CN105169978B - 溶液自动制备装置及粉体溶解方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种溶液自动制备装置及粉体溶解方法，涉及化工领域，包括进料机构、预溶解机构、第一搅拌机构、第二搅拌机构、液位控制器、电控机构、溶解箱、熟化箱和成品箱，溶解箱、熟化箱和成品箱依次相邻设置，进料机构与预溶解机构连通，预溶解机构与溶解箱内连通，预溶解机构设有进液管，第一搅拌机构设置在溶解箱内，第二搅拌机构设置在熟化箱内，液位控制器设置在成品箱内，电控机构分别与进料机构、预溶解机构、第一搅拌机构、第二搅拌机构、液位控制器和溢液管电连接。采用本发明溶质在溶剂中的溶解十分高效和均匀，可有效避免线性溶解，能够保证溶液质量，同时自动化程度高，适合大规模自动化生产。

Description

溶液自动制备装置及粉体溶解方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种溶液自动制备装置及粉体溶解方法。

背景技术

溶液是由至少两种物质组成的均一、稳定的混合物，被分散的物质(溶质)以分子或更小的质点分散于另一物质(溶剂)中。物质在常温时有固体、液体和气体三种状态。因此溶液也有三种状态，大气本身就是一种气体溶液，固体溶液混合物常称固溶体，如合金。一般溶液只是专指液体溶液。

通常，在溶液里进行的化学反应的反应速率是比较快的。所以，在实验室里或化工生产中，为了提高两种物质的反应效率，常常先把它们溶解，然后把两种溶液混合，并加以振荡或搅动，以加快反应的进行；在环保领域，常常将PAC和PAM粉末制备成水溶液，用于混凝沉淀或污泥脱水等，为此，如何提高溶液的制备效率是现有技术一直比较重视的问题，现有技术中提供的溶液制备是通过将溶质和溶剂在溶解槽内进行混合然后搅拌达到溶液的制备，但是这种制备在快速大量制备溶液时，往往由于溶剂含量过大，溶质在溶剂中溶解不充分和均匀导致溶液的制备效率低或者溶液的浓度不均匀，不便于大规模自动化生产；进一步的，在冬季，由于溶剂的温度较低，现有技术将导致溶质溶解困难，特别是PAM粉剂在水中会形成线性溶解，制备出的溶液极不均匀，固相物含量高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种溶液自动制备装置及粉体溶解方法，以改善上述问题。

本发明提供的一种溶液自动制备装置包括进料机构、预溶解机构、第一搅拌机构、第二搅拌机构、液位控制器、电控机构、溶解箱、熟化箱和成品箱。使得本实施例的自动化程度更高，同时安全性能更高。

所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱依次相邻设置，所述溶解箱通过溢液管与所述熟化箱连通，所述熟化箱通过溢液管与所述成品箱连通，所述成品箱设有出液口。

所述进料机构与所述预溶解机构连通，所述预溶解机构与所述溶解箱内连通，所述预溶解机构设有进液管，所述第一搅拌机构设置在所述溶解箱内，所述第二搅拌机构设置在所述熟化箱内，所述液位控制器设置在所述成品箱内，所述电控机构分别与所述进料机构、所述预溶解机构、所述第一搅拌机构、所述第二搅拌机构、所述液位控制器和所述溢液管电连接。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述溶液自动制备装置的进液管还包括进液管A和进液管B，所述进料机构包括进料斗和螺旋输送机，所述预溶解机构包括加热器、溢流管和预溶解罐。

所述进液管A的一端与所述预溶解罐连通，所述进液管A的另一端与溶剂来源连通，所述进液管A设有所述加热器，所述进液管B的一端与所述进液管A连通，所述进液管B的另一端与所述溶解箱连通，所述进液管B与所述进液管A的连接点位于所述进液管A的另一端与所述加热器之间，所述进液管A与所述进液管B均设有控制阀，所述控制阀与所述电控机构电连接。

所述进料斗一端为大端，所述进料斗另一端为小端，所述进料斗的小端与所述螺旋输送机的进料口连通，所述进料斗的小端与所述螺旋输送机之间设有料位检测器，所述螺旋输送机的出料口与所述预溶解罐内连通。

所述预溶解罐的罐体为双层结构，夹层内设有保温层，所述预溶解罐内由上至下依次设有第一桨式搅拌器、第二桨式搅拌器和锚式搅拌器，所述第一桨式搅拌器、所述第二桨式搅拌器和所述锚式搅拌器均位于同一根转轴上，所述第一桨式搅拌器产生的推力与所述第二桨式搅拌器的推力方向相对，所述预溶解罐的底部与所述溢流管的一端连通，所述溢流管的另一端与所述溶解箱连通，所述溢流管与所述预溶解罐轴向平行设置。这样减少了线性溶解的发生，同时湍动能的分布更加均匀使得预溶解罐内不会出现局部湍动能较低，溶解效率低，进而出现溶质的局部堆积的现象。

所述电控机构设置在所述成品箱上，所述液位控制器为连杆式浮球液位控制器，所述连杆式浮球液位控制器设置在所述成品箱内且与所述电控机构连接。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述锚式搅拌器与所述预溶解罐的底部的距离为a，所述第一桨式搅拌器与所述液面的距离为b，其中a＝b，所述第一桨式搅拌器与所述第二桨式搅拌器之间的跨距为x，所述第二桨式搅拌器与所述锚式搅拌器之间的跨距为y，其中x＝y。这样设置能够保证较高的平均湍流强度和匀湍流指数，便于提高溶质在溶剂中的溶解效率。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述进液管A上还依次设有减压阀、压力表、流量计和电磁阀，所述减压阀、所述压力表、所述流量计和所述电磁阀均与所述电控机构电连接。减压阀、压力表、流量计和电磁阀的设置使得本实施例的自动化程度更高，同时安全性能更高。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的顶部均设有用来观察内部的观察窗，所述观察窗位于所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的一侧，所述观察窗设有活动连接的盖板。打开盖板，从观察窗能够直观的观察到溶解箱、熟化箱和成品箱的内部，便于对溶解箱、熟化箱和成品箱内的设备进行检测和维修。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，还包括排污管，所述排污管包括多个进料端口和一个出料端口，所述多个进料端口中的一个与所述成品箱的顶部连通，所述多个进料端口中的其余端口分别与所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的底部连通，所述出料端口与外界连通。便于对溶解箱、熟化箱和成品箱进行清洗和打扫。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述进料斗的内壁和所述螺旋输送机构的内壁表面均设有高分子不沾涂层。高分子不沾涂层优选地为特氟龙材料，能够使得溶质在进行进料的时候，不会堆积堵塞。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述溶液自动制备装置还包括盖板，所述盖板与所述进料斗的大端转动连接。将盖板盖住，能够保证溶液自动制备装置在工作时不受到外界杂质的干扰。

以上所述的溶液自动制备装置，优选地，所述溶液自动制备装置还包括底座，所述底座设有固定所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱相邻设置的卡槽。通过底座对溶解箱、熟化箱和成品箱进行加固，提高了三者结合的结构强度，便于溶液自动制备装置的运输和安装。

本发明还提供了一种应用以上所述溶液自动制备装置的粉料溶解方法，包括：

S1.根据需要的溶液浓度确定粉料的用量；

S2.加热溶剂和粉料，然后将加热后的溶剂和粉料通入预溶解罐中进行混合；

S3.在预溶解罐内进行搅拌，搅拌溶解的温度为40-60℃，搅拌溶解时间为5-15min；

S4.将预溶解罐内的混合液溢流通入溶解箱，通过所述第一搅拌机构搅拌，在溶解箱搅拌溶解30-90min；

S5.再将溶解箱内的混合液溢流通入熟化箱，通过所述第一搅拌机构搅拌，在熟化箱内搅拌熟化30-60min；

S6.最后将熟化箱内的混合液溢流通入成品箱内。并通过所述液位控制器监测所述成品箱内的混合液的高度，直到所述高度达到设定的高度阈值时，停止混合液的通入或开启所述成品箱的出液口。

相对于现有技术，本发明提供的溶液自动制备装置及粉体溶解方法包括以下有益效果：本发明提供的溶液自动制备装置在进料机构内放置溶质，进料机构将溶质输送到预溶解机构，在预溶解机构内，溶质在被加热后的溶剂中溶解，经过初步溶解后通入到溶解箱内，溶解一段时间后再将溶解箱内的溶液通入到熟化箱内，进行搅拌，再将熟化箱内的溶液通入到成品箱内得到成品溶液。溶质和溶剂在预溶解机构内溶解，进行预溶解，在预溶解的时候，由于溶质被预加热，能够使得溶质在溶剂内快速均匀的溶解，有效避免溶质直接在大量溶剂中溶解时产生线性溶解导致溶解效率降低和溶液溶解不均匀的现象，同时预加热的溶质量少，能大大节省加热溶质的能耗；然后将经过预溶解机构溶解后的溶液通入到溶解箱内，在溶解箱内通过第一搅拌机构搅拌溶解，使得从预溶解机构内流出的溶液与溶解箱内的溶剂进一步充分溶解。采用本发明即使进行工业化大规模生产溶液，由于溶质先与部分被预加热的溶剂发生预溶解，然后再与其余溶剂进行溶解，溶质在溶剂中的溶解也十分高效和均匀，能够保证溶液质量，同时自动化程度高，适合大规模自动化生产。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；

图2是本发明第二实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；

图3是图2提供的溶液自动制备装置的预溶解机构侧剖示意图；

图4是图2提供的溶液自动制备装置的右视示意图；

图5本发明第三实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；

图6是图5提供的溶液自动制备装置的右视示意图；

图7是图5提供的溶液自动制备装置的后视示意图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：进料机构101，预溶解机构102，第一搅拌机构103，第二搅拌机构104，液位控制器105，电控机构106，溶解箱107，熟化箱108，成品箱109，溢液管110，出液口111，进液管112，进液管A113，进液管B114，进料斗115，螺旋输送机116，加热器117，预溶解罐118，保温层119，第一桨式搅拌器120，第二桨式搅拌器121，锚式搅拌器122，溢流管123，料位检测器124，减压阀125，压力表126，流量计127，电磁阀128，排污管129，盖板130，底座131。

具体实施方式

本发明提供了一种溶液自动制备装置及粉体溶解方法来改善上述问题。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明中第一、第二、第三等均为区别示意，并不是限定。

图1是本发明第一实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；如图1所示，本发明第一实施例提供的溶液自动制备装置包括进料机构101、预溶解机构102、第一搅拌机构103、第二搅拌机构104、液位控制器105、电控机构106、溶解箱107、熟化箱108和成品箱109。

溶解箱107、熟化箱108和成品箱109依次相邻设置，溶解箱107通过溢液管110与熟化箱108连通，熟化箱108通过溢液管110与成品箱109连通，成品箱109设有出液口111。溶解箱107、熟化箱108和成品箱109也可以一体成型。

进料机构101与预溶解机构102连通，预溶解机构102与溶解箱107内连通，预溶解机构102设有进液管112，第一搅拌机构103设置在溶解箱107内，第二搅拌机构104设置在熟化箱108内，液位控制器105设置在成品箱109内，电控机构106分别与进料机构101、预溶解机构、第一搅拌机构103、第二搅拌机构104、液位控制器105和溢液管110电连接。其中、第一搅拌机构103和第二搅拌机构104优选地采用桨式搅拌器。

在进料机构101内放置溶质，进料机构101将溶质输送到预溶解机构102，在预溶解机构102内，溶质和溶剂相互溶解，经过初步溶解后通入到溶解箱107内，溶解一段时间后再将溶解箱107内的溶液通入到熟化箱108内，进行搅拌，再将熟化箱108内的溶液通入到成品箱109内得到成品溶液。

溶质和溶剂在预溶解机构102内溶解，进行预溶解，在预溶解的时候，能够使得溶质在溶剂内快速均匀的溶解，有效避免溶质直接在大量溶剂中低温溶解时产生线性溶解导致溶解效率降低和溶液溶解不均匀的现象，然后将经过预溶解机构溶解后的溶液通入到溶解箱107内，在溶解箱107内通过第一搅拌机构103搅拌溶解，使得从预溶解机构102内流出的溶液与溶解箱107内的溶剂进一步溶解，将溶液与溶剂进行初步溶解，初步实现溶液中溶质在溶剂内的均匀溶解。

然后，将溶解箱107内的溶液通入到熟化箱108内，在熟化箱108内，溶液经过第二搅拌机构104的不断搅拌和长时间反应，提供给溶质充分溶解到溶剂中的时间，使得溶质进一步地溶解到溶剂中，并且在分子运动和机械搅拌作用下，溶液中的溶质能够进一步溶解和均匀分散，保证了溶质在溶剂中的充分溶解和均匀溶解。

最后再将熟化箱108内的溶解好的溶液通入到成品箱109内存储起来，如果在需要使用的时候打开与成品箱109连接的出液口111，将溶液导出，进行后续使用。由于溶质先与部分溶剂发生预溶解，然后再与其余溶剂进行溶解，即使将本实施例应用于工业化大规模生产溶液，溶质在溶剂中的溶解也十分高效和均匀，能够保证溶液质量，同时自动化程度高。本发明中的电控机构106采用常规单片机或者PLC结构即可。

图2是本发明第二实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；图3是图2提供的溶液自动制备装置的预溶解机构侧剖示意图；图4是图2提供的溶液自动制备装置的右视示意图；如图2-4所示，本发明第二实施例提供的溶液自动制备装置是在第一实施例的基础上，进一步地，为了能够保证本实施例提供的溶液自动制备装置在低温条件下，依旧能够进行快速高效的溶解作业，进液管112包括进液管A113和进液管B114，进料机构101包括进料斗115和螺旋输送机116，预溶解机构102包括加热器117和预溶解罐118。

进液管A113的一端与预溶解罐118连通，进液管A113的另一端与溶剂来源连通，进液管A113设有加热器117，进液管B114的一端与进液管A113连通，进液管B114的另一端与溶解箱107连通，进液管B114与进液管A113的连接点位于进液管A113的另一端与加热器117之间，进液管A113与进液管B114均设有控制阀，控制阀与电控机构106电连接。

进料斗115一端为大端，进料斗115另一端为小端，进料斗115的小端与螺旋输送机116的进料口连通，进料斗115的小端与螺旋输送机116之间设有料位检测器124，螺旋输送机116的出料口与预溶解罐118内连通。

预溶解罐118为双层结构，夹层内设有保温层119，预溶解罐118内由上至下依次设有第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122，第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122均套设在同根转轴上，第一桨式搅拌器120产生的推力与第二桨式搅拌器121的推力方向相对，预溶解罐118的底部与溢流管123的一端连通，溢流管123的另一端与溶解箱107连通，溢流管123与预溶解罐118轴向平行设置。

电控机构106设置在成品箱109上，液位控制器105为连杆式浮球液位控制器，连杆式浮球液位控制器设置在成品箱109内且与电控机构106连接。

本实施例在使用的时候，溶质通过进料机构101进入预溶解罐118，进料机构101由进料斗115和螺旋输送机116组成。进料斗115一端为大端，进料斗115另一端为小端，这样堆放在进料斗115中的溶质能够更好的从小端流出，进料斗115的小端与螺旋输送机116的进料口连通，螺旋输送机116的出料口与预溶解罐118内连通。

同时，在进料斗115的小端与螺旋输送机116之间设有料位检测器124，料位检测器124在当进料斗115中的溶质存料不足的时候，发出信号到电控机构106，电控机构106根据信号，控制其他元件停止工作，避免溶质不足仍继续生产溶液，而导致生产的溶液中的溶质溶解量大大低于生产要求。

螺旋输送机116的工作原理是旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机116输送，螺旋输送机116主要应用在粉体的运输中，因此，本实施例提供的溶液自动制备装置尤其适用于粉体溶质的溶解，例如PAC、PAM等其他粉体溶质。

其中PAC(聚合氯化铝)是一种无机高分子混凝剂，又被简称为聚铝，是一种无机高分子水处理药剂。PAM(聚丙烯酰胺)是一种线状的有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水处理絮凝剂产品，可以吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，并且加快了沉淀的速度，被广泛用于污水处理。

进液管A113和进液管B114将溶剂引入到溶液自动制备装置内，进液管A113将溶剂来源与预溶解罐118连通，将溶剂直接导入到预溶解罐118内与溶质进行混合，进液管B114则与进液管A113连接，将部分溶剂直接导入到溶解箱107内，便于后续将预溶解罐118内的溶液导入溶解箱107时，溶解箱107内留有溶剂，保证溶质溶解的效率。

同时在进液管A113和进液管B114上均设有控制阀，这两个控制阀均与电控机构106连接，通过电控机构106来控制开闭。进液管A113的控制阀设置在进液管B114与进液管A113的连接点和预溶解罐118之间，实现了进液管A113和进液管B114的单独控制，控制进液管A113的开闭不会影响进液管B114的开闭，能够实现预溶解罐118和溶解箱107进水的单独控制，便于溶解时对溶剂量的控制。

在进液管A113与进液管B114的连接点和预溶解罐118之间，在进液管A113上还设有加热器117，通过加热器117能够对进入到预溶解罐118内的溶剂进行加热，经过加热的溶剂进入到预溶解罐118内与溶质混合后，溶质开始溶解。加热后的溶剂能够大大提高溶质的溶解效率，使得溶质在溶剂内的溶解更加快速和充分。

在预溶解罐118的夹层内，设置有保温层119，通过保温层119将预溶解罐118内的溶液与溶解箱107的传热的降低，保证了预溶解罐118的溶液不会因热量传递而导致溶液的温度降低。通过在预溶解罐118内加入保温层119，使得预溶解罐118内能够较长时间的保温，使得溶质与溶液能够进行持久的高温溶解，提高了溶解效率，而且能够减少保持预溶解罐118高温所需要的热量，节省了能源。

而且由于预溶解罐118大大减少了预溶解罐118热量的流失，加热器117对预溶解罐118加热的时候，升高至相同温度，所需的能耗也相应大大降低。因此，本实施例尤其适用于温度较低的环境，例如高海拔地区。本实施例只需要通过对预溶解罐118内的溶剂进行加热，而不需要对整个装置内的全部溶剂或溶液进行加热，大大降低了能源的耗费。

采用预先加热，将溶质溶解在一部分溶剂中然后再与其余溶剂混合，这种溶解方式使得溶质溶解更加充分和高效，能够有效避免在低温环境下出现溶解不均匀的现象，因为如果采用对整体进行加热，由于整体自动溶解设备体积较大，溶剂会产生温差，导致溶质在溶剂中溶解不均匀，温度高的地方溶解更充分，温度低的地方溶解较少，不能够有效溶解。

在预溶解罐118内的溶质和溶剂，一方面由于溶剂的较高温度，能够促进溶质在溶剂中的溶解效率，另一方面，通过在预溶解罐118内的机械搅拌来进一步提高溶质在溶剂中的溶解效率。

在预溶解罐118内设有第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122。第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122由上至下依次间隔设置。第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122同时套设在同一根转轴上，当转轴旋转的时候，第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121的推力方向相对，第一桨式搅拌器120产生的推力向下，使得溶液部分轴向向下运动，第二桨式搅拌器121产生的推力向上，使得溶液部分轴向向上运动，两者产生的推力推动水流相对流动，产生剧烈湍流，剧烈的湍流能够使得溶质在溶剂中的溶解效率大大提高，然后再通过锚式搅拌器122对预溶解罐118内的溶液进行进一步搅拌，促进溶质的溶解。

通过设置与第一桨式搅拌器120的推力相对的第二桨式搅拌器121，并且设置在同根转轴上，实现了同轴转动时，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121的推力的相对，在设置的时候，主要通过将第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121的桨叶的桨叶相对设置，第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121的倾斜方向相反来实现。

转轴旋转时，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121带动溶液的旋转方向相反，使溶质的线性溶解撕裂，形成剧烈的湍流，促进溶质在溶剂中的溶解。

如果采用单一桨式搅拌器进行搅拌而不采用其他措施的情况下，在进行搅拌的时候，只要桨式搅拌器的速度足够高，都会产生切向流动，严重时可使全部液体围绕转轴的圆形轨道旋转，形成一个大漩涡，这种流态成为打漩。打漩时几乎不产生轴向溶解作用，而且此种打漩作用可能会使得部分桨式搅拌器在气体中运转，可能会加剧桨式搅拌器的震动，甚至使桨式搅拌器无法工作，因此必须要防止打漩现象。一般采用增加盖板等其他阻挡结构，将切向流转变为轴向和径向流动，从而阻止打漩现象，同时增加搅拌液体的湍流程度，促使物料微观尺度上的溶解，提高搅拌溶解效果。但是在预溶解罐118内设置盖板等其他扰乱桨式搅拌器打漩的阻挡结构，需要占用大量空间，而采用本实施例的搅拌器结构大大降低了预溶解罐118的体积和预溶解罐118的制造成本。

其中，优选地，第一桨式搅拌器120的桨叶角为45度，第二桨式搅拌器121的桨叶角为30度。在实验过程中发现，在其他条件相同的情况下，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121之的桨叶角之差为10-15度时，流场内的平局湍流强度最大，其主要原因为当两者桨叶角之差小于这个范围的时候，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121在进行搅拌时，所影响的流场区域相当，两个相当的流场区域相对，使得相交区域附近湍流强度较大，但是非相交区域由于受到第一桨式搅拌器120或第二桨式搅拌器121的影响较小，因此湍流强度较小，使得整体平均湍流强度较低，当两者桨叶角大于这个范围的时候，较大的桨式搅拌器推动流体运动，运动的流体包覆在较小的桨式搅拌器推动的流体外，使得包覆内的流体湍流强度较小，同时桨叶角较大的桨式搅拌器推动的流体受到较小的桨式搅拌器的影响很小，平均湍流强度也较低。而如果桨叶角的差距缩减的10-15度的时候，既能够通过桨叶角较大的桨式搅拌器对整体产生一定的湍流，同时能够通过桨叶角较小的桨式搅拌器产生与桨叶角较大的浆式过滤器产生对流，进一步提高预溶解罐118内的平均湍流强度，从而大大提高溶质在预溶解罐118内的溶解效率。

另外，在第二桨式搅拌器121的下部，该区域速度及湍流强度较小，对流溶解能力较弱，湍流扩散速度较慢，导致整体溶解效率降低，为了避免溶质在预溶解罐118的底部长时间停留，甚至形成局部沉淀，在第二桨式搅拌器121的底部设置锚式搅拌器122进行搅拌，使得溶质在溶剂中充分溶解。

搅拌溶解的目的就是为了消除浓度差，而搅拌溶解的效果好坏与流场中的湍流不可分，为了能够对预溶解罐118内的湍流强度进行分析，提出匀湍流指数，设定以β_I表示，根据流体力学同时借用均方根偏差，设计计算公式

其中β_I-匀湍流指数；

i-流场中检测点编号；

n-流场中检测点总数；

I_i-流场中第i个检测点的湍流强度；

-流场中n个检测点湍流强度的平均值，

其中，利用公式进行流场的湍流均匀检测方法，包括

S1.在预溶解罐内设置n个检测点，检测点n为流场中检测点总点数，

S2.将采集的数据代入公式中，

其中β_I-匀湍流指数；

i-流场中检测点编号；

n-流场中检测点总数；

I_i-流场中第i个检测点的湍流强度；

-流场中n个检测点湍流强度的平均值，计算匀湍流指数，

S3.比较匀湍流指数，确定流场内的湍流强度均匀度。

利用对预溶解罐118内的流速进行测量，然后经过计算得出第一桨式搅拌器120附近的匀湍流指数β_I＝52.7％，第二桨式搅拌器121附近的匀湍流指数β_I＝56.9％，锚式搅拌器122附近的匀湍流指数β_I＝67.1％，整个预溶解罐118内流场的湍流平均强度β_I＝60.4％，同时，通过对预溶解罐118内流速的检测，然后利用公式其中k-湍动能，u-流体点速度，进而对预溶解罐118内的湍动能进行计算，可以总结出，第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121的桨叶周边区域的湍动能较大，匀湍流指数较小。沿桨叶区域向外湍动能逐渐减小，在液面出和罐体底部的湍动能最小，在罐体的近内壁区域的湍动能也较大。

由于第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121推力相对，使得第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121之间的区域的溶液，一方面存在轴向对流，另一方面由于溶液受到第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121剪切力方向也不同，使得第一桨式搅拌器120和第二桨式搅拌器121之间的溶液的湍动能大幅度提高，由于两方面的共同促进，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121之间的湍动能大于桨叶周边区域的湍动能。

可以看出，第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122相互配合，大大提高了预溶解罐118内的湍动能，湍动能的分布更加均匀。更高的湍动能使得预溶解罐118内溶解效率大大提高，减少了线性溶解的发生，同时湍动能的分布更加均匀使得预溶解罐118内不会出现局部湍动能较低，溶解效率低，甚至出现溶质的局部堆积的现象。

经过充分加热和搅拌的溶质和溶剂的溶液，在预溶解罐118内充分溶解，预溶解罐118内的溶液溶解均匀，不会出现线性溶解的现象，然后，将预溶解罐118中的溶液，通过溢流管123通入到溶解箱107内，再经过溶解箱107的搅拌溶解，使得溶液在溶解箱107内进一步扩散溶解，实现溶质在溶解箱107内的进一步溶解，之后，再将溶解箱107内的溶液经过换水管通入到熟化箱108内，在熟化箱108内经过搅拌机构的又一次搅拌，使得溶于溶解箱107内的溶液经过再次加工，促进溶质在溶剂内的溶解和分散均匀。最后将溶解好的溶液从熟化箱108内通入到成品箱109内贮存起来，以备不时之需。

在成品箱109内设有连杆式浮球液位控制器，连杆浮球液位控制器105的工作原理直接、简单。通常将密封的非磁性金属或工程塑胶管内根据需要设置一点或多点磁簧开关，再将带有内置磁性系统的浮球固定在本体管内磁簧开关相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动，利用浮球内的磁性系统透过本体管去触发磁簧开关的闭合或断开，以产生开关动作，达到控制液位的目的。连杆式浮球液位控制器能够方便的检测出成品箱109内液位的高度，并将数据传输到电控机构106。

本实施例自动化程度高，在自动溶液装置生产的时候，只需要将溶质放置在进料斗115内，设定好溶质与溶剂的溶解比例之后便可实现全自动化生产。

电控机构106控制螺旋输送机116将溶质输送到预溶解罐118内，同时，电控机构106控制进液管A113的控制阀打开，通入预溶解罐118内溶剂，通常为水，在电控机构106控制进液管A113的控制阀打开的时候，进液管B114的控制阀也相应打开，向溶解箱107内注入相应的溶剂，经过进液管A113和进液管B114总流入的溶剂的量符合与溶质对应的配比的时候，电控机构106控制控制阀关闭，停止溶剂进入。

溶剂在通过进液管A113进入预溶解罐118内时候会受到加热器117的加热，实现升温，加热器117与电控机构106连接，通过电控机构106设置加热器117的温度，与此同时，电控机构106控制预溶解罐118内的搅拌器转动，即第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122的转动，实现溶剂与溶质的预溶解，经过5-10min后，电控机构106控制进液管A113的阀门打开，不断向预溶解罐118内通入溶剂，新流入的溶剂将预溶解罐118内溶液从溢流管123中顶出，同时电控机构106打开螺旋输送机116，这样新进入的溶剂和溶质再进行新的溶解，而经过预溶解的溶液流入到溶解箱107内，电控机构106控制第一搅拌机构103搅拌，进一步溶解，在经过30-90min后，电控机构106打开溶解箱107与熟化箱108之间的换水管，将溶解箱107内的溶液导入到熟化箱108内。同理，溶液在熟化箱108内经过30-60min的搅拌后，电控机构106控制熟化箱108与成品箱109之间连通的换水管，将熟化箱108内的溶液通入到成品箱109内进行存储。

在成品箱109内设有连杆式浮球液位控制器，当通过连杆式浮球液位控制器检测到成品箱109内的溶液液位过高时，电控机构106控制其他设备停止，停止溶液的生产，当通过连杆式浮球液位控制器检测到成品箱109内的溶液液位过低的时候，电控机构106控制其他设备按照前述工作方式工作，实现自动溶解溶质，生产溶液的功能。

图5本发明第三实施例提供的溶液自动制备装置主视示意图；图6是图5提供的溶液自动制备装置的右视示意图；图7是图5提供的溶液自动制备装置的后视示意图。如图5-7所示，本发明第三实施例提供的溶液自动制备装置是在第二实施例的基础上，进一步地，锚式搅拌器122与预溶解罐118的底部的距离为a，第一桨式搅拌器120与液面的距离为b，其中a＝b，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121之间的跨距为x，第二桨式搅拌器121与锚式搅拌器122之间的跨距为y，其中x＝y。

在实验过程中，设计三个实验组，其中预溶解罐118内的液位高度为500mm。

第一组，三层搅拌器按预溶解装置内的液位高度平均分布，锚式搅拌器122距离底部100mm，锚式搅拌器122与第二桨式搅拌器121距离为150mm，第二桨式搅拌器121与第一桨式搅拌器120距离为150mm。

第二组，锚式搅拌器122距离底部150mm，锚式搅拌器122与第二桨式搅拌器121距离为100mm，第二桨式搅拌器121与第一桨式搅拌器120距离为150mm。

第三组，锚式搅拌器122距离底部50mm，锚式搅拌器122与第二桨式搅拌器121距离为150mm，第二桨式搅拌器121与第一桨式搅拌器120距离为250mm。

对这三组的平均湍流强度进行检测后发现，第一组的要大于第二组和第三组的湍流强度，同时匀湍流指数第一组也远大于的第二组和第三组，三组不同跨距对溶解参数影响的实验数据如下表1

表1不同跨距对溶解参数影响

实验组别	平均湍流强度	匀湍流指数	溶解时间	溶解均匀度
					第一组	5.6	65.7	76	96.3
第二组	4.3	64.3	82	91.7
					第三组	4.4	62.4	84	89.2

经过比对分析，得出第一组的搅拌器跨距最为优选。同时，经过其他多组实验后分析，发现，当锚式搅拌器122与预溶解罐118的底部的距离为a，第一桨式搅拌器120与液面的距离为b，其中a＝b，第一桨式搅拌器120与第二桨式搅拌器121之间的跨距为x，第二桨式搅拌器121与锚式搅拌器122之间的跨距为y，其中x＝y，当这样设置第一桨式搅拌器120、第二桨式搅拌器121和锚式搅拌器122的时候，能够实现使得预溶解罐118内的平均湍流强度和匀湍流指数均位于一个较高的水平，搅拌溶解效果最好。

因此，在本实施例中，优选地锚式搅拌器122距离底部100mm，锚式搅拌器122与第二桨式搅拌器121距离为150mm，第二桨式搅拌器121与第一桨式搅拌器120距离为150mm。这样设置能够保证较高的平均湍流强度和匀湍流指数，便于提高溶质在溶剂中的溶解效率。

同时，本实施例的进液管A113上还依次设有减压阀125、压力表126、流量计127和电磁阀128，减压阀125、压力表126、流量计127和电磁阀128均与电控机构106电连接。

通过减压阀125、压力表126的配合，能够根据预溶解罐118内的压力进行及时对预溶解罐118的溶剂的进量进行调整，同时配合流量计对溶剂的进料进行检测，能够做到当溶剂流量过低的时候，通过电控机构106进行报警停工，同时电控机构106还与电磁阀128连接，控制进液管A113的通断，使得本实施例的自动化程度更高，同时安全性能更高。

为了提高实用性，方便使用者使用，溶解箱107、熟化箱108和成品箱109的顶部均设有用来观察内部的观察窗，观察窗位于溶解箱107、熟化箱108和成品箱109的同一侧，观察窗设有活动连接的盖板。打开盖板，从观察窗能够直观的观察到溶解箱107、熟化箱108和成品箱109的内部，便于对溶解箱107、熟化箱108和成品箱109内的设备进行检测和维修。同时，可以通过观察窗进行溶液自动制备装置组装和安装的时候，提高了溶液自动制备装置的组装安装效率。

为了便于对溶解箱107、熟化箱108和成品箱109进行清洗和打扫，本实施例还包括排污管129，排污管129的一端与成品箱109的顶部连通，排污管129的另一端与外界连通，排污管129还分别与溶解箱107、熟化箱108和成品箱109的底部连通。利用排污管129能够将溶解箱107、熟化箱108和成品箱109内的污物通过底部的排污管129排出，便于对溶解箱107、熟化箱108和成品箱109的清洗和打扫。

在本实施例中，进料斗115的内壁和螺旋输送机116构的内壁表面均设有高分子不沾涂层。在进料的时候，进料斗115内堆积大量的溶质，位于料斗的小端的溶质受到的压力更大，溶质容易产生堆积、结块，阻挡螺旋输送机116的输送，通过在进料斗115和螺旋输送机116的内壁表面设有高分子不沾涂层，优选地为特氟龙材料，能够使得溶质在进行进料的时候，不会堆积，顺利通过螺旋输送机116输送到预溶解罐118内。

进一步地，为了能够保证本实施例提供的溶液自动制备装置在工作时不受到外界杂质的干扰，本实施例还包括盖板130，盖板130与进料斗115的大端转动连接。通过使用盖板130能够将进料斗115的大端进行封盖，避免在使用的时候杂质落入到进料斗115内，堵塞进料机构101或者自动溶解设备，同时防止杂质进入预溶解罐118内，导致溶液中含有杂质而不纯。

本实施例提供的溶液自动制备装置还包括底座131，底座131设有固定溶解箱107、熟化箱108和成品箱109相邻设置的卡槽。将溶解箱107、熟化箱108和成品箱109同时设置在底座131的卡槽内，能够通过底座131对溶解箱107、熟化箱108和成平箱的底部起到保护作用，同时利用底座131将溶解箱107、熟化箱108和成品箱109进行固定，提高了三者结合的结构强度，便于溶液自动制备装置的运输和安装。而且底座131将溶解箱107、熟化箱108和成品箱109与地面隔开，有效避免了溶解箱107、熟化箱108和成品箱109直接与地面进行换热，有利于溶解箱107、熟化箱108和成品箱109温度的保持，节约能源。

本发明第四实施例提供了一种应用以上实施例的粉体溶解方法，包括：

S1.根据需要的溶液浓度确定粉料的用量；

S2.加热溶剂和粉料，然后将加热后的溶剂和粉料通入预溶解罐118中进行溶解；

S3.在预溶解罐118内利用搅拌器进行搅拌，搅拌溶解的温度为40-60℃，搅拌溶解时间为5-15min；其中搅拌器优选地采用第一桨式搅拌器、第二桨式搅拌器和锚式搅拌器由上至下依次间隔设置；

S4.将预溶解罐118内的溶液通入溶解箱107，通过第一搅拌机构搅拌，在溶解箱107搅拌溶解30-90min；

S5.再将溶解箱107内的溶液通入熟化箱108，通过第二搅拌机构搅拌，在熟化箱108内搅拌溶解30-60min；

S6.最后将熟化箱108内的溶液通入成品箱109内，并通过液位控制器105监测成品箱109内的混合液的高度，直到混合液高度达到设定的高度阈值时，停止混合液的通入或开启成品箱109的出液口111。

将溶剂和作为溶质的粉体混合后，在预溶解罐118内进行搅拌溶解，同时控制搅拌溶解的温度为40-60℃，经过5-15min分钟的搅拌，能够使得溶质初步溶解到溶剂中，同时，由于预溶解罐118的体积较小，在搅拌和恒温作用下，溶质和溶剂溶解均匀，同时溶解效率高，不会出现线性溶解的现象，选取40-60℃能够极高的促进溶质在溶剂中的溶解效率，而选取5-15min能够使得溶质很好的溶解到溶剂中，如果时间继续延长，溶质溶解效率提高甚微，反而由于搅拌时间延长，导致生产溶液的能源成本和时间成本增加，不利于工业化生产。

先在溶解箱107内加入部分溶剂，再将预溶解罐118内溶解好的溶液通入到溶解箱107内，在溶解箱107内与其余的溶剂进行进一步溶解，由于这次溶解是溶液与其余溶剂的溶解混合，因此，本次溶解时溶液中的溶质已经基本溶解到溶剂中，溶液与溶剂溶解，溶质溶解不会发生线性溶解现象，大大提高了溶解效率。

在溶解箱107内经过不断的搅拌，搅拌时间30-90min后，使得溶解箱107内的溶质扩散进了溶剂中，实现了溶质大部分溶解，然后将溶解箱107内的溶液通入到熟化箱108内进行搅拌，此时搅拌能够进一步促进溶质溶解，搅拌时间30-60min后，能够使得溶解达到最大化，将熟化箱108内的成品通入到成品箱109内，储备起来。

本工艺尤其适用于水处理絮凝剂PAC、PAM的溶解工艺，能够大大提高PAC、PAM等溶解效率，减少线性溶解的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种溶液自动制备装置，其特征在于，包括进料机构、预溶解机构、第一搅拌机构、第二搅拌机构、液位控制器、电控机构、溶解箱、熟化箱和成品箱；

所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱依次相邻设置，所述溶解箱通过溢液管与所述熟化箱连通，所述熟化箱通过溢液管与所述成品箱连通，所述成品箱设有出液口；

所述进料机构与所述预溶解机构连通，所述预溶解机构与所述溶解箱内连通，所述预溶解机构设有进液管，所述第一搅拌机构设置在所述溶解箱内，所述第二搅拌机构设置在所述熟化箱内，所述液位控制器设置在所述成品箱内，所述电控机构分别与所述进料机构、所述预溶解机构、所述第一搅拌机构、所述第二搅拌机构、所述液位控制器和所述溢液管电连接；

所述溶液自动制备装置的进液管还包括进液管A和进液管B，所述进料机构包括进料斗和螺旋输送机，所述预溶解机构包括加热器、溢流管和预溶解罐；

所述进液管A的一端与所述预溶解罐连通，所述进液管A的另一端与溶剂来源连通，所述进液管A设有所述加热器，所述进液管B的一端与所述进液管A连通，所述进液管B的另一端与所述溶解箱连通，所述进液管B与所述进液管A的连接点位于所述进液管A的另一端与所述加热器之间，所述进液管A与所述进液管B均设有控制阀，所述控制阀与所述电控机构电连接；

所述进料斗一端为大端，所述进料斗另一端为小端，所述进料斗的小端与所述螺旋输送机的进料口连通，所述进料斗的小端与所述螺旋输送机之间设有料位检测器，所述螺旋输送机的出料口与所述预溶解罐内连通；

所述预溶解罐的罐体为双层结构，夹层内设有保温层，所述预溶解罐内由上至下依次设有第一桨式搅拌器、第二桨式搅拌器和锚式搅拌器，所述第一桨式搅拌器、所述第二桨式搅拌器和所述锚式搅拌器均位于同一根转轴上，所述第一桨式搅拌器产生的推力与所述第二桨式搅拌器的推力方向相对，所述预溶解罐的底部与所述溢流管的一端连通，所述溢流管的另一端与所述溶解箱连通，所述溢流管与所述预溶解罐轴向平行设置；

所述电控机构设置在所述成品箱上，所述液位控制器为连杆式浮球液位控制器，所述连杆式浮球液位控制器设置在所述成品箱内且与所述电控机构连接。

2.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述锚式搅拌器与所述预溶解罐的底部的距离为a，所述第一桨式搅拌器与所述液面的距离为b，其中a＝b，所述第一桨式搅拌器与所述第二桨式搅拌器之间的跨距为x，所述第二桨式搅拌器与所述锚式搅拌器之间的跨距为y，其中x＝y。

3.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述进液管A上还依次设有减压阀、压力表、流量计和电磁阀，所述减压阀、所述压力表、所述流量计和所述电磁阀均与所述电控机构电连接。

4.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的顶部均设有用来观察内部的观察窗，所述观察窗位于所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的一侧，所述观察窗设有活动连接的盖板。

5.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述溶液自动制备装置还包括排污管，所述排污管包括多个进料端口和一个出料端口，所述多个进料端口中的一个与所述成品箱的顶部连通，所述多个进料端口中的其余端口分别与所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱的底部连通，所述出料端口与外界连通。

6.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述进料斗的内壁和所述螺旋输送机构的内壁表面均设有高分子不沾涂层。

7.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述溶液自动制备装置还包括盖板，所述盖板与所述进料斗的大端转动连接。

8.根据权利要求1所述的溶液自动制备装置，其特征在于，所述溶液自动制备装置还包括底座，所述底座设有固定所述溶解箱、所述熟化箱和所述成品箱相邻设置的卡槽。

9.一种应用权利要求1至8中任一项所述溶液自动制备装置的粉料溶解方法，其特征在于，包括：

S1.根据需要的溶液浓度确定粉料的用量；

S2.加热溶剂和粉料，然后将加热后的溶剂和粉料通入预溶解罐中进行混合；

S3.在预溶解罐内进行搅拌，搅拌溶解的温度为40-60℃，搅拌溶解时间为5-15min；

S4.将预溶解罐内的混合液溢流通入溶解箱，通过所述第一搅拌机构搅拌，在溶解箱搅拌溶解30-90min；

S5.再将溶解箱内的混合液溢流通入熟化箱，通过所述第二搅拌机构搅拌，在熟化箱内搅拌熟化30-60min；

S6.最后将熟化箱内的混合液溢流通入成品箱内。