一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺 |
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| 申请号 | CN201610964276.0 | 申请日 | 2016-10-28 | 公开(公告)号 | CN106438373A | 公开(公告)日 | 2017-02-22 |
| 申请人 | 上海英正辉环保设备有限公司; | 发明人 | 沈瑾琪; 姜六平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于纸模塑生产领域，涉及一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺，为了使 真空 泵 源不因被抽吸出过高空气 温度 而影响 真空泵 源设备的正常运行，本发明提供的空气雾化冷却罐的主罐体上方设置有雾化生成装置，下方设置有过流疏 水 罐，通过若干个高压雾化喷头共同在高压水泵的压 力 作用下，向处于真空 负压 状态的主罐体内喷射雾化水，雾化水吸热 蒸发 ，降低经流主罐体内的气体的温度。本发明的空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺可以保护水环真空泵体，防止出现气蚀现象，提高了水环真空泵的抽吸效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种空气雾化冷却罐，包括一主罐体(1)，其特征在于：所述主罐体(1)上方设置有雾化生成装置(2)，所述主罐体(1)下方设置有过流疏水罐(3)，所述过流疏水罐(3)的上下部分分别设置有蝶阀(4)，所述雾化生成装置(2)包括通过输送管(20)相互连接的水泵(21)和腔体(22)，所述腔体(22)内设置有若干个雾化喷头(23)，所述雾化喷头(23)的喷嘴设置于主罐体(1)内。 |
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| 说明书全文 | 一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺技术领域[0001] 本发明属于纸模塑生产领域，涉及一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺。 背景技术[0002] 以一年生草本植物纤维为主要原料制作而成的纸模塑制品，适应了现代社会的卫生、方便、快捷、健康的生活需求，以其实用、无毒、废弃后能完全降解、回归自然的特点，有着广阔的发展前景。我国的纸浆模塑制品以来源广泛的芦苇、蔗渣、麦秸等草本植物纤维浆或废弃纸品回收浆为主要原料，本质自然纯净，一旦废弃可自然降解，因而纸浆模塑行业是一种有利于社会经济可持续发展的环保产业，在国内、国际上都有着巨大的消费需求与广阔的增长空间。我国的纸模塑行业起步于上世纪八十年代，还是一个新兴的成长中的行业，在工艺、结构、模具、材料等方面还有很多很大的成长发展空间。 [0003] 纸浆模塑在制品成型工艺过程中，都有一个抄坯挤压脱水与热压定型交联固化的高压挤压过程，在热压定型过程中前道工序转移过来的湿坯中含有较高比例的水，在热压定型工位的高温模具的高压挤压力下，必然会有大量的水蒸汽产生，并需要真空泵源系统的强力抽吸下将其转移出去，以缩短热压定型干燥的时间与提高交联固化的效率。纸模塑生产一般在热压定型工位将蒸气抽吸出去的真空气源是采用简单实用效率较高的水环真空泵。水环真空泵为达成较高的真空度，一般需在运行过程中在泵体本身不断补入一定量的水、使泵的叶轮与泵壳之间的间隙因不断补入的水形成密封性水环，这也是所以将此泵称谓水环真空泵的原因。 [0004] 在高真空环境下液体的气化温度会大大降低。通常水环真空泵生产商均会对泵体补充水的温度作出规定，一般会要求水温低于35℃、要求最佳的供水温度能为15℃。但问题是纸模塑生产过程中的热压定型模的温度会在180℃—200℃，有的模温甚至会达到230℃左右，在这种工况条件下被强行真空负压抽吸出的空气温度也会在110℃-130℃左右，如此高的空气温度一旦被吸入水环真空泵，即会将被吸入充当密封水环的液体升温并气化，产生了所谓“气蚀”现象。在气蚀形成时会使液体因吸热气化成蒸气过程中体积急剧澎涨，理论上每一立方厘米的水气化时体积会增大1700倍以上，液体如爆炸般的气化会使泵壳体被冲击成一个个的凹坑、损坏泵体，同时也会使真空系统内的真空度急剧下降，降低了真空泵对热压工位的抽吸排潮能力。 [0005] 对此种现象，一般水环真空泵的生产供货商也只是提议将真空抽吸管路在通向真空泵前、配置一套空气冷却装置。但由此带来的不足之处是：一、增加了设备投资费用；二、增加了能源消耗；三、复杂的冷却管路配置会使真空抽吸管路产生很大的压力，降低了真空抽吸能力。纸模塑业内有采用缝隙式板式热交换器作为对热空气的冷却，实际运行中该冷却装置的空气进出口的压力差竟达0.035Mpa以上，极大地降低了真空负压引风排潮的能力，很大程度上影响了纸模塑热压定型干燥的效率，并且无谓地提高了能源消耗，增加了生产成本。 [0006] 因此，针对现有技术中的不足，有必要提供一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺以解决现有的技术问题。 发明内容[0007] 针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是，提出一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺，使真空泵源不因被抽吸造成的过高空气温度而影响真空泵源设备的正常运行。 [0008] 为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的： [0009] 一种空气雾化冷却罐，包括一主罐体1，其特征在于：所述主罐体1上方设置有雾化生成装置2，所述主罐体1下方设置有过流疏水罐3，所述过流疏水罐3的上下部分分别设置有蝶阀4，所述雾化生成装置2包括通过输送管20相互连接的水泵21和腔体22，所述腔体22内设置有若干个雾化喷头23，所述雾化喷头23的喷嘴设置于主罐体1内。 [0011] 进一步的，所述主罐体1上方设有可拆装的主罐体盖板10，所述腔体底板221与所述主罐体盖板10之间设置有密封层。 [0012] 进一步的，所述主罐体1一侧的下部设置有进气口11，主罐体1的另一侧的上部设置有出气口12，所述出气口12内部设置有过滤网13。 [0013] 进一步的，所述若干个雾化喷头23的孔径为0.1mm～0.5mm。 [0014] 进一步的，所述蝶阀4为衬胶对夹式气动蝶阀。 [0015] 一种利用空气雾化冷却罐进行降温的雾化工艺，其特征在于：所述主罐体内处于真空负压状态，热压定型真空干燥部份抽吸出来的气体由主罐体的进气口进入主罐体内，同时，水泵内的水流通过输送管进入腔体，腔体内的若干个雾化喷头在水泵水流的压力作用下，向主罐体内喷射出水雾，水雾吸热蒸发，降低经流主罐体内的气体的温度，主罐体的出气口与真空泵源相连通，降温后的气体经出气口抽吸至真空泵源，存留的液体经过流疏水罐排出，所述过流疏水罐的上下部分设置的蝶阀交替启闭，以使疏水排流时不会影响空气雾化冷却罐内的真空负压环境。 [0016] 进一步的，所述水泵的压力为0.5Mpa～15Mpa，流量为0.5L/min～5L/min。 [0017] 进一步的，所述主罐体内的真空度为0.04Mpa～0.095Mpa。 [0018] 进一步的，所述雾化喷头的配置以过流空气流量0.01m3/S～0.04m3/S配设一只雾化喷头。 [0019] 进一步的，所述主罐体的容积不小于真空泵源每秒流量的2倍，并且不大于真空泵源每秒流量的10倍。 [0020] 本发明的有益效果： [0021] 1、本发明提供的空气雾化冷却罐，通过设置多个雾化喷头，并控制雾化喷头的孔径，以保证雾化水雾的微细化，高压雾化后形成的水分子颗粒细小程度，为过流气体的降温创造了一个合适的环境与必备的条件； [0022] 2、本发明提供的空气雾化冷却罐，通过设置气动蝶阀并由控制程序保证此上下二只气动蝶阀不会同时打开(一只打开前、先必须使另一只完全关闭后才可进行)，以不使空气雾化冷却罐的真空密封环境被破坏而影响正常运行。 [0023] 3、本发明提供的空气雾化冷却罐，可避免作为真空源的水环真空泵的气蚀现象的产生，保护了水环真空泵体，提高了水环真空泵的抽吸效率，并以较简单的结构形式为纸模塑设备长期稳定运行提供了必不可少的条件。 [0024] 4、本发明提供的空气雾化冷却工艺，通过控制水泵的水压、雾化喷头的孔径、空气流量以及主罐体的容积，以达到最好的雾化效果，快速、高效地对过流高温气体吸热降温，使真空泵源不因被抽吸出过高空气温度而影响真空泵源设备的正常运行。附图说明 [0025] 图1为本发明的空气雾化冷却罐的结构示意图； [0026] 图2为本发明的雾化生成装置的放大结构示意图。 [0027] 图中： [0028] 1：主罐体 10：主罐体盖板 11：进气口 12：出气口 [0029] 13：过滤网 14：支撑脚 2：雾化生成装置 [0030] 3：过流疏水罐 20：输送管 21：水泵 [0031] 22：腔体 23：雾化喷头 24：水泵进水管 [0032] 25：水泵支架 220：腔体盖板 221：腔体底板 [0033] 4：气动蝶阀 具体实施方式[0034] 下面结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。 [0035] 本发明的目的是提出一种空气雾化冷却罐及其空气雾化冷却工艺，利用高压雾化降温技术在纸浆模塑真空抽吸干燥系统中的应用，以避免纸模塑热压定型干燥过程中被水环真空泵抽吸出的过热空气影响真空泵自身的正常运行。 [0036] 相关资料说明：每克水的蒸发吸热可以使每立方米的空气降温约2度，理论上讲，喷雾降温所需的能量是克服水的表面张力增大所需要的能量，1公斤的水变成10微米的立方体时，其表面张力所需要的能量约43.200J，而蒸发潜热高达2.2MJ。人造雾的空间环境降温原理为气雾双流、蒸发吸热，降温终端将颗径在1-10微米的雾颗粒扩散至降温区域，在扩散的过程中不断蒸发，并吸收该区域大量热能。液体的沸点取决于所处的压力。压力降低，沸点下降，因为气压低、气态分子之间距离增大使相互间引力减小，分子更易逸出。压力升高，沸点上升，因为分子距离近、相互分子间引力增大而较难逸出。在7000米左右的气压约为海平面的一半，即0.5Kgf/CM2(约49050Pa)，所以珠穆朗玛峰的峰顶上烧水，只要烧到72度左右水就会沸腾了。水的汽化潜热为2263.8J/g，即每一克水在临界发生相变时会吸收热量2263.8焦耳，而一克水由常温加热到100度热水时只是吸收热量约500焦耳。 [0037] 为了更好地说明问题，我们现试将一些物理现象作一分析解释：利用蒸发吸热可以使周围变冷，从而达到致冷的目的。气态和液态之间的状态变化：物体分子之间距离是不同的。蒸发与沸腾现象都是液体的汽化过程，蒸发在任何温度下都可进行、但蒸发只是在液体表面进行，蒸发时也要吸收热量。沸腾是在一定压力下液体温度达到沸点并继续吸收热量，在表面和液体内部剧烈汽化的现象，即沸腾是在液体内部与外部同时进行的，沸腾也会大量吸收热量。汽化吸热，液化放热。所以蒸发与沸腾的二者间异同点为： [0038] (1)相同点：蒸发与沸腾都是汽化现象，都需要吸热。 [0039] (2)不同点： [0040] A、发生地点不同：蒸发是只在液体表面发生的汽化现象，而沸腾是在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象； [0041] B、温度条件不同：蒸发在任何温度下都能发生，而沸腾是在一定温度下发生的； [0042] C、温度变化可能不同：液体蒸发时需吸收热量，温度可能降低；而沸腾过程中吸收热量，但温度保持不变； [0043] D、剧烈程度不同：蒸发比较缓和，而沸腾十分剧烈。 [0044] E、影响因素不同：蒸发快慢与液体的温度、表面积、表面的空气流动速度有关，沸腾沸点与大气压的高低有关。汽化吸热就是汽化把热吸收；液化放热就是把热释放到物体里。 [0045] 上述各种信息经分析后我们可得出相关且有用的几点启示： [0046] 1.物体在相变时会吸收或释放大量的热量。 [0047] 2.液体蒸发是在任何温度下都在进行的，但只是在表面发生。 [0048] 3.液体的沸点取决于所处的压力。 [0049] 4.经高压雾化后的水分子颗粒可极大增加与周围空气的接触面积，可提高液体被雾化后吸热转化成蒸气的速度与效率。 [0050] 针对目前纸模塑热压定型真空抽吸系统因空气温度太高而影响了真空泵源的水环真空泵的正常运行现状，受上述各种信息的启发，经分析我们认为：只要在真空抽吸管路中增设一空气雾化冷却罐，在此冷却罐的空间内、过流的热空气被高压水雾作用下，高压喷入少量(适量)的雾化水，快速增加液体与内部热空气的接触面积使其能瞬时吸热汽化，即可在原来己然存在的真空负压、较高温度环境中，雾化水瞬时即会产生相变并完全汽化，吸收大量的热量，达到适当降低真空抽吸系统中的空气温度的目的，使抽出的热空气到达真空源的水环真空泵时不致产生“气蚀”现象，并顺利被排出泵外。 [0051] 上述喷雾降温技术的关键点之一是高压喷入的是完全被雾化了的细小颗粒状水雾；雾化后可达到直径为微米级的水分子细小颗粒可极大增加水分子与空气的接触面积，使其可快速吸收空气中大量的热量，创造一个液体由雾化转汽化的必备条件。所以作为高压雾化的高压泵源的高压水泵的压力越高，高压雾化喷头的孔径越小，其高压下形成的雾化水雾的颗料越细小；高压雾化后形成的水分子颗粒越细小，水分子颗粒表面与空气接触面积越大，则在真空负压环境下越能快速高效地吸热降温转化成蒸气。本发明的空气雾化冷却罐为高压水的雾化与过流气体的降温创造了一个合适的环境与必备的条件。 [0052] 上述喷雾降温技术的关键点之二是上面己提及的喷入的应是“少量(适量)的雾化水”。大量的水雾确可吸收更多的热量，但过量的水雾经汽化后会膨胀很多倍，会抵消并影响水环真空泵原己建立起来的真空度，与将热压定型过程中模腔内多量的水蒸气快速抽吸出来以提高生产效率的初衷根本不符。所以高压雾化喷头的数量也不是越多越好，应是适度的，其与过流的被冷却的热空气的单位时间内的流量有关。 [0053] 由于自热压定型工位中被抽吸出来的热空气本身可能有部份水蒸气及冷凝水，在本发明的空气雾化冷却罐内的雾化汽化过程中也会有少量的液体存留下来，为了不使这部份液水积聚后占用罐体的有效容积，所以在高压雾化冷却罐体的下部设置了过流疏水罐。此过流疏水罐的上下方各设有衬胶对夹式气动蝶阀，并由控制程序保证此上下二只气动蝶阀不会同时打开(一只打开前、先必须使另一只完全关闭后才可进行)，以不使空气雾化冷却罐的真空密封环境被破坏而影响正常运行。 [0054] 由于自热压定型工位中被抽吸出来的热空气本身可能夹带有此前工作运行中积留有水垢、杂物垃圾等，此类异物如自由进入水环真空泵腔体内后会造成泵体泵叶损坏，所以本发明在空气雾化冷却罐内的出气口处加设了一道不锈钢丝网、对过流气体中杂物进行过滤分离。 [0055] 现结合本说明书图1和图2进行详细阐述。本发明提供的空气雾化冷却罐，包括主罐体1，主罐体1上方设置有雾化生成装置2，主罐体1下方设置有过流疏水罐3。雾化生成装置2包括水泵21和腔体22，水泵21一端通过水泵进水管24与水源连通，另一端与输送管20的一端相连接，输送管20的另一端连接由腔体盖板220与腔体底板221固定形成的腔体22，腔体盖板220与腔体底板221之间通过密封条弹性密封，该腔体22内设置有若干个雾化喷头23，雾化喷头23通过螺纹固定在腔体底板221上，雾化喷头23的喷嘴设置于主罐体1内。若干个雾化喷头23共同在腔体22内获得由小流量高压水泵21提供的高压水流，并向下部主罐体 1的罐体内喷射出高压水雾。因空气雾化冷却罐的雾化效果与雾化喷头的孔径有关，雾化喷头23的孔径应在0.1mm～0.5mm，本实施例中，雾化喷头的孔径可以取0.1mm、0.3mm和0.5mm。 [0056] 主罐体1上方设有可拆装的主罐体盖板10，高压雾化生成装置2通过若干个螺钉固定于主罐体盖板10上，腔体底板221与主罐体盖板10之间设置有密封层；水泵21通过水泵支架25固定于主罐体盖板10上。 [0057] 主罐体1为一圆柱形罐体，主罐体1的底部一体设有支撑脚14，主罐体1的一侧的下部设有进气口11、进气口11与纸模塑制品生产热压定型真空干燥部份相通连，另一侧的上部设有出气口12、出气口12与纸模塑生产辅助生产系统的真空泵源相通连，在出气口12的内部包裹有过滤分离过流气体中的固体杂物的过滤网13，过滤网可优选不锈钢丝网。经流主罐体1的气体在上部若干个雾化喷头23喷射下形成的微米级细小颗粒极大增加了与周围空气的接触面积、迅速由雾化水吸热蒸发汽化，将经流的气体温度降低、并被抽吸至真空泵源。 [0058] 主罐体1下部连接有过流疏水罐3，过流疏水罐3的上下部分分别设置有一个衬胶对夹式气动蝶阀4。衬胶对夹式气动蝶阀上阀、衬胶对夹式气动蝶阀下阀与过流疏水罐3之间由螺钉相互固定，构成一体。其中上下衬胶对夹式气动蝶阀4中总有一个处于完全关闭状态，且其中一个气动蝶阀的打开应是在另一个气动蝶阀己完全关闭后才能实施，以此保证主罐体内的真空负压有效、雾化冷却经流气体温度的工作状态正常高效。 [0059] 一种利用空气雾化冷却罐进行降温的雾化工艺，具体为，主罐体内处于真空负压状态，热压定型真空干燥部份抽吸出来的气体由主罐体的进气口进入主罐体内，同时，水泵内的水流通过输送管进入腔体，腔体内的若干个雾化喷头在水泵水流的压力作用下，向主罐体内喷射出水雾，水雾吸热蒸发汽化，降低经流主罐体内的气体的温度，主罐体的出气口与真空泵源相连通，降温后的气体经出气口抽吸至真空泵源，存留的液体经过流疏水罐排出，所述过流疏水罐的上下部分设置的蝶阀交替启闭，以使疏水排流时仍不会影响空气雾化冷却罐内的真空负压环境。 [0060] 其中，雾化生成装置的雾化效果与水泵的水压有关，同时也与雾化喷头的孔径有关。水泵的压力越高，雾化喷头的孔径越小，其高压下形成的雾化水雾的颗料越细小，与周转热空气接触面积就越大，则在主罐体内的真空负压状态下越能快速、高效地吸热汽化对过流热空气降温。所以水泵的压力应在0.5Mpa～15Mpa之间，流量应在0.5L/min～5L/min之间，水泵可以是小流量高压柱塞水泵、也可以是小流量高压离心水泵，但为了满足压力要求，离心水泵须是多级组合式水泵，在小流量前提下的多级离心水泵配置结构上较复杂，所以小流量高压柱塞水泵结构形式配置更适合；高压雾化喷头9的孔径一般应在0.1mm～0.5mm；而主罐体内的真空度在工况中是变动的，一般在0.04Mpa—0.095Mpa之间。 [0061] 而雾化喷头的设置数量与真空泵源的流速流量有密切关联，与过流的气体实际温度及温度控制值有关。在大气流、大流量、较高气温的情况下，一般可采用若干个雾化喷头组合成的高压雾化喷头组，一般以过流空气流量0.01m3/S～0.04m3/S配设一只0#或1#的高压雾化喷头为适宜。 [0062] 主罐体的容积应与真空泵源的实际流量流速有关联，一般不小于真空泵源每秒实际流量的2倍，以保证过流气体能有较充裕时间在真空负压环境与水雾作用下降低温度。考虑到经济性与观感，在适用前提下完全不必将此罐体设置得过于庞杂高大，一般不大于真空泵源每秒的实际流量的10倍。 [0063] 为了作更好说明，现提供以下案例作分析： [0064] 案例一 [0065] 一水环真空泵的每分钟抽吸量为3.83立方，工况条件下一般真空度在0.04Mpa至0.095Mpa之间，水环真空泵要求每分钟(补水量)工作液流量为8.3公斤，纸模塑热压定型模温为180℃，被抽吸出来的热空气温度约110℃左右。 [0066] 现增设了本申请的空气雾化冷却罐，其容积为150升，高压雾化冷却罐内设置有4只0#高压雾化喷头，高压雾化喷头的孔径为0.1mm，高压水泵的压力值为12MPa，高压水泵输出高压水流量为0.12L/min。经现场实际测试真空泵排气口的热空气温度约70℃左右。 [0067] 案例二 [0068] 前置条件不变，即均为每分钟抽吸量为3.83立方的水环真空泵为热压定型工位作型坯热压定型干燥过程中的抽吸引流，在工况中的真空度也是在上下变动中的0.04Mpa至0.095Mpa之间。但空气雾化冷却罐的容积为200L，高压雾化冷却罐内设置有2只4#高压雾化喷头，高压雾化喷头的孔径为0.5mm，高压水泵的压力值为3.5MPa，高压水泵输出高压水流量为0.46L/min。现场实际测试真空泵排气口的热空气温度约75℃左右。 [0069] 案例三 [0070] 前置条件不变，即均为每分钟抽吸量为3.83立方的水环真空泵为热压定型工位作型坯热压定型干燥过程中的抽吸引流，在工况中的真空度也是在上下变动中的0.04Mpa至0.095Mpa之间。但空气雾化冷却罐的容积为200L，高压雾化冷却罐内设置有3只2#高压雾化喷头，高压雾化喷头的孔径为0.3mm，高压水泵的压力值为7.0MPa，高压水泵输出高压水流量为0.33L/min。现场实际测试真空泵排气口的热空气温度约75℃左右。 [0071] 本发明提供的空气雾化冷却罐可应用于纸模塑手动单机、半自动机，更适用于纸模塑全自动机器生产设备系统，该设备及其雾化工艺，确实可避免纸模塑热压定型的真空抽吸系统、作为真空源的水环真空泵的气蚀现象的产生，保护了水环真空泵体，提高了水环真空泵的抽吸效率，并以较简单的结构形式为纸模塑设备长期稳定运行提供了必不可少的条件。 |
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