一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置论文和设计

全文摘要

一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，主要包括箱体和PLC控制系统，所述箱体内从左至右由隔板依次分隔成预热区、置换干燥区和回收区；所述预热区内设置搅拌轴，所述搅拌轴上设置搅拌叶片，搅拌轴上端与预热区上方的搅拌电机连接，所述预热区内壁从上至下还均匀设置若干层水平加热管；置换干燥区内对向垂直设置两个矩形框架，所述框架顶部与置换干燥区顶部固定连接，框架内从上至下均匀设置若干水平挂杆，两个框架之间还设置若干矩形带孔挂篮，所述挂篮两侧设置挂钩，分别钩在两个框架的水平挂杆上；本装置结构简单紧凑，能够在同一个设备内完成置换和干燥，生产成本低。

主设计要求

1.一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，主要包括箱体和PLC控制系统，其特征在于：所述箱体内从左至右由隔板依次分隔成预热区、置换干燥区和回收区；所述预热区内设置搅拌轴，所述搅拌轴上设置搅拌叶片，搅拌轴上端与预热区上方的搅拌电机连接，所述预热区内壁从上至下还均匀设置若干层水平加热管；置换干燥区内对向垂直设置两个矩形框架，所述框架顶部与置换干燥区顶部固定连接，框架内从上至下均匀设置若干水平挂杆，两个框架之间还设置若干矩形带孔挂篮，所述挂篮两侧设置挂钩，分别钩在两个框架的水平挂杆上；所述置换干燥区顶部还设置进风管，所述进风管伸至置换干燥区底部，进风管上设置进风阀；所述预热区与置换干燥区之间设置第一出液管，所述第一出液管的一端伸至预热区底部，另一端伸至置换干燥区底部，所述置换干燥区和回收区之间设置第二出液管，所述第二出液管一端伸至置换干燥区底部，另一端设置回收区底部。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述第一出液管和第二出液管上还设置抽吸泵。

3.根据权利要求1所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述预热区顶部还设置进液口、第一温度传感器和第一液位检测仪。

4.根据权利要求1所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述置换干燥区顶部设置下料口、排气管、压力检测仪、第二温度传感器和第二液位检测仪，排气管上设置排气阀、下料口上还设置封盖。

5.根据权利要求1所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述置换干燥区外壁还包裹保温夹层。

6.根据权利要求1所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述预热区和回收区底部均设置放料口。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，其特征在于：所述搅拌电机、抽吸泵、第一温度传感器、第一液位检测仪、压力检测仪、第二温度传感器、第二液位检测仪、排气阀和进风阀均与PLC控制系统连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及耐高温硅基气凝胶生产领域，尤其涉及一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置。

背景技术

气凝胶，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3千克每立方米。

气凝胶可以由多种材料构成，如氧化硅、氧化钛、碳、石墨烯、纤维素等等，其中氧化硅气凝胶是研究最早（1930年）、目前工艺最成熟、最具应用前景的气凝胶品类，然而氧化硅气凝胶在800^{o<\/sup>C以上纳米孔道开始坍塌，在温度高于1000^{o<\/sup>C场合已基本失去保温效果，因而无法用于耐高温保温隔热领域。硅基陶瓷材料具有明显高于氧化硅材料的耐高温性能，如硅酸铝可以在1200^{o<\/sup>C环境下长期使用，莫来石（铝硅酸盐化合物）、硅酸锆的耐温分别可达1500、1700^{o<\/sup>C，然而目前国际上还未见有关硅基耐高温气凝胶材料的研究报道；因此对于硅基耐高温气凝胶的研究迫在眉睫。}}}}

传统氧化硅材料耐高温性能不佳，欲在硅基材料体系实现耐高温气凝胶结构，必须对硅基骨架进行掺杂改性，提高其耐温性能；通过对溶胶-凝胶工艺的调控、通过对微观孔结构\/凝胶骨架强度的优化、以及对高温下陶瓷粒子在纳米尺度结晶、固相反应行为的精确调控，来控制陶瓷气凝胶的微观结构与性能；因此制备耐高温硅基气凝胶的过程为：采用溶胶凝胶-常压干燥-高温烧结方法制备，以低成本水玻璃为硅源，以金属铝、锆、钛无机盐为掺杂剂，通过溶胶凝胶工艺制备复合硅基凝胶，再通过溶剂置换、干燥、粉磨破碎等过程，得到复合气凝胶粉体，再经高温烧结，最后得到具有独特纳米孔结构的耐高温硅基气凝胶。

目前常用的干燥法为超临界干燥法、减压干燥法、冷冻干燥法和常压干燥法，超临界干燥法制备出的气凝胶性能优越，纯度高，但是生产成本较高，安全性较差；减压干燥法设备投资成本较低，生产效率高，但是制备的气凝胶产品易出现塌陷和开裂；冷冻干燥法能够制备出性能较好的气凝胶，但是操作难度大，周期较长；常压干燥法能够制备出性能良好的气凝胶，设备投资成本低，工艺简单。

多数常压干燥设备不能进行溶液置换，溶液置换需要一个设备，常压干燥又需要一个设备，置换完成后的耐高温硅基气凝胶需要再移入常压干燥设备中，移动过程中会造成结构塌陷，影响成品率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑，能够在同一个设备内完成置换和干燥，生产成本低的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置。

为实现本实用新型提供以下技术方案：

一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，主要包括箱体和PLC控制系统，所述箱体内从左至右由隔板依次分隔成预热区、置换干燥区和回收区；所述预热区内设置搅拌轴，所述搅拌轴上设置搅拌叶片，搅拌轴上端与预热区上方的搅拌电机连接，所述预热区内壁从上至下还均匀设置若干层水平加热管；置换干燥区内对向垂直设置两个矩形框架，所述框架顶部与置换干燥区顶部固定连接，框架内从上至下均匀设置若干水平挂杆，两个框架之间还设置若干矩形带孔挂篮，所述挂篮两侧设置挂钩，分别钩在两个框架的水平挂杆上；所述置换干燥区顶部还设置进风管，所述进风管伸至置换干燥区底部，进风管上设置进风阀；所述预热区与置换干燥区之间设置第一出液管，所述第一出液管的一端伸至预热区底部，另一端伸至置换干燥区底部，所述置换干燥区和回收区之间设置第二出液管，所述第二出液管一端伸至置换干燥区底部，另一端设置回收区底部。

进一步地，所述第一出液管和第二出液管上还设置抽吸泵。

进一步地，所述预热区顶部还设置进液口、第一温度传感器和第一液位检测仪。

进一步地，所述置换干燥区顶部设置下料口、排气管、压力检测仪、第二温度传感器和第二液位检测仪，排气管上设置排气阀、下料口上还设置封盖。

进一步地，所述置换干燥区外壁还包裹保温夹层。

进一步地，所述预热区和回收区底部均设置放料口。

进一步地，所述搅拌电机、抽吸泵、第一温度传感器、第一液位检测仪、压力检测仪、第二温度传感器、第二液位检测仪、排气阀和进风阀均与PLC控制系统连接。

本实用新型的有益之处：

第一：整个装置设置在箱体内，箱体内分隔成预热区、置换干燥区和回收区，结构划分紧凑合理，能够有效的减少占地面积；

第二：设置预热区，提前对置换溶液进行加热，在置换溶液加热的同时，置换干燥区内可以同步进行投放湿凝胶，待置换溶液加热完成，可以直接泵入置换干燥区进行置换反应，有效的节约了时间；

第三：置换干燥区外壁设置保温夹套，在置换时可以保证置换干燥区内置换溶液的温度，在干燥时可以保证干燥所需温度，同时设置进风管和排气管，在干燥时适量引入热风，通过进风排风加速置换干燥区内气体的流动，加速干燥，减少制备时间；

第四：第一出液管的一端伸至预热区底部，另一端伸至置换干燥区底部，第二出液管一端伸至置换干燥区底部，另一端设置回收区底部；避免抽液和进液时置换溶液的稳定性，波动小；

第五：进风管伸至置换干燥区底部，进风波动小；

第六：在置换干燥区内进行置换和常压干燥，无需移动湿凝胶，操作方便且制备效果好。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为框架和挂篮结构示意图。

图中：1是箱体、2是PLC控制系统、3是预热区、3.1是搅拌轴、3.2是搅拌叶片、3.3是搅拌电机、3.4是加热管、3.5是进液口、3.6是第一温度传感器、3.7是第一液位检测仪、4是置换干燥区、4.1是框架、4.2是水平挂杆、4.3是挂篮、4.4是挂钩、4.5是进风管、4.6是进风阀、4.7是下料口、4.8是排气管、4.9是压力检测仪、4.10是第二温度传感器、4.11是第二液位检测仪、4.12是排气阀、4.13是封盖、4.14是保温夹层、5是回收区、6是第一出液管、7是第二出液管、8是放料口、9是抽吸泵。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，主要包括箱体1和PLC控制系统2，所述箱体1内从左至右由隔板依次分隔成预热区3、置换干燥区4和回收区5；所述预热区3内设置搅拌轴3.1，所述搅拌轴3.1上设置搅拌叶片3.2，搅拌轴3.1上端与预热区3上方的搅拌电机3.3连接，所述预热区3内壁从上至下还均匀设置若干层水平加热管3.4；置换干燥区4内对向垂直设置两个矩形框架4.1，所述框架4.1顶部与置换干燥区4顶部固定连接，框架4.1内从上至下均匀设置若干水平挂杆4.2，两个框架4.1之间还设置若干矩形带孔挂篮4.3，所述挂篮4.3两侧设置挂钩4.4，分别钩在两个框架4.1的水平挂杆4.2上；所述置换干燥区4顶部还设置进风管4.5，所述进风管4.5伸至置换干燥区4底部，进风管4.5上设置进风阀4.6；所述预热区3与置换干燥区4之间设置第一出液管6，所述第一出液管6的一端伸至预热区3底部，另一端伸至置换干燥区4底部，所述置换干燥区4和回收区5之间设置第二出液管7，所述第二出液管7一端伸至置换干燥区4底部，另一端设置回收区5底部，所述第一出液管6和第二出液管7上还设置抽吸泵9，所述预热区3顶部还设置进液口3.5、第一温度传感器3.6和第一液位检测仪3.7，所述置换干燥区4顶部设置下料口4.7、排气管4.8、压力检测仪4.9、第二温度传感器4.10和第二液位检测仪4.11，排气管4.8上设置排气阀4.12、下料口4.7上还设置封盖4.13，所述置换干燥区4外壁还包裹保温夹层4.14，所述预热区3和回收区5底部均设置放料口8，所述搅拌电机3.3、抽吸泵9、第一温度传感器3.6、第一液位检测仪3.7、压力检测仪4.9、第二温度传感器4.10、第二液位检测仪4.11、排气阀4.12和进风阀4.6均与PLC控制系统2连接。

本装置的工作原理：

步骤1：第一置换溶液从进液口3.5进入预热区3，打开加热管3.4和搅拌电机3.3，搅拌轴3.1带动搅拌叶片3.2对第一置换溶液进行加热搅拌；同时，打开保温夹套4.14，置换干燥区4内开始升温；打开封盖4.13，将湿凝胶放入挂篮4.3后，将挂篮4.3挂在框架4.1的水平挂杆4.2上，完成后关闭封盖4.13；

步骤2：将加热完成的第一置换溶液通过抽吸泵9泵入置换干燥区4，保温夹套4.14对第一置换溶液进行保温升温，当置换干燥区4内的第一置换溶液达到指定液位时，停止投放，置换干燥区4内开始进行置换反应，也可在置换干燥区底部设置超声波振动器，加速置换；同时将预热区3内的第一置换溶液从放料口8排出，对预热区3进行清洗后，将第二置换溶液从进液口3.5进入预热区3，重复步骤1中的加热过程，对第二置换溶液进行预热；

步骤3：置换干燥区3内完成第一次置换后，第一置换溶液通过抽吸泵9泵入回收区5，完成后将第二置换溶液泵入置换干燥区3，进行第二次置换；与此同时，回收区5内第一置换溶液可以从放料口8排出进行回收再利用；

步骤4：置换干燥区3内完成第二次置换后，第二置换溶液通过抽吸泵9泵入回收区5，完成抽滤后，进入干燥环节；

步骤5：打开进风阀4.6和排气阀4.12，让置换干燥区4内形成流动的热风，加速干燥的时间，完成干燥后将得到块状的耐高温硅基气凝胶，从下料口4.7取出。

在此在过程中，PLC控制系统2控制搅拌电机3.3的打开和关闭，第一温度传感器3.6和第一液位检测仪3.7检测预热区3内的温度和溶液液位，并将数据反馈给PLC控制系统2；压力检测仪4.9、第二温度传感器4.10和第二液位检测仪4.11检测置换干燥区4内压力、温度和液位，并将数据反馈给PLC控制系统，PLC控制系统2通过接收到的反馈数量来控制抽吸泵9、排气阀4.12和进风阀4.6，形成对整个系统联动的控制。

本实用新型并不局限于上述具体实施方式所涉及的一种制备耐高温硅基气凝胶用常压置换干燥装置，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或相类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。

设计图

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