一种硅溶胶的生产系统的制作方法

本发明涉及一种制备硅溶胶生产装置，特别涉及一种硅溶胶的生产系统。

背景技术：

硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒。由于硅溶胶中的SiO₂含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为SiO₂.nH₂O。硅溶胶耐水性、耐热性能明显优于有机涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附。在目前的建筑涂料中，它的抗污染能力是较强的。

目前，传统的硅溶胶多采用混合、调配、或者简单的合成方法制备，这样的生产方式不仅生产工艺流程多、时间长、生产污染大，而且现有设备繁琐而且效率低下，需要配套的容器设备太多。更为重要的是：由于设备简单、自动化程度低，制备出的硅溶胶颗粒小、大小不均匀、浓度偏低，导致产品产量低、指标不合格，甚至硅溶胶浓度达不到30%，并且无法实现大批量生产。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种硅溶胶的生产系统，以解决现有反应釜反应速度慢、自动化程度低、易造成设备腐蚀、能耗大、产能低、品质低下、不适宜大规模生产需要等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅溶胶的生产系统，包括原料罐、冷却系统，其特征是该系统还包括供气装置、离子交换罐、硅酸中转罐、闭循环反应釜、稀硅溶胶池、超滤池，所述供气装置、原料罐分别与离子交换罐相连，离子交换罐底部的出口与硅酸中转罐入口连接，硅酸中转罐底部的出口通过进料导管与闭循环反应釜进料口相连，闭循环反应釜的出料口通过三向阀与循环泵连接，所述循环泵通过导液管与闭循环反应釜构成回路连接，所述三向阀第三相出料口与稀硅溶胶池连接，稀硅溶胶池与超滤池连接。

作为优选，所述离子交换罐包括布水器、原料罐、过滤装置，所述布水器设置在离子交换罐的上部，过滤装置位于布水器下部，在离子交换罐上部右侧设有进料管，该进料管一端伸入离子交换罐内与布水器相连，进料管另一端与原料罐连接，在离子交换罐上部左侧设有进气管，该进气管与供气装置相连，所述离子交换罐底部的出口处设有出料管，出料管顶部设有出水挡板，出料管管壁上设有出水孔，所述出料管与硅酸中转罐相连。

作为优选，所述闭循环反应釜由内罐、外罐构成，所述内罐的顶部设有进料口和空气循环弯管，进料口与穿过外罐的进料导管连接，内罐内设有电热盘管，内罐的上部设有循环喷头，循环喷头底部设有多个微孔，内罐的底端设有出料口，所述循环喷头通过上导液管与循环泵连接；循环泵通过下导液管、排料三向阀与排液口连接，所述外罐的罐壁上设有冷却管进口和冷却管出口，外罐底端设有污水口。

作为优选，所述上导液管上设有加料三向阀，加料三向阀的第三相进料口与加料罐连接。

作为优选，所述下导液管上的排料三向阀的第三相出口是反应产物出口。

作为优选，所述超滤池内部左右侧分别设有左、右封闭盘，左、右封闭盘将超滤池内部分割成原胶舱、透水舱、浓缩舱，所述原胶舱设有进液口，进液口通过进胶管与加压泵连接，加压泵与进料管连接；所述透水舱底部设有净化液出口，浓缩舱底部设有排胶口，排胶口上连接有电动排胶阀，左、右封闭盘上穿过多个超滤芯，超滤芯左端位于原胶舱内，超滤芯右位于浓缩舱，所述原胶舱、透水舱、浓缩舱均设有微型摄像头，所述微型摄像头、电动控制阀与计算机连接。

作为优选，所述外罐的冷却管进口和冷却管出口分别与冷却系统连接，所述冷却系统包括冷风室和冷风机、冷却循环泵，其中冷风室内设有三道无纺布湿帘，冷风室右侧与冷风机相连，无纺布湿帘顶部设有喷头，喷头与冷却管出口连接，无纺布湿帘底部设有集水管，集水管通过冷却循环泵与冷却管进口连接。

作为优选，所述供气装置包括储气罐，所述储气罐左侧设有空压机，顶部气管分别与离子交换罐和超滤池相连。

作为优选，所述过滤装置包括第一树脂托板、第二树脂托板，所述第一树脂托板、第二树脂托板上均设有筛孔，所述第一树脂托板固定在离子交换罐的中部，第二树脂托板固定在离子交换罐的下部，在第一树脂托板、第二树脂托板上分别放置第一树脂层和第二树脂层。

作为优选，所述循环喷头呈圆盘状，循环喷头底部设有多个微孔。

作为优选，所述稀硅溶胶池的上部设有硅溶胶进口，稀硅溶胶池内部设有水平的过滤膜，将稀硅溶胶池内部分割成过滤舱和聚水舱，所述聚水舱底部均设有排水口，排水口上连接有排污阀，所述过滤舱右侧设有硅溶胶出口，过滤膜底部与振动装置连接，振动装置设置在弹簧立柱上。这种结构可以有效地将稀硅溶胶池中的水分离。

作为优选，所述内罐顶部设有穿过外罐的视察镜。

作为优选，所述振动装置包括电动机，电动机的转轴上设有偏心配重块。

本发明具有设计合理，自动化程度高，生产过程无污染等特点。其离子交换罐进行离子交换是一个平衡反应，含有Na⁺的硅酸溶液通过交换树指时Na⁺取代了阳离子交换树脂上的H⁺。于是水玻璃中的Na⁺已被除去，H⁺阳离子与硅离子与硅酸钠中的SiO₃生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

闭循环反应釜中，反应釜顶端设有主原料进料口，加料三向阀可以添加其他反应原料，循环泵将反应液抽入内罐顺着电热盘管流下，利用这种方式促进反应液循环，使反应液中的水分蒸发，反应液活力明显增加、晶粒迅速长大。冷却系统将水蒸汽冷凝成水珠，经外罐底部排水口排出，从而增加了硅溶胶的浓度，闭循环反应釜不同温度环境使蒸发的水蒸气迅速凝结而不容易回流到内层罐。稀硅溶胶池对硅溶胶进行初步过滤，活性炭纤维过滤膜将稀硅溶胶进行过滤后，得到初步浓缩的稀硅溶胶。超滤池对硅溶胶进行进一步浓缩，其位于透水舱内超滤芯的只允许水及可溶性的盐透过，不允许溶胶颗粒透过，因此可以快速浓缩。吹气管可以吹除高压气流，将超滤膜上沉淀物进行剥离，在超滤池吹气管冒泡情况下可以连续进行超滤。反应液经过多层过滤系统过滤，从而得到的硅溶胶颗粒大、浓度高，具有广泛的社会效益和市场前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2所示是本发明离子交换罐的结构示意图；

图3所示是本发明闭循环反应釜的结构示意图；

图4所示是本发明稀硅溶胶池的结构示意图；

图5所示是本发明超滤池的结构示意图；

图6所示是稀硅溶胶池振动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1、2、3、4、5、6所示，一种硅溶胶的生产系统，包括原料罐514、冷却系统，其特征是该系统包括还供气装置99、离子交换罐5、硅酸中转罐510、闭循环反应釜1、稀硅溶胶池14、超滤池6，供气装置99、原料罐514分别与离子交换罐5相连，离子交换罐5底部的出口与硅酸中转罐510入口连接，硅酸中转罐510底部的出口通过进料导管310与闭循环反应釜1的进料口10相连，闭循环反应釜1的出料口13通过三向阀22与循环泵20连接，循环泵20通过导液管与闭循环反应釜1构成回路连接，三向阀22第三相出料口220与稀硅溶胶池14连接，稀硅溶胶池14与连续超滤池6连接。

离子交换罐5包括布水器51、原料罐514、过滤装置512，布水器51设置在离子交换罐5的上部，过滤装置512位于布水器51下，在离子交换罐5上部右侧设有进料管52，该进料管一端伸入离子交换罐内与布水器51相连，进料管52另一端与原料罐514连接，在离子交换罐5上部左侧设有进气管511，该进气管511与供气装置99相连，供气装置99包括储气罐59，所述储气罐的进气管515与空压机连接，储气罐顶部出气管516与离子交换罐5的进气管511连接。离子交换罐5底部设有出料管50，出料管50顶部设有出水挡板57，出料管50管壁上设有出水孔58，出料管50与硅酸中转罐510相连；离子交换罐5内部还设有过滤装置512，过滤装置512自上而下依次设有第一树脂层53、第一树脂托板54、第二树脂层55和第二树脂托板56。

原料罐514中的原料经过布水器51洒入离子交换罐5内，到达离子交换罐5内的过滤装置512，使反应液经过过滤装置512上设置的第一树脂托板53和第二树脂托板54的层层过滤，达到离子交换罐5底部的出料管50，出料管50管壁上设置有出水孔58，空压机513将储气罐59内的气体压缩到离子交换罐5内，通过压缩离子反应罐5的气体，将反应液挤压到树脂层上层层过滤，加快离子交换反应的速度。出料管50管壁上设置有出水孔58，完成离子交换反应的反应液通过出水孔58进入硅酸中转罐510内储存。

硅酸中转罐510中的反应液经进料导管310进入到闭循环反应釜1，硅溶胶闭循环反应釜1主要由内罐3、外罐2构成，内罐的顶端设有进料口10和空气循环弯管100，还设有穿过外罐的视察镜25。进料口10与穿过外罐2的进料导管310连接。内罐的上部设有循环喷头30，循环喷头底部设有多个微孔31，内罐的底端设有出料口13，内罐3的循环喷头30通过上导液管19与循环泵20连接，循环泵20通过下导液管4、排料三向阀22与出料口13连接，循环泵20将反应液从内罐3内循环抽出，进入循环喷头30后，反应液沿循环喷头30底部的微孔31淌流而下，反应液经电热盘管18加温，这样可以加速反应液水分地蒸发。

上导液管19上还串联有加料三向阀8，该加料三向阀8的第三相出口81与加料罐9连接，加料罐9可以稳定的为反应提供辅助原料，保证反应的持续进行，

下导液管上的三向阀22的第三相出口220是反应产物出口，当反应结束后，排料三向阀22的循环泵端关闭，三向阀22与出料口13的连接端打开；合成后的反应液经反应物出口流出。

外罐3的冷却管进口7和冷却管出口6分别与冷却系统连接，冷却系统包括冷风室16和冷风机12、冷却循环泵121，冷风室16底部设有集水管160，集水管160通过冷却循环泵121与冷却管进口7连接，冷风室16内设有三道无纺布湿帘11，冷却循环泵121将集水管160的水循环抽入外罐3内，由于冷却管出口6位置低于冷却管进口7，外罐3内的水通过冷却管出口6经过冷却管17到达冷风室16，经过三道无纺布湿帘11自由流下，冷风机12吹出的风经过三道湿帘11，将外罐3送过来的热水进行降温冷却，这样可以带走反应产生的热量，为反应液的进一步浓缩提供了必要条件。外罐2底端设有污水口15，可以将沉降的水垢排除。

反应液经硅溶胶进口140进入稀硅溶胶池14，稀硅溶胶池14内部设有水平的活性炭纤维过滤膜141，反应液停留在活性碳纤维过滤膜141上，活性炭纤维过滤膜141底部与振动装置145连接，振动装置145设置在弹簧立柱148上，振动装置145将活性碳纤维过滤膜141上的反应液频繁震动，配合活性碳纤维过滤膜141对杂质的吸附作用，将反应液中含有杂质的水分过滤到聚水舱147内，过滤后的污水经过聚水舱146底部的排水口142排出，浓缩后的反应液经过过滤舱147右侧的硅溶胶出口143排出，该结构可以有效地将稀硅溶胶池14中的水分离。如图6所示，振动装置145包括电动机1000，电动机1000的转轴1001上设有偏心配重块1002。

经上述稀硅溶胶池14过滤后的反应液，通过进液口61流入到超滤池6内,进液口61通过进胶管615与加压泵611连接，加压泵611与进料管连接，超滤池6内部左右侧分别设有左、右封闭盘66、67，左、右封闭盘66、67将超滤池内部分割成原胶舱612、透水舱613、浓缩舱614，在加压泵611的作用下，反应液进入原胶舱612，在加压泵611压力的持续作用下，将反应液挤压进透水舱613；透水舱613底部设有排液口68，反应液中的水、盐类物质经过超滤芯65时，经过超滤芯65的过滤，从超滤芯65表面滤孔透出并汇集在水舱613内，最后从排液口68排出。

经过浓缩后的硅溶胶，在加压泵611的作用下进入浓缩舱614内，浓缩舱614右侧底部设有排胶口62，排胶口62上还连接有电动排胶阀610，原胶舱612、透水舱613、浓缩舱614均设有微型摄像头64，微型摄像头64、电动排胶阀610与计算机69连接，实时监控超滤池6内反应液的状态，通过调节电动控制阀610，将符合质量要求的硅溶胶通过浓缩舱614底部的排胶口62及时排出。在超滤芯过滤功能下降时，开启空压机513，空压机513将储气罐59内的空气喷射到原透水舱613，对超滤芯65进行射频清洗，洗掉吸附在超滤芯65上的附着物后，以便有利于超滤芯65持续过滤。

最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。