一种快速溶剂置换装置的制作方法

本实用新型涉及气凝胶毡的制备方法，其是涉及一种气凝胶毡制备过程中的快速溶剂置换装置。

背景技术：

气凝胶是一种孔洞率可高达80～99.8％的纳米多孔材料，其比表面积可达到200～1000m2/g，气凝胶的密度极低，是目前世界上最轻的固体，此外，气凝胶还具有低热导率，高孔隙率、高光透过性、低介电常数、低折射率等优点。

气凝胶毡则是通过将纤维毡浸渍气凝胶液获得的。在制备过程中，浸渍了凝胶的纤维毡在室温或加热条件下进行老化处理，后需要置于无水乙醇等溶剂中进行多次溶剂置换，除去纤维毡-凝胶复合体(或称湿凝胶毡)中多余的水分。

而现有的溶剂置换过程需要多个周期，工序繁琐，时间长，置换效率低下，由此也导致生产成本高居不下。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种快速溶剂置换装置，以解决现有技术中存在的工序繁琐，时间长，置换效率低下的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种快速溶剂置换装置，包括：溶剂池、输送机构和超声波振动发生器；

所述溶剂池内盛装有置换溶剂；

所述输送机构用于输送湿凝胶毡通过所述溶剂池内的置换溶剂；

所述超声波振动发生器产生的超声波作用在置换溶剂分子和湿凝胶毡内的水分子上，用于加快溶剂置换速度。

本实用新型结构简单，超声波振动发生器所产生的超声波直接作用在置换溶剂分子，以及通过置换溶剂作用到湿凝胶毡内的水分子上，大大提高了两种分子的活跃程度，由此置换速度大大提升。

另外，溶剂池的长度可以根据溶剂置换的需要延长，湿凝胶毡从溶剂池的一端被输入置换溶剂内，湿凝胶毡在置换溶剂中行走的过程中不断进行溶剂处理，湿凝胶毡在溶剂池的另一端输出、脱离置换溶剂时，即可一次性完成全部的溶剂置换工作，效率大大提高；相对现有的溶剂置换技术，本申请的溶剂置换时间能够节省70～80％。

进一步地，所述超声波振动发生器包括超声波发射头(又称振子)；所述溶剂池内设置有用于溶剂置换的置换区，多个所述超声波发射头布设在所述溶剂池置换区的底部。

进一步地，在所述湿凝胶毡的输送方向上，所述溶剂池置换区内布设超声波强度逐渐降低。

其中，优选地，在所述湿凝胶毡的输送方向上，所述溶剂池置换区内布设超声波强度呈线性逐渐降低(即单调下降方式排布)。

优选地，在所述湿凝胶毡的输送方向上，所述溶剂池置换区内所述超声波发射头布设密度逐渐降低。

进一步地，假设所述发射头在所述置换区内的分布函数为f(y)；其中湿凝胶毡进入熔剂池置换区的起点为原点，y为熔剂池内某点与原点的水平距离值(即水平坐标值)；f(y)为y点处发射头的分布密度(即单位长度上发射头的分布数量)；则f(y)优选地为单调下降的线性函数、指数函数或幂函数。

相对于发射头均匀分布方式，单调下降的分布方式可使得湿凝胶进入置换区后，有足够的振子进行置换，而单调下降的分布方式所需要的发射头数量较少，置换效率更高。

进一步地，在所述湿凝胶毡的输送方向上，所述湿凝胶毡在所述置换区内的输送路径为下凹的弧形，所述弧形的最低点处，所述发射头的布设密度最大，自所述弧形的最低点处向两侧，所述发射头的布设密度逐渐降低。

进一步地，所述弧形左右对称设置；所述发射头在所述置换区内的布设密度规律为中间密度大，向两边密度逐渐减小。

进一步地，所述发射头在所述置换区内的布设数量满足如下公式：

其中，f(x)为单位长度上发射头分布数量函数；

设置换区的中心点为原点，x为从置换区中心点向其两端延伸的坐标值；

π为圆周率；σ与置换区的总长l有关，满足且σ为0.1l～0.3l。

相对于发射头均匀分布以及单调下降分布两种方式，中间密度大，两边密度逐渐减小的分布方式置换效率最高，也是最为节能的一种置换方式。

进一步地，所述输送机构包括设置在所述溶剂池内的池内输送轨道，池内输送轨道用于将所述湿凝胶毡导入所述置换溶剂内、以及在湿凝胶毡在置换溶剂中行走设定行程后，将被置换处理后的湿凝胶毡导出所述溶剂池。

其中，池内输送轨道形式很多，例如输送辊道、输送带等。

进一步地，所述超声波发射头垂直于(正对)所述池内输送轨道设置。

进一步地，还包括溶剂还原系统，所述溶剂还原系统包括循环管路，以及设置在循环管路上的泵体、储存罐和溶剂脱水装置；

所述循环管路连通所述溶剂池的出口和入口；

所述泵体用于迫使置换溶剂在溶剂池和溶剂还原系统之间循环流动；

所述溶剂脱水装置用于对自溶剂池内流出的置换溶剂进行脱水处理；

所述储存罐用于存储和向溶剂池供给脱水处理后的所述置换溶剂。

另外，所述溶剂脱水装置为现有技术；所述溶剂脱水装置的结构可以是金字塔型、螺旋形或多个长筒型；脱水剂包含分子筛、氯化钙或者五氧化二磷等。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种快速溶剂置换装置，结构简单，超声波振动发生器所产生的超声波直接作用在置换溶剂分子，以及通过置换溶剂作用到湿凝胶毡内的水分子上，大大提高了两种分子的活跃程度，由此置换速度大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的快速溶剂置换装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的快速溶剂置换装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例3中发射头的分布规律图；

图4为本实用新型实施例3中发射头的正态分布图。

附图标记：

1-湿凝胶毡；2-置换溶剂；10-溶剂池；11-出口；12-入口；20-输送机构；21-池内输送轨道；30-溶剂还原系统；31-循环管路；32-泵体；33-储存罐34-溶剂脱水装置；40-超声波振动发生器；41-超声波发射头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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实用新型中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本实用新型做进一步的解释说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种快速溶剂置换装置，包括：溶剂池10、输送机构20和超声波振动发生器40；

所述溶剂池10内盛装有置换溶剂2；

所述输送机构20用于输送湿凝胶毡1通过所述溶剂池10内的置换溶剂2；

所述超声波振动发生器40设置在所述溶剂池10内，超声波振动发生器40产生的超声波作用在置换溶剂2分子和湿凝胶毡1内的水分子上，用于加快溶剂置换速度。

本实用新型结构简单，超声波振动发生器40所产生的超声波直接作用在置换溶剂2分子，以及通过置换溶剂2作用到湿凝胶毡1内的水分子上，大大提高了两种分子的活跃程度，由此置换速度大大提升。

另外，溶剂池10的长度可以根据溶剂置换的需要延长，湿凝胶毡1从溶剂池10的一端被输入置换溶剂2内，湿凝胶毡1在置换溶剂2中行走的过程中不断进行溶剂处理，湿凝胶毡1在溶剂池10的另一端输出、脱离置换溶剂2时，即可一次性完成全部的溶剂置换工作，效率大大提高；相对现有的溶剂置换技术，本申请的溶剂置换时间能够节省70～80％。

所述输送机构20包括设置在所述溶剂池10内的池内输送轨道21，池内输送轨道用于将所述湿凝胶毡1导入所述置换溶剂2内、以及在湿凝胶毡1在置换溶剂2中行走设定行程后，将被置换处理后的湿凝胶毡1导出所述溶剂池10。

在本实施例中，池内输送轨道21为输送带；在溶剂池10的两端还设置用于导入或导入湿凝胶毡的辅助上料轨道和下来轨道。

其中，所述超声波振动发生器40包括超声波发射头41；多个所述超声波发射头41布设在所述溶剂池10的底部。所述超声波发射头41垂直于(正对)所述池内输送轨道设置，从而最大程度地，将超声波能量传递到输送轨道上的湿凝胶毡上。

本实施例还包括溶剂还原系统30，所述溶剂还原系统30包括循环管路31，以及设置在循环管路31上的泵体32、储存罐33和溶剂脱水装置34；所述循环管路31连通所述溶剂池10的出口11和入口12；所述泵体32用于迫使置换溶剂2在溶剂池10和溶剂还原系统30之间循环流动；所述溶剂脱水装置34用于对自溶剂池10内流出的置换溶剂2进行脱水处理；所述储存罐33用于存储和向溶剂池10供给脱水处理后的所述置换溶剂2。

其中优选地，所述溶剂脱水装置34包括分子筛，分子筛内设置有多个水分吸收柱。

本实用新型提供的一种快速溶剂置换装置，结构简单，超声波振动发生器40所产生的超声波直接作用在置换溶剂2分子，以及通过置换溶剂2作用到湿凝胶毡1内的水分子上，大大提高了两种分子的活跃程度，由此置换速度大大提升。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

如图2所示，池内输送轨道21为一种输送辊道形式。

以及，在所述湿凝胶毡1的输送方向上，所述溶剂池10内布设超声波强度逐渐降低。优选地，在所述湿凝胶毡1的输送方向上，所述溶剂池10内布设超声波强度呈线性逐渐降低。当超声波发射头41均匀布设时，可以通过控制器不同超声波发射头41发出的超声波强度的不同而实现。

而本实施例采用较为优选的方式，在所述湿凝胶毡1的输送方向上，所述溶剂池10内所述超声波发射头41布设密度逐渐降低。所述超声波发射头41有同一控制器控制，控制系统更为简单，成本更低。

随着湿凝胶毡在置换溶剂中行进，湿凝胶毡中的水分子逐渐被置换出去，湿凝胶毡的溶剂置换所需要的超声波能量也逐渐降低，本实用新型通过控制溶剂池10内布设超声波强度逐渐降低，从而大大减少了不必要的能量消耗，属于一种节能环保的绿色工艺方法。

实施例3

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

在湿凝胶毡的输送方向上，参照图3所示，湿凝胶毡1在置换区内的输送路径为下凹的弧形，弧形的最低点处，发射头41的布设密度最大，自弧形的最低点处向两侧，发射头41的布设密度逐渐降低。

更为优选地，湿凝胶毡1在置换区内的弧形呈左右对称设置；发射头41在所述置换区内的布设密度规律为中间密度大，向两边密度逐渐减小。

在上述技术方案中可选择地，如图4所示，发射头41在置换区内的布设数量满足如下公式：

其中，f(x)为单位长度上发射头分布数量函数；

设置换区的中心点为原点，x为从置换区中心点向其两端延伸的坐标值；

π为圆周率；σ与置换区的总长l有关，满足且σ为0.1l～0.3l。

试验证明，相对于发射头均匀分布以及单调下降分布两种方式，中间密度大，两边密度逐渐减小的分布方式置换效率最高，也是最为节能的一种置换方式。相对于实施例2中的技术方案，本实施例的耗能减少20～40％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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