一種應用于菱鎂水泥生產的氯化鎂溶液自動配制系統設計

韋才壽 沈建增 南寧學院 土木與建筑工程學院

1 引言

菱鎂制品是一種新型復合材料產品，具有輕質、高強、易加工、防火、節能、保溫等特點，能夠廣泛用于工業、農業、建筑等國民經濟各行業，隨著我國經濟建設的飛速發展，菱鎂水泥需求量越來越大，促進了菱鎂水泥制品的發展。

菱鎂水泥是氣硬性膠凝材料,其MgO-MgCl-H2O三元體系的 水 化 產 物 主 要 是 5.1.8 相 [5Mg(OH)2MgCl2.8H2O]，采 用 氯 化 鎂(MgCl2.6H2O)俗稱鹵片配制溶液時，應滿足形成5.1.8相所需的基本水灰比值的要求，鹵水濃度過高或過低都不利于產品生產。實際生產中需要人工反復計算調節才能配制出符合要求的濃度的溶液，存在效率低下，精度不高等問題。針對此問題，本文創新設計出一套溶液自動配制系統，旨在能在生產中實現氯化鎂溶液全自動配制，提高溶液配制的效率和準確性，提高生產效益。

2 溶液配制問題分析

在生產菱鎂水泥中采用人工溶液配制問題具體表現在以下幾個方面：

(1）調節效率低，一般而言溶液配制原則是濃度高了加水低了加氯化鎂，但要將大量溶液調節到符合濃度要求的溶液難度較大，需要反復調節效率很低。

(2）濃度精度低，在生產中溶液濃度需隨著環境溫濕度的變化需要進行相應的頻繁調整；同時，鹵片中的氯化鎂含量變化會導致溶液濃度波動較大，人工難以準確配制出高精度溶液。

3 溶液自動配制系統設計

一種用于生產菱鎂水泥的氯化鎂溶液自動配制系統，主要由料倉、溶解池、溶液配制池、電磁水閥、水流量自動控制裝置、控制器及管道等部分組成，結構圖如圖1所示。相關內容筆者已于2019年申請了發明專利，具體內容詳見文獻。

圖1 氯化鎂溶液自動配制系統結構圖

3.1 料倉

主要用于存儲鹵片(MgCl2.6H2O)，進行防濕防潮防腐蝕處理能夠防止鹵片吸潮，下部安裝有重力重力傳感器，料倉下部有出料口，出料口安裝電控閘門，電控閘門由控制器控制，根據所需物料重量控制閘門開關，放出物料重量由重力傳感器感應前后的整個料倉的重量差進行確定；如，所需物料重量為M,出料前料倉總重量為M0，控制器控制閘門打開后物料在重量作用下通過管道進入下部的溶解池，當重量傳感器讀數由M0變成M1（M1=M0-M）時，將信息傳送到控制器，控制自動控制閘門關閉，完成出料過程。

3.2 溶解池

溶解池由防腐蝕材料制成，鹵片放入溶解池后，控制器根據物料重量控制電磁水閥向池內注入一定量的清水，并控制電動攪拌槳對溶液攪拌，以加速鹵片溶解，然后進行沉淀，將不溶雜質沉淀后上層為高濃度氯化鎂溶液，然后通過管道流入溶液配制池，雜質由底部的泄水口排出。

3.3 .溶液配制池

配制池底部裝有重量傳感器，內部也裝有攪拌槳，還裝有創新研發的液體濃度自動測量儀，溶解池內的高濃度溶液通過管道流入配制池內后，液體濃度自動測量儀測出溶液的濃度，然后將數據傳送到控制器，控制器控制清水管道上的電磁水閥打開向配制池內分多次注入清水，這個過程屬于反復檢測、計算和調節過程，直至配制出符合濃度要求的溶液。

3.4 溶液濃度自動測量儀

溶液濃度自動測量儀是由筆者創新研發的裝置（詳見文獻[4]），由傳統的波美計改造而成，可直接測出溶液的質量濃度，其工作原理在于利用液位差計測出液體表面的距離和波美計頂部距離，進而計算出波美計刻度部位伸出液體表面的高度，換算出對應的波美度求出液體的濃度，并根據液體溫度進行修正；需要等攪拌槳停止攪拌后待液面穩定后方可檢測。

3.5 水流量自動控制裝置，

主要由渦輪流量傳感器（測量流量）、電磁水閥（開關作用）等組成，可以定量控制注入溶解池和配制池的水量；在自動調節溶液濃度方面起到十分關鍵的作用，由控制器控制運行。

3.6 控制器

控制器基于PLC研發和設計，是整個溶液自動配制系統最核心的關鍵部件，其控制整個系統的自動運行，包括：

(1）控制料倉出料，在系統中輸入所需出料（鹵片）的重量，實時監測料倉重量變化，當料倉前后重量差值為所需出料重量時，控制閘門關閉，實現出料控制過程。

(2）控制溶解池水流量，根據放入溶解池內鹵片重量以及氯化鎂的含量，系統自動計算出所需的注入的水量，保證鹵片溶解后其濃度大于所需配制的濃度，并保證能使鹵片全部溶解；注水后立即控制啟動攪拌槳的電機對溶液進行攪拌加速溶解。其注水量計算如下：假定鹵片重量為M料，氯化鎂含量為W%，所需配制的溶液為C%，因溶解階段所得的濃度要大于所配制濃度才利于后續調節，每次加水量M水應小于最終用水量，考慮到要鹵片能完全溶解，可設定M水=0.8M料（W%/C%-1）。

(3）控制溶解池進水量，接收液體濃度自動測量儀檢測到配制池內溶液濃度的數據以及配制池內溶液重量，控制自動水流量控制系統運行分多次向配制池內注入一定的水量，控制配制池攪拌槳電機運行，這個過程屬于反復檢測、計算、調節過程。其計算過程如下：設檢測到當前溶液濃度為C0%，所需配制溶液濃度C%，溶液質量為M0，理論上應需要加水量為：

考慮到溶質溶解度的影響，防止一次性加水量過多造成濃度過低，則每個循環實際加水量為理論加水量的0.9倍，即：

通過反復循環加水，直至調節到符合要求的濃度。

(4）控制溶解池溶液輸出管道上的電磁水閥，根據溶解池重量的變化對所流出溶液重量進行控制，當溶解池前后重量差值等于所需溶液重量時關閉水閥。

4 總結

針對菱鎂水泥生產中溶液配制問題，創新設計出一種溶液自動配制系統，通過該系統可以實現鹵水全自動配制，可以大幅度提高溶液配制的效率和準確性，有助于提高生產效率和效益，該系統具有非常高的應用推廣價值。