硅胶生产的工艺流程组织

知识目标

熟悉硅胶的生产原理和工艺流程。

能力目标

能对硅胶生产工艺流程进行解析。

素质目标

1．良好的语言表达能力；

2．一丝不苟、实事求是的工作态度；

3．安全生产、清洁生产的责任意识。

（一）布置任务

解析硅胶生产的工艺流程。

（二）任务总结

1．生产原理。

硫酸与硅酸钠反应生产多硅酸与硫酸钠，其中的硫酸钠成分经酸泡、水洗过程逐步除去，过多硅酸在老化缩水以及烘干过程中形成微孔结构，是具有较高机械强度的颗粒制品。化学反应为

Na2SiO3＋H2SO4—→H2SiO3·nH2O＋Na2SO4

└缩聚→SiO2·nH2O＋（1－n）H2O

2．生产原料。

硅胶生产所用的原料一般为40Be的泡花碱（Na2SiO3）和浓度为92．5%或98%浓硫酸（H2SO4），此两种原料具有来源充足、生产成本较低、产品质量稳定可靠等优点。

（1）泡花碱。

泡花碱又名水玻璃，化学名称为硅酸钠，化学式为Na2O·nSiO2，也可简写Na2SiO3，是一种黏稠状的胶体溶液。

（2）浓硫酸。

硅胶的另一主要原料是浓硫酸，属强酸之一，是一种重要的化工产品和化工原料。

3．生产工艺流程。

本生产工艺流程分为原料配制、制胶、水洗、成品胶后处理及包装、老化水换热、冷凝水回收等工序。

（1）原料配制工序。

本工艺流程分为配制稀硫酸工序、配制稀硅酸钠工序、配制含铝硅酸钠工序、配制微酸工序、配制硫酸铝工序、配制热水工序等。

稀硫酸溶液的配置是在带空气搅拌管道的防腐罐里完成的。在配置时先将计量的自来水放入酸罐内，开启空气搅拌和冷却水，按规定的速度加入计算量的浓硫酸。待稀酸降温后取样分析，合格后放置备用。

稀硅酸钠溶液的配置是在水泥池或者钢铁储存罐中进行的。配置时先将浓硅酸钠溶液按计算量用泵输入到上述容器中，然后逐渐加入计算量的自来水，并开启压缩空气进行搅拌，待取样分析合格后停止搅拌，放置备用。上层清液用于制备硅胶，下层残液经压滤后，清液用于再次配置。

含铝硅酸钠的配制是在稀硅酸钠溶液中加入固体氢氧化铝，不断搅拌至均匀待用。含铝硅酸钠主要用于制备硅铝胶。

微酸的配制要根据微酸的用途分别配置，鼓气均匀取样化验合格后备用。

其他配置不再介绍。

（2）制胶工序。

制胶是一种酸碱中和反应，它是将配置好的硫酸溶液和硅酸钠溶液分别用压缩空气通过酸碱管道运送到反应器（喷头）中进行强化混合中和反应而完成的。

制胶过程分为两个阶段完成，中和反应开始形成硅酸溶液，随即硅酸溶液进行缩合反应形成半固体状的凝胶－硅酸水凝胶。硅酸溶液向凝胶的转化过程随着中和反应控制的pH而变化，pH在中性时凝胶化速率最快，pH从中性向酸性或碱性变化，则凝胶化速率均减慢。同时，反应温度提高，凝胶化速率加快，相反则减慢。另外，反应时溶液浓度（即二氧化硅浓度）增加，凝胶化速率加快，反之则减慢。硅酸溶胶形成硅酸水凝胶是一种缩合反应。在缩合过程中硅酸分子相互结合形成长链并且释放出水和氢氧根离子。目前比较常用的制胶方法概括起来有以下几种。

①喷射制胶法。

该法是通过压缩空气分别将储存在两罐内的标准硫酸溶液和硅酸钠溶液压出，并沿着罐和喷头（混合罐）的连接管同时进入喷头进行强化反应，合成的硅酸溶液喷入老化槽保温老化（块状硅胶）或经接收器至老化带老化（球形硅胶）。该制胶方法是目前最常用的方法。青岛海洋化工有限公司的硅胶生产也是用的喷射制胶法。

②烃类介质成球法。

该方法是在喷射制胶的基础上，将喷头与一分配伞或其他分配容器按规定连接后，通过喷头强化反应生产的硅酸溶液流入分配伞浸入油中成形。另外，微球形硅胶成球是硅酸溶液通过喷头直接喷入油中成球。

③喷雾干燥制球胶方法。

该方法是将硅酸溶液或经处理的硅酸溶液进行打浆，并调节成一定浓度的浆状液，然后经过压力容器，在一定压力下通过喷雾装置喷入高温气流中干燥成球。

④黏合成球法。

该方法是将产品硅胶粉碎研磨成一定大小的颗粒，在专用成球设备中加入硅胶粉，喷入黏合剂，在转动过程中成球。

（3）水洗工序。

水洗的目的是用水洗去水凝胶中大量的硫酸钠及其他杂质（如钙、镁、铁的硫酸盐和微量酸等）。水洗工序是生产硅胶的关键工序，此工序基本上决定了硅胶产品的内在质量水平。水洗工序主要包括老化、酸泡、水洗三个部分。

①老化：将冲胶水循环加热到工艺控制温度。

②酸泡：将冲胶水放掉，将配好的微酸加入水洗罐中，酸泡时间大于6小时。

③水洗：酸交换结束后，放掉废酸水，用配置好的热水，采用串三以上方式进行水洗，在串洗的同时开泵自身循环，水洗终点达到要求后停止水洗。

采用不同的水洗终点和后处理方式，可以制得不同品种的硅胶产品。水洗用水的各项指标对硅胶质量有很重要的影响。一般来讲，在弱酸性的水中形成的硅胶孔径相应较小，而在碱性水中形成的硅胶孔径较大；水凝胶的内部与外表面的含盐量、硬度、碱度均有不同程度的差别，甚至差别很大。在这种情况下，烘干时容易产生裂缝和开裂，影响硅胶的质量。水循环搅拌是一种强化水洗措施，它能提高水凝胶胶层的水洗均匀性，节约水洗时间及用水量。另外，适当提高水温可使盐类的溶解度增加，有加速溶盐作用，并可促进水凝胶的缩合反应，使水凝胶进一步扩孔。但水温过高也会消耗过多能耗，故水洗用水的温度一般控制在30℃～50℃范围为宜。

（4）成品胶后处理及包装工序。

得到的湿硅胶接下来将进行干燥、筛选和包装。水洗后的湿胶通过捞胶带输送到湿胶料仓。同时捞胶水流入捞胶水池，再通过捞胶水泵输送到捞胶管道和正在捞胶的水洗罐。湿胶在三层烘干网带上烘干后落至吸料池，再经吸料风机输送到沸腾床干燥机，干燥后的硅胶通过大倾角挡边输送带依次进入直线振动筛和选球机，球胶根据粒径进入到相应的成品胶料仓，最后将产品用移动小包装机和移动大包装机进行包装。

①干燥。

在后续的干燥过程中将不可避免地引起凝胶表面的开裂，而导致凝胶开裂的应力主要源于毛细管压力，这种由填充于凝胶骨架孔隙中液体的表面张力所引起的毛细管压力，使凝胶收紧重排，体积收缩，因此可以采用以下几种措施减少干燥过程中的体积收缩、塌陷的程度。

ⅰ．减少溶剂表面的张力。通过溶剂替换，用表面张力小的溶剂将水或其他表面张力较大的溶剂替换出来。这些表面张力小的溶剂蒸发干燥时，附加压力将大大减小，从而降低干燥过程中的开裂。

ⅱ．改善凝胶中孔洞的均匀性。添加控制干燥的化学添加剂，能促使凝胶的孔洞均匀，产生比较均匀的凝胶孔结构，从而可以减少干燥过程中凝胶破裂的可能性，缩短干燥周期。

ⅲ．凝胶的表面修饰。调节和控制凝胶表面羟基的数量和表面电性，使凝胶骨架表面具有一定的憎水性，从而使骨架和溶剂之间的接触角增大，这样就能大大减小毛细管的附加张力。进而减少干燥过程中的体积收缩、塌陷程度。

烘干过程中要调节升温程序或采取保护措施，即增设过饱和蒸汽或近饱和蒸汽装置，保护水凝胶干燥按最佳速率进行。目前，国内硅酸水凝胶主要的干燥方式有如下几种。

ⅰ．隧道热风干燥：该干燥方法是将硅酸水凝胶脱水，装入搪瓷盘内，再将搪瓷盘放上烘干车，将车推入有热风的隧道内进行干燥。隧道内装有蒸汽散热片，横向或纵向循环热风装置。烘干车从低温段向高温段定期推进。

ⅱ．网带式干燥：该干燥方法是将水凝胶经输送带初步脱水后，通过加料仓进入烘干网带，网带在烘干隧道内经过预热段、干燥段、降温段缓慢向前移动。最终得到干燥的硅胶产品。该方法的显著特点是自动化程度高。将传统方法的捞胶、装车及出车过程简化，减松劳动强度，提高劳动生产率。

ⅲ．微波干燥：因水凝胶中含有一定量的水分，而水是极性分子，它在快速变化的高频磁场作用下，其极性取向随着外电场的变化而变化，造成分子的运动相互摩擦效应，此时对微波场的场能转化为介质内的热能，加热水分造成汽化，可以形成往外喷射的水蒸气压力。驱使硅胶内部的吸附水沿毛细结构向外运动，从而极大地提高了水分排出率。此烘干方法最大的特点是烘干速度快、节省能耗，缺点是烘干大于20%水分的水凝胶易出现炸裂、凝碎现象，影响硅胶的质量。

②筛选、包装。

干燥合格的硅胶经过不同筛网尺寸的筛选机进行筛分分级，然后进行包装。包装一般分内包装和外包装两层。内包装通常采用聚乙烯塑料袋，袋内装硅胶，袋口扎紧。外包装通常采用纸箱、纸板桶、镀锌铁桶、塑料编织袋等。包装后的硅胶外包装喷涂相应的商标图样、品名、规格、批次、净重、总重、厂名、生产日期和严防受潮、小心轻放等字样和标识，经检验合格后，办理入库。