CN114984859A - 一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机硅生产技术领域，公开了一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，包括反应釜、加料管、控制单元和在线监测单元；加料管设有输送泵，输送泵与控制单元信号连接；在线监测单元包括微处理器、粘度检测计和透光度检测计，粘度检测计的检测端和透光度检测计的检测端分别浸没于内腔的反应液；粘度检测计和透光度检测计分别与微处理器信号连接，微处理器与控制单元信号连接；微处理器输出的反应液的设定的标准粘度值与即时粘度的差值和/或即时透光度与设定的标准粘度值的差值至控制单元，控制单元输出电信号并控制输送泵的开合度和转速，使加料管中的醇碱液通过输送泵补充至内腔的反应液中，从而控制醇碱液的补充量和总投入量。
Description
技术领域
本发明涉及有机硅生产技术领域，尤其涉及一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置。
背景技术
有机硅防水剂的品质控制的关键点在于控制硅油的裂解反应产物的纯度。硅油裂解反应的具体产物含有的硅氧基团的个数除了与加热温度、搅拌速度和反应时间等因素相关外，反应液中的醇碱比例是最重要的影响因素。
以羟基封端的聚硅氧烷和氢氧化钠醇溶液为原料的硅油裂解反应为例，按照化学反应的理论计算，硅油裂解反应时的每个结构单元的硅氧基团与两个钠离子结合，生成一个二甲基硅醇钠分子。由于羟基封端的聚硅氧烷中的每个分子含有的硅氧基团的结构单元的个数无法准确确定，故此，无法准确计算所需要的反应碱用量，只能按理论值来计算并配置羟基封端聚硅氧烷代表和氢氧化钠醇溶液的配比，使裂解反应在宏观上达到配比平衡。
这就导致现有技术的硅油裂解的生产中，会出现醇碱液的加入量不足或者醇碱液加入量过多的情况；如若醇碱液的加入量不足，无法让硅油的聚合物充分裂解，导致最终的反应液中出现残余的聚合物大分子团；如若醇碱液的加入量过多，导致最终的反应液中残留过量的碱金属离子；两种状况的反应产物均影响防水材料的使用性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，可控制醇碱液的补充量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，包括反应釜、加料管、控制单元和在线监测单元；
所述加料管的输出端与所述反应釜的内腔相连通，所述加料管设有输送泵，所述输送泵与所述控制单元信号连接；
所述在线监测单元包括微处理器、粘度检测计和透光度检测计，所述粘度检测计的检测端和所述透光度检测计的检测端分别浸没于所述反应釜内腔的反应液；所述粘度检测计和所述透光度检测计分别与所述微处理器信号连接，所述微处理器与所述控制单元信号连接；
所述微处理器输出的反应液的设定的标准粘度值与即时粘度的差值和/或即时透光度与设定的标准粘度值的差值至所述控制单元，所述控制单元输出电信号并控制所述输送泵的开合度和转速，使加料管中的醇碱液通过所述输送泵补充至所述内腔的反应液中。
进一步的，所述在线监测单元还包括密度检测仪，所述密度检测仪与所述微处理器信号连接，所述密度检测仪的检测端浸没于所述反应釜内的反应液。
进一步的，所述在线监测单元还包括温度检测器，所述温度监测器的检测端从所述反应釜的顶部插入，所述温度监测器的检测端浸没于所述反应釜内的反应液，所述温度监测器与所述微处理器信号连接；
所述反应釜设有电加热器，所述电加热器安装于所述反应釜的内壁和外壁之间，所述电加热器与所述控制单元信号连接。
进一步的，所述反应釜还设有搅拌电机和搅拌器，所述搅拌器竖直安装于所述反应釜的内腔，所述搅拌器的上端与所述搅拌电机的输出端传动连接；所述搅拌电机与所述控制单元信号连接。
进一步的，还包括循环管，所述循环管的中部设有循环泵；
所述循环管的底端和顶端分别与所述反应釜的内腔的底部和顶部相连通。
优选的，所述粘度检测计、所述透光度检测计和所述密度检测仪均安装于所述循环管，且所述粘度检测计、所述透光度检测计和所述密度检测仪位于所述循环泵与所述循环管的顶端之间。
进一步的，所述电加热器设有多个电加热片，多个所述电加热片均匀分布于所述反应釜的内壁的外壁面。
进一步的，所述循环泵与所述控制单元信号连接。
优选的，所述输送泵为由步进电机带动的齿轮泵，所述控制单元通过控制所述步进电机的转动量，从而控制所述齿轮泵输出的醇碱液的补充量。
本发明的上述技术方案的有益效果为：所述可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，在线监测单元接收粘度检测计和透光度检测计检测的反应液即时的粘度值和透光度值，并将即时的粘度值和透光度值与对应控制时段的粘度标准值和透光度标准值的偏差值传递给控制单元，控制单元根据接收到的偏差值转化为电压控制值或电流控制值调整并控制输送泵的开合度和转速，从而控制加料管输入反应釜的醇碱液补充量和总投入量，进而避免反应液最终产物中出现过多的碱金属离子或大分子聚合物。
附图说明
图1是本发明的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置的一个实施例的与反应釜、加料管和循环管的结构示意图；
其中：反应釜1；加料管2；控制单元3；在线监测单元4；循环管5；电加热器11；搅拌电机12；搅拌器13；输送泵21；微处理器41；温度检测器42；粘度检测计43；透光度检测计44；密度检测仪45；循环泵51。
具体实施方式
下面结合附图1-2并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，包括反应釜1、加料管2、控制单元3和在线监测单元4；
所述加料管2的输出端与所述反应釜1的内腔相连通，所述加料管2设有输送泵21，所述输送泵21与所述控制单元3信号连接；
所述在线监测单元4包括微处理器41、粘度检测计43和透光度检测计44，所述粘度检测计43的检测端和所述透光度检测计44的检测端分别浸没于所述反应釜1内腔的反应液；所述粘度检测计43和所述透光度检测计44分别与所述微处理器41信号连接，所述微处理器41与所述控制单元3信号连接；
所述微处理器41输出的反应液的设定的标准粘度值与即时粘度的差值和/或即时透光度与设定的标准粘度值的差值至所述控制单元3，所述控制单元3输出电信号并控制所述输送泵21的开合度和转速，使加料管2中的醇碱液通过所述输送泵21补充至所述内腔的反应液中。
如图1-2所示，所述可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，在线检测单元4录入并预存有硅油裂解反应以时间分段的各个控制时段设定的反应液的粘度标准值和透光度标准值，在反应釜1中投入反应液，反应液包括待裂解的硅油（例如羟基封端的聚硅氧烷）和首批添加的醇碱液（如氢氧化钾或氢氧化钠与丁醇和乙醇的混合液），加热后反应釜1中的反应液开始发生裂解反应，在线监测单元4接收粘度检测计43和透光度检测计44检测的反应液即时的粘度值和透光度值，并将即时的粘度值和透光度值与对应控制时段的粘度标准值和透光度标准值的偏差值传递给控制单元3，控制单元3根据接收到的偏差值转化为电压控制值或电流控制值调整并控制输送泵21的开合度和转速，从而控制加料管2输入反应釜1的醇碱液补充量和总投入量，进而避免反应液最终产物中出现过多的碱金属离子或大分子聚合物。
例如，可将上述硅油裂解反应分为8各阶段，在第1阶段临近结束时,检测反应液即时的粘度和透光度，并计算获得对应的粘度差值和透光度差值，如若粘度差值和透光度差值均大于零，在该阶段的反应液中补充醇碱液，醇碱液的补充量A的计算公式为：（X1-X0）/X0*Y，其中，X1为该反应阶段临近结束时的粘度检测值，X0为该阶段对应的粘度标准值，Y为所述醇碱液总量的理论值减去已投入和补充的醇碱液的差值；如若粘度差值大于零，而透光度差值小于零，则已投入的醇碱液量偏多，需对该阶段的在反应液中的醇碱液的补充量A进行修正，相应的醇碱液的补充量A的计算公式为：（X1-X0）/X0*Y+（Z0-Z1）/Z0*Y，其中，X1为该反应阶段临近结束时的粘度检测值，X0为该阶段对应的粘度标准值，Z1为该反应阶段临近结束时的透光度检测值，Z0为该阶段对应的透光度标准值，Y为所述醇碱液总量的理论值减去已投入和补充的醇碱液的差值；如若粘度差值不大于零，直接进入下一阶段；按照上述方法依次完成第1至8阶段的对应的粘度差值、透光度差值和醇碱液的补充量A的计算，并通过控制单元3控制输送泵21的开合度和转速完成为补充量A的醇碱液添加，直至反应达到设定的目标。
进一步的，所述在线监测单元4还包括密度检测仪45，所述密度检测仪45与所述微处理器41信号连接，所述密度检测仪45的检测端浸没于所述反应釜1内的反应液。
如图1和2所示，本发明的所述可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，通过密度检测仪45检测并监控反应液的密度，以便确认裂解反应稳定性，并避免出现残留过量的碱金属离子。
进一步的，所述在线监测单元4还包括温度检测器42，所述温度监测器42的检测端从所述反应釜1的顶部插入，所述温度监测器42的检测端浸没于所述反应釜1内的反应液，所述温度监测器42与所述微处理器41信号连接；
所述反应釜1设有电加热器11，所述电加热器11安装于所述反应釜1的内壁和外壁之间，所述电加热器11与所述控制单元3信号连接。
如图1-2所示，在线监测单元4录入并预存有各个控制时段设定的反应温度控制范围值，在线监测单元4接收温度检测器42检测的反应液即时的温度值，并将即时的温度值与对应控制时段的反应温度控制范围值的偏差值传递给控制单元3，控制单元3根据接收到的偏差值输出并调整电加热器11的加热电流，从而调整反应液的温度，以保障各个控制时段的反应液在设定的温度范围内进行。
进一步的，所述反应釜1还设有搅拌电机12和搅拌器13，所述搅拌器13竖直安装于所述反应釜1的内腔，所述搅拌器13的上端与所述搅拌电机12的输出端传动连接；所述搅拌电机12与所述控制单元3信号连接。
如图1-2所示，在线监测单元4录入并预存有各个控制时段设定的搅拌转速值，在线监测单元4根据检测获得的反应液的即时粘度和透光度判断当时处于哪个控制时段，并向控制单元3发出转速控制信号，控制单元3输出并控制搅拌电机12的电流值，从而控制搅拌器13的转速符合该控制时段的转速要求。
进一步的，还包括循环管5，所述循环管5的中部设有循环泵51；
所述循环管5的底端和顶端分别与所述反应釜1的内腔的底部和顶部相连通。
如图1-2所示，通过循环管5和循环泵51使反应釜1中的反应液获得外部循环，从而提高反应液中的反应物的分布均匀性。
优选的，所述粘度检测计43、所述透光度检测计44和所述密度检测仪45均安装于所述循环管5，且所述粘度检测计43、所述透光度检测计44和所述密度检测仪45位于所述循环泵51与所述循环管5的顶端之间。
如图1-2所示，将粘度检测计43、透光度检测计44和密度检测仪45安装在循环管5中，可以减少搅拌器13的转动对粘度、透光度和密度的检测结果的影响，从而提高粘度、透光度和密度的即时检测值的准确性。
进一步的，所述电加热器11设有多个电加热片111，多个所述电加热片111均匀分布于所述反应釜1的内壁的外壁面。
如图2所示，均匀分布于反应釜1的内壁的外壁面电加热片111可提高反应液的热量分布均匀性，从而提高反应液的温度分布均匀性，进而避免局部的反应液出现受热过高现象而引发硅碳键断裂的副反应。
进一步的，所述循环泵51与所述控制单元3信号连接。
如图1所示，通过控制单元3控制循环泵5的转速和输出流量，还可调整反应液的循环比。
优选的，所述输送泵21为由步进电机带动的齿轮泵，所述控制单元3通过控制所述步进电机的转动量，从而控制所述齿轮泵输出的醇碱液的补充量。
输送泵21选用步进电机带动的齿轮泵，并通过控制单元3控制步进电机的转动量来更精准地控制通过加料管2的醇碱液补充量，从而降低反应液中含有的碱金属离子和/或大分子硅烷盐聚合物的残留量，进而提高硅油裂解的反应产物的纯度。
综上所述，如图1-2所示的本发明的实施例，所述可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，在线监测单元4接收粘度检测计43和透光度检测计44检测的反应液即时的粘度值和透光度值，并将即时的粘度值和透光度值与对应控制时段的粘度标准值和透光度标准值的偏差值传递给控制单元3，控制单元3根据接收到的偏差值转化为电压控制值或电流控制值调整并控制输送泵21的开合度和转速，从而控制加料管2输入反应釜1的醇碱液补充量和总投入量，进而避免反应液最终产物中出现过多的碱金属离子或大分子聚合物。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，包括反应釜、加料管、控制单元和在线监测单元；
所述加料管的输出端与所述反应釜的内腔相连通，所述加料管设有输送泵，所述输送泵与所述控制单元信号连接；
所述在线监测单元包括微处理器、粘度检测计和透光度检测计，所述粘度检测计的检测端和所述透光度检测计的检测端分别浸没于所述反应釜内腔的反应液；所述粘度检测计和所述透光度检测计分别与所述微处理器信号连接，所述微处理器与所述控制单元信号连接；
所述微处理器输出的反应液的设定的标准粘度值与即时粘度的差值和/或即时透光度与设定的标准粘度值的差值至所述控制单元，所述控制单元输出电信号并控制所述输送泵的开合度和转速，使加料管中的醇碱液通过所述输送泵补充至所述内腔的反应液中。
2.根据权利要求1所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述在线监测单元还包括密度检测仪，所述密度检测仪与所述微处理器信号连接，所述密度检测仪的检测端浸没于所述反应釜内的反应液。
3.根据权利要求2所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述在线监测单元还包括温度检测器，所述温度监测器的检测端从所述反应釜的顶部插入，所述温度监测器的检测端浸没于所述反应釜内的反应液，所述温度监测器与所述微处理器信号连接；
所述反应釜设有电加热器，所述电加热器安装于所述反应釜的内壁和外壁之间，所述电加热器与所述控制单元信号连接。
4.根据权利要求1所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述反应釜还设有搅拌电机和搅拌器，所述搅拌器竖直安装于所述反应釜的内腔，所述搅拌器的上端与所述搅拌电机的输出端传动连接；所述搅拌电机与所述控制单元信号连接。
5.根据权利要求2所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，还包括循环管，所述循环管的中部设有循环泵；
所述循环管的底端和顶端分别与所述反应釜的内腔的底部和顶部相连通。
6.根据权利要求5所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述粘度检测计、所述透光度检测计和所述密度检测仪均安装于所述循环管，且所述粘度检测计、所述透光度检测计和所述密度检测仪位于所述循环泵与所述循环管的顶端之间。
7.根据权利要求3所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述电加热器设有多个电加热片，多个所述电加热片均匀分布于所述反应釜的内壁的外壁面。
8.根据权利要求5所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述循环泵与所述控制单元信号连接。
9.根据权利要求1所述的可控制醇碱液投入量的硅油裂解反应装置，其特征在于，所述输送泵为由步进电机带动的齿轮泵，所述控制单元通过控制所述步进电机的转动量，从而控制所述齿轮泵输出的醇碱液的补充量。
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