专利名称：可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对高含水率的物料进行脱水、干燥操作降低含水率的脱水装置，同时 涉及物料摩擦破碎、挤出膨化、细胞破壁的膨化成型装置。
背景技术：
挤压脱水是利用机械压缩，将粘稠固液混合物通过滤布分离成固体和液体的操 作，是一种高度脱液的固液分离技术。被广泛应用于化工、冶金、矿山、能源、染料、颜料、无 机化工、石油化工、生物化工、制药、食品、环保与污水处理等领域。目前常用的挤压脱水装置可以分为筒式/板框式压滤机、带式压滤机、连续螺旋 压滤机等三种。筒式/板框式压滤机是常用的脱水机械中结构最简单的一种。主要是利用液压装 置向过滤筒中的料浆施加恒定的压力，并保持一段时间，再将滤饼取出。其优点在于能够较 为方便的对脱水工艺过程进行控制，并能够保证经过压榨后滤饼含湿率的稳定性。主要缺 点在于压榨过程不连续，生产效率不高。对于生物类物料的压滤脱水过程中，由于物料颗 粒细小，将形成含水结块，因此筒式/板框式压滤机只能将物料含水率从90%左右降低到 70%左右。带式压滤机也是较为常用的一种压滤机械，利用双层网带夹着料浆在挤压脱水辊 上受挤压和剪切作用进行固液分离。优点是可以对料浆进行连续压榨，生产效率较筒式/ 板框式压滤机高，但是其结构较为复杂且为开放式，设备维护复杂且对料浆有一定的适用 要求，如果料浆含水率过高或流动性过大，物料将随着加压过程流出，无法建立过滤压力， 带式压滤机将无法适用。连续螺旋压滤机主要有一个螺杆和一个带渗流面的圆筒组成。当螺杆转动时，物 料受到挤压而使液体从渗流面渗出，降低滤饼的含湿量，是一种高度脱液的分离机械。料浆 和滤饼在该类机械中处于多维压榨状态。连续螺旋压滤机在操作上自动化程度高、结构较 为简单，具有节能、环保的优点。但是在实际生产中连续螺旋压滤机对物料的敏感性高，加 工高湿高粘物料时容易出现物料回流或物料包辊等现象，导致物料在压榨过程中的压力不 够高。
发明内容
针对筒式/板框式压滤机生产效率不高的问题，本发明实现了挤压脱水的连续化 生产。同时由于螺杆对于物料的搅动，避免了水分被封闭在物料团内部的情况。因此对于 对水份吸附性不强的物料，挤压脱水效果与效率要好于筒式/板框式压滤机。对于水份吸 附性强的物料，单纯挤压脱水效果虽不如筒式/板框式压滤机，但结合加热脱水作用后，整 体脱水效率比筒式/板框式压滤机高。针对带式压滤机占地面积大、结构复杂、对高含水率物料不适用的问题，本发明实 现了对物料的密闭脱水，设备占地面积小，对于不同含水率的物料都可适用。
针对连续螺旋压滤机对于高含水率物料适用性不强的问题，本发明通过螺纹元件 的设计与组合，较好的实现了建压效果。通过将压滤脱水和加热脱水相结合，提高了脱水 的效果和生产效率，同时兼利用剪切作用实现物料摩擦破碎、挤出膨化、细胞破壁等多项功 能。在本发明所设计的装置如附图1，该设备包括机架1、电机2、减速齿轮机构3、双螺 杆4-1、机筒副；设备固定在机架1上，电机2通过传动装置与减速齿轮机构3相连，减速齿 轮机构3的输出轴与机筒副中的双螺杆4-1通过花键套或联轴器相连连接，螺杆伸入各个 机筒中，机筒之间用螺栓连接， 其特征在于，机筒副依次包括是加料机筒4-2、脱水机筒6-2、常压排气机筒8和负 压排气机筒9 ；或者机筒副依次包括加料机筒4-2、脱水机筒6-2和常压排气机筒8 ；加料 机筒上开有加料孔，脱水机筒上开有排水孔，排水孔处安装有筛孔板与过滤介质；常压排气 机筒和负压排气机筒上开有排气孔，在排气口处有筛板与过滤介质，在负压排气机筒的排 气口上，还有抽真空装置，并配以安装过滤介质的排气孔，在螺杆出口端装有机头控压装置 10 ；螺杆包括螺杆芯轴、正向输送螺纹元件11、反向螺纹元件12、捏合块元件13、混炼 螺纹元件14、螺杆头15、阻尼元件16，各螺纹元件安装在螺杆芯轴上，由螺杆头压紧，根据 物料在螺杆机筒内的状态将螺杆依次分为3个区域，所述螺杆的第一区域在加料机筒4-2 和脱水机筒6-2中，其在有排水孔的位置应设置反向螺纹元件或者阻尼元件，或者同时设 置反向螺纹元件和阻尼元件用于建压，其余区域的元件使用正向螺纹元件；所述的螺杆第二区域，同时设置正向螺纹元件与捏合块元件，捏合块元件位置在 机筒排水口处，正向螺纹元件的长度应至少是捏合块元件长度的两倍；所述的螺杆第三区域，第三区域内螺纹包括正向螺纹元件，同时在排气孔位置设 置捏合块元件，在靠近螺杆出口处设置混炼元件；所述的机头控压装置10，其特征在于，压控装置安装在螺杆出口处，用液压或者 机械方式控制螺杆出口的开孔大小，在出口下方设有液体流道；本设备还连接有对螺杆转 速、扭矩，机筒内各段压力、温度进行监测与控制自动控制系统以及对机筒加热的加热装 置。双螺杆4-1由螺杆芯轴、正向螺纹、反向螺纹、混炼螺纹、阻尼螺纹、捏合块等元件构成， 螺杆转动时所承受的扭矩主要来自于含水率低于25%的物料部分，螺杆长径比可取范围为 46-60。根据物料在螺杆机筒内的状态可以将螺杆分为3个区域，第一螺杆区内物料含水 率较高，以压滤脱水作用为主，第二螺杆区内物料含水率已经降低，压滤脱水效果已作用不 大，主要以加热蒸发排气作用为主，第三螺杆区域内物料含水率已经很低，以混炼、破碎及 膨化效果为主。第一螺杆区通过正向输送螺纹、反向建压螺纹、脱水阻尼螺纹的组合作用，实现对 含水物料的持续建压，并通过机筒4-2中脱水机筒6-2的导流及过滤介质6-1的过滤，将水 分脱出。这一作用根据物料特性的不同，可以将含水率90%以上物料的含水率降至40% 75%。在第二螺杆区，如果通过机筒对物料加热，利用排气机筒8和9将蒸发气体排出， 可以进一步将物料的含水率降至5% 15%。在第3螺杆区，物料含水率较低，通过机头控 压装置10的控制，可以使物料产生膨化效果。同时当物料的含水率降低到25%以下时，可使用混炼元件会对物料产生剪切混炼。对于一般性物料，剪切混炼可以使物料充分搅动，破 碎物料滤饼团，避免水分被封闭在物料滤饼内部，从而提升脱水效果；而对于生物类物料， 剪切混炼能够产生细胞间的摩擦，结合温度压力变化所导致的细胞壁内外压差，可以产生 较好的细胞破壁效果。在螺杆出口处开始，以螺杆出口至加料口为正向，则从螺杆出口处第一节机筒至 螺杆总长度的约2/3间为第2螺杆区，需要至少设置2个以上排气装置。根据对物料处理 产量的不同要求，必要时可以设计4-5个排气装置。排气装置根据物料的特点，可以选择常 压排气机筒8或者负压排气机筒9两种排气方式。虽然越靠近螺杆出口处压力越大，由于 排气装置有筛板与过滤介质7，因此不用担心物料在排气口漏料。在靠近螺杆出口的排气装 置位置，由于物料含水率较低，螺杆的螺纹元件可使用捏合块元件，以便加强排气效果；如 果自然排气效果不好，便需要连接真空泵。而在远离螺杆出口的排气装置，由于物料含水率 较高，可以使用正向输送螺纹元件，并可使用自然排气。从加料口处开始，以加料口到螺杆出口为正向。则从加料口起正向第1节机筒，到 +1/2螺杆总长度位置为第1螺杆区，需要至少设置1个以上的脱水口。同时在加料口后部 (加料口到螺杆与分配箱连接部分间，加料口的负向，需要设置1个脱水机筒与脱水口。如 果物料对水分的吸附能力不强，脱水位置会接近加料口，甚至会集中在加料口负向的脱水 装置；而如果物料对水分吸附能力很强，水分不会形成自由流动，则脱水会集中在螺杆中部 的脱水装置。强制/控量加料装置的使用，主要是针对物料流动不畅或物料粘度过小的情况。 如果物料流动不畅，会在加料装置与机筒连接的供给口部附着，形成架桥现象，这时便需要 通过强制加料进行输送，并可以缩短螺杆中未充满段的长度，提高螺杆充满段螺槽内物料 的充满率，加强建压效果，增大机筒热传导效果，促使蒸发的水蒸气向排气装置排出。而当 物料粘度过小时，物料流动性过好，这时需要通过强制/控量加料装置控制加料量，防止物 料充满加料口，导致水分不易排出。机头控压装置主要通过阻尼板调节物料出口压力。当对机筒加热，从而对物料进 行蒸发脱水时，螺杆出口处的物料含水率基本降至5% _15%，物料基本呈现固体摩擦移动 状态，机头控压装置的阻尼板应设置为较大敞开度，以减少物料挤出阻力，控制螺杆扭矩。 而如果未对机筒加热，主要靠螺杆挤压对物料进行压滤脱水时，机头控压装置的阻尼板应 设置为较大闭合度，以保证对物料的建压效果。本装置的自动控制系统主要针对螺杆转速、扭矩，机筒内各段压力、温度进行监测 与控制，其中重点是监控螺杆扭矩和机筒各段压力。由于装置的主要任务是对物料脱水，因 此对机筒各段的温度进行分段控制的意义并不大。只要将各机筒温度控制在110°c左右， 就可以实现对物料的蒸发脱水。而为了保持物料的活性，通常温度的设定不宜超过130°c。 由于不需要进行机筒分段温控，使用电加热方式成本较高，可以使用蒸汽加热或导热油加 热的方式进行机筒加热，并进行整体温控。本发明涉及的双螺杆4-1，其螺纹元件的一种组合方式如附图2所示，在加料口处 的螺纹元件应使用正向输送螺纹11，在排水口处为了加强对物料的建压效果，可使用一段 反向螺纹12。然后继续使用正向螺纹输送物料。甚至在必要的时候，可以使用阻尼元件16， 以进一步加强对物料的建压效果。在双螺杆4-1靠近出口的阶段，物料开始加热脱气，含水率较低，流动性较差，因此这一阶段的螺纹主要以正向螺纹为主。但在排气口位置，为了更 有利于气体排出，可以使用捏合块元件13。而在出口前靠近螺杆头15位置，可以使用混炼 元件14，加强对物料的混料效果。
图1本发明所设计的双螺杆脱水装置；图2本发明的实施例一示意图；图3本发明的实施例二示意图。
具体实施例方式实施例1图2是本发明的一个实施例。机架1、电机2、减速齿轮机构3、加料机筒4-2以及 机头压控装置10未在图中画出。设备固定在机架1上，动力源电机2通过传动装置与减速 齿轮机构3相连，减速齿轮机构3的输出轴与螺杆机筒副中的双螺杆4-1通过花键套或联 轴器相连连接，机筒副中各个机筒部件脱水机筒、常压排气机筒和负压排气机筒之间用螺 栓连接，也可以将机筒副设计为整体式的，在整体机筒副的不同位置开孔并安装脱水介质， 作为排气和脱水孔使用。机头控压装置用螺栓与机筒副相连。双螺杆4-1由螺杆芯轴、正 向螺纹11、反向螺纹12、捏合块13、混炼螺纹14、螺杆头15、阻尼螺纹16等元件构成。根 据物料在螺杆机筒内的状态可以将螺杆分为3个区域，第1螺杆区内物料含水率较高，以 压滤脱水作用为主，第2螺杆区内物料含水率已经降低，压滤脱水效果已作用不大，主要以 加热蒸发排气作用为主，第3螺杆区域内物料含水率已经很低，以混炼、破碎及膨化效果为 主。根据脱水物料的不同性质，如含水量、粘稠度以及对水的吸附能力等，各螺纹元件的长 度、放置位置等均会有所变化。该实施例的螺纹元件组合如图2所示在加料口处的螺纹元 件应使用正向输送螺纹11，在排水口处为了加强对物料的建压效果，可使用一段反向螺纹 12。然后继续使用正向螺纹输送物料。之后通过一组正向螺纹的过度，再使用阻尼元件14， 以进一步加强对物料的建压脱水效果。在双螺杆4-1靠近出口的阶段，物料开始加热脱气， 含水率较低，流动性较差，因此这一阶段的螺纹主要以正向输送螺纹为主。在排气孔位置， 为了更有利于气体排出，使用捏合块元件13。在出口前靠近螺杆头15位置，使用混炼元件 14，加强对物料的混料效果。在螺杆第2区域，需要至少设置2个以上排气装置。根据对物 料处理产量的不同要求，必要时可以设计若干个排气装置。排气装置根据物料的特点，可以 选择连接真空泵负压排气(负压排气机筒9或直接开放自然排气(常压排气机筒8两种方 式。虽然越靠近螺杆出口处压力越大，由于排气装置有筛板与排气过滤介质7，因此不用担 心物料在排气口漏料。在靠近螺杆出口的排气装置位置，由于物料含水率较低，螺杆的螺纹 元件使用捏合块元件，以便加强排气效果。在远离螺杆出口的排气装置，物料含水率较高， 可以使用正向输送螺纹元件，并可使用自然排气。在加料机筒的加料孔上放置强制加料装置5，在物料流动不畅或物料粘度过小的 情况下，加装该装置会在很大程度上提高设备的脱水效果。本装置的自动控制系统主要针对螺杆转速、扭矩，机筒内各段压力、温度进行监测 与控制，其中重点是监控螺杆扭矩和机筒各段压力。由于装置的主要任务是对物料脱水，因此对机筒各段的温度进行分段控制的意义并不大。只要将各机筒温度控制在110°c左右， 就可以实现对物料的蒸发脱水。而为了保持物料的活性，通常温度的设定不宜超过130°c。 使用热电偶或者其他温度传感器对机筒内温度进行监控，由于不需要进行机筒分段温控， 使用电加热方式成本较高，可以使用蒸汽加热或导热油加热的方式进行机筒加热，并进行 整体温控，根据温度传感器所测得的物料温度选择对蒸汽进行加热或者冷却，以保证机筒 内物料温度相对稳定。在各机筒内壁设置夹套，夹套中通蒸汽或者导热油，通过蒸汽或导热 油与物料的热交换对物料加热或者冷却。实施例二图3是本发明的另一个实施例，用于流动性较好的含水物料的脱水及膨化。螺杆 入口处没有设置加料装置，利用重力加料。在螺杆第一区域，用反向螺纹代替了阻尼元件， 并增加了一个反向螺纹元件，相当于增长了螺杆第一区域。螺杆第二和第三区域中相应的 机筒用常压排气机筒代替了负压排气机筒，并在排气孔处都设置了捏合块元件以便顺利排 气，同时减少了功率消耗。其余螺杆螺纹元件与机筒配置同实施例一。
权利要求
1.一种可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备，该设备包括机架(1)、电机 O)、减速齿轮机构(3)、双螺杆G-1)、机筒副；设备固定在机架(1)上，电机( 通过传动 装置与减速齿轮机构(3)相连，减速齿轮机构(3)的输出轴与机筒副中的双螺杆通 过花键套或联轴器相连连接，螺杆伸入各个机筒中，机筒之间用螺栓连接，其特征在于，机筒副依次包括是加料机筒G-2)、脱水机筒(6-2)、常压排气机筒(8)和 负压排气机筒(9)；或者机筒副依次包括加料机筒G-2)、脱水机筒(6- 和常压排气机筒 (8)；加料机筒上开有加料孔，脱水机筒上开有排水孔，排水孔处安装有筛孔板与过滤介质； 常压排气机筒和负压排气机筒上开有排气孔，在排气口处有筛板与过滤介质，在负压排气 机筒的排气口上，还有抽真空装置，并配以安装过滤介质的排气孔，在螺杆出口端装有机头 控压装置(10)；螺杆由螺杆芯轴、正向输送螺纹元件(11)、反向螺纹元件(12)、捏合块元件(13)、混 炼螺纹元件(14)、螺杆头(15)、阻尼元件(16)，各螺纹元件安装在螺杆芯轴上，由螺杆头压 紧，根据物料在螺杆机筒内的状态将螺杆依次分为3个区域，所述螺杆的第一区域在加料 机筒(4- 和脱水机筒(6- 中，其在有排水孔的位置应设置反向螺纹元件或者阻尼元件， 或者同时设置反向螺纹元件和阻尼元件用于建压，其余区域的元件使用正向螺纹元件；所述的螺杆第二区域，同时设置正向螺纹元件与捏合块元件，捏合块元件位置在机筒 排水口处，正向螺纹元件的长度应至少是捏合块元件长度的两倍；所述的螺杆第三区域，第三区域内螺纹包括正向螺纹元件，同时在排气孔位置设置捏 合块元件，在靠近螺杆出口处设置混炼元件；所述的机头控压装置(10)，其特征在于，压控装置安装在螺杆出口处，用液压或者机械 方式控制螺杆出口的开孔大小，在出口下方设有液体流道；本设备还连接有对螺杆转速、扭 矩，机筒内各段压力、温度进行监测与控制自动控制系统以及对机筒加热的加热装置。
2.如权利要求1所述的可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备，应在加料机筒 加料孔处设置加料装置(5)。
全文摘要
可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备属于双螺杆脱水设备，包括动力源、减速齿轮机构、螺杆机筒副、机架、强制控量加料装置、脱水过滤装置、脱气装置、机头控压装置、自动控制系统。动力源通过减速齿轮机构与螺杆机筒副中的双螺杆连接，强制加料装置与螺杆机筒副中的机筒连接，双螺杆安装在机筒中；机筒为分段式，分为加料机筒、脱水机筒和排气机筒；每段机筒外装有加热装置，机筒内有冷却水流道可用于冷却；脱水过滤装置与脱水机筒相连，有滤网快换装置；脱气装置与排气机筒相连，利用水环真空泵实现负压脱气，为防止物料随负压流出，设有过滤网及滤网快换装置；机头控压装置与机筒出口相连，通过调整阻尼板的位置控制出口物料的压力。
文档编号B30B9/16GK102059017SQ20101058186
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者张冰, 李鑫 申请人:北京化工大学