，水管为多根绕导水板115轴线呈环形阵列布置的U形管，U形管的长度方向为竖直方向；位于反应壳体101下部的温度调节装置的U形管插入位于反应壳体101上部的温度调节装置的U形管所在的环形内。
其中位于反应壳体101下部的温度调节装置的所述U形管与位于反应壳体101上部的温度调节装置的所述U形管一一对应，且相互对应的所述U形管的宽度方向相互垂直。
本实施例中热水管110和冷水管109的设置方式能够大范围且均匀分布于反应壳体101内，上下水管交叉，更加高效、均匀的进行温度调节，另外采用环形阵列布置U形管，且U形管能够转动，下侧的U形管插入上侧的U形管所在的环形内，两者之间能够在对原料进行温度调节的同时还对原料进行搅拌，实现反应壳体101内减水剂原料的均匀混合，保证原料之间能够更加充分更加均匀的反应。
本实施例中U形管的两竖直管之间设有沿所述U形管长度方向布置的呈长方体板状的翅片板122，翅片板122的厚度与所述U形管的外直径相等。另外，翅片板122上沿长度方向设有多个均匀布置的通水孔，通水孔的长度方向沿翅片板122的宽度方向设置，通水孔的两端分别与U形管的两竖直管连接。
翅片一方面能够起到导温板的作用，使得水管接触到更大范围的减水剂原料，更高效的进行温度调节，另一方面其还能够使得U形管在反应釜1内对减水剂原料的搅拌更加充分，更加均匀。在翅片板122上设有与U形管的两竖直管连通的通水孔，使得翅片板122直接作为温度调节板，减小温度传递过程中的能量损失，最大程度的进行有效温度调节。
本实施例中在反应釜内设有温度传感器，通过温度传感器检测反应釜内的温度，继而控制冷水管与热水管内水循环速度以及通入的水的温度。
实施例2
本实施例采用实施例1中制备环保复合型混凝土减水剂的装置来制备环保复合型混凝土减水剂，其具体包括以下步骤：
步骤一、将含有浓度为20％的Na2SO3的工业废液与焦亚硫酸钠置于反应釜1内，混合搅拌30min，得到物料A；其中工业废液的质量百分比为36％，焦亚硫酸钠的质量百分比为0.5％；
步骤二、在物料A中加入甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液，并通过温度调节装置使其温度保持在70℃下搅拌混合；其中甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液的质量百分比为28％；
步骤三、在反应釜1中滴加丙酮，混合保温反应30min；丙酮的质量百分比为5％，
步骤四、将反应釜1升温至50-55℃，滴加甲醛反应50min，且在1h内滴加完成；该步骤中甲醛的质量百分比为4％，
步骤五、将反应釜1中滴加双氧水溶液，并且在1-2h滴加完毕，滴加过程中保持反应釜1内温度为50-55℃；双氧水的质量百分比为4％，
步骤六、将反应釜1内升温至80℃并且滴加丙烯酸溶液，在1.5-2h滴加完毕；丙烯酸的质量百分比为6％；
步骤七、将反应釜1内升温至100-120℃后再次滴加甲醛，控制滴加时间2-3h；该步骤中甲醛的质量百分比为8％；
步骤八、滴加巯基乙酸溶液，并且在3-3.5h滴加完毕，将温度保持在60℃保温反应3h；巯基乙酸溶液的质量百分比为5％；
步骤九、保温反应结束后，降温至40℃既得环保复合型混凝土减水剂。另外减水剂中还添加有去离子水。
本实施例中含有浓度为20％的Na2SO3的工业废液选用生产2-萘酚、对甲基苯酚产生的工业废液，本发明利用生产2-萘酚、对甲基苯酚废水工业废液与焦亚硫酸钠反应，并与甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液复合，一方面通过该种方式处理高毒性废水，达到对2-萘酚、甲基苯酚生产废水的零排放，起到环保作用，同时通过与甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液复合的复合能够提高混凝土减水剂的品质和性能，增强减水剂的使用效果。
总之，以上所述仅本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，包括反应釜(1)，反应釜(1)包括呈圆筒状的反应壳体(101)以及分别固定在反应壳体(101)上下两端的封盖(102)，反应壳体(101)上设有进料口(103)和出料口(104)，其特征在于：反应壳体(101)内设有上下两套结构相同的温度调节装置，温度调节装置包括设置于反应壳体(101)内的进水腔(105)和出水腔(106)，进水腔(105)和出水腔(106)上分别设有与反应釜(1)外部连通的进水口(107)和出水口(108)，还包括设置于反应壳体(101)内且一端与进水腔(105)连通，另一端与出水腔(106)连通的水管，位于反应壳体(101)上部的温度调节装置的水管为通冷水的冷水管(109)，位于反应壳体(101)下部的温度调节装置的水管为通热水的热水管(110)；
反应壳体(101)内壁的上部设有两个相互平行的圆形隔板(111)，两个圆形隔板(111)之间形成出水腔(106)，位于上方的圆形隔板(111)与封盖(102)之间形成进水腔(105)，进水口(107)位于反应壳体(101)上端部的封盖(102)上，出水口(108)位于上下两圆形隔板(111)之间的反应壳体(101)侧壁上；温度调节装置还包括穿过两圆形隔板(111)中心的转动轴(114)，转动轴(114)一端穿出封盖(102)伸出反应釜(1)且连接有驱动电机，另一端位于反应壳体(101)中部且安装有导水板(115)，导水板(115)内设有上下布置的进导水腔(116)和出导水腔(117)，水管的两端分别与进导水腔(116)和出导水腔(117)连通，转动轴(114)的外壁行设有沿转动轴(114)轴向布置的进引水流道(118)和出引水流道(119)，进引水流道(118)的两端分别与进水腔(105)和进导水腔(116)连通，出引水流道(119)的两端分别与出水腔(106)和出导水腔(117)连通；
转动轴(114)包括主轴段(123)以及连接在主轴段(123)端部的连接轴段(124)，连接轴段(124)与导水板(115)连接，连接轴段(124)的直径小于主轴段(123)且为两段式阶梯轴，导水板(115)内部形成腔体且通过上端板(125)、下端板(126)以及环形侧板(127)共同构造而成，腔体内设有与上端板(125)、下端板(126)平行的分隔板(128)，分隔板(128)将所述腔体分隔成进导水腔(116)和出导水腔(117)，上端板(125)设置于主轴段(123)与连接轴段(124)的连接处，分隔板(128)设置于连接轴段(124)上的阶梯处，下端板(126)设置于连接轴段(124)的远离主轴段(123)的端部；进引水流道(118)设置于主轴段(123)上且延伸至主轴段(123)与连接轴段(124)的连接处，上端板(125)上设有与进引水流道(118)相通的第一过水孔(131)；出引水流道(119)包括设置于主轴段(123)上的第一段(129)和与第一段(129)连接的且设置于连接轴段(124)上的第二段(130)，第二段(130)端部延伸至连接轴段(124)上的阶梯处且分隔板(128)上设有与第二段(130)连通的第二过水孔(132)；
进引水流道(118)和出引水流道(119)均由带有阶梯面的凹槽上盖合长条状的弧形盖板组成，盖板与所述阶梯面之间通过防水胶连接；
导水板(115)为圆形板，水管为多根绕导水板(115)轴线呈环形阵列布置的U形管，U形管的长度方向为竖直方向；位于反应壳体(101)下部的温度调节装置的U形管插入位于反应壳体(101)上部的温度调节装置的U形管所在的环形内；位于反应壳体(101)下部的温度调节装置的所述U形管与位于反应壳体(101)上部的温度调节装置的所述U形管一一对应，且相互对应的所述U形管的宽度方向相互垂直；所述U形管的两竖直管之间设有沿所述U形管长度方向布置的呈长方体板状的翅片板(122)，翅片板(122)的厚度与所述U形管的外直径相等。
2.根据权利要求1所述的一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，其特征在于：反应壳体(101)内壁的上部设有两个相互平行的环形凹槽(112)，环形凹槽(112)上卡设有圆形隔板(111)，圆形隔板(111)的外侧壁上设有卡入环形凹槽(112)内且与环形凹槽(112)过盈配合的环形凸起(113)。
3.根据权利要求1所述的一种制备环保复合型混凝土减水剂的装置，其特征在于：封盖(102)以及圆形隔板(111)的中部均开设有转轴孔(120)，转轴孔(120)内设有轴承(121)，转动轴(114)通过轴承(121)转动连接在转轴孔(120)上，转轴孔(120)内且位于轴承(121)的上下两端均设有对转轴孔(120)进行截流的密封垫。
4.一种制备环保复合型混凝土减水剂的方法，其特征在于：其采用权利要求1-3任意一项所述的制备环保复合型混凝土减水剂的装置，其具体包括以下步骤：
步骤一、将含有浓度为20％的Na2SO3的工业废液与焦亚硫酸钠置于反应釜(1)内，混合搅拌30min，得到物料A；
步骤二、在物料A中加入甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶解液，并通过反应壳体(101)内设置的温度调节装置使其温度保持在70℃下搅拌混合；
步骤三、在反应釜(1)中滴加丙酮，混合保温反应30min；
步骤四、将反应釜(1)升温至50-55℃，滴加甲醛反应50min，且在1h内滴加完成；
步骤五、将反应釜(1)中滴加双氧水溶液，并且在1-2h滴加完毕，滴加过程中保持反应釜(1)内温度为50-55℃；
步骤六、将反应釜(1)内升温至80℃并且滴加丙烯酸溶液，在1.5-2h滴加完毕；
步骤七、将反应釜(1)内升温至100-120℃后再次滴加甲醛，控制滴加时间2-3h；
步骤八、滴加巯基乙酸溶液，并且在3-3.5h滴加完毕，将温度保持在60℃保温反应3h；
步骤九、保温反应结束后，降温至40℃既得环保复合型混凝土减水剂。
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