一种酯化生物沥青一体化制备装置及方法与流程

本发明涉及沥青材料制备技术领域，尤其涉及一种酯化生物沥青一体化制备装置及方法。

背景技术：
目前，大规模的高等级公路沥青路面建设与养护工程对沥青材料的需求不断增加，而不可再生的石油沥青资源逐渐消耗，寻求石油沥青的可持续替代材料则成为国际道路领域的迫切需求，生物沥青应运而生。通过对生物沥青常规性能的研究发现，生物沥青存在水稳定性较差、低温硬脆等缺陷，目前很难直接应用于道路修建中，因此一些研究人员对生物沥青进行酯化、催化反应，生成酯化生物沥青，提高了生物沥青的各项性能。现有的酯化生物沥青制备装置都比较粗放，制备过程不易控制，制备效率不高，而且添加剂的掺配比例不能精确控制，严重影响所制备改性沥青的性能。因而，急需设计一种结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的酯化生物沥青一体化制备装置。

技术实现要素：
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种酯化生物沥青一体化制备装置及方法，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便、快速完成酯化生物沥青的制备，并且制备过程易于控制。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种酯化生物沥青一体化制备装置，包括水平底座、控制箱、加热杯、醇储存箱、固体催化剂储存箱、水箱、反应釜、酯化生物沥青容器和集水箱，所述控制箱通过可升降支撑柱固定安装于水平底座的上方，加热杯平放于水平底座上，控制箱上设有伸入加热杯中的转轴，控制箱内部设有驱动转轴旋转的驱动电机，在转轴端部设有搅拌器，搅拌器位于加热杯内部，所述加热杯中设有加热装置；所述加热杯底部设有出油口B，加热杯的出油口B通过管道与反应釜相连通；所述醇储存箱底部具有出醇口，醇储存箱的出醇口通过管道与反应釜相连通；所述固体催化剂储存箱底部出口通过管道与反应釜相连通；所述水箱底部具有出水口B，水箱的出水口B通过管道与反应釜相连通；所述反应釜包括圆锥体外壳和安装于圆锥体外壳内部的离心内套筒，所述圆锥体外壳内壁与离心内套筒外壁之间具有空腔，离心内套筒内设有搅拌叶，反应釜中设有驱动离心内套筒做旋转离心运动的离心机驱动电机，离心内套筒筒壁上开有若干个离心孔和若干个对应封闭离心孔的滑动开关；所述反应釜底部开有出水口A和出油口A，所述出水口A与空腔相连通，出油口A与离心内套筒相连通，反应釜的出油口A通过管道与酯化生物沥青容器相连通，反应釜的出水口A通过管道与集水箱相连通。所述控制箱包括箱体、电子线路板和控制开关，电子线路板设置于箱体内部，电子线路板上安装有控制器，控制开关连接在控制器与供电电源之间的供电回路上，所述驱动电机、离心机驱动电机、加热装置分别与控制器电连接；所述控制器内部具有控制驱动电机启动、停止、转动速度的驱动电机控制模块，控制器内部具有控制离心机驱动电机启动、停止、离心转动速度的离心机驱动控制模块，控制器内部具有控制加热装置的加热开与关、降温开与关的温度控制模块。进一步的技术方案是：所述离心内套筒上设有驱动滑动开关封闭或/和打开离心孔的开关驱动器，所述开关驱动器与控制器电连接，控制器内部具有控制开关驱动器的开关控制模块，控制器通过开关控制模块控制开关驱动器以实现驱动滑动开关封闭或/和打开离心孔的目的。为了实现本发明各个部件出料的精确控制与调节，所述加热杯的出油口B处设有称重传感器和阀门A，所述醇储存箱的出醇口处设有称重传感器和阀门B，所述固体催化剂储存箱底部出口处设有阀门C和称重传感器；所述水箱的出水口B处设有称重传感器和阀门D；所述阀门A、阀门B、阀门C、阀门D以及所有称重传感器分别与控制器连接；出油口B处的称重传感器用于对经过出油口B的油进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，出醇口处的称重传感器用于对经过出醇口的醇进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，固体催化剂储存箱底部出口处的称重传感器用于对经过底部出口的固体催化剂进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，出水口B的称重传感器用于对经过出水口B的水进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，所述控制器分别控制阀门A、阀门B、阀门C、阀门D的开与关。作为优选，所述反应釜的出水口A处设有阀门F和滤网，反应釜的出油口A处设有阀门E，所述阀门F、阀门E分别与控制器电连接，所述控制器分别控制阀门F、阀门E的开与关。为了实现加热杯中物料温度的精确控制与调节，所述加热杯内部还设有温度传感器、加热控制芯片和冷却控制芯片，加热控制芯片与加热装置电连接，温度传感器、加热控制芯片、冷却控制芯片分别与控制器电连接；温度传感器用于检测加热杯内部物质的温度值并将该温度值传输至控制器，控制器通过加热控制芯片控制加热装置的加热开与关，控制器通过冷却控制芯片控制加热杯内部物质的降温开与关。作为优选，所述加热杯与反应釜之间连通的管道上设有泵。一种酯化生物沥青一体化制备方法，其方法如下：A、将酯化生物沥青原料加入到加热杯中，然后通过控制器启动驱动电机工作，驱动电机驱动转轴旋转，转轴带动搅拌器对位于加热杯中的酯化生物沥青原料进行搅拌，控制器通过温度控制模块、加热控制芯片控制加热装置的加热开启，加热装置对加热杯中的酯化生物沥青原料在搅拌同时进行加热；温度传感器检测加热杯中酯化生物沥青原料的温度值并将该温度值传输至控制器，当酯化生物沥青原料的温度值低于设定温度值时，则控制器控制加热装置继续或加快速度升温加热，当酯化生物沥青原料的温度值高于设定温度值时，则控制器控制冷却控制芯片降温冷却处理；B、所述步骤A对位于加热杯中的酯化生物沥青原料搅拌加热完毕后，通过出油口B将酯化生物沥青原料输送到反应釜中；醇储存箱的出醇口经过管道将醇输送到反应釜中，固体催化剂储存箱底部出口经过管将固体催化剂输送到反应釜中，水箱的出水口B经过管道将水输送到反应釜中；出油口B处的称重传感器对经过出油口B的油进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，出醇口处的称重传感器对经过出醇口的醇进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，固体催化剂储存箱底部出口处的称重传感器对经过底部出口的固体催化剂进行称重然后将称重的重量值传输给控制器，出水口B的称重传感器用于对经过出水口B的水进行称重然后将称重的重量值传输给控制器；所述控制器分别控制阀门A、阀门B、阀门C、阀门D的开与关，所述控制器接收来自各个称重传感器的重量值并通过阀门A、阀门B、阀门C、阀门D配比出进入反应釜的酯化生物沥青原料重量、醇重量、固体催化剂重量、水重量以及它们之间所对应的比例关系；C、所述步骤B中的酯化生物沥青原料、醇、固体催化剂、水按照比例进入到反应釜的离心内套筒中，控制器通过开关控制模块控制开关驱动器以实现驱动滑动开关封闭所有离心孔的目的，然后控制器控制搅拌叶运转，搅拌叶对离心内套筒中的酯化生物沥青原料、醇、固体催化剂、水进行混合搅拌并进行酯化反应生成酯化生物沥青和水混合物；当酯化反应完成，搅拌叶停止搅拌运动，控制器通过开关控制模块控制开关驱动器以实现驱动滑动开关打开所有离心孔的目的，控制器通过离心机驱动控制模块控制离心机驱动电机启动，离心机驱动电机驱动离心内套筒做旋转离心运动，酯化生物沥青和水混合物中的水在离心作用下经过离心孔进入到空腔中，然后通过出水口A排出到集水箱中，酯化生物沥青和水混合物中的酯化生物沥青留在离心内套筒内并经过出油口A排出到酯化生物沥青容器中；控制器控制阀门F的开与关以实现对出水口A排水量的控制，控制器控制阀门E的开与关以实现对出油口A排出酯化生物沥青量的控制。本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本发明将酯化生物沥青的实验室制备过程中涉及的催化酯化反应、萃取、氧化反应这一系列的过程集约在一个机器内自动完成，其结构简单、设计合理且安装及使用操作简便，投入成本较低，安装紧凑，占用空间较小。(2)本发明能对加热温度、加热时间、冷却温度、冷却时间、搅拌持续时间、搅拌速率、离心转速和离心旋转时间等参数进行调整，并且设置有控制箱，控制简易，能精确控制材料温度、搅拌时间、搅拌速率、离心转速和离心旋转试件，同时加热杯、醇储存箱、固体催化剂储存箱和水箱上设置有称重传感器，能准确剂量所添加生物油、醇、催化剂、水的重量；另外在加热杯和离心内套筒上的温度传感器能对加热和冷却温度进行有效监测，使得生物油温度和酯化生物沥青的反应温度易于控制。(3)本发明使用效果好且实用价值高，外形美观，极大程度上方便了酯化生物沥青的制备过程，并且制备过程易于控制，具有制备效率高、计量精确等优点，能有效保证所制备酯化生物沥青的性能。附图说明图1为本发明的立体结构示意图；图2为离心内套筒离心孔未封闭的结构示意图；图3为离心内套筒离心孔封闭后的结构示意图；图4为本发明的电路原理示意图。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1-控制箱，2-转轴，3-加热杯，4-搅拌器，5-阀门A，6-泵，7-控制开关，8-可升降支撑柱，9-醇储存箱，10-阀门B，11-固体催化剂储存箱，12-水箱，13-阀门C，14-阀门D，15-反应釜，16-搅拌叶，17-水平底座，18-滤网，19-出水口A，20-阀门E，21-出油口A，22-酯化生物沥青容器，23-集水箱，24-参数输入键盘，25-结果输出屏幕，26-温度传感器，27-称重传感器，28-驱动电机，29-离心机驱动电机，30-加热控制芯片，31-冷却控制芯片，32-离心内套筒，33-控制器，34-离心孔，35-空腔，36-阀门F，37-管道，38-箱体，39-开关驱动器，40-滑动开关，41-出油口B，42-出醇口，43-出水口B。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：实施例如图1～图4所示，一种酯化生物沥青一体化制备装置及方法，包括水平底座17、控制箱1、加热杯3、醇储存箱9、固体催化剂储存箱11、水箱12、反应釜15、酯化生物沥青容器22和集水箱23，控制箱1通过可升降支撑柱8固定安装于水平底座17的上方，加热杯3平放于水平底座17上，控制箱1上设有伸入加热杯3中的转轴2，控制箱1内部设有驱动转轴2旋转的驱动电机28，在转轴2端部设有搅拌器4，搅拌器4位于加热杯3内部。驱动电机28通过转轴2驱动搅拌器4运动，搅拌器4对位于加热杯3的物料进行搅拌。加热杯3内部设有加热装置，在搅拌器4对位于加热杯3物料进行搅拌的同时，加热装置对加热杯3中的物料进行加热。控制箱1包括箱体38、电子线路板和控制开关7，电子线路板设置于箱体38内部，电子线路板上安装有控制器33，控制开关7连接在控制器33与供电电源之间的供电回路上，驱动电机28、离心机驱动电机29、加热装置分别与控制器33电连接；控制器33内部具有控制驱动电机28启动、停止、转动速度的驱动电机控制模块，控制器33内部具有控制离心机驱动电机29启动、停止、离心转动速度的离心机驱动控制模块，控制器33内部具有控制加热装置的加热开与关、降温开与关的温度控制模块。离心内套筒32上设有驱动滑动开关40封闭或/和打开离心孔34的开关驱动器39，开关驱动器39与控制器33电连接，控制器33内部具有控制开关驱动器39的开关控制模块，控制器33通过开关控制模块控制开关驱动器39以实现驱动滑动开关40封闭或/和打开离心孔34的目的。加热杯3底部设有出油口B41，加热杯3的出油口B41通过管道37与反应釜15相连通。醇储存箱9底部具有出醇口42，醇储存箱9的出醇口42通过管道37与反应釜15相连通。固体催化剂储存箱11底部出口通过管道37与反应釜15相连通。水箱12底部具有出水口B43，水箱12的出水口B43通过管道37与反应釜15相连通。反应釜15包括圆锥体外壳34和安装于圆锥体外壳34内部的离心内套筒32，圆锥体外壳34内壁与离心内套筒32外壁之间具有空腔35。离心内套筒32内设有搅拌叶16，反应釜15中设有驱动离心内套筒32做旋转离心运动的离心机驱动电机29，搅拌叶16首先对离心内套筒32中的物料进行混合酯化反应；然后反应釜15中的离心机驱动电机29驱动离心内套筒32做离心旋转运动，使得位于离心内套筒32中的物料在离心内套筒32筒内做离心运动，离心内套筒32中的油和水分离，油留在离心内套筒32内，水在离心运动作用下通过离心孔34进入到空腔35中。离心内套筒32筒壁上开有若干个离心孔34和若干个对应封闭离心孔34的滑动开关40，当离心内套筒32用于加热或冷却时，如图3所示，滑动开关40封闭离心孔34；当离心内套筒32用于分离混合液中的水分时，如图2所示，滑动开关40不封闭离心孔34。离心内套筒32上设有驱动滑动开关40封闭或/和打开离心孔34的开关驱动器39，开关驱动器39驱动滑动开关40运动以达到封闭或不封闭(或打开)离心孔34的目的，开关驱动器39与控制器33电连接，控制器33为开关驱动器39运动所需的电能并能控制开关驱动器39是否驱动滑动开关40封闭离心孔34。出油口B41处的称重传感器27用于对经过出油口B41的油进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，出醇口42处的称重传感器27用于对经过出醇口42的醇进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，固体催化剂储存箱11底部出口处的称重传感器27用于对经过底部出口的固体催化剂进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，出水口B43的称重传感器27用于对经过出水口B43的水进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，所述控制器33分别控制阀门A5、阀门B10、阀门C13、阀门D14的开与关。温度传感器26用于检测加热杯3内部物质的温度值并将该温度值传输至控制器33，控制器33通过加热控制芯片30控制加热装置的加热开与关，控制器33通过冷却控制芯片31控制加热杯3内部物质的降温开与关。反应釜15底部开有出水口A19和出油口A21，出水口A19与空腔35相连通，出油口A21与离心内套筒32相连通，反应釜15的出油口A21通过管道37与酯化生物沥青容器22相连通，反应釜15的出水口A19通过管道37与集水箱23相连通。控制箱1包括箱体38、电子线路板、结果输出屏幕25、参数输入键盘24和控制开关7，电子线路板设置于箱体38内部，电子线路板上安装有控制器33，结果输出屏幕25、参数输入键盘24和控制开关7设置于箱体38外部，结果输出屏幕25、参数输入键盘24分别与控制器33电连接，控制开关7连接在控制器33与供电电源之间的供电回路上，驱动电机28、离心机驱动电机29、结果输出屏幕25、参数输入键盘24、加热装置分别与控制器33电连接，通过参数输入键盘24输入加热杯的加热温度、冷却温度、搅拌器搅拌速度、离心内套筒内离心速度等参数，结果输出屏幕25显示加热杯物料温度值、搅拌器搅拌速度、离心内套筒32内离心速度等结果。加热杯3内部还设有温度传感器26、加热控制芯片30和冷却控制芯片31，加热控制芯片30与加热装置电连接，温度传感器26、加热控制芯片30、冷却控制芯片31分别与控制器33电连接。控制器33通过加热控制芯片30控制加热装置的加热温度及加热时间，控制器33通过冷却控制芯片31控制加热杯3中物料的冷却温度及冷却时间。加热杯3的出油口B41处设有称重传感器27和阀门A5，醇储存箱9的出醇口42处设有称重传感器27和阀门B10，固体催化剂储存箱11底部出口处设有阀门C13和称重传感器27；水箱12的出水口B43处设有称重传感器27和阀门D14；称重传感器27、阀门A5、阀门C13、阀门D14分别与控制器33连接。反应釜15的出水口A19处设有阀门F36和滤网18，反应釜15的出油口A21处设有阀门E20，阀门F36、阀门E20分别与控制器33电连接。本发明的阀门A5、阀门B10、阀门C13、阀门D14、阀门E20和阀门F36均为电磁阀，通过控制器33对上述各个电磁阀的通断电控制以实现各个阀门打开或关闭。加热杯3用于储放、加热生物油，醇储存箱9用于储存和添加醇，固体催化剂储存箱11用于储存和添加催化剂，水箱12用于储存和添加水，生物油、醇、催化剂、水将按比例在反应釜15反应并生产生物沥青产品。出油口B41处的称重传感器27用于称重通过出油口B41排出物料的重量，出醇口42处的称重传感器27用于称重通过出醇口42排出物料的重量，固体催化剂储存箱11底部出口处的称重传感器27用于称重通过固体催化剂储存箱11底部出口排出物料的重量，出水口B43处的称重传感器27用于称重通过出水口B43排出水的重量，出水口A19处的称重传感器27用于称重通过出水口A19排出水的重量，出油口A21处的称重传感器27用于称重通过出油口A21排出物料的重量；这样在出油口B41、出醇口42、固体催化剂储存箱11底部出口、出水口B43、出水口A19、出油口A21分别具有称重传感器27，就可以单独对各个出口的物料进行称重，然后反馈给控制器33，便于工作人员及时查看，以便于工作人员通过控制器33控制各个阀门(电磁阀门)的通断电以实现对各个部件出口物料的精确控制。本发明可以通过控制器33设置相应的控制参数值，当各个称重传感器27称重的重量达到所对应的控制参数值时，那么控制器33将通过阀门及时控制其物料流量。为了便于加热杯3中的物料快捷地进入到反应釜15中，加热杯3与反应釜15之间连通的管道37上设有泵6。一种酯化生物沥青一体化制备方法，其方法如下：A、将酯化生物沥青原料加入到加热杯3中，然后通过控制器33启动驱动电机28工作，驱动电机28驱动转轴2旋转，转轴2带动搅拌器4对位于加热杯3中的酯化生物沥青原料进行搅拌，控制器33通过温度控制模块、加热控制芯片30控制加热装置的加热开启，加热装置对加热杯3中的酯化生物沥青原料在搅拌同时进行加热；温度传感器26检测加热杯3中酯化生物沥青原料的温度值并将该温度值传输至控制器33，当酯化生物沥青原料的温度值低于设定温度值时，则控制器33控制加热装置继续或加快速度升温加热，当酯化生物沥青原料的温度值高于设定温度值时，则控制器33控制冷却控制芯片31降温冷却处理；B、步骤A对位于加热杯3中的酯化生物沥青原料搅拌加热完毕后，通过出油口B41将酯化生物沥青原料输送到反应釜15中；醇储存箱9的出醇口42经过管道37将醇输送到反应釜15中，固体催化剂储存箱11底部出口经过管道37将固体催化剂输送到反应釜15中，水箱12的出水口B43经过管道37将水输送到反应釜15中；出油口B41处的称重传感器27对经过出油口B41的油进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，出醇口42处的称重传感器27对经过出醇口42的醇进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，固体催化剂储存箱11底部出口处的称重传感器27对经过底部出口的固体催化剂进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33，出水口B43的称重传感器27用于对经过出水口B43的水进行称重然后将称重的重量值传输给控制器33；控制器33分别控制阀门A5、阀门B10、阀门C13、阀门D14的开与关，控制器33接收来自各个称重传感器27的重量值并通过阀门A5、阀门B10、阀门C13、阀门D14配比出进入反应釜15的酯化生物沥青原料重量、醇重量、固体催化剂重量、水重量以及它们之间所对应的比例关系；C、所述步骤B中的酯化生物沥青原料、醇、固体催化剂、水按照比例进入到反应釜15的离心内套筒32中，控制器33通过开关控制模块控制开关驱动器39以实现驱动滑动开关40封闭所有离心孔34的目的，然后控制器33控制搅拌叶16运转，搅拌叶16对离心内套筒32中的酯化生物沥青原料、醇、固体催化剂、水进行混合搅拌并进行酯化反应生成酯化生物沥青和水混合物；当酯化反应完成，搅拌叶16停止搅拌运动，控制器33通过开关控制模块控制开关驱动器39以实现驱动滑动开关40打开所有离心孔34的目的，控制器33通过离心机驱动控制模块控制离心机驱动电机29启动，离心机驱动电机29驱动离心内套筒32做旋转离心运动，酯化生物沥青和水混合物中的水在离心作用下经过离心孔34进入到空腔35中，然后通过出水口A19排出到集水箱23中，酯化生物沥青和水混合物中的酯化生物沥青留在离心内套筒32内并经过出油口A21排出到酯化生物沥青容器22中；控制器33控制阀门F36的开与关以实现对出水口A19排水量的控制，控制器33控制阀门E20的开与关以实现对出油口A21排出酯化生物沥青量的控制。上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。