用于聚合工艺的油注入装置与方法 在生产合成橡胶或其它聚合物时，通常要把多种物质成份与聚合物混合起来以改变其特性并/或提高其制备性能。在橡胶生产工业中，用来把合成橡胶化合成实用橡胶产品的添加物的配方常包括增强填充剂，如碳黑；硫，通常与催速剂，与/或活化剂同用；色素；增味剂；抗臭氧剂与/或抗氧化剂；以及多种塑化剂与/或膨胀剂，通常是石油产物，如固体石腊，液体石腊和其它油。通过改变化合成份的组成，可以产生大量满足用户不同需要的实用合成橡胶产品。因而在实际中，有数千种不同的化合混合物配方用来生产数千种不同的合成橡胶产品。
在合成橡胶的化合工艺中有一个老问题，即把油，如粘污性、非粘污性和酯类油，添加入工艺混合器中的聚合物的控制问题。在一个批次的生产中，不同种类、重量和粘滞度的许多种油按不同的量被添加入一种化合混合物中。最终产品的特性取决于所用油的合成情况与量的控制。所以，为了保证不同批次地产品质量的稳定，必须严格控制添加油的量。而且，为了提高混合工艺过程的效率，不同粘滞度的油最好以不同的注入速率被注入化合混合物中。
在现行的生产实际中，每种油都被分别地添加入化合混合物中，这些油首先被从容积式储油罐或桶泵入一个称量罐，在该称量罐中，油被称重，然后放入一个压力罐中。油被从压力罐泵入一个用来将其注入橡胶工艺混合器中的注入器，橡胶工艺混合器就是油将要与合成橡胶混合物相合成的地方。这种“容器”系统有几个缺点，尤其是当几种不同的油在化合过程中被添加入一种合成橡胶中时。油容易粘覆在容器及相关管道的壁上，因此，当把一种油添加物变成另一种时，必须进行一种又费时又费钱的清洗处理，把在前一步骤中被添加的油从包括称量罐、压力罐和相关管道的输油系统中清除。空气也必须被从油路中清除，所以要灌注新油，这又是一个费时的步骤。有时，先前注入的油未能从系统中完全清除，导致新油被旧油污染，使最终产品的期望特性与质量发生变化。
上述容器系统的另一个缺点是，它没有测量进入称量罐的油的温度和粘滞度的装置，温度和粘滞度是精确计算单位体积的油的重量所依据的特性。所以，在不同批次的生产中，每种被注入混合物中的油的量可能不一样，这也导致最终产品的特性与质量发生变化。容器系统的再一个缺点是，它没有一种可以控制和改变油被注入聚合物混合物中的速度的装置，因而降低了混合工艺的效率。这种容器系统还要求对阀门和相关管道进行严格的维护，等等。
所以，需要有一种有效的系统来把不同的油注入一种如合成橡胶一类的聚合物中，并在不同批次的生产中生产出特性和质量稳定的最终产品。而且，需要有一种用来将多种油添加入一种工艺混合器中的系统，它把油分别地加入，一种油与另一种油不会互相污染，且无需在添加不同油的环节中间清洗输油系统。此外，还需要有一种把每种油都按精确的量加入化合混合物中的系统，它可以生产出在不同批次中都具有一致的特性与质量的最终产品。而且，还需要有一种具有可变的注油速度的系统，以提高化合工艺的效率。
本发明提供一种把不同种类、重量和粘滞度的油在受控状态下、以精确的量添加入一种工艺混合物中且使一种油与另一种油基本不会彼此污染的方法和装置。本发明尤其适用于把不同的油添加入一个混合罐中的聚合物，尤其是合成橡胶中，以生产出在不同批次之间具有一致的特性与质量的橡胶或其它最终化合产品。本发明较之于以往的把油添加入合成橡胶中的系统的差别在于，本发明不采用称量罐或压力罐。而且，本发明既消除了在一个批次的生产过程内或不同批次之间在添加不同油的环节间清洗系统的需要，又消除了一种油与另一种油之间发生不必要的污染的可能。本发明还消除了当采用标准容积的油时在多次生产之间清洗输油系统的需要，以及当采用通常以桶盛装的使用频率低的油时在不同批次的生产之间清洗输油系统的需要。
在本发明的技术方案中，多个供油罐或桶中的每一个都通过多个供油管道液体式连接于一个单个聚合物工艺处理混合器，每个管道把供油罐或桶与所述混合器进行液体式连接。在本说明书中，“液体式连接”或“液体式连接于”的说法的含义是指允许油等物质从装置的一个部分流到另一个部分的任何连接方式。本发明中可能采用的油的种类包括，但不局限于：粘污性、非粘污性以及酯类油。
油从一个供油罐经过其管道被多个泵泵入所述工艺处理混合器中，其中的每个泵都受控于一个可变速度驱动单元并液体式连接于一个管道。一个多向阀液体式连接于一个或一个以上的管道以及所述混合器，以允许每种油单独地流入所述混合器。最好还有一个油注入器也液体式连接于所述混合器以及一个或一个以上的管道，以推进油被输送入所述混合器。
根据本发明的技术方案，一种油通过管道从一个供油罐被泵入所述混合器，通过管道的油的量被一个最好是质量流量计的测量设备所测量。油量测量结果被不断地传输给一个根据传输来的测量结果控制进入混合器的油的量的控制器。该控制器最好被程序化设置成存储有一个预定的期望的参照油量测量结果并能够接收传送来的测量结果。该控制器最好进一步被程序化设置成能够把接收到的测量结果与参照测量结果进行比较，当接收到的测量结果接近参照测量结果时减小油流，当接收到的测量结果与参照测量结果基本相等时阻止油流进入工艺处理混合器。该控制器电子式连接于所述测量设备、所述阀门以及控制泵机速度的所述可变速度驱动单元。所述控制器根据从测量设备传输来的信号控制泵速以及阀门的开与关，从而控制进入工艺处理罐的油流。
图1是本发明提供的用来把多种油注入一个混合器的装置的一个实施例的示意图；
图2是本发明提供的用来把一种油注入一个混合器的装置的一个实施例的示意图；
图3是本发明的控制系统的示意图；
图4是本发明提供的用来把两种不同的油注入一个混合器的一个最佳实施例的示意图。
本发明提供一种把不同种类、重量和粘滞度的油在批次生产过程中输送入一个聚合物工艺处理混合器中且使一种油与另一种油基本不会彼此污染的方法和装置。本发明既消除了当采用使用频率高的标准体积的油时在一个批次的生产过程内或不同批次之间在添加油的环节间清洗系统的需要，又消除了当采用使用频率低的桶装油时在不同批次的生产之间清洗系统的需要。
本发明可以有效和精确地控制注入混合器中的油的量，其方式是最好采用一个质量流量计来直接地测量进入混合器的油流的质量速率，从而消除因在一个称量罐中对油进行预称重而造成的不精确问题。并且，本发明还采用了一个可以控制油泵机速率的可变速度驱动单元，因而可以控制油注入混合器的速度。这样，当注油量接近一个预定的期望量时，注油速率可以被减缓，从而控制输油量的精度。泵速的可变控制还允许对一种给定油的注入速率进行期望的调整，从而提高化合系统的效率。
图1、2、3给出了本发明的装置的实施例的示意图。根据本发明，多个供油罐(01-08)盛有将要在化合过程中被输送入一个单个工艺处理混合器(130)中的油。供油罐(01-08)通过多个供油管道(100)液体式连接于混合器(130)，每个供油管道专用于一个供油罐(01-08)，并液体式连接于混合器(130)。多个泵(110)中的每一个都液体式连接于每个供油管道(100)，以将油从每个供油罐(01-08)泵入混合器(130)。最好是每个泵(110)都由一个受控于一个可变速度驱动单元(120)的交流电机所操纵，下文中将参照图4做进一步说明。
图1、2和3中所示的本发明的技术方案有一个重要的特点，即它含有多个测量设备(140)，每个测量设备(140)都液体式连接于一个管道(100)，用来精确地测量通过管道(100)的油量。基于该测量，从一个供油罐(01-08)输送到混合器(130)的某种油的量就可被精确地控制，如下所述。测量设备(140)最好是本领域人员所熟知的复合向心型(Coriolis)质量流量计。由H.R.Bowers公司(H.R.Bowers Company,Cleveland,Ohio)生产的Krohne CORIMASS MFM4085 K G系列质量流量计可以作为一个合适的仪表。可以设想，其它油用测量设备也可以用于本发明中。例如，具有测量温度、压力、质量、粘滞度、实际重量或油流速率的功能或其中某些功能的组合的设备可以将这种测量值传送给一个处理器/控制器，如处理器/控制器170，单位体积的油的重量就可以算得。
根据本发明，油从每个管道(100)的输送最好是由液体式连接于管道(100)和工艺处理混合器(130)的多向阀(150)或作为可选件的其它阀(155)所控制。阀(150,155)具有至少一个可以使油从管道(100)流入混合器(130)的开位置、和至少一个可以使油不能从管道(100)流入混合器(130)的关位置。阀(150)具有控制油流从一个或多个管道(100)流入混合器(130)的功能。阀(150)可以是一个5向或更多向的阀，但最好是一个3向阀。这里所用的说法“3向阀”是指具有3个开口的阀。一个开口连接于一个管道(100)，第二个开口连接于另一个管道(100)，第三个开口连接于或液体式连接于混合器(130)。最好是当一个电源中断时，阀(150)自动地转到关位置，阻止任何油进入混合器。
当采用一个如密闭式混炼器(Banbury mixer)一样的具有很厚的侧壁的橡胶工艺处理混合器(130)时，最好采用一个安装于混合器(130)上并液体式连接于阀(150)和混合器(130)的一个油注入器(160)。来自至少一个管道(100)的油通过注入器(160)被注入到混合器(130)。所以，一个单个注入器(160)和一个单个阀(150)可能会液体式连接于不只一个供油管道(100)。而且，不只一个注入器(160)和/或阀(150)可能会液体式连接于混合器(130)，从而让多种不同的油被单独地注入到一个混合器(130)中。例如，如图1和图3所示，8种油(01-08)被用作化合配方中常用油的标准储备，每种油被存于一个单独的罐中，并通过一个管道(100)被从罐中输送到混合器。最好是两个管道连接于一个3向阀(150)，该阀连接于一个注入器(160),4个这样的阀/注入器的组合液体式连接于混合器(130)，以提供8种不同油的输送。
根据图1和图3所示的本发明的实施例，阀(150)和/或可选的阀(155)控制油从每个供油管道(100)的流动。这样，每个标准储备油管道(100)都充满油，即使当阀(150,155)处于关位置时也是这样。由于每个供油管道(100)专用于一种储备油，在添加不同的油的环节之间进行清洗的需要被完全消除。在位于阀(150)或可选的阀(155)的下游的一个很小长度的管道中可能会发生不同油之间的很小程度的污染，这种很小的污染很容易在化合聚合物的配方中被考虑进去，并且在不同批次的生产中，它是保持一致的。
根据图1和图3所示的和在下文将要结合图4详加说明的本发明的各实施例，一个控制器(170)电子式连接于测量设备(140)、阀(150,155)、以及可变速度驱动单元(120)，其中可变速度驱动单元(120)是与连接于一个管道(100)的泵相关联的。最好是控制器(170)精确地控制每种油被输送进入混合器的过程。另一种可选方案是，一个控制器(170)可以控制多种油的输送。另一种方案是，每种油的输送也可以用手动控制。
图2给出的实施例适用于使用频率低的、通常盛于桶(210,210′)中的油被注入混合器中的情况。在此实施例中，把油桶(210,210′)与混合器(130)进行液体式连接的系统的一个分支(200,200′)含有一个供油管道(103,103′)、泵(113,113′)、可变速度驱动单元(123,123′)、测量设备(143,143′)、阀系统(153,153′和158,158′)以及注入器(163,163′)，均与图1和图3中所示相似。然而，分支(200,200′)还含有一个油清洗线(173,173′),它最好能够提供压缩空气，以在一定的期望批次的生产按设计要求完成后清洗管道、以及相关的泵、管和仪器。所以，本发明所提供的输油系统较之先前的系统有一个优点，即，在一个整个的运行过程中，油管道可以保持被桶装油充填的状态，而无需在采用这种油的批次之间进行清洗。系统的另一个分支(300,300′)含有一个管道(308,308′)，管道(308,308′)将油桶(210,210′)直接地液体式连接于阀(153,153′和158,158′)、注入器(163,163′)和混合器(130)，跳过了泵(113,113′)、可变速度驱动单元(123,123′)和测量设备(143,143′)。本发明中的这样一个管道(308,308′)是用来将盛于桶中的已知量的油完全输送出去，而不必测量其量或控制油流速率。
图4给出了本发明的一个最佳实施例。在此实施例中，油被盛于一个油箱或一个供油罐，所说的油箱或供油罐可以是一个容积式储油罐、一个油桶或液体式连接于一个容积式储油罐的油箱。在给出的这个实施例中，两个油箱(1,1′)中的每一个都通过供油管道(2,2′)液体式连接于一个聚合物工艺处理混合器(30)。受交流电机(4,4′)驱动的正向置换吸油泵(3,3′)将油从油箱(1,1′)通过供油管道(2,2′)泵入混合器(30)。电连接于动力源(13,13′)的可变速度驱动单元(5,5′)用来通过公知的方法控制泵电机(4,4′)的速度，进而控制油从油箱(1,1′)被输送入混合器(30)的速度。动力源(13,13′)最好是驱动单元(5,5′)的一个起动器与泵电机(4,4′)的一个过流保护的组合。
在图4所示的实施例中，通过供油管道(2,2′)的油的量被复合向心型(Coriolis)质量流量计(6,6′)所测量。由H.R.Bowers公司(H.R.BowersCompany,Cleveland,Ohio)生产的Krohne CORIMASS MFM4085 K G系列质量流量计可以作为一个合适的Coriolis仪表。Coriolis仪表的工作原理是公知的，而且它是直接测量油流的质量速率的真正的质量仪表，与容积式流量不同。因为质量保持不变，该仪表的读数是线性的，不必根据油的特性的变化进行调整。它还消除了对温度与压力条件的变化进行补偿的需要。因为在给定的温度与压力下，油的粘滞度可能会随流速发生变化，所以，这种仪表尤其适合于油的测量。因此，在本发明的系统中最好采用质量流量计，因为其测量是高度精确的，而且不依赖于油的特定的重量(粘滞度)、流速、温度或体积，与/或压力条件。在本发明的批次生产系统中质量流量计的成功采用是出人意料的，因为质量流量计在以前一直是被仅用于连续流系统，如牛奶加工。尤其是，本发明的批次生产系统必须根据生产工艺对某种油的需要让通过质量流量计的油流开始或停止。质量流量计(6,6′)以公知的合适的连接和按一定的管道(7,7′)的长度连接于供油管道(2,2′)中，且与油流形成液体式连接。然后，如上所述，所述的测量设备可以是具有测量体积、重量、质量、流速、温度、油的粘滞度的功能或其中某些功能的组合、并且能够将数据传送给用来计算油量的一个控制器的任何测量设备。
在质量流量计的下游，供油管道(2,2′)最好是通过一个多向阀(10)液体式连接于一个用来将油从供油管道(2,2′)输送到混合器(30)中的、液体式连接于混合器(30)的油注入器(11)或其它输油装置。当两个供油管道(2,2′)连接于一个阀(10)，如本实施例所给出的那样，阀(10)最好是一个3向阀。但是，可以设想，两个以上的供油管道也可以连接于一个阀。所以，阀(10)可以是将4个管道与混合器相连的一个5向阀，也可以是将6个管道与混合器相连的一个7向阀。一个单独的阀门控制着每个与阀门相连的管道内的油流。对于每个与阀(10)相连的供油管道，阀门的开和关受控于一个执行器(12,12′)(如下所述)，允许单个供油管道中的单个油流进入混合器(30)。最好当电源中断时，阀自动地转向关的位置并阻止任何油进入混合器。
根据图4所示的实施例，每个质量流量计(6,6′)内的传感元件将数据传送给一个电子单元(8,8′)，在那里，数据被处理并被转换成与各个管道(2,2′)中的油的质量流速成正比的电压。然后，每个电压读数被传送到一个电连接或电子式连接于一个阀执行器(12,12′)、相应的可变速度驱动单元(5,5′)以及相应的动力源(13,13′)的批处理单元或处理器(9,9′)中。另一个方案是，一个单个控制器单元可以连接于多个阀执行器、可变速度驱动单元和动力源。
所述控制器或多个控制器(9,9′)通过根据来自各个测量设备(6,6′)的信号控制各个泵机(4,4′)的速度以及阀门(10)的开和关来控制从每个管道(2,2’)进入混合器(30)的油流。
根据本发明提供的方法，当一种油被从一个供油罐(1,1′)通过管道(2,2′)泵入混合器(30)，通过管道的油的量被最好是质量流量计的测量设备(6,6′)所测量。油量测量结果被不断地传送给根据传送来的测量结果控制进入混合器(30)的油量的控制器(9,9′)。控制器(9,9′)最好被程序化设置成存储有一个预定的期望的参照油量测量结果并能够接收传送来的测量结果。控制器(9,9′)最好进一步被程序化设置成能够把接收到的测量结果与参照测量结果进行比较，当接收到的测量结果接近参照测量结果时减小油流，当接收到的测量结果与参照测量结果基本相等时阻止油流进入工艺处理混合器。
至此，已经结合最佳实施例对本发明进行了描述，很容易理解，本发明并本仅限于在此描述的内容。相反，它包括了未超出本发明的宗旨与范围的任何任何修改与变化形式。