CN115364800A - 一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，包括溶液配制单元与溶液传送单元；其中溶液配制单元包括反应槽体、设于反应槽体顶部的储料投料机构、设于反应槽体内的搅拌组件、温度传感器与黏度传感器，以及设于反应槽体外的调温组件；溶液传送单元包括与反应槽体底部相连通的出料管，以及出料保温组件，出料保温组件包括嵌设于出料管侧壁内的保温夹层、与保温夹层依次管路连通的气体加热装置与进风装置。与现有技术相比，本发明的系统能够实现投料自动精确控制，解决传统颗粒物在大体积反应装置中易在底部沉积、易团聚的缺陷和长路径运输高粘度流体的堵塞问题，最终实现溶液稳定自动化配制。
Description
技术领域
本发明属于溶液配制技术领域，涉及一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统。
背景技术
目前的溶液配制工作主要靠人工进行称量投料，存在过程繁琐、耗时耗力，易造成劳动力浪费、配制效率低下、配制精度不足等问题，此外，在投料过程中易出现配料团聚结块的现象从而造成溶液中的固含量为达到指定数值、溶液不均匀甚至分相等不利于溶液稳定的缺陷。同时，现有的批量化反应装置中搅拌区域覆盖面积小，易造成颗粒物在大体积反应釜中团聚和沉降，严重影响溶液配制精度，配制完成的溶胶或高粘度溶液在输液管长路径运输过程中易发生凝胶固化等不良现象造成输液管道堵塞、出液速度不均匀等问题，影响溶液的输运与后续加工过程。
目前，已有相关技术人员在本领域做了一些研究。专利CN201420462710.1公开了一种自动配置溶液的装置，包括溶液供给装置和溶液配制装置，该发明尽管可以初步实现利用机器进行溶液配制，但在配制的过程中仍然需要人工参与，难以完全实现自动化，也难以解决溶液在反应装置中沉淀团聚的问题。专利CN201711403743.3公开了一种自动配置溶液的装置，包括控制器和恒温箱，该发明尽管可以实现溶液定量自动化配制，但仅仅只依靠单一的混匀仪进行溶液均匀混合，在溶液配制过程中难以避免易团聚颗粒物的沉积，难以使溶液在配置过程中稳定反应。专利CN202220569327.0公开了一种自动配置溶液的装置，包括储液罐、试剂瓶、蒸馏水容器、自来水容器和固体原料容器，该发明尽管可以通过电脑或微控制器实现溶液自动化配制，但搅拌叶片配置数量较少且距离底部较远，难以满足易沉积聚集原料的搅拌条件。专利CN201910935941.7公开了一种自动配置溶液的装置，包括控制器、料仓、溶解池和配置池，该发明尽管可以实现溶液定时定量自动化配制，但搅拌区域覆盖面小，搅拌方式单一，难以解决大颗粒物沉积团聚问题。
因此，开发防止颗粒物沉积团聚的溶液稳定自动化配制系统，有望解决上述瓶颈问题，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，用于解决溶液稳定自动化配制、稳定反应和稳定出料的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，包括
溶液配制单元，包括反应槽体、设于反应槽体顶部的储料投料机构、设于反应槽体内的搅拌组件、温度传感器与黏度传感器，以及设于反应槽体外的调温组件；以及
溶液传送单元，包括与反应槽体底部相连通的出料管，以及出料保温组件，所述的出料保温组件包括嵌设于出料管侧壁内的保温夹层、与保温夹层依次管路连通的气体加热装置与进风装置。
进一步地，所述的储料投料机构包括多个并列设于反应槽体顶部的储料仓、设于储料仓顶部的密封盖、设于储料仓底部的配料投放开合板与配料投放口，以及设于储料仓底部的配料称量感应器、与配料称量感应器电连接的余量显示器。
进一步地，所述的系统还包括配料回收机构，所述的配料回收机构包括开设于储料仓侧壁底部的配料回收口，以及与配料回收口依次连通的配料回收管、配料回收箱、配料回收吸风装置。
进一步地，所述的反应槽体包括倒四棱台槽，与设于倒四棱台槽上的侧围。
进一步地，所述的搅拌组件包括设于倒四棱台槽底部的一级搅拌辊与设于倒四棱台槽倾斜侧壁上的二级搅拌辊；
所述的一级搅拌辊包括竖直设置的一级搅拌轴，以及多个并列设于搅拌轴上的一级搅拌叶轮；多个一级搅拌叶轮的水平延伸长度由下至上依次增加，并与倒四棱台槽倾斜侧壁相适配；
所述的二级搅拌辊包括二级搅拌轴，与设于二级搅拌轴上的二级搅拌叶轮。
进一步地，所述的搅拌组件包括2个二级搅拌辊，并设于倒四棱台槽的相对设置的倾斜侧壁上。
进一步地，所述的搅拌组件还包括铺设于倒四棱台槽底部与内壁上的超声装置。
进一步地，所述的调温组件包括热源、包围于反应槽体外的保温夹套，以及设于保温夹套与热源之间的进液管与出液管。
进一步地，所述的出料保温组件包括设于气体加热装置与进风装置之间的气体干燥装置。
进一步地，所述的系统还包括溶液回收机构，所述的溶液回收机构包括与反应槽体底部依次连通的溶液回收管、溶液回收箱、吸风装置。
本发明利用定量投放、分区搅拌、超声振动和水/油浴加热的协同作用，通过设置投料时间、投料量、搅拌速度、超声功率、加热温度和保温温度，实现配料自动定时定量投放，使配料在反应装置中充分混合、均匀分散、稳定反应，在长路径中稳定运输，目的是解决现有难以实现溶液自动化精确稳定配制和长路径稳定运输的问题。
本发明的工作原理如下：
储料仓中的配料在重量感应装置和定量投出装置的控制下，在某一时间以一定量在配料投放口开合板的作用下以一定速度从配料投放口投入到反应装置中，多余的配料经配料回收管回收到配料回收箱内；进入反应槽体中的配料在搅拌组件和调温组件的共同作用下充分混合，温度感应器与粘度感应器实时监测反应装置中溶液的温度和粘度，将数据反馈给搅拌组件与调温组件，搅拌装置与调温组件根据实时情况及时做出调整，确保溶液稳定反应，反应完毕的溶液流入到出液管中；在进风装置的作用下，外界空气经过气体干燥装置的干燥处理和气体加热装置的加热处理后，形成一定温度的干燥热空气，从进风管流入保温夹套中，对出液管中的溶液进行保温；反应槽体中多余的溶液在吸风装置的作用下经溶液回收管，回收到溶液回收箱中，通过设置投料时间、投料量、投料速度、搅拌速度、超声功率、超声频率加热温度和保温温度，实现溶液稳定自动化配制以及长路径稳定运输。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，通过多台储料仓的重量感应装置和定量投出装置实现投料自动精确控制。
2)本发明的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，利用超声和内斜面搅拌辊解决传统颗粒物在大体积反应装置中易在底部沉积、易团聚的缺陷。
3)本发明的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，通过保温管道解决长路径运输高粘度流体的堵塞问题。
附图说明
图1为实施例中一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统的结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图中标记说明：
1-配料回收箱、2-配料回收管、3-密封盖、4-余量显示器、5-储料仓、6-配料回收口、7-配料投放口开合板、8-配料称量感应器、9-配料投放口、10-一级搅拌辊、11-温度感应器、12-粘度感应器、13-二级搅拌辊、14-超声装置、15-保温夹套、16-出料管、17-保温夹层、18-溶液回收管、19-吸风装置、20-溶液回收箱、21-气体干燥装置、22-气体加热装置、23-进风装置、24-热源、25-进液管、26-出液管、27-配料回收吸风装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，包括溶液配制单元、配料与溶液回收单元与溶液传送单元。
溶液配制单元包括反应机构与储料投料机构。
反应机构包括反应槽体、搅拌组件、感应组件与调温组件。
反应槽体包括倒四棱台槽，与设于倒四棱台槽上的侧围。容积优选为3～30L。
搅拌组件包括设于倒四棱台槽底部中心的一级搅拌辊10、设于倒四棱台槽内相对设置的倾斜侧壁上的二级搅拌辊13，以及铺设于倒四棱台槽底部与内壁上的超声装置14。其中一级搅拌辊10包括竖直设置的一级搅拌轴，以及多个并列设于搅拌轴上的一级搅拌叶轮；多个一级搅拌叶轮的水平延伸长度由下至上依次增加，并与倒四棱台槽倾斜侧壁相适配；二级搅拌辊13包括二级搅拌轴，与设于二级搅拌轴上的二级搅拌叶轮。
在一些优选的实施例中，一级搅拌轴上连接有3～8个搅拌叶轮，二级搅拌轴上连接有1个搅拌叶轮。根据溶液性质，叶轮的种类为开启旋涡式、浆式、框式、推进式、锚式、螺杆式，叶轮的直径范围为60～400mm，叶轮的内孔径范围为8～30mm，外径范围为60～400mm。相应的，搅拌轴外径为8～30mm，搅拌转速优选为100～2000rpm。
在一些优选的实施例中，超声装置14的功率范围为35～600W，频率范围为20～50kHz，厚度范围为2～5cm。
感应组件由温度感应器11和粘度感应器12组成，温度感应器11设置在反应槽体内壁的左侧，粘度感应器12设置在反应槽体内壁的右侧。
调温组件包括热源24、包围于反应槽体外的保温夹套15，以及设于保温夹套15与热源之间的进液管25与出液管26。其中，换热介质可选用水或导热油，热源24可对应选用水/油浴锅。
在一些优选的实施例中，保温夹套15呈保温夹套状，厚度为2～8cm。
如图1与图2所示，储料投料机构包括多个并列设于反应槽体顶部的储料仓5、设于储料仓5顶部的密封盖3、设于储料仓5底部的配料投放开合板7与配料投放口9，以及设于储料仓5底部的配料称量感应器8、与配料称量感应器8电连接的余量显示器4。其中，密封盖3为开合式仓门，形状大小与储料仓顶部相同，方便溶剂的放置与取出；单个储料仓5形状呈长方体，容量为1～10L，根据实际情况进行调节；配料称量感应器8可选用液压传感器，根据储料仓5横截面积、料液密度计算得到储料仓5余量，进而显示在余量显示器4。
在一个优选的实施例中，储料仓5两侧下方均设有2对卡槽，以便于多个储料仓5并列组合使用，且可更换。
溶液传送单元包括与反应槽体底部相连通的出料管16，以及出料保温组件，该出料保温组件包括嵌设于出料管16侧壁内的保温夹层17、与保温夹层17依次管路连通的气体加热装置22、气体干燥装置21与进风装置23。
在一些优选的实施例中，保温夹层17的壁厚为0.5～3cm。
在一些优选的实施例中，水/油浴锅与气体加热装置22的温度范围为1～200℃。
配料与溶液回收单元包括配料回收机构与溶液回收机构。
配料回收机构包括开设于储料仓5侧壁底部的配料回收口6，以及与配料回收口6依次连通的配料回收管2、配料回收箱1、配料回收吸风装置27。
在一个优选的实施例中，配料回收箱1位于储料仓5左侧，起到回收多余溶剂的作用。配料回收管2一端连接在配料回收箱1上，另一端连接在每个配料回收口6；配料回收口6位于储料仓5的底部，口径大小与配料回收管2相同。
在另一个优选的实施例中，配料回收箱1内部分离成独立的回收室，回收室的数量根据储料仓的数量而定。
溶液回收机构包括与反应槽体底部依次连通的溶液回收管18、溶液回收箱20、吸风装置19。其中，溶液回收管18与溶液回收箱20侧壁底部相连通，吸风装置19与溶液回收箱20顶部相连通。
在一个优选的实施例中，吸风装置19与溶液回收箱20之间的连通管路内还设有滤网，以滤除可能吸入的固体微粒。
在一个优选的实施例中，上述与配料接触的装置均选用耐溶剂腐蚀的材料制成，以保证系统长久高效使用。其中包括储料仓5和反应槽体的材质为铝合金、钛合金、镍合金、不锈钢、氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、莫来石或硅酸盐材料；搅拌叶片的材质为不锈钢、铝合金或碳钢。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
如图1所示，本发明的用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，包括溶液配制系统、配料与溶液回收系统和溶液传送系统。
溶液配制系统主要由储料投料装置和反应装置组成；
储料投料装置主要由密封盖3、储料仓5、余量显示器4、配料称量感应器8、配料投放口开合板7和配料投放口6组成，密封盖3位于储料仓5的顶部，为开合式仓门，形状大小与储料仓5顶部相同，方便溶剂的放置与取出；余量显示器4位于储料仓5的上方，配料称重感应器8位于储料仓5的底部；配料投放口开合板7位于储存仓5的底部，为耐溶剂腐蚀的材料制成；
反应装置主要由搅拌装置、感应装置和调温装置组成；
搅拌装置主要由一级搅拌辊10、二级搅拌辊13和超声装置14组成，一级搅拌辊10位于反应装置内部的中心位置，其上连接有3～8个搅拌叶轮，搅拌叶轮从上到下直径逐渐减小，二级搅拌辊13位于反应装置二级斜面的两侧，其上连接有1个搅拌叶轮，反应装置中共有两个二级搅拌辊13，对称分布在四棱台的两个侧面，叶轮可根据溶液性质进行更换，叶轮的种类为开启旋涡式、浆式、框式、推进式、锚式或螺杆式，叶轮的内孔径范围为8～30mm，外径范围为60～400mm。搅拌辊上的搅拌轴的直径范围为8～30mm，转速范围为100～2000rpm，搅拌叶轮和搅拌轴的材质为不锈钢、铝合金或碳钢，超声装置14与反应装置内壁贴合，包围整个反应装置，超声装置14的功率范围为35～600W，频率范围为20～50kHz，厚度范围为2～5cm；
感应装置主要由温度感应器11和粘度感应器12组成，温度感应器11放置在反应装置内壁的左侧，粘度感应器12放置在反应装置内壁的右侧；
调温装置主要由保温夹套15和水/油供给系统组成，保温夹套15与反应装置外壁贴合，包围整个反应装置，保温夹套15的厚度范围为2～8cm，水/油供给系统位于整个反应装置的左侧，由水/油浴锅、进水/油管25和排水/油管26组成，进水/油管25和排水/油管26一端与水/油浴锅相连，另一端与保温夹套15相连，水/油浴锅的温度范围为1～200℃；
配料与溶液回收系统主要由配料回收装置和溶液回收装置组成；
配料回收装置主要由配料回收箱1、配料回收管2和配料回收口6组成，配料回收箱1位于整个储料仓5的左侧，起到回收多余溶剂的作用；配料回收管2的一端连接在配料回收箱1上，另一端连接在每个配料回收口6上；配料回收口6位于储料仓5的底部，口径大小与配料回收管2相同；
溶液回收装置主要由溶液回收管18、吸风装置19和溶液回收箱20组成，溶液回收管18位于反应装置的底部，一端连接反应装置，另一端连接吸风装置19和溶液回收箱20；
溶液传送系统主要由出料管16和出料保温装置组成；
出料保温装置主要由保温夹层17、气体干燥装置21、气体加热装置22和进风装置23组成，保温夹层17包裹在出料管16的外围，气体干燥装置21、气体加热装置22与进风装置23通过管道连接，位于出料管16的左侧，气体加热装置22的温度范围为1～200℃，保温夹层17的壁厚范围为0.5～3cm。
实施例2：
利用实施例1中的自动化配制系统制备多孔纱线的溶液，制备步骤如下：
第一步：将200g六氟异丙醇和200g聚乳酸分别加入两个储料仓5中，设置投料量分别为180g和20g，投料速度分别45g/min和2g/min；
第二步：设置搅拌辊的转速为600rpm、超声振动功率为80W、频率为40kHz、水浴温度为30℃、气体加热装置22的温度为30℃；
第三步：待溶液反应完毕，打开出料管16，收集配制完成的溶液，并将多余的配料和溶液分别回收至配料回收箱1和溶液回收箱20内。
最终获得200g10wt％的聚乳酸溶液。
实施例3：
利用一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统制备用于制备多孔纱线的溶液，制备步骤如下：
第一步：将300gN,N-二甲基乙酰胺和300g聚苯乙烯分别加入两个储料仓5中，设置投料量分别为160g和40g，投料速度分别80g/min和2g/min；
第二步：设置搅拌辊的转速为1000rpm、超声振动功率为90W、频率为50kHz、水浴温度为35℃、气体加热装置22的温度为35℃；
第三步：待溶液反应完毕，打开出料管16，收集配制完成的溶液，并将多余的配料和溶液分别回收至配料回收箱1和溶液回收箱20内。
最终获得200g20wt％的聚苯乙烯溶液。
实施例4：
利用一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统制备用于制备多孔纱线的溶液，制备步骤如下：
第一步：将300gN,N-二甲基甲酰胺和300g聚丙烯腈分别加入两个储料仓5中，设置投料量分别为170g和30g，投料速度分别85g/min和3g/min；
第二步：设置搅拌辊的转速为700rpm、超声振动功率为76W、频率为43kHz、水浴温度为32℃、气体加热装置22的温度为32℃；
第三步：待溶液反应完毕，打开出液管16，收集配制完成的溶液，并将多余的配料和溶液分别回收至配料回收箱1和溶液回收箱20内。
最终获得200g15wt％的聚丙烯腈溶液。
实施例5：
利用一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统制备用于制备多孔纱线的溶液，制备步骤如下：
第一步：将300gN,N-二甲基乙酰胺和300g聚砜分别加入两个储料仓5中，设置投料量分别为80g和120g，投料速度分别40g/min和3g/min；
第二步：设置搅拌辊的转速为1300rpm、超声振动功率为120W、频率为50kHz、水浴温度为50℃、气体加热装置22的温度为50℃；
第三步：待溶液反应完毕，打开出液管16，收集配制完成的溶液，并将多余的配料和溶液分别回收至配料回收箱1和溶液回收箱20内。
最终获得200g60wt％的聚砜溶液。
实施例6：
利用一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统制备用于制备多孔纱线的溶液，制备步骤如下：
第一步：将300gN,N-二甲基甲酰胺和300g聚甲基丙烯酸甲酯分别加入两个储料仓5中，设置投料量分别为90g和110g，投料速度分别45g/min和2g/min；
第二步：设置搅拌辊的转速为2000rpm、超声振动功率为100W、频率为50kHz、水浴温度为55℃、气体加热装置22的温度为55℃；
第三步：待溶液反应完毕，打开出液管16，收集配制完成的溶液，并将多余的配料和溶液分别回收至配料回收箱1和溶液回收箱20内。
最终获得200g55wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，包括
溶液配制单元，包括反应槽体、设于反应槽体顶部的储料投料机构、设于反应槽体内的搅拌组件、温度传感器(11)与黏度传感器(12)，以及设于反应槽体外的调温组件；以及
溶液传送单元，包括与反应槽体底部相连通的出料管(16)，以及出料保温组件，所述的出料保温组件包括嵌设于出料管(16)侧壁内的保温夹层(17)、与保温夹层(17)依次管路连通的气体加热装置(22)与进风装置(23)。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的储料投料机构包括多个并列设于反应槽体顶部的储料仓(5)、设于储料仓(5)顶部的密封盖(3)、设于储料仓(5)底部的配料投放开合板(7)与配料投放口(9)，以及设于储料仓(5)底部的配料称量感应器(8)、与配料称量感应器(8)电连接的余量显示器(4)。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，该系统还包括配料回收机构，所述的配料回收机构包括开设于储料仓(5)侧壁底部的配料回收口(6)，以及与配料回收口(6)依次连通的配料回收管(2)、配料回收箱(1)、配料回收吸风装置(27)。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的反应槽体包括倒四棱台槽，与设于倒四棱台槽上的侧围。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的搅拌组件包括设于倒四棱台槽底部的一级搅拌辊(10)与设于倒四棱台槽倾斜侧壁上的二级搅拌辊(13)；
所述的一级搅拌辊(10)包括竖直设置的一级搅拌轴，以及多个并列设于搅拌轴上的一级搅拌叶轮；多个一级搅拌叶轮的水平延伸长度由下至上依次增加，并与倒四棱台槽倾斜侧壁相适配；
所述的二级搅拌辊(13)包括二级搅拌轴，与设于二级搅拌轴上的二级搅拌叶轮。
6.根据权利要求5所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的搅拌组件包括2个二级搅拌辊(13)，并设于倒四棱台槽的相对设置的倾斜侧壁上。
7.根据权利要求5所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的搅拌组件还包括铺设于倒四棱台槽底部与内壁上的超声装置。
8.根据权利要求1所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的调温组件包括热源(24)、包围于反应槽体外的保温夹套(15)，以及设于保温夹套(15)与热源之间的进液管(25)与出液管(26)。
9.根据权利要求1所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，所述的出料保温组件包括设于气体加热装置(22)与进风装置(23)之间的气体干燥装置(21)。
10.根据权利要求1所述的一种用于制备多孔纱线的溶液稳定自动化配制系统，其特征在于，该系统还包括溶液回收机构，所述的溶液回收机构包括与反应槽体底部依次连通的溶液回收管(18)、溶液回收箱(20)、吸风装置(19)。
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