CN109569448A - 一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气凝胶制备装置，尤其涉及一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，其包括进料系统、混合系统、成型系统，其特征在于，进料系统由进液管、硅源储存罐、醇储存罐、酸储存罐、碱储存罐、传液管、流量计和自动控制阀构成，四个储料罐为圆筒形，顶部设置用于加料的加料口，加料口与进液管连接；混合系统由混合罐、双金属温度计、pH计、电机、搅拌器、加热装置A、出料控制阀、出料嘴和固定支架组成；成型系统包括排液管、排液阀、成型桶、封液装置和加热装置B。本发明设计的气凝胶制备装置可用于不同种类、不同配比气凝胶的制备，通过温度、酸碱度和流量的反馈调节，来实现气凝胶制备过程的精确调控，保证气凝胶制备的稳定性；同时将溶胶‑凝胶、老化、溶剂置换、表面改性和干燥过程进行整合，实现气凝胶制备的连续化、自动化。
Description
技术领域
本发明涉及气凝胶制备装置，尤其涉及一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，属于材料化学技术领域。
背景技术
气凝胶又被称为干凝胶，是一种由三维网状结构组成、轻质、多孔的固体材料。气凝胶具有超低密度、低热导率、低介电常数、高比表面积以及低声速传播等优异的性能，因而在航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、服装帐篷、建筑节能等领域有广阔的应用前景。然而，由于制备技术的不成熟，特别是超临界干燥过程存在的周期长，效率低、易碎裂等问题，使得气凝胶具有较高的成本和较低的产量，从而限制了其进一步的应用。
气凝胶的制备主要分为溶胶-凝胶和干燥两个部分。在溶胶-凝胶过程中，通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，在溶体内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成湿凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂；为了防止湿凝胶在干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，一般采用超临界干燥工艺处理，把湿凝胶置于压力容器中加温升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体，气液界面消失，表面张力不复存在，此时将这种超临界流体从压力容器中释放，即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。湿凝胶制备过程复杂且超临界干燥时间长，因此气凝胶的制备周期长、效率低、成本高、不易实现自动化。
在目前的工业生产中，通常采用两步法制备湿凝胶以及超临界干燥工艺来制备气凝胶，因而气凝胶制备过程中存在很耗费人力财力、存在安全隐患、很难实现自动化生产、制备的气凝胶品种单一等问题。因此，在工业生产中亟需一种自动化的气凝胶制备装置，以实现气凝胶的自动化、多品种和具备反馈调节的集成化制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，这种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备的装置可以适应不同种类、不同配比气凝胶的制备，且通过对温度、酸碱度的控制与反馈调节，精确控制各种物料的比例，得到好的成型质量，以解决目前生产所存在的效率低、成本高、危险性大的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，包括进料系统、混合系统、成型系统，其特征在于，进料系统由进液管、硅源储存罐、醇储存罐、酸储存罐、碱储存罐、传液管、流量计和自动控制阀构成，四个储存罐为圆筒形，顶部开设有用于加料的加料口，加料口与进液管连接；混合系统由混合罐、双金属温度计、pH计、电机、搅拌器、加热装置A、出料控制阀、出料嘴和固定支架组成；成型系统包括排液管、排液阀、成型桶、封液装置和加热装置B。
所述的进料系统包括进液管、硅源储存罐、醇储存罐、酸储存罐、碱储存罐、传液管、流量计和自动控制阀，储存罐为圆筒形结构，并于上方开设有加料口，加料口与进液管连接，储存罐下方开设有出料口，与传液管通过螺纹连接，输送罐上端与存储罐连接，下端与混合罐螺纹连接，中间设置流量计和自动控制阀，流量计检测传液管物料通过量，流量计测定值与设定值比对，由差值控制自动控制阀开关，储存罐、进液管、传液管材质为HDPE，混合罐材质为不锈钢。
所述混合系统包括混合罐、双金属温度计、pH计、电机、搅拌器、加热装置A、出料控制阀、出料嘴和固定支架，电机固定于混合罐顶部中央，提供混合动力，电机前端连接搅拌器，搅拌器位于混合罐中央，通过旋转将各种物料混合搅拌均匀，混合罐侧部分别安装有双金属温度计和pH计，双金属温度计与混合罐以螺纹连接，pH计由单独设置的固定支架固定在混合罐内部，混合罐底部设置有感应加热装置，混合罐下方连接出料控制阀和出料嘴，负责将混合均匀的物料按指定量排出。
所述成型系统包括排液管、排液阀、成型桶、封液装置和加热装置B，成型桶分为三层，第一层主要负责溶胶-凝胶和老化过程，第二层主要负责湿凝胶的溶剂置换过程，第三层主要负责湿凝胶的表面改性和干燥过程，整个过程中的废液通过每一层下方设置的排液管及排液阀进行排出回收，而湿凝胶的移动主要由每一层下方可移动的封液装置来控制，成型桶每层周围设置有加热装置B，提供老化、溶剂置换、改性和干燥所需温度，成型桶材质为不锈钢，封液装置和排液管材质为HDPE。
所述的储存罐在固定支架上的分布为矩形分布，数量为四，根据制备不同气凝胶的需要，可以调整储存罐的数量。
所述的封液装置由封液板、推拉杆、弹簧、挡板、密封圈组成，其中封液板有两块，为半圆形，边缘部分设置有密封圈，封液板之间以榫接方式结合，同时两块封液板均带有凸耳，凸耳与推拉杆通过沟槽结合，推拉杆上装有弹簧，推拉杆控制封液板的开合，挡板被外界固定挡住弹簧，由弹簧提供弹力保证封液板结合紧密，封液板、推拉杆材质为HDPE，弹簧材质为65Mn，密封圈材质为NBR丁腈橡胶。
本发明的好处在于：本气凝胶制备装置将气凝胶制备的溶胶-凝胶、老化、溶剂置换、表面改性、干燥集中在一起，集成化程度高；将不同的物料通过不同时间、不同使用量的进行混合，制备不同种类不同形式的气凝胶；温度、酸碱度的反馈调节精准控制物料，高效节能；进料系统的流量计与自动控制阀相互配合共同调控进料的多少，设置不同物料的储存罐，可以实现多种物料进料，合成各个种类的气凝胶；设置双金属温度计、pH计、搅拌器及加热装置A，对物料进行混合的同时保证温度与酸碱度的适宜，凝胶质量更好；通过采用成型系统，能够达到流水式生产，并对废液进行回收再利用，节约资源。
附图说明
图1为具体实施方式中所述的多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置主视示意图。
图2为具体实施方式中所述的多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置俯视示意图。
图3为具体实施方式中所述的封液装置二维示意图。
其中，1. 进液管；2. 固定支架；3. 流量计；4. 自动控制阀；5. 混合罐；6. 双金属温度计；7. 加热装置A；8. 出料控制阀；9. 排液管；10. 排液阀；11.加热装置B；12. 封液装置；121. 左封液板；122. 推拉杆；123. 弹簧；124. 右封液板；125. 挡板；126. 密封圈。13. 成型桶；14. 出料嘴；15. 搅拌器； 16. pH计； 17. pH固定支架； 18. 传液管；19.电机；201. 硅源储存罐；202. 醇储存罐；203. 酸储存罐；204. 碱储存罐。
具体实施方式
如图1所示，一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，包括进料系统、混合系统、成型系统，进料系统由进液管、各类储存罐、传液管18、流量计3和自动控制阀4构成，其中储存罐为圆筒形，顶部开设有用于加料的加料口，加料口连接送料进液管；混合系统由混合罐5、双金属温度计6、pH计16、电机19、搅拌器15、加热装置A7、出料控制阀8、出料嘴14和固定支架2组成；成型系统包括排液管9、排液阀10、成型桶13、封液装置12和加热装置B11。
进料系统由进液管、各类储存罐、传液管18、流量计3和自动控制阀4构成，来自硅源储存罐201、醇储存罐202、酸储存罐203和碱储存罐204的物料从上而下需要经过流量计3的检测，达到设定值时，自动控制阀4呈闭合状态。
混合系统由混合罐5、双金属温度计6、pH计16、电机19、搅拌器15、加热装置A7、出料控制阀8、出料嘴14和固定支架2组成，传液管18与混合罐5上部螺纹连接，物料经传液管进入混合罐5，由电机19提供动力带动搅拌器15旋转，混合物料，双金属温度计6与pH计16对混合物料的温度与酸碱度进行检测，将数据传到后台，通过调控加热装置A7和自动控制阀4对混合物料的温度与酸碱度进行调整，混合均匀的物料由出料控制阀8控制经出料嘴14排出落入成型桶13。
成型系统包括排液管9、排液阀10、成型桶13、封液装置12和加热装置B11，混合后的物料进入成型桶13后，加热装置B11提供老化、溶剂置换、表面改性和干燥所需温度，在成型桶13的溶剂置换层和改性干燥层事先加入置换溶液和改性溶液，当凝胶老化完成后，排液阀10打开，废液经排液管9排出进行回收，废液排完后，封液装置12打开，湿凝胶落入已经准备好的置换液中，并慢慢沉到底部，溶剂置换完成后的过程与此类似。
封液装置由左封液板121、右封液板124、推拉杆122、弹簧123、挡板125、密封圈126组成，其中左封液板121和右封液板124均为半圆形，边缘部分设置有密封圈126，封液板之间以榫接方式结合，同时两块封液板均带有凸耳，凸耳与推拉杆122 通过沟槽结合，推拉杆122上装有弹簧123，推拉杆122控制封液板的开合，挡板125被外界固定挡住弹簧123，由弹簧123提供弹力保证封液板结合紧密。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)
1.一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，包括进料系统、混合系统、成型系统，其特征在于，进料系统由进液管、硅源储存罐、醇储存罐、酸储存罐、碱储存罐、传液管、流量计和自动控制阀构成，四个储存罐为圆筒形，顶部开设有用于加料的加料口，加料口连接送料进液管；混合系统由混合罐、双金属温度计、pH计、电机、搅拌器、加热装置A、出料控制阀、出料嘴和固定支架组成；成型系统包括排液管、排液阀、成型桶、封液装置和加热装置B。
2.根据权利要求1所述的一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，其特征在于，所述的进料系统包括进液管、硅源储存罐、醇储存罐、酸储存罐、碱储存罐、传液管、流量计和自动控制阀，储存罐为圆筒形结构，并于上方开设有加料口，加料口与进液管连接，储存罐下方开设有出料口，与传液管通过螺纹连接，输送罐上端与储存罐连接，下端与混合罐螺纹连接，中间设置流量计和自动控制阀，流量计检测传液管物料通过量，流量计测定值与设定值比对，由差值控制自动控制阀开关，储存罐、进液管、传液管材质为HDPE，混合罐材质为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种实现多品种、自调节自动集成化气凝胶制备装置，其特征在于，所述成型系统包括排液管、排液阀、成型桶、封液装置和加热装置B，成型桶分为三层，第一层主要负责溶胶-凝胶和老化过程，第二层主要负责湿凝胶的溶剂置换过程，第三层主要负责湿凝胶的表面改性和干燥过程，整个过程中的废液通过每一层下方设置的排液管及排液阀进行排出回收，而湿凝胶的移动主要由每一层下方可移动的封液装置来控制，成型桶每层周围设置有加热装置B，提供老化、溶剂置换、改性和干燥所需温度，成型桶材质为不锈钢，封液装置和排液管材质为HDPE。
4.根据权利要求2所述的进料系统，其特征在于，所述的储存罐在固定支架上的分布为矩形分布，数量为四，根据制备不同气凝胶的需要，可以调整储存罐的数量。
5.根据权利要求3所述的成型系统，其特征在于，所述的封液装置由封液板、推拉杆、弹簧、挡板、密封圈组成，其中封液板有两块，为半圆形，边缘部分设置有密封圈，封液板之间以榫接方式结合，同时两块封液板均带有凸耳，凸耳与推拉杆通过沟槽结合，推拉杆上装有弹簧，推拉杆控制封液板的开合，挡板被外界固定挡住弹簧，由弹簧提供弹力保证封液板结合紧密，封液板、推拉杆材质为HDPE，弹簧材质为65Mn，密封圈材质为NBR丁腈橡胶。
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