201111491 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種浸入型的瀝青切割裝置。
成顆 特別有關於-種可浸入冷卻液槽中將瀝青條切 粒或類似物之設備。 良好顆粒形狀之固態 本發明之設備係用來製做出具有 瀝青。 【先前技術】 瀝青是一種對來自煤焦油處理程序、重組傾析油、原 油分餾、生物裂解油殘留物或其他來源之多種重烴化人物 進行加工處理後得到的含碳產物。瀝青會以最終使用者之 規格與需求而以不同的形式存放。最常見的一種形式是固 態顆粒或丸狀。 為了能將不同的材料進行顆粒化，目前已設計出很多 不同項目的設備。根據它們的操作方式及產出材料之外 形’可以分別被稱為顆粒機、造粒機、刨片機、破碎機等 等。顆粒機之設計核心在於切割裝置。根據多種可能出現 的設計，此切割裝置約略有以下的組成：一切割器、一反 向切割器、一切割器護殼。切割器可以是可動或固定的； 它可以有很多不同的外形，並設有不同數目的切割刀片。 反向切割器則不一定是必需的，也可以是可動的或是固定 式的。切割器護殼是用來保護操作人員’這也不一定是必 需的，端視顆粒機設備的設計。根據實際的設計情況，護 4 201111491 般也可以用來做為供料斗或是顆粒產出物的輸出導口，儘 官运並不是護殼的主要功能。 遞青或遞青相關產物(如碳黑或固態含碳燃油)的造粒 可以經由多種不同型式的顆粒機來得到。 第種疋可以製做出瀝青條的垂直瀝青擠壓機 (US3’334，167)°㈣的動作是在水中進行的。瀝青條會流 入-個充滿水的冷卻池中，直到其觸抵冷卻池的池底。在 冷卻池底，它會被—個螺旋輪送機斷成㈣長度的遞青棒。 種是 '.星由夕孔板設計而成的顆粒機 (US4’ 1〇7，382)。瀝音舍（X)舍 士 2 & 歷月會口重力而自然流經穿孔，並形成滴 狀而落入一水槽中’最後形成針狀的固態瀝青。 第-種疋具有輸送耶的顆粒機，瀝青以不規則的方式 鋪撒於輸送帶…3,836,354)。再利用一連串的切心 形成瀝青絲條’再經由裁切機切割成不規則的瀝青塊。 β第四種是利用在兩個有浮凸、可旋轉的鑄模之間連續 擠壓瀝青而形成瀝青片之顆粒機(US5, 236, 468)。瀝青片也 可以使用旋轉成型機來製做⑽7,344,368):液_青被裝 於具有穿孔的可旋轉式圓槽中進行供料，使瀝青以小量的 方式沉積於一輸送帶上。這些小量的遞青必需再經過冷卻 以形成所需的固態瀝青片。 〃最後一種顆粒機4具有一個可旋轉的切割器及一個可 ，轉的反向切割器(US4,482,517)。切割器與反向切割器都 =柱形’並被置於水中。浸水的深度是可以調整的。切割 盗上具有縱向的切割刀片。切割器與反向切割器是以互相 201111491 相反的方向進行旋轉。反向切割器的速度與切割器的速度 稍有不同。切割器在其内部也可以產生水流循環以冷卻切 割益。在切割器的柱形本體上也可以設計一些孔洞，以使 冷钾水在特定的位置上排出。最後形成的固態瀝青會呈長 圓柱狀顆粒，且具有被壓碎的末端。 一般來說，由於被進行處理的瀝青天然特性，顆粒機 系統必需經由冷浸來達成液態瀝青的快速冷卻。某些上述 的系統中設計有這種冷浸。經冷浸後的固態瀝青會形成一 些類玻璃的材料，而在切割過程中可能破裂並形成一些細 微的玻璃粉末。一般都會建議將這些細小的粉末加以收 集，避免到處擴散。傳統系統會被設計使用充滿冷卻液（例 如尺）的水槽來取知固態瀝青，而達成冷浸及防止粉末擴散 的要求。由於有對固態瀝青顆粒形狀必需良好的要求，能 夠達成這個要求的顆粒機系統變得較易被接受使用。所 以，旋轉成型機、浮凸可旋轉鑄模及可旋轉切割器與反向 切割器就成為在這種目的下較佳的設備。旋轉成型機所產 出的小型標準化的遞青片會出現__些缺點，最關鍵的是易 脆。可旋轉鑄模可能會被厚又黏的瀝青堵塞住；此外，它 們對處理後的瀝青也無法自行進行令人滿意的冷浸。因 此，剩下的選擇就是使用浸入式的切割器與反向切割器組 合0 然而，浸入式的切割器與反向切割器組合並不是完全 沒缺點的：兩個切割柱的正向與反向旋轉會在水中形成速 度渦流與速度場。因而造成的速度梯度會在浸入式的圓柱 6 201111491 上方及下方形成壓力梯度。這種現象就是在流體動力學中 所明的馬格納斯效應（Magnus Ef f ect)。若馬格納斯效應之 寬度θ隨著切割器與反向切割器之旋轉速度變化，它會在 刀。!裝置的上方對瀝青流體產生擾亂。這種擾亂可能是對 歷月向的輕微擾亂，但也可能造成極大的流向改變。它 可X造成種「衝浪現象j (surf ing phenomenon)，使得 :青脫離切割裝置’而被牽拉至切割柱的周圍。如此，瀝 月就無法進行切割。在某些極端的情況下，由於水中處理 私序是伴隨著冷浸的，料拉的遞青會在切割器及反向切 割器周圍形成—個殼體。如&，切割柱就沒有被阻撐，且 圮入顆粒機的瀝青就無法抵達切割柱，使得整 停機維修清理。 而 【發明内容】 本發明提供-種設備，可將瀝青擠壓成條狀並浸入 7中而使用適當的一组士 益及反向切割器將其切割成所 而且可調整長度之區段。 之雲令^ t 刀。J裘置之位置可以依顆粒形狀 &芾求而改變，或是為丁 與該欲進仃顆粒化溶解瀝眚 …、、特性有關之冷卻條件而改變。 本發明在前文已說明了傳統設計中的缺點。 依本發明之一目的，提 粒或類Μ 钕供了-種可將瀝青條切割成顆 設備勺k 珂係用以叹入-冷卻液槽中，該 ° 又備包括一可旋轉之切割裝 飞 數刀h 置’該切割裝置包括-具有複 数刀片之可旋轉切割柱以及— 、虿複 可靛轉之反向切割柱，該切 201111491 割柱與反向切割柱係相互對應設置以將通過其間之該瀝青 條切割成遞青顆粒，該設備之特徵在於：該設備包括一第 一可旋轉導引裝置’用以導引一瀝青條流體朝向該切割裝 置’該可旋轉導引裝置與該切割裝置之設置係可使該瀝青 條以垂直方向流經該切割柱及該反向切割柱之間。 依本發明之一較佳實施例’此設備更包括一第二瀝青 條流體導引裝置，設置於該切割裝置下方以在該冷卻液槽 中將被切割成顆粒狀之瀝青條導引離開該切割裝置。 其中更佳的是，該第一及/或第二導引裝置具有至少一 組兩片之金屬薄片，該些金屬薄片係對應設置以定義出一 歷青導引通道’該通道朝向該切割裝置方向逐漸變窄。 其中更佳的疋’該些金屬；4片具有一流體動力剖面， 以在該設備浸入該冷卻液槽中時，增進在該第一及/或第_ 導引裝置週圍冷卻液之循環。 在本發明一更具體較佳實施例中，該些具有流體動力 剖面之金屬薄片’具有一管狀本體。如此可允許該冷卻液 循環流入該些金屬薄片中，以增進金屬薄片之冷卻。如此 亦可以允許在瀝青條導引裝置鄰近區域中的冷卻液進行自 循環》 依據本發明一具體設計’該第一導引裝置之該些金屬 薄片被設置形成一進料斗。 其中更佳的是，該些金屬薄片具有至少一開孔， 在該設備浸入該冷卻液槽中時，使該冷卻液通過。 該切割器與反向切割器組設有一切割裝置護殼。罐士 8 201111491 的。又置允許了對切割裝置周圍流體之控制以導引在切割 裝置之間的瀝青條，並消除馬格納斯效應所造成的不良影 響切t置6隻殼也被設計&可允許董子十刀割裝置附近的遞 青冷進仃最佳溫度管理。更佳的是，該護殼設置於該切 割裝置之周圍’以使因該切割裝置進行旋轉而在其周圍引 發之冷卻液循環流動得以進行。 在護殼與第一及/或第二導引裝置之間也提供了一些 間隙’以允許在切割裝置附近的冷卻液可以更新。 依據本發明一具體實施例，該護殼及該第一及/或第二 導引裝置係一體成型形成於該護殼上。 【實施方式】 的、特徵和優點能更明顯易懂， 並配合所附圖式，作詳細說明如 為使本發明之上述目 下文特舉一較佳實施例， 下： 日以下將介紹根據本發明所述之較佳實施例。必須說明 的是’本發明提供了許多可應用之發明概念所揭露之特 定實施例僅是說明達^及使用本發明之料方式不可 用以限制本發明之範圍。 具有噴嘴11的瀝青供料 設備所組成。 槽 請參閱第1圖，顆粒機是由一 10、一冷卻液槽30及瀝青切割 在上述之實施例中’瀝青切割設借 J又備包括有可旋轉之切 割裝置60、70、切割器護殼50、用以脾 ，歷青條流體導向切 割裝置60、70之第一導引裝置4〇 以及用以在冷卻液槽 201111491 中將>歷青條2G以顆粒形式導出切割裝置6q、7Q 導引裝置90。 〃可旋轉切割裝置6G及70包括有—具有多個刀片的可 凝轉切割桎(以下稱「可旋轉切割器6〇」）以及一可旋轉之 反向切割器70。切割器60與反向切割器？〇係對應設置以 將通過其間的湿青條20七刀割成顆粒8〇。稍後將詳細說明 可旋轉切割裝置。 第-導引裝置是設置於切割裝置6〇及？〇的上方，且 切割裂置60、70與瀝青供料槽1〇之間。以下將其稱 為流體導入裝置40」。 第二導引裝置是設置於切割裝置6〇、7〇之下方。以下 將其稱為「流體導出裝置9〇」。 在操料，瀝青自供_ 1G經由㈣供料裝置底部的 =:1而被擠壓出來。瀝青以條狀的形式流入冷卻液槽 流動中的遞青條2G被流體導人裝置4G導引。 :作並非經由使遞青條與流體導入…。發生接觸而達 成的。 咬
在流體導入裝置4〇之出口，瀝青條2。經由 切割器6〇及可旋轉反向切割器7〇之間被夹捏而被切^ 邏青顆粒80。可旋轉切割器6Q及反向切MM 被設置於水中。其浸入的深度是可以改變的。可旋轉广 器60配備有縱向的切割刀片。 刀割 向上呈㈣狀。在㈣割㈣在縱 裝置父互傾斜下，可旋轉的反向切 10 201111491 割器可以是-個平滑 器7〇是以相反的方向旋轉。;^轉切割器6〇與反向切割 向切割…旋轉速：I㈣引裝置的傾斜狀況，反 不同。在一個較佳的實施例二切割器6〇的旋轉速度猶有 可旋轉的反向切割器70在 縱向上具有鑛齒，且與切判 13 6〇以相反的方向以同樣的速 度％轉。切割器60與反向切名丨明^ 害J器7 0的旋轉速度可以進行 調變:在切割器6〇與反向切割器7〇之間的間距可以調整。 清參閱第1、4、5m，、丈·®*# 圖机體導入裝置40包括有兩個一 組的金屬薄片40卜是由片狀的元件構成並傾向一指定 方向以疋義出遞青條8G的—個導引通道刪。金屬薄片仙 之位置、長度及傾斜角是根據以下所決定的：⑴可旋轉切 割器60及反向切割器7。之圓柱半徑 '⑴)可旋轉切割器 60之旋轉速度、（iii)可旋轉切割器6〇與反向切割器Μ 之間的間距、（iv)瀝青條的流速以及（ν)顆粒機之浸入深度 (被定義為冷部液槽30之表面與可旋轉切割器6〇軸心位置 之高度差）。這五個參數控制了因可旋轉切割器6〇及反向 切割器70之旋轉所造成超壓場及速度梯度量，一般被稱為 「馬格納斯效應」。導引裝置4〇之金屬薄片組4〇 1之位置 與形狀對超壓場形成一個實體障礙，也會依流體的流向形 成一個速度梯度的導引’而允許控制來自噴嘴n向切割裝 置移動的瀝青條8 0。 流體導入裝置4 0之兩片金屬薄片也可以被設定在— 固定角度’其設置可以抵銷在金屬薄片末端產生的不良邊 際效應。這可以經由使用具有一組兩片並在末端相連而形 11 201111491 成浸入式導引進料斗411之金屬薄片來達成。浸入式導引 進料斗411之整體形狀的設計可以使經由可旋轉切割器6 〇 及反向切割器圓柱之旋轉而產生之超壓場及速度梯度有效 地被抵銷。 流體導入裝置4 0之金屬薄片形狀可以進行調整，以使 金屬薄片具有一流體動力之剖面4 21，其流體動力效果是 由在流體導入裝置40附近自循環的冷卻液之流體動力現 象而來（第7圖）。除了上述對不良的馬格納斯效應所產生 之抵銷作用外，使用具流體動力剖面之金屬薄片還可以對 在流體導入裝置4 0附近自循環的冷卻液產生加強的導引 效果。它可以明顯地抵銷掉在流體導入裝置4()底部及切割 裝置入口右側的死水及被關閉的再循環迴路。 更佳的方式是’具有流體動力剖面4 21之金屬薄片可 以具有一中空的本體4 2 2，允許冷卻液流體可以產生内部 循環，以增強金屬薄片本身與在流體導入裝置4〇附近自循 環冷卻液之冷卻。 此兩片一組的金屬薄片401及浸入式的導引進料斗 411可以被加工形成開孔431、432及433，以允許冷卻液 可以自冷卻液槽30至兩個金屬薄片4〇丨間隙或浸入式導引 進料斗411内部部份之間進行額外的自循環，如第8圖所 不。延些開孔可以是以下之一：⑴&金屬薄片成規則或 不規則排列之正方形或矩形開孔431、（u)沿金屬薄片成 規則或不規則排列之圓形或橢圓形開孔432或（丨丨丨）在金 屬薄片頂端具有不同間距、寬度及長度之鋸齒狀開孔433。 12 201111491 這些開孔可以允許自循環的冷卻液不斷更新而達成有效的 遞青條冷浸效果’也增強了在兩個金屬薄#術附近或浸 入式導引進料斗區域的溫度控制。 金屬薄片組401或浸入式導引進料斗411可以被加工 而在金屬薄片背面具有半管狀或中空的本體44卜半管狀 或中空本體441可以達成與中空本體422同樣的效果：它 們允許冷卻液流體的内部循環，而增強金屬薄片4〇1或浸 入式導引進料斗411之冷卻效果及在流體導入裝置4〇附近 及冷卻液的自循環。在金屬薄片组4()1或浸入式導引進料 斗411背面使用半管狀或中空本體441時n㈣㈣ 開孔 431、432 或 433。 流體導出裝置90包括有一組兩片的金屬薄片剛。此 兩片金屬薄片901相對於金屬薄片4〇1是位於相反的位 置。金屬薄片可改進之處包括浸入式的導引進料斗4ιι、 具有流體動力剖面421之金屬薄片、同時具有流體動力剖 面42i與中空本體422之金屬薄片、加工形成之開孔431 及432或使用半管狀或中空本體441，這些都可以用在流 體導出裝置90及金屬薄片9〇1上。 如上述，本實施例之設備可以包括有一切割裝置護 殼，以保護可旋轉切割器60及反向切割器7〇。第5圖°中 的切割裝置隸50包括有由包圍兩個切割柱之薄片所構 成之分段護殼501。分段護# 5G1之設計可使可旋轉切割 器60及反向切割器70周圍產生因㈣】柱旋轉而引發的水 流循環。分段護殼5(Π的上部及下部具有順應彎曲的薄 13 201111491 片’以在流體導入裝置40及流體導出裝置90之間保持有 間隙450、950。流體導入裝置40及流體導出裝置9〇背面 被分段護殼彎曲薄片包覆之長度，必需能使冷卻液在該區 域發生自循環。這些間隙使得在切割裝置附近的冷卻液可 以進行更新。此外，所造成之冷卻液滲入方向會受因切割 裝置圓柱旋轉所產生之速度梯度及分段護殼5〇丨所形成的 渠道而控制。 另外，切割裝置護殼50也可以被設計成單一個零件， 可以與流體導入裝置40及流體導出裝置90 —體成形（如第 6圖所示）。這種整合式的切割裝置護殼51丨是由包覆切割 裝置圓柱之薄片所構成。整合式切割裝置護殼51丨也以順 應流體導入裝置40及流體導出裝置90之方向設置。特別 一提的是，此種整合式切割裝置護殼也可以使用所有為金 屬薄片401設計的改良設計，包括使用具有流體動力剖面 421之金屬薄片、使用同時具有流體動力剖面421及中空 本體422之金屬薄片、加工形成開孔431及432或使用半 管狀或中空本體441。 以下將說明在搭配或沒有搭配上述流體控制裝置設備 的情況下，本發明中瀝青顆粒機之使用。此處之說明僅是 此設備不同樣態之眾多可能使用方式的一個例子。 在第個例子中，在進料槽1 〇中的瀝青在超過瀝青軟 化溫度40至80度以上的溫度條件下被送至瀝青擠壓喷嘴 11。本例中’將使用溫度為攝氏ι6〇度之瀝青。 以平行排列的多個喷嘴丨丨可以同時使用。本例中使用 201111491 了 6個噴嘴。如此可以得 會被W 5 寸至“條千仃的瀝青條2〇。噴嘴u :::至可產生―青條。本…喷嘴半徑 會垂直地流入冷卻液槽"。在本例中， 疋使用水做為冷卻液。在冷卻液槽中的冷卻水 狐度約為攝氏30度。由可 妖轉刀dJ斋60及反向切割器70 所組成的切割裝置已經在 以立刻進行。 轉中/歷“条2。之溫度冷浸可 主在本例中沒有使用任何的流體導入裳置⑼。因此，遞 :條2。是直接流經切割器6〇及反向切割7〇所組成的切割 、置。切割器60與反向切割器7。間的間距是可調的。本 例中的間距為〇.3_。切割器6。與反向切割器7〇之旋轉 速度可以在每分鐘3Q至咖轉之間改變。本例中使用之最 大方疋轉速度為每分鐘11G轉。連同流體導人裝置4Q及切割 :置之整個設備的浸入深度可以在1〇〇_至25〇随之間。 ^入深度的定義為切割器6〇之轉軸及冷卻液槽表面間的 高度差。本例中的浸入深度為170_。 在數分鐘的運作之後，就會出現瀝青條被牽拉及流向 改變的情況（被稱為瀝青「衝浪」現象）。 在第二個例子中，進料槽10中的瀝青在溫度為攝氏 150度下被送至瀝青擠壓噴嘴11。 以平行排列的多個喷嘴1 1可以同時使用。本例中使用 了 6個噴嘴。如此可以得到6條平行的瀝青條2 〇。喷嘴u S被調校至可產生相同半控的瀝青條。本例中的喷嘴半徑 15 201111491 為 15mm 。 瀝青條20會垂直地流入冷卻液槽3〇中。在本例中， V "P液槽中疋使用水做為冷卻液。在冷卻液槽中的冷卻水 溫度約為攝氏40度。由可旋轉切割器6〇及反向切割器7〇 所組成的切割裝置已經在運轉中。瀝青條20之溫度冷浸可 以立刻進行。 接著，瀝青條20會進入流體導入裝置4〇。流體導入 裝置40是由兩個金屬薄片4〇1所構成。在本例中，金屬薄 片的位置’意即其間距、角度及浸入深度是可改變的。其 間距可以在切割柱60半徑的0.25至1.5倍之間變化。間 距的定義為兩個金屬薄片4〇1底部左側之間的距離。其角 度則可以在1〇至45度之間。角度的定義為在任一片金屬 薄片4 01底部，薄片與一垂直軸間的角度。連同流體導入 裝置40及切割裝置之整個設備的浸入深度可以在】至 25〇mm之間。浸入深度的定義為切割器6〇之轉軸及冷卻液 槽表面間的高度差。本例中的浸入深度為170mm。 瀝青條20會被導引並垂直流經兩片金屬薄片4〇ι之 間。接著，瀝青條20就會流經切割器6〇及反向切割7〇所 組成的切割裝置。切割器60與反向切割器7〇間的間距是 可調的。本例中的間距為0.5mm〇切割器6〇與反向切割器 70之旋轉速度可以在每分鐘30至2〇〇轉之間改變。本例 中使用了最大旋轉速度，以呈現出條件最嚴苛的情況。在 長達1 2個小時的運作之後，仍然不會出現瀝青條被牵拉或 流向改變的情況。 16 201111491 金屬薄片9。 述第二例之設備搭配了-由兩個 所構成的流體導出裝置9Q進行運作。在本例 中，此兩個金屬薄片的位置’意即 度是可改變的。其間距可以在切割…徑的角=二 間變化。間距的定義為兩個金屬薄片9〇 本财使用了—倍半徑做㈣距。以度則可 底 5度之間。角度的定義為在任-片金屬薄片901 度：4片與一垂直轴間的角度。本例所使用的角度為1。 其他的參數則保持與第二例相同。在長達⑴固小時的 之後’仍然不會出現瀝青條被牽拉或流向改變的情況。 本路本發Γ雖以較佳實施例揭露如上’然其並非用以限定 之拌月的：圍’任何熟1習此項技藝者，在不脫離本發明 ;月神和範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明 之保遵範圍當視後附之巾請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示了本發明具有一切割裝置之顆粒機系統； 第2圖顯示了本發明一第一實施例中切割裝置之 圖； ，口1 第3圖顯示了本發明一第二實施例第i圖之 之細部圖； 扳罝 第4圖顯示了本發明一第三實施例第1圖之切割裝置 之細部圖； 、 17 201111491 第5圖顯示了本發明一第四實施例第 之細部圖； 第6圖顯示了本發明一第五實施例第 之細部圖； 第7圖顯不了本發明一第六實施例第 之細部圖； 第8圖顯示了在上導引金屬薄片上、 流循環之開孔；及 第9圖顯不了在上導引金屬薄片上、 循環來增強冷卻效果之半導管。 【主要元件符號說明】 10 ~瀝青供料槽； 1卜喷嘴； 20〜瀝青條； 3 0〜冷卻液槽； 40〜流體導入裝置； 50、511〜切割器護殼； 6 0〜可旋轉切割器； 7 0〜反向切割器； 80〜瀝青顆粒； 9 0〜流體導出裝置； 400〜導引通道； 401、901〜金屬薄片； .圖之切割裝1 1圖之切割裝置 1圖之切割裝置 用以得到最佳水 用以藉由冷卻劑 18 201111491 41卜進料斗； 42卜流體動力剖面； 422、441〜中空本體； 431、432、433〜開孔 450 、 950〜間隙；及 50卜分段護殼。