CN112374167B - 一种高浓度高粘度磷酸的运输装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高浓度高粘度磷酸的运输装置，该运输装置由脉冲送气装置和三层管道结构组成，三层管道结构由外及内分别是外壳、内壳和耐热膜三层管道结构；三层管道结构为同轴嵌套结构，三层管道内径沿液流方向逐渐变大，斜率均为0.5‰‑1‰；外壳与内壳之间为与脉冲送气装置直接联通的主气道，气流方向与液流方向一致；内壳上由外及内密排环绕设置有喷气环,喷气环内设置有与主气道联通的分气孔，分气孔的轴线向液流出口方向倾斜，分气孔的轴线与运输装置的轴线呈65°‑70°夹角；耐热膜内表面密排设置有纳米级的蚀刻浮凸；耐热膜内为液流通道。本发明三层结构、自疏水、适用于高温腐蚀性高粘流体、结构助力、可调可控。
Description
技术领域
本发明涉及磷化工用装备技术领域，尤其涉及一种高浓度高粘度磷酸的运输装置及其制造方法。
背景技术
多聚磷酸，简而言之就是磷酸的多聚合物。100%浓度以上的磷酸一般称之为多聚磷酸。呈透明粘稠状液体专，随着含量的属增加，粘度度越大，115%多聚磷酸甚至呈玻璃状粘稠物。加热多聚磷酸其粘度会降低，所以在一些工业用途上在使用多聚磷酸之前需要先对其进行加热，使其具有流动性之后方能正常生产。因此，115%以上的多聚合物在输送过程中一般都是高温、具有较强酸性腐蚀特征的流体。
而目前在国内已申请的相关专利中，没有专门针对高粘度、高温、腐蚀性液体助流技术的解决方案，因而市场上需要一种三层结构、自疏水、适用于高温腐蚀性高粘流体、结构助力、可调可控的运输装置及其制造方法。
发明内容
本发明旨在提供三层结构、自疏水、适用于高温腐蚀性高粘流体、结构助力、可调可控的运输装置及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高浓度高粘度磷酸的运输装置，该运输装置由脉冲送气装置和三层管道结构组成，所述三层管道结构由外及内分别是外壳、内壳和耐热膜三层管道结构；外壳与内壳之间为与脉冲送气装置直接联通的主气道，气流方向与液流方向一致；耐热膜内为液流通道；
其中，三层管道结构的制造方法包括以下阶段：
S1：原材料准备
①外壳、内壳的原材料准备：准备管道内径沿轴线方向逐渐变大，斜率均为0.5‰-1‰奥氏体不锈钢管2根，其中较粗的钢管内径最大处比较细的钢管外径最大处大1.2cm-1.8cm，足量内置直径φ2cm-φ3cm分气孔的喷气环；
②耐热膜的原材料准备：准备正硅酸乙酯、无水乙醇、N,N二甲基甲酰胺、异丙醇、正己烷、三甲基氯硅烷、玻璃纤维、草酸、氨水、质量浓度10%的氢氧化钠溶液；
③工装准备：准备内径斜率均为0.5‰-1‰、最大内径较步骤①中所述较细钢管的内径小6cm-6.5cm、脱出硅胶管厚度2mm-2.5mm的硅胶凝胶管模具；
S2：内壳的制备
①在阶段S1步骤①准备的较细的钢管外表面着力，按5cm-7cm的间距等间距环绕钻孔，获得多孔内壳；
②在多孔内壳内环绕焊接内置直径φ2cm-φ3cm的喷气环，保证喷气环内分气孔与步骤①中所钻的孔一一对应、分气孔的轴线向液流出口方向倾斜且分气孔的轴线与运输装置的轴线呈65°-70°夹角，获得所需内壳；
S3：耐热膜的制备
①将阶段S1步骤②准备的正硅酸乙酯、无水乙醇、草酸、玻璃纤维按1：7：1：0.5的重量比混合均匀，然后以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至完全混溶，获得预制溶胶；
②在步骤①获得的预制溶胶内滴加去离子水、N,N二甲基甲酰胺及氨水，以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至均匀后注入阶段S1步骤③准备的硅胶凝胶管模具中静置，直到完全凝固，脱模获得管状凝胶体；
③将阶段S1步骤②准备的异丙醇、正己烷分别置成纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷和纯正己烷五种功能液；
④将步骤②获得的管状凝胶体依次浸入步骤③获得的纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷、纯正己烷五种功能液，每次湿润时间5min-8min，获得固化凝胶管；
⑤将阶段S1步骤②准备的三甲基氯硅烷与正己烷配比成三甲基氯硅烷占体积浓度6%-8%的混液，再将步骤④获得的固化凝胶管完全浸入混液中，超声振荡2h-2.5h，获得改性凝胶管；
⑥取出步骤⑤获得的改性凝胶管，加热至65℃-70℃至完全烘干，获得凝胶原管；
⑦将阶段S1步骤②准备的氢氧化钠溶液加热至65℃-70℃，堵住步骤⑥获得的凝胶原管两端，然后将凝胶原管完全浸入加热后的氢氧化钠溶液中，超声振荡12s-15s，取出凝胶原管，采用水将处理后的凝胶原管清洗干净，即获得所需耐热膜，所述耐热膜内表面经处理后按92%-98%的面积覆盖率获得了长宽尺寸范围均在100nm-500nm、厚度范围为100nm-200nm的密排式蚀刻浮凸；
S4：组装
①将阶段S1步骤①准备的外壳、阶段S2步骤②获得的内壳与阶段S3步骤⑦获得的耐热膜由外及内，按大径端对应大径端、小径端对应小径端的套装方式组装起来，获得所需三层管道结构。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）根据现有技术中硅酸凝胶的失效原因及现有的相关研究，在高温环境下，硅酸凝胶中相对不稳定的官能团是Si-OH，本发明通过置换和改性的方式将绝大部分的Si-OH改变为了Si-CH3，极大地提升了本发明的稳定性、使用寿命和耐热性，使本发明可以在300℃以下的中度腐蚀环境内长效工作。（2）采用动态接触角实验检测本发明耐热膜内表面与水的表面接触角黏滞特征：选用5μL小水滴为最小单位液滴，当液滴体积增加至10μL时，液滴的前进角约为154.3°，当液体体积缩回到5μL时，液滴的后退角约为151.6°，因此，通过二者之差计算，本发明耐热膜内表面与水的表面接触角的黏滞约为2.7°，表明其表面具有极好的低黏滞超疏水特性；通过摩擦力实验定量估计了小水滴与本发明耐热膜内表面的表面黏滞力约为10－5mN数量级。（3）脉冲式送气装置通过外壳与内壳间的主气道周期性输入气体，气体通过固定倾角的分气孔挤压耐热膜，使其周期性且呈现出由入口到出口涌动的运动方式，构建成类似人体肠蠕动或海浪推动的机械能传播方式，将推力传递给液流，形成助力。（4）耐热膜本身耐热且疏水，三层结构互相嵌套也能进一步对本发明的可靠性提供保障，本发明是专门针对高温腐蚀性高粘流体运输的，专业性强。因此本发明的运输装置具有三层结构、自疏水、适用于高温腐蚀性高粘流体、结构助力、可调可控的特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是耐热膜的局部表面结构示意图；
图中：主气道1、分气孔2、耐热膜3、液流4、喷气环5、蚀刻浮凸6。
具体实施方式
实施例1：
如图1、图2所示的一种高浓度高粘度磷酸的运输装置，该运输装置由脉冲送气装置和三层管道结构组成，所述三层管道结构由外及内分别是外壳、内壳和耐热膜3三层管道结构；三层管道结构为同轴嵌套结构，三层管道内径沿液流方向逐渐变大，斜率均为0.5‰-1‰，三层管道结构相互间的直径差保持不变；外壳与内壳之间为与脉冲送气装置直接联通的主气道1，气流方向与液流方向一致；内壳上由外及内密排环绕设置有喷气环5,喷气环5内设置有与主气道1联通的分气孔2，分气孔2的轴线向液流出口方向倾斜，分气孔2的轴线与运输装置的轴线呈65°-70°夹角；耐热膜3内表面按92%-98%的面积覆盖率密排设置有长宽尺寸范围均在100nm-500nm、厚度范围为100nm-200nm的蚀刻浮凸6；耐热膜3内为液流通道4；
其中，三层管道结构的制造方法包括以下阶段：
S1：原材料准备
①外壳、内壳的原材料准备：准备管道内径沿轴线方向逐渐变大，斜率均为0.5‰-1‰奥氏体不锈钢管2根，其中较粗的钢管内径最大处比较细的钢管外径最大处大1.2cm-1.8cm，足量内置直径φ2cm-φ3cm分气孔2的喷气环5；
②耐热膜3的原材料准备：准备正硅酸乙酯、无水乙醇、N,N二甲基甲酰胺、异丙醇、正己烷、三甲基氯硅烷、玻璃纤维、草酸、氨水、质量浓度10%的氢氧化钠溶液；
③工装准备：准备内径斜率均为0.5‰-1‰、最大内径较步骤①中所述较细钢管的内径小6cm-6.5cm、脱出硅胶管厚度2mm-2.5mm的硅胶凝胶管模具；
S2：内壳的制备
①在阶段S1步骤①准备的较细的钢管外表面着力，按5cm-7cm的间距等间距环绕钻孔，获得多孔内壳；
②在多孔内壳内环绕焊接内置直径φ2cm-φ3cm的喷气环5，保证喷气环5内分气孔2与步骤①中所钻的孔一一对应、分气孔2的轴线向液流出口方向倾斜且分气孔2的轴线与运输装置的轴线呈65°-70°夹角，获得所需内壳；
S3：耐热膜3的制备
①将阶段S1步骤②准备的正硅酸乙酯、无水乙醇、草酸、玻璃纤维按1：7：1：0.5的重量比混合均匀，然后以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至完全混溶，获得预制溶胶；
②在步骤①获得的预制溶胶内滴加去离子水、N,N二甲基甲酰胺及氨水，以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至均匀后注入阶段S1步骤③准备的硅胶凝胶管模具中静置，直到完全凝固，脱模获得管状凝胶体；
③将阶段S1步骤②准备的异丙醇、正己烷分别置成纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷和纯正己烷五种功能液；
④将步骤②获得的管状凝胶体依次浸入步骤③获得的纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷、纯正己烷五种功能液，每次湿润时间5min-8min，获得固化凝胶管；
⑤将阶段S1步骤②准备的三甲基氯硅烷与正己烷配比成三甲基氯硅烷占体积浓度6%-8%的混液，再将步骤④获得的固化凝胶管完全浸入混液中，超声振荡2h-2.5h，获得改性凝胶管；
⑥取出步骤⑤获得的改性凝胶管，加热至65℃-70℃至完全烘干，获得凝胶原管；
⑦将阶段S1步骤②准备的氢氧化钠溶液加热至65℃-70℃，堵住步骤⑥获得的凝胶原管两端，然后将凝胶原管完全浸入加热后的氢氧化钠溶液中，超声振荡12s-15s，取出凝胶原管，采用水将处理后的凝胶原管清洗干净，即获得所需耐热膜3，所述耐热膜3内表面经处理后按92%-98%的面积覆盖率获得了长宽尺寸范围均在100nm-500nm、厚度范围为100nm-200nm的密排式蚀刻浮凸6；
S4：组装
①将阶段S1步骤①准备的外壳、阶段S2步骤②获得的内壳与阶段S3步骤⑦获得的耐热膜3由外及内，按大径端对应大径端、小径端对应小径端的套装方式组装起来，获得所需三层管道结构。
采用动态接触角实验检测本实施例内表面与水的表面接触角黏滞特征：选用5μL小水滴为最小单位液滴，当液滴体积增加至10μL时，液滴的前进角约为154.3°，当液体体积缩回到5μL时，液滴的后退角约为151.6°，因此，通过二者之差计算，本实施例内表面与水的表面接触角的黏滞约为2.7°，表明其表面具有极好的低黏滞超疏水特性；通过摩擦力实验定量估计了小水滴与本实施例内表面的表面黏滞力约为10－5mN数量级。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种高浓度高粘度磷酸的运输装置，其特征在于：该运输装置由脉冲送气装置和三层管道结构组成，所述三层管道结构由外及内分别是外壳、内壳和耐热膜(3)三层管道结构；外壳与内壳之间为与脉冲送气装置直接联通的主气道(1)，气流方向与液流方向一致；耐热膜(3)内为液流通道(4)；
其中，三层管道结构的制造方法包括以下阶段：
S1：原材料准备
①外壳、内壳的原材料准备：准备管道内径沿轴线方向逐渐变大，斜率均为0.5‰-1‰奥氏体不锈钢管2根，其中较粗的钢管内径最大处比较细的钢管外径最大处大1.2cm-1.8cm，足量内置直径φ2cm-φ3cm分气孔(2)的喷气环(5)；
②耐热膜(3)的原材料准备：准备正硅酸乙酯、无水乙醇、N,N二甲基甲酰胺、异丙醇、正己烷、三甲基氯硅烷、玻璃纤维、草酸、氨水、质量浓度10%的氢氧化钠溶液；
③工装准备：准备内径斜率均为0.5‰-1‰、最大内径较步骤①中所述较细钢管的内径小6cm-6.5cm、脱出硅胶管厚度2mm-2.5mm的硅胶凝胶管模具；
S2：内壳的制备
①在阶段S1步骤①准备的较细的钢管外表面着力，按5cm-7cm的间距等间距环绕钻孔，获得多孔内壳；
②在多孔内壳内环绕焊接内置直径φ2cm-φ3cm的喷气环(5)，保证喷气环(5)内分气孔(2)与步骤①中所钻的孔一一对应、分气孔(2)的轴线向液流出口方向倾斜且分气孔(2)的轴线与运输装置的轴线呈65°-70°夹角，获得所需内壳；
S3：耐热膜(3)的制备
①将阶段S1步骤②准备的正硅酸乙酯、无水乙醇、草酸、玻璃纤维按1：7：1：0.5的重量比混合均匀，然后以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至完全混溶，获得预制溶胶；
②在步骤①获得的预制溶胶内滴加去离子水、N,N二甲基甲酰胺及氨水，以250rpm-300rpm的搅拌速率搅拌至均匀后注入阶段S1步骤③准备的硅胶凝胶管模具中静置，直到完全凝固，脱模获得管状凝胶体；
③将阶段S1步骤②准备的异丙醇、正己烷分别置成纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷和纯正己烷五种功能液；
④将步骤②获得的管状凝胶体依次浸入步骤③获得的纯异丙醇、按体积比1：3混溶的异丙醇/正己烷、按体积比1：1混溶的异丙醇/正己烷、按体积比3：1混溶的异丙醇/正己烷、纯正己烷五种功能液，每次湿润时间5min-8min，获得固化凝胶管；
⑤将阶段S1步骤②准备的三甲基氯硅烷与正己烷配比成三甲基氯硅烷占体积浓度6%-8%的混液，再将步骤④获得的固化凝胶管完全浸入混液中，超声振荡2h-2.5h，获得改性凝胶管；
⑥取出步骤⑤获得的改性凝胶管，加热至65℃-70℃至完全烘干，获得凝胶原管；
⑦将阶段S1步骤②准备的氢氧化钠溶液加热至65℃-70℃，堵住步骤⑥获得的凝胶原管两端，然后将凝胶原管完全浸入加热后的氢氧化钠溶液中，超声振荡12s-15s，取出凝胶原管，采用水将处理后的凝胶原管清洗干净，即获得所需耐热膜(3)，所述耐热膜(3)内表面经处理后按92%-98%的面积覆盖率获得了长宽尺寸范围均在100nm-500nm、厚度范围为100nm-200nm的密排式蚀刻浮凸(6)；
S4：组装
阶段S1步骤①准备的外壳、阶段S2步骤②获得的内壳与阶段S3步骤⑦获得的耐热膜(3)由外及内，按大径端对应大径端、小径端对应小径端的套装方式组装起来，获得所需三层管道结构。
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