CN103935054A - 一种精馏填料前驱体的制备装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精馏填料制备领域，具体地说是一种用于精馏填料前驱体的制备装置及其使用方法。该装置的加热系统设有与波纹板成型模具相匹配的加热管，对成型系统的波纹板成型模具进行加热，实现波纹板精馏填料前驱体的快速定型；气动系统或液动系统实现波纹板成型模具的自动开启与闭合；成型系统由具有相互咬合的波纹形状的一对波纹板成型模具以及波纹板成型模具之间具有导向定位作用模架组成，实现精馏填料前驱体波纹板的形状控制；控制系统由电控部分和温控部分组成，实现波纹板成型模具的温度、样品的加热定型时间的参数控制，并实现波纹板成型模具上下移动的动作控制。从而，将精馏填料前驱体固化成型，实现精馏填料前驱体的工业化批量生产。

Description

一种精馏填料前驱体的制备装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及精馏填料制备领域，具体地说是一种用于精馏填料前驱体的制备装置及其使用方法。

背景技术

在化工领域，规整填料被广泛地用作蒸馏塔内的传质件，具有低压降、高塔板数的优点。中国专利申请（申请号201010219988.2，公开号CN102218293A）碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备方法和应用，是中国科学院金属研究所发明的泡沫碳化硅精馏填料，它充分利用了该材料多孔、高比表面、耐腐蚀、高导热等材料结构优点，具有比传统规整填料更高的精馏效率和更广泛的适应性能，是一种新型的填料，该新型填料由满足特定要求的单片波纹状泡沫碳化硅板叠加组成。单片波纹状泡沫碳化硅板的成型是该种填料生产的一个重要步骤，成型质量及速度极大影响着该种填料的生产效率以及精馏效率。而由于该填料的新颖性，目前市场上没有相应的单片波纹状泡沫碳化硅板定型设备出售，使填料的生产效率受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精馏填料前驱体的制备装置及其使用方法，该装置可以实现单片波纹状精馏填料前驱体的快速自动化定型，提高精馏填料的生产效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种精馏填料前驱体的制备装置，该装置包括加热系统、气动系统或液动系统、成型系统、控制系统，加热系统与成型系统相连，气动系统或液动系统与加热系统相连，控制系统分别与气动系统或液动系统、加热系统和成型系统连接，将置于成型系统中具有加热固化性质的精馏填料前驱体固化成型；其中，加热系统设有与波纹板成型模具相匹配的加热管，对成型系统的波纹板成型模具进行加热，实现波纹板精馏填料前驱体的快速定型；气动系统或液动系统实现波纹板成型模具的自动开启与闭合；成型系统由具有相互咬合的波纹形状的一对波纹板成型模具以及波纹板成型模具之间具有导向定位作用模架组成，实现精馏填料前驱体波纹板的形状控制；控制系统由电控部分和温控部分组成，实现波纹板成型模具的温度、样品的加热定型时间的参数控制，并实现波纹板成型模具上下移动的动作控制。

所述的精馏填料前驱体的制备装置，该装置设有：供气系统、气动装置、上模具电阻加热板、下模具电阻加热板、波纹板上模具、波纹板下模具、上模具温度传感器、下模具温度传感器、控制系统，具体结构如下：

供气系统，与气动装置相连，用于为气动装置提供压缩空气，作为气动装置的动力；

气动装置，包括配套使用的气缸和换向阀，气动装置的一端与供气系统相连接，气动装置的另一端与上模具电阻加热板相连接，上模具电阻加热板底部设置波纹板上模具，在供气系统的作用下，通过气动装置的气缸和换向阀配套使用，使波纹板上模具及上模具电阻加热板上下移动；

上模具电阻加热板和下模具电阻加热板，分别设置于波纹板上模具和波纹板下模具的背面，上模具电阻加热板为可上下移动的结构，下模具电阻加热板为固定不动的结构，电阻加热板用于为波纹板成型模具加热；

波纹板上模具和波纹板下模具，相对设置构成波纹板成型模具，波纹板成型模具被固定在电阻加热板上，波纹板成型模具用于波纹板的定型；

上模具温度传感器和下模具温度传感器，分别设置于波纹板上模具和波纹板下模具中，温度传感器用于监测模具温度；

控制系统，控制系统的输出端分别连接气动装置的换向阀、上模具电阻加热板、下模具电阻加热板，控制系统的输入端分别连接上模具温度传感器和下模具温度传感器；控制系统F用于控制定型时间，并对波纹板成型模具温度进行测量与控制。

所述的精馏填料前驱体的制备装置，精馏填料前驱体的结构包括泡沫结构精馏填料或致密结构精馏填料。

所述的精馏填料前驱体的制备装置，该装置制备精馏填料采用泡沫体材料，泡沫体材料为碳化硅、氧化铝、氧化硅、二氧化钛之一种或两种以上混合。

所述的精馏填料前驱体的制备装置，波纹板成型模具由一对相互咬合的金属模具组成，截面形状为三角波状或正弦波状。

所述的精馏填料前驱体的制备装置，波纹板成型模具的咬合面喷涂有防粘涂层，防粘涂层材料为特氟龙、氮化硼或聚四氟乙烯。

所述的精馏填料前驱体的制备装置的使用方法，具体步骤如下：

（1）在控制系统的操作面板上预设好波纹板成型模具的加热温度及波纹板成型模具闭合时间，开启设备，将模具加热至设定温度；

（2）将泡沫塑料在热固性树脂中浸渍，使泡沫塑料表面均匀的附着一层热固性树脂，然后吹去孔间多余的树脂，在20℃通风条件下晾晒10分钟；

（3）将第2步所述晾干后的泡沫塑料放置在波纹板上模具、波纹板下模具之间，此时波纹板成型模具处于开启状态；

（4）按下波纹板成型模具闭合按钮，波纹板上模具在气动系统或液动系统的作用下向下移，当波纹板上模具、波纹板下模具的间隙达到所要求的距离时，波纹板上模具停止移动，保温开始；

（5）设定的闭合时间结束后，波纹板上模具在气动系统或液动系统的作用下向上移，波纹板成型模具开启；浸渍热固性树脂后的泡沫塑料受热固化定型，取出该样品，得到一片成型后的填料波纹板，一个周期结束；

重复上述2～5步骤，得到所需数量的填料波纹板。

本发明的优点和有益效果是：

1、成型快速准确。采用本发明平均一片精馏填料前驱体（波纹板）的制备时间在1分钟左右，并且在同一个波纹板成型模具上得到的波纹板外形尺寸、密度等参数误差在5‰以内，可控性好；

2、自动化程度高，劳动强度低。采用本发明设备的加热温度、加热时间、波纹板成型模具动作等均可由电控系统实现自动控制；

3、本发明波纹板成型模具与加热板为分体式设计，可以方便的根据具体产品参数的不同更换相应的波纹板成型模具，具有较广泛的适应性；

4、根据需要，本发明整套设备可采用多头设计，一套电控和气动系统可以控制多组成型波纹板成型模具工位；

5、本发明设备可适用于多种树脂基异型材料的成型；

6、本发明在波纹板成型模具上可以制备特氟龙等类型的防粘涂层，避免压制过程中样品与模具粘连，从而提高生产效率。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。图中，A供气系统；B气动装置；B1气缸；B2换向阀；C1上模具电阻加热板；C2下模具电阻加热板；D1波纹板上模具；D2波纹板下模具；E1上模具温度传感器；E2下模具温度传感器；F控制系统。

具体实施方式

本发明精馏填料前驱体的制备装置，包括加热系统、气动系统、成型系统、控制系统以及必要的支撑结构，加热系统与成型系统相连，气动系统或液动系统与加热系统相连，控制系统分别与气动系统或液动系统、加热系统和成型系统连接，可将具有加热固化性质的精馏填料前驱体固化成型。其中，加热系统主要由与波纹板成型模具相匹配的异型加热管及相应的线缆组成，主要功能是对波纹板成型模具进行加热，实现波纹板的快速定型；气动系统主要由空压机、气缸、换向阀等组成，主要功能是实现波纹板成型模具的自动开启与闭合；成型系统主要由具有相互咬合的波纹形状的一对波纹板成型模具以及波纹板成型模具之间的具有导向定位作用模架等组成，主要功能是实现精馏填料前驱体波纹板的形状控制；控制系统由电控部分和温控部分组成，主要功能是实现波纹板成型模具的温度、样品的加热定型时间的参数控制，并实现波纹板成型模具上下移动的动作控制，采用该装置可以实现精馏填料前驱体的工业化批量生产。

如图1所示，本发明精馏填料前驱体的制备装置主要包括：供气系统A、气动装置B、上模具电阻加热板C1、下模具电阻加热板C2、波纹板上模具D1、波纹板下模具D2、上模具温度传感器E1、下模具温度传感器E2、控制系统F等，具体结构如下：

供气系统A，与气动装置B相连，用于为气动装置B提供压缩空气，作为气动装置B的动力；

气动装置B，主要包括配套使用的气缸B1和换向阀B2，气动装置B的一端与供气系统A相连接，气动装置B的另一端与上模具电阻加热板C1相连接，上模具电阻加热板C1底部设置波纹板上模具D1，在供气系统A的作用下，通过气动装置B的气缸B1和换向阀B2配套使用，可使波纹板上模具D1及上模具电阻加热板C1上下移动；

上模具电阻加热板C1和下模具电阻加热板C2，分别设置于波纹板上模具D1和波纹板下模具D2的背面，上模具电阻加热板C1为可上下移动的结构，下模具电阻加热板C2为固定不动的结构，电阻加热板C1和C2用于为波纹板成型模具加热；

波纹板上模具D1和波纹板下模具D2，相对设置构成波纹板成型模具，波纹板成型模具被固定在电阻加热板上，波纹板成型模具D1和D2用于波纹板的定型；

上模具温度传感器E1和下模具温度传感器E2，分别设置于波纹板上模具D1和波纹板下模具D2中，温度传感器E1和E2用于监测模具温度；

控制系统F，控制系统F的输出端分别连接气动装置B的换向阀、上模具电阻加热板C1、下模具电阻加热板C2，控制系统F的输入端分别连接上模具温度传感器E1和下模具温度传感器E2。控制系统F用于控制定型时间，并对波纹板成型模具温度进行测量与控制，采用市场上现有的电子模块可以实现。在气缸作用下，模具及加热系统上下移动，移动的位置由限位开关决定。模具闭合的时间由延时继电器控制，加热器加热至设定温度后进入保温状态。

本发明中，精馏填料前驱体的制备装置，其适用范围包括但不限于泡沫碳化硅精馏填料前驱体的制备，也可用于其他泡沫体材料，包括但不限于以下材料：碳化硅、氧化铝、氧化硅或二氧化钛，也可以为以上几种材料的两种以上混合。产品的结构包括但不限于泡沫结构，也可以为致密结构。波纹板成型模具由一对相互咬合的金属模具组成，截面形状为三角波状或正弦波状。波纹板成型模具的咬合面喷涂有防粘涂层，涂层材料包括但不限于以下材料：特氟龙、氮化硼、聚四氟乙烯等。供气系统A和气动装置B构成的气动系统可以采用相同功能的液压系统代替，来实现波纹板成型模具的咬合与分离。

本发明的工作过程如下：

（1）在控制系统的操作面板上预设好波纹板成型模具的加热温度及波纹板成型模具闭合时间，开启设备，将模具加热至设定温度；

（2）将泡沫塑料在热固性树脂中浸渍，使泡沫塑料表面均匀的附着一层热固性树脂，然后吹去孔间多余的树脂，在20℃通风条件下晾晒10分钟；

（3）将第2步所述晾干后的泡沫塑料放置在波纹板上模具D1、波纹板下模具D2之间，此时波纹板成型模具处于开启状态；

（4）按下波纹板成型模具闭合按钮，换向阀B2接通供气系统A和气缸B1，供气系统A向气缸B1供气，波纹板上模具D1在气缸B1的作用下向下移，当波纹板上模具D1、波纹板下模具D2的间隙达到所要求的距离时，波纹板上模具D1停止移动，保温开始；

（5）设定的闭合时间结束后，波纹板上模具D1在气缸B1的作用下向上移，波纹板成型模具开启。浸渍热固性树脂后的泡沫塑料受热固化定型，取出该样品，得到一片成型后的填料波纹板，一个周期结束；

重复上述2～5步骤，可以得到所需数量的填料波纹板。

实施例1

安装波纹板成型模具规格为峰距3mm，峰高2mm，波纹板成型模具截面形状为三角波形，倾斜角为45°，加热温度设定为80℃，加热时间设定为30秒，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为0.5mm，波纹板成型模具表面有特氟龙防粘涂层。将泡沫塑料浸渍料浆、除去多余料浆、风干，之后将其放置于上下波纹板成型模具之间，合拢波纹板成型模具开始定型。30秒后波纹板上模具自动上移，此时可取出已经固化成型后的多孔泡沫波纹板前驱体。

实施例2

与实施例1不同之处在于，所安装波纹板成型模具的倾斜角改为60°。

实施例3

与实施例1不同之处在于，加热时间设定为45秒。

实施例4

与实施例1不同之处在于，加热时间设定为60秒。

实施例5

与实施例1不同之处在于，所安装波纹板成型模具的倾斜角为30°。

实施例6

与实施例1不同之处在于，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为1mm。

实施例7

与实施例1不同之处在于，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为2mm。

实施例8

安装模具规格为峰距9mm，峰高6mm，倾斜角为45°，波纹板成型模具截面形状为三角波形，加热温度设定为80℃，加热时间设定为30秒，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为0.5mm，波纹板成型模具表面有特氟龙防粘涂层。将泡沫塑料浸渍料浆、除去多余料浆、风干，之后将其放置于上下波纹板成型模具之间，合拢波纹板成型模具开始定型。30秒后波纹板上模具自动上移，此时可取出已经固化成型后的多孔泡沫波纹板前驱体。

实施例9

与实施例8不同之处在于，所安装波纹板成型模具的倾斜角改为60°。

实施例10

与实施例8不同之处在于，加热时间设定为45秒。

实施例11

与实施例8不同之处在于，加热时间设定为60秒。

实施例12

与实施例8不同之处在于，所安装波纹板成型模具的倾斜角为30°。

实施例13

与实施例8不同之处在于，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为1mm。

实施例14

与实施例8不同之处在于，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为2mm。

实施例15

与实施例8不同之处在于，加热温度改为100℃。

实施例16

与实施例8不同之处在于，加热温度改为120℃。

实施例17

与实施例不同之处在于，将加热温度改为60℃。

实施例18

与实施例不同之处在于，将加热温度改为150℃。

实施例19

安装波纹板成型模具规格为峰距9mm，峰高6mm，波纹板成型模具截面形状为正弦波形，倾斜角为45°，加热温度设定为80℃，加热时间设定为30秒，波纹板成型模具合拢后的间隙调整为0.5mm，波纹板成型模具表面有特氟龙防粘涂层。将泡沫塑料浸渍料浆、除去多余料浆、风干，之后将其放置于上下波纹板成型模具之间，合拢波纹板成型模具开始定型。30秒后波纹板上模具自动上移，此时可取出已经固化成型后的多孔泡沫波纹板前驱体。

实施例20

与实施例1不同处在于，波纹板成型模具表面没有特氟龙防粘涂层。

实施结果表明：①采用该装置制备精馏填料前驱体，可以与多种波形的模具相匹配，均能顺利制备出相应形状的前驱体；②在原料粘度较高时，特氟龙防粘涂层可以有效防止粘接现象；③模具合拢后的加热温度适应范围较广，在80℃～150℃之间，最佳温度为80℃～120℃之间，温度太低必须延长加热时间，使生产效率降低，温度太高则浪费能量；④加热时间要与模具加热温度相匹配，在80℃～120℃之间时，加热温度要保持在30秒～1分钟之间。

Claims (7)

1.一种精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，该装置包括加热系统、气动系统或液动系统、成型系统、控制系统，加热系统与成型系统相连，气动系统或液动系统与加热系统相连，控制系统分别与气动系统或液动系统、加热系统和成型系统连接，将置于成型系统中具有加热固化性质的精馏填料前驱体固化成型；其中，加热系统设有与波纹板成型模具相匹配的加热管，对成型系统的波纹板成型模具进行加热，实现波纹板精馏填料前驱体的快速定型；气动系统或液动系统实现波纹板成型模具的自动开启与闭合；成型系统由具有相互咬合的波纹形状的一对波纹板成型模具以及波纹板成型模具之间具有导向定位作用模架组成，实现精馏填料前驱体波纹板的形状控制；控制系统由电控部分和温控部分组成，实现波纹板成型模具的温度、样品的加热定型时间的参数控制，并实现波纹板成型模具上下移动的动作控制。

2.按照权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，该装置设有：供气系统、气动装置、上模具电阻加热板、下模具电阻加热板、波纹板上模具、波纹板下模具、上模具温度传感器、下模具温度传感器、控制系统，具体结构如下：

供气系统，与气动装置相连，用于为气动装置提供压缩空气，作为气动装置的动力；

气动装置，包括配套使用的气缸和换向阀，气动装置的一端与供气系统相连接，气动装置的另一端与上模具电阻加热板相连接，上模具电阻加热板底部设置波纹板上模具，在供气系统的作用下，通过气动装置的气缸和换向阀配套使用，使波纹板上模具及上模具电阻加热板上下移动；

上模具电阻加热板和下模具电阻加热板，分别设置于波纹板上模具和波纹板下模具的背面，上模具电阻加热板为可上下移动的结构，下模具电阻加热板为固定不动的结构，电阻加热板用于为波纹板成型模具加热；

波纹板上模具和波纹板下模具，相对设置构成波纹板成型模具，波纹板成型模具被固定在电阻加热板上，波纹板成型模具用于波纹板的定型；

上模具温度传感器和下模具温度传感器，分别设置于波纹板上模具和波纹板下模具中，温度传感器用于监测模具温度；

控制系统，控制系统的输出端分别连接气动装置的换向阀、上模具电阻加热板、下模具电阻加热板，控制系统的输入端分别连接上模具温度传感器和下模具温度传感器；控制系统F用于控制定型时间，并对波纹板成型模具温度进行测量与控制。

3.按照权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，精馏填料前驱体的结构包括泡沫结构精馏填料或致密结构精馏填料。

4.按照权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，该装置制备精馏填料采用泡沫体材料，泡沫体材料为碳化硅、氧化铝、氧化硅、二氧化钛之一种或两种以上混合。

5.按照权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，波纹板成型模具由一对相互咬合的金属模具组成，截面形状为三角波状或正弦波状。

6.按照权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置，其特征在于，波纹板成型模具的咬合面喷涂有防粘涂层，防粘涂层材料为特氟龙、氮化硼或聚四氟乙烯。

7.一种权利要求1所述的精馏填料前驱体的制备装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）在控制系统的操作面板上预设好波纹板成型模具的加热温度及波纹板成型模具闭合时间，开启设备，将模具加热至设定温度；

（2）将泡沫塑料在热固性树脂中浸渍，使泡沫塑料表面均匀的附着一层热固性树脂，然后吹去孔间多余的树脂，在20℃通风条件下晾晒10分钟；

（3）将第2步所述晾干后的泡沫塑料放置在波纹板上模具、波纹板下模具之间，此时波纹板成型模具处于开启状态；

（4）按下波纹板成型模具闭合按钮，波纹板上模具在气动系统或液动系统的作用下向下移，当波纹板上模具、波纹板下模具的间隙达到所要求的距离时，波纹板上模具停止移动，保温开始；

（5）设定的闭合时间结束后，波纹板上模具在气动系统或液动系统的作用下向上移，波纹板成型模具开启；浸渍热固性树脂后的泡沫塑料受热固化定型，取出该样品，得到一片成型后的填料波纹板，一个周期结束；

重复上述2～5步骤，得到所需数量的填料波纹板。