申请/专利权人：青岛科技大学;青岛高机科技有限公司

申请日：2019-06-26

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110171120B

主分类号：B29C48/285

分类号：B29C48/285;B29C48/58;B29C48/68;B29B17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.29#专利申请权的转移;2019.09.20#实质审查的生效;2019.08.27#公开

摘要：本发明涉及利用超临界CO2制备再生胶，尤其是一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备。包括底座、传动装置、喂料装置、喂料段机筒和挤出机头，传动装置、喂料装置、喂料段机筒和挤出机头依次设置在底座上，其中，所述主螺杆穿过喂料段机筒和脱硫段机筒与传动装置连接；所述喂料段机筒包括机筒筒身和衬套，机筒筒身的内表面固定有衬套，主螺杆设置在衬套内，与传动装置连接的主螺杆的轴端与传动装置壳体之间固定有密封套，密封套的端部分别与机筒筒身的端面和衬套的端面接触，密封套的内侧且与主螺杆端部的轴肩对应处设有凹槽，凹槽内设有挤压型密封圈。其防止设备内高压气体外漏，确保设备内压力的恒定，保证了整个工艺过程的稳定性。

主权项：1.一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，包括底座1、传动装置2、喂料装置和喂料段机筒3，传动装置2、喂料装置和喂料段机筒3依次设置在底座1上，其特征在于：主螺杆6穿过喂料段机筒3与传动装置2连接；所述喂料段机筒3包括机筒筒身31和衬套32，机筒筒身31的内表面固定有衬套32，主螺杆6设置在衬套32内，与传动装置2连接的主螺杆6的轴端与传动装置壳体之间固定有密封套33，密封套33的端部分别与机筒筒身31的端面和衬套32的端面接触，密封套33的内侧且与主螺杆端部的轴肩对应处设有凹槽，凹槽内设有挤压型密封圈34；所述喂料装置为二阶喂料装置，所述二阶喂料装置4包括一阶喂料机构41和二阶喂料机构42，一阶喂料机构41与二阶喂料机构42之间通过法兰连接；所述一阶喂料机构41包括连接套Ⅰ412、一阶机筒413、一阶螺杆414和连接套Ⅱ416，连接套Ⅰ412、一阶机筒413和连接套Ⅱ416依次固定连接，连接套Ⅱ416与机筒筒身31固定连接，一阶螺杆414穿过连接套Ⅰ412和一阶机筒413，所述一阶螺杆414的头部环形外侧设有防返料环415，连接套Ⅱ416的内表面设有两个限位环，防返料环415设置在两限位环之间，且防返料环415与一限位环之间设有弹簧，连接套Ⅰ412与一阶机筒413连接处的内壁设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅰ417；所述二阶喂料机构42包括二阶螺杆424、连接套Ⅲ422和二阶机筒423，二阶机筒423的一端与连接套Ⅲ422固定连接，另一端与一阶机筒固定连接，二阶螺杆424穿过连接套Ⅲ422和二阶机筒423，连接套Ⅲ422和二阶机筒423的连接处且位于连接套Ⅲ422的内表面设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅱ425；所述主螺杆6采用机筒销钉螺杆，脱硫段机筒5上数个排销钉孔104，对应的在主螺杆上设有与螺杆底径相切的沟槽，进气口101设置在销钉处，设有进气口的销钉内置通孔，通孔与超临界二氧化碳进气管道连接，超临界二氧化碳沿着销钉内的通道进入设备；所述一阶喂料机构41还包括减速电机Ⅰ411，减速电机Ⅰ411通过键Ⅰ4110带动一阶螺杆414在一阶机筒413内转动，一阶螺杆414与减速电机Ⅰ411连接的轴端与连接套Ⅰ412之间设有轴套Ⅰ418和轴承Ⅰ419。

全文数据：基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备技术领域本发明涉及利用超临界CO2制备再生胶，尤其是一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备。背景技术目前，关于再生胶生产比较成熟的工艺是“高温高压动态脱硫法”，随后利用螺杆挤出机连续脱硫设备制备再生胶、螺旋设备制备再生胶等工艺方法也如雨后春笋般出现，但都是基于传统工艺配方。随着国家对环境保护力度的不断加大，橡胶行业的三废治理成为环保整顿的攻坚难题。改变加工再生胶生产的方法和工艺才能彻底解决环保问题。目前已有一种超临界二氧化碳辅助废旧橡胶再生工艺的相关专利，专利CN105085977A提出一种超临界流体辅助单螺杆橡胶再生断硫再生方法，以单螺杆剪切作用为核心，电磁加热为热源，利用超临界二氧化碳的溶胀和渗透能力，得到再生橡胶的方法，但实际操作性不强。当二氧化碳的温度超过31℃、压力超过7.38MPa时，进入超临界状态。一般密封件承受压力0.4MPa，因此对整套设备的密封性要求极高。发明内容本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，防止设备内高压气体外漏，确保设备内压力的恒定，保证了整个工艺过程的稳定性。本发明的技术方案是：一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，包括底座、传动装置、喂料装置、喂料段机筒和挤出机头，传动装置、喂料装置、喂料段机筒和挤出机头依次设置在底座上，其中，所述主螺杆穿过喂料段机筒和脱硫段机筒与传动装置连接；所述喂料段机筒包括机筒筒身和衬套，机筒筒身的内表面固定有衬套，主螺杆设置在衬套内，与传动装置连接的主螺杆的轴端与传动装置壳体之间固定有密封套，密封套的端部分别与机筒筒身的端面和衬套的端面接触，密封套的内侧且与主螺杆端部的轴肩对应处设有凹槽，凹槽内设有挤压型密封圈；所述喂料装置为二阶喂料装置，所述二阶喂料装置包括一阶喂料结构和二阶喂料结构，一阶喂料机构与二阶喂料机构之间通过法兰连接；所述一阶喂料机构包括连接套Ⅰ、一阶机筒、一阶螺杆和连接套Ⅱ，连接套Ⅰ、一阶机筒和连接套Ⅱ依次固定连接，连接套Ⅱ与机筒筒身固定连接，一阶螺杆穿过连接套Ⅰ和一阶机筒，所述一阶螺杆的头部环形外侧设有防返料环，连接套Ⅱ的内表面设有两个限位环，防返料环设置在两限位环之间，且防返料环与一限位环之间设有弹簧，连接套Ⅰ与一阶机筒连接处的内壁设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅰ；所述二阶喂料结构包括二阶螺杆、连接套Ⅲ和二阶机筒，二阶机筒的一端与连接套Ⅲ固定连接，另一端与一阶机筒固定连接，二阶螺杆穿过连接套Ⅲ和二阶机筒，连接套Ⅲ和二阶机筒的连接处且位于连接套Ⅲ的内表面设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅱ。所述脱硫段机筒上设有进气口和加热介质进出口，储气罐中的CO2经加压装置增压至需求压力，所述喂料段机筒上设有冷却介质进出口。所述主螺杆采用机筒销钉螺杆，脱硫段机筒上数个排销钉孔，对应的在主螺杆上设有与螺杆底径相切的沟槽，销钉穿过销钉孔插入主螺杆的沟槽内，进气口设置在销钉处，设有进气口的销钉内置通孔，通孔与超临界二氧化碳进气管道连接，超临界二氧化碳沿着销钉内的通道进入该挤出设备内，并快速渗透至胶粉内。所述一阶喂料机构还包括减速电机Ⅰ，减速电机Ⅰ通过键Ⅰ带动一阶螺杆在一阶机筒内转动，一阶螺杆与减速电机Ⅰ连接的轴端与连接套Ⅰ之间设有轴套Ⅰ和轴承Ⅰ。所述二阶喂料结构还包括减速电机Ⅱ，减速电机通过键Ⅱ带动二阶螺杆在二阶机筒内转动，二阶螺杆朝向减速电机的轴端与连接套Ⅲ之间设有轴套Ⅱ和轴承Ⅱ，二阶机筒与胶粉喂料口连接。本发明的有益效果是：1将超临界CO2应用到废旧轮胎胶粉脱硫再生，代替了脱硫过程使用的化学软化剂，降低了再生胶中多环芳烃等有毒有害物质的含量；2通过设置一阶螺杆机构和二阶螺杆机构，在一阶螺杆和二阶螺杆的转动作用下对物料实现持续稳定向前传递，从而保证了持续稳定喂料；3通过在一阶螺杆机构内设置防返料环，可以有效地阻止胶料随高压气体返回至二阶喂料装置内；4通过在喂料段机筒、一阶螺杆机构、二阶螺杆机构内设置密封装置，可以有效地防止少量的高压气体窜入减速箱和进料口，有效地防止设备内压力的降低，保证了该设备内恒定的压力；5超临界二氧化碳通过销钉的中心通孔进入该挤出设备内，可以根据工艺需求改变进气口位置，同时可以使超临界二氧化碳快速渗透至胶粉内。附图说明图1是本发明的结构示意图；图2是二阶喂料装置的结构示意图；图3是喂料段机筒的剖视图；图4是一阶喂料机构的剖视图；图5a是防返料环正常进料工位的结构示意图；图5b是防返料环气流反窜工位的结构示意图；图6是二阶喂料机构的剖视图。图中：1底座；2传动装置；3喂料段机筒；31机筒筒身；32衬套；33密封套；34挤压型密封圈；4二阶喂料装置；41一阶喂料机构；411减速电机Ⅰ；412连接套Ⅰ；413一阶机筒；414一阶螺杆；415防返料环；416连接套Ⅱ；417密封圈Ⅰ；418轴套Ⅰ；419轴承Ⅰ；4110键Ⅰ；42二阶喂料机构；421减速电机Ⅱ；422连接套Ⅲ；423二阶机筒；424二阶螺杆；425密封圈Ⅱ；426轴套Ⅱ；427轴承Ⅱ；428键Ⅱ；5脱硫段机筒；6主螺杆；7挤出机头；101进气口；102冷却介质进出口；103加热介质进出口；104销钉孔；110二氧化碳储气罐；111加压装置。具体实施方式为了是本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。本发明为一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，该如图1所示，该设备包括底座1、传动装置2、二阶喂料装置4、喂料段机筒3、脱硫段机筒5和挤出机头7，传动装置2包括电机、联轴器和减速箱。传动装置2、二阶喂料装置4、喂料段机筒3、脱硫段机筒5和挤出机头7依次设置在底座1上，脱硫段机筒5和喂料段机筒3内设有主螺杆6，主螺杆6穿过喂料段机筒3和脱硫段机筒5与减速箱空心轴配合，电机通过联轴器、减速箱带动主螺杆6在喂料段机筒3和脱硫段机筒5内旋转运动。脱硫段机筒5的一端与机头7通过法兰固定连接，脱硫段机筒5的另一端与喂料段机筒3通过法兰固定。主螺杆6采用机筒销钉螺杆，脱硫段机筒5上数个排销钉孔104，对应的在主螺杆上设有与螺杆底径相切的沟槽，销钉穿过销钉孔104插入主螺杆的沟槽内。脱硫段机筒5上设有进气口101和加热介质进出口103，储气罐110中的CO2经加压装置111增压至需求压力，通过进气口101进入脱硫段机筒5中，脱硫段机筒5通过加热介质进出口103保证胶粉脱硫过程的温度稳定。喂料段机筒3上设有冷却介质进出口102，通过冷却介质进出口102保证进料胶粉的温度稳定，通过介质的循环完成热交换从而保证了整个工艺过程的温度稳定性。进气口101设在销钉处，该销钉内部内置通孔，该通道与超临界二氧化碳的进气管连接，超临界二氧化碳沿着销钉内部的通孔进入该设备内，使超临界二氧化碳快速渗透至胶粉内。当超临界二氧化碳进气压力大于一定值时，该设备的保压效果较差。其原因在于：第一，超临界二氧化碳会向减速箱窜气；第二，超临界二氧化碳会向喂料口窜气，造成降压的同时还造成了吃料困难。为了防止超临界二氧化碳窜气至减速箱，主螺杆6与机筒筒身之间设置密封套与密封圈。如图3所示，喂料段机筒3包括机筒筒身31和衬套32，机筒筒身31的内表面固定有衬套32，主螺杆6设置在衬套32内，与传动装置2连接的主螺杆6一端与传动装置壳体之间固定有密封套33，密封套33一端分别与机筒筒身31端面和衬套32端面接触，密封套33的内侧且与主螺杆端部的轴肩对应处设有凹槽，凹槽内设有挤压型密封圈34。密封套33可以阻止大部分的超临界二氧化碳窜出，但是由于密封套33与主螺杆6之间相对旋转，所以仍然会有少量超临界二氧化碳窜出，此时通过挤压型密封圈34进行第二次阻拦。密封圈34安装在密封套内的凹槽是已经被预先挤压，当超临界二氧化碳向减速箱窜气时，挤压型密封圈34对主螺杆6的轴肩处进行密封，其产生的压力再次挤压密封圈34，从而达到密封圈34密封间隙的目的。为了防止超临界二氧化碳向喂料口窜气，本发明中的喂料装置为二阶喂料装置。如图2所示，本发明中的二阶喂料装置4包括一阶喂料结构41和二阶喂料结构42，一阶喂料机构41与二阶喂料机构42之间通过法兰连接。胶粉由上料螺旋输送至喂料口，进入的胶粉分别通过二阶喂料结构42和一阶喂料结构41传递到喂料段机筒3，再经主螺杆6由挤出机头7挤出。如图4所示，一阶喂料机构41包括减速电机Ⅰ411、连接套Ⅰ412、一阶机筒413、一阶螺杆414和连接套Ⅱ416，连接套Ⅰ412、一阶机筒413和连接套Ⅱ416依次固定连接，连接套Ⅱ416通过连接套Ⅳ与喂料段机筒3的机筒筒身31固定连接，一阶螺杆414穿过连接套Ⅰ412和一阶机筒413内。减速电机Ⅰ411通过键Ⅰ4110带动一阶螺杆414在一阶机筒413内转动，一阶螺杆414与减速电机Ⅰ411连接的轴端与连接套Ⅰ412之间设有轴套Ⅰ418和轴承Ⅰ419。一阶螺杆414头部一侧设有防返料环415，连接套Ⅱ416的内表面设有两个限位环，防返料环415设置在两限位环之间，且防返料环415与其中一限位环之间设有弹簧。一阶螺杆414有一定的压缩比，胶粉喂入后在机头易建立起较高的挤出压力，推动防返料环415下移至图5a工位，此时可以实现持续稳定喂料。当超临界二氧化碳压力太高导致气流返窜时，防返料环415上推至图5b位置，此时可以实现防止胶粉倒流。当气体压力降低后，防返料环415在弹簧的弹力作用下自动复位。连接套Ⅰ412与一阶机筒413连接处的内壁设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅰ417，密封圈Ⅰ417为挤压型密封圈。当少量的高压气体返窜至一阶螺杆时，高压气体对密封圈Ⅰ417产生挤压力，挤压型密封圈424被牢牢地挤压在连接套Ⅰ412与一阶机筒413连接处，对连接处起到了密封作用，实现气体密封的作用。二阶喂料结构42如图6所示，包括减速电机Ⅱ421、二阶螺杆424、连接套Ⅲ422和二阶机筒423，二阶机筒423的一端与连接套Ⅲ422固定连接，另一端与一阶机筒固定连接。二阶螺杆424穿过连接套Ⅲ422和二阶机筒423，减速电机421通过键Ⅱ428带动二阶螺杆424在二阶机筒423内转动，二阶螺杆424朝向减速电机421的轴端与连接套Ⅲ422之间设有轴套Ⅱ426和轴承Ⅱ427，连接套Ⅲ422和二阶机筒423的连接处且位于连接套Ⅲ422的内表面设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅱ425，密封圈Ⅱ425为挤压型密封圈，其放置在凹槽内时就处于挤压状态。在一阶喂料机构中防返料环415和密封圈Ⅰ417的作用下，大部分的超临界二氧化碳气体被阻挡，如果仍有少量的高压气体反窜至二阶喂料机构时，高压气体的压力对密封圈Ⅱ425产生挤压力，此时密封圈Ⅱ425被牢牢地挤压在连接套Ⅲ422的沟槽内，对连接套Ⅲ422和二阶机筒423的连接处起到了密封作用，实现了气体密封的作用。二阶机筒423与胶粉喂料口连接。本发明的工作过程如下所述：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101进入脱硫段机筒5内，物料通过喂料口，依次通过二阶喂料机构42、一阶喂料机构41、喂料段机筒3进入脱硫段机筒5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6对物料进行剪切和推动，直至物料被主螺杆6输送至挤出机头7处挤出。以上对本发明所提供的基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备进行了详细介绍。本文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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，包括底座1、传动装置2、喂料装置和喂料段机筒3，传动装置2、喂料装置和喂料段机筒3依次设置在底座1上，其特征在于：所述主螺杆6穿过喂料段机筒3与传动装置2连接；所述喂料段机筒3包括机筒筒身31和衬套32，机筒筒身31的内表面固定有衬套32，主螺杆6设置在衬套32内，与传动装置2连接的主螺杆6的轴端与传动装置壳体之间固定有密封套33，密封套33的端部分别与机筒筒身31的端面和衬套32的端面接触，密封套33的内侧且与主螺杆端部的轴肩对应处设有凹槽，凹槽内设有挤压型密封圈34；所述喂料装置为二阶喂料装置，所述二阶喂料装置4包括一阶喂料结构41和二阶喂料结构42，一阶喂料机构41与二阶喂料机构42之间通过法兰连接；所述一阶喂料机构41包括连接套Ⅰ412、一阶机筒413、一阶螺杆414和连接套Ⅱ416，连接套Ⅰ412、一阶机筒413和连接套Ⅱ416依次固定连接，连接套Ⅱ416与机筒筒身31固定连接，一阶螺杆414穿过连接套Ⅰ412和一阶机筒413，所述一阶螺杆414的头部环形外侧设有防返料环415，连接套Ⅱ416的内表面设有两个限位环，防返料环415设置在两限位环之间，且防返料环415与一限位环之间设有弹簧，连接套Ⅰ412与一阶机筒413连接处的内壁设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅰ417；所述二阶喂料结构42包括二阶螺杆424、连接套Ⅲ422和二阶机筒423，二阶机筒423的一端与连接套Ⅲ422固定连接，另一端与一阶机筒固定连接，二阶螺杆424穿过连接套Ⅲ422和二阶机筒423，连接套Ⅲ422和二阶机筒423的连接处且位于连接套Ⅲ422的内表面设有凹槽，凹槽内设有密封圈Ⅱ425。2.根据权利要求1所述的基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，其特征在于：所述脱硫段机筒5上设有进气口101和加热介质进出口103，储气罐110中的CO2经加压装置111增压至需求压力，所述喂料段机筒3上设有冷却介质进出口102。3.根据权利要求2所述的基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，其特征在于：所述主螺杆6采用机筒销钉螺杆，脱硫段机筒5上数个排销钉孔104，对应的在主螺杆上设有与螺杆底径相切的沟槽，进气口101设置在销钉处，设有进气口的销钉内置通孔，通孔与超临界二氧化碳进气管道连接，超临界二氧化碳沿着销钉内的通道进入设备。4.根据权利要求1所述的基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，其特征在于：所述一阶喂料机构41还包括减速电机Ⅰ411，减速电机Ⅰ411通过键Ⅰ4110带动一阶螺杆414在一阶机筒413内转动，一阶螺杆414与减速电机Ⅰ411连接的轴端与连接套Ⅰ412之间设有轴套Ⅰ418和轴承Ⅰ419。5.根据权利要求1所述的基于超临界CO2的一体化单螺杆连续挤出脱硫设备，其特征在于：所述二阶喂料结构42还包括减速电机Ⅱ421，减速电机421通过键Ⅱ428带动二阶螺杆424在二阶机筒423内转动，二阶螺杆424朝向减速电机421的轴端与连接套Ⅲ422之间设有轴套Ⅱ426和轴承Ⅱ427，二阶机筒423与胶粉喂料口连接。

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