一种小型自动配酸装置及配酸方法与流程

本发明涉及酸性溶液的配置领域，具体是一种小型自动配酸装置及配酸方法。

背景技术：

目前，在化工、医药、纺织品等各种生产制造业都会用到不同浓度的酸液，包括硫酸、盐酸、甲酸等。因为各个行业的酸液浓度要求不用，因此使用的酸液大多都是由浓酸稀释的方法配制而成。在配酸过程中，浓酸在稀释时会释放大量的热，如何解决散热是一个非常重要的问题，如果不能及时散热，酸液就会因为温度的上升而沸腾，甚至发生迸溅现象，造成极大的安全隐患。

目前的酸液稀释方式是人工在配酸桶中先加入纯水，后加入原酸进行搅拌。人工进行酸液的稀释时具有很大的危险性，例如原酸接触皮肤的腐蚀、酸液挥发的吸入危害、原酸与水混合时的大量放热等，稍有不慎就会对人体造成伤害。目前许多自动化配酸装置都是针对工业的大需求用酸设计的，对于需求量较小的实验室级别来说，不仅加酸工艺复杂、设备占地面积较大，而且容易造成资源浪费。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种小型自动配酸装置及配酸方法。

本发明解决所述装置技术问题的技术方案是，提供一种小型自动配酸装置，其特征在于该装置包括基板、plc和若干个配酸单元；plc与所有的配酸单元连接；每个配酸单元均包括传送机构、吸液机构和称重机构；

所述传送机构用于将盛有原酸的盛液瓶送入装置以及将空的盛液瓶送出装置；吸液机构用于通过射流技术将原酸从盛液瓶中取出并送入称重机构的配酸桶中；称重机构用于检测配酸桶的质量并控制加水量。

所述吸液机构包括步进电机、滚珠丝杠、限位开关、吸液管、吸液架、取液器、气管、配酸管、单向阀和连通件；滚珠丝杠的架体固定于基板上；步进电机设置于滚珠丝杠的架体上，其输出端连接有滚珠丝杠；若干个吸液管设置于吸液架上，吸液架固定于滚珠丝杠的滚珠上；滚珠丝杠的架体上设置有限位开关，位于吸液架的原点位置；每个吸液管的一端通过导管连接各自的取液器，另一端均能够接触到各自的盛液瓶的底部；每个取液器均具有三个接口，一个与各自的吸液管的一端密封连接，一个与各自的配液管的一端密封连接，另一个均密封连接于连通件的一端；连通件的另一端与气管的一端密封连接；气管的另一端连接外部气源；配液管的另一端均伸入称重机构的配酸桶中；吸液管上设置有单向阀，使得液体流向只能从盛液瓶流向取液器。

所述传送机构包括移动板、直流电机、光电传感器、接近开关、齿轮、齿条和定位件；移动板可滑动地安装于基板上，能相对于基板滑动；移动板上固定安装有齿条；直流电机设置于基板或吸液机构的滚珠丝杠的架体上，其输出端固定有齿轮，齿轮与齿条啮合，直流电机通过齿轮和齿条带动移动板移动；光电传感器设置于基板或滚珠丝杠的架体上，当有盛液瓶经过光电传感器时，光电传感器就会闭合一次，进而来记录盛液瓶的数量；移动板的两端均设置有定位件；接近开关设置于基板或滚珠丝杠的架体上，通过接近开关与定位件的配合实现接近开关对移动板的位置定位。

所述称重机构包括称重传感器、托盘、配酸桶、电磁阀和水管；水管的一端连接外部水源，另一端伸入配酸桶中；水管上设置有电磁阀，电磁阀用于控制水的供给；配酸桶设置于托盘上，由托盘支撑；托盘下方设置有称重传感器，称重传感器用于称量配酸桶的重量。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种基于所述的小型自动配酸装置的配酸方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

工况一：配酸桶内存在酸液，本次配酸的浓度与配酸桶内的酸液浓度相同；

(1)上料：配酸开始，将盛有原酸的盛液瓶放置于移动板上；plc检测限位开关的状态；若限位开关处于闭合状态，此时吸液架处于其原点位置，直流电机启动；若限位开关处于断开状态，则步进电机启动，通过滚珠丝杠带动吸液架竖直向上运动，当吸液架触碰限位开关导致限位开关闭合时，plc接收到信号控制步进电机停止，此时吸液架处于其原点位置，直流电机启动；启动的直流电机通过齿轮和齿条带动移动板水平运动，将盛有原酸的盛液瓶送入装置；当移动板运动至其上的定位件与接近开关的配合处时，接近开关闭合；plc接收到信号控制直流电机停止运动，移动板停止运动，此时盛液瓶的瓶口位于各自的吸液管的正下方；移动板运动的同时通过plc接收到的光电传感器的闭合次数来记录盛液瓶的数量；当盛液瓶的数量等于设定数量时，进入步骤(2)；当盛液瓶的数量小于设定数量时，直流电机启动，通过齿轮和齿条带动移动板水平运动，将盛有原酸的盛液瓶送出装置，停止配酸，完成与设定数量的匹配后，重复上料过程；

(2)加酸：通过公式计算出步进电机的步数l，通过步数控制保证吸液管能够精准到达盛液瓶的底部，其中s为吸液架处于原点位置时吸液管的末端与盛液瓶底部的距离，a为步进电机的细分，d为滚珠丝杠的螺距；步进电机带动吸液架向下运行l步后plc控制步进电机停止，此时每个吸液管的端部均接触到各自的盛液瓶的底部；然后气管内通入高速冷气，高速冷气通过连通件流入取液器，导致取液器内部的大气压低于盛液瓶内的大气压，使吸液管两端气压不平衡，大气压将原酸从盛液瓶压入取液器中，原酸经过高速气流的冲击在取液器中雾化为液滴，液滴再经配酸管冲入配酸桶中，雾化后的液滴比表面积变大，与配酸桶内的酸液接触更加充分，大大提高了散热效率；盛液瓶向配酸桶加酸的过程中，plc通过称重传感器实时监测配酸桶的质量，当配酸桶的质量不在变化时，加酸过程结束；

(3)配酸：通过公式计算出加水量m，其中n是配酸桶内酸液的浓度，m是原酸质量，n是原酸浓度；然后plc闭合电磁阀开始加水，称重传感器实时监测配酸桶的质量并将质量信息传给plc；当加水量达到计算值m时，plc断开电磁阀，停止加水，完成配酸；

工况二：在空的配酸桶内配置新的浓度的酸液；

(1)上料：配酸开始，将盛有原酸的盛液瓶放置于移动板上；plc检测限位开关的状态；若限位开关处于闭合状态，此时吸液架处于其原点位置，直流电机启动；若限位开关处于断开状态，则步进电机启动，通过滚珠丝杠带动吸液架竖直向上运动，当吸液架触碰限位开关导致限位开关闭合时，plc接收到信号控制步进电机停止，此时吸液架处于其原点位置，直流电机启动；启动的直流电机通过齿轮和齿条带动移动板水平运动，将盛有原酸的盛液瓶送入装置；当移动板运动至其上的定位件与接近开关的配合处时，接近开关闭合；plc接收到信号控制直流电机停止运动，移动板停止运动，此时盛液瓶的瓶口位于各自的吸液管的正下方；移动板运动的同时通过plc接收到的光电传感器的闭合次数来记录盛液瓶的数量；当盛液瓶的数量等于设定数量时，进入步骤(2)；当盛液瓶的数量小于设定数量时，直流电机启动，通过齿轮和齿条带动移动板水平运动，将盛有原酸的盛液瓶送出装置，停止配酸，完成与设定数量的匹配后，重复上料过程；

(2)预加水：根据原酸浓度和需要配置的新酸的浓度，估算总加水量，再根据估算的总加水量设定预加水量m1；plc闭合电磁阀开始加水，称重传感器实时监测配酸桶的质量并将质量信息传给plc；当预加水量达到设定值m1时，plc断开电磁阀，停止加水；

(3)加酸：通过公式计算出步进电机的步数l，通过步数控制保证吸液管能够精准到达盛液瓶的底部，其中s为吸液架处于原点位置时吸液管的末端与盛液瓶底部的距离，a为步进电机的细分，d为滚珠丝杠的螺距；步进电机带动吸液架向下运行l步后plc控制步进电机停止，此时每个吸液管的端部均接触到各自的盛液瓶的底部；然后气管内通入高速冷气，高速冷气通过连通件流入取液器，导致取液器内部的大气压低于盛液瓶内的大气压，使吸液管两端气压不平衡，大气压将原酸从盛液瓶压入取液器中，原酸经过高速气流的冲击在取液器中雾化为液滴，液滴再经配酸管冲入配酸桶中，雾化后的液滴比表面积变大，与配酸桶内的水接触更加充分，大大提高了散热效率；盛液瓶向配酸桶加酸的过程中，plc通过称重传感器实时监测配酸桶的质量，当配酸桶的质量不在变化时，加酸过程结束；

(4)配酸：通过公式计算出再加水量m2，其中n是需要配置的新酸的浓度，m是原酸质量，n是原酸浓度；然后plc闭合电磁阀开始加水，称重传感器实时监测配酸桶的质量并将质量信息传给plc；当再加水量达到计算值m2时，plc断开电磁阀，停止加水，完成配酸。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本装置的吸液机构利用射流技术实现取酸并雾化原酸，将目前的液-液配酸转换为液-雾配酸，不仅实现了原酸的转移，而且将原酸雾化为小液滴，比表面积变大，使原酸与酸液或水接触更加充分，大大提高了稀释时的散热效果和散热效率，巧妙地解决了目前配酸时的散热问题。

(2)小液滴相较于液体更加分散，不会在某一区域集中发热，而且雾化后的酸滴有着更大的比表面积，其散热效果远远强于液体，再配合喷入的高速冷气，可以有效的抑制配酸桶内温度上升。

(3)取液器无可动部件，且整体采用pvdf材质，保证不会被强酸腐蚀。

(4)吸液管上设置有单向阀，保证气体不会冲入盛液瓶内造成原酸溅射，使原酸只能从盛液瓶流向取液器。

(5)通过plc控制所有的配酸单元，能够实现同时配置不同浓度不同种类的酸，提高了配酸效率。

(6)选用更为精确的步进电机作为吸液管移动的动力，通过控制步进电机的步数，就能够使吸液管的末端精准到达盛液瓶的底部，避免原酸的浪费，同时实现精确配酸。

(7)称重机构将酸液体积的测量转换为质量测量，既减少了配酸桶内部的装置，又减小了测量难度。

(8)本装置可用于实验室，操作简单，安全高效，占地面积小，便于单人操作。不仅提高了安全性，而且大大保证了配酸的精度和效率。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体结构主视示意图；

图2为本发明一种实施例的整体结构右视示意图；

图3为本发明一种实施例的传送机构的右视示意图；

图4为本发明一种实施例的吸液机构的局部结构右视示意图；

图5为本发明一种实施例的取液器的连接结构的右视示意图；

图6为本发明一种实施例的称重机构的右视示意图。

图中：1、传送机构；2、吸液机构；3、称重机构；4、基板；5、盛液瓶；

11、移动板；12、直流电机；13、光电传感器；14、接近开关；15、齿轮；16、齿条；17、定位件；

21、步进电机；22、滚珠丝杠；23、限位开关；24、吸液管；25、吸液架；26、取液器；27、气管；28、配酸管；29、单向阀；210、连通件；

31、称重传感器；32、托盘；33、配酸桶；34、电磁阀；35、水管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种小型自动配酸装置(简称装置，参见图1-6)，其特征在于该装置包括基板4、plc和若干个配酸单元(图1中为6个配酸单元)；plc与所有的配酸单元连接，能够控制所有的配酸单元同时配置不同浓度不同种类的酸；每个配酸单元均包括传送机构1、吸液机构2和称重机构3；

所述传送机构1用于将盛有原酸的盛液瓶5送入装置以及将空的盛液瓶5送出装置；吸液机构2用于将原酸从盛液瓶5中取出并送去配酸桶33中；称重机构3用于检测配酸桶33的质量并控制加水量；

所述吸液机构2包括步进电机21、滚珠丝杠22、限位开关23、吸液管24、吸液架25、取液器26、气管27、配酸管28、单向阀29和连通件210；滚珠丝杠22的架体固定于基板4上；步进电机21设置于滚珠丝杠22的架体上，其输出端连接有滚珠丝杠22；若干个吸液管24等高设置于吸液架25上(等高设置即每个吸液管24与各自的盛液瓶5的底部的距离相同)，吸液架25固定于滚珠丝杠22的滚珠上，通过滚珠丝杠22将步进电机21的自转运动转换为吸液架25和吸液管24的竖直运动；滚珠丝杠22的架体上设置有限位开关23，位于吸液架25的原点位置，用于标记吸液架25的原点位置即吸液架25行程的顶端极限位置；每个吸液管24的一端通过导管连接各自的取液器26，另一端均能够接触到各自的盛液瓶5的底部；每个取液器26均具有三个接口，一个与各自的吸液管24的一端密封连接，一个与各自的配液管28的一端密封连接，另一个均密封连接于连通件210的一端；连通件210的另一端与气管27的一端密封连接；气管27的另一端连接外部气源(本实施例为气泵)；配液管28的另一端均伸入称重机构3的配酸桶33中；吸液管24上设置有单向阀29，保证气体不会冲入盛液瓶5内造成原酸溅射，使得液体流向只能从盛液瓶5流向取液器26。

优选地，所述传送机构1包括移动板11、直流电机12、光电传感器13、接近开关14、齿轮15、齿条16和定位件17；移动板11可滑动地安装于基板4的滑槽或轨道上，能相对于基板4滑动；移动板11的一侧固定安装有齿条16；直流电机12设置于基板4或滚珠丝杠22的架体上，其输出端固定有齿轮15，齿轮15与齿条16啮合，直流电机12通过齿轮15和齿条16带动移动板11移动；光电传感器13设置于基板4或滚珠丝杠22的架体上，位于齿轮15的上方，当有盛液瓶5经过光电传感器13时，光电传感器13就会闭合一次，进而来记录盛液瓶5的数量；移动板11的另一侧的两端均设置有定位件17；接近开关14设置于基板4或滚珠丝杠22的架体上，通过接近开关14与定位件17的配合实现接近开关14对移动板11的位置定位；

优选地，所述称重机构3包括称重传感器31、托盘32、配酸桶33、电磁阀34和水管35；水管35的一端连接外部水源，另一端伸入配酸桶33中；水管35上设置有电磁阀34，电磁阀34用于控制水的供给；电磁阀34固定于基板4上，位于取液器26旁；配酸桶33设置于托盘32上，由托盘32支撑；托盘32下方设置有称重传感器31，称重传感器31用于称量配酸桶33的重量。

优选地，plc分别与直流电机12、光电传感器13、接近开关14、步进电机21、限位开关23、称重传感器31和电磁阀34电连接。

优选地，取液器26的材质采用pvdf。

优选地，单向阀29为全氟醚膜片单向阀。

优选地，为了保证称重传感器31能够长期稳定的在制酸环境中工作，其全身包裹有聚四氟材质，防止被原酸腐蚀。

本发明提供了一种基于所述小型自动配酸装置的配酸方法(简称方法)，其特征在于该方法包括以下步骤：

工况一：配酸桶33内存在酸液，本次配酸的浓度与配酸桶33内的酸液浓度相同；

(1)上料：配酸开始，将盛有原酸的盛液瓶5放置于移动板11上；plc检测限位开关23的状态；若限位开关23处于闭合状态，此时吸液架25处于其原点位置，直流电机12启动；若限位开关23处于断开状态，则步进电机21启动，通过滚珠丝杠22带动吸液架25竖直向上运动，当吸液架25触碰限位开关23导致限位开关23闭合时，plc接收到信号控制步进电机21停止，此时吸液架25处于其原点位置，直流电机12启动；启动的直流电机12通过齿轮15和齿条16带动移动板11水平运动，将盛有原酸的盛液瓶5送入装置；当移动板11运动至其上的定位件17与接近开关14的配合处时，接近开关14闭合；plc接收到信号控制直流电机12停止运动，移动板11停止运动，此时盛液瓶5的瓶口位于各自的吸液管24的正下方；移动板11运动的同时通过plc接收到的光电传感器13的闭合次数来记录盛液瓶5的数量；当盛液瓶5的数量等于设定数量时，进入步骤(2)；当盛液瓶5的数量小于设定数量时，直流电机12启动，通过齿轮15和齿条16带动移动板11水平运动，将盛有原酸的盛液瓶5送出装置，停止配酸，完成与设定数量的匹配后，重复上料过程；

(2)加酸：通过公式计算出步进电机21的步数l，通过步数控制保证吸液管24能够精准到达盛液瓶5的底部，其中s为吸液架25处于原点位置时吸液管24的末端与盛液瓶5底部的距离，a为步进电机21的细分，d为滚珠丝杠22的螺距；步进电机21带动吸液架25向下运行l步后plc控制步进电机21停止，此时每个吸液管24的端部均接触到各自的盛液瓶5的底部；然后气管27内通入高速冷气，高速冷气通过连通件210流入取液器26，导致取液器26内部的大气压低于盛液瓶5内的大气压，使吸液管24两端气压不平衡，大气压将原酸从盛液瓶5压入取液器26中，原酸经过高速气流的冲击在取液器26中雾化为液滴，液滴再经配酸管28冲入配酸桶33中，雾化后的液滴比表面积变大，与配酸桶33内的酸液接触更加充分，大大提高了散热效率；盛液瓶5向配酸桶33加酸的过程中，plc通过称重传感器31实时监测配酸桶33的质量，当配酸桶33的质量不在变化时，加酸过程结束；

(3)配酸：通过公式计算出需要加入的水的质量即加水量m，其中n是配酸桶33内酸液的浓度，m是原酸质量，n是原酸浓度；然后plc闭合电磁阀34开始加水，称重传感器31实时监测配酸桶33的质量并将质量信息传给plc；当加水量达到计算值m时，plc断开电磁阀34，停止加水，完成配酸。

工况二：在空的配酸桶33内配置新的浓度的酸液；

(1)上料：配酸开始，将盛有原酸的盛液瓶5放置于移动板11上；plc检测限位开关23的状态；若限位开关23处于闭合状态，此时吸液架25处于其原点位置，直流电机12启动；若限位开关23处于断开状态，则步进电机21启动，通过滚珠丝杠22带动吸液架25竖直向上运动，当吸液架25触碰限位开关23导致限位开关23闭合时，plc接收到信号控制步进电机21停止，此时吸液架25处于其原点位置，直流电机12启动；启动的直流电机12通过齿轮15和齿条16带动移动板11水平运动，将盛有原酸的盛液瓶5送入装置；当移动板11运动至其上的定位件17与接近开关14的配合处时，接近开关14闭合；plc接收到信号控制直流电机12停止运动，移动板11停止运动，此时盛液瓶5的瓶口位于各自的吸液管24的正下方；移动板11运动的同时通过plc接收到的光电传感器13的闭合次数来记录盛液瓶5的数量；当盛液瓶5的数量等于设定数量时，进入步骤(2)；当盛液瓶5的数量小于设定数量时，直流电机12启动，通过齿轮15和齿条16带动移动板11水平运动，将盛有原酸的盛液瓶5送出装置，停止配酸，完成与设定数量的匹配后，重复上料过程；

(2)预加水：根据原酸浓度和需要配置的新酸的浓度，估算总加水量，再根据估算的总加水量设定预加水量m1；plc闭合电磁阀34开始加水，称重传感器31实时监测配酸桶33的质量并将质量信息传给plc；当预加水量达到设定值m1时，plc断开电磁阀34，停止加水；

(3)加酸：通过公式计算出步进电机21的步数l，通过步数控制保证吸液管24能够精准到达盛液瓶5的底部，其中s为吸液架25处于原点位置时吸液管24的末端与盛液瓶5底部的距离，a为步进电机21的细分，d为滚珠丝杠22的螺距；步进电机21带动吸液架25向下运行l步后plc控制步进电机21停止，此时每个吸液管24的端部均接触到各自的盛液瓶5的底部；然后气管27内通入高速冷气，高速冷气通过连通件210流入取液器26，导致取液器26内部的大气压低于盛液瓶5内的大气压，使吸液管24两端气压不平衡，大气压将原酸从盛液瓶5压入取液器26中，原酸经过高速气流的冲击在取液器26中雾化为液滴，液滴再经配酸管28冲入配酸桶33中，雾化后的液滴比表面积变大，与配酸桶33内的水接触更加充分，大大提高了散热效率；盛液瓶5向配酸桶33加酸的过程中，plc通过称重传感器31实时监测配酸桶33的质量，当配酸桶33的质量不在变化时，加酸过程结束；

(4)配酸：通过公式计算出需要再加入的水的质量m2即再加水量，其中n是需要配置的新酸的浓度，m是原酸质量，n是原酸浓度；然后plc闭合电磁阀34开始加水，称重传感器31实时监测配酸桶33的质量并将质量信息传给plc；当再加水量达到计算值m2时，plc断开电磁阀34，停止加水，完成配酸。

本发明未述及之处适用于现有技术。