CN114288977A - 一种制备拟薄水铝石用的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及胶体制备设备领域，具体公开了一种制备拟薄水铝石用的装置及方法，包括反应罐以及与所述反应罐配合连接的供料组件与温控组件，所述供料组件包括二氧化碳供应机构与原料供应机构，所述二氧化碳供应机构包括压缩气罐、二氧化碳流量控制器以及供气管，所述压缩气罐用于储存压缩后的二氧化碳气体，所述供气管的一端与所述压缩气罐的输出口相接，另一端与所述二氧化碳流量控制器的输入端相接，能够控制二氧化碳喷入反应罐内的流量，继而确保了反应完成后拟薄水铝石的纯度与质量，并且装置的结构简单，易于控制，适用范围广，可信度高。

Description

一种制备拟薄水铝石用的装置及方法

技术领域

本发明涉及胶体制备设备领域，特别是一种制备拟薄水铝石用的装置及方法。

背景技术

拟薄水铝石也称勃姆石、一水软铝石胶体或准一水软铝石，是一种组成复杂、结晶不完善的由无序到有序、弱晶态到晶态的演化系列，典型结构为很薄的褶皱片层拟薄水铝石是具有特殊空间网状结构的氧化铝水合物，它具有零点电荷和界面吉布斯自由能高、孔隙率大、比表面高、分散性和胶溶性好以及触变凝胶等优良特性。

目前，拟薄水铝石的制备工艺主要有酸法、碱法、醇铝法、碳化法、双铝法、碳酸铝铵法等。碳化法合成拟薄水铝石是在反应器中装入一定量的待反应溶液，再通入一定浓度的二氧化碳气体使得二氧化碳与偏铝酸钠原液发生化学反应生成拟薄水铝石。研究表明，在碳化过程中，若二氧化碳浓度、二氧化碳流量、成胶终点pH值、反应溶液温度、以及老化过程温度控制不当，则会造成拟薄水铝石晶粒大小不均、孔径分布弥散等，不利于产业的规模化，影响后续催化剂的性能。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种制备拟薄水铝石用的装置及方法。

为达到上述目的本发明提供的技术方案为：一种制备拟薄水铝石用的装置，包括反应罐以及与所述反应罐配合连接的供料组件与温控组件；

所述供料组件包括二氧化碳供应机构与原料供应机构，所述二氧化碳供应机构包括压缩气罐、二氧化碳流量控制器以及供气管，所述压缩气罐用于储存压缩后的二氧化碳气体，所述供气管的一端与所述压缩气罐的输出口相接，另一端与所述二氧化碳流量控制器的输入端相接，所述二氧化碳流量控制器设置在所述反应罐的顶部，其输出端与所述反应罐的腔体相连通，所述压缩气罐上设置有第一传感器；

所述原料供应机构包括原料罐、进料斗以及供料管，所述原料罐用于储存偏铝酸钠原液，所述供料管的一端与所述原料罐的输出口相接，另一端与所述进料斗相接，所述进料斗设置在所述反应罐的顶部，所述进料斗的出料口与所述反应罐的腔体相连通，所述供料管上设置有抽液泵，所述原料罐底部设置有第二传感器；

所述温控组件包括温度调节器，所述温度调节器包括第一气管、第二气管以及冷热交换系统，所述反应罐设置有第一侧壁与第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁之间的空腔形成温控腔，所述第一气管与第二气管的一端均延伸至所述温控腔内，所述第一气管与第二气管上均设置有第三传感器；

所述反应罐内设置有pH值检测计与温度值检测计。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述温度调节器还设置有进水管与出水管，所述冷热交换系统包括空气腔与液体腔，所述进水管与出水管均与所述液体腔相接，所述第一气管与第二气管的另一端均与所述空气腔相接，通过将冷水或热水通入液体腔内，使得冷水或热水调整空气腔内气体的温度，进而完成冷热交换的过程。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述反应罐上设置有清洁机构，所述清洁机构包括推杆电机，所述推杆电机的输出配合连接有多级推杆，所述多级推杆贯穿反应罐的顶部延伸至反应罐的腔体内，所述多级推杆的末端固定连接有清洁环，通过推杆电机驱动多级推杆伸缩，进而带动清洁环沿反应罐腔体的内壁滑动。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述反应罐上设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机，所述搅拌电机的输出端配合连接有搅拌轴，所述搅拌轴贯穿反应罐的顶部延伸至反应罐的腔体内，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述二氧化碳流量控制器包括第一底座、第二底座、气塞、滑移连杆以及滑块，所述第一底座的侧壁间隔设置有若干个第一电磁铁，所述第二底座沿轴向间隔开设有若干个第一凹槽，所述第一凹槽的底部开设有通气孔，所述气塞嵌入所述第一凹槽内，所述滑移连杆的一端与所述气塞固定连接，另一端与所述滑块固定连接，所述滑移连杆与滑块连接的一端贯穿所述第二底座的侧壁伸入至第一底座内，且伸入至第一底座的部分套设有第一伸缩弹簧，所述第一伸缩弹簧的一端与所述滑块固定连接，另一端与所述第二底座的外侧壁固定连接。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第一凹槽的两侧壁均开设有第一导向槽，所述气塞的两侧设置有第一导向块，所述第一导向块嵌入所述第一导向槽内，所述第一底座的底部开设有第二导向槽，所述滑块底部设置有第二导向块，所述第二导向块嵌入所述第二导向槽内，所述第二导向槽上间隔设置有若干个第四传感器。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述进料斗的底部设置有原液液量控制器，所述原液液量控制器包括隔板，所述隔板密封安装在所述进料斗的底部，所述隔板上设置有溢流孔与堵液块，所述隔板的底部开设有第二凹槽，所述堵液块嵌入所述第二凹槽内，所述堵液块上设置有固定块，所述隔板的一侧边上设置有第一固定板与第二固定板，所述第一固定板上设置有第二电磁铁，所述第二固定板上固定连接有第二伸缩弹簧，所述第二伸缩弹簧的另一端固定连接有滑移块，所述滑移块固定连接有拉杆，所述拉杆的另一端与所述固定块固定连接。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第二凹槽的两侧壁开设有第三导向槽，所述堵液块的两侧设置有第三导向块，所述第三导向块嵌入所述第三导向槽内，所述隔板的底部还开设有第四导向槽，诉所述滑移块的底部设置有第四导向块，所述第四导向块嵌入所述第四导向槽内，所述第四导向槽内间隔设置有若干个第五传感器。

本发明第二方面提供了一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，包括如下步骤：

获取反应罐内反应溶液实时的pH值；

将实时的pH值与第一预设pH值、第二预设pH值以及第三预设pH值进行比较；

若实时的pH值大于第一预设pH值，则二氧化碳按照第一流量流入反应罐内；

若实时的pH值位于第一预设pH值与第二预设pH值范围内，则二氧化碳按照第二流量流入反应罐内；

若实时的pH值位于第二预设pH值与第三预设pH值范围内，则二氧化碳按照第三流量流入反应罐内；

若实时的pH值小于第三预设pH值，则停止二氧化碳通入反应罐内；

其中，所述第一预设pH值大于第二预设pH值，第二预设pH值大于第三预设pH值。

本发明第三方面提供了一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，包括如下步骤：

获取反应罐内反应溶液实时的温度值；

将实时的温度值与第一预设温度值以及第二预设温度值进行比较；

若实时的温度值大于第一预设温度值，则往温度调节器中液体腔通入冷水，以通过冷水带走温度调节器中空气腔中气体的热量，进而降低反应罐内溶液反应温度；

若实时的温度值小于第二预设温度值，则往温度调节器中液体腔中通入热水，以通过热水为温度调节器中空气腔的气体提供热量，进而提高反应罐内溶液反应温度。

本发明公开的一种制备拟薄水铝石用的装置及方法，通过二氧化碳流量控制器，实现了智能的控制二氧化碳的通断，使得控制系统能够控制二氧化碳喷入反应罐内的流量，继而确保了反应完成后拟薄水铝石的纯度与质量，并且装置的结构简单，易于控制，适用范围广，可信度高；装置具备自动识别故障的功能并且能够对故障进行精准的定位，使得检修人员能够快速的检修，免去了检修人员排查故障的时间，提高了劳动效率；通过计算或控制第二电磁阀通电的时间便能够计算或控制原液进入反应罐内的液体量，进而使得用户能够掌握或自由的控制原液在反应罐的液体量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本装置的立体结构示意图；

图2为本装置的另一视角立体结构示意图；

图3为反应罐内部结构示意图；

图4为清洁机构的结构示意图；

图5为第一电磁铁断电时二氧化碳流量控制器内部结构示意图；

图6为第一电磁铁通电时二氧化碳流量控制器内部结构示意图；

图7为第二电磁铁通电时原液液量控制器内部结构示意图；

图8为第二电磁铁断电时原液液量控制器内部结构示意图；

图9为冷热交换系统的结构简图；

图10为一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法的第一方法流程图；

图11为一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法的第二方法流程图；

附图标记说明如下：101、反应罐；104、压缩气罐；105、二氧化碳流量控制器；106、供气管；107、第一底座；108、第二底座；109、气塞；201、滑移连杆；202、滑块；203、第一电磁铁；204、第一凹槽；205、通气孔；206、第一伸缩弹簧；302、原料罐；303、进料斗；304、供料管；305、抽液泵；306、隔板；307、溢流孔；308、堵液块；309、第二凹槽；401、固定块；402、第一固定板；403、第二固定板；404、第二电磁铁；405、第二伸缩弹簧；406、滑移块；407、拉杆；408、第三导向槽；409、第三导向块；501、第四导向槽；503、温度调节器；504、第一气管；505、第二气管；506、第一侧壁；507、第二侧壁；508、进水管；509、出水管；601、推杆电机；602、多级推杆；603、清洁环；604、搅拌电机；605、搅拌轴；606、搅拌叶片；607、原液液量控制器；608、温控腔；609、空气腔；701、液体腔；702、隔离板。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，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，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明第一方面提供了一种制备拟薄水铝石用的装置，包括反应罐101以及与所述反应罐101配合连接的供料组件与温控组件。

需要说明的是，首先，将偏铝酸钠原液通过原料供应机构排至反应罐101内，然后通过二氧化碳供应机构不断往反应罐101内注入二氧化碳气体，使得偏铝酸钠原液与二氧化碳不断反应，进而使得偏铝酸钠原液成胶，然后再经过老化、洗涤、干燥等一系列处理，进而制备出拟薄水铝石。在偏铝酸钠原液成胶成胶的过程中，存在五种反应：（1）、

的快速中和反应；（2）、

的中和反应；（3）、

的水解反应；（4）、

的中和反应；（5）、

的复合反应，即：

其中，

为氢氧化钠；

二氧化碳；

碳酸钠；

为水；

为偏铝酸钠；

为氢氧化铝；

为碳酸氢钠；

为双羟基铝碳酸钠。

如图1、2、3所示，所述供料组件包括二氧化碳供应机构与原料供应机构，所述二氧化碳供应机构包括压缩气罐104、二氧化碳流量控制器105以及供气管106，所述压缩气罐104用于储存压缩后的二氧化碳气体，所述供气管106的一端与所述压缩气罐104的输出口相接，另一端与所述二氧化碳流量控制器105的输入端相接，所述二氧化碳流量控制器105设置在所述反应罐101的顶部，其输出端与所述反应罐101的腔体相连通，所述压缩气罐104上设置有第一传感器。

需要说明的是，首先，当需要往反应罐101通入二氧化碳气体时，控制二氧化碳流量控制器105开启，使得压缩气罐104内的二氧化碳气体沿供气管106输送至反应罐101内，进而实现自动化控制的过程。其次，压缩气罐104还与外部气体供应机构连接，通过外部气体供应机构能够实时的为压缩气罐提供二氧化碳气体，并且使得压缩气罐内气体压力始终保持在一定的压力值上。此外，压缩气罐104内设置有第一传感器，第一传感器可以是压力传感器，第一传感器可以实时检测压缩气罐104内的压力信息，当压缩气罐104内的压力信息小于一定值时，此时说明外部气体供应机构可能发生了故障而不能为压缩气罐提供气体，此时第一传感器把信号反馈至控制系统上，控制系统生成警报信息，以提示用户对外部气体供应机构进行检修，进而确保气体的供应，并且实现了智能化。

如图5、6所示，所述二氧化碳流量控制器105包括第一底座107、第二底座108、气塞109、滑移连杆201以及滑块202，所述第一底座107的侧壁间隔设置有若干个第一电磁铁203，所述第二底座108沿轴向间隔开设有若干个第一凹槽204，所述第一凹槽204的底部开设有通气孔205，所述气塞109嵌入所述第一凹槽204内，所述滑移连杆201的一端与所述气塞109固定连接，另一端与所述滑块202固定连接，所述滑移连杆201与滑块202连接的一端贯穿所述第二底座108的侧壁伸入至第一底座107内，且伸入至第一底座107的部分套设有第一伸缩弹簧206，所述第一伸缩弹簧206的一端与所述滑块202固定连接，另一端与所述第二底座108的外侧壁固定连接。

需要说明的是，在二氧化碳与偏铝酸钠原液反应的过程中，二氧化碳排入反应罐101内的流量影响着拟薄水铝石的晶粒大小、晶型结构以及结晶度。假若一直以较大的二氧化碳流量排入反应罐101内时，会导致成胶过程中以偏铝酸钠溶液的中和反应（2）为主，生成的是无定形水合氧化铝和小晶粒的拟薄水铝石，经过老化后转化为无三水铝石杂晶且晶粒较大的拟薄水铝石；假若一直以较小二氧化碳流量排入反应罐101内时，由于偏铝酸钠溶液中的中和反应（2）和偏铝酸钠的水解反应（3）同时进行，老化后的产物为拟薄水铝石与三水铝石的混合物，会导致拟薄水铝石中混杂着三水铝石杂晶，使得成品的后纯度较低。因此，在二氧化碳与偏铝酸钠原液反应的过程中，需要根据实际需要不断的调整二氧化碳排入反应罐101内的流量，进而确保反应完成后拟薄水铝石的纯度与质量。

鉴于上述提出的技术问题，本发明中通过设置二氧化碳流量控制器105进而实现精准的控制二氧化碳的流量以及其通断，其工作原理与过程是：当需要二氧化碳气体通入反应罐101内时，使得第一电磁铁203通电，继而使得第一电磁铁203具备磁力，进而使得滑块202被吸附在第一电磁铁203上，进而使得滑移连杆201拉动气塞109往外移动，进而使得气塞109不再堵住通气孔205，进而使得二氧化碳气体能够通过通气孔205从而喷入至反应罐101内；当不需要二氧化碳气体进入反应罐101内时，使得第一电磁铁203断电，进而使得第一电磁铁203不具备磁力，滑块202在第一伸缩弹簧206的回弹力作用下复位，进而使得滑移连杆201推动气塞109往内移动，进而使得气塞109堵住通气孔205，使得二氧化碳不能够进入到反应罐101内；此外，二氧化碳流量控制器105还具备控制二氧化碳通过反应罐101内流量的功能，在本发明的实施例中，第一电磁铁203设置为六个，通过控制第一电磁铁203的通断电数便可以控制二氧化碳的喷入流量，例如，当二氧化碳的喷入流量需要减少至原来的一半时，通过控制系统控制其中三个第一电磁铁203断电即可。这样一来，不仅实现了智能的控制二氧化碳的通断，使得控制系统能够控制二氧化碳喷入反应罐101内的流量，继而确保了反应完成后拟薄水铝石的纯度与质量，并且装置的结构简单，易于控制，适用范围广，可信度高。

所述第一凹槽204的两侧壁均开设有第一导向槽，所述气塞109的两侧设置有第一导向块，所述第一导向块嵌入所述第一导向槽内，所述第一底座107的底部开设有第二导向槽，所述滑块202底部设置有第二导向块，所述第二导向块嵌入所述第二导向槽内，所述第二导向槽上间隔设置有若干个第四传感器。

需要说明的是，首先，通过第一导向槽，使得气塞109在往外或往内滑动的过程中更加的平稳，能够避免气塞109出现位置偏移的情况，起到了导向作用，并且还能够避免气塞109掉出至第一凹槽204外，起到支撑作用。其次，通过第二导向槽，使得滑块202在往外或往内活动过程中更加的平稳，能够避免滑块202出现位置偏移的情况，起到了导向作用。此外，在第二导向槽内设置有若干个第四传感器，第四传感为红外传感器，第四传感器间信号互连，通过第四传感器可以检测出第一电磁铁203或第一伸缩弹簧206是否发生了故障；例如，在对某一第一电磁铁203通电后，第四传感器检测到滑块202的位置还是处于原位，此时说明该第一电磁铁203已经失去了磁力，此时控制系统便会把故障信息发送至用户端上，提醒用户对该第一电磁铁203进行检修；若在对某一电磁铁断电后，第四传感器检查到滑块202的位置不能够恢复至原位上，此时说明该位置上的第一伸缩弹簧206已经失去了弹性，此时控制系统便会把故障信息发送至用户端上，提醒用户对该第一伸缩弹簧206进行检修。这样一来，便使得装置具备自动识别故障的功能并且能够对故障进行精准的定位，使得检修人员能够快速的检修，免去了检修人员排查故障的时间，提高了劳动效率。

如图1、2所示，所述原料供应机构包括原料罐302、进料斗303以及供料管304，所述原料罐302用于储存偏铝酸钠原液，所述供料管304的一端与所述原料罐302的输出口相接，另一端与所述进料斗303相接，所述进料斗303设置在所述反应罐101的顶部，所述进料斗303的出料口与所述反应罐101的腔体相连通，所述供料管304上设置有抽液泵305，所述原料罐302底部设置有第二传感器。

需要说明的是，当需要往反应罐101内添加偏铝酸钠原液时，控制抽液泵305开启，使得偏铝酸钠原液由原料罐302中抽至进料斗303内，偏铝酸钠原液再由进料斗303排入至反应罐101内。设计进料斗303的目的一方面是为了避免原液直接喷入至反应罐101内，进料斗303起到了缓冲的作用，因为原液经过抽液泵305的加压，会具备很大的冲击力，若直接排入至反应罐101内，原液会直接冲击反应罐101的内壁以及搅拌叶片606，从而对内壁以及搅拌叶片606造成很大的伤害，因此需要通过进料斗303对原液进行缓冲，然后再排入至反应罐101内，以提高装置的使用寿命。另一方面是为了能够计算并控制原液进入反应罐101内的液量，以实现精准的控制原液的反应量。此外，原料罐302底部设置有第二传感器，第二传感器可以是液位传感器，当原料罐302的原料耗尽时，第二传感器把信息反馈至控制系统上，控制系统生成警报信息，以提示用户添加原液。

如图7、8所示，所述进料斗303的底部设置有原液液量控制器607，所述原液液量控制器607包括隔板306，所述隔板306密封安装在所述进料斗303的底部，所述隔板306上设置有溢流孔307与堵液块308，所述隔板306的底部开设有第二凹槽309，所述堵液块308嵌入所述第二凹槽309内，所述堵液块308上设置有固定块401，所述隔板306的一侧边上设置有第一固定板402与第二固定板403，所述第一固定板402上设置有第二电磁铁404，所述第二固定板403上固定连接有第二伸缩弹簧405，所述第二伸缩弹簧405的另一端固定连接有滑移块406，所述滑移块406固定连接有拉杆407，所述拉杆407的另一端与所述固定块401固定连接。

需要说明的是，通过原液液量控制器607可以控制原液的通断以及计算出原液进入反应罐101内的液体量。当需要原液排入至反应罐101内时，使得第二电磁铁404通电，第二电磁铁404具备磁力，进而使得滑移块406被吸附在第二电磁铁404上，进而使得拉杆407拉动堵液块308往侧边移动，继而使得堵液块308不再堵住溢流孔307，使得原液沿进料斗303流至溢流孔307中，再流至反应罐101内；当不需要原液排入至反应罐101内时，使得第二电磁铁404断电，第二电磁铁404失去磁力，滑移块406在第二伸缩弹簧405的回弹力的作用下复位，进而使得堵液块308重新堵住溢流孔307，使得原液不能够穿过溢流孔307；并且通过计算第二电磁铁404通电的时间便能够计算出原液流入反应罐101内的液体量，因为溢流孔307的孔径是确定的，因此在一定时间流过溢流孔307的液体量也是可以确定的，因此可以通过计算或控制第二电磁阀通电的时间便能够计算或控制原液进入反应罐101内的液体量，进而使得用户能够掌握或自由的控制原液在反应罐101的液体量。

如图7、8所示，所述第二凹槽309的两侧壁开设有第三导向槽408，所述堵液块308的两侧设置有第三导向块409，所述第三导向块409嵌入所述第三导向槽408内，所述隔板306的底部还开设有第四导向槽501，诉所述滑移块406的底部设置有第四导向块，所述第四导向块嵌入所述第四导向槽501内，所述第四导向槽501内间隔设置有若干个第五传感器。

需要说明的是，首先，通过第三导向槽408，使得堵液块308在滑动的过程中更加平稳，能够避免堵液块308在移动过程中出现位置偏移的情况，起到了导向作用，并且还能够避免堵液块308掉出至第二凹槽309外，起到了支撑作用。其次，通过第四导向槽501使得滑移块406在滑动过程中更加平稳，避免出现位置偏移情况。此外，在第四导向槽501内设置有第五传感器，第五传感器可以是红外传感器，通过第五传感器可以检测出第二电磁铁404或第二伸缩弹簧405是否发生了故障；例如，在对第二电磁铁404通电后，若第五传感器检测到滑移块406的位置还是处于原位，此时说明该第二电磁铁404已经失去了磁力，此时控制系统便会把故障信息发送至用户端上，以提醒用户对第二电磁铁404进行检修；若在对第二电磁铁404断电后，第五传感器检查到滑移块406的位置不能够恢复至原位上，此时说明第二伸缩弹簧405已经失去了弹性，此时控制系统便会把故障信息发送至用户端上，提醒用户对该第二伸缩弹簧405进行检修。这样一来，便使得装置具备自动识别故障的功能并且能够对故障进行精准的定位，使得检修人员能够快速的检修，免去了检修人员排查故障的时间，提高了劳动效率。

如图1、2、3所示，所述温控组件包括温度调节器503，所述温度调节器503包括第一气管504、第二气管505以及冷热交换系统，所述反应罐101设置有第一侧壁506与第二侧壁507，所述第一侧壁506与第二侧壁507之间的空腔形成温控腔608，所述第一气管504与第二气管505的一端均延伸至所述温控腔608内，所述第一气管504与第二气管505上均设置有第三传感器；所述反应罐101内设置有pH值检测计与温度值检测计。

如图1、9所示，所述温度调节器503还设置有进水管508与出水管509，所述冷热交换系统包括空气腔609与液体腔701，所述进水管508与出水管509均与所述液体腔相接，所述第一气管504与第二气管505的另一端均与所述空气腔609相接，通过将冷水或热水通入液体腔701内，使得冷水或热水调整空气腔内气体的温度，进而完成冷热交换的过程。

需要说明的是，如图9所示，空气腔609与液体腔701通过隔离板702隔开，进而使得两者形成独立的腔体，隔离板702由导热性能较好的材料制成。温度调节器的工作原理是这样的：当需要制备冷气时，通过进水管508往液体腔701内不断通入低温冷水，使得冷水充满整个液体腔，空气腔609内高温气体的热量便会通过隔离板702传导致液体腔701的低温冷水上，进一步使得空气腔609内高温气体变为温度较低的冷气，而液体腔701内的低温冷水吸取热量变为高温热水后，由出水管509排出，进而完成制备冷气的过程。当需要制备暖气时，同理，往液体腔通入热水即可。需要注意的是，所述冷热交换系统还包括气泵，通过气泵可以将空气腔内的气体抽至温控腔内，或将温控腔内的气体抽至空气腔内。

需要说明的是，在二氧化碳与偏铝酸钠原液反应的过程中，反应罐101内溶液反应温度影响着拟薄水铝石的晶粒大小、晶型结构以及结晶度。当反应温度低于55摄氏度时，生成物是氧化铝和拟薄水铝石的混合物，其最终物的纯度不高，且拟薄水铝石的晶粒也较大；当反应温度大于80摄氏度时，生成物是三水铝石与拟薄水铝石的混合物，最终物的纯度也不高；当反应温度控制在60摄氏度到80摄氏度之间时，能够抑制偏铝酸钠原液中的水解反应的发生，从而制备出较纯的拟薄水铝石。因此，确保反应温度在适当的范围内事关制备出拟薄水铝石的纯度与质量。

然而，在反应过程中，由于反应阶段的不同，反应溶液的温度是在变化的，其原因是偏铝酸钠原液与二氧化碳不断的发生化学反应。例如，由上述反应式（2）可知，偏铝酸钠与二氧化碳的中和反应是放热反应，在此反应过程中反应溶液的温度会增加；由上述反应式（3）可知，偏铝酸钠的水解反应是吸热反应，在此反应过程中反应溶液的温度会降低。综上所述，在偏铝酸钠原液与二氧化碳反应的过程中，反应溶液的温度是会自身变化的，因此，在本发明中，设计了温度调节器503，通过温度调节器503智能的调节反应罐101内的溶液的温度，以确保在反应时溶液温度保持在适当范围内。

温度调节器503的原理是这样的：通过温度值检测计实时检测反应溶液的温度值。当反应溶液的温度大于某一特定值时，温度值检测计把信号反馈至控制系统上，使得控制系统控制温度调节器503制备冷气，并且通过第一气管504将冷气输送至温控腔608的底部，基于“冷气下沉，暖气上浮”的原理，冷气会由下至上的填满温控腔608，并且温控腔608内原有的暖气会由第二气管505中流出，进而流至冷热交换系统的空气腔内，然后暖气经过冷热交换系统完成冷热交换后变成冷气，再由第一气管504中排入至温控腔608内，进而完成一个循环冷却的过程，更加的节省能源，并且能够使得反应溶液保持在适当的温度内；反之，当反溶液温度小于某一特定值时，温度调节器503制备暖气，通过第二气管505将暖气输送至温控腔608顶部，使得暖气由上至下的填满温控腔608，并且温控腔608内原有的冷气会由第一气管504流出，进而流至空气腔内，然后再制备成暖气，进而排回至温控腔608内，进而完成一个循环加温的过程。此外，由于温控腔608是由第一侧壁506与第二侧壁507之间形成的隔层空腔结构，因此，冷气或暖气并不会进入到反应罐101的内腔与反应溶液发生接触，不会对反应溶液造成任何影响，进而保证了制备时的质量。第三传感器可以是接触传感器，而对于第三传感器而言，第三传感器可以检测第一气管504或第二气管505有无气体通过，进而判断冷气或暖气能否在空气腔与温控腔中顺利循环。

需要说明的是，在偏铝酸钠原液与二氧化碳充分反应完成后，需要对反应完成的溶液进行老化处理。老化处理是指溶液反应结束后使得溶液升温至所需温度并恒温一段时间，进而使成胶过程中生成的絮状、松散的水合氧化铝凝胶进一步结晶，使晶粒尺寸长大，形成稳定态的拟薄水铝石。传统的老化方法是：在偏铝酸钠原液与二氧化碳充分反应完成后，把反应罐101内的溶液转移到恒温罐中，然后再通过恒温罐对溶液进行老化处理，这一步骤的弊端在于需要对溶液进行转移，进而降低生产效率，不利于大规模制备。而在本发明中，偏铝酸钠原液与二氧化碳充分反应完成后，只需要通过温度调节器503制备暖气，使得暖气通入温控腔608内，进而使得溶液升温至所述温度并且恒温一段时间，进而直接在反应罐101内完成老化的过程，不需要再次转移溶液，节省了转移的时间，提高了生产效率。

如图1、3、4所示，所述反应罐101上设置有清洁机构，所述清洁机构包括推杆电机601，所述推杆电机601的输出配合连接有多级推杆602，所述多级推杆602贯穿反应罐101的顶部延伸至反应罐101的腔体内，所述多级推杆602的末端固定连接有清洁环603，通过推杆电机601驱动多级推杆602伸缩，进而带动清洁环603沿反应罐101腔体的内壁滑动。

需要说明的是，当偏铝酸钠原液与二氧化碳反应完成后，需要在反应罐101内恒温保持一段时间，这一过程是便是老化过程，老化完成后的，偏铝酸钠原液会变成胶状物，然后再将该胶状物由反应罐101底部的排流孔排出收集，然后再进行洗涤、干燥等步骤，最终才会制成拟薄水铝石，然而在收集反应罐101内的胶状物时胶状物会粘黏在反应罐101的侧壁上，若不对侧壁上的胶物进行回收，会降低生产效率，因此，在本发明中，通过推杆电机601推动多级推杆602伸缩，进而通过清洁环603把粘黏在反应罐101侧壁上胶状物扫动至反应罐101的底部，进而通过排流孔进行回收，以提高胶状物的回收量，提高生产效率。此外，清洁环603设置为凸台结构，以使得清洁环603在扫动胶状物时胶状物更加顺利的流落至反应罐101底部，不要多次来回扫动侧壁，提高回收效率。

如图1、3所示，所述反应罐101上设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机604，所述搅拌电机604的输出端配合连接有搅拌轴605，所述搅拌轴605贯穿反应罐101的顶部延伸至反应罐101的腔体内，所述搅拌轴605上设置有搅拌叶片606。

需要说明的是，当往反应罐101内通入二氧化碳气体的过程中，二氧化碳气体不断的溶于原液中，使得反应罐101内的原液不断被压缩加压，同时启动搅拌电机604，进而通过搅拌轴605带动搅拌高速叶片旋转，在搅拌叶片606高速旋转搅拌下，溶于原液中的二氧化碳气泡被不断打碎，使得二氧化碳气体与原液进一步充分混合溶解，进而提高气液溶解效率，并且细微气泡可达20至30微米，进而克服了传统装置运行不稳定及大气泡翻腾的问题，极大的提高了反应效率。

本发明第二方面提供了一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，如图10所示，包括如下步骤：

S102：获取反应罐内反应溶液实时的pH值；

S104：将实时的pH值与第一预设pH值、第二预设pH值以及第三预设pH值进行比较；

S106：若实时的pH值大于第一预设pH值，则二氧化碳按照第一流量流入反应罐内；

S108：若实时的pH值位于第一预设pH值与第二预设pH值范围内，则二氧化碳按照第二流量流入反应罐内；

S110：若实时的pH值位于第二预设pH值与第三预设pH值范围内，则二氧化碳按照第三流量流入反应罐内；

S112：若实时的pH值小于第三预设pH值，则停止二氧化碳通入反应罐内；

其中，所述第一预设pH值大于第二预设pH值，第二预设pH值大于第三预设pH值。

其中，二氧化碳的第一流量大于第二流量，第二流量大于第三流量。

需要说明的是，反应溶液成胶终点pH值对生成物的晶型、胶溶指数都有较大的影响。若溶液成胶终点pH值大于11，生成的水合氧化铝含有部分甚至全部为三水铝石，进而导致最终物中混杂着较多杂质，对最终物质量造成较大影响；若溶液成胶终点值小于10，会造成最终物中的氧化钠质量分数超标，导致产品孔体积、比面积均显著下降；而在成胶终点pH值为10.5至10.8时，成胶过程中偏铝酸钠溶液的中和反应占绝对优势，这时偏铝酸钠转化比较完全，得到的水合氧化铝老化后均转化为拟薄水铝石。因此，在溶液反应过程中，需要精准的控制成胶终点pH值，以制备出纯度高、质量好拟薄水铝石。因此，在本发明中，通过pH值检测计实时检测反应溶液中的pH值，通过实时的pH值，控制二氧化碳通入反应罐101内的流量，在反应过程中，当pH值逐渐变小时，通入的二氧化碳流量逐渐减小。例如，在反应刚开始时，在二氧化碳流量值合适的范围内，应该往反应罐101中通入较大流量的二氧化碳，以使得反应速度更快，提高反应效率，并且随着反应不断的进行，通入二氧化碳的流量需要逐渐的减小，这一目的是为了精准的控制反应溶液成胶终点pH值，因为若在反应溶液即将达到成胶终点pH值，还通入较大流量的二氧化碳，会导致通入二氧化碳过量的情况，进而造成胶终点pH值过低，进而影响成品质量。当溶液的pH值达到某一特定值时，停止二氧化碳的喷入，通过反应罐101内剩余的二氧化碳与溶液继续反应，以实现精准的控制溶液成胶终点pH值。

本发明第三方面提供了一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，如图11所示，包括如下步骤：

S202：获取反应罐内反应溶液实时的温度值；

S204：将实时的温度值与第一预设温度值以及第二预设温度值进行比较；

S206：若实时的温度值大于第一预设温度值，则往温度调节器中液体腔通入冷水，以通过冷水带走温度调节器中空气腔中气体的热量，进而降低反应罐内溶液反应温度；

S208：若实时的温度值小于第二预设温度值，则往温度调节器中液体腔中通入热水，以通过热水为温度调节器中空气腔的气体提供热量，进而提高反应罐内溶液反应温度。

其中，通过温度值检测计实时测量反应溶液的温度值；判断在预设时间内，溶液温度变化率大于预设变化率；若大于，判断溶液温度是处于逐步降低阶段还是逐步增加阶段；若溶液温度处于逐步降低阶段，则说明溶液处于吸热反应的过程，此时通过控制系统控制温度调节器503对反应溶液进行增温处理，以提高吸热反应的反应速率；若溶液温度处于逐步增加阶段，则说明溶液温度处于放热反应的过程，此时通过控制系统控制温度调节器503对反应溶液进行降温处理，以提高放热反应的反应速率。

需要说明的是，在反应过程中，由于反应阶段的不同，反应溶液会发生吸热以及放热的化学反应。由上述反应式（3）可知，偏铝酸钠与二氧化碳的中和反应是吸热反应，在此反应过程中若使得反应溶液中反应温度处于最佳反应温度（上文已说明最佳反应温度值为60至80摄氏度）的高点温度范围值（最好保持在75至80摄氏度之间）时，此时反应溶液的反应速率会更高，因为在吸热反应过程中，使得反应温度较高的话，会对该化学反应有促进作用，进而提高溶液的反应效率。

以上依据本发明的理想实施例为启示，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种制备拟薄水铝石用的装置，包括反应罐以及与所述反应罐配合连接的供料组件与温控组件，其特征在于：

所述供料组件包括二氧化碳供应机构与原料供应机构，所述二氧化碳供应机构包括压缩气罐、二氧化碳流量控制器以及供气管，所述压缩气罐用于储存压缩后的二氧化碳气体，所述供气管的一端与所述压缩气罐的输出口相接，另一端与所述二氧化碳流量控制器的输入端相接，所述二氧化碳流量控制器设置在所述反应罐的顶部，其输出端与所述反应罐的腔体相连通，所述压缩气罐上设置有第一传感器；

所述原料供应机构包括原料罐、进料斗以及供料管，所述原料罐用于储存偏铝酸钠原液，所述供料管的一端与所述原料罐的输出口相接，另一端与所述进料斗相接，所述进料斗设置在所述反应罐的顶部，所述进料斗的出料口与所述反应罐的腔体相连通，所述供料管上设置有抽液泵，所述原料罐底部设置有第二传感器；

所述温控组件包括温度调节器，所述温度调节器包括第一气管、第二气管以及冷热交换系统，所述反应罐设置有第一侧壁与第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁之间的空腔形成温控腔，所述第一气管与第二气管的一端均延伸至所述温控腔内，所述第一气管与第二气管上均设置有第三传感器；

所述反应罐内设置有pH值检测计与温度值检测计；

所述温度调节器还设置有进水管与出水管，所述冷热交换系统包括空气腔与液体腔，所述进水管与出水管均与所述液体腔相接，所述第一气管与第二气管的另一端均与所述空气腔相接，通过将冷水或热水通入液体腔内，使得冷水或热水调整空气腔内气体的温度，进而完成冷热交换的过程。

2.根据权利要求1所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述反应罐上设置有清洁机构，所述清洁机构包括推杆电机，所述推杆电机的输出配合连接有多级推杆，所述多级推杆贯穿反应罐的顶部延伸至反应罐的腔体内，所述多级推杆的末端固定连接有清洁环，通过推杆电机驱动多级推杆伸缩，进而带动清洁环沿反应罐腔体的内壁滑动。

3.根据权利要求1所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述反应罐上设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌电机，所述搅拌电机的输出端配合连接有搅拌轴，所述搅拌轴贯穿反应罐的顶部延伸至反应罐的腔体内，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片。

4.根据权利要求1所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述二氧化碳流量控制器包括第一底座、第二底座、气塞、滑移连杆以及滑块，所述第一底座的侧壁间隔设置有若干个第一电磁铁，所述第二底座沿轴向间隔开设有若干个第一凹槽，所述第一凹槽的底部开设有通气孔，所述气塞嵌入所述第一凹槽内，所述滑移连杆的一端与所述气塞固定连接，另一端与所述滑块固定连接，所述滑移连杆与滑块连接的一端贯穿所述第二底座的侧壁伸入至第一底座内，且伸入至第一底座的部分套设有第一伸缩弹簧，所述第一伸缩弹簧的一端与所述滑块固定连接，另一端与所述第二底座的外侧壁固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述第一凹槽的两侧壁均开设有第一导向槽，所述气塞的两侧设置有第一导向块，所述第一导向块嵌入所述第一导向槽内，所述第一底座的底部开设有第二导向槽，所述滑块底部设置有第二导向块，所述第二导向块嵌入所述第二导向槽内，所述第二导向槽上间隔设置有若干个第四传感器。

6.根据权利要求1所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述进料斗的底部设置有原液液量控制器，所述原液液量控制器包括隔板，所述隔板密封安装在所述进料斗的底部，所述隔板上设置有溢流孔与堵液块，所述隔板的底部开设有第二凹槽，所述堵液块嵌入所述第二凹槽内，所述堵液块上设置有固定块，所述隔板的一侧边上设置有第一固定板与第二固定板，所述第一固定板上设置有第二电磁铁，所述第二固定板上固定连接有第二伸缩弹簧，所述第二伸缩弹簧的另一端固定连接有滑移块，所述滑移块固定连接有拉杆，所述拉杆的另一端与所述固定块固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种制备拟薄水铝石用的装置，其特征在于：所述第二凹槽的两侧壁开设有第三导向槽，所述堵液块的两侧设置有第三导向块，所述第三导向块嵌入所述第三导向槽内，所述隔板的底部还开设有第四导向槽，诉所述滑移块的底部设置有第四导向块，所述第四导向块嵌入所述第四导向槽内，所述第四导向槽内间隔设置有若干个第五传感器。

8.一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取反应罐内反应溶液实时的pH值；

将实时的pH值与第一预设pH值、第二预设pH值以及第三预设pH值进行比较；

若实时的pH值大于第一预设pH值，则二氧化碳按照第一流量流入反应罐内；

若实时的pH值位于第一预设pH值与第二预设pH值范围内，则二氧化碳按照第二流量流入反应罐内；

若实时的pH值位于第二预设pH值与第三预设pH值范围内，则二氧化碳按照第三流量流入反应罐内；

若实时的pH值小于第三预设pH值，则停止二氧化碳通入反应罐内；

其中，所述第一预设pH值大于第二预设pH值，第二预设pH值大于第三预设pH值。

9.一种制备拟薄水铝石用的装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取反应罐内反应溶液实时的温度值；

将实时的温度值与第一预设温度值以及第二预设温度值进行比较；

若实时的温度值大于第一预设温度值，则往温度调节器中液体腔通入冷水，以通过冷水带走温度调节器中空气腔中气体的热量，进而降低反应罐内溶液反应温度；

若实时的温度值小于第二预设温度值，则往温度调节器中液体腔中通入热水，以通过热水为温度调节器中空气腔的气体提供热量，进而提高反应罐内溶液反应温度。

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