CN110013786A - 一种自动循环的超声分散设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动循环的超声分散设备及方法，用以利用超声将原料分散成为双亲纳米材料，设备包括：第一储料罐，用以存储原料；若干个超声分散装置，均与第一储料罐联通，用以对第一储料罐传送来的原料进行超声分散；第二储料罐，与所有的超声分散装置以及第一储料罐联通，用以接收所有的超声分散装置中分散后的原料并将未达到分散标准的原料传送至第一储料罐；冷却装置，与超声分散装置连接，用以对超声分散装置进行冷却；自动取样装置，设置在第二储料罐的取样口处，用以对第二储料罐中的分散后的原料进行检测，以判定第二储料罐中的原料是否达到分散标准。整个设备形成了一个循环系统，在保证了分散效率的同时，更加智能、便捷。

Description

一种自动循环的超声分散设备及方法

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种自动循环的超声分散设备及方法。

背景技术

超声波分散是一种常用分散技术，其利用超声在液体中的空化作用释放的巨大能量和强大的微射流实现物料的分散。目前的连续超声装置不能对产品进行自动循环，当超声分散不完全的时候还需要人工进行重复工作，效率低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种自动循环的超声分散设备及方法，实现自动化对氧化石墨烯原料进行超声分散。

本发明的技术方案是：一种自动循环的超声分散设备，用以利用超声将原料分散成为双亲纳米材料，所述设备包括：

第一储料罐，用以存储原料；

若干个超声分散装置，均与所述第一储料罐联通，用以对所述第一储料罐传送来的原料进行超声分散；

第二储料罐，与所有的所述超声分散装置以及所述第一储料罐联通，用以接收所有的所述超声分散装置中分散后的原料并将未达到分散标准的原料传送至所述第一储料罐；

冷却装置，与所述超声分散装置连接，用以对所述超声分散装置进行冷却；

自动取样装置，设置在所述第二储料罐的取样口处，用以对所述第二储料罐中的分散后的原料进行检测，以判定所述第二储料罐中的原料是否达到分散标准。

较佳的，每个所述超声波装置的外部均设置有一冷却套，所述冷却套上设置有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却装置包括冷却罐以及与所述冷却罐联通的冷却液进管道和冷却液出管道，所述冷却液出管道与其中一冷却套的冷却液入口联通，该冷却套上的冷却液出管道与另一冷却套上的冷却液入口联通，所有的冷却套按照该连接方式依次联通，最后一个冷却套的冷却液出口与所述冷却管入口联通。

较佳的，所述冷却装置还包括一设置在所述冷却液出管道上的水泵。

较佳的，每个所述超声分散装置均包括一超声波换能器、与所述超声波换能器连接的变幅杆以及反应釜，所述变幅杆伸入所述超声波换能器中，所述冷却套套设在所述反应釜的外部，且每个所述反应釜均通过一进料管道与所述第一储料罐联通。

较佳的，每个所述反应釜均分别通过一出料管道与所述第二储料罐联通，每根所述出料管道上均依次设置有压力表、电动开关调节阀以及观察窗。

较佳的，所述第二储料罐还通过一循环管道与所述第一储料罐联通，所述循环管道上设置有水泵和电动开关调节阀。

较佳的，所述自动取样装置包括取样管道、设置在所述取样管道上的自动开关阀以及设置在所述取样管道末端的样品瓶。

本发明还提供了一种自动循环的超声分散方法，用以利用自动循环的超声分散设备将原料分散成为双亲纳米材料，所述方法包括步骤：

S1、确定所需要工作的超声分散装置的编号，开启对应的进料管道上的开关阀及水泵，第一储料罐中的原料流入需要工作的所述超声分散装置中；

S2、于原料进入所述超声分散装置到达预定数量后，关闭所述进料管道上的水泵，所述超声分散装置启动；

S3、提供一第一设定时间，于达到第所述一设定时间后，将所述超声分散装置的原料通过出料管道运送至第二储料罐内；

S4、提供一第二设定时间，于达到所述第二设定时间后，位于所述第二储料罐处的取样检测装置进行取样检测；

S5、判断样品是否合格，若是，则执行步骤S8；否则，执行步骤S9；

S6、收集所述第二储料罐中的产品；

S7、打开循环管道上的水泵，将所述第二储料罐中的产品重新灌入所述第一储料罐。

较佳的，在该方法中，还包括对整个自动循环的超声分散设备的冷却过程，冷却罐中的冷却液通过冷却液出管道依次流经各个所述超声分散装置的冷却套后，经由冷却液入管道回到所述冷却罐内。

较佳的，所述方法还包括：

实时获取所述第一储料罐和所述第二储料罐中的高液位检测传感器以及低液位检测传感器的检测信息；

于所述第一储料罐或所述第二储料罐内的所述高液位检测传感器检测到液体时，停止向所述第一储料罐过所述第二储料罐灌注原料；

于所述第一储料罐或所述第二储料罐内的所述低液位检测传感器检测不到液体时，所述第一储料罐或所述第二储料罐停止向外输送原料。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：在上述用于双亲纳米材料的超声分散设备及方法中，自动冷却装置对整个设备进行冷却，保证了设备的安全性；利用多个超声分散装置并联的方式，提高了分散效率。此外，取样检测装置的设置，有助于用户定时对超声分散标准进行检测，以防止出现过度分散或分散不完全；整个设备形成了一个循环系统，在保证了分散效率的同时，更加智能、便捷。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明一种自动循环的超声分散设备的结构示意图；

图2为本发明一种自动循环的超声分散方法的流程示意图；

附图中：1、第一储料罐；2、超声分散装置；3、第二储料罐；4、水泵；5、手动开关阀；6、电动开关调节阀；11、冷却套；12、冷却罐；13、冷却液进管道；14、冷却液出管道；21、自动开关阀；22、样品瓶；23、取样管道；31、进料管道；32、出料管道；33、回料管道；41、压力表；42、观察窗；51、搅拌电机；52、高液位检测传感器；53、低液位检测传感器；61、超声波换能器；62、变幅杆；63、反应釜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明一种自动循环的超声分散设备及方法进行详细说明。

实施例一

如图1(图中箭头为原料走向及冷却液走向)所示，一种自动循环的超声分散设备，用以利用超声将大颗粒氧化石墨烯原料分散为粒径符合要求的氧化石墨烯，包括：

第一储料罐1，用于存储原料；

若干个超声分散装置2，均与第一储料罐1联通，用以对第一储料罐1传送来的原料进行超声分散；

第二储料罐3，与所有的超声分散装置2以及第一储料罐1联通，用以接收所有的超声分散装置2中分散后的原料并将未达到分散标准的原料传送至第一储料罐1；

冷却装置，与超声分散装置2连接，用以对超声分散装置2进行冷却；

自动取样装置，设置在第二储料罐3的取样口处，用以对第二储料罐3中的分散后的原料进行检测，以判定第二储料罐3中的原料是否达到分散标准。

在上述自动循环的超声分散设备，是用来将氧化石墨烯原料进行超声分散，以形成粒径符合要求的氧化石墨烯。在该设备中，首先将氧化石墨烯原料存放在第一储料罐1中，之后，第一存料罐通过管道向各个超声分散装置2输送原料，超声分散装置2对原料进行分散，以产生粒径符合要求的氧化石墨烯。最后，经由第二储料罐3，对超声分散装置2中的纳米级材料进行回收。值得指出的是，在第二储料罐3的取样口处设置一自动取样装置，以判断第二储料罐3中的原料是否满足分散标准，若不满足，则需要继续转移到第一储料罐1内再次进行分散，若满足，则说明分散完成。在整个设备的运行过程中，冷却装置对整个设备进行冷却，保证了设备的安全性。从整体上来说，该设备采用多个超声分散装置2并联的方式，提高了分散效率。整个设备形成一个循环系统，在保证分散效率的同时，更加智能、便捷。

进一步来讲，在每个超声波装置的壳体外部套设有一冷却套11，冷却套11上设置有冷却液入口和冷却液出口，冷却装置包括冷却罐12以及与冷却罐12联通的冷却液进管道13和冷却液出管道14。其中，其中一冷却套11上的冷却液入口与冷却罐12的冷却液出管道14联通，该冷却套11上的冷却液出口与另一冷却套11上的冷却液入口联通，依次按照这种冷却套之间的串联连接方式使得所有的冷却套11联通，最后一个冷却套11的冷却液出口与冷却管的冷却管入口联通。即所有的超声波装置共用一个冷却系统，将整个设备进行联锁保护。

冷却液出口与冷却罐12的冷却液进管道13联通。通过这种联通方式，实现了冷却液的循环。

进一步来讲，冷却装置还包括一设置在冷却液出管道14上的水泵4(图中未示出)，以带动冷却液的流动。

进一步来讲，自动取样装置包括取样管道23、设置在取样管道23上的自动开关阀21以及设置在取样管道23末端的样品瓶22。当整个设备运行一定时间后，取样管道23上的自动开关阀21打开，将部分原料流入样品瓶22以进行样品检测。

进一步来讲，每个超声分散装置2的均分别通过一进料管道31与第一储料罐1联通，这该进料管道31上设置有一水泵4及一手动开关阀5，用户可以根据需要选择向超声分散装置2提供原料，即用户可以根据需要选择若干个超声分散装置2工作，并不需要所有的超声分散装置2均工作，这种方式下，整个设备的灵活性更高。

进一步来讲，每个超声分散装置2均包括一超声波换能器61、与超声波换能器61连接的变幅杆62以及反应釜63，变幅杆62伸入超声波换能器61中，冷却套11套设在反应釜63外部，且进料管道31伸入该反应釜63内。

进一步来讲，每个反应釜63均分别通过一出料管道32与第二储料罐3联通。每根出料管道32上均依次设置有压力表41、电动开关调节阀6以及观察窗42。压力表41用来实时测量出料管道32的压力状态，以进行安全监测。电动开关调节阀6起到一开关作用，用以实现反应釜63与第二储料罐3的联通。观察室为设置在出料管道32上的一段玻璃管道，方便操作员观察当前出料管道32内的情况。

进一步来讲，第二储料罐3还通过一循环管道与第一储料罐1联通，循环管道上设置有水泵4和电动开关调节阀6。当第二储料罐3处的取样检测装置检测到样品不合格时，通过该水泵4和电动开关调节阀6将第二储料罐3中的原料重新返回至第一储料罐1中，以再次进行分散处理。

进一步来讲，在第一储料罐1和第二储料罐3中均设置有搅拌电机51，用来搅拌原料。除此之外，在两个罐体内均设置有两个水位检测传感器，分别用于检测罐体的高液位以及低液位，即每个罐体内均设置有一高液位检测传感器52以及一低液位检测传感器53。于高液位检测传感器52检测到液体时，则停止向第一储料罐1或第二储料罐3内继续加注原料，于低液位检测传感器53检测不到液体时，则停止第一储料罐1或第二储料罐3向外输送原料。通过这两个水位检测传感器，保证了第一罐体和第二罐体内的原料始终保持在一定的数量区间内，进而保证了整个设备不会出现灌输超量或者原料不足的情况。

在上述用于双亲纳米材料的超声分散设备中，自动冷却装置对整个设备进行冷却，保证了设备的安全性；利用多个超声分散装置2并联的方式，提高了分散效率。此外，取样检测装置的设置，有助于用户定时对超声分散标准进行检测，以防止出现过度分散或分散不完全；整个设备形成了一个循环系统，在保证了分散效率的同时，更加智能、便捷。

实施例二

根据上述实施例提出的自动循环的超声分散设备，本实施例提供了一种自动循环的超声分散方法。

如图2所示，一种自动循环的超声分散方法，用以利用上述超声分散设备将原料分散成为粒径更小的氧化石墨烯，包括步骤：

S1、确定所需要工作的超声分散装置2的编号，开启对应的进料管道31上的开关阀及水泵4，第一储料罐1中的原料流入需要工作的超声分散装置2中；

S2、于原料进入超声分散装置2到达预定数量后，关闭进料管道31上的水泵4，超声分散装置2启动；

S3、提供一第一设定时间，于达到第一设定时间后，将超声分散装置2的原料通过出料管道32运送至第二储料罐3内；

S4、提供一第二设定时间，于达到第二设定时间后，位于第二储料罐3处的取样检测装置进行取样检测；

S5、判断样品是否合格，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S7；

S6、收集第二储料罐3中的产品；

S7、打开循环管道上的水泵4，将第二储料罐3中的产品重新灌入第一储料罐1，返回执行步骤S3。

在上述自动循环的超声分散方法中，采用了多条并联的超声分散装置2进行分散工作，用户可以根据实际情况选择需要工作的超声分散装置2，以此开启相应的进料管道31上的开关阀及水泵4。进料完成后，关闭水泵4，开启超声分散装置2，并在分散达到第一设定时间后，将该超声分散装置2的原料转移至第二储料罐3。但是即使原料经分散进入了第二储料罐3，仍然不能保证分散依旧达到标准，则此时通过对第二储料罐3的定时取样检测，若不符合要求，返回至第一储料罐1再次进行分散循环，直至符合要求。这种方式，实现了自动化循环，保证了最终产品的可靠性。

近一步来讲，在上述方法中，还包括对整个设备的冷却过程，具体过程为：冷却液出管道14联通，冷却罐12中的冷却液通过冷却液出管道14依次流经各个超声分散装置2的冷却套11后，经由冷却液入管道回到冷却罐12内。

近一步来讲，在上述方法中，还包括对第一储料罐1和第二储料罐3的液位检测过程，具体包括过程：

实时获取第一储料罐1和第二储料罐3中的高液位检测传感器52以及低液位检测传感器53的检测信息；

于第一储料罐1或第二储料罐3内的高液位检测传感器52检测检测到液体时，停止向第一储料罐1或第二储料罐3灌注原料；

于第一储料罐1或第二储料罐3内的低液位检测传感器53检测不到液体时，停止第一储料罐1或第二储料罐3向外输送原料。

在该过程中，通过高液位检测传感器52，防止第一储料罐1及第二储料罐3出现灌注过多的现象，通过低液位检测传感器53，防止第一储料罐1及第二储料罐3出现原料不足的现象。

进一步来讲，通过关闭出料管道32上的电动开关调节阀6，以停止向第二储料罐3内灌注液体；通过关闭进料管道31上的开关阀，以停止第一储料罐1向外输送原料。

在上述用于双亲纳米材料的超声分散方法中，自动冷却装置对整个设备进行冷却，保证了设备的安全性；利用多个超声分散装置2并联的方式，提高了分散效率。此外，取样检测装置的设置，有助于用户定时对超声分散标准进行检测，以防止出现过度分散或分散不完全；整个设备形成了一个循环系统，在保证了分散效率的同时，更加智能、便捷。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种自动循环的超声分散设备，用以利用超声将原料分散成为双亲纳米材料，其特征在于，所述设备包括：

第一储料罐(1)，用以存储原料；

若干个超声分散装置(2)，均与所述第一储料罐(1)联通，用以对所述第一储料罐(1)传送来的原料进行超声分散；

第二储料罐(3)，与所有的所述超声分散装置(2)以及所述第一储料罐(1)联通，用以接收所有的所述超声分散装置(2)中分散后的原料并将未达到分散标准的原料传送至所述第一储料罐(1)；

冷却装置，与所述超声分散装置(2)连接，用以对所述超声分散装置(2)进行冷却；

自动取样装置，设置在所述第二储料罐(3)的取样口处，用以对所述第二储料罐(3)中的分散后的原料进行检测，以判定所述第二储料罐(3)中的原料是否达到分散标准。

2.根据权利要求1所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，每个所述超声波装置的外部均设置有一冷却套(11)，所述冷却套(11)上设置有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却装置包括冷却罐(12)以及与所述冷却罐(12)联通的冷却液进管道(13)和冷却液出管道(14)，所述冷却液出管道(14)与其中一冷却套(11)的冷却液入口联通，该冷却套(11)上的冷却液出管道(14)与另一冷却套(11)上的冷却液入口联通，所有的冷却套(11)按照该连接方式依次联通，最后一个冷却套(11)的冷却液出口与所述冷却管入口联通。

3.根据权利要求2所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，所述冷却装置还包括一设置在所述冷却液出管道(14)上的水泵(4)。

4.根据权利要求2所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，每个所述超声分散装置(2)均包括一超声波换能器(61)、与所述超声波换能器(61)连接的变幅杆(62)以及反应釜(63)，所述变幅杆(62)伸入所述超声波换能器(61)中，所述冷却套(11)套设在所述反应釜(63)的外部，且每个所述反应釜(63)均通过一进料管道(31)与所述第一储料罐(1)联通。

5.根据权利要求4所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，每个所述反应釜(63)均分别通过一出料管道(32)与所述第二储料罐(3)联通，每根所述出料管道(32)上均依次设置有压力表(41)、电动开关调节阀(6)以及观察窗(42)。

6.根据权利要求1所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，所述第二储料罐(3)还通过一循环管道与所述第一储料罐(1)联通，所述循环管道上设置有水泵(4)和电动开关调节阀(6)。

7.根据权利要求1所述的自动循环的超声分散设备，其特征在于，所述自动取样装置包括取样管道(23)、设置在所述取样管道(23)上的自动开关阀(21)以及设置在所述取样管道(23)末端的样品瓶(22)。

8.一种自动循环的超声分散方法，用以利用自动循环的超声分散设备将原料分散成为双亲纳米材料，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、确定所需要工作的超声分散装置(2)的编号，开启对应的进料管道(31)上的开关阀及水泵(4)，第一储料罐(1)中的原料流入需要工作的所述超声分散装置(2)中；

S2、于原料进入所述超声分散装置(2)到达预定数量后，关闭所述进料管道(31)上的水泵(4)，所述超声分散装置(2)启动；

S3、提供一第一设定时间，于达到第所述一设定时间后，将所述超声分散装置(2)的原料通过出料管道(32)运送至第二储料罐(3)内；

S4、提供一第二设定时间，于达到所述第二设定时间后，位于所述第二储料罐(3)处的取样检测装置进行取样检测；

S5、判断样品是否合格，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S7；

S6、收集所述第二储料罐(3)中的产品；

S7、打开循环管道上的水泵(4)，将所述第二储料罐(3)中的产品重新灌入所述第一储料罐(1)，返回执行步骤S3。

9.根据权利要求8所述的自动循环的超声分散方法，其特征在于，在该方法中，还包括对整个自动循环的超声分散设备的冷却过程，冷却罐(12)中的冷却液通过冷却液出管道(14)依次流经各个所述超声分散装置(2)的冷却套(11)后，经由冷却液入管道回到所述冷却罐(12)内。

10.根据权利要求8所述的自动循环的超声分散方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时获取所述第一储料罐(1)和所述第二储料罐(3)中的高液位检测传感器(52)以及低液位检测传感器(53)的检测信息；

于所述第一储料罐(1)或所述第二储料罐(3)内的所述高液位检测传感器(52)检测到液体时，停止向所述第一储料罐(1)过所述第二储料罐(3)灌注原料；

于所述第一储料罐(1)或所述第二储料罐(3)内的所述低液位检测传感器(53)检测不到液体时，所述第一储料罐(1)或所述第二储料罐(3)停止向外输送原料。