CN206566887U - 一种气凝胶生产系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种气凝胶生产系统。该系统包括(a)原料供给模块:包括供给硅源的第一储器、供给催化剂的第二储器以及供给醇溶剂的第三储器;(b)混合模块:将原料混合并制备醇凝胶;(c)超临界干燥模块:干燥醇凝胶生成气凝胶;(d)原料回收模块:超临界干燥模块排出的醇溶剂回收用作原料;(e)抽真空模块:超临界干燥后通过抽真空处理,去除气凝胶中的杂质和水分;以及(f)封装模块:将气凝胶产品进行真空封装。其中,超临界干燥模块向原料回收模块排出醇溶剂,醇溶剂送至第二储器作为原料。本实用新型的气凝胶生产系统,结构简单,成本低,能耗低,生产效率高,所生产的气凝胶产品可直接使用,方便灵活,经济效益高。

Description

一种气凝胶生产系统
技术领域
本实用新型涉及气凝胶生产技术领域,更具体地涉及气凝胶生产系统。
背景技术
气凝胶是世界上已知的最轻的固体材料,因其具有极低的导热系数,坚固耐用,耐高温、防爆等特点,在航空航天、国防军工、绿色建筑、新能源、环境治理、太阳能热利用等领域有着广阔的应用前景。被称成为改变世界的神奇材料,列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一,是具有巨大应用价值的军民两用技术。
气凝胶因成分不同,主要有二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等。当前,二氧化硅气凝胶的绝热性能最为引人注目,技术也最为成熟,国内外气凝胶的产业化发展大多围绕二氧化硅气凝胶绝热应用展开。
一般气凝胶的生产系统包括配胶凝胶、老化、溶剂置换、超临界干燥处理等模块,运用这种系统生产气凝胶,整体过程持续时间长,能耗高,还涉及大量的醇溶剂的输入与排放,整个生产流程调集的人力物力均较大。
因此,本领域急需开发新的能耗低、产量大、生产效率高和产品可直接使用的气凝胶生产系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能耗低,可实现大批量生产的气凝胶生产系统。
在本实用新型中,本实用新型提供了一种气凝胶生产系统,所述系统包括:
(a)原料供给模块:包括供给硅源的第一储器、供给催化剂的第二储器以及供给醇溶剂的第三储器;
(b)混合模块:将原料供给模块所供给的原料混合并制备醇凝胶;
(c)超临界干燥模块:通过干燥制备的醇凝胶生成气凝胶;
(d)原料回收模块:超临界干燥模块排出的醇溶剂回收用作原料;
(e)抽真空模块:超临界干燥后通过抽真空处理,去除气凝胶中的杂质和水分;以及
(f)封装模块:将气凝胶产品进行真空封装;
其中,所述原料供给模块的第一储器、第二储器以及第三储器通过管道向所述混合模块输送原料,所述混合模块通过管道向所述超临界干燥模块输送醇凝胶;
所述超临界干燥模块通过盘管向所述原料回收模块排出醇溶剂,醇溶剂通过管道输送至所述第二储器作为原料;
所述超临界干燥模块与所述抽真空模块连接,所述抽真空模块通过传送装置将气凝胶送入所述封装模块进行真空封装。
在另一优选例中,所述超临界干燥模块与所述抽真空模块设置于同一反应容器中。
在另一优选例中,所述超临界干燥模块与所述抽真空模块设置于不同反应容器中,气凝胶通过传送装置从所述超临界干燥模块送入所述抽真空模块。
在另一优选例中,所述第一储器、第二储器以及第三储器分别通过管道与所述混合模块连接。
在另一优选例中,所述第一储器、第二储器以及第三储器所连接的管道汇合后接入所述混合模块。
在另一优选例中,所述超临界干燥模块设置余热利用装置,用于利用乙醇的剩余热量。
在另一优选例中,所述混合模块包括混合容器和安装于所述混合容器的搅拌装置。
在另一优选例中,所述搅拌装置通过马达驱动。
在另一优选例中,所述搅拌装置的数量为多个。
在另一优选例中,所述混合模块还包括用于测定所述混合容器内部温度的温度传感器。
在另一优选例中,所述超临界干燥模块包括超临界反应容器和加热装置。
在另一优选例中,在所述混合模块之后,所述超临界干燥模块之前,设置预成型模块。
所述预成型模块包括预成型工装,所述预成型工装包括外部的刚性支撑结构和内部的柔性包覆结构。
在另一优选例中,所述柔性包覆结构内侧涂有红外反射层。
在另一优选例中,所述预成型工装内放置有吸气剂。
所述封装模块包括真空封装设备,所述真空封装设备包括三个部分:真空过渡进仓、真空工作仓以及真空过渡出仓;
其中,所述真空过渡进仓与所述真空工作仓之间设有第一真空隔离风门,所述真空工作仓与所述真空过渡出仓之间设有第二真空隔离风门;
所述第一真空隔离风门和所述第二真空隔离风门在所述真空封装设备封装工件时关闭,保证所述真空封装设备工作时整体系统内保持真空;
所述真空过渡进仓、所述真空工作仓以及所述真空过渡出仓内设有导轨和机械抓取装置,完成封装工件的输送移动和堆垛;
所述真空工作仓内设有热封设备,完成工件的封装;
所述真空过渡进仓设有进料口,所述真空封装设备工作时,待封装的工件自所述进料口进入所述真空封装设备进行封装;
所述真空过渡出仓设有出料口,完成封装后,工件从所述出料口退出所述真空封装设备。
在另一优选例中,所述真空工作仓内设有机械压合装置和真空烘烤老化装置,配合所述热封设备完成工件的封装和烘烤老化。
在另一优选例中,所述真空工作仓隔离成两个仓室,分别为真空烘烤室和真空封装室。
在另一优选例中,所述真空工作仓内设有真空抽嘴。
在另一优选例中,所述真空工作仓内设有定位装置和定时装置,所述定时装置和定位装置控制待封装的工件定时进出所述真空封装设备,所述第一真空隔离风门和所述第二真空隔离风门定时关闭,所述封装工件在设定的特定位置进行封装和烘烤老化。
在另一优选例中,所述真空隔离风门可进行远程操作。
应理解,在本实用新型范围内中,本实用新型的上述各技术特征和在下文 (如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。
附图说明
图1为本实用新型一种典型的气凝胶生产系统示意图;
图2为工装刚性丝网支撑结构;
图3为工装在超临界反应釜内的装配示意图;
图4是气凝胶生产工装中各部分位置的相对关系,即反射层的位置和吸气剂的配合示意图;
图5为气凝胶工件封装设备的示意图。
附图中各标记为:
1:真空过渡进仓;
2:真空工作仓;
3:真空过渡出仓;
4:第一真空隔离风门;
5:第二真空隔离风门;
6:导轨;
7:热封设备;
8:进料口;
9:出料口;
10:真空烘烤室;
11:工装料架;
12:第三真空隔离风门。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究,首次开发了一种能耗低、产量大、生产效率高的气凝胶生产系统,该生产系统生产的气凝胶产品可直接使用。在此基础上完成了本实用新型。
本实用新型开发的气凝胶生产系统包括原料供给模块、混合模块、超临界干燥模块、原料回收模块、抽真空模块和封装模块;其中原料供给模块包括供给硅源的第一储器、供给催化剂的第二储器以及供给醇溶剂的第三储器,第一储器、第二储器以及第三储器通过管道向混合模块输送原料,所述第一储器、第二储器以及第三储器分别通过管道与所述混合模块连接,或者所述第一储器、第二储器以及第三储器所连接的管道汇合后接入所述混合模块。由原料供给模块提供的原料进入混合模块混合并制备成醇凝胶。混合模块通过管道向所述超临界干燥模块输送制备的醇凝胶,醇凝胶在超临界干燥模块被干燥生成气凝胶。超临界干燥后的气凝胶通过抽真空处理,去除气凝胶中的杂质和水分,生成纯净的气凝胶产品。随后将气凝胶产品输送至封装模块进行封装。
可选地,超临界干燥模块通过盘管向原料回收模块排出醇溶剂,醇溶剂通过管道输送至所述第二储器作为原料,实现原料的循环利用。
可选地,在所述混合模块之后,所述超临界干燥模块之前,设置预成型模块。气凝胶根据生产利用需要,在特定形状的预成型工装内预成型,随后进行干燥与封装。封装后的气凝胶产品可直接使用。
本实用新型的主要优点包括:
(a)本实用新型的气凝胶生产系统,能耗低,生产效率高。
(b)本实用新型的气凝胶生产系统,所生产的气凝胶产品可直接使用,方便灵活。
(c)本实用新型的气凝胶生产系统,结构简单,成本低,经济效益高。
下面结合具体实施例,进一步阐述本实用新型。应理解,这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
需要说明的是,在本专利的权利要求和说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
如图1所示,本实用新型一种典型的气凝胶生产系统,该系统包括原料供给模块、混合模块、超临界干燥模块、原料回收模块、抽真空模块和封装模块;其中原料供给模块包括供给硅源的第一储器、供给催化剂的第二储器以及供给醇溶剂的第三储器;混合模块将原料供给模块所供给的原料混合并制备醇凝胶;超临界干燥模块通过干燥制备的醇凝胶生成气凝胶;原料回收模块是将超临界干燥模块排出的醇溶剂回收用作原料;抽真空模块是超临界干燥后通过抽真空处理,去除气凝胶中的杂质和水分;以及封装模块将气凝胶产品进行真空封装。原料供给模块的第一储器、第二储器以及第三储器通过管道向混合模块输送原料,混合模块通过管道向超临界干燥模块输送醇凝胶;超临界干燥模块通过盘管向原料回收模块排出醇溶剂,醇溶剂通过管道输送至第二储器作为原料;超临界干燥模块与抽真空模块连接,抽真空模块通过传送装置将气凝胶送入封装模块进行真空封装。第一储器、第二储器以及第三储器分别通过管道与混合模块连接。超临界干燥模块与抽真空模块设置于同一反应容器中。
混合模块包括混合容器和安装于混合容器的搅拌装置,搅拌装置通过马达驱动。混合模块还包括用于测定混合容器内部温度的温度传感器。
超临界干燥模块包括超临界反应容器和加热装置。
本实用新型的气凝胶生产系统,结构简单,成本低,经济效益高。
实施例2
本实用新型另一优选的实施例还包括设置在混合模块之后超临界干燥模块之前的预成型模块。气凝胶产品基本性质是脆性的,在使用过程中极易损坏,破坏了气凝胶的空间结构,最终会影响气凝胶的保温性能。本实用新型进行了近终型预成型设计,从用户的最终使用要求出发,设计相应形状的工装,凝胶及超临界处理,真空干燥均在该工装内完成,直至产品完成最终的封装成型。所述预成型模块包括预成型工装,所述预成型工装包括外部的刚性支撑结构和内部的柔性包覆结构。两部分结构的接触表面进行相应处理以避免粘连。柔性包覆结构内侧需涂镀铝质,银质等红外反射层,反射层的设置不影响吸气剂的激活。吸气剂在超临界完成前或超临界完成后放置,产品真空密封后需要激活吸气剂。
工装材质可选金属或非金属薄板材,工装的形状可为整体平板结构或镂空,或成丝网状。如图2所示,一种网状结构的刚性支撑工装。该工装包括凹板M和凸板N。如图3所示,工装在超临界干燥容器内的装配示意图。如图4,是气凝胶生产工装中各部分位置的相对关系,即反射层的位置和吸气剂的配合示意图;其中,A为热封段,B为外部刚性支撑结构,C1、C2以及C3为气凝胶放置位置,任选一个即可;D为内部柔性包覆结构,E为反射层。
将柔性包覆部分放置入刚性支撑部分,达到两者的初步贴合。随后该工装在凝胶段末端完成醇凝胶的灌装,然后以竖直状态以一定的顺序堆砌入反应容器内部。随后用无水乙醇将工装与反应容器之间的缝隙填满,关闭反应容器进行开始进行超临界处理。支撑部分的丝网状设计,可充分快速地进行换热,既节材又省时。工装的内部柔性包覆部分可选择耐高温膜,以适应超临界的苛刻条件。包覆部分的开口部分比支撑部分高出3cm,醇凝胶的灌装液位比支撑部分低0.5cm,灌装完成后再加入0.5cm厚的无水乙醇以保护醇凝胶。柔性薄膜内部涂镀反射层,减少气凝胶产品的热辐射。为了进一步维持真空系统的密封,设计安装吸气剂。为了避免反射层技术对吸气剂激活的屏蔽作用,涂镀反射层时可设计相应的形状,满足条、带、片等不同形状吸气剂的使用要求。
本实用新型的预成型模块减少了使用前的加工环节,保温层可以做到与被保温件的完美贴合,节省了施工时间,节约了人力物力,也减少了物料损耗。
本实用新型的封装模块包括封装设备。气凝胶产品的封装在如图5所示的真空封装设备内完成。该真空封装设备包括三个部分:真空过渡进仓1、真空工作仓2以及真空过渡出仓3;其中,真空过渡进仓1与真空工作仓2之间设有第一真空隔离风门4,真空工作仓2与真空过渡出仓3之间设有第二真空隔离风门4;第一真空隔离风门4和第二真空隔离风门5在真空封装设备封装工件时关闭,保证真空封装设备工作时整体系统内保持真空;真空过渡进仓1、真空工作仓2以及真空过渡出仓3内设有导轨6和机械抓取装置,完成封装工件的输送移动和堆垛;真空工作仓2内设有热封设备7,完成工件的封装;真空过渡进仓1设有进料口8,真空封装设备工作时,待封装的工件装载在工装料架11上,从进料口8进入该真空封装设备进行封装;真空过渡出仓3设有出料口9,完成封装后,工件从出料口9退出该真空封装设备。真空工作仓2 内设有机械压合装置和真空烘烤老化装置,配合所述热封设备完成工件的封装和烘烤老化。真空工作仓2由第三隔离风门12隔离成两个仓室,分别为真空烘烤室10和真空封装室。真空工作仓内设有真空抽嘴,保证工作时真空工作仓内位真空状态。真空工作仓内设有定位装置和定时装置,定时装置和定位装置控制待封装的工件定时进出真空封装设备,第一真空隔离风门4和第二真空隔离风门5定时关闭,封装工件在设定的特定位置进行封装和烘烤老化。真空隔离风门可进行远程操作。
工作时,整体系统保持真空,真空过渡进仓1和真空工作仓2之间的第一真空隔离风门4关闭,两仓互不连通。内部带有处理完毕的气凝胶的工装按照一定方向放置在导轨6上,保证需要封装的柔性材料的开口在规定位置。真空过渡进仓仓门关闭,第一真空隔离风门4打开,真空过渡出仓3和真空工作仓 2之间的第二真空隔离风门5关闭,在机械力的作用下,工装水平移入到真空工作仓2的指定位置,第一真空隔离风门4关闭。真空过渡进仓1真空破除,准备迎接新的工装见进入。在真空工作仓2内,由于定位系统的设计,待热封材料已经进入封装工位,热封系统按照规定的热封程序和制度完成膜的热封。在机械手或者导轨的作用下,热封完的工件上升或平移至真空烘烤工位,按照烘烤程序完成热封材料的老化,为了更好的完成真空封装和真空烘烤,在这两个工位之间设有第三真空封门12,进行更好的隔离。烘烤老化完成后的工件通过第二真空隔离门5进入真空过渡出仓3,降温至一定温度后取出。
本实用新型的封装模块可实现气凝胶产品在真空封装设备内的续批式封装,避免了频繁起停泵,节能节时。
在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种气凝胶生产系统,其特征在于,所述系统包括(a)原料供给模块:包括供给硅源的第一储器、供给催化剂的第二储器以及供给醇溶剂的第三储器;
(b)混合模块:将原料供给模块所供给的原料混合并制备醇凝胶;
(c)超临界干燥模块:通过干燥制备的醇凝胶生成气凝胶;
(d)原料回收模块:超临界干燥模块排出的醇溶剂回收用作原料;
(e)抽真空模块:超临界干燥后通过抽真空处理,去除气凝胶中的杂质和水分;以及
(f)封装模块:将气凝胶产品进行真空封装;
其中,所述原料供给模块的第一储器、第二储器以及第三储器通过管道向所述混合模块输送原料,所述混合模块通过管道向所述超临界干燥模块输送醇凝胶;
所述超临界干燥模块通过盘管向所述原料回收模块排出醇溶剂,醇溶剂通过管道输送至所述第二储器作为原料;
所述超临界干燥模块与所述抽真空模块连接,所述抽真空模块通过传送装置将气凝胶送入所述封装模块进行真空封装。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述混合模块包括混合容器和安装于所述混合容器的搅拌装置。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述超临界干燥模块包括超临界反应容器和加热装置。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,在所述混合模块之后,所述超临界干燥模块之前,设置预成型模块。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述预成型模块包括预成型工装,所述预成型工装包括外部的刚性支撑结构和内部的柔性包覆结构。
6.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述预成型工装内放置有吸气剂。
7.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述封装模块包括真空封装设备,所述真空封装设备包括三个部分:真空过渡进仓、真空工作仓以及真空过渡出仓;
其中,所述真空过渡进仓与所述真空工作仓之间设有第一真空隔离风门,所述真空工作仓与所述真空过渡出仓之间设有第二真空隔离风门;
所述第一真空隔离风门和所述第二真空隔离风门在所述真空封装设备封装工件时关闭,保证所述真空封装设备工作时整体系统内保持真空;
所述真空过渡进仓、所述真空工作仓以及所述真空过渡出仓内设有导轨和机械抓取装置,完成封装工件的输送移动和堆垛;
所述真空工作仓内设有热封设备,完成工件的封装;
所述真空过渡进仓设有进料口,所述真空封装设备工作时,待封装的工件自所述进料口进入所述真空封装设备进行封装;
所述真空过渡出仓设有出料口,完成封装后,工件从所述出料口退出所述真空封装设备。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述真空工作仓内设有机械压合装置和真空烘烤老化装置,配合所述热封设备完成工件的封装和烘烤老化。
9.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述真空工作仓内设有真空抽嘴。
10.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述真空工作仓内设有定位装置和定时装置,所述定时装置和定位装置控制待封装的工件定时进出所述真空封装设备,所述第一真空隔离风门和所述第二真空隔离风门定时关闭,所述封装工件在设定的特定位置进行封装和烘烤老化。
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