CN107376813A - 一种矿物质活化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿物质活化装置，包括釜体外壳、釜体、内循环无梯度熏蒸反应器以及釜盖，所述釜体位于釜体外壳内部，釜体侧面上端与一丝杠升降器连接；所述内循环无梯度熏蒸反应器位于釜体内，包括顶部开口的反应篮筐、位于反应篮筐中心位置并且贯穿整个反应篮筐的搅拌杆以及位于搅拌杆底部且与搅拌杆相连接的搅拌桨；所述釜盖固定于釜体上方。经本装置活化后的矿物质颗粒可有效降低土体pH值，减少植物对盐分离子、重金属离子等有害离子的吸收，加入到餐厨垃圾有机肥中，可降低有机肥对土壤的盐碱化危害，实现有机肥的酸碱及离子平衡，达到改良土壤，高效施肥的目的。另外本装置操作工艺简单、生产周期短，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及天然矿物的活化领域，具体地说，涉及一种矿物质活化装置。
背景技术
天然矿物肥料，一般是指除传统的N、P、K等肥料以外的，无需复杂加工，即可直接供农业所利用的各种矿物或岩石资源。我国天然矿物肥料资源丰富，类型繁多，分布广，埋藏浅，只需简单的加工粉碎后，即可用作肥料、土壤改良剂及肥料添加剂等，开发利用潜力很大。据有关资料显示表明，至今已发现的可作为农肥的新型天然农肥矿产资源达40多种。目前利用较为普遍的天然矿物肥料有麦饭石、沸石、蛭石、天青石、膨润土、钾长石、硅藻土等，天然矿物肥料可提供植物生长发育所需要的各种营养元素，其所具有的特殊物理性能还可起到改良土壤、保水保肥及提高植物的抗病菌能力。
但是经传统机械技术加工的矿粉大都比较粗，比表面积小，通透性、纯度、吸附和交换性都很低，难于在土壤中被作物吸收。这些因素使得矿物肥料一直没有得到大范围的推广。另外在餐厨垃圾处理领域中，垃圾分解后的产物盐分极高，若直接当做肥料使用会造成土壤板结，因此也需要添加经活化后的矿物质颗粒来中和含盐量。有鉴于此，提供一种便于工业化生产、能对相应的天然矿物进行特定的活化处理、能提高天然矿物通透性、吸附和交换等性能的装置便成为了目前人们亟须解决的问题。
发明内容
本发明根据上述技术背景，提供一种矿物质活化装置。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种矿物质活化装置，包括釜体外壳、釜体、内循环无梯度熏蒸反应器以及釜盖，
所述釜体位于釜体外壳内部，其侧面上端与一丝杠升降器连接，釜体通过该丝杠升降器上下活动，并且釜体底部设有一开口，该开口处密封安装有一出料螺杆泵，打开该出料螺杆泵可及时排出釜体内的废水、废渣；
所述内循环无梯度熏蒸反应器位于釜体内，包括顶部开口的圆柱形反应篮筐、位于反应篮筐中心位置并且贯穿整个反应篮筐的搅拌杆以及位于搅拌杆底部且与搅拌杆相连接的搅拌桨。反应篮筐用于盛装磷酸盐矿物、硅酸盐矿物和有机岩等矿物质材料，搅拌杆以及搅拌桨通过搅拌既能清洗矿物材料，又能使蒸汽在釜体内快速循环，以对矿物材料进行活化操作。
所述釜盖固定于釜体上方，釜盖的中心位置固定有一与所述搅拌杆顶部相连接的搅拌密封轴承，该搅拌密封轴承与固定于釜体外壳上的搅拌电机相连接。搅拌电机位于釜盖上方一侧，其通过皮带带动搅拌密封轴承以及搅拌杆快速转动。
进一步地，所述釜体包括反应炉以及反应炉外层的保温层，所述反应炉的外表面等间距盘绕有若干圈加热丝，因此该釜体不仅可进行加热操作，还可隔热。所述釜体上设有至少一个深入反应炉内的温度传感器，用于时刻监测反应炉内的温度变化，以便装置进行整体的温度调控。
进一步地，所述丝杠升降器的控制手柄设于釜体外壳外侧面下端位置，方便对釜体进行高度控制。
进一步地，所述反应篮筐由内外套装的两个同轴但直径大小不同的篮筐组成，所述搅拌杆设于内部的篮筐中，内外反应篮筐之间的环形空间被均匀分割成了若干个矩形的小筐，矿物质材料即装于这些小筐内，蒸汽可以通过篮筐外壁穿过这些矿物质材料的颗粒层。
进一步地，所述搅拌杆为中空结构，其外表面均匀分布有若干孔洞，搅拌杆转动起来后，蒸汽可以通过搅拌杆及其孔洞从内部快速穿过矿物颗粒。
进一步地，所述搅拌桨为分散式直叶涡轮搅拌桨，其可形成一个有较大循环能力的循环流，保证蒸汽在反应炉内快速循环。
进一步地，所述釜盖通过螺栓及固定安装孔与釜体固定，其在与釜体的接触面处设有一圈密封条，使釜盖与釜体之间完全密封，确保了釜体内工作环境的稳定。
进一步地，所述釜盖上表面设有具有各自特定功能的进料口、蒸汽入口、蒸汽出口、清洗液入口、清洗液出口以及至少一个深入到反应炉内的电导率传感器。电导率传感器用于时刻监测反应炉腔体内的电导率值，以判断活化进程。所述蒸汽入口和蒸汽出口处均设有一调节蒸汽起、止速度的蒸汽控制装置，釜盖上还设有一测压排气装置，当该装置测量到釜体内压力过大时，其会自动打开，将反应中的过大气体压力排出。
进一步地，所述搅拌电机与搅拌密封轴承的连接处还设有一转速传感器，优选光电传感器，其通过单位时间内计数的方式，对转速进行测量，并对搅拌电机形成闭环控制。
进一步地，所述丝杠升降器上还设有一与外部的参数设定装置相连接的总控装置，该总控装置与所述蒸汽控制装置、温度传感器、电导率传感器、转速传感器、搅拌电机、加热丝、出料螺杆泵、自动排气装置均电性连接。具体的，用户通过设于矿物质活化装置外部的单片机系统在线参数设定装置对反应起、止蒸汽速度，升温速率、电导率等参数进行设定，然后通过总控装置对各内部结构装置进行控制、调节。总控装置还可将反应条件、出料结果等数据储存上传回单片机系统，为下一次根据土壤盐碱化程度，调整活化天然矿物质的工艺条件提供建模数据。
本发明一种矿物质活化装置可应用于餐厨垃圾处理系统中，因为电导率反应含盐量，电导率越大，含盐量越大，中国垃圾现状是做饭会放许多盐，并且许多烹饪方法，例如烤、卤、煎都会产生大量的盐分。因此垃圾分解后的产物盐分就非常高，盐分高会造成土壤板结，因此，需要矿物质活化单元。本发明采用内循环无梯度法生产出活化矿物质，添加到垃圾分解的最终产物中，中和最终产物中的含盐量，达到降低餐厨垃圾制成的有机肥对土壤盐碱化造成的影响。
本发明的工作原理为：选用磷酸盐矿物、硅酸盐矿物和有机岩等矿物，先采用研磨法减小矿物粒径，该方法疏通孔道，增大矿物质的比表面积，使分子孔隙保水抗旱，增加了土壤涵养能力；然后将矿物颗粒放入反应炉腔内，从进气口进入的熏蒸蒸汽，在搅拌桨运动情况下，对反应炉内的天然矿物进行持续加压、加热、熏蒸，使样品在反应炉内达到温度、电导率均一稳定无梯度的效果，提高天然矿物的通透性、纯度、吸附和交换性能等。
拥有上述特性的天然矿物可有效降低土体pH值，同时提高矿物颗粒对有害盐碱离子和重金属离子的吸附和交换，减少植物对盐分离子、重金属离子等有害离子的吸收，加入到餐厨垃圾有机肥中，可降低有机肥对土壤的盐碱化危害，实现有机肥的酸碱平衡、离子平衡，达到改良土壤，提高土壤肥力，高效施肥的目的。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例的整体结构示意图；
图2为本发明一种实施例的内循环无梯度熏蒸反应器结构示意图；
图3为本发明一种实施例的搅拌杆结构示意图；
图4为本发明一种实施例的釜盖结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：
如图1-4所示，一种矿物质活化装置，包括釜体外壳100、釜体200、内循环无梯度熏蒸反应器300以及釜盖400。
釜体外壳100为整个装置的最外层结构，它内部安装有釜体200，侧面位置安装有一个与釜体200上端相连接的丝杠升降器101。该釜体外壳100的顶端安装有可与釜体200上部连接固定的釜盖400，外部侧面还设有一高出釜盖400一定距离的搅拌电机安装架102。
丝杠升降器101的作用是控制釜体200的上升及下降，釜体200与釜盖400之间在密闭状态下是通过螺栓以及固定安装孔409固定在一起的，并通过釜盖400上的密封条将二者完全密封连接。当人们需要打开釜盖400时，首先先将螺栓从固定安装孔409中拆卸下来，然后操控位于釜体外壳100外侧面下端位置的丝杠升降器控制手柄103，釜体200慢慢降落，这样使釜体200和釜盖400分离开来，以便进行原料入料或成品出料操作。
釜体200包括反应炉201以及反应炉201外层的保温层202，反应炉炉体外表面等间距盘绕有六圈加热丝203，加热丝203及保温层202起到了加热和隔热的作用，左右两侧釜体200上还各设有一深入反应炉201内的温度传感器204，该传感器可以时刻监测反应炉201内物料的反应温度，一旦降低或超过设定好的反应温度，加热丝203就会启动或者关闭加热，实现反应炉201内热量的补偿、调控。
如图1-3所示，内循环无梯度熏蒸反应器300位于釜体反应炉201内，包括顶部开口的反应篮筐301、位于反应篮筐301中心位置并且贯穿整个反应篮筐301的搅拌杆302以及位于搅拌杆302底部且与搅拌杆302相连接的搅拌桨303。如图2所示，在本实施例中，反应篮筐301由内外套装的两个同轴但直径大小不同的篮筐组成，所述搅拌杆302设于内部的篮筐中心，内外反应篮筐之间的环形空间被均匀分割成了四个矩形的用于盛装矿物颗粒的小筐，如图3所示，搅拌杆302整体为中空结构，其外表面均匀分布有若干孔洞。搅拌杆302的顶端与设于釜盖400中心位置的搅拌密封轴承408相连接，该轴承通过皮带以及皮带轮与固定于搅拌电机安装架102的搅拌电机104相连。搅拌电机104与搅拌密封轴承408的连接处还设有一光电转速传感器，其通过单位时间内计数的方式，对转速进行测量，并对搅拌电机104形成闭环控制。当搅拌电机104开启后，皮带和皮带轮带动搅拌密封轴承408转动，进而带动搅拌杆302旋转，搅拌杆302再带动与其底部相连接的搅拌桨303转动，在本实施例中的搅拌桨303为一八直叶涡轮搅拌桨，其流型为径向流。当有釜体底部作为挡板时，搅拌桨303一开始旋转后，釜体200内便形成了上下两个循环流，使反应篮筐301外的蒸汽从篮筐外壁快速穿过矿物颗粒层；而与此同时蒸汽也进入旋转中的搅拌杆302内，并通过搅拌杆302上的孔洞从反应篮筐301内部穿过矿物颗粒层。两种方式同时进行，可使蒸汽在反应炉201内快速循环，同时整个体系内蒸汽浓度与温度都须是无梯度的，保证矿物颗粒活化过程的均一稳定。本申请中的反应篮筐301结构，可有效降低床层阻力，保证在低密度气体熏蒸条件下，依然可以获得理想的无差别温度和电导率的天然矿物颗粒产物。
如图4所示，釜盖400上表面设有平时处于关闭状态，工作时才可打开的进料口401、蒸汽入口402、蒸汽出口403、清洗液入口404、清洗液出口405，以及四个深入反应炉201内的电导率传感器406。进料口401是外界将矿物颗粒放入篮筐的入口，可以不止设置一个，操作者也可打开釜盖400直接在反应篮筐301中加入矿物颗粒。蒸汽入口402是外界向反应炉201内输送蒸汽的端口，蒸汽出口403是反应炉201内向外排放蒸汽的端口，蒸汽入口402和蒸汽出口403处均设有一蒸汽控制装置，用以调节蒸汽起、止速度，阀盖400上还设有一测压排气装置407，当该装置测量到釜体200内压力过大时，其会自动打开，将反应中的过大气体压力排出。清洗液入口404是外界向反应炉201内输送清洗液的端口，清洗液出口405是反应炉201内清洗液以蒸汽形式向外排放的端口。电导率传感器406可以时刻监测反应炉201内物料的电导率，如若电导率不稳定则随时调节蒸汽入口402的蒸汽控制装置进行蒸汽补偿。
釜体200的底部设有一开口，该开口处密封安装有一出料螺杆泵105。正常状态下，出料螺杆泵105处于停止状态，整个釜体200底部处于完全密封的状态，一旦釜体200内废水、废渣等废料到达一定的设定量，出料螺杆泵105就会被启动，然后开口被打开，废水、废渣等废料则沿此开口流出釜体200。
丝杠升降器101上还设有一与外部的参数设定装置相连接的总控装置106，该总控装置106与所述蒸汽控制装置、温度传感器204、电导率传感器406、转速传感器、搅拌电机104、加热丝203、出料螺杆泵105、测压排气装置407均电性连接。用户通过设于矿物质活化装置外部的在线参数设定装置对反应起、止蒸汽速度，升温速率、电导率等参数进行设定，然后通过总控装置106对各内部结构装置进行控制、调节。
具体的，外部的参数设定装置可为单片机系统在线参数设定装置，即可以智能操控，本发明设置了一个与其相连接的总控装置106，该装置可执行该参数设定装置下达的命令，比如控制蒸汽控制装置的开启关闭以及进气速度，并通过电导率传感器406返回的数据及时进行蒸汽补偿操作；控制加热丝203的加热功率以及启闭，并通过温度传感器204返回的数据及时进行温度补偿操作；通过转速传感器返回的数据对搅拌电机104进行精确控制；通过控制出料螺杆泵105的启闭，及时排出釜体200内的废料；通过设定并控制测压排气装置407，使釜体200内部一旦压力超过设定压力值，其中的排气阀会打开，及时将多余压力排出。
另外，本发明中的总控装置还106可将反应条件、出料结果等数据储存上传回单片机系统，为下一次根据土壤盐碱化程度，调整活化天然矿物质的工艺条件提供建模数据。
本发明的具体操作步骤为：
1.研磨阶段：先对矿物质原料进行研磨，就是把大的颗粒研磨成小的颗粒，然后通过振动筛将比反应篮筐301筐孔大的合格矿物颗粒筛出来。
2.设定参数阶段，将合格的矿物颗粒放入内循环无梯度熏蒸反应器300内，在软件即参数设定装置上设定好反应起、止蒸汽速度，升温速率、电导率等参数。
3.加热阶段：加热丝203根据设定好的参数，将反应炉201炉腔升高到要求温度，对矿物颗粒进行加热，去除矿物颗粒中的水分。
4.清洗阶段：向反应炉201中倒入清洗液，矿物颗粒浸泡在清洗液中，打开搅拌，搅拌桨303逆时针旋转，清洗液均匀接触矿物质颗粒，并充分穿过矿物颗粒床层。
5.烘干阶段：搅拌三小时后，矿物质颗粒已经清洗完成，提高搅拌速度，再次进行加热加压，将反应炉201炉腔内的清洗液汽化排出，并对天然矿物颗粒内部的液体进行烘干。
6.熏蒸阶段：打开蒸汽入口402，通过中空的搅拌杆302及搅拌桨303，向矿物颗粒喷射熏蒸蒸汽，气体按照垂直方向循环通过矿物质颗粒表面。高温高压蒸馏水蒸汽可快速通过矿物颗粒，由于蒸汽分子团尺寸比水小，所以能进入更细小的孔道，对矿物质颗粒进行彻底清洗。
7.平衡阶段：系统根据内循环体系内各点温度变化情况，进行热量补偿和蒸汽量补偿，确保体系内各点温度、电导率均一稳定。持续监测蒸汽入口402和蒸汽出口403的电导率值，如果进出口电导率一致，则证明达到清洗效果，矿物质颗粒没有杂质。如果没有达到平衡，继续补充蒸汽。
8.出料阶段，当反应体系内温度平衡建立后，再需一段时间监测内循环熏蒸系统内各点的温度、电导率，如果基本均一稳定，说明反应体系内的产物指标合格，可以出料(如果温度和电导率不一致，则需要继续反应。据此可判断活化天然矿物颗粒品质是否稳定)。将釜盖400打开，取出装有矿物质颗粒的反应篮筐301，取出矿物质颗粒，则该矿物质活化装置完成工作。
本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种矿物质活化装置，其特征在于，包括釜体外壳、釜体、内循环无梯度熏蒸反应器以及釜盖，
所述釜体位于釜体外壳内部，釜体侧面上端与一丝杠升降器连接，底部设有一开口，该开口处密封安装有一出料螺杆泵；
所述内循环无梯度熏蒸反应器位于釜体内，包括顶部开口的反应篮筐、位于反应篮筐中心位置并且贯穿整个反应篮筐的搅拌杆以及位于搅拌杆底部且与搅拌杆相连接的搅拌桨；
所述釜盖固定于釜体上方，釜盖的中心位置设有与所述搅拌杆顶部相连接的搅拌密封轴承，该搅拌密封轴承与固定于釜体外壳上的搅拌电机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述釜体包括反应炉以及反应炉外层的保温层，所述反应炉的外表面等间距盘绕有若干圈加热丝，所述釜体上设有至少一个深入反应炉内的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述丝杠升降器的控制手柄设于釜体外壳外侧面下端位置。
4.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述反应篮筐由内外套装的两个同轴但直径大小不同的篮筐组成，所述搅拌杆设于内部的篮筐中，内外反应篮筐之间的环形空间被均匀分割成了若干个矩形的小筐。
5.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述搅拌杆为中空结构，其外表面均匀分布有若干孔洞。
6.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述搅拌桨为分散式直叶涡轮搅拌桨。
7.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述釜盖通过螺栓及固定安装孔与釜体固定，其在与釜体的接触面处设有一圈密封条。
8.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述釜盖上表面设有进料口、蒸汽入口、蒸汽出口、清洗液入口、清洗液出口以及至少一个深入反应炉内的电导率传感器，所述蒸汽入口和蒸汽出口处均设有一蒸汽控制装置，所述釜盖上还设有一测压排气装置。
9.根据权利要求1所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述搅拌电机与搅拌密封轴承的连接处还设有一转速传感器。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种矿物质活化装置，其特征在于：所述丝杠升降器上还设有一与外部的参数设定装置相连接的总控装置，该总控装置与所述蒸汽控制装置、温度传感器、电导率传感器、转速传感器、搅拌电机、加热丝、出料螺杆泵、测压排气装置均电性连接。
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2017
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