CN111939853A - 一种固体无碱速凝剂的生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体无碱速凝剂的生产装置及方法，该装置包括：反应釜，反应釜上设有换热器，换热器上连接有缓冲罐，缓冲罐上连接有真空泵；反应釜又包括内筒体和依次外包于内筒体之外的夹套层和保温层，所述夹套层的出口连接有箱体，箱体的出口连接有离心泵，离心泵的出口与夹套层的进口相连；所述反应釜上还设有进料口、出料口、用于向筒体内滴加物料的滴加系统和用于搅拌筒体内物料的搅拌系统；以及用于控制整个装置运行的控制系统。本发明创新性地将固体无碱速凝剂的生产、干燥、破碎工序集成在同一装置中，不但提高了设备的利用率，而且使用此设备生产出的固体无碱速凝剂与同类型液体产品性能一致。

Description

一种固体无碱速凝剂的生产装置及方法

技术领域

本发明涉及一种固体无碱速凝剂的生产装置及方法，属于化工设备技术领域。

背景技术

随着混凝土外加剂技术的不断发展，液体无碱速凝剂越来越多地应用在喷射混凝土中。但在许多偏远的施工地区，液体无碱速凝剂的运输成本高昂，而固体无碱速凝剂较于普通水剂不仅可以降低40-50％运输成本，还可同时提高60％生产效率，大幅减少企业的生产运输成本、包装成本并且规避了液体物料泄露的环保风险。鉴于固体无碱速凝剂具有以上诸多优点，国内外对于其生产工艺的研究也越来越多，其需要液体滴加、物料反应、产品干燥、固体粉碎等重要工序，如图2所示，但关于固体无碱速凝剂生产设备的相关研究成果还鲜有报道，在常规设备中可以集成其中的第一和第二种工序，要进行其余工序还要将物料进行输送至专用干燥设备和破碎设备。在液体滴加过程中因为混料不均会影响产品的最终性能；在反应过程中由于搅拌设备的局限和物料随反应进程不断增加的粘度，会导致局部的反应不均，高粘物料挂壁等现象；在物料经由反应容器到干燥设备的过程中，因为粘度较大，温度较高极其容易出现管路堵塞的现象，并且需要大量的能源维持物料的温度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种固体无碱速凝剂的生产装置及方法，采用将滴加、反应、干燥、破碎工艺集成于一个装置内的设计，实现固体无碱速凝剂的规模化生产。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种固体无碱速凝剂的生产装置，包括：

反应釜，所述反应釜上设有换热器，所述换热器上连接有缓冲罐，所述缓冲罐上连接有真空泵；所述反应釜又包括内筒体和依次外包于内筒体之外的夹套层和保温层，所述夹套层的出口连接有箱体，所述箱体内置有换热介质以及用于加热所述换热介质的加热装置，所述箱体的出口连接有离心泵，所述离心泵的出口与所述夹套层的进口相连；所述反应釜上还设有进料口、出料口、用于向筒体内滴加物料的滴加系统和用于搅拌筒体内物料的搅拌系统；以及用于控制整个装置运行的控制系统。

优选地，所述滴加系统包括高位槽称重单元、蠕动泵以及蠕动泵控制单元，所述高位槽称重单元由若干称重模块和滴加罐体构成，所述滴加罐体底部通过管路与反应釜连通，所述称重模块和所述蠕动泵控制单元均与所述控制系统信号连接，所述蠕动泵控制单元由控制系统控制蠕动泵转速调节滴加速率。

更优选地，所述滴加系统末端设有若干分散式滴加口，滴加口内有分散盘，分散盘上布满料孔，料孔孔径1-50mm。所述料孔可以将滴加液体物料均匀分布。

优选地，所述搅拌系统包括主搅拌轴、次搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片具有若干边缘剪切齿，所述边缘剪切齿可以将大块固体物料进行剪切，分割成小块物料。所述搅拌叶片底部具有非金属软刷，可以将筒内壁粘连物料刷下。

优选地，所述真空泵为多台并联，每台真空泵配有控制开度的电磁阀。所述真空泵用来抽取设备内空气，提供真空环境；所述电磁阀用来调节阀门开度。

优选地，所述缓冲罐配有称量系统，用于反应罐内低沸点物料的体积或重量，从而传输至控制系统。

优选地，所述出料口处设有出料口阀门，所述出料口阀门的形状设计与所述反应釜的弧度相匹配，且出料口阀门内衬1-20cm高的热敏性材料，其受热膨胀系数在(25-250℃)10^-5-10^-4/℃内，所述热敏性材料可以在反应过程中受热膨胀，从而起到密封作用。

优选地，所述换热器前设有气体过滤器，材质为碳化硅陶瓷、化纤、金属网、金属粉末烧结、活性炭中的一种或多种组合而成。所述气体过滤器用来过滤气体中的微量固体颗粒。

优选地，所述反应釜采用卧式反应釜。

本发明还提供了基于上述装置的一种固体无碱速凝剂的生产方法，包括：

1)将部分生产原料通过进料口加入反应釜内，加热并开启搅拌系统将固体物质溶解；

2)使用滴加系统将需要滴加的物料匀速滴入反应釜中；

3)滴加结束后，将进、出料口关闭，开启真空泵，使用控制系统将反应釜内压力范围控制在-0.098MPa-0MPa内的某一恒定值，进行真空干燥；

4)确定缓冲罐内的物料干燥至工艺要求后，冷却，物料由液态变为膏状，最后变为固体，经搅拌系统打碎，在出料口获得固体速凝剂的粉剂。

本发明的优点及积极效果如下：

本发明提供的固体无碱速凝剂的生产装置，不仅可以生产出性能优异的固体无碱速凝剂，减少物料在不同设备中的周转和能源消耗，降低生产设备投资，并且实现零废弃物排放，清洁生产的目标。

附图说明

图1为本发明实施例1的固体无碱速凝剂生产装置示意图。

图2为一种固体速凝剂工艺流程简图。

图3为本发明实施例1的滴加系统控制图。

图4为本发明实施例1的分散式滴加口示意图。

图5为本发明实施例1的搅拌浆示意图。

图6为本发明实施例1的搅拌叶片图。

图7为本发明实施例1的真空泵控制系统图。

图8为本发明实施例1的缓冲罐控制系统图。

图9为本发明实施例1的出料口示意图。

图10为本发明实施例1的气体过滤器示意图。

图中：1—换热器；2—内筒体；3—气体过滤器；4—夹套层；5—保温层；6—离心泵；7—箱体；8—加热装置；9—框架；10—滴加系统，101—滴加罐体，102—称重模块，103—蠕动泵，104—分散式滴加口，1041—分散盘；11—进料口；12—出料口；13—搅拌系统，131—主搅拌轴，132—次搅拌轴，133—搅拌叶片，1331—边缘剪切齿，1332—非金属软刷；14—真空泵，141—电磁阀；15—缓冲罐，151—称重系统；16—控制中心，17—压力传感器，18—碳化硅多孔陶瓷过滤器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明，以便更好理解本发明创造的内容，但实施例的内容并不限制本发明创造的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种固体无碱速凝剂生产装置，可以分为卧式反应釜和附属设备。

卧式反应釜包括内筒体2，内筒体2为直接接触反应介质的容器；内筒体2外包有夹套层4，夹套层4内循环有换热介质；夹套层4外包有保温层5，保温层5将反应釜内与外界的热量耗散降低。

反应釜一端设有搅拌电机及传动系统组成搅拌系统13，其包括电机、减速器和搅拌桨等，运行原理与常规搅拌机一致，主要作用是将反应釜内物料混合、打碎，电机可采用型号为：Y100L-2。本实施例中，搅拌浆由主搅拌轴131、次搅拌轴132、搅拌叶片133三部分组成，可最大限度的将反应釜内的物料混合均匀，如图5所示。作为优选，搅拌叶片133具有若干边缘剪切齿1331，能够在物料干燥过程中将物料进行破碎，而且在叶片底部具有非金属软刷1332，在反应过程中避免高粘物料的挂壁现象产生，如图6所示。

反应釜上下分别设有进料口11和出料口12，分别起到进出固体或液体物料的作用；出料口阀门采用和反应釜弧度相同的外观设计，并在出料口阀门内衬1-20cm高的热敏性材料，其受热膨胀系数在(25-250℃)10^-5-10^-4/℃内，如图9所示，在反应过程中会随着温度增加而膨胀，因而增加设备的密封性能，还能防止物料在出料口阀门处聚集导致的反应不均，而在反应结束后温度下降，又可以打开出料口阀门进行出料。

反应釜左右两端设有滴加系统10，其包括滴加容器和滴加速率控制设备，主要目的是通过控制中心和滴加口的分散盘将滴加容器内物料均匀滴入反应釜内。结合图3所示，本实施例中，滴加系统10包括高位槽称重单元、蠕动泵和蠕动泵控制单元，高位槽称重单元由若干称重模块102和滴加罐体101构成，滴加罐体101底部通过软连接与管路相连。蠕动泵控制单元由控制中心16控制蠕动泵103转速调节滴加速率。通过先进的电脑控制系统进行滴加，可以将液体物料尽量匀速的滴入反应釜中，避免了滴加速度的不均匀导致的性能下降。作为优选，滴加系统10在反应釜内的末端设有若干分散式滴加口104，滴加口内有分散盘1041，分散盘上布满料孔，料孔孔径1-50mm，如图4所示。这样可以保证液体物料在滴加孔内可以分散均匀能从料孔内滴下，保证物料不会聚集在反应釜内某一区域。

附属设备包括：

通过管路与反应釜夹套层4出口相连、盛放换热介质的箱体7，箱体7内安装有加热装置8，用来加热箱体7内换热介质；通过管路与箱体7出口相连的离心泵6，其主要作用为循环换热介质，离心泵6的出口与夹套层4进口通过管路相连。离心泵可用型号有：IS50-32系列，优选IS50-32-160。

通过管路与反应釜内筒体2相连的换热器1，换热器1前设有气体过滤器3，其主要作用为将热空气中的水或溶剂进行冷凝并将微量的固体粉尘或颗粒进行过滤。气体过滤器的材质可以是碳化硅陶瓷、化纤、金属网、金属粉末烧结、活性炭中的一种或多种组合而成，如图10所示的碳化硅多孔陶瓷过滤器18，其能够将破碎后期产生的一些颗粒和粉尘过滤，从而实现零废弃物排放，清洁生产的目的。

通过管路与换热器1相连的缓冲罐15，其作用为压力缓冲和溶剂收集，缓冲罐15配有称量系统151，可以准确反应罐内低沸点物料的体积或重量，从而传输至控制系统16，如图8所示。实时监控反应釜内物料的干燥程度，对于真空度的调节具有指导的意义。

通过管路与缓冲罐15相连的真空泵14，用来为设备提供真空环境，并通过控制系统能控制泵前阀门的开度从而控制釜内真空度的稳定。作为优选，本实施例中，真空泵14为多台并联，每台真空泵配有控制开度的电磁阀141，控制系统16会根据反应釜内的压力传感器17反馈的数值大小调节电磁阀的开度，如图7所示。

整套设备集成在框架9之上。

基于上述装置生产固体无碱速凝剂的方法，包括以下步骤：

步骤1：将定量的硫酸铝等化合物和水通过进料口11加入反应釜内筒体2内，开启加热装置8和离心泵6，使加热装置内热流体进入夹套层4，从而加热内筒体2内的物料，并开启搅拌系统13将固体物质溶解在液体物料中；

步骤2：使用滴加系统10设定所需滴加物料的重量、滴加时间，滴加控制系统通过滴加槽内物料的实时重量变化情况调节蠕动泵的转速，进而调节滴加料的滴加速度，使滴加料匀速滴入反应釜内；

步骤3：滴加结束后，将进料口11、出料口12关闭，开启真空泵14，使用控制系统将反应釜内压力范围控制在-0.098MPa-0MPa内某一恒定值，进行真空干燥；

步骤4：使用气体过滤器3和换热器1将干燥过程中的水蒸气过滤并冷凝，使用缓冲罐15的称量系统称取干燥出的水分重量，从而反馈干燥程度，确定达到工艺要求后，进行筒体内物料的冷却，物料由液态变为膏状，最后变为固体，经过搅拌系统13的打碎，可直接在出料口12获得固体速凝剂的粉剂并进行下一步包装。

本发明改进了滴加系统、搅拌系统、干燥系统，从而创新性地将固体无碱速凝剂的生产、干燥、破碎工序集成在同一装置中，不但提高了设备的利用率，而且使用此设备生产出的固体无碱速凝剂与同类型液体产品性能一致。

Claims (10)

1.一种固体无碱速凝剂的生产装置，包括：

反应釜，所述反应釜上设有换热器，所述换热器上连接有缓冲罐，所述缓冲罐上连接有真空泵；所述反应釜又包括内筒体和依次外包于内筒体之外的夹套层和保温层，所述夹套层的出口连接有箱体，所述箱体内置有换热介质以及用于加热所述换热介质的加热装置，所述箱体的出口连接有离心泵，所述离心泵的出口与所述夹套层的进口相连；所述反应釜上还设有进料口、出料口、用于向筒体内滴加物料的滴加系统和用于搅拌筒体内物料的搅拌系统；以及

用于控制整个装置运行的控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述滴加系统包括高位槽称重单元、蠕动泵以及蠕动泵控制单元，所述高位槽称重单元由若干称重模块和滴加罐体构成，所述滴加罐体底部通过管路与反应釜连通，所述称重模块和所述蠕动泵控制单元均与所述控制系统信号连接，所述蠕动泵控制单元由控制系统控制蠕动泵转速调节滴加速率。

3.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述滴加系统末端设有若干分散式滴加口，滴加口内有分散盘，分散盘上布满料孔，料孔孔径1-50mm。

4.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述搅拌系统包括主搅拌轴、次搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片具有若干边缘剪切齿，叶片底部具有非金属软刷。

5.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述真空泵为多台并联，每台真空泵配有控制开度的电磁阀。

6.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述缓冲罐配有称量系统，用于称量反应罐内低沸点物料的体积或重量，并传输至控制系统。

7.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述出料口处设有出料口阀门，所述出料口阀门的形状设计与所述反应釜的弧度相匹配，且出料口阀门内衬1-20cm高的热敏性材料，25-250℃其受热膨胀系数在10^-5-10^-4/℃内。

8.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述换热器前设有气体过滤器，材质为碳化硅陶瓷、化纤、金属网、金属粉末烧结、活性炭中的一种或多种组合而成。

9.根据权利要求1所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置，其特征在于，所述反应釜采用卧式反应釜。

10.一种固体无碱速凝剂的生产方法，基于权利要求1-9任意一项所述的一种固体无碱速凝剂的生产装置实现，包括：

1)将部分生产原料通过进料口加入反应釜内，加热并开启搅拌系统将固体物质溶解；

2)使用滴加系统将需要滴加的物料匀速滴入反应釜中；

3)滴加结束后，将进、出料口关闭，开启真空泵，使用控制系统将反应釜内压力范围控制在-0.098MPa-0MPa内的某一恒定值，进行真空干燥；

4)确定缓冲罐内的物料干燥至工艺要求后，冷却，物料由液态变为膏状，最后变为固体，经搅拌系统打碎，在出料口获得固体速凝剂的粉剂。

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