一种铝溶胶生产过程中的铝粉分批加料方法及自动加料设备与流程

本发明属于铝溶胶生产设备领域，具体涉及一种铝溶胶生产过程中的铝粉分批加料方法及自动加料设备。

背景技术：

铝溶胶是一种胶粒带正电性，具有丁达尔效应，较宽的粘度范围，ph在3.5-4.5之间，广泛应用于纺织、造纸、陶瓷、耐火材料和无机纤维等行业的无机高分子聚合物。其制造生产方法也很多，包括有机铝盐水解法、无机盐水解催化法、拟薄水铝石类酸化法、金属铝酸反应法等，不同的制备方法得到的铝溶胶适用于不同的工业生产需求。

在铝粉与酸反应制备铝溶胶这一领域，目前该类生产方法主要是制备具有可纺性的铝溶胶，应用于氧化铝纤维制备领域，该工艺方法具有生产成本低、固含量高的优点。

然而由于在生产过程中反应设备内产生的水蒸气、释放的污染性气体、高温、高压等原因，生产操作过程中使得铝粉的添加受到很大限制；目前生产过程中多采用人工方式添加铝粉，既易产生较大的计量误差，又造成多次定量添加困难，影响生产效率；同时在反应过程中又具有很大的危险性，例如粉尘污染、污染性气体挥发等；在铝粉混合浆液向反应釜注入时会在混合罐内存有残留粘结，影响生产效率与质量；且原有工艺路线是一次性将铝粉加入到反应铝盐溶液中，反应过程温度可达80-120℃，釜内反应液面升高，同时伴随有水蒸气、氮氧化合物或氢气等可燃性气体的产生，反应釜内压力可达10-100kpa。受限于以上原因，一次性投料量有限，人工操作很难实现二次甚至多次加料，既对铝溶胶的生产质量产生过多的人为影响，又限制了铝溶胶的生产产能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种铝溶胶生产过程中的铝粉分批加料方法及自动加料设备。

为解决上述技术问题，本发明包括储水筒、铝粉储料筒、铝粉上料组件、称量组件、储气罐、混料组件、反应釜以及冲洗组件，所述混料组件通过混料管与所述反应釜连接，所述储水筒通过入水管连接所述混料组件，所述储气罐与所述混料组件通过加气管连接，所述铝粉储料筒设置在所述铝粉上料组件上方，所述铝粉上料组件通过上料管与所述混料组件连接，所述铝粉储料筒固定连接所述称量组件，所述冲洗组件设置在所述混料组件内部且与所述储水筒通过冲洗管连接。

根据本发明的一些实施例，所述混料组件包括有第一电机、混料连接件、混料罐以及第一搅拌桨，所述混料罐柱体为椭球形，便于混合后的铝粉通过自重力进入到所述反应釜且使得搅拌时阻力更小，铝粉混合浆液转动速度更高，所述第一搅拌桨设置在所述混料罐内部，所述第一搅拌桨连接所述第一电机，所述第一电机转动带动所述第一搅拌桨转动，所述第一搅拌桨用于使铝粉和水的充分混合，同时防止铝粉在粉末状态下与水蒸气接触时的固结以及粘附到设备上，并保持铝粉在水中不沉降，所述第一电机外壁与所述混料罐之间通过所述混料连接件固定连接，所述混料连接件用于固定支撑所述第一电机、减少噪声、防止混合铝粉飞溅、防止外界物质水汽进入导致铝粉混合状态改变。

根据本发明的一些实施例，所述混料管一端连通在所述混料罐底部另一端与所述反应釜连通，所述混料管上设置有第一球阀，所述第一球阀控制所述混料罐与所述反应釜之间的连通与阻断状态。

根据本发明的一些实施例，所述反应釜包括第二电机、反应连接件、反应罐以及第二搅拌桨，所述反应罐主体为椭球形，便于搅拌时反应物质在所述反应罐内流动阻力更小反应更充分，所述第二搅拌桨设置在所述反应罐内部，所述第二搅拌桨连接所述第二电机，所述第二电机转动带动所述第二搅拌桨，所述第二搅拌桨用于使铝粉混合浆液与酸的充分混合不沉降，所述第二电机外壁与所述反应罐之间通过所述反应连接件固定连接，所述反应连接件用于固定支撑所述第二电机、减少噪声、防止反应物质飞溅、防止反应生成的污染气体散出、防止外界物杂物或进入导致反应状态改变。

根据本发明的一些实施例，所述储水筒主体为上方开口的筒体结构，便于实时观测所述储水筒内水位并根据需要更便捷的加水。

根据本发明的一些实施例，所述入水管上连通有第二球阀，所述入水管一端与所述储水筒底端连通，所述入水管另一端与所述混料罐连通，所述第二球阀控制所述储水筒与所述混料罐间的连通与阻断状态。

根据本发明的一些实施例，所述储气罐内部为中空结构，所述加气管一端与所述储气罐内部连通且所述加气管另一端与所述混料组件连通，在所述混料罐中通入惰性保护气体，增大所述混料罐内部压力，使所述混料罐和所述反应罐间产生压力差，将铝粉混合浆液压入到反应容器中，克服了添加过程中由于反应产生的高压导致向所述反应罐内加料困难的问题，又对所述反应罐中产生的废气进行了保护，避免了危险的发生。

根据本发明的一些实施例，所述加气管为管状结构，所述加气管上连通有第三球阀，所述第三球阀控制所述储气罐与所述混料罐间的连通与阻断状态。

根据本发明的一些实施例，所述铝粉储料筒主体为内部中空的筒状结构，所述铝粉储料筒包括上顶板、侧板以及锥形斗，所述上顶板主体为圆板结构，所述侧板主体为环形，所述侧板外周壁直径小于所述上顶板圆形直径，保证密封性的同时更便于将上顶板拆卸加料，所述锥形斗柱体为倒锥形筒体结构，所述锥形斗锥体尖部形成有通孔，用于与所述铝粉上料组件配合，铝粉通过通孔进入到所述铝粉上料组件。

根据本发明的一些实施例，所述称量组件包括固定杆、固定板以及压感块，所述固定杆有多个，保证支撑稳定的同时可以使所述固定板受力更加均匀以使重量测量更加精准，所述固定杆一端固定连接所述固定板且所述固定杆另一端固定连接所侧板，所述固定板主体为矩形结构，所述固定板下底面矩形四角设置有所述压感块，所述压感块起支撑与称量作用。

根据本发明的一些实施例，所述铝粉上料组件包括有套管、螺旋杆、第三电机以及支撑架，所述套管一端与所述上料管连通，铝粉通过所述套管进入到所述上料管内，所述螺旋杆设置在所述套管内部，所述螺旋杆一端与所述第三电机连接，所述第三电机转动带动所述螺旋杆转动，将铝粉传送到所述上料管内，所述套管远离所述上料管的一端固定连接所述第三电机的外壁，以保证密封性的同时降低噪音，所述螺旋杆长度与所述套管长度相同，所述支撑架固定连接所述第三电机外壁，用于固定支撑所述第三电机，保证在上料过程中的稳定性。

根据本发明的一些实施例，所述上料管上设置有第四球阀，所述第四球阀控制所述套管与所述混料罐间的连通与阻断状态。

根据本发明的一些实施例，所述套管上形成有入料孔，所述入料孔与所述锥形斗锥形尖部拟合，所述套管与所述锥形斗采用分离式设计，防止因所述套管的固定对所述压感块称量精度的影响。

根据本发明的一些实施例，所述冲洗组件包括喷头以及万向节，所述喷头设置在所述混料罐内部，所述万向节一端固定连接所述冲洗管另一端固定连接所述喷头，通过所述万向节的转动带动所述喷头转动喷涂清洗，对所述混料罐内部进行无死角的高压喷洗，保证铝粉全部冲洗到所述反应罐内部。

根据本发明的一些实施例，所述冲洗管一端连通所述储水筒底部另一端连通所述喷头，所述冲洗管上设置有第五球阀，所述第五球阀控制所述储水筒与所述喷头之间的连通与阻断状态。

一种铝溶胶生产过程中的铝粉分批加料方法，其步骤如下，

s1，

储水筒向混料罐内注水，铝粉储料筒内的铝粉通过称量组件称量后向混料罐内加入铝粉，单次加入的铝粉在加入到混料罐内后混合5-10min，混料罐内铝粉和水的比例范围为1∶(1-3)，第一搅拌桨转速为5-50r/min，水的ph值在6.5-7.5之间，

s2，

储气罐向混料罐内冲入惰性气体以增加混料罐内气压，使混料罐内的气压高于反应罐内的压力10-20kpa，以使铝粉混合浆液注入到反应罐内，铝粉混合浆液注入过程持续2-5min，

s3，

冲洗组件旋转喷淋，对混料罐内壁进行喷淋10-20s，将混料罐内壁上处残留的铝粉混合浆液冲入反应罐内，

s4，

重复上述s1-s3步骤，进行多批次加料，直至加料3-10次。

本发明有益效果是：

(1)所述铝粉储料筒包括锥形结构设计的所述锥形斗，便于铝粉在重力作用下，可以自动落到下部的螺旋进给部位，实现铝粉的持续的添加；

(2)进给部位采用螺旋进给方式，根据铝粉加料量所述第三电机带动所述螺旋杆进行精确加料，通过所述压感块可实现铝粉失重量的精确称量；

(3)所述混料罐采用椭球形状的罐体，便于混合后的铝粉通过自重力进入到所述反应釜且使得搅拌时阻力更小，铝粉混合浆液转动速度更高，所述第一搅拌桨可无极调速，所述第一搅拌桨用于使铝粉和水的充分混合，同时防止铝粉在粉末状态下与水蒸气接触时的固结以及粘附到设备上，并保持铝粉在水中不沉降；

(4)设置有所述储气罐，且所述储气罐通过所述第三球阀控制，在所述混料罐中通入惰性保护气体，增大所述混料罐内部压力，使所述混料罐和所述反应罐间产生压力差，将铝粉混合浆液压入到反应容器中，克服了添加过程中由于反应产生的高压导致向所述反应罐内加料困难的问题，又对所述反应罐中产生的废气进行了保护，避免了危险的发生；

(5)采用所述喷头以及所述万向节，在铝粉混合浆液加注完成后，通过所述第五球阀控制水流通断与水压大小，通过所述万向节的转动带动所述喷头转动喷涂清洗，对所述混料罐内部进行无死角的高压喷洗，保证铝粉全部冲洗到所述反应罐内部；

(6)采用所述混料连接件与所述反应连接件，用于固定支撑电机、减少噪声、防止反应物质飞溅、防止反应生成的污染气体散出、防止外界物杂物或进入导致内部改变。

(7)实现铝溶胶的分批次多次机械自动添加，提高铝溶胶的单批次产能，节省人工，降低铝溶胶的生产成本；

(8)减少铝溶胶生产过程中的人员参与度，提高铝溶胶的生产质量。

(9)通过铝粉加料前对铝粉与水进行混合，解决铝粉直接往高温高湿条件反应容器加入时的飘散的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的一种较佳实施例的整体结构的结构示意图；

图2为本发明整体结构另一视角的结构示意图；

图3为本发明铝粉储料筒、称量组件以及铝粉上料组件的结构示意图；

图4为本发明铝粉上料组件内部螺旋杆的结构示意图；

图5为本发明混料组件的结构示意图；

图6为本发明反应釜的结构示意图；

图7为本发明a部位结构示意图；

图8为本发明b部位结构示意图；

图9为本发明c部位结构示意图；

图10为本发明d部位结构示意图；

图11为本发明工艺流程图。

图中：

1、混料组件；102、第一电机；103、混料连接件；104、混料罐；105、第一搅拌桨；

2、反应釜；201、第二电机；202、反应连接件；203、反应罐；204、第二搅拌桨；

3、储水筒；

4、储气罐；

5、铝粉储料筒；501、上顶板；502、侧板；503、锥形斗；

6、称量组件；601、固定杆；602、固定板；603、压感块；

7、铝粉上料组件；701、套管；702、螺旋杆；703、第三电机；704、支撑架；705、入料孔；

8、冲洗组件；801、喷头；802、万向节；

91、混料管；911、第一球阀；92、入水管；921、第二球阀；93、加气管；931、第三球阀；94、上料管；941、第四球阀；95、冲洗管；951、第五球阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决上述技术问题，请参阅图1，本发明包括混料组件1、反应釜2、储水筒3、储气罐4、铝粉储料筒5、称量组件6、铝粉上料组件7以及冲洗组件8，混料组件1通过混料管91与反应釜2连接，储水筒3通过入水管92连接混料组件1，储气罐4与混料组件1通过加气管93连接，铝粉储料筒5设置在铝粉上料组件7上方，铝粉上料组件7通过上料管94与混料组件1连接，铝粉储料筒5固定连接称量组件6，冲洗组件8设置在混料组件1内部且与储水筒3通过冲洗管95连接。

请参阅图5，至少其中一个实施例中，混料组件1包括有第一电机102、混料连接件103、混料罐104以及第一搅拌桨105，混料罐104柱体为椭球形，便于混合后的铝粉通过自重力进入到反应釜2且使得搅拌时阻力更小，铝粉混合浆液转动速度更高，第一搅拌桨105设置在混料罐104内部，第一搅拌桨105连接第一电机102，第一电机102转动带动第一搅拌桨105转动，第一搅拌桨105用于使铝粉和水的充分混合，同时防止铝粉在粉末状态下与水蒸气接触时的固结以及粘附到设备上，并保持铝粉在水中不沉降，第一电机102外壁与混料罐104之间通过混料连接件103固定连接，混料连接件103用于固定支撑第一电机102、减少噪声、防止混合铝粉飞溅、防止外界物质水汽进入导致铝粉混合状态改变。

请参阅图1，至少其中一个实施例中，混料管91一端连通在混料罐104底部另一端与反应釜2连通，混料管91上设置有第一球阀911，第一球阀911控制混料罐104与反应釜2之间的连通与阻断状态。

请参阅图6，至少其中一个实施例中，反应釜2包括第二电机201、反应连接件202、反应罐203以及第二搅拌桨204，反应罐203主体为椭球形，便于搅拌时反应物质在反应罐203内流动阻力更小反应更充分，第二搅拌桨204设置在反应罐203内部，第二搅拌桨204连接第二电机201，第二电机201转动带动第二搅拌桨204，第二搅拌桨204用于使铝粉混合浆液与酸的充分混合不沉降，第二电机201外壁与反应罐203之间通过反应连接件202固定连接，反应连接件202用于固定支撑第二电机201、减少噪声、防止反应物质飞溅、防止反应生成的污染气体散出、防止外界物杂物或进入导致反应状态改变。

请参阅图1，进一步的，储水筒3主体为上方开口的筒体结构，便于实时观测储水筒3内水位并根据需要更便捷的加水。

请参阅图8，至少其中一个实施例中，入水管92上连通有第二球阀921，入水管92一端与储水筒3底端连通，入水管92另一端与混料罐104连通，第二球阀921控制储水筒3与混料罐104间的通断状态以及水流量大小。

进一步的，混料罐104内铝粉和水的混合比例为1:(1-3)，入水管92上还设置有流量计，通过流量计的示出值判断，使铝粉和水的比例控制在以上范围。

请参阅图1，至少其中一个实施例中，储气罐4内部为中空结构，加气管93一端与储气罐4内部连通且加气管93另一端与混料组件1连通，在混料罐104中通入惰性保护气体，增大混料罐104内部压力，使混料罐104和反应罐203间产生压力差，将铝粉混合浆液压入到反应容器中，克服了添加过程中由于反应产生的高压导致向反应罐203内加料困难的问题，又对反应罐203中产生的废气进行了保护，避免了危险的发生。

请参阅图7，至少其中一个实施例中，加气管93为管状结构，加气管93上连通有第三球阀931，第三球阀931控制储气罐4与混料罐104间的连通与阻断状态以及气流大小。

进一步的，反应罐203中的温度在90-110℃，反应罐203内部连通有压力计，混料罐104内部连通有压力计。

进一步的，反应罐203内加料时气压为10-100kpa。

进一步的，可根据压力计的示出值调节第三球阀931调节混料罐104与反应罐203内部的压力差，保证混料罐104内部气压大于反应罐203内部气压，实现加料的可控性和顺畅性。请参阅图3，至少其中一个实施例中，铝粉储料筒5主体为内部中空的筒状结构，铝粉储料筒5包括上顶板501、侧板502以及锥形斗503，上顶板501主体为圆板结构，侧板502主体为环形，侧板502外周壁直径小于上顶板501圆形直径，保证密封性的同时更便于将上顶板501拆卸加料，锥形斗503柱体为倒锥形筒体结构，锥形斗503锥体尖部形成有通孔，用于与铝粉上料组件7配合，铝粉通过通孔进入到铝粉上料组件7。

请参阅图3，至少其中一个实施例中，称量组件6包括固定杆601、固定板602以及压感块603，固定杆601有多个，保证支撑稳定的同时可以使固定板602受力更加均匀以使重量测量更加精准，固定杆601一端固定连接固定板602且固定杆601另一端固定连接所侧板502，固定板602主体为矩形结构，固定板602下底面矩形四角设置有压感块603，压感块603起支撑与称量作用。

请参阅图3，至少其中一个实施例中，铝粉上料组件7包括有套管701、螺旋杆702、第三电机703以及支撑架704，套管701一端与上料管94连通，铝粉通过套管701进入到上料管94内，螺旋杆702设置在套管701内部，螺旋杆702一端与第三电机703连接，第三电机703转动带动螺旋杆702转动，将铝粉传送到上料管94内，套管701远离上料管94的一端固定连接第三电机703的外壁，以保证密封性的同时降低噪音，螺旋杆702长度与套管701长度相同，支撑架704固定连接第三电机703外壁，用于固定支撑第三电机703，保证在上料过程中的稳定性。

请参阅图3，至少其中一个实施例中，上料管94上设置有第四球阀941，第四球阀941控制套管701与混料罐104间的连通与阻断状态。

请参阅图9，至少其中一个实施例中，套管701上形成有入料孔705，入料孔705与锥形斗503锥形尖部拟合，套管701与锥形斗503采用分离式设计，防止因套管701的固定对压感块603称量精度的影响。

进一步的，压感块603计量单次失重量为2-30kg，压感块603单次计量结束后第三电机703停止转动以停止对混料罐104的上料。

请参阅图10，至少其中一个实施例中，冲洗组件8包括喷头801以及万向节802，喷头801设置在混料罐104内部，万向节802一端固定连接冲洗管95另一端固定连接喷头801，通过万向节802的转动带动喷头801转动喷涂清洗，对混料罐104内部进行无死角的高压喷洗，保证铝粉全部冲洗到反应罐203内部。

请参阅图8，至少其中一个实施例中，冲洗管95一端连通储水筒3底部另一端连通喷头801，冲洗管95上设置有第五球阀951，第五球阀951控制储水筒3与喷头801之间的连通与阻断状态。

请参阅图11，在对所述反应釜进行分批加料时，第一步，储水筒向混料罐内注水，铝粉储料筒内的铝粉通过称量组件称量后向混料罐内加入铝粉，由于生产过程中用到的铝粉粒径在50nm-1000μm之间，具有很强的活性和团聚性，为了保证铝粉与水的混合过程中铝粉的活性及性能不受影响，一次加入的铝粉在加入到混料筒后混合时间控制在5-10min内，单次加入的铝粉在加入到混料罐内后混合5-10min，混料罐内铝粉和水的比例为1∶(1-3)，优选比例为1:2，第一搅拌桨转速为5-50r/min，优选转速为40r/min，水的ph值在6.5-7.5之间。

第二步，由于反应罐内铝粉反应过程中会产生氮氧化合物、氢气等危险性气体，为了避免危险的发生以及对反应过程中铝溶胶质量的影响，储气罐向混料罐内冲入惰性气体以增加混料罐内气压，惰性气体优选氮气或氩气，使混料罐内的气压高于反应罐内的压力10-20kpa，以使铝粉混合浆液注入到反应罐内，铝粉混合浆液注入过程持续2-5min。

第三步，冲洗组件旋转喷淋，对混料罐内壁进行喷淋10-20s，将混料罐内壁上处残留的铝粉混合浆液冲入反应罐内。

第四步，重复上述s1-s3步骤，进行多批次加料，直至加料3-10次。

本发明在使用时，首先打开铝粉储料筒5的上顶板501，将铝粉注入到铝粉储料筒5内，将水注入到储水筒3内，储料筒内的铝粉通过入料孔705进入到套管701内部；

同时打开第二球阀921、第四球阀941以及第三电机703，第三电机703带动螺旋杆702将套管701内的铝粉通过上料管94推送到混料罐104内，同时储水筒3内的水通过入水管92进入到混料罐104中；

开动第一电机102带动第一搅拌桨105搅拌铝粉混合浆液并使之高速运动，搅拌完成后打开第三球阀931以及第一球阀911，储气罐4内的惰性气体进入混料罐104内，将混料罐104内的铝粉混合浆液推入到反应罐203内，同时惰性气体进入到反应罐203内防止反应生成的废气与空气中的氧气反应产生危险或是污染反应过程中铝溶胶；

待混料罐104内的铝粉混合浆液进入到反应罐203内时，打开第五球阀951，储水筒3内的水进入到喷头801内，开始喷淋清洗，万向节802转动带动喷头801转动，对混料罐104内壁进行全方位清洗；

铝粉混合浆液进入到反应罐203内与反应液反应，第二电机201带动第二搅拌桨204，充分反应不沉降。

需要定量加料时，压感块感应铝粉储料筒内部铝粉存量变化，以实现定量添加。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。