CN113321847A - 一种废橡胶再生装置及再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种废橡胶再生装置，包括反应单元、压力调节单元和驱动单元，其中，反应单元包括反应腔、压缩腔和顶栓，反应腔内能够容纳反应物料，反应腔与压缩腔相连通，顶栓能够滑动并密封地设置于压缩腔内，反应腔还能够与外部环境相连通。本发明还提供一种废橡胶再生方法，利用顶栓和压缩腔实现对反应腔增压和泄压，同时结合压力调节单元对反应腔增压和泄压，进一步精确调控反应腔内压力值，促使废橡胶硫化交联网络受到压缩和拉伸，使橡胶分子链中键能较低的S‑S键和C‑S键断裂，而不破坏C‑C主键，使废橡胶实现选择性断键，完成再生过程；另外，利用驱动单元带动顶栓往复运动，提高顶栓运动稳定性，保证增压泄压控制精确度。
Description
技术领域
本发明涉及废橡胶资源化利用技术领域，特别是涉及一种废橡胶再生装置及再生方法。
背景技术
我国是橡胶资源的消耗大国，同时也产生了大量的废橡胶，废橡胶的资源化循环利用被高度关注。废橡胶再生利用可弥补我国橡胶资源匮乏，是实现废橡胶的高值化循环利用的最佳途径之一。但如何避免高能耗低产出、对环境进行二次污染已经成为整个再生胶行业所面临的难题，近年来，虽有新技术出现，围绕原有技术也进行了深入技改，但效果并不理想，尚无再生新技术得以工业化应用，仍没有摆脱高能耗、低再生品质、高污染的现状。
公开号为CN111647198A的中国专利，公开了一种轮胎橡胶的定向脱硫再生方法，该方法是按以下步骤进行的：(1)将轮胎橡胶清洗干燥、磁选后，粉碎成不大于1cm×1cm的小块，将轮胎橡胶与脱硫剂混合，于80-120℃条件下剪切混合10-30min，得到混合料；(2)之后将混合料置于反应釜中，加入橡胶质量2-5倍的有机溶剂，持续充入惰性气体排出反应釜内空气，保证反应釜内无氧环境，同时升温至100-120℃，溶胀反应30-80min；(3)保证反应釜内无氧环境，脱硫反应4-16h，使得轮胎橡胶的S-S键、C-S键发生断裂；(4)通过过滤、真空热烘去除产物中有机溶剂，得到高解交联度的线性大分子再生橡胶。本发明将超临界气体与有机溶剂相结合，可以在短时间内实现轮胎橡胶的脱硫再生，但是所用有机溶剂大部分都属低毒类，存在一定的环境污染，且再生效率有待提升。
公开号为CN210880778U的中国专利，公开了一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，该设备是通过以下步骤来进行工作：该设备动作时，二氧化碳储气罐内的二氧化碳气体通过加压装置增压至所需压力值，通过进气口进入脱硫段机筒内，物料通过喂料口，依次通过二阶喂料机构、一阶喂料机构、喂料段机筒进入脱硫段机筒内，加热介质通过加热介质进出口在设备内循环，对该设备进行加热，冷却介质通过冷却介质进出口在设备内循环，对该设备进行冷却，以保证该设备的温度保持恒定，从而保证物料的温度恒定。另外，通过在喂料段机筒、一阶喂料机构、二阶喂料机构内设置密封装置，防止脱硫段机筒内的高压气体窜入减速箱和进料口，保证整个设备内的压力恒定，确保了整个设备的温度和压强恒定，使二氧化碳充分渗透，对物料进行溶胀，通过主螺杆对物料进行剪切和推动，直至物料被主螺杆输送至挤出机头处挤出。虽然使胶料在受到机械剪切的同时受到超临界二氧化碳的溶胀作用，脱硫效果明显，但由于同时需要一阶与二阶喂料机构，设备能耗较高，同时需要使设备内部保持一定的压力，对设备要求也较高。
因此，如何改变现有技术中，废橡胶处理过程对设备要求高且处理过程存在环境污染的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种废橡胶再生装置，以解决上述现有技术存在的问题，降低废橡胶处理难度，避免废橡胶再生产生二次污染。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种废橡胶再生装置，包括：
反应单元，所述反应单元包括反应腔、压缩腔和顶栓，所述反应腔内能够容纳反应物料，所述反应腔与所述压缩腔相连通，所述顶栓能够滑动并密封地设置于所述压缩腔内，所述反应腔还能够与外部环境相连通；
压力调节单元，所述压力调节单元与所述反应腔相连通，所述压力调节单元能够改变所述反应腔内的压力；
驱动单元，所述驱动单元与所述顶栓传动相连，所述驱动单元能够带动所述顶栓往复运动。
优选地，所述压缩腔的数量为两个，所述顶栓的数量与所述压缩腔的数量相一致且一一对应，两个所述压缩腔相对于所述反应腔的轴线对称设置于所述反应腔的两侧；所述反应腔与所述压缩腔之间设置隔板，所述隔板上具有通孔。
优选地，所述压力调节单元包括气泵，所述气泵利用通气孔与所述压缩腔相连通，所述气泵与所述压缩腔之间设置气动换向阀。
优选地，所述反应腔具有进料口和出料口，所述进料口处设置进料密闭门，所述出料口处设置出料密闭门，所述进料密闭门和所述出料密闭门均连接有密封元件；所述出料密闭门能够滑动并密封地设置于所述出料口处，所述出料密闭门连接有推动组件，所述推动组件包括第一驱动器，所述第一驱动器与所述出料密闭门传动相连。
优选地，所述出料密闭门处还设置锁紧块，所述锁紧块能够滑动地与所述反应腔相连，所述锁紧块能够与所述出料密闭门相抵，所述锁紧块与所述出料密闭门的抵接面为斜面；所述锁紧块连接有第二驱动器。
优选地，所述驱动单元包括液压缸和液压泵，所述液压缸与所述顶栓相连，所述液压缸与所述液压泵相连，所述液压缸与所述液压泵之间设置液压换向阀。
优选地，所述的废橡胶再生装置还包括机架，所述反应单元、所述压力调节单元以及所述驱动单元均设置于所述机架上。
本发明还提供一种废橡胶再生方法，包括如下步骤：
对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压，压力增至不低于20MPa，增压完成后保持一段时间或持续增压一段时间，然后对增压后的所述废橡胶粉所处环境进行泄压，泄压至压力不高于15kPa，泄压后保持一段时间，完成一个循环；重复进行所述循环；令完成所述循环的废橡胶粉的所处环境恢复至与大气压相等。
优选地，破碎后的废橡胶粉的目数大于10目，废橡胶粉所处环境的填充系数为0.2-0.8；破碎后的废橡胶粉所在环境的温度不大于100℃。
优选地，对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压后，压力保持在20-30MPa，增压后保持1-2min，泄压后同样保持1-2min，重复进行所述循环2-5次。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的废橡胶再生装置，包括反应单元、压力调节单元和驱动单元，其中，反应单元包括反应腔、压缩腔和顶栓，反应腔内能够容纳反应物料，反应腔与压缩腔相连通，顶栓能够滑动并密封地设置于压缩腔内，反应腔还能够与外部环境相连通；压力调节单元与反应腔相连通，压力调节单元能够改变反应腔内的压力；驱动单元与顶栓传动相连，驱动单元能够带动顶栓往复运动。
本发明的废橡胶再生装置工作时，利用顶栓和压缩腔实现对反应腔增压和泄压，同时结合压力调节单元对反应腔增压和泄压，进一步精确调控反应腔内压力值，促使废橡胶硫化交联网络受到压缩和拉伸，使橡胶分子链中键能较低的S-S键和C-S键断裂，而不破坏C-C主键，使废橡胶实现选择性断键，完成再生过程；另外，利用驱动单元带动顶栓往复运动，提高顶栓运动稳定性，保证增压泄压控制精确度。本发明的废橡胶再生装置，结构简单，操作便捷，降低了废橡胶再生难度。
本发明还提供一种废橡胶再生方法，包括如下步骤：对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压，压力增至不低于20MPa，增压完成后保持一段时间或持续增压一段时间，然后对增压后的所述废橡胶粉所处环境进行泄压，泄压至压力不高于15kPa，泄压后保持一段时间，完成一个循环；重复进行所述循环；令完成所述循环的废橡胶粉的所处环境恢复至与大气压相等。
本发明的废橡胶再生方法，当橡胶分子在正压环境下，橡胶内部交联结构会受到高静压力产生挤压压缩的效果，当正压作用达到一定时间后，随即将正压变为负压，负压对橡胶交联结构产生快速的拉伸应变作用，多次反复交替正负压力，促使废橡胶硫化交联网络反复受到压缩和拉伸作用，使橡胶分子链中键能较低的S-S键和C-S键断裂，而不破坏C-C主键；废橡胶的整个再生过程处于低温条件(温度100℃以下)，确保废橡胶在再生过程中不会因为高温氧化裂解无法选择性断链，整个再生过程中不会产生任何废气废液，在提高废橡胶再生物理机械性能的同时，实现节能、降耗、环保再生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的废橡胶再生装置的结构示意图；
图2为本发明的废橡胶再生装置的部分结构的剖切示意图；
图3为图2中A处的放大结构示意图；
图4为本发明的废橡胶再生装置的出料密闭门的结构示意图；
其中，1为反应腔，2为压缩腔，3为顶栓，4为隔板，5为气泵，6为通气孔，7为气动换向阀，8为进料口，9为出料口，10为进料密闭门，11为出料密闭门，12为密封元件，13为第一驱动器，14为收集盒，15为锁紧块，16为第二驱动器，17为液压缸，18为液压泵，19为液压换向阀，20为机架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种废橡胶再生装置，以解决上述现有技术存在的问题，降低废橡胶处理难度，避免废橡胶再生产生二次污染。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-4，其中，图1为本发明的废橡胶再生装置的结构示意图，图2为本发明的废橡胶再生装置的部分结构的剖切示意图，图3为图2中A处的放大结构示意图，图4为本发明的废橡胶再生装置的出料密闭门的结构示意图。
本发明提供一种废橡胶再生装置，包括：
反应单元，反应单元包括反应腔1、压缩腔2和顶栓3，反应腔1内能够容纳反应物料，反应腔1与压缩腔2相连通，顶栓3能够滑动并密封地设置于压缩腔2内，反应腔1还能够与外部环境相连通；
压力调节单元，压力调节单元与反应腔1相连通，压力调节单元能够改变反应腔1内的压力；
驱动单元，驱动单元与顶栓3传动相连，驱动单元能够带动顶栓3往复运动。
本发明的废橡胶再生装置工作时，利用顶栓3和压缩腔2实现对反应腔1增压和泄压，同时结合压力调节单元对反应腔1增压和泄压，进一步精确调控反应腔1内压力值，促使废橡胶硫化交联网络受到压缩和拉伸，使橡胶分子链中键能较低的S-S键和C-S键断裂，而不破坏C-C主键，使废橡胶实现选择性断键，完成再生过程；另外，利用驱动单元带动顶栓3往复运动，提高顶栓3运动稳定性，保证增压泄压控制精确度。本发明的废橡胶再生装置，结构简单，操作便捷，降低了废橡胶再生难度。
在本具体实施方式中，压缩腔2的数量为两个，顶栓3的数量与压缩腔2的数量相一致且一一对应，两个压缩腔2相对于反应腔1的轴线对称设置于反应腔1的两侧，进一步提高机械增压泄压的均匀度和稳定性。为了避免反应腔1内废橡胶物料进入压缩腔2中，反应腔1与压缩腔2之间设置隔板4，确保废橡胶始终处于反应腔1内，隔板4上具有通孔，压缩腔2利用通孔于反应腔1相连通。此处需要说明的是，通孔的大小可根据实际再生过程中废橡胶物料的大小确定，为了进一步保证废橡胶始终处于反应腔1内，可在隔板4处设置过滤元件，在保证气体顺利流通的前提下，避免废橡胶错位，使得再生过程顺利进行。
具体地，压力调节单元包括气泵5，气泵5利用通气孔6与压缩腔2相连通，气泵5能够向压缩腔2内通入气体或抽吸气体，压缩腔2与反应腔1相连通，以达到增压和泄压的目的，气泵5与压缩腔2之间设置气动换向阀7，便于控制反应腔1内的压力。
更具体地，反应腔1具有进料口8和出料口9(本具体实施方式分别设置进料口8和出料口9，在本发明的其他实施方式中，可以设置一个通过口作为进料出料用)，进料口8处设置进料密闭门10，出料口9处设置出料密闭门11，进料密闭门10和出料密闭门11均连接有密封元件12，确保反应腔1的密闭性，相应地，顶栓3也连接有密封元件12，以确保压缩腔2的密封性，在本具体实施方式中，进料密闭门10、出料密闭门11以及顶栓3处的密封元件12，均包括铜封圈和密封圈，进料密闭门10和出料密闭门11处的密封圈采用锥形密封圈，进一步增强密封效果。
在本具体实施方式中，进料口8位于反应腔1的顶部，出料口9位于反应腔1的底部，其中，出料密闭门11能够滑动并密封地设置于出料口9处，出料密闭门11连接有推动组件，推动组件包括第一驱动器13，第一驱动器13与出料密闭门11传动相连，第一驱动器13能够带动出料密闭门11往复运动，以实现出料口9打开和封闭，便于再生物料输出。为了便于收集再生物料，可在出料口9底部设置收集盒14，当出料密闭门11滑动，出料口9打开后，再生物料落入收集盒14中，提高操作便捷性，降低操作人员劳负担。另外，第一驱动器13(可选用电机或气缸等)可以利用齿轮齿条与出料密闭门11传动相连，还可以采用链轮链条等传动结构，满足不同工况的生产需求。
除此之外，出料密闭门11处还设置锁紧块15，锁紧块15能够滑动地与反应腔1相连，锁紧块15能够与出料密闭门11相抵，锁紧块15与出料密闭门11的抵接面为斜面；锁紧块15连接有第二驱动器16(可选用电机或气缸等)。第二驱动器16带动锁紧块15滑动，由于锁紧块15与出料密闭门11的抵接面为斜面，锁紧块15对出料密闭门11的作用力分解为水平作用力和垂直作用力，将出料密闭门11压紧在出料口9处，防止出料密闭门11松脱，提高装置可靠性。在本具体实施方式中，锁紧块15和第一驱动器13分别设置于出料密闭门11的两侧。
进一步地，驱动单元包括液压缸17和液压泵18，液压缸17与顶栓3相连，液压缸17与液压泵18相连，液压缸17与液压泵18之间设置液压换向阀19，液压缸17能够驱动顶栓3往复运动，使得压缩腔2内的压力能够增大和减小，以顺利完成废橡胶再生。
还需要说明的是，废橡胶再生装置还包括机架20，反应单元、压力调节单元以及驱动单元均设置于机架20上，机架20为其他零部件提供了安装基础，提高了各部件工作稳定性。
更进一步地，本发明还提供一种废橡胶再生方法，包括如下步骤：
对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压，压力增至不低于20MPa，增压完成后保持一段时间或持续增压一段时间，然后对增压后的所述废橡胶粉所处环境进行泄压，泄压至压力不高于15kPa，泄压后保持一段时间，完成一个循环；重复进行所述循环；令完成所述循环的废橡胶粉的所处环境恢复至与大气压相等。
本发明的废橡胶再生方法，废橡胶的整个再生过程处于低温条件(温度100℃以下)，确保废橡胶在再生过程中不会因为高温氧化裂解无法选择性断链，整个再生过程中不会产生任何废气废液，在提高废橡胶再生物理机械性能的同时，实现节能、降耗、环保再生。
破碎后的废橡胶粉的目数大于10目，废橡胶粉所处环境的填充系数为0.2-0.8；破碎后的废橡胶粉所在环境的温度不大于100℃，优选温度范围为20-80℃。
对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压后，压力保持在20-30MPa，增压后保持1-2min，泄压后同样保持1-2min，重复进行循环2-5次。
下面通过具体的实施例，对本发明的废橡胶再生方法，进行进一步地解释说明。
实施例一
打开进料密闭门10，将破碎后20-80目的废橡胶粉放入反应腔1内，关闭进料密闭门10，打开液压泵18，使液压油驱动液压缸17，带动顶栓3以300-600mm/min的速度向反应腔1的方向运动，当顶栓3到达下限位后，打开气泵5，使反应腔1内部压强进一步增大，使反应腔1内部到达20-30MPa，保持1-2min，打开气动换向阀7，气泵5开始对反应腔1内部进行抽真空，使反应腔1内处于真空状态，打开液压换向阀19，使液压油驱动液压缸17，带动顶栓3以300-600mm/min的速度向远离反应腔1的方向运动，使反应腔1内压强进一步降低，直至到达顶栓3的上限位，保持1-2min，这就完成了一个循环，往复进行2-5个循环后，先打开气泵5，调节气泵5压强与大气压相同，使反应腔1内部的压强与外部压强相同，此时先打开第二驱动器16，使锁紧块15向外运动，再打开第一驱动器13，使出料密闭门11打开，打开出料密闭门11后物料受重力作用排至收集盒14中，关闭出料密闭门11后，再打开第二驱动器16，使锁紧块15向内进行运动，将出料密闭门11锁紧，完成整个再生过程。
实施例二
打开进料密闭门10，将破碎完成后20-80目的废橡胶放入反应腔1内，关闭进料密闭门10，打开液压泵18驱动液压缸17，带动顶栓3以300-600mm/min的速度向反应腔1的方向运动，当顶栓3到达下限位后，打开气泵5，使反应腔1内部充满二氧化碳气体且压强增加，使二氧化碳气体处于超临界状态，当反应腔1内部到达不低于20MPa时，保持1-2min，打开气动换向阀7，将反应腔1内部二氧化碳气体抽至尾气收集罐内，使反应腔1内部处于真空状态，打开液压换向阀19，使液压缸17带动顶栓3以300-600mm/min的速度向外运动，使反应腔1内压强进一步降低，直至到达顶栓3的上限位，保持1-2min，这就完成了一个循环，往复进行2-5个循环后，先打开放气孔，使反应腔1内部的压强与外部压强相同，此时先打开第二驱动器16，使锁紧块15向外运动，再打开第一驱动器13，带动出料密闭门11打开，打开出料密闭门11后物料受重力作用排至收集盒14中，关闭出料密闭门11后，再打开第二驱动器16，使锁紧块15向内进行运动，将出料密闭门11锁紧，完成整个再生过程。
依靠现有技术中的真空泵无法实现高正负压或交互式高正负压的工作条件，不能满足废橡胶再生所要求的正负压力值，给废橡胶再生以及其他高正负压工作增加了难度。本发明的废橡胶再生装置，利用顶栓3和压缩腔2实现对反应腔1增压和泄压，同时结合气泵5对反应腔1增压和泄压，机械增泄压与气泵5增泄压相结合，精准调控正负压值，同时亦可调控正负压精准值点下的作用时间；另外，气泵5工作还能够带走顶栓3产生的部分热量，使得再生环境处于100℃以下的低温条件，确保废橡胶在再生过程中不会因为高温氧化裂解无法选择性断链，整个再生过程中不会产生任何废气废液，在提高废橡胶再生物理机械性能的同时，实现节能、降耗、环保再生。
还需要强调的是，本发明的废橡胶再生装置，较现有交互式压力装置，可大幅提升正负压极限值，亦可与超临界流体相结合，可以满足较高正负压或交互式高正负压的加工检测等领域的应用需求，适用范围较广。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种废橡胶再生装置，其特征在于，包括：
反应单元，所述反应单元包括反应腔、压缩腔和顶栓，所述反应腔内能够容纳反应物料，所述反应腔与所述压缩腔相连通，所述顶栓能够滑动并密封地设置于所述压缩腔内，所述反应腔还能够与外部环境相连通；
压力调节单元，所述压力调节单元与所述反应腔相连通，所述压力调节单元能够改变所述反应腔内的压力；
驱动单元，所述驱动单元与所述顶栓传动相连，所述驱动单元能够带动所述顶栓往复运动。
2.根据权利要求1所述的废橡胶再生装置，其特征在于：所述压缩腔的数量为两个，所述顶栓的数量与所述压缩腔的数量相一致且一一对应，两个所述压缩腔相对于所述反应腔的轴线对称设置于所述反应腔的两侧；所述反应腔与所述压缩腔之间设置隔板，所述隔板上具有通孔。
3.根据权利要求1所述的废橡胶再生装置，其特征在于：所述压力调节单元包括气泵，所述气泵利用通气孔与所述压缩腔相连通，所述气泵与所述压缩腔之间设置气动换向阀。
4.根据权利要求1所述的废橡胶再生装置，其特征在于：所述反应腔具有进料口和出料口，所述进料口处设置进料密闭门，所述出料口处设置出料密闭门，所述进料密闭门和所述出料密闭门均连接有密封元件；所述出料密闭门能够滑动并密封地设置于所述出料口处，所述出料密闭门连接有推动组件，所述推动组件包括第一驱动器，所述第一驱动器与所述出料密闭门传动相连。
5.根据权利要求4所述的废橡胶再生装置，其特征在于：所述出料密闭门处还设置锁紧块，所述锁紧块能够滑动地与所述反应腔相连，所述锁紧块能够与所述出料密闭门相抵，所述锁紧块与所述出料密闭门的抵接面为斜面；所述锁紧块连接有第二驱动器。
6.根据权利要求1所述的废橡胶再生装置，其特征在于：所述驱动单元包括液压缸和液压泵，所述液压缸与所述顶栓相连，所述液压缸与所述液压泵相连，所述液压缸与所述液压泵之间设置液压换向阀。
7.根据权利要求1所述的废橡胶再生装置，其特征在于：还包括机架，所述反应单元、所述压力调节单元以及所述驱动单元均设置于所述机架上。
8.一种废橡胶再生方法，其特征在于，包括如下步骤：
对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压，压力增至不低于20MPa，增压完成后保持一段时间或持续增压一段时间，然后对增压后的所述废橡胶粉所处环境进行泄压，泄压至压力不高于15kPa，泄压后保持一段时间，完成一个循环；重复进行所述循环；令完成所述循环的废橡胶粉的所处环境恢复至与大气压相等。
9.根据权利要求8所述的废橡胶再生方法，其特征在于：破碎后的废橡胶粉的目数大于10目，废橡胶粉所处环境的填充系数为0.2-0.8；破碎后的废橡胶粉所在环境的温度不大于100℃。
10.根据权利要求8所述的废橡胶再生方法，其特征在于：对破碎后的废橡胶粉所处环境进行增压后，压力保持在20-30MPa；增压后保持1-2min，泄压后同样保持1-2min，重复进行所述循环2-5次。
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