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1、化学化工学院 题 目： 改性沥青生产装置设计 学 生 姓 名： 学 号： 学生年级专业： 指导教师姓名： 完 成 时 间： 2013 年 6 月目录摘要III第1章.绪论11.1课题背景11.2研究现状21.2.1SBS改性沥青21.2.2生产工艺21.2.3改性沥青生产装置31.3成套设备设计41.3.1设计方式41.3.2存在的问题41.4研究的目的和意义41.5研究的主要内容和方法51.6设计注意的问题5第2章.工艺流程介绍62.1溶剂特性简介62.2改性沥青组分及质量指标62.3主要工艺流程说明62.3.1溶剂的加载和回收62.3.2胶液制备72.3.3第一次加载基质沥青及加热。72.
2、3.4反应、蒸发和冷凝72.3.5第二次加载基质沥青及预热72.3.6混合及成品沥青出料8第3章.工艺设计计算103.1工艺流程设计103.2沥青泵的选型103.2.1基质沥青性质：103.2.2流量计算103.2.3沥青输送时间校核对113.3生产过程热量衡算113.3.1一次加载沥青加热123.3.2二次加载沥青加热123.3.3溶剂加热133.3.4溶剂蒸发冷凝加热133.3.5加热过程计算结果汇总15第4章.设备设计计算174.1设备初步布置174.2沥青计量罐计算184.2.1沥青计量罐设计条件184.2.2沥青计量罐体积计算184.2.3计量罐壁厚计算184.2.4罐体接管及开孔补
3、强设计194.2.5沥青计量罐保温层设计计算194.2.6计量罐支座设计204.2.7计量罐加热蛇管设计224.2.8沥青计量罐设计计算结果汇总244.3反应器的设计244.3.1主要工艺参数：244.3.2罐体体积计算244.3.3反应器壁厚计算264.3.4夹套设计计算274.3.5试验压力校核284.3.6开孔补强284.3.7反应器换热计算294.3.8反应罐保温层计算314.3.9支座计算314.3.10搅拌功率计算324.3.11搅拌轴强度及刚度计算334.3.12搅拌机传动装置零部件364.3.13反应罐计算结果汇总374.4预热器设计384.4.1设计条件384.4.2预热器热
4、负荷校核384.4.3换热面积计算384.4.4换热器选型394.4.5预热器结构设计39摘要随着我国经济的高速发展，对高等级公路的要求越来越高，这为改性沥青的大范围的推广应用提供契机。在国内的，就目前主要的生产方式胶体磨和高速剪切法而言，其关键设备胶体研磨机和高速剪切机受我国落后的机械加工手段限制，无法提供高精度和高质量产品的批量化生产，只能依靠进口设备，大大提高了设备生产的成本。而本次设计工作依据非炼磨式生产新工艺，设备都属于常见化工设备，能实现完全国产化，降低了生产成本。在本次设计工作中，结合工程实践经验，整套设备选用现场生产的方式，设备按照撬装设备设计，需要综合考虑撬装设备的安装检修，
5、交通运输方便，设备高度限制等问题。同时由于沥青的生产过程始终贯穿着沥青的加热过程，关键工艺溶剂的蒸发冷凝也需要大量的供热，对设备的热量衡算关系到设备的节能减排性能，在设计工作中，热量衡算采用了与工程实践更为贴近的周期工作的单向式热交换计算，并且考虑到在生产过程中有人工参与，对设备的表面按照防烫伤标准设计绝热层。对于设备的罐体及支座参考GB150，GB151等相关标准完成结构设计及强度计算，而反应器的设计参考相关设计手册完成搅拌器及传动装置的设计计算和强度校核。关键词：改性沥青、撬装设备、非炼磨式第1章. 绪论1.1 课题背景随着我国经济的飞速发展，我国的公路交通事业发展也十分迅速，尤其是高等级
6、公路的快速建设。高等级公路的大量建设，大大提高了公路的运输能力，降低了运输成本，提高了客运和货运的安全性，可以节约国家资源，为我国经济的持续的高速发展奠定基础。在我国，沥青路面的比例在80以上，西方工业发达国家该比例更高。如美国的比例在93以上参考文献李保. SBS改性沥青成套设备的研究及发展J. 科学之友, 2008.8(24):3-4.。普通沥青作为路面材料的存在不足，容易产生如车辙、开裂和老化等现象，尤其是在交通量飞速增长，交通工具载重量的增加，对路面材料提出了更高的要求，这些都促进了路面沥青的改进研究和相关成套设备的设计。但就福建而言，福建省高速公路“十一五”发展期间开工建设39个项目
7、，建成1200公里。而在新的“十二五”规划中，计划建设高速公路66个项目3300公里福建省交通运输厅.福建省高速公路“十二五”专项规划.2011.6.。为了保证计划的顺利完成，为经济建设的腾飞铺路架桥，研究高质量的改性沥青和设计完成高质量改性沥青生产装置都有重要意义。通过对沥青添加改性剂可显著提高路面的使用性能，而在众多改性剂中，在国外通过对各种改性剂的改性效果进行了实验，比较各项性能Y.F.Yen,G.V.Chilingarian.Aspartames and asphalts.Amsterdam: Elsevier Science,1994：396442，SBS ( 苯乙烯 丁二烯 苯乙烯
8、嵌段共聚物) 改性沥青由于高低温性能优良、力学性能好，使路面的抗车辙能力提高，低温开裂温度降低，具有很好的抗疲劳性能和粘附性能，同时，SBS 改性沥青回收再利用率比较高，使其得到了非常广泛的应用。根据1998年统计张德义.加快高等级道路沥青的开发与生产J.石油化工动态,1999,7(1)：1112. 中国石油沥青调研组.沥青生产技术调研报告(内部参考).2004.国外主要改性材料应用比例为：欧洲：SBS 44、SB 10、EPDM 12、轮胎粉9；美国：在27个改性沥青公司中，经营SBS的公司占37、SB 13、SBR 7：日本：SBS、EVA966、SBR 3.41。SBS改性沥青广泛应用，
9、对改性沥青生产设备的设计研制也起到促进作用。国外的改性沥青设备在高等级道路工程上的应用已经发展了很长时间，而国内的发展时间才有十几年时间，很多国内厂商是消化吸收国内外产品的设计思想或直接购买国外厂家的生产许可证进行制造，售价一般在200-300万元，对公路施工部门来说价格较高 盖晓华. 基于PLC的改性沥青生产线自动控制系统设计D. 同济大学, 2009.。1.2 研究现状1.2.1 SBS改性沥青国内1960年以前，沥青路面仅用于城市道路和专用公路，沥青材料主要是煤沥青和用进口原油提炼的石油沥青。1992年Novophalt PE现场改性技术的引入，对改性沥青的推广应用起到了促进作用，使改性
10、沥青从研究试验逐步发展到大规模生产应用。现在已经研究出各种类型改性沥青满足不同需求：以SBS、PE、SBR等为代表的聚合物改性沥青；为了适应某些特殊工程需求，出于节约资源、保护环境的目的，已经实现废旧橡胶粉改性沥青；还有经过机械剪切和化学稳定方法扩散到水中的乳化沥青。在多种改性沥青中，国产SBS的改性沥青由于有良好的高温稳定性、低温抗裂性，以及初期病害少的使用实践，使之已成为全国主流改性材料，在一些重载交通问题突出的省、市，更得到了广泛的应用牟洪建. SBS改性沥青的制备研究D. 天津大学, 2005.6.。近年来，国产沥青不仅产量已经达到了相当的规模，而且质量也达到了较高的水平，经过多年的研
11、究积累，我国沥青炼制水平已经赶上国外发达国家，完全有能力炼制优质沥青，质量可以和国际知名品牌相媲美。国外从1898年法国开始在沥青中掺配天然橡胶以来，对改性沥青的研究应用已有百年历史，从最初的天然橡胶胶粉或乳胶到SBR、EEA、PE等多种多样的改性材料，但是SBS凭借其获得了国际公认的优良改性效果，逐渐成为主导改性材料 M.N.Siddiqiu,.M.F.A1i.Studies on the aging behavior of the Arabian asphalts.Fuel,1999,78：10051015.。1.2.2 生产工艺改性沥青生产就是通过各种方法把改性材料破碎成微细的颗粒，并使
12、其均匀地分散融溶在沥青中，形成一种稳定的沥青与改性剂的共混体。目前，改性沥青制备工艺主要包括两种混合方式：机械搅拌法、胶体磨法和高速剪切法 A.A.Mohamed,M.O.Hamzah,H.Ismailand Husaini Omar.RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CRUMB RUBBER MODIFIEDBITUMEN CONTAINING ANTIOXIDANTJ.The Arabian Journal for Science and Engineering,Volume.2009,4：2-12。这三种方法按排列顺序及技术提高的阶段也是相符的，即最早是搅拌法，然后是胶
13、体磨法，再到高速剪切法，目前，国内外对高速剪切法最为推崇杨林江.李井轩.SBS改性沥青的生产与应用M.北京：人民交通出版社,2001年07月第1版.，但是国内在生产实践中主要还是应用较为成熟的胶体磨法。在以节能环保为主题的今天，一种回收利用废旧轮胎的作为改性原料的胶粉改性沥青制备技术，使用的就是机械搅拌法 丁新旗. 胶粉改性沥青制备技术及其计算机仿真分析研究D. 长安大学, 2011.；河南省交通科学技术研究设计的GL-20型改性沥青设备和北京国创LG-YW-8炼磨式沥青改性设备都是采用胶体磨为主机的破碎方法，属于胶体磨法李景轩, 孟凡军. 改性沥青设备的发展与应用J. 应用技术, 2003(
14、1):30-31. 唐相英. 高速公路SBS改性沥青现场生产的技术创新J. 科技资讯, 2010(2):38.；作为目前国内改性沥青生产设备技术最为先进的浙江兰亭高科研制的JKLG-40，就采用了国际领先水平的多齿面内啮合高速剪切磨，不但保证了产品的质量，同时减少了研磨次数，提高了工效5-10倍勒长征. 40t/h改性沥青成套设备的研发及应用工艺J. 山西交通科技, 2005.12(第6期):80-81.。1.2.3 改性沥青生产装置生产设备安装生产场地大体上分为固定式和移动式两种。在工厂生产成品的改性沥青供施工现场的方式最大优点就是使用方便，但成品的改性沥青的缺点是对沥青的储存和运输有较高要求，如不采取包装运输或热储存运输加热保温措施，
