CN105948828B - 用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统 - Google Patents

用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，包括：电加热反应器、控制器和水净化器，水净化器的上部与转换装置连通，转换装置包括:第二～第五管道和排气气泵，排气气泵的进气口与第二管道连通，第二管道上安装有第二电磁阀；排气气泵的出气口与第三管道连通，第三管道上安装有第三电磁阀；在与第二电磁阀之间的第二管道上连接有第四管道，第四管道上安装有第四电磁阀；在排气气泵与第三电磁阀之间的第三管道上连接有第五管道，第五管道上安装有第五电磁阀。本发明采用排气气泵抽气和输送，使得电加热反应器内维持负压，克服了电加热反应器密封的难题，延长了气体输送距离。

Description

用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统
技术领域
本发明属于二氧化碳发生器领域，具体来说涉及一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统。
背景技术
二氧化碳是绿色植物在生长时必须的原料，因此用于温室大棚中的二氧化碳发生装置是一个重要的农业设备，在现有的用于温室大棚中的二氧化碳发生装置中，分为酸分解法和热分解法，其中，热分解法被广泛应用，热分解法通过直接加热碳酸氢铵分解产生二氧化碳和氨气，氨气吸除后，再将二氧化碳向作物释放，具有施用方便，成本低廉等优点，但是在现有使用热分解法的二氧化碳发生装置中，由于反应在正压环境进行，存在易发生气体泄漏，输送距离较短，自动化程度低的缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，该自动控制系统可对电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的各种工作状态进行自动切换。
为此，本发明的技术方案如下：
一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，包括：电加热反应器、控制器和水净化器，其中，所述电加热反应器内安装有电加热装置和测温装置，所述电加热装置和测温装置均与控制器连接，所述电加热装置用于加热分解所述电加热反应器内的碳酸氢铵，所述测温装置用于监测所述电加热反应器内的温度；
所述水净化器为一密闭壳体，所述水净化器的上部连接有注水管道，所述注水管道上安装有一注水电磁阀；所述水净化器的下部分别连接有排水管道和第一管道，所述第一管道与所述电加热反应器连通，用于向水净化器通入所述电加热反应器内的气体，其中，所述排水管道上安装有排水电磁阀，在所述第一管道上安装有第一电磁阀；
所述水净化器内安装有高液位开关和低液位开关；
所述水净化器的上部与输送装置连通，所述输送装置包括:第二～第五管道和排气气泵，所述排气气泵的进气口与所述第二管道连通，第二管道上安装有第二电磁阀；所述排气气泵的出气口与第三管道连通，第三管道上安装有第三电磁阀；在排气气泵与第二电磁阀之间的第二管道上连接有第四管道，第四管道上安装有第四电磁阀；在排气气泵与第三电磁阀之间的第三管道上连接有第五管道，所述第五管道上安装有第五电磁阀，其中，所述第二管道和第三管道与所述水净化器连通；所述第一～第五电磁阀、注水电磁阀和排水电磁阀、排气气泵均与所述控制器连接。
在上述技术方案中，所述电加热反应器安装有单向安全阀。
在上述技术方案中，所述第二管道和第三管道合并成一条管道后与所述水净化器连通。
在上述技术方案中，所述控制器内安装有无线接收器，用于接收远程控制信号。
在上述技术方案中，在所述水净化器内设有一水平的隔板，所述隔板位于注水管道的斜下方，该隔板与所述密闭壳体的内周面固装，隔板下方的密闭壳体形成一级水吸收池，所述第一管道与一级水吸收池的下部连通；所述隔板和该隔板上部的密闭壳体形成二级水吸收池，二级水吸收池的底部装载有从所述注水管道注入的水；所述隔板上形成有一通水孔，该通水孔内安装有第六管道，其中，所述第六管道的下端开口伸入一级水吸收池指定液面的下方，第六管道的上端开口与二级水吸收池指定液面位于相同高度，用于将高度超过二级水吸收池指定液面的水通过第六管道排入一级水吸收池内；
在所述隔板上形成有一通气孔，该通气孔与通气管道的一端口固装，通气管道的另一端口从下至上穿过二级水吸收池指定液面并从二级水吸收池指定液面的上方伸入该二级水吸收池指定液面的下方,用于对通气管道内排出的氨气进行再一次吸收。
在上述技术方案中，所述第二管道和第三管道合并成一条管道后与二级水吸收池指定液面上方的密闭壳体连通。
在上述技术方案中，所述排水管道与一级水吸收池的下部连通。
在上述技术方案中，所述高液位开关与所述一级水吸收池指定液面位于相同高度。
相比于现有技术，本发明的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统的有益效果为：
1、电加热反应器工作时，采用排气气泵抽出密闭的水净化器中的气体，并使抽出的气体带压输送，使得与水净化器连通的电加热反应器内维持负压状态，克服了电加热反应器密封的难题，且能使气体带压输送，满足一般日光温室80-100米的输送需要，使得温室内二氧化碳气体施肥更均匀，效率更高；
2、采用控制器结合外部多个电磁阀与排气气泵实现系统工作状态的自动切换，既实现了水净化器中净化水的自动更换，提高了系统的自动化程度，也有利于设计采用更大容积的电加热反应器，可以一次添加更多原料，减少添加原料的次数，降低劳动强度，且由于采用排气气泵结合多个电磁阀状态切换的方式实现排水，无需采用耐酸碱泵，降低了系统成本；
3、采用控制器控制系统工作状态，可结合无线控制接口，便于与其他温室控制系统(包括农业物流网)集成应用。
附图说明
图1为本发明的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统的结构示意图；
图2为本发明的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统的结构示意图(图2中并未示出电加热反应器)。
其中，1为电加热反应器，2为测温装置，3为电加热装置，4为第一管道，5为第一电磁阀，6为水净化器，7为低液位开关，8为排水电磁阀，9为排水管道，10为第四管道，11为第四电磁阀，12为第二电磁阀，13为第二管道，14为排气气泵，15为第五管道，16为第五电磁阀，17为第三管道，18为第三电磁阀，19为高液位开关，20为注水管道，21为注水电磁阀，22为通气管道，23为二级水吸收池指定液面，24为第六管道，25为一级水吸收池指定液面，26隔板。
具体实施方式
本发明采用电加热分解碳酸氢铵，碳酸氢铵受热分解产生二氧化碳、氨气和水，利用氨气极易溶于水形成氨水，二氧化碳气体难溶于水的性质，使碳酸氢铵受热分解产生的混合气体(二氧化碳、氨气和水)经过水净化器(水净化器内的过滤介质为清水)，将混合气体中的氨气吸收，过滤得到纯净的二氧化碳。过滤后的二氧化碳气体可通过输送装置输送到温室中。
其中，碳酸氢铵受热分解产生二氧化碳、氨气和水的公式如下：
Figure BDA0000985049520000041
水与氨气反应的公式如下：
NH3+H2O＝NH3·H2O
下面结合附图对本发明的自动控制系统进行详细说明。
如附图1-2所示，一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，包括：电加热反应器1、控制器(图中未示出)和水净化器6，其中，电加热反应器内安装有电加热装置3和测温装置2，电加热装置和测温装置均与控制器连接。电加热装置用于加热分解所述电加热反应器内的碳酸氢铵，测温装置用于监测所述电加热反应器内的温度。电加热反应器的上部安装有单向安全阀。
水净化器的上部连接有注水管道20，注水管道上安装有一注水电磁阀21。水净化器内设有一水平的隔板26，隔板位于注水管道(的注水口)的斜下方，水净化器为一密闭壳体，隔板与该密闭壳体的内周面固装，隔板下方的密闭壳体形成一级水吸收池。隔板和该隔板上部的密闭壳体形成二级水吸收池，二级水吸收池的底部装载有从注水管道注入的水。隔板上形成有一通水孔，该通水孔内安装有第六管道，其中，第六管道的下端开口伸入一级水吸收池指定液面25的下方，第六管道24的上端开口与二级水吸收池指定液面位于相同高度，用于将高度超过二级水吸收池指定液面的水通过第六管道排入一级水吸收池内。
在隔板上形成有一通气孔，该通气孔与通气管道22的一端口固装，通气管道的另一端口从下至上穿过二级水吸收池指定液面并从二级水吸收池指定液面23的上方伸入该二级水吸收池指定液面的下方,用于对通气管道内排出的氨气进行再一次吸收。
一级水吸收池的下部分别连接有排水管道和第一管道4，且排水管道和第一管道分别与一级水吸收池下部的两侧连接，第一管道与电加热反应器连通，用于向水净化器通入该电加热反应器内的气体，其中，排水管道9上安装有排水电磁阀8，在第一管道上安装有第一电磁阀5。
水净化器内安装有高液位开关19和低液位开关7。高液位开关与一级水吸收池指定液面位于相同高度。
水净化器的上部与输送装置连通，输送装置包括:第二管道13、第三管道17、第四管道10、第五管道和排气气泵14，排气气泵的进气口与第二管道连通，第二管道13上安装有第二电磁阀12；排气气泵的出气口与第三管道17连通，第三管道上安装有第三电磁阀18；在排气气泵与第二电磁阀之间的第二管道上连接有第四管道10，第四管道上安装有第四电磁阀11；在排气气泵与第三电磁阀之间的第三管道上连接有第五管道15，第五管道上安装有第五电磁阀16，其中，第二管道和第三管道合并成一条管道后与二级水吸收池指定液面上方的密闭壳体连通。第一～第五电磁阀、注水电磁阀、排气气泵和排水电磁阀均与控制器连接。
本发明的工作过程为：在反应器中添加原料，关闭电加热反应器的容器盖(图中未示出)，按下启动按钮，控制器控制本发明的自动控制系统以累计反应时间为原则自动实现下述各个工作状态的切换，同时，控制器内安装有用于接收远程控制信号的无线接收器，可在外部控制信号作用下进行强制切换或直接进行手动强制切换。本发明的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统的工作状态如下：
注水状态:控制器控制注水电磁阀打开，排水电磁阀关闭，第二电磁阀和第五电磁阀开启，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭，排气气泵工作，水净化器内处于负压状态，清水在水净化器负压与外部水压共同作用下注入到二级水吸收池内，当水的液面达到二级水吸收池指定液面后，超出二级水吸收池指定液面的水通过第六管道注入一级水吸收池内。随着一级水吸收池内液位的上升，低液位开关和高液位开关先后动作。当水的液面到达一级水吸收池指定液面后，与一级水吸收池指定液面位于相同高度的高液位开关传递信号(动作)，控制器控制注水电磁阀关闭，注水过程结束。
反应输气状态：控制器控制注水电磁阀和排水电磁阀关闭，电加热装置开始工作(加热)，电加热反应器内的原料(碳酸氢铵)受热分解产生二氧化碳气体、氨气和水的混合气体，第一电磁阀、第二电磁阀和第五电磁阀开启，第三电磁阀和第四电磁阀关闭。电加热反应器内产生的混合气体经第一管道输送到水净化器内，净化器中的水对混合气体中的氨气进行吸收，氨气过滤后，得到纯净的二氧化碳气体，纯净的二氧化碳气体经第二管道进入排气气泵加压后，通过第五管道输送到温室中。由于排气气泵的抽气作用，使得电加热反应器与水净化器均处在负压状态，避免了内部气体的泄漏。
暂停反应延时输气状态：控制器控制注水电磁阀和排水电磁阀关闭，电加热装置停止工作，电加热反应器内的原料在余热作用下分解产生二氧化碳、氨气和水的混合气体，第一电磁阀、第二电磁阀和第五电磁阀开启，第三电磁阀和第四电磁阀关闭，电加热反应器内产生的混合气体经第一管道输送到水净化器内，使水对混合气体中的氨气进行吸收，氨气过滤后，得到纯净的二氧化碳气体，经第二管道进入排气气泵加压后，通过第五管道输送到温室中。同样，由于排气气泵的抽气作用，使得电加热反应器与水净化器均处在负压状态，避免了内部气体的泄漏。
原料反应完成状态：电加热反应器内的原料反应完成后，在电加热装置作用下，电加热反应器内温度急剧升高，控制器经测温装置检测电加热反应器内的温度，当电加热反应器内的温度(急剧)升高到预定阈值时，判断为原料反应完成，电加热装置、排气气泵和第一电磁阀均关闭。
排水状态：电加热装置停止工作，注水电磁阀关闭，排水电磁阀开启，第一电磁阀、第二电磁阀和第五电磁阀关闭，第三电磁阀和第四电磁阀开启，外部空气经第四管道进入排气气泵加压后，经第三管道进入水净化器内，二级水吸收池内的水在气压与重力共同作用下流入一级水吸收池，并由排水电磁阀排出，高液位开关和低液位开关先后复位，在低液位开关复位后，排水过程完成。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，包括：电加热反应器(1)、控制器和水净化器(6)，其中，所述电加热反应器(1)内安装有电加热装置(3)和测温装置(2)，所述电加热装置(3)和测温装置(2)均与控制器连接，所述电加热装置(3)用于加热分解所述电加热反应器(1)内的碳酸氢铵，所述测温装置(2)用于监测所述电加热反应器(1)内的温度；
所述水净化器(6)为一密闭壳体，所述水净化器(6)的上部连接有注水管道(20)，所述注水管道(20)上安装有一注水电磁阀(21)；所述水净化器(6)的下部分别连接有排水管道(9)和第一管道(4)，所述第一管道(4)与所述电加热反应器(1)连通，用于向水净化器(6)通入所述电加热反应器(1)内的气体，其中，所述排水管道(9)上安装有排水电磁阀(8)，在所述第一管道(4)上安装有第一电磁阀(5)；
所述水净化器(6)内安装有高液位开关(19)和低液位开关(7)；其特征在于，
所述水净化器(6)的上部与转换装置连通，所述转换装置包括:第二～第五管道和排气气泵(14)，所述排气气泵(14)的进气口与所述第二管道(13)连通，第二管道(13)上安装有第二电磁阀(12)；所述排气气泵(14)的出气口与第三管道(17)连通，第三管道(17)上安装有第三电磁阀(18)；在排气气泵(14)第二电磁阀(12)之间的第二管道(13)上连接有第四管道(10)，第四管道(10)上安装有第四电磁阀(11)；在排气气泵(14)与第三电磁阀(18)之间的第三管道(17)上连接有第五管道(15)，所述第五管道(15)上安装有第五电磁阀(16)，其中，所述第二管道(13)和第三管道(17)均与所述水净化器(6)连通；所述第一～第五电磁阀、注水电磁阀(21)、排气气泵(14)和排水电磁阀(8)均与所述控制器连接，在所述水净化器(6)内设有一水平的隔板(26)，所述隔板(26)位于注水管道(20)的斜下方，该隔板(26)与所述密闭壳体的内周面固装，隔板(26)下方的密闭壳体形成一级水吸收池，所述第一管道(4)与一级水吸收池的下部连通；所述隔板(26)和该隔板(26)上部的密闭壳体形成二级水吸收池，二级水吸收池的底部装载有从所述注水管道(20)注入的水；所述隔板(26)上形成有一通水孔，该通水孔内安装有第六管道(24)，其中，所述第六管道(24)的下端开口伸入一级水吸收池指定液面(25)的下方，第六管道(24)的上端开口与二级水吸收池指定液面(23)位于相同高度，用于将高度超过二级水吸收池指定液面(23)的水通过第六管道(24)排入一级水吸收池内；
在所述隔板(26)上形成有一通气孔，该通气孔与通气管道(22)的一端口固装，通气管道(22)的另一端口从下至上穿过二级水吸收池指定液面(23)并从二级水吸收池指定液面(23)的上方伸入该二级水吸收池指定液面(23)的下方,用于对通气管道(22)内排出的氨气进行再一次吸收。
2.根据权利要求1所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述电加热反应器(1)安装有单向安全阀。
3.根据权利要求1或2所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述第二管道(13)和第三管道(17)合并成一条管道后与所述水净化器(6)连通。
4.根据权利要求3所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述控制器内安装有无线接收器，用于接收远程控制信号。
5.根据权利要求4所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述第二管道(13)和第三管道(17)合并成一条管道后与二级水吸收池指定液面(23)上方的密闭壳体连通。
6.根据权利要求5所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述排水管道(9)与一级水吸收池的下部连通。
7.根据权利要求6所述的用于电加热分解碳酸氢铵制取二氧化碳的自动控制系统，其特征在于，所述高液位开关(19)与所述一级水吸收池指定液面(25)位于相同高度。
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