一种纳米二氧化钛自动化生产装置和生产方法

一种纳米二氧化钛自动化生产装置和生产方法
【专利摘要】一种纳米二氧化钛自动化生产装置和生产方法，装置包括由带搅拌功能的原料罐、带搅拌功能和控温功能及PH测试功能的混合罐、带控温功能的匀化罐、带搅拌功能的反应罐等主要设备组成反应系统；由带计时和控温及控压功能的干燥釜、干燥介质罐、冷却器、可对气体进行净化的净化器等主要设备组成干燥系统；由球磨机、可梯度升温和通入气体的窑炉、粉体罐、自动包装机等主要设备组成热处理系统；反应系统与干燥系统通过压力输送设备相连，干燥系统与热处理系统通过气流输送设备相连，成为一个密封系统，整个系统的运行由自动化控制系统完成，能够确保产品质量的稳定，以减少劳动力使用，减轻劳动强度，缩短生产周期。
【专利说明】一种纳米二氧化钛自动化生产装置和生产方法

【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制作【技术领域】，具体涉及一种纳米二氧化钛自动化生产装置和使用该装置生产纳米二氧化钛的方法。

【背景技术】
[0002]纳米二氧化钛具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。由于二氧化钛高效、稳定、无毒、低成本，因此被称为是最优秀的绿色环保型光催化剂，并成为当今研究的热点，它还与其他纳米材料一起被誉为“21世纪最有前途的材料”。
[0003]基于纳米T12具有的优异性能，其用途相当广泛，因而其制备受到国内外的极大关注。目前制备纳米T12粉体的方法主要有两大类:物理法和化学法。
[0004]物理法:制备纳米T12粉体的物理法主要有溅射，热蒸发法及激光蒸发法。物理法制备纳米粒子是最早的方法，它的优点是设备相对来说比较简单，易于操作和易于对粒子进行分析，能制备高纯粒子，还可制备薄膜和涂层。它的产量较大，但成本较高。
[0005]化学法:制备纳米T12粉体的化学方法主要有液相法和气相法。液相法包括沉淀法、溶胶-凝胶法和W/0微乳液法；气相法主要有TiCl4(四氯化钛)气相氧化法。液相法反应周期长，三废量较大，虽然能首先得到非晶态粒子，高温下发生晶型转变，但煅烧过程极易导致粒子烧结或团聚；气相氧化法具有成本低、原料来源广等特点，能快速形成锐钛型、金红石型或混合晶型T12粒子，后处理简单，连续化程度高。但此法对技术和设备要求较闻。
[0006]如均匀沉淀法制备纳米T12:纳米颗粒从液相中析出并形成包括两个过程，一是核的形成过程，称为成核过程；另一是核的长大过程，称为生长过程。当成核速率小于生长速率时，有利于生成大而少的粗粒子；当成核速率大于生长速率时，有利于纳米颗粒的形成。因而，为了获得纳米粒子必须保证成核速率大于生长速率，即保证反应在较高的过饱和度下进行。均匀沉淀法制备纳米T12是利用CO(NH2)2在溶液中缓慢地、均匀地释放出0H-。在这种方法中，不是加入溶液的沉淀剂直接与T1SO4发生反应，而是通过化学反应使沉淀在整个溶液中缓慢地生成。向溶液中直接添加沉淀剂，易造成沉淀剂的局部浓度过高，使沉淀中夹有杂质。而在均匀沉淀法中，由于沉淀剂是通过化学反应缓慢生成的，因此，只要控制好生成沉淀剂的速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当范围内，从而控制粒子的生长速度，获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子。该法生产成本低，生产工艺简单，便于工业化生产。
[0007]又如溶胶-凝胶法:溶胶-凝胶法是制备纳米粉体的一种重要方法。它具有其独特的优点，其反应中各组分的混合在分子间进行，因而产物的粒径小、均匀性高；反应过程易于控制，可得到一些用其他方法难以得到的产物，另外反应在低温下进行，避免了高温杂相的出现，使产物的纯度高。但缺点是由于溶胶-凝胶法是采用金属醇盐作原料，其成本较高，其该工艺流程较长，而且粉体的后处理过程中易产生硬团聚。采用溶胶-凝胶法制备纳米T12粉体，是利用钛醇盐为原料。原先通过水解和缩聚反应使其形成透明溶胶，然后加入适量的去离子水后转变成凝胶结构，将凝胶陈放一段时间后放入烘箱中干燥。待完全变成干凝胶后再进行研磨、煅烧即可得到均匀的纳米T12粉体。有关化学反应如下:在溶胶-凝胶法中，最终产物的结构在溶液中已初步形成，且后续工艺与溶胶的性质直接相关，因而溶胶的质量是十分重要的。醇盐的水解和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的关键。因此溶剂的选择是溶胶制备的前提。同时，溶液的PH值对胶体的形成和团聚状态有影响，加水量的多少会影响醇盐水解缩聚物的结构，陈化时间的长短会改变晶粒的生长状态，煅烧温度的变化对粉体的相结构和晶粒大小的影响。总之，在溶胶-凝胶法制备T12粉体的过程中，有许多因素影响粉体的形成和性能。因此应严格控制好工艺条件，以获得性能优良的纳米T12粉体。
[0008]再如TiCl4气相氧化法:气相法制备纳米T12比较典型的是TiCl4 (四氯化钛)气相氧化法。该法以氮气作TiCl4的载气，以氧气作氧化剂，在高温管式气溶胶反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米T12粉体。在此过程中，停留时间和反应温度对T12的粒径和晶型有影响。其反应原理:气相反应器中，反应物的消耗对粒子成核速率的影响比对生长速率的影响大，因为成核速率对体系中产物单体过饱和度更加敏感。随着反应进行,过饱和度迅速降低。反应初期以成核为主，而在反应后期成核终止，以表面生长为主。通常在高温下反应速率极快，延长停留时间，只是延长了粒子生长时间，因此产物粒径增大，比表面积减小。同时，停留时间延长，锐钛分子簇有足够时间转变成金红石分子簇，使金红石含量增大。另外，气相反应器中，超微粒子形成过程包括气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、凝并和聚集或烧结等步骤。在高温下气相反应速率非常快，以致温度变化对成核速率的影响已不显著，而温度升高，粒子表面单分子外延和表面反应速率加快；同时气体分子平均自由度增大， 粒子之间碰撞加剧，颗粒凝并速率增大，粒子间易发生凝并长大。另外由于反应器中初生粒子相当细小，颗粒边界表面能很大，小粒子极易逐渐扩散，融合形成大粒子，从而降低表面能，反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大。
[0009]综上可知，目前纳米二氧化钛粉体的制备技术已经有较多研究，但是大都在实验室水平或小批量工业生产阶段，存在生产周期长、人工劳动力需求量大、产品质量不稳定等诸多不足。


【发明内容】

[0010]本发明基于上述溶胶-凝胶法的制备原理，对现有溶胶-凝胶法生产设备以及工艺进行改进，目的在于提供一种纳米二氧化钛的自动化设备及工艺，通过自动控制工艺条件，确保产品质量的稳定，以减少劳动力的使用，减轻工人的劳动强度，缩短生产周期，避免粉体的后处理过程中产生硬团聚现象。
[0011]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种纳米二氧化钛自动化生产装置，包括反应单元、干燥单元、热处理单元以及控制单元；
[0012]所述反应单元包括原料罐A、原料罐B、原料罐C、原料罐D、具有搅拌功能和控温功能以及PH测试功能的混合罐E、具有控温功能的匀化罐F、具有搅拌功能和控温功能的反应罐G以及助剂罐H ;所述的各原料罐均具有搅拌功能；所述的原料罐A与所述的匀化罐F串联且二者之间管路上设置计量泵一；所述的原料罐B、原料罐C及原料罐D的出口并联所述的混合罐E，且所述原料罐B与所述混合罐E之间管路上设置计量泵二，所述原料罐C与混合罐E之间管路上设置计量泵三，所述原料罐D与混合罐E之间管路上设置开关阀；所述混合罐E与所述匀化罐F的出口并联所述反应罐G，且所述混合罐E与所述反应罐G之间的管路上设置计量泵四，所述匀化罐F与所述反应罐G之间的管路上设置流量泵；所述助剂罐H连接所述反应罐G，且二者之间管路上设置计量泵五；
[0013]所述干燥单元包括具有计时和控温以及控压功能的干燥釜1、干燥介质罐L、冷却器J，以及净化器K ;所述的反应罐G通过压力输送设备连接所述干燥釜I ;所述干燥介质罐L、所述冷却器J并联连接所述干燥釜I，且所述干燥介质罐L与所述干燥釜I之间管路上设置计量泵六；所述冷却器J上的气体排出口通过气流管连接所述净化器K，所述净化器K的排出口连接所述干燥介质罐L的输入口 ；
[0014]所述热处理单元包括球磨机M、窑炉N、粉体罐O以及自动包装机P ;所述干燥釜I的物料出口通过气流输送设备连接所述球磨机M的输入口 ；由所述球磨机M的输出口依次串联所述窑炉N、所述粉体罐O以及所述自动包装机P ;
[0015]所述的控制单元分别连接所述的原料罐A、原料罐B、原料罐C、原料罐D、混合罐E、匀化罐F、反应罐G、干燥釜1、冷却器J、净化器K、干燥介质罐L、球磨机M、窑炉N、粉体罐O、自动包装机P、六个计量泵、流量泵以及开关阀。
[0016]利用所述的纳米二氧化钛自动化生产装置生产纳米二氧化钛的方法:
[0017](I)将钛源与稳定剂按体积比1:1~1: 5的比例分别注入原料罐A中，注入过程中使所述原料罐A对加入的液体进行搅拌,搅拌速度控制在50r/min至80r/min,钛源与稳定剂均完全注入原料罐A中后继续搅拌8min至12min使二者充分混合,得混合液I ;
[0018](2)将去离子水、醇或酯、酸分别注入原料罐B、原料罐C、原料罐D中，并对离子水、醇或酯、酸不断进行搅拌；
[0019](3)通过计量泵一泵取一定量的混合液I送入匀化罐F，并使混合液I在匀化罐F内15°C~50°C的恒温条件下保持1min~30min ;同时,通过计量泵二和计量泵三分别按体积比1:2~1:6量取一定量的去离子水、醇或酯，送入混合罐E中，启动开关阀，将原料罐D中的酸液加入混合罐E中，并使混合罐E持续对其内的液体进行搅拌,并控制混合罐E的温度使与匀化罐F内的温度相同；
[0020](4)若送入混合罐E内的溶液PH值大于工艺要求设定的PH值，则再次启动开关阀注入酸液，直至混合罐E内的溶液PH值达到工艺要求设定的PH值，得混合液II ；
[0021](5)通过计量泵四将混合液II注入反应罐G中，通过计量泵五将配方要求的助剂从助剂罐H注入反应罐G中，使反应罐G保持搅拌状态，同时通过流量泵将混合液I缓慢加入到反应罐G中，混合液I加入完毕15min后反应罐G停止搅拌，并使反应罐G内控制温度在50±1°C下，保温10min~200min,得胶体；
[0022](6)通过压力输送设备将所得胶体移至干燥釜I中；
[0023](7)通过计量泵六从干燥介质罐L中向干燥釜I中加入一定量的干燥介质，然后对干燥釜I进行密封，升温、升压至加入的干燥介质的超临界状态点，并保持30min~lOOmin，然后使干燥釜I缓慢减压，此时送入的胶体变为了干燥固体；
[0024](8)通过冷却器J对析出液体进行冷却，然后对分离的液体收集进行集中处理，析出的气体送入到净化器K中进行净化并回收存储，待下一生产流程时使用；
[0025](9)将干燥釜I中得到的干燥固体通过气流输送设备送至球磨机M进行球磨处理；
[0026](10)球磨机M将得到的均匀无团聚的粉体通过管道输送至窑炉N中；
[0027](11)粉体被送入窑炉N中后，在有氧气氛中被升温至300°C~800°C且保温50min~200min,而得到具有特定晶型的纳米二氧化钛；
[0028](12)待得到的纳米二氧化钛冷却后，将其移至粉体罐O收集；最终待检测合格后通过自动包装机P进行包装。
[0029]本发明的有益效果是:本发明提供了一种连续的、自动化的、所得产品品质稳定性更好的、更节省劳动力的纳米二氧化钛生产装置和基于该装置的方法工艺。该纳米二氧化钛自动化生产装置的特点是对反应单元、干燥单元、热处理单元进行了合理、有效的集成，并通过控制单元使反应单元、干燥单元、热处理单元相互之间以及它们本身构成的各部件单元之间相互协调、稳定运行，不但避免了外界环境对生产过程的干扰和人为因素对产品质量的干扰，提高了产品质量及稳定性，而且节省了劳动力资源，并且在很大程度上保护了劳动人员免受有机试剂等物质的侵害。
[0030]本发明在反应单元与热处理单元之间加入干燥单元，并利用超临界流体干燥的原理，可使二氧化钛凝胶以较快的速度干燥脱胶，较之传统的加热烘干等方式可以大大节省时间、降低能耗并控制二氧化钛颗粒尺寸的增长，对保证产品质量有显著效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0031]图1为本发明所涉及的生产装置的连接关系示意；
[0032]图中:1反应单兀 11原料iip A 12原料iip B 13原料iip C 14原料iip D15混合罐E 16匀化罐F 17反应罐G 18助剂罐H 111计量泵一 112计量泵二113计量泵三 114计量泵四 115计量泵五 116流量泵 117开关阀 2干燥单元 21干燥釜I 22冷却器J 23净化器K 24干燥介质罐L211计量泵六 3热处理单元 31球磨机M 32窑炉N 33粉体罐O 34自动包装机P 4控制单元 5压力输送设备 6气流输送设备。

【具体实施方式】
[0033]为便于理解本发明的技术方案，下面结合附图对其中所涉及的技术内容作进一步说明。
[0034]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]如图1所示，一种纳米二氧化钛自动化生产装置，包括反应单元1、干燥单元2、热处理单元3以及控制单元4。
[0036]所述反应单元I包括盛装钛源与稳定剂的原料罐All、盛装去离子水的原料罐B12、盛装醇或者脂的原料罐C13、盛装酸的原料罐D14、具有搅拌功能和控温功能以及PH测试功能的混合罐E15、具有控温功能的匀化罐F16、具有搅拌功能和控温功能的反应罐G17以及助剂罐H18 ;所述的各原料罐11、12、13、14均具有搅拌功能；所述的原料罐All与所述的匀化罐F16串联且二者之间管路上设置计量泵一 111 ;所述的原料罐B12、原料罐C13及原料罐D14的出口并联所述的混合罐E15，且所述原料罐B12与所述混合罐E15之间管路上设置计量泵二 112，所述原料罐C13与混合罐E15之间管路上设置计量泵三113，所述原料罐D14与混合罐E15之间管路上设置开关阀117 ;所述混合罐E15与所述匀化罐F16的出口并联所述反应罐G17，且所述混合罐E15与所述反应罐G17之间的管路上设置计量泵四114，所述匀化罐F16与所述反应罐G17之间的管路上设置流量泵116 ;所述助剂罐H18连接所述反应罐G17，且二者之间管路上设置计量泵五115。
[0037]所述钛源可以为钛酸四丁酯和/或钛酸异丙酯和/或硫酸氧钛等。所述稳定剂可以选用甲醇、乙醇、丙醇等。稳定剂能够有效地减缓钛源在存储过程中发生水解，稳定剂与钛源按一定比例混合，以乙醇为例，钛源与乙醇的体积比范围为1:1~1:5，按比例混合后再注入原料罐All中。所述的醇可以选择甲醇、乙醇、丙醇等，酯为乙酸乙酯或乙酸丁酯等，酸为醋酸、盐酸、硫酸等。助剂罐H18中的助剂为聚乙二醇或油酸或乙二胺等，相对反应罐G17中注入的液体重量，按质量比0.1%~I %加入助剂。
[0038]所述干燥单元2包括具有计时和控温以及控压功能的干燥釜121、干燥介质罐L24、冷却器J22，以及净化器K23 ;所述的反应罐G17通过压力输送设备5连接所述干燥釜121 ;所述干燥介质罐L24、所述冷却器J22并联连接所述干燥釜121，且所述干燥介质罐L24与所述干燥釜121之间管路上设置计量泵六211 ;所述冷却器J22上的气体排出口通过气流管连接所述净化器K23，所述净化器K23的排出口连接所述干燥介质罐L24的输入口。
[0039]所述热处理单元3包括球磨机M31、窑炉N32、粉体罐033以及自动包装机P4 ;所述干燥釜121的物料出口通过气流输送设备6连接所述球磨机M31的输入口 ；由所述球磨机M31的输出口与所述窑炉N32、所述粉体罐033以及所述自动包装机P34依次串联。
[0040]所述的控制单元4分别连接所述的原料罐All、原料罐B12、原料罐C13、原料罐D14、混合罐E15、匀化罐F16、反应罐G17、干燥釜121、冷却器J22、净化器K23、干燥介质罐L24、球磨机M31、窑炉N32、粉体罐033、自动包装机P34、六个计量泵(111、112、113、114、115,211)、流量泵116以及开关阀117。
[0041]所述的控制单元4能够实现控制各个原料罐11、12、13、14的搅拌时间及搅拌速度，实现控制混合罐E15的搅拌时间、搅拌速度及罐内温度，以及通过控制与原料罐B12、原料罐Cl3、原料罐D14对应的计量泵111、112、113或开关阀117，实现对混合罐E15中液体PH值的调整，所述的控制单元4能够实现控制匀化罐F16的温度，实现控制反应罐G17的搅拌时间及速度，实现对流量泵116、计量泵四114以及计量泵五115泵入反应罐G17中液体量的控制，能够控制压力输送设备5的动作，能够控制干燥釜121的反应时间、内部温度及压强，能够控制计量泵六211泵入干燥釜121中的干燥介质的量，能够控制净化器K23、球磨机M31、窑炉N32、粉体罐033、自动包装机P34的开启及动作。对温度参数、压强参数、时间参数、流量参数等的控制，所述控制单元4是通过其中的编程控制器预设额定参数来实现的。
[0042] 需要说明的是，所述的四个原料罐(11、12、13、14)、混合罐E15、匀化罐F16、反应罐G17、助剂罐H18以及干燥釜121、冷却器J22、净化器K23、干燥介质罐L24、球磨机M31、窑炉N32、粉体罐033和自动包装机P34等为现有设备或者是在现有设备的基础上根据本发明的使用要求进行的相应调整。此外所述的压力输送设备5以及所述的气流输送设备6也均为现有设备。所以对于各种罐体的具体结构形式不再赘述，即有搅拌功能的罐必然包括驱动部分和搅拌叶片，具有控温、控压功能的罐必然包括温感元件或压感元件。且每一个温感元件、压感元件分别连接控制单元中的编程控制器上，具有PH测试功能的罐必然包括PH值测量传感器，且其也与控制单元的编程控制器连接。本发明的贡献之处在于对各个罐体自身应具有功能的选择限定、各个罐体相互之间的连接关系、各个罐体、泵以及干燥釜121、冷却器J22、净化器K23、干燥介质罐L24、球磨机M31、窑炉N32、粉体罐033和自动包装机P34等与所述控制单元4的连接关系以及通过控制单元4使它们各自具有功能发挥的相互联系及协调关系。
[0043]利用所述的纳米二氧化钛自动化生产装置生产纳米二氧化钛的方法:
[0044](I)将钛源与稳定剂按体积比1:1~1:5的比例分别注入原料罐Al I中，注入过程中使所述原料罐All对加入的液体进行搅拌,搅拌速度控制在50r/min至80r/min,钛源与稳定剂均完全注入原料罐All中后继续搅拌8min至12min使二者充分混合,得混合液I ;
[0045](2)将去离子水、醇或酯、酸分别注入原料罐B12、原料罐C13、原料罐D14中，并对离子水、醇或酯、酸不断进行搅拌；
[0046](3)通过计量泵一 111泵取一定量的混合液I送入匀化罐F16，并使混合液I在匀化罐F16内15°C~50°C的恒温条件下保持1min~30min ;同时,通过计量泵二 112和计量泵三113分别按体积比1:2~1:6量取一定量的去离子水、醇或酯，送入混合罐E15中，启动开关阀117，将原料罐D14中的酸液加入混合罐E15中，并使混合罐E15持续对其内的液体进行搅拌，并控制混合罐E15的温度使与匀化罐F16内的温度相同；
[0047](4)若送入混合罐E15内的溶液PH值大于工艺要求设定的PH值(要求的PH值的取值范围是I~5)，则再次启动开关阀117注入酸液，直至混合罐E15内的溶液PH值达到工艺要求设定的PH值，得混合液II ；
[0048](5)通过计量泵四114将混合液II注入反应罐G17中，通过计量泵五115将配方要求的助剂从助剂罐H18注入反应罐G17中，使反应罐G17保持搅拌状态，同时通过流量泵116将混合液I缓慢加入到反应罐G17中，混合液I加入完毕15min后反应罐G17停止搅拌，并使反应罐G17内控制温度在50±1°C下，保温10min~200min，得胶体；
[0049](6)通过压力输送设备5将所得胶体移至干燥釜121中；
[0050](7)通过计量泵六211从干燥介质罐L24中向干燥釜121中加入一定量的干燥介质，然后对干燥釜121进行密封，升温、升压至加入的干燥介质的超临界状态点，并保持30min~lOOmin，然后使干燥釜121缓慢减压，此时送入的胶体变为了干燥固体；
[0051](8)通过冷却器J22对析出液体进行冷却，然后对分离的液体收集进行集中处理；析出的气体送入到净化器K23中进行净化并回收存储，待下一生产流程时使用；
[0052](9)将干燥釜121中得到的干燥固体通过气流输送设备6送至球磨机M31进行球磨处理；
[0053](10)球磨机M31将得到的均匀无团聚的粉体通过管道输送至窑炉N32中；
[0054](11)粉体被送入窑炉N32中后，在有氧气氛中被升温至300°C~800°C且保温50min~200min,而得到具有特定晶型的纳米二氧化钛；
[0055](12)待得到的纳米二氧化钛冷却后，将其移至粉体罐033收集；最终待检测合格后通过自动包装机P34进行包装。
[0056]本发明提供了一种连续的、自动化的、所得产品品质稳定性更好的、更节省劳动力的纳米二氧化钛生产装置和基于该装置的方法工艺。该纳米二氧化钛自动化生产装置的特点是对反应单元、干燥单元、热处理单元进行了合理、有效的集成，并通过控制单元使反应单元、干燥单元、热处理单元相互之间以及它们本身构成的各部件单元之间相互协调、稳定运行，不但避免了外界环境对生产过程的干扰和人为因素对产品质量的干扰，提高了产品质量及稳定性，而且节省了劳动力资源，并且在很大程度上保护了劳动人员免受有机试剂等物质的侵害。
[0057]本发明在反应单元与热处理单元之间加入干燥单元，并利用超临界流体干燥的原理，可使二氧化钛凝胶以较快的速度干燥脱胶，较之传统的加热烘干等方式可以大大节省时间、降低能耗并控制二氧化钛颗粒尺寸的增长，对保证产品质量有显著效果。
[0058]【具体实施方式】1:
[0059]将钛酸四丁酯(钛源)10L和乙醇(稳定剂)50L分别同时注入原料罐All中，并使原料罐All以60r/min的速度搅拌1min,得混合液I。
[0060]通过计量泵一 111将得到的混合液I送入匀化罐F16，并使混合液I在匀化罐F16内45°C的恒温条件下保持20min ;同时将原料罐B12中的去离子水8L、原料罐C13中的乙醇30L、原料罐D14中的醋酸5L分别注入混合罐E15中，当PH值没有达到要求时，再继续注入原料罐D14中的醋酸直至调节PH值至3.8，得混合液II。
[0061]将混合液I和II分别升温至50°C。然后将混合液II注入反应罐G17中，启动反应罐G17对注入的混合液II搅拌，并控制温度在50± I°C。通过计量泵五115将10g聚乙二醇从助剂罐H18注入反应罐G17中，然后通过流量泵116将匀化罐F16中升温至50°C的混合液I缓慢地加入到反应罐G17中，混合液I加入完毕15min后停止反应罐G17的搅拌，并保温150min,得胶体。
[0062]用压力输送设备5将胶体送至干燥釜121中后，通过计量泵六211从干燥介质罐L24中向干燥釜121中加入50L乙醇(干燥介质)后，将干燥釜121密封并升温、升压至2430C >6.3PMa，保温、保压50min，然后缓慢减压，对析出的液体通过冷却器J22进行冷却，对该析出液体收集后集中处理。
[0063]用气流输送设备6将干燥后干燥釜121内存留的固体移至球磨机M31中球磨20min ;然后通过管道输送至窑炉N32中，向窑炉N32中通入压缩空气，并将窑炉N32内升温至420°C，且保温lOOmin，而得锐钛型纳米二氧化钛，平均粒径达到15nm。待得到的锐钛型纳米二氧化钛冷却后，将其移至粉体罐033收集；最终待检测合格后通过自动包装机P34进行包装。
[0064]【具体实施方式】2:
[0065] 将钛酸异丙酯(钛源)10L和乙醇(稳定剂)20L分别同时注入原料罐Al I中并使原料罐All以65r/min的速度搅拌1min,得混合液I。
[0066]通过计量泵一 111将得到的混合液I送入匀化罐F16，并使混合液I在匀化罐F16内46°C的恒温条件下保持25min ;同时将原料罐B12中的去离子水10L、原料罐C13中的乙醇40L、原料罐D14中的盐酸2L分别注入混合罐E15中，当PH值没有达到要求时，再继续注入原料罐D14中的盐酸直至调节PH值至1.8，得混合液II。
[0067]将混合液I和II分别升温至50°C。将混合液II注入反应罐G17中，启动反应罐G17对注入的混合液II搅拌，控制温度在50± 1°C。通过计量泵五115将200g油酸从助剂罐H18注入反应罐G17中，然后通过流量泵116将匀化罐F16中升温至50°C的混合液I缓慢地加入到反应罐G17中，混合液I加入完毕15min后停止反应罐G17的搅拌，并保温200min，得胶体。
[0068]用压力输送设备5将胶体移至干燥釜121中，通过计量泵六211从干燥介质罐L24中向干燥釜121中通入二氧化碳(干燥介质)，压力达到3MPa，将干燥釜121密封并升温、升压至31°C、7.3PMa，保持90min，然后缓慢减压，对析出的液体通过冷却器J22进行冷却，对该析出液体收集后集中处理，二氧化碳送往净化器K23中净化并回收存储，待下一工序时送入干燥介质罐L24中继续使用。
[0069]用气流输送设备6将干燥后干燥釜121内存留的的固体移至球磨机M31球磨20min ;然后通过管道输送至窑炉N32，向窑炉N32中通入压缩空气，并将窑炉N32内升温至700°C，且保温150min，而得金红石型纳米二氧化钛，平均粒径达到60nm。待得到的金红石型纳米二氧化钛冷却后，将其移至粉体罐033收集；最终待检测合格后通过自动包装机P34进行包装。
[0070]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
[0071]除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
【权利要求】
1.一种纳米二氧化钛自动化生产装置，其特征是: 包括反应单元、干燥单元、热处理单元以及控制单元； 所述反应单元包括原料罐A、原料罐B、原料罐C、原料罐D、具有搅拌功能和控温功能以及PH测试功能的混合罐E、具有控温功能的匀化罐F、具有搅拌功能和控温功能的反应罐G以及助剂罐H ;所述的各原料罐均具有搅拌功能；所述的原料罐A与所述的匀化罐F串联且二者之间管路上设置计量泵一；所述的原料罐B、原料罐C及原料罐D的出口并联所述的混合罐E，且所述原料罐B与所述混合罐E之间管路上设置计量泵二，所述原料罐C与混合罐E之间管路上设置计量泵三，所述原料罐D与混合罐E之间管路上设置开关阀；所述混合罐E与所述匀化罐F的出口并联所述反应罐G，且所述混合罐E与所述反应罐G之间的管路上设置计量泵四，所述匀化罐F与所述反应罐G之间的管路上设置流量泵；所述助剂罐H连接所述反应罐G，且二者之间管路上设置计量泵五； 所述干燥单元包括具有计时和控温以及控压功能的干燥釜1、干燥介质罐L、冷却器J，以及净化器K ;所述的反应罐G通过压力输送设备连接所述干燥釜I ;所述干燥介质罐L、所述冷却器J并联连接所述干燥釜I，且所述干燥介质罐L与所述干燥釜I之间管路上设置计量泵六；所述冷却器J上的气体排出口通过气流管连接所述净化器K，所述净化器K的排出口连接所述干燥介质罐L的输入口 ； 所述热处理单元包括球磨机M、窑炉N、粉体罐O以及自动包装机P ;所述干燥爸I的物料出口通过气流输送设备连接所述球磨机M的输入口 ；由所述球磨机M的输出口依次串联所述窑炉N、所述粉体罐O以及所述自动包装机P ； 所述的控制单元分别连接所述的原料罐A、原料罐B、原料罐C、原料罐D、混合罐E、匀化罐F、反应罐G、干燥釜1、冷却器J、净化器K、干燥介质罐L、球磨机M、窑炉N、粉体罐O、自动包装机P、六个计量泵、流量泵以及开关阀。
2.基于权利要求1所述的纳米二氧化钛自动化生产装置生产纳米二氧化钛的方法，包括以下连续步骤: (1)将钛源与稳定剂按体积比1:1~1:5的比例分别注入原料罐A中，注入过程中使所述原料罐A对加入的液体进行搅拌,搅拌速度控制在50r/min至80r/min,钛源与稳定剂均完全注入原料罐A中后继续搅拌Smin至12min使二者充分混合，得混合液I ; (2)将去离子水、醇或酯、酸分别注入原料罐B、原料罐C、原料罐D中，并对离子水、醇或酯、酸不断进行搅拌； (3)通过计量泵一泵取一定量的混合液I送入匀化罐F，并使混合液I在匀化罐F内15°C~50°C的恒温条件下保持1min~30min ;同时,通过计量泵二和计量泵三分别按体积比1:2~1:6量取一定量的去离子水、醇或酯，送入混合罐E中，启动开关阀，将原料罐D中的酸液加入混合罐E中，并使混合罐E持续对其内的液体进行搅拌,并控制混合罐E的温度使与匀化罐F内的温度相同； (4)若送入混合罐E内的溶液PH值大于工艺要求设定的PH值，则再次启动开关阀注入酸液，直至混合罐E内的溶液PH值达到工艺要求设定的PH值，得混合液II ； (5)通过计量泵四将混合液II注入反应罐G中，通过计量泵五将配方要求的助剂从助剂罐H注入反应罐G中，使反应罐G保持搅拌状态，同时通过流量泵将混合液I缓慢加入到反应iil G中，混合液I加入完毕15min后反应G停止揽祥，并使反应iiS G内控制温度在50±1°C下，保温10min~200min,得胶体； (6)通过压力输送设备将所得胶体移至干燥釜I中； (7)通过计量泵六从干燥介质罐L中向干燥釜I中加入一定量的干燥介质，然后对干燥釜I进行密封，升温、升压至加入的干燥介质的超临界状态点，并保持30min~lOOmin，然后使干燥釜I缓慢减压，此时送入的胶体变为了干燥固体； (8)通过冷却器J对析出液体进行冷却，然后对分离的液体收集进行集中处理，析出的气体送入到净化器K中进行净化并回收存储，待下一生产流程时使用； (9)将干燥釜I中得到的干燥固体通过气流输送设备送至球磨机M进行球磨处理； (10)球磨机M将得到的均匀无团聚的粉体通过管道输送至窑炉N中； (11)粉体被送入窑炉N中后，在有氧气氛中被升温至300°C~800°C且保温50min~200min,而得到具有特定晶型的纳米二氧化钛； (12)待得到的纳米二氧化钛冷却后，将其移至粉体罐O收集；最终待检测合格后通过自动包装机P进行 包装。
【文档编号】C01G23/053GK104071834SQ201410268636
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】郭寿鹏, 李晓桐, 王向阳, 丛红梅, 贺军, 吕海晶 申请人:山东省冶金科学研究院, 山东鲁冶瑞宝电气自动化有限公司