一种基于胶粉活化的橡胶沥青加工设备的制作方法

1.本发明属于橡胶沥青加工技术领域，具体的说，涉及一种基于胶粉活化的橡胶沥青加工设备。


背景技术：

2.胶粉是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料，微波辐照活化胶粉通常将废旧橡胶粉碎至20目～60目大小的胶粒，加入一定量的分散剂,输送到用玻璃或陶瓷制做的管道中,使胶粒按一定速度前进,接受微波发生器发出的能量.调节微波发生器的能量,致使胶粉分子中的c—s、s
‑‑
s键断链,达到再生目的。
3.但是，通常在微波辐照活化胶粉的生产及沥青改性应用中，存在如下的共性问题：(1)胶粉在微波辐照下，温度会持续上升，胶粉中的水份和轻质油份会挥发出来，产生烟气，烟气上浮，进入圆形波导管，损坏微波发生装置的磁控管，影响设备的正常连续工作时间。
4.(2)胶粉在封闭的谐振腔中进行微波辐照活化，脱硫程度无法直接监测，并且，微波能量集中，胶粉升温速率快，胶粉极易产生过度脱硫现象，严重影响活化胶粉使用性能。
5.(3)橡胶沥青生产过程产生大量的有害废气，需要配备一整套的废气处理设备，生产成本较高。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基于胶粉活化的橡胶沥青加工设备，用于解决微波辐照活化胶粉加工过程中，胶粉中的挥发物损伤设备，胶粉在谐振腔中的脱硫加工过程不可控，以及其作为橡胶沥青的加工原料在生产过程中产生有害废气污染环境，废气处理设备单独建立生产成本高的问题。
7.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种基于胶粉活化的橡胶沥青加工设备，包括若干个并排设置的橡胶沥青搅拌罐，所述橡胶沥青搅拌罐顶部的入料口与微波谐振腔底部的出料口通过排料管路相连，微波谐振腔侧壁与橡胶沥青搅拌罐的顶部之间通过烟气管路相连，所述微波谐振腔顶部设有烟气降解系统，微波谐振腔侧壁设有voc
s
在线检测仪，烟气降解系统与voc
s
在线检测仪通过控制系统电连接；
9.所述烟气降解系统包括微波发生装置、烟气降解装置、冷却装置和废气收集装置，微波发生装置与烟气降解装置的顶部通过波导管路相连，冷却装置设于烟气降解装置顶部并位于微波波导管路下方，烟气降解装置设于微波谐振腔顶部并与废气收集装置通过气体管道相连，上述各装置与控制系统电连接
10.进一步的，所述烟气降解装置包括圆桶形结构的波导管，波导管内部设有隔离板，隔离板将波导管分为左右两部分，波导管左侧靠近顶部位置设有进气口，进气口连接有高速射流用的气体管道，气体管道的一端连接有向波导管内部喷射气流的喷嘴，另一端依次连接有罗茨风机和废气收集装置，波导管右侧顶部设置有微波馈入口，微波馈入口通过矩
形结构的波导管路与微波发生装置相连，波导管右侧底部通过气体管道与废气收集装置相连，波导管左侧壁设有放电部。
11.进一步的，所述放电部包括若干个作为放电电极材料活动安装于波导管左侧壁的金属针，波导管开设有与金属针适配的针孔，金属针通过伸缩机构设于波导管左侧壁上，通过伸缩机构控制金属针进入波导管内部的距离或数量，以通过改变金属针伸入波导管内部的距离或数量构成其放电功率的调整。
12.进一步的，所述伸缩机构包括驱动机构，驱动机构通过传动组件连接有与波导管侧壁相适配的弧形安装板，若干个金属针固设于弧形安装板上，voc
s
在线检测仪通过控制系统与驱动机构电连接。
13.进一步的，所述冷却装置设于波导管的侧壁位于微波馈入口下方和气体入口之间，冷却装置包括与制冷机相连的冷却盘管，冷却盘管温度范围为3℃～7℃，冷却盘管盘绕于波导管外侧的微波馈入口下方和气体入口之间位置形成低温冷凝区，冷却盘管外侧包裹有保温棉。
14.进一步的，所述波导管的低温冷凝区内壁处固设有用于雾状的轻质油份和水分液滴收集用的接收盘，接收盘开设有导流槽，导流槽包括纵向导流槽和环形导流槽，环形导流槽通过引流管与沥青搅拌罐相连通。
15.进一步的，所述金属针采用金属钨针作为放电电极材料，金属针为长25mm、直径1mm的短针，所述波导管左侧壁上的针孔直径为3
‑
5mm，金属针数量为15
‑
20个。
16.进一步的，所述废气收集装置包括活性炭过滤箱，活性炭过滤箱内设有活性炭过滤网，活性炭过滤箱通过烟气管道与波导管右侧底部相连通。
17.进一步的，所述气体管路为dn100金属管道，其微波抑制长度为400mm，金属管道末端根据设备布置情况通过连接软管或金属管与活性炭过滤箱相连，高速射流方向与竖直方向呈50
°
～60
°
夹角，以保证在波导管左侧上方产生负压力，压力范围为
‑
15kpa～
‑
10kpa。
18.进一步的，所述隔离板的材质为聚四氟乙烯隔离板，所述微波馈入口设有烟气介质片，所述烟气介质片材质采用聚四氟乙烯、陶瓷或云母。
19.本发明由于采用了上述的结构和方法，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：在生产过程中，橡胶沥青搅拌罐中的沥青烟气经顶部的烟气管路进入微波谐振腔中，与微波谐振腔中的胶粉烟气汇合形成混合烟气，微波谐振腔中的混合烟气从顶部上升进入烟气降解装置内部；混合烟气中的污染物分子在烟气降解装置内部的微波辐照高温、强光和等离子体效应作用下被降解处理，降解后的小分子安全物质及未被降解的少量污染物分子一部分进入废气收集装置进行过滤处理，防止降解的小分子安全物质以外排污染环境，另一部分作为保护气体进入微波谐振腔中，使胶粉与氧气相隔绝，不会发生化学反应，作为保护气体并继续进行二次降解处理；一方面，避免了污染物分子排放到外界造成环境污染，无需外加整套废气处理设备，另一方面，防止污染物分子沿波导管路进入微波发生装置，对设备的磁控管造成损害，影响设备正常运行；另外通过voc
s
在线检测仪可对微波谐振腔中的脱硫程度进行实时监测，实现可控化管理，避免胶粉过度脱硫现象出现，影响活化胶粉的使用性能，并与烟气降解装置通过控制系统电连接，实现联动控制烟气降解装置的降解功率的大小，以适应微波谐振腔内烟气浓度的变化。
20.综上，本发明可避免胶粉加工过程中烟气挥发物损伤设备，且胶粉在谐振腔中的
加工过程可控化管理，防止胶粉过度脱硫，产品指标好，减少不必要烟气的产生，并对产生的有害废气进行有效处理避免环境污染，且通过对烟气降解处理后的轻质油加入橡胶沥青搅拌罐中，对橡胶沥青的加工质量起到良好的促进作用，适用于橡胶沥青加工技术领域。
附图说明
21.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
22.在附图中：
23.图1为本发明实施例的结构示意图；
24.图2为本发明实施例中接收盘的结构示意图。
25.标注部件：1
‑
橡胶沥青搅拌罐，2
‑
微波谐振腔，3
‑
voc
s
在线检测仪，4
‑
烟气管路，5
‑
排料管路，61
‑
微波发生装置，621
‑
波导管，6211
‑
微波馈入口，622
‑
隔离板，623
‑
金属针，624
‑
弧形安装板，625
‑
传动组件，626
‑
驱动机构，627
‑
烟气介质片，628
‑
喷嘴，629
‑
接收盘，6291
‑
纵向导流槽，6292
‑
环形导流槽，63
‑
废气收集装置，641
‑
制冷机，642
‑
冷却盘管，7
‑
气体管路，8
‑
波导管路，9
‑
引流管。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
27.本发明公开了一种基于胶粉活化的橡胶沥青加工设备，如图1所示，包括若干个并排设置的橡胶沥青搅拌罐1，所述橡胶沥青搅拌罐1顶部的入料口与微波谐振腔2底部的出料口通过排料管路5相连，微波谐振腔2侧壁与橡胶沥青搅拌罐1的顶部之间通过烟气管路4相连，所述微波谐振腔2顶部设有烟气降解系统，微波谐振腔2侧壁设有voc
s
在线检测仪3，烟气降解系统与voc
s
在线检测仪3通过控制系统电连接；
28.所述烟气降解系统包括微波发生装置61、烟气降解装置、冷却装置和废气收集装置63，微波发生装置61与烟气降解装置的顶部通过波导管路88相连，冷却装置设于烟气降解装置顶部并位于微波波导管路88下方，烟气降解装置设于微波谐振腔2顶部并与废气收集装置63通过气体管道相连，上述各装置与控制系统电连接。
29.本发明设备的有益效果在于：在生产过程中，橡胶沥青搅拌罐1中的沥青烟气经顶部的烟气管路4进入微波谐振腔2中，与微波谐振腔2中的胶粉烟气汇合形成混合烟气，微波谐振腔2中的混合烟气从顶部上升进入烟气降解装置内部；混合烟气中的污染物分子在烟气降解装置内部的微波辐照高温、强光和等离子体效应作用下被降解处理，降解后的小分子安全物质及未被降解的少量污染物分子一部分进入废气收集装置63进行过滤处理，防止降解的小分子安全物质以外排污染环境，另一部分作为保护气体进入微波谐振腔2中，使胶粉与氧气相隔绝，不会发生化学反应，作为保护气体并继续进行二次降解处理；一方面，避免了污染物分子排放到外界造成环境污染，无需外加整套废气处理设备，另一方面，防止污染物分子沿波导管路88进入微波发生装置61，对设备的磁控管造成损害，影响设备正常运行；另外通过voc
s
在线检测仪3可对微波谐振腔2中的脱硫程度进行实时监测，实现可控化管理，避免胶粉过度脱硫现象出现，影响活化胶粉的使用性能，并与烟气降解装置通过控制
系统电连接，实现联动控制烟气降解装置的降解功率的大小，以适应微波谐振腔2内烟气浓度的变化；并且微波谐振腔2中上升的轻质油份和水分蒸汽通过冷却装置被收集后形成含有轻质油份和水分的液体加入橡胶沥青搅拌罐1中，对沥青的性能起到改良作用。
30.作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，所述烟气降解装置包括圆桶形结构的波导管621，波导管621内部设有隔离板622，隔离板622将波导管621分为左右两部分，波导管621左侧靠近顶部位置设有进气口，进气口连接有高速射流用的气体管道，气体管道的一端连接有向波导管621内部喷射气流的喷嘴628，另一端依次连接有罗茨风机和废气收集装置63，波导管621右侧顶部设置有微波馈入口6211，微波馈入口6211通过矩形结构的波导管路88与微波发生装置61相连，波导管621右侧底部通过气体管道与废气收集装置63相连，波导管621左侧壁设有放电部。所述隔离板622的材质为聚四氟乙烯隔离板622，所述微波馈入口6211设有烟气介质片627，所述烟气介质片627材质采用聚四氟乙烯、陶瓷或云母。
31.本实施例的有益效果在于：圆形结构的波导管621左侧上方布置有喷嘴628，通过罗茨风机由喷嘴628产生高速气体射流，在喷嘴628附近产生负压，也就是射流负压原理，所以，只有在波导管621的左侧上方产生负压，而波导管621的右侧没有负压，微波谐振腔2生产过程中产生的污染物分子等有害废气，受波导管621左侧上方负压影响，进入波导管621的左侧，在左侧波导管621中通过放电部进行有效降解，降解后的废气中不含氧气，主要为小分子安全物质的有害废气，被降解的有害废气在高速气体射流带动下，进入右侧波导管621后分为两部分，一部分向下进入微波谐振腔2，使胶粉与氧气相隔绝，并且不会发生化学反应，起到保护气体的作用，并进行二次降解处理；另一部分向右进入废气收集装置63进行处理，防止直接外排污染环境，微波谐振腔2中上升混合烟气中所含的轻质油份和水分的蒸汽经冷却装置冷凝后被接收盘629回收，通过引流管加入橡胶沥青搅拌罐1中改善沥青加工品质。
32.在微波馈入口6211设置烟气介质片627，可以阻止微波谐振腔2中烟气以及降解后的小分子物质以及未被降解的污染物分子进入矩形微波波导与磁控管接触，对微波发生装置61造成损坏，影响设备正常运行。
33.一般的波导管621只是起到传输微波的作用，本发明专利在波导管621中引入金属钨针放电降解、喷嘴628高速气体射流产生负压、冷却装置和接收盘629静电吸附冷凝聚集液滴等装置，使波导管621具有了降解烟气、气体定向循环、液滴收集的功能，为本发明的核心内容。
34.作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，所述放电部包括若干个作为放电电极材料活动安装于波导管621左侧壁的金属针623，波导管621开设有与金属针623适配的针孔，金属针623通过伸缩机构设于波导管621左侧壁上，通过伸缩机构控制金属针623进入波导管621内部的距离或数量，以通过改变金属针623伸入波导管621内部的距离或数量构成其放电功率的调整。所述伸缩机构包括驱动机构626，驱动机构626通过传动组件625连接有与波导管621侧壁相适配的弧形安装板624，若干个金属针623固设于弧形安装板624上，voc
s
在线检测仪3通过控制系统与驱动机构626电连接。所述金属针623采用金属钨针作为放电电极材料，金属针623为长25mm、直径1mm的短针，所述波导管621左侧壁上的针孔直径为3
‑
5mm，金属针623数量为15
‑
20个。
35.本实施例的有益效果在于：利用伸缩机构，金属钨针可以处于波导管621腔体外
侧，也可以通过针孔进入波导管621腔体。通过改变金属针623伸入波导管621内部的距离或者数量，可以调整其放电功率占微波发生装置61的输出功率百分比，从而根据微波谐振腔2中胶粉烟气浓度的改变而做出相应，避免放电部放电功率过高造成胶粉烟气过度降解，造成微波能的浪费，大量放电，超过烟气降解的需求。选用金属钨针作为放电电极材料，一方面是由于钨金属具有适中的功函数(4.5ev)，在微波辐照下能够相对容易的触发放电现象；另一方面，钨金属熔点高(3410
±
20℃)，在高温下不易熔融，具有更长的使用寿命。
36.具体的，本实施例中是通过伸缩机构改变伸入波导管621左侧部分的数量来实现其放电功率相对于微波发生装置61输出功率百分比而调整的。其调整方法如下：
37.微波谐振腔2侧壁装有voc
s
在线检测仪3，监测范围0～200mg/m3，分辨率1mg/m3，实时监测每部voc
s
的浓度；
38.当浓度小于20mg/m3时，5根金属钨针伸入圆形波导管621，此时，金属钨针放电功率占微波输出功率的比值约为12％～16％。
39.此时微波发生装置61大部分功率用于胶粉活化脱硫，产生的混合烟气在压差的作用下，进入波导管621的左侧，金属钨针放电，产生高温和等离子体环境，对烟气进行降解，降解后的气体进入波导管621右侧，一部分通过气体管道进入废气收集装置63处理，另一部分进入微波谐振腔2，起到保护气体的作用并进行二次降解处理，混合烟气中的轻质油份和水分的蒸汽经过冷却装置接收盘629，冷凝行成液滴加入橡胶沥青搅拌罐1中改良沥青品质，同时保证馈入口烟气介质片627的清洁度，进而保证设备的安全连续工作时间。
40.随着voc
s
浓度的增大，伸入波导管621的金属钨针数量增大，金属钨针放电功率即烟气降解功率增大，胶粉活化功率减小，一方面，减少烟气的产生，另一方面，防止胶粉过度脱硫，产品指标好；减少不必要烟气的产生。
41.当voc
s
浓度大于20mg/m3，小于100mg/m3时，伸入圆形波导管621的钨针数量为：n＝5 (c
‑
20)/5(取整数)，c表示voc
s
浓度。
42.烟气降解功率占微波输出功率的比值约为3n％～3.9n％。
43.当voc
s
浓度大于100mg/m3,判断此时达到活化效果，微波功率源停止输出，并及时将活化胶粉送入橡胶沥青搅拌罐1。
44.作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，所述冷却装置设于波导管621的侧壁位于微波馈入口6211下方和气体入口之间，冷却装置包括与制冷机641相连的冷却盘管642，冷却盘管642温度范围为3℃～7℃，冷却盘管642盘绕于波导管621外侧的微波馈入口6211下方和气体入口之间位置形成低温冷凝区，冷却盘管642外侧包裹有保温棉。所述波导管621的低温冷凝区内壁处固设有用于雾状的轻质油份和水分液滴收集用的接收盘629，接收盘629开设有导流槽，导流槽包括纵向导流槽6291和环形导流槽6292，环形导流槽6292通过引流管9与沥青搅拌罐相连通。
45.本实施例的有益效果在于：未被高速气体射流带走的轻质油份和水分的蒸汽继续向上扩散，进入低温冷凝区，波导管621左侧壁的金属针623放电会产生自由电子，蒸汽经过左侧波导管621的降解区域，会携带自由电子，冷凝成液滴后，自由电子集聚，接收盘629预先受强外电场作用，产生正电荷，吸引带自由电子的液滴聚集到一起。极化电荷“永久”存在于液滴表面和体内,不随外电场去除而完全消失,在无外电场的条件下能自身产生静电作用力。接收盘629上布置有导流槽，雾状液滴被接收盘629吸附后，集聚行成大液体，通过导
流槽收集，再通过引流管9输出，将含有轻质油份和水分的液体，加入橡胶沥青搅拌罐1中，对沥青的性能起到改良作用，同时防止轻质油份和水分蒸汽粘结到烟气介质片627表面，造成烟气介质片627被污染，保证微波馈入口6211的烟气介质片627的清洁度，保障馈入口连续安全工作时间。
46.作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，所述废气收集装置63包括活性炭过滤箱，活性炭过滤箱内设有活性炭过滤网，活性炭过滤箱通过烟气管道与波导管621右侧底部相连通。所述气体管路7为dn100金属管道，其微波抑制长度为400mm，金属管道末端根据设备布置情况通过连接软管或金属管与活性炭过滤箱相连，高速射流方向与竖直方向呈50
°
～60
°
夹角，以保证在波导管621左侧上方产生负压力，压力范围为
‑
15kpa～
‑
10kpa。
47.本实施例的有益效果在于：通过设置废气收集装置63，可以对降解后的小分子安全物质和少部分未被放电部降解的污染物分子进行处理，防止其直接外排造成环境污染，通过与放电部的配合，不需要再重新添加一整套的废气处理系统或设备，节约生产投入。
48.罗茨风机提供的风量最大为20m3/h，大量气体通过喷嘴628，行成高速气体射流，高速气体射流的方向与竖直方向呈50～60度夹角，一方面，保证在圆形波导管621左侧上方产生负压力，
‑
15kpa至
‑
10kpa，另一方面高速射流的气体带动左侧圆形波导内上升的烟气进入右侧圆形波导管621。
49.本发明还提供了一种基于胶粉活化工艺应用的橡胶沥青加工方法，其具体步骤如下：
50.步骤1、胶粉低温活化：向微波谐振腔2中加入胶粉，采用微波辐照，实现胶粉的脱硫活化；
51.步骤2、溶胀反应：脱硫活化的胶粉通过排料管路5进入橡胶沥青搅拌罐1进行搅拌，同时加入基质沥青与助剂在橡胶沥青搅拌罐1内混合、搅拌、加热，完成溶胀反应，得到成品橡胶沥青；
52.步骤3、烟气降解处理：步骤2中，橡胶沥青搅拌罐1中的沥青烟气通过气体管路进入微波谐振腔2中与微波谐振腔2内部的胶粉烟气形成混合烟气，微波谐振腔2顶部设有包括波导管621的烟气降解装置，波导管621内的隔离片将其分为左右两部分，波导管621顶部左侧的喷嘴628喷出高速气体射流，微波谐振腔2中的胶粉和沥青的混合烟气在高速气体射流形成的压力差作用下上升一起进入波导管621的左侧，混合烟气中的污染物分子在微波诱导下经波导管621左侧壁的放电部的金属针623进行降解处理，使大部分污染物分子转变为简单的小分子安全物质，放电部降解功率、以及微波谐振腔2内微波活化功率随微波谐振腔2侧壁上voc
s
在线检测仪3监测到微波谐振腔2内部的voc
s
浓度而变化，防止过度脱硫；
53.步骤4、过滤处理与冷凝回收：步骤3中降解后的小分子安全物质及未被降解的少量污染物分子的混合烟气经过高速气体射流进行冲击筛选，其中一部分进入废气收集装置63进行过滤处理，防止直接外排污染环境，另一部分作为保护气体进入微波谐振腔2中，使胶粉与氧气相隔绝，不会发生化学反应，作为保护气体并继续进行二次降解处理；
54.微波谐振腔2中上升的轻质油份和水分蒸汽通过冷却装置和接收盘629被收集后形成含有轻质油份的液体，经过引流管加入橡胶沥青搅拌罐1中，对沥青的性能起到改良作用。
55.本发明方法的有益效果在于：在生产过程中，橡胶沥青搅拌罐1中的沥青烟气通过
气体管路进入微波谐振腔2中与微波谐振腔2内部的胶粉烟气形成混合烟气，微波谐振腔2顶部设有包括波导管621的烟气降解装置，波导管621内的隔离片将其分为左右两部分，波导管621顶部左侧的喷嘴628喷出高速气体射流，微波谐振腔2中的胶粉和沥青的混合烟气在高速气体射流形成的压力差作用下上升一起进入波导管621的左侧，混合烟气中的污染物分子在微波诱导下，经波导管621左侧壁的放电部，放电部的金属钨针放电会产生高温、强光和等离子体效应，高能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，转变为简单的小分子安全物质，放电部降解功率、以及微波谐振腔2内微波活化功率随微波谐振腔2侧壁上voc
s
在线检测仪3监测到微波谐振腔2内部的voc
s
浓度而变化，防止过度脱硫；
56.降解后的小分子安全物质及未被降解的少量污染物分子的混合烟气经过高速气体射流进行冲击筛选，其中一部分进入废气收集装置63进行过滤处理，防止降解的小分子安全物质以外排污染环境，另一部分作为保护气体进入微波谐振腔2中，使胶粉与氧气相隔绝，不会发生化学反应，作为保护气体并继续进行二次降解处理；一方面，避免了污染物分子排放到外界造成环境污染，无需外加整套废气处理设备，另一方面，防止污染物分子沿波导管路8进入微波发生装置61，对设备的磁控管造成损害，影响设备正常运行；
57.微波谐振腔2中上升的轻质油份和水分蒸汽通过冷却装置和接收盘629被收集后形成含有轻质油份的液体，经过引流管加入橡胶沥青搅拌罐1中，对沥青的性能起到改良作用；
58.另外通过voc
s
在线检测仪3可对微波谐振腔2中的脱硫程度进行实时监测，实现可控化管理，避免胶粉过度脱硫现象出现，影响活化胶粉的使用性能，并与烟气降解装置通过控制系统电连接，实现联动控制烟气降解装置的放电功率的大小，以适应微波谐振腔2内烟气浓度的变化。
59.综上所述，本发明可避免胶粉加工过程中烟气挥发物损伤设备，且胶粉在谐振腔中的加工过程可控化管理，防止胶粉过度脱硫，产品指标好，减少不必要烟气的产生，并对产生的有害废气进行有效处理避免环境污染，且通过对烟气降解处理后的轻质油加入橡胶沥青搅拌罐1中，对橡胶沥青的加工质量起到良好的促进作用，适用于橡胶沥青加工技术领域。
60.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。