一种应用于菱镁水泥生产的氯化镁溶液自动配制系统设计

韦才寿 沈建增 南宁学院 土木与建筑工程学院

1 引言

菱镁制品是一种新型复合材料产品，具有轻质、高强、易加工、防火、节能、保温等特点，能够广泛用于工业、农业、建筑等国民经济各行业，随着我国经济建设的飞速发展，菱镁水泥需求量越来越大，促进了菱镁水泥制品的发展。

菱镁水泥是气硬性胶凝材料,其MgO-MgCl-H2O三元体系的 水 化 产 物 主 要 是 5.1.8 相 [5Mg(OH)2MgCl2.8H2O]，采 用 氯 化 镁(MgCl2.6H2O)俗称卤片配制溶液时，应满足形成5.1.8相所需的基本水灰比值的要求，卤水浓度过高或过低都不利于产品生产。实际生产中需要人工反复计算调节才能配制出符合要求的浓度的溶液，存在效率低下，精度不高等问题。针对此问题，本文创新设计出一套溶液自动配制系统，旨在能在生产中实现氯化镁溶液全自动配制，提高溶液配制的效率和准确性，提高生产效益。

2 溶液配制问题分析

在生产菱镁水泥中采用人工溶液配制问题具体表现在以下几个方面：

(1）调节效率低，一般而言溶液配制原则是浓度高了加水低了加氯化镁，但要将大量溶液调节到符合浓度要求的溶液难度较大，需要反复调节效率很低。

(2）浓度精度低，在生产中溶液浓度需随着环境温湿度的变化需要进行相应的频繁调整；同时，卤片中的氯化镁含量变化会导致溶液浓度波动较大，人工难以准确配制出高精度溶液。

3 溶液自动配制系统设计

一种用于生产菱镁水泥的氯化镁溶液自动配制系统，主要由料仓、溶解池、溶液配制池、电磁水阀、水流量自动控制装置、控制器及管道等部分组成，结构图如图1所示。相关内容笔者已于2019年申请了发明专利，具体内容详见文献。

图1 氯化镁溶液自动配制系统结构图

3.1 料仓

主要用于存储卤片(MgCl2.6H2O)，进行防湿防潮防腐蚀处理能够防止卤片吸潮，下部安装有重力重力传感器，料仓下部有出料口，出料口安装电控闸门，电控闸门由控制器控制，根据所需物料重量控制闸门开关，放出物料重量由重力传感器感应前后的整个料仓的重量差进行确定；如，所需物料重量为M,出料前料仓总重量为M0，控制器控制闸门打开后物料在重量作用下通过管道进入下部的溶解池，当重量传感器读数由M0变成M1（M1=M0-M）时，将信息传送到控制器，控制自动控制闸门关闭，完成出料过程。

3.2 溶解池

溶解池由防腐蚀材料制成，卤片放入溶解池后，控制器根据物料重量控制电磁水阀向池内注入一定量的清水，并控制电动搅拌桨对溶液搅拌，以加速卤片溶解，然后进行沉淀，将不溶杂质沉淀后上层为高浓度氯化镁溶液，然后通过管道流入溶液配制池，杂质由底部的泄水口排出。

3.3 .溶液配制池

配制池底部装有重量传感器，内部也装有搅拌桨，还装有创新研发的液体浓度自动测量仪，溶解池内的高浓度溶液通过管道流入配制池内后，液体浓度自动测量仪测出溶液的浓度，然后将数据传送到控制器，控制器控制清水管道上的电磁水阀打开向配制池内分多次注入清水，这个过程属于反复检测、计算和调节过程，直至配制出符合浓度要求的溶液。

3.4 溶液浓度自动测量仪

溶液浓度自动测量仪是由笔者创新研发的装置（详见文献[4]），由传统的波美计改造而成，可直接测出溶液的质量浓度，其工作原理在于利用液位差计测出液体表面的距离和波美计顶部距离，进而计算出波美计刻度部位伸出液体表面的高度，换算出对应的波美度求出液体的浓度，并根据液体温度进行修正；需要等搅拌桨停止搅拌后待液面稳定后方可检测。

3.5 水流量自动控制装置，

主要由涡轮流量传感器（测量流量）、电磁水阀（开关作用）等组成，可以定量控制注入溶解池和配制池的水量；在自动调节溶液浓度方面起到十分关键的作用，由控制器控制运行。

3.6 控制器

控制器基于PLC研发和设计，是整个溶液自动配制系统最核心的关键部件，其控制整个系统的自动运行，包括：

(1）控制料仓出料，在系统中输入所需出料（卤片）的重量，实时监测料仓重量变化，当料仓前后重量差值为所需出料重量时，控制闸门关闭，实现出料控制过程。

(2）控制溶解池水流量，根据放入溶解池内卤片重量以及氯化镁的含量，系统自动计算出所需的注入的水量，保证卤片溶解后其浓度大于所需配制的浓度，并保证能使卤片全部溶解；注水后立即控制启动搅拌桨的电机对溶液进行搅拌加速溶解。其注水量计算如下：假定卤片重量为M料，氯化镁含量为W%，所需配制的溶液为C%，因溶解阶段所得的浓度要大于所配制浓度才利于后续调节，每次加水量M水应小于最终用水量，考虑到要卤片能完全溶解，可设定M水=0.8M料（W%/C%-1）。

(3）控制溶解池进水量，接收液体浓度自动测量仪检测到配制池内溶液浓度的数据以及配制池内溶液重量，控制自动水流量控制系统运行分多次向配制池内注入一定的水量，控制配制池搅拌桨电机运行，这个过程属于反复检测、计算、调节过程。其计算过程如下：设检测到当前溶液浓度为C0%，所需配制溶液浓度C%，溶液质量为M0，理论上应需要加水量为：

考虑到溶质溶解度的影响，防止一次性加水量过多造成浓度过低，则每个循环实际加水量为理论加水量的0.9倍，即：

通过反复循环加水，直至调节到符合要求的浓度。

(4）控制溶解池溶液输出管道上的电磁水阀，根据溶解池重量的变化对所流出溶液重量进行控制，当溶解池前后重量差值等于所需溶液重量时关闭水阀。

4 总结

针对菱镁水泥生产中溶液配制问题，创新设计出一种溶液自动配制系统，通过该系统可以实现卤水全自动配制，可以大幅度提高溶液配制的效率和准确性，有助于提高生产效率和效益，该系统具有非常高的应用推广价值。