CN113600018A - 一种硅溶胶肥料的纯化工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅溶胶肥料的纯化工艺及设备，其特征在于，设置上下两层输送线，在每层输送线上设置若干依次排布的纯化槽，各纯化槽在上下两层输送线上循环运转；对应纯化槽的循环运转方向依次设置出料工位、清洗工位和进料工位，当纯化槽移动至出料工位时吸出纯化槽内已纯化的原料，当纯化槽移动至清洗工位时对吸出原料后的纯化槽进行清洗，当纯化槽移动至进料工位时注入待纯化原料进行下一周期的纯化处理。本发明采用上下两层输送线将多个纯化槽设置成循环流动的方式，在纯化槽的循环运转过程中自动实现原料的纯化，可在生产时同时进行进料、纯化、换水、出料、清洗工作，产线具有持续运作特性。
Description
技术领域
本发明涉及土壤肥料技术领域，尤其涉及一种硅溶胶肥料的纯化工艺及设备。
背景技术
重金属污染是土壤的主要污染物之一。为控制农田重金属污染，利用纳米硅溶胶叶面生理阻隔剂的拦截及拮抗原理，使重金属富集在根尖、节间关键部位，阻控重金属进入或迁移是一种十分有效的手段；并且，纳米硅溶胶叶面生理阻隔剂还能增加植物体内的硅营养。
纳米硅溶胶的传统生产方法是“离子交换法”、“硅粉一步水解法”等，使用的原料为工业级水玻璃、金属硅粉等，现有的这些原料会带入大量的重金属离子，导致生产得到的纳米硅溶胶的限量重金属镉、汞、砷、铅、铬较多，达不到水溶性肥料NY 1110-2010的重金属限量要求。而且水玻璃含有Na，金属硅粉水解也会用到氢氧化钠，将会导致Na、S、Cl等离子超标严重，肥料中过多的Na、S、Cl对农作物有毒害作用。
膜分离技术是以带有极细孔径的膜作为分离介质，在膜的一侧加以压力推动时，原料侧组分选择性的透过膜，从而达到分离或提纯的目的。它与传统过滤不同在于，膜可以在分子范围内分离，并且该过程是一种纯物理过程，不需发生相的变化或添加剂，具有选择稳定性。依据膜孔径的不同（或截留分子量），可将膜分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）。
目前，纳米硅溶胶的平均粒径为10-100nm，在对其进行纯化是可以采用膜分离技术。如本申请人在先申请的一篇公开号为CN 109316969 A的中国发明专利申请揭示一种硅溶胶肥料的纯化设备，包括通过第二管道依次连接的进料罐、纯化装置、暂存罐，所述纯化装置包括具有纯化腔的纯化器、设在纯化腔内的纯化管，所述进料罐、纯化管、暂存罐依次通过所述的第二管道连通，所述进料罐与所述纯化管的第二管道连接处设置有压力泵，所述纯化管与所述暂存罐的第二管道连接处设置有第一开关阀，所述纯化腔内设置有第一pH计、电导率仪，所述纯化管靠近所述暂存罐的一端内均设置有第二pH计、密度计，所述暂存罐内设置有旋转粘度计，所述第一pH计、第二pH计、电导率仪、旋转粘度计、密度计均电性连接于所述第一开关阀。该发明提供的方案虽然能够很好地去除纳米硅溶胶中的重金属，但在每一个纯化循环过程中，进料、纯化、换水、出料、清洗工序无法同时进行，会额外消耗时间。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种进料、纯化、换水、出料、清洗工序可同时进行，生产周期短、生产效率更高的硅溶胶肥料纯化设备。
本发明还提供一种硅溶胶肥料的纯化工艺。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，设置上下两层输送线，在每层输送线上设置若干依次排布的纯化槽，各纯化槽在上下两层输送线上循环运转；对应纯化槽的循环运转方向依次设置出料工位、清洗工位和进料工位，当纯化槽移动至出料工位时吸出纯化槽内已纯化的原料，当纯化槽移动至清洗工位时对吸出原料后的纯化槽进行清洗，当纯化槽移动至进料工位时注入待纯化原料进行下一周期的纯化处理。
更为优选的是，上下两层输送线采用辊棒传动的方式进行输送，或采用皮带传动的方式进行输送。
更为优选的是，所述纯化槽利用浸没式超滤膜进行纯化处理，超滤膜的一侧为原料腔、另一侧为纯水腔，利用两腔之间的浓度差实现原料的纯化。
更为优选的是，上下两层输送线在进行输送时采用步进式输送，使纯化槽每走一步停一下。
更为优选的是，工作时，通过控制上下两层输送线的传动速度来控制各纯化槽的纯化时间。
一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，包括：机架，安装在所述机架上的上层输送线和下层输送线，所述上层输送线和所述下层输送线均为水平设置、长度走向一致；在所述上层输送线和所述下层输送线上分别设有若干纯化槽，所述纯化槽用来实现硅溶胶的纯化；在所述机架的两端分别设有升降机构，所述升降机构用来实现纯化槽在上下两层输送线之间的过渡循环；对应所述纯化槽的循环运转方向依次设置有出料工位、清洗工位和进料工位，分别用来实现纯化后原料的取出、纯化槽的清洗和待纯化原料的加入。
当所述纯化槽从所述上层输送线或所述下层输送线输出并进入所述升降机构时，启动所述旋转动力机构使所述纯化槽进入到所述升降平台内，当所述纯化槽完全进入所述升降平台后，所述旋转动力机构停止运转；然后通过所述升降动力机构驱使所述升降平台进行上升或下降，当所述纯化槽上升或下降到预定位置时，所述旋转动力机构驱使所述输送线反向运转，使所述纯化槽进入预定的所述上层输送线或所述下层输送线，实现所述纯化槽在所述上层输送线与所述下层输送线之间的高低切换循环。
更为优选的是，所述上层输送线、所述下层输送线为辊棒传动机构或皮带传动机构。
更为优选的是，所述升降机构包括：高度可调的升降平台，安装在所述升降平台上的输送线，驱使所述升降平台进行高度调节的升降动力机构，以及驱使所述输送线正反转的旋转动力机构；所述输送线为辊棒传动机构或皮带传动机构。
更为优选的是，所述输送线以大于相应的所述上层输送线或所述下层输送线的运转速度运转，使所述纯化槽加快速度进入或退出所述升降平台。
更为优选的是，所述纯化槽包括槽体，以及设置在所述槽体内的若干浸没式超滤膜组件；所述浸没式超滤膜组件为管状腔体结构，所述浸没式超滤膜组件的内腔为纯水腔、用来注入纯水，所述槽体构成原料腔、用来注入待纯化的硅溶胶原料。
本发明的有益效果是：采用上下两层输送线将多个纯化槽设置成循环流动的方式，在纯化槽的循环运转过程中自动实现原料的纯化，方便在生产时同时进行进料、纯化、换水、出料、清洗工作，产线具有持续运作特性。特别地，在纯化槽的循环输送过程中，可以采用步进的动作控制方式，使纯化槽内的原料、纯水发生一定的晃动，有效提高纯化离子交换效率，缩短纯化时间，生产效率高。
附图说明
图1所示为本发明提供的硅溶胶肥料纯化设备示意图。
图2所示为升降机构的结构示意图。
图3所示为纯化槽的结构示意图。
图4所示为纯化槽的另一结构示意图。
附图标记说明。
1：机架， 1-1：上层输送线， 1-2：下层输送线。
2：纯化槽， 2-1：槽体， 2-2：浸没式超滤膜组件，2-3：托具，2-4：反冲洗装置，2-5：第一管道，2-6：第一通断阀，2-7：第二管道，2-8：第二通断阀，2-9：抽吸泵，2-10：供水管，2-11：供水阀。
3：升降机构， 3-1：升降平台， 3-2：输送线， 3-3：升降动力机构， 3-4：挡板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其原理为：设置上下两层输送线，在每层输送线上设置若干依次排布的纯化槽，各纯化槽在上下两层输送线上循环运转；对应纯化槽的循环运转方向依次设置出料工位、清洗工位和进料工位，当纯化槽移动至出料工位时吸出纯化槽内已纯化的原料，当纯化槽移动至清洗工位时对吸出原料后的纯化槽进行清洗，当纯化槽移动至进料工位时注入待纯化原料进行下一周期的纯化处理。
其中，上下两层输送线可以采用辊棒传动的方式进行输送，也可以采用皮带的传动方式进行输送。所述纯化槽利用浸没式超滤膜进行纯化处理。输送方式优选为步进式输送，即走一步停一下，这样可以起到更好的纯化效果。
优选地，所述出料工位位于下层输送线的最端部的一个纯化槽位置，所述清洗工位位于所述出料工位正上方，所述进料工位按输送方向紧接着所述清洗工位设置。这样，不仅便于出料，确保加料出料可以全过程连续进行；而且结构紧凑，避免工位的浪费。
实际工作时，通过控制上下两层输送线的传动速度即可控制纯化时间，纯化控制方便。
实施例1。
如图1所示，一种硅溶胶肥料的纯化设备，包括：机架1，安装在所述机架1上的上层输送线1-1和下层输送线1-2，所述上层输送线1-1和所述下层输送线1-2均为水平设置、长度走向一致、运行速度一致、运行方向相反；在所述上层输送线1-1和所述下层输送线1-2上分别设有若干纯化槽2，所述纯化槽2用来实现硅溶胶的纯化；在所述机架1的两端分别设有升降机构3，所述升降机构3用来实现纯化槽2在上下两层输送线之间的过渡循环。
本实施例中，所述上层输送线1-1和所述下层输送线1-2均为辊棒传动机构，分别包括若干平行设置辊棒，在各所述辊棒的两端设有传动齿，位于各所述辊棒同一侧的各所述传动齿均啮合在同一传动链条上。工作时，通过电机或其他驱动机构来带动其中一个辊棒旋转即可实现上层输送线1-1或下层输送线1-2上的各辊棒同步运转，进而实现上层输送线1-1或下层输送线1-2输送功能。
在一些实施方式中，所述上层输送线1-1和/或所述下层输送线1-2还可以设置成皮带传动机构，如，设置两个成对的辊棒，然后在两辊棒上设置张紧并循环运转的皮带。工作时，通过辊棒的旋转来带动皮带的循环运转，同样可以达到连续输送纯化槽的目的，不限于本实施例。
结合图2所示，所述升降机构3包括：高度可调的升降平台3-1，安装在所述升降平台3-1上的输送线3-2，驱使所述升降平台进行高度调节的升降动力机构3-3，以及驱使所述输送线3-2正反转的旋转动力机构。
本实施例中，优选所述升降动力机构3-3为气缸，优选所述旋转动力机构为步进电机。显然，本领域技术人员根据实际需要的不同可以采用直线电机来代替气缸，也可以采用其他旋转驱动机构来代替步进电机，只要能起到升降驱动和旋转驱动的目的即可，不限于本实施例。
在本实施例中，所述输送线3-2为辊棒传动机构，包括若干平行设置辊棒，在各所述辊棒的两端设有传动齿，位于各所述辊棒同一侧的各所述传动齿均啮合在同一传动链条上。工作时，通过正反转电机或其他旋转动力机构来带动其中一个辊棒进行正反转即可实现不同方向的送料。显然，本领域技术人员根据实际需要的不同，也可以将输送线3-2设置成皮带输送机构，能起到类似的技术效果；这里不再详细阐述。
所述升降机构3的工作原理为：当纯化槽2从上层输送线1-1或下层输送线1-2输出并进入升降机构3上，启动旋转动力机构、并使输送线3-2以大于上层输送线1-1或下层输送线1-2的运转速度运转，使纯化槽2加快速度进入到升降平台3-1内，当纯化槽2完全进入升降平台3-1后，旋转动力机构停止运转；然后通过升降动力机构3-3驱使升降平台3-1进行上升或下降，当纯化槽2上升或下降到预定位置时，旋转动力机构驱使输送线3-2反向运转，使纯化槽2进入预定的上层输送线1-1或下层输送线1-2，实现纯化槽2在上层输送线1-1与下层输送线1-2之间的高低切换循环。相应地，当旋转动力机构驱使输送线3-2反向运转，同样以上层输送线1-1或下层输送线1-2的运转速度运转，以促使纯化槽2尽快进入上层输送线1-1或下层输送线1-2。
本实施例中，在所述升降机构3上还设有挡板3-4，所述挡板3-4设置在所述升降机构3远离所述机架1的一侧上。在这里，设置挡板3-4的好处时，当纯化槽2被输送到升降机构3的外端部时被所述挡板3-4阻挡，避免纯化槽2从升降机构3上意外掉落。
结合图3所示，所述纯化槽2的结构设计借鉴自来水厂现有的浸没式超滤装置，包括槽体2-1，以及设置在所述槽体2-1内的若干浸没式超滤膜组件2-2。所述浸没式超滤膜组件2-2为管状腔体结构，所述浸没式超滤膜组件2-2的内腔为纯水腔、用来注入纯水，所述槽体2-1构成原料腔、用来注入待纯化的硅溶胶原料。工作时，通过浸没式超滤膜组件2-2两侧的浓度差实现原材料的提纯。
本实施例中，各所述浸没式超滤膜组件2-2的内腔出口连接到第一管道2-5上，并在该第一管道2-5上设置相应的第一通断阀2-6。当纯化结束后，需要排出浸没式超滤膜组件2-2内的水时，将该第一管道2-5与相应的收集装置连接，然后开启所述第一通断阀2-6即可。当需要对浸没式超滤膜组件2-2注入纯水时，也通过该第一管道2-5实现注水。
结合图4所示，在所述纯化槽2的底部设有托具2-3，所述浸没式超滤膜组件2-2由所述托具2-3支撑悬设与所述纯化槽2内；在所述浸没式超滤膜组件2-2上侧设有反冲洗装置2-4，所述反冲洗装置2-4上连接用供水管2-10，在所述供水管2-10上连接有供水阀2-11；通过反冲洗装置2-4可以冲洗粘附于所述浸没式超滤膜组件2-2外表面的硅溶胶原料。
其中，在所述纯化槽2的下侧部还连接有第二管道2-7，在所述第二管道2-7上设有第二通断阀2-8和抽吸泵2-9，用来抽吸纯化槽2内纯化后的硅溶胶原料。
本实施例提供的一种硅溶胶肥料的纯化设备，其工作原理为：在上层输送线1-1和下层输送线1-2的相应位置定义出出料工位、清洗工位和进料工位，如将下层输送线1-1的最端部的一个纯化槽位置定义为出料工位，将上层输送线上位于所述出料工位正上方的纯化槽位置定位为清洗工位，将上层输送线上按输送方向紧接着所述清洗工位纯化槽定义为进料工位。当纯化槽2移动至出料工位后，利用抽吸装置吸出原料腔内纯化后的原料、并排除纯水腔内的水；当纯化槽2移动至清洗工位时，往纯水腔内注入纯水，对超滤膜进行反冲洗，同时排出原料腔内反冲洗下来的脏污；当纯化槽2移动至进料工位后，往原料腔内加入新的、待纯化的原料进入一周期纯化工作。
在本实施例中，纯化后原料的抽吸、纯化槽的反冲洗、以及待纯化原料的进料均为人工手动辅助进行。在一些实施方式中，也可以采用机械手、智能机器人等一些智能设备来代替人工手动操作，不限于本实施例。
与现有技术相比，本实施例提供的一种硅溶胶肥料的纯化设备，采用上下两层输送线将多个纯化槽设置成循环流动的方式，在纯化槽的循环运转过程中自动实现原料的纯化，可在生产时同时进行进料、纯化、换水、出料、清洗工作，产线具有持续运作特性。特别地，在纯化槽的循环输送过程中，可以采用步进的动作控制方式，使纯化槽内的原料、纯水发生一定的晃动，有效提高纯化离子交换效率，缩短纯化时间，提高生产效率。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。
Claims (10)
1.一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，设置上下两层输送线，在每层输送线上设置若干依次排布的纯化槽，各纯化槽在上下两层输送线上循环运转；对应纯化槽的循环运转方向依次设置出料工位、清洗工位和进料工位，当纯化槽移动至出料工位时吸出纯化槽内已纯化的原料，当纯化槽移动至清洗工位时对吸出原料后的纯化槽进行清洗，当纯化槽移动至进料工位时注入待纯化原料进行下一周期的纯化处理。
2.根据权利要求1所述的一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，上下两层输送线采用辊棒传动的方式进行输送，或采用皮带传动的方式进行输送。
3.根据权利要求1所述的一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，所述纯化槽利用浸没式超滤膜进行纯化处理，超滤膜的一侧为原料腔、另一侧为纯水腔，利用两腔之间的浓度差实现原料的纯化。
4.根据权利要求1或3所述的一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，上下两层输送线在进行输送时采用步进式输送，使纯化槽每走一步停一下。
5.根据权利要求1所述的一种硅溶胶肥料的纯化工艺，其特征在于，通过控制上下两层输送线的传动速度来控制各纯化槽的纯化时间。
6.一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，包括：机架，安装在所述机架上的上层输送线和下层输送线，所述上层输送线和所述下层输送线均为水平设置、长度走向一致；在所述上层输送线和所述下层输送线上分别设有若干纯化槽，所述纯化槽用来实现硅溶胶的纯化；在所述机架的两端分别设有升降机构，所述升降机构用来实现纯化槽在上下两层输送线之间的过渡循环；对应所述纯化槽的循环运转方向依次设置有出料工位、清洗工位和进料工位，分别用来实现纯化后原料的取出、纯化槽的清洗和待纯化原料的加入；
当所述纯化槽从所述上层输送线或所述下层输送线输出并进入所述升降机构时，启动所述旋转动力机构使所述纯化槽进入到所述升降平台内，当所述纯化槽完全进入所述升降平台后，所述旋转动力机构停止运转；然后通过所述升降动力机构驱使所述升降平台进行上升或下降，当所述纯化槽上升或下降到预定位置时，所述旋转动力机构驱使所述输送线反向运转，使所述纯化槽进入预定的所述上层输送线或所述下层输送线，实现所述纯化槽在所述上层输送线与所述下层输送线之间的高低切换循环。
7.根据权利要求6所述的一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，所述上层输送线、所述下层输送线为辊棒传动机构或皮带传动机构。
8.根据权利要求6所述的一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，所述升降机构包括：高度可调的升降平台，安装在所述升降平台上的输送线，驱使所述升降平台进行高度调节的升降动力机构，以及驱使所述输送线正反转的旋转动力机构；所述输送线为辊棒传动机构或皮带传动机构。
9.根据权利要求8所述的一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，所述输送线以大于相应的所述上层输送线或所述下层输送线的运转速度运转，使所述纯化槽加快速度进入或退出所述升降平台。
10.根据权利要求6所述的一种硅溶胶肥料的纯化设备，其特征在于，所述纯化槽包括槽体，以及设置在所述槽体内的若干浸没式超滤膜组件；所述浸没式超滤膜组件为管状腔体结构，所述浸没式超滤膜组件的内腔为纯水腔、用来注入纯水，所述槽体构成原料腔、用来注入待纯化的硅溶胶原料。
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