CN111841386A - 气凝胶基体生产装置及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料生产技术领域，尤其是涉及一种气凝胶基体生产装置及其生产方法，具有立于平台上的龙门式机架，龙门式机架包括立于平台上的柱脚，柱脚顶部固定连接有横梁，穿过横梁设有转鼓空心轴，转鼓空心轴内设有可自由转动的中心轴并向下延伸，中心轴由第一驱动装置驱动，转鼓空心轴由第二驱动装置驱动，横梁下方设有加热罐体，中心轴伸入加热罐体内的部分外周设有若干层平行的桨叶层，中心轴末端设有推进螺旋桨。本发明的气凝胶基体生产装置采用“自上而下”的一体化设计方式，集成了搅拌混合、凝固、长晶以及破碎出料四个步骤，占地面积小，空间利用率合理，仅需1‑2名员工操作和值守即可，经济效益较高。
Description
技术领域
本发明涉及新材料生产技术领域，尤其是涉及一种气凝胶基体生产装置及其生产方法。
背景技术
气凝胶又叫干凝胶，是一种新型的隔热材料；由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。
传统气凝胶生产工序通常包括搅拌混合、凝固、加固以及破碎出料四个步骤，一般需要三到四台大型机械联合运转方可生产，所需的场地较大，空间利用不合理，同时，各个机械之间的搬运也需要大量的人力，经济效益不高。
加固过程也称之为长晶或者老化过程，是为了使凝固成胶状的气凝胶进一步凝固，使其成为固体。加固过程使用的方法就是对气凝胶进行加热。在工业生产中，气凝胶凝固池通常十分巨大，一般加热方式为对池壁进行加热，使其慢慢由外至内加热，从而完成长晶工序。由于气凝胶本身是一种很好的隔热材料，而凝固池体积很大，对靠近中心的气凝胶胶体来说，十分难以加热，一方面需要使用巨量能源，另一方面加热时间非常长，造成生产效率降低。
破碎出料时，传统破碎方式一般为人工破碎，利用铲子等较为原始的工具进行破碎，破碎效率极低。后来出现采用搅拌机进行破碎，由于气凝胶固体凝固包裹在搅拌机的搅拌桨上，受阻力及应力影响，搅拌机想要再启动时，非常困难，若强行启动，则往往容易造成搅拌机的损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种一体化的、能加速气凝胶长晶过程的、易破碎气凝胶的气凝胶基体生产装置及其生产方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
气凝胶基体生产装置，具有立于平台上的龙门式机架，所述龙门式机架包括立于平台上的柱脚，所述柱脚顶部固定连接有横梁，所述横梁上固定设置有第一驱动装置以及第二驱动装置，穿过所述横梁设有转鼓空心轴，所述转鼓空心轴内设有可自由转动的中心轴并向下延伸，所述中心轴由第一驱动装置驱动，所述转鼓空心轴由第二驱动装置驱动，所述横梁下方设有加热罐体，所述加热罐体底部开设有出料口，所述加热罐体侧边设有架于所述平台上的支座，所述中心轴伸入所述加热罐体内的部分外周设有若干层平行的桨叶层，所述中心轴末端设有推进螺旋桨。
进一步地，所述转鼓四周均匀设有若干副转轴并向所述加热罐体底部延伸，所述副转轴由设置在转鼓外侧的第三驱动装置驱动，所述副转轴上亦设有与所述中心轴上的桨叶层交错设置的桨叶层。
进一步地，所述副转轴数量为2-6根。
进一步地，所述桨叶层具有3-10层，所述桨叶层每层包括2-6片桨叶。
进一步地，所述加热罐体包括罐体本体以及设置于所述罐体本体外层的水夹套，所述罐体本体上通有贯穿所述水夹套的注料口，所述注料口与所述罐体本体侧边呈45度夹角，所述水夹套一侧上端设有第一出水口，另一侧底部设有第一进水口，所述水夹套与所述罐体本体之间设有螺旋上升的导流板。
进一步地，所述中心轴及副转轴均包括内管体与外管体，所述内管体底部开设有至少四个出水通道，所述中心轴及副转轴顶部设有与所述中心轴或副转轴相通的循环定子，所述循环定子包括外层的固定套，所述固定套顶端开设有第二进水口，所述进水口下端设有与所述内管体相通的进水道，所述固定套侧边上开设有至少1个第二出水口。
进一步地，所述出料口底部横向设置有由外部液压缸驱动的闸阀。
进一步地，本发明还公开了一种依托于上述气凝胶基体生产装置的气凝胶生产方法，包括以下步骤：
步骤一：预热，在进料前对气凝胶原料液加热至40-70摄氏度；
步骤二：注料，将步骤一中经预热的气凝胶原料液倒入所述罐体本体中；
步骤三：搅拌，启动第一驱动装置，并使其驱动中心轴搅拌罐体本体中的气凝胶原料液5-30分钟后，第二驱动装置及第三驱动装置分别驱动转鼓及副转轴转动，待副转轴搅拌5-30分钟后，PH值变成弱碱性，停止搅拌；
步骤四：成胶，待步骤三停止搅拌后，等待气凝胶原料液反应凝固成为胶状物；
步骤五：长晶，分别向水夹套的进水口和中心轴以及副转轴的内管体内注入温度为70-100摄氏度的热水或水蒸气持续加热，形成固体化的气凝胶；
步骤六：破碎及出料，启动第一驱动装置驱动中心轴5°-15°，再沿相反方向转动5°-15°，依上述转动方式转动5-10次，打开闸阀，并使中心轴开始常态搅拌，使得中心轴附近的气凝胶基体破碎，并通过中心轴上的推进螺旋桨被送出，形成出料通道，此时打开第三驱动装置驱动副转轴开始搅拌破碎，使得其余气凝胶基体向出料通道坍塌，并随出料通道被送出，此时启动第二驱动装置使转鼓转动60-120度，将未被破碎的余料进行破碎并送出。
综上所述，采用本发明的技术手段相较于传统技术手段而言具有以下优点：
1.本发明的气凝胶基体生产装置采用“自上而下”的一体化设计方式，集成了搅拌混合、凝固、长晶以及破碎出料四个步骤，占地面积小，空间利用率合理，仅需1-2名员工操作和值守即可，经济效益较高。
2.本发明的气凝胶基体生产装置及生产方法采用的加热方式使得加热效率更高，加热更快，提高生产效率的同时也显著降低了能源的消耗。
3.本发明的气凝胶基体生产装置及生产方法在破碎气凝胶时，搅拌机易于再启动，几乎不会对搅拌机造成损坏。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的转鼓结构俯视图；
图3为本发明的循环定子与中心轴连接结构示意图。
其中：1.龙门式机架、2.柱脚、3.横梁、4.第一驱动装置、5.第二驱动装置、6.转鼓空心轴、7.中心轴、8.加热罐体、9.出料口、10.支座、11.桨叶层、12.推进螺旋桨、13.副转轴、14.第三驱动装置、15.桨叶、16.罐体本体、17.水夹套、18.注料口、19.第一出水口、20.第一进水口、21.导流板、22.内管体、23.外管体、24.出水通道、25.循环定子、26.固定套、27.第二进水口、28.进水道、29.第二出水口、30.闸阀、31.转鼓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考下列附图，对本发明进行进一步的说明：
气凝胶基体生产装置，具有立于平台上的龙门式机架1，所述龙门式机架1包括立于平台上的柱脚2，所述柱脚2顶部固定连接有横梁3，所述横梁3上固定设置有第一驱动装置4以及第二驱动装置5，穿过所述横梁3设有中心轴7转鼓空心轴6，所述中心轴7套在转鼓空心轴6内可自由转动，中心轴7并向下延伸，所述中心轴7由第一驱动装置4驱动，所述转鼓空心轴6由第二驱动装置5驱动，所述横梁3下方设有加热罐体8，所述加热罐体8底部开设有出料口9，所述加热罐体8侧边设有架于所述平台上的支座，所述中心轴7伸入所述加热罐体8内的部分外周设有若干层平行的桨叶层11，所述桨叶层11具有7层，桨叶层11每层包括4片桨叶15，所述中心轴7末端设有推进螺旋桨12。
在上述的一种气凝胶基体生产装置中，龙门式机架1安装于平台上，有效地给与底部旋转与运动的空间，便于加热罐体8的安装。第一驱动装置4驱动中心轴7自转，第二驱动装置5驱动转鼓31转动，从而方便于实现后续搅拌机的公转运动，实现行星搅拌，使搅拌更加均匀透彻。多层的桨叶层11不仅使得上下层均受到搅拌，更加方便于后续破碎时对气凝胶固体或胶体进行破碎。最后由推进螺旋桨12将物料推出。
转鼓31四周均匀设有4根副转轴13并向所述加热罐体8底部延伸，所述副转轴13由设置在转鼓31外侧的第三驱动装置14驱动，所述副转轴13上亦设有与所述中心轴7上的桨叶层11交错设置的桨叶层11，所述桨叶层11具有7层，桨叶层11每层包括4片桨叶15。
上述的转鼓31在第二驱动装置5的驱动作用下进行旋转，带动副转轴13围绕中心轴7做公转运动，同时副转轴13在各自的第三驱动装置14驱动下实现自转，搅拌效率较高，后续破碎效率也相对较高。
加热罐体8包括罐体本体16以及设置于所述罐体本体16外层的水夹套17，所述罐体本体16上通有贯穿所述水夹套17的注料口18，所述注料口18与所述罐体本体16侧边呈45度夹角，所述水夹套17一侧上端设有第一出水口19，另一侧底部设有第一进水口，所述水夹套17与所述罐体本体16之间设有螺旋上升的导流板21。
在上述的加热罐体8中，罐体本体16外的水夹套17可由外侧向内侧对气凝胶胶体进行老化，使其长晶，导流板21则使得加热更加均匀。罐体本体16的注料口18与罐体本体16侧边呈45度是为了防止物料飞溅烫伤工人。
中心轴7及副转轴13均包括内管体22与外管体23，所述内管体22底部开设有四个出水通道24，所述中心轴7及副转轴13顶部设有与所述中心轴7或副转轴13相通的循环定子25，所述循环定子25与所述中心轴7或副转轴13之间设有动密封，所述循环定子25包括外层的固定套26，所述固定套26顶端开设有第二进水口27，所述第二进水口27下端设有与所述内管体22相通的进水道28，所述固定套26侧边上开设有1个第二出水口29。
上述的循环定子25使得内部与外部一同对气凝胶胶体加热老化，使其长晶，加热效率高，通常加热时间仅为原先时间的一半左右。热水或者热蒸汽通过第二进水口27，随进水道28进入内管体22内，自出水通道24进入外管体23与内管体22之间的间隙，从而加热气凝胶胶体，完成对气凝胶胶体内部的加热。最后热水或热蒸汽随第二出水口29排出。
出料口9底部横向设置有由外部液压缸驱动的闸阀。
本发明还公开了一种依托于上述气凝胶基体生产装置的气凝胶生产方法，包括以下步骤：
步骤一：预热，在进料前对气凝胶原料加热至58摄氏度。
步骤二：注料，将步骤一中经预热的气凝胶原料液体通过注料口18倒入所述罐体本体16中；
步骤三：搅拌，启动第一驱动装置4，并使其驱动中心轴7搅拌罐体本体16中的气凝胶液体15分钟后，第二驱动装置5及第三驱动装置14分别驱动转鼓31及副转轴13转动，待副转轴13搅拌15分钟后，停止搅拌；
在实际的生产过程中，为了使得搅拌更加均匀，气凝胶原料更加顺滑，通常会选择注入一部分气凝胶原料再进行搅拌，如此循环。例如每次注入五分之一的气凝胶原料并搅拌3分钟，使得搅拌更加均匀。
步骤四：成胶，待步骤三停止搅拌后，等待气凝胶液体凝固成为胶状物；
步骤五：长晶，分别向水夹套17的进水口和中心轴7以及副转轴13的内管体22内注入温度为100摄氏度的热水或水蒸气持续加热，形成固体化的气凝胶基体；
步骤六：破碎及出料，启动第一驱动装置4驱动中心轴7转动5°，再沿其相反方向转动5°，依上述转动方式转动10次，打开闸阀，并使中心轴7开始常态搅拌，使得中心轴7附近的气凝胶基体破碎，并通过中心轴7上的推进螺旋桨12被送出，形成出料通道，此时打开第三驱动装置14驱动副转轴13开始搅拌破碎，使得其余气凝胶基体向出料通道坍塌，并随出料通道被送出，此时启动第二驱动装置5使转鼓31转动90度，将未被破碎的余料进行破碎并送出。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.气凝胶基体生产装置，具有立于平台上的龙门式机架，其特征在于，所述龙门式机架包括立于平台上的柱脚，所述柱脚顶部固定连接有横梁，所述横梁上固定设置有第一驱动装置以及第二驱动装置，穿过所述横梁设有转鼓空心轴，所述转鼓空心轴底部外侧固定有转鼓，所述转鼓空心轴内设有可自由转动的中心轴并向下延伸，所述中心轴由第一驱动装置驱动，所述转鼓空心轴由第二驱动装置驱动，所述横梁下方设有加热罐体，所述加热罐体底部开设有出料口，所述加热罐体侧边设有架于所述平台上的支座，所述中心轴伸入所述加热罐体内的部分外周设有若干层平行的桨叶层，所述中心轴末端设有推进螺旋桨。
2.根据权利要求1所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述转鼓四周均匀设有若干副转轴并向所述加热罐体底部延伸，所述副转轴由设置在转鼓外侧的第三驱动装置驱动，所述副转轴上亦设有与所述中心轴上的桨叶层交错设置的桨叶层。
3.根据权利要求2所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述副转轴数量为2-6根。
4.根据权利要求1或2所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述桨叶层具有3-10层，所述桨叶层每层包括2-6片桨叶。
5.根据权利要求1所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述加热罐体包括罐体本体以及设置于所述罐体本体外层的水夹套，所述罐体本体上通有贯穿所述水夹套的注料口，所述注料口与所述罐体本体侧边呈45度夹角，所述水夹套一侧上端设有第一出水口，另一侧底部设有第一进水口，所述水夹套与所述罐体本体之间设有螺旋上升的导流板。
6.根据权利要求2所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述中心轴及副转轴均包括内管体与外管体，所述内管体底部开设有至少四个出水通道，所述中心轴及副转轴顶部设有与所述中心轴或副转轴相通的循环定子，所述循环定子包括外层的固定套，所述固定套顶端开设有第二进水口，所述第二进水口下端设有与所述内管体相通的进水道，所述固定套侧边上开设有至少1个第二出水口。
7.根据权利要求1所述的气凝胶基体生产装置，其特征在于：所述出料口底部横向设置有由外部液压缸驱动的闸阀。
8.根据权利要求1-7所述的气凝胶基体生产装置，本发明还公开了一种依托于上述气凝胶基体生产装置的气凝胶基体生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：预热，在进料前对气凝胶原料液加热至40-70摄氏度；
步骤二：注料，将步骤一中经预热的气凝胶原料液倒入所述罐体本体中；
步骤三：搅拌，启动第一驱动装置，并使其驱动中心轴搅拌罐体本体中的气凝胶原料液5-30分钟后，第二驱动装置及第三驱动装置分别驱动转鼓及副转轴转动，待副转轴搅拌5-30分钟后，PH值变成弱碱性，停止搅拌；
步骤四：成胶，待步骤三停止搅拌后，等待气凝胶原料液反应凝固成为胶状物；
步骤五：长晶，分别向水夹套的进水口和中心轴以及副转轴的内管体内注入温度为70-100摄氏度的热水或水蒸气持续加热，形成固体化的气凝胶基体；
步骤六：破碎及出料，启动第一驱动装置驱动中心轴5°-15°，再沿相反方向转动5°-15°，依上述转动方式转动5-10次，打开闸阀，并使中心轴开始常态搅拌，使得中心轴附近的气凝胶基体破碎，并通过中心轴上的推进螺旋桨被送出，形成出料通道，此时打开第三驱动装置驱动副转轴开始搅拌破碎，使得其余气凝胶基体向出料通道坍塌，并随出料通道被送出，此时启动第二驱动装置使转鼓转动60-120度，将未被破碎的余料进行破碎并送出。
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