CN102059017A - 可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备 - Google Patents

Abstract

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***。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。

Description

可实现脱水、干燥、膨化工艺的双螺杆脱水设备

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***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***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℃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℃。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。

附图说明

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***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℃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℃。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。

Claims (2)

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(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(4-2)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***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)。

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