CN108394908A - 一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备 - Google Patents

一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，包括反应器、盖板、控制器、加热机构和两个定量机构，定量机构包括储液箱、抽液管、注液管、定量室和封闭组件，定量管内设有定量组件，定量组件包括第一电机、第一驱动轴、套管和活塞板，加热机构包括第二电机、转盘和若干加热组件，加热组件包括平移单元、平移块、伸缩单元和加热板，该用于制备纳米级二氧化硅的生产设备通过两个定量机构分别向反应器内添加定量的醋酸和醋酸铵催化剂溶液，加速溶胶‑凝胶过程，不仅如此，通过加热机构对反应液各处均匀加热，使反应液受热均匀，加速了正硅酸乙酯的水解缩聚过程，提高了设备的生产效率和实用性。

Description

一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备
技术领域
本发明涉及新材料生产设备领域，特别涉及一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备。
背景技术
二氧化硅玻璃粉是一种重要的无机化工填料，可用于橡胶、塑料、农药等行业，也可用于微晶存储器、功能性基体材料等，而纳米级二氧化硅是近年来才开始被注意、并正在逐步被研究开发的一种新兴材料，由于纳米级二氧化硅颗粒尺寸小、比表面大、表面能高、位于表面的原子比例大，与聚合物结合的介面能高，作为橡胶、塑料增强韧剂，使橡胶、塑料的耐热、拉绳和抗冲击强度明显提高，目前已有等离子法、化学气相沉积法、有机硅燃烧法、超重力法、溶胶-凝胶法等成功制备纳米级二氧化硅。
溶胶-凝胶法是一种用金属烷氧化物在温和条件下制备金属氧化物的方法，也是一种较为独特、成本低的陶瓷粉体制备方法。但是现有的装置采用溶胶-凝胶法制备纳米级二氧化硅时，整个溶胶-凝胶过程所需时间比较长，通常需要几天或者好几周，从而使得生产效率降低，不仅如此，在采用此方法反应生产二氧化硅时，需要维持反应溶液(通常选用正硅酸乙酯作为前驱体，同时加入适量的乙醇溶液)的温度，以保证反应速率，但是现有的温控装置在维持反应液温度时，作用范围固定不变，导致反应液内各处温度不一，从而进一步降低了溶胶-凝胶的生成速率，使得纳米级二氧化硅的生产效率大幅度降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，包括反应器、盖板、控制器、加热机构和两个定量机构，所述盖板设置在反应器的上方，所述加热机构位于盖板的下方，两个定量机构分别位于盖板的上方的两侧，所述控制器固定在反应器上，所述控制器内设有PLC；
所述定量机构包括储液箱、抽液管、注液管、定量室和封闭组件，所述储液箱和注液管均固定在盖板的上方，所述储液箱的上方设有加液管，所述抽液管的底端设置在储液箱内的底部，所述定量室架设在注液管和抽液管上，所述封闭组件设置在注液管和抽液管之间，所述定量管内设有定量组件，所述定量组件包括第一电机、第一驱动轴、套管和活塞板，所述第一电机固定在定量室内的顶部，所述第一电机与PLC电连接，所述第一电机与第一驱动轴传动连接，所述套管套设在第一驱动轴上，所述套管的与第一驱动轴的连接处设有与第一驱动轴匹配的螺纹，所述活塞板固定在套管的底端；
所述加热机构包括第二电机、转盘和若干加热组件，所述第二电机固定在盖板的下方，所述第二电机与转盘传动连接，所述加热组件周向均匀分布在转盘的下方，所述加热组件包括平移单元、平移块、伸缩单元和加热板，所述平移单元与平移块传动连接，所述加热板通过伸缩单元设置在平移块的下方，所述伸缩单元与加热板传动连接，所述加热板内设有电热管，所述电热管和第二电机均与PLC电连接。
作为优选，为了控制抽液管和注液管，所述封闭组件包括第三电机、驱动轮、驱动杆、驱动框和两个堵板，所述第三电机固定在储液箱的上方，所述第三电机与PLC电连接，所述第三电机与驱动轮传动连接，所述驱动杆固定在驱动轮的远离圆心处，所述驱动杆位于驱动框的内侧，两个堵板分别位于驱动框的两侧，两个堵板分别与抽液管和注液管一一对应。
作为优选，为了实现驱动框的平稳移动，所述驱动框的顶端和底端均设有固定杆和滑环，所述滑环固定在驱动框上，所述滑环套设在固定杆上，所述固定杆的两端分别与抽液管和注液管固定连接。
作为优选，为了防止套管转动，所述定量组件还包括固定环，所述固定环固定在定量室内，所述固定环套设在套管上。
作为优选，为了便于控制通入控制器的催化剂溶液的用量，所述活塞板的上方设有距离传感器，所述距离传感器与PLC电连接。
作为优选，为了控制加热板在竖直方向上移动，所述伸缩单元包括气泵、气缸和活塞，所述气缸固定在平移块的下方，所述气泵固定在气缸上，所述气泵与气缸连通，所述气泵与PLC电连接，所述活塞的顶端设置在气缸内，所述活塞的底端与加热板固定连接。
作为优选，为了进一步保证反应溶液受热均匀，所述加热板上设有若干通孔。
作为优选，为了便于检测反应器内凝胶的位置，所述转盘的下方设有摄像头，所述摄像头与PLC电连接。
作为优选，为了辅助支撑转盘旋转，所述加热机构还包括环形槽和若干滑块，所述环形槽设置在转盘上，所述滑块周向均匀分布在第二电机的外周，所述滑块固定在盖板的下方，所述滑块与环形槽滑动连接，所述环形槽为燕尾槽。
作为优选，为了带动平移块移动，所述平移单元包括第四电机、第一连杆、第二连杆和滑道，所述第四电机和滑道均固定在转盘的下方，所述第四电机与PLC电连接，所述第四电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与平移块铰接，所述平移块与滑道滑动连接。
本发明的有益效果是，该用于制备纳米级二氧化硅的生产设备通过两个定量机构分别向反应器内添加定量的醋酸和醋酸铵催化剂溶液，加速溶胶-凝胶过程，与现有的定量机构相比，该定量机构可灵活控制添加的催化剂用量，不仅如此，通过加热机构对反应液各处均匀加热，使反应液受热均匀，加速了正硅酸乙酯的水解缩聚过程，提高了设备的生产效率和实用性，与现有的加热机构相比，该加热机构通过加热板的转动、平移和升降保证热量传递至反应液的各个位置，使反应液受热更均匀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备的结构示意图；
图2是本发明的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备的定量机构的结构示意图；
图3图2的A部放大图；
图4是本发明的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备的加热机构的结构示意图；
图5是本发明的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备的平移单元的结构示意图；
图中：1.反应器，2.盖板，3.控制器，4.储液箱，5.抽液管，6.注液管，7.定量室，8.第一电机，9.第一驱动轴，10.套管，11.活塞板，12.第二电机，13.转盘，14.平移块，15.加热板，16.电热管，17.第三电机，18.驱动轮，19.驱动杆，20.驱动框，21.堵板，22.固定杆，23.滑环，24.固定环，25.距离传感器，26.气泵，27.气缸，28.活塞，29.摄像头，30.滑道，31.滑块，32.第四电机，33.第一连杆，34.第二连杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，包括反应器1、盖板2、控制器3、加热机构和两个定量机构，所述盖板2设置在反应器1的上方，所述加热机构位于盖板2的下方，两个定量机构分别位于盖板2的上方的两侧，所述控制器3固定在反应器1上，所述控制器3内设有PLC；
该反应装置中，利用控制器3操作设备运行，通过两个定量机构分别向反应器1内添加定量的醋酸和醋酸铵溶液，以醋酸和醋酸铵溶液为催化剂，加速反应器1内正硅酸乙酯的水解缩聚过程，从而使溶胶-凝胶的反应时间缩短，并通过加热机构维持正硅酸乙酯的反应温度，从而提高了生产效率，便于设备快速制备纳米级二氧化硅。
如图2所示，所述定量机构包括储液箱4、抽液管5、注液管6、定量室7和封闭组件，所述储液箱4和注液管6均固定在盖板2的上方，所述储液箱4的上方设有加液管，所述抽液管5的底端设置在储液箱4内的底部，所述定量室7架设在注液管6和抽液管5上，所述封闭组件设置在注液管6和抽液管5之间，所述定量管内设有定量组件，所述定量组件包括第一电机8、第一驱动轴9、套管10和活塞板11，所述第一电机8固定在定量室7内的顶部，所述第一电机8与PLC电连接，所述第一电机8与第一驱动轴9传动连接，所述套管10套设在第一驱动轴9上，所述套管10的与第一驱动轴9的连接处设有与第一驱动轴9匹配的螺纹，所述活塞板11固定在套管10的底端；
定量机构中，由通过加液管可往储液箱4内存放催化剂溶液，两个定量机构内，其中一个储液箱4用于存放醋酸溶液，而另一个储液箱4存放醋酸铵溶液，利用封闭组件控制抽液管5和注液管6的导通，当需要往反应器1内添加催化剂溶液时，封闭组件首先堵住注液管6，使定量室7通过抽液管5与储液箱4连通，定量组件将储液箱4内的溶液从抽液管5抽入定量室7内，而后封闭组件堵住抽液管5，使定量室7通过注液管6与反应器1连通，而后定量组件运行，将抽入定量室7内的催化剂溶液注入反应器1内，从而实现了定量往反应器1内添加催化剂溶液的功能，定量组件运行时，PLC控制第一电机8启动，带动第一驱动轴9旋转，第一驱动轴9通过螺纹作用在套管10上，使得套管10沿着第一驱动轴9的轴线进行移动，进而带动活塞板11移动，活塞板11向上移动时，通过抽液管5将溶液抽入定量室7内，活塞板11向移动时，将溶液通过注液管6注入反应器1内。
如图4所示，所述加热机构包括第二电机12、转盘13和若干加热组件，所述第二电机12固定在盖板2的下方，所述第二电机12与转盘13传动连接，所述加热组件周向均匀分布在转盘13的下方，所述加热组件包括平移单元、平移块14、伸缩单元和加热板15，所述平移单元与平移块14传动连接，所述加热板15通过伸缩单元设置在平移块14的下方，所述伸缩单元与加热板15传动连接，所述加热板15内设有电热管16，所述电热管16和第二电机12均与PLC电连接。
对反应器1内的正硅酸乙酯进行加热时，PLC控制第二电机12启动，带动转盘13旋转，使得转盘13下方的加热组件在反应器1内转动，加热组件中，通过平移单元带动平移块14移动，改变平移块14的转动半径，平移块14的下方，通过伸缩单元控制加热板15的升降，同时PLC给电热管16通电，使电热管16产生热量，通过加热板15将热量传递给反应溶液，从而使得加热板15能够对各处的反应液进行加热，使反应液受热均匀，提高了纳米级二氧化硅反应的生成效率。
如图3所示，所述封闭组件包括第三电机17、驱动轮18、驱动杆19、驱动框20和两个堵板21，所述第三电机17固定在储液箱4的上方，所述第三电机17与PLC电连接，所述第三电机17与驱动轮18传动连接，所述驱动杆19固定在驱动轮18的远离圆心处，所述驱动杆19位于驱动框20的内侧，两个堵板21分别位于驱动框20的两侧，两个堵板21分别与抽液管5和注液管6一一对应。
PLC控制第三电机17启动，带动驱动轮18旋转，使得驱动杆19的位置发生变化，驱动杆19作用在驱动框20上，使得驱动框20带动两侧的堵板21移动，进而控制抽液管5和注液管6的流通状况。
作为优选，为了实现驱动框20的平稳移动，所述驱动框20的顶端和底端均设有固定杆22和滑环23，所述滑环23固定在驱动框20上，所述滑环23套设在固定杆22上，所述固定杆22的两端分别与抽液管5和注液管6固定连接。利用抽液管5和注液管6固定了固定杆22的位置，使得滑环23沿着固定杆22的轴线进行移动，进而保证了驱动框20的平稳移动。
作为优选，为了防止套管10转动，所述定量组件还包括固定环24，所述固定环24固定在定量室7内，所述固定环24套设在套管10上。利用固定环24固定了套管10的移动方向，防止第一驱动轴9旋转时，带动套管10转动。
作为优选，为了便于控制通入控制器3的催化剂溶液的用量，所述活塞板11的上方设有距离传感器25，所述距离传感器25与PLC电连接。通过距离传感器25检测活塞板11与定量室7内的顶部的距离，并将距离数据反馈给PLC，PLC根据距离的变化确定活塞板11的位移，进而确定抽取的催化剂溶液量。
如图4所示，所述伸缩单元包括气泵26、气缸27和活塞28，所述气缸27固定在平移块14的下方，所述气泵26固定在气缸27上，所述气泵26与气缸27连通，所述气泵26与PLC电连接，所述活塞28的顶端设置在气缸27内，所述活塞28的底端与加热板15固定连接。
PLC控制气泵26启动，改变气缸27内的气压，活塞28根据气缸27的气压变化在竖直方向上移动，进而带动加热板15在竖直方向上移动，对各个高度位置的溶液进行加热。
作为优选，为了进一步保证反应溶液受热均匀，所述加热板15上设有若干通孔。通过通孔使得加热板15旋转时，部分溶液从通孔流过加热板15，使得溶液发生对流，便于热量交换，进一步保证了反应溶液的受热均匀。
作为优选，为了便于检测反应器1内凝胶的位置，所述转盘13的下方设有摄像头29，所述摄像头29与PLC电连接。利用摄像头29检测反应器1底部的图像，并将图像上传给PLC，PLC通过图像确定反应器1内底部凝胶的生成位置，控制平移块14移动，防止平移块14转动过程中加热板15触碰到凝胶。
作为优选，为了辅助支撑转盘13旋转，所述加热机构还包括环形槽和若干滑块31，所述环形槽设置在转盘13上，所述滑块31周向均匀分布在第二电机12的外周，所述滑块31固定在盖板2的下方，所述滑块31与环形槽滑动连接，所述环形槽为燕尾槽。利用滑块31与环形槽发生相对转动，同时环形槽为燕尾槽，可防止环形槽脱离滑块31，进一步保证转盘13的平稳旋转。
如图5所示，所述平移单元包括第四电机32、第一连杆33、第二连杆34和滑道30，所述第四电机32和滑道30均固定在转盘13的下方，所述第四电机32与PLC电连接，所述第四电机32与第一连杆33传动连接，所述第一连杆33通过第二连杆34与平移块14铰接，所述平移块14与滑道30滑动连接。
PLC控制第四电机32启动，带动第一连杆33转动，通过第二连杆34作用在平移块14上，使平移块14沿着滑道30方向移动。
该反应装置在制备纳米级二氧化硅时，通过封闭组件控制抽液管5和注液管6的导通和关闭，便于定量组件通过抽液管5从储液箱4内抽取定量的醋酸和醋酸铵催化剂溶液，并将定量的催化剂通过注液管6注入反应器1内，通过催化剂加速溶胶-凝胶过程，不仅如此，利用第二电机12带动转盘13旋转，通过平移单元带动平移块14移动，配合伸缩单元使加热板15升降，从而使加热板15对正硅酸乙酯反应溶液的各处进行加热，从而使得反应液各处受热均匀，加速了水解缩聚过程，提高了设备的生产效率和实用性。
与现有技术相比，该用于制备纳米级二氧化硅的生产设备通过两个定量机构分别向反应器1内添加定量的醋酸和醋酸铵催化剂溶液，加速溶胶-凝胶过程，与现有的定量机构相比，该定量机构可灵活控制添加的催化剂用量，不仅如此，通过加热机构对反应液各处均匀加热，使反应液受热均匀，加速了正硅酸乙酯的水解缩聚过程，提高了设备的生产效率和实用性，与现有的加热机构相比，该加热机构通过加热板15的转动、平移和升降保证热量传递至反应液的各个位置，使反应液受热更均匀。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，包括反应器(1)、盖板(2)、控制器(3)、加热机构和两个定量机构，所述盖板(2)设置在反应器(1)的上方，所述加热机构位于盖板(2)的下方，两个定量机构分别位于盖板(2)的上方的两侧，所述控制器(3)固定在反应器(1)上，所述控制器(3)内设有PLC；
所述定量机构包括储液箱(4)、抽液管(5)、注液管(6)、定量室(7)和封闭组件，所述储液箱(4)和注液管(6)均固定在盖板(2)的上方，所述储液箱(4)的上方设有加液管，所述抽液管(5)的底端设置在储液箱(4)内的底部，所述定量室(7)架设在注液管(6)和抽液管(5)上，所述封闭组件设置在注液管(6)和抽液管(5)之间，所述定量管内设有定量组件，所述定量组件包括第一电机(8)、第一驱动轴(9)、套管(10)和活塞板(11)，所述第一电机(8)固定在定量室(7)内的顶部，所述第一电机(8)与PLC电连接，所述第一电机(8)与第一驱动轴(9)传动连接，所述套管(10)套设在第一驱动轴(9)上，所述套管(10)的与第一驱动轴(9)的连接处设有与第一驱动轴(9)匹配的螺纹，所述活塞板(11)固定在套管(10)的底端；
所述加热机构包括第二电机(12)、转盘(13)和若干加热组件，所述第二电机(12)固定在盖板(2)的下方，所述第二电机(12)与转盘(13)传动连接，所述加热组件周向均匀分布在转盘(13)的下方，所述加热组件包括平移单元、平移块(14)、伸缩单元和加热板(15)，所述平移单元与平移块(14)传动连接，所述加热板(15)通过伸缩单元设置在平移块(14)的下方，所述伸缩单元与加热板(15)传动连接，所述加热板(15)内设有电热管(16)，所述电热管(16)和第二电机(12)均与PLC电连接。
2.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述封闭组件包括第三电机(17)、驱动轮(18)、驱动杆(19)、驱动框(20)和两个堵板(21)，所述第三电机(17)固定在储液箱(4)的上方，所述第三电机(17)与PLC电连接，所述第三电机(17)与驱动轮(18)传动连接，所述驱动杆(19)固定在驱动轮(18)的远离圆心处，所述驱动杆(19)位于驱动框(20)的内侧，两个堵板(21)分别位于驱动框(20)的两侧，两个堵板(21)分别与抽液管(5)和注液管(6)一一对应。
3.如权利要求2所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述驱动框(20)的顶端和底端均设有固定杆(22)和滑环(23)，所述滑环(23)固定在驱动框(20)上，所述滑环(23)套设在固定杆(22)上，所述固定杆(22)的两端分别与抽液管(5)和注液管(6)固定连接。
4.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述定量组件还包括固定环(24)，所述固定环(24)固定在定量室(7)内，所述固定环(24)套设在套管(10)上。
5.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述活塞板(11)的上方设有距离传感器(25)，所述距离传感器(25)与PLC电连接。
6.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述伸缩单元包括气泵(26)、气缸(27)和活塞(28)，所述气缸(27)固定在平移块(14)的下方，所述气泵(26)固定在气缸(27)上，所述气泵(26)与气缸(27)连通，所述气泵(26)与PLC电连接，所述活塞(28)的顶端设置在气缸(27)内，所述活塞(28)的底端与加热板(15)固定连接。
7.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述加热板(15)上设有若干通孔。
8.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述转盘(13)的下方设有摄像头(29)，所述摄像头(29)与PLC电连接。
9.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述加热机构还包括环形槽和若干滑块(31)，所述环形槽设置在转盘(13)上，所述滑块(31)周向均匀分布在第二电机(12)的外周，所述滑块(31)固定在盖板(2)的下方，所述滑块(31)与环形槽滑动连接，所述环形槽为燕尾槽。
10.如权利要求1所述的用于制备纳米级二氧化硅的生产设备，其特征在于，所述平移单元包括第四电机(32)、第一连杆(33)、第二连杆(34)和滑道(30)，所述第四电机(32)和滑道(30)均固定在转盘(13)的下方，所述第四电机(32)与PLC电连接，所述第四电机(32)与第一连杆(33)传动连接，所述第一连杆(33)通过第二连杆(34)与平移块(14)铰接，所述平移块(14)与滑道(30)滑动连接。
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