一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法与流程

本发明属于白炭黑制备，涉及一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法。

背景技术：

1、白炭黑（沉淀二氧化硅）因其高比表面积、优异补强性能和化学惰性，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药及食品等行业。目前工业上采用氟硅酸制备氟化氢联产白炭黑的方法，在硅源水解缩合过程中形成纳米级二氧化硅颗粒，同时氟化铵进入母液体系。然而，该工艺存在以下突出缺陷：第一，洗涤环节耗水量巨大。传统方法采用单级或简单多级顺流洗涤，洗涤效率低，需消耗大量去离子水以稀释残留氟化铵，不仅造成水资源浪费，还导致后续废水处理成本高昂。第二，氟化铵（nh4f）残留控制精度不足。现有技术依赖人工定时取样检测，检测周期长（通常30~60分钟/次），无法实时反映洗涤效果。当原料批次波动或工艺参数偏离时，易出现产品氟化物含量超标（＞500ppm）或过度洗涤导致的资源浪费。第三，能耗问题突出。传统洗涤系统缺乏动态调节能力，洗涤液流量和洗涤时间固定，无法根据实际残留量调整。过度洗涤不仅增加水耗，还延长干燥工序时间，使整体能耗增加。第四，自动化程度低。现有装置多采用人工操作或简单plc控制，缺乏智能算法支持，无法实现洗涤终点的精准判断。当传感器漂移或工艺波动时，系统无法自适应调整，导致批次间质量差异显著。

2、针对上述问题，虽有研究尝试引入电导率检测或ph监测，但均存在明显局限：单点电导率检测易受温度、杂质干扰，且缺乏与工艺控制的深度耦合；传统pid控制响应滞后，无法处理洗涤过程的非线性、时变特性。因此，亟需一种能够实时精准监测、智能决策、动态优化的白炭黑洗涤新技术。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，该方法以实时电导率监测为核心、以模型预测控制为决策手段、以多级逆流洗涤为工艺载体，可以实现白炭黑洗涤时洗涤液中氟化铵残留量的在线精准判定与洗涤水用量的动态优化，从而在确保产品质量的同时显著降低水耗与能耗。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，包括如下步骤：

4、s1，对白炭黑浆料进行固液分离，得到白炭黑滤饼；所述白炭黑滤饼中含有氟化铵；

5、s2，采用多级逆流洗涤装置对s1中所述滤饼进行洗涤，并在最末两级洗涤中实时检测洗涤液的电导率；

6、s3，基于s2中实时测得的电导率，通过电导率-氟化铵浓度映射模型计算洗涤液中的氟化铵的浓度，并根据最末两级浓度比值α，实时调整新鲜洗涤液的加液速率ν以稳定洗涤效果，从而获得氟含量合格的白炭黑滤饼；

7、s4，将s3中洗涤合格的白炭黑滤饼进行干燥，即得白炭黑产品。

8、进一步地，s1中所述固液分离采用板框过滤机或离心机，以获得含水率可控、结构均匀的滤饼；所述板框过滤机的滤布孔径为0.45±0.1μm。

9、进一步地，s2中所述多级逆流洗涤装置包括n级洗涤单元，其中，n=3~5，优选为5；各级洗涤单元串联布置，各级洗涤液逆向流动，使浓度梯度最大化，提高传质效率；所述洗涤液优选为去离子水。

10、进一步地，s2中所述电导率的监测采用四电极电导率传感器，以准确捕捉氟化铵浓度变化；所述四电极电导率传感器的电极材料为铂-铱合金，电极间距为1~2cm，优选为1.5cm；所述四电极电导率传感器的探头表面涂覆聚四氟乙烯防腐涂层，探头内置温度传感器，探头的工作频率为1khz，可在强腐蚀环境中长期稳定运行。

11、进一步地，s2中所述洗涤的温度为45~65℃。

12、进一步地，s3所述电导率-氟化铵浓度映射模型满足线性方程式k=a×c+b，其中k为洗涤液电导率，c为洗涤液浓度，a为浓度系数，b为修正常数；该模型在氟化铵溶液为0.01~2.0mol/l浓度范围内线性相关系数r2≥0.996，a和b由多次实验拟合获得，优选地，a为50~60，b为10~12，确保计算结果的高精度。

13、进一步地，s3所述浓度比值α= cn-1/cn，其中，cn为末级洗涤液的氟化铵浓度，cn-1为上一级洗涤液的氟化铵浓度；所述电导率-氟化铵浓度映射模型采用实时调整策略，根据实测洗涤液浓度实时调整新鲜洗涤液加液速率ν，ν与α的关系满足方程式ν = k×α1.6–β，其中k为经验系数，β为修正系数，k、β由多次实验拟合获得，优选地，k为0.1~0.6，β为2~200l/min。优选地，在洗涤过程中，每隔10~20秒测试一组电导率，并在依次计算c4、c5、α和ν后，于1~3秒内执行鲜洗涤液加液速率ν的调整，实现实时调整鲜洗涤液加液速率ν对白炭黑滤饼进行充分洗涤。

14、进一步地，s3中当α＜0.9，且cn=0.01~0.05mol/l，cn-1=0.01~0.05mol/l时，调整新鲜洗涤液加液速率ν=0，即停止加入新鲜洗涤液，终止洗涤，以避免浪费洗涤液。

15、进一步地，s4中所述干燥为喷雾干燥或闪蒸干燥，以快速去除残余水分并保持颗粒的纳米级分散状态；所述喷雾干燥或闪蒸干燥的进风温度为170~190℃，出风温度为80~90℃，干燥时间为2~4min。

16、进一步地，s4中所述白炭黑产品的含水量≤5wt%。

17、本领域技术人员能够理解，α为末级前一级的浓度与末级浓度的比值，能较早反应上一级洗涤液的氟化铵浓度变化，根据该浓度变化实时调整对末级洗涤槽补加新鲜洗涤液的速率，在高/低氟含量的白炭黑进入末级洗涤槽前预先对应调整洗涤液量，从而保证末级洗涤槽的洗涤效果，即保证白炭黑产品的氟含量不会忽大忽小。与此同时，因补入洗涤液的多少不同，末级洗涤槽产生的回用洗涤液量也不同，该回用洗涤液流量与上一级洗涤液的浓度刚好对应，当上一级洗涤液浓度较高时补入较多的回用洗涤液，当上一级洗涤液浓度低时补入较少的回用洗涤液。这样以来，当白炭黑原料氟含量高时系统自动补加较多洗涤液，当白炭黑原料氟含量低时系统自动补加较少洗涤液，补入的洗涤液量自动调节，既不会浪费洗涤液，也不会导致白炭黑产品的氟含量超标。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明提供的一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，以实时电导率监测为核心、以模型预测控制为决策手段、以多级逆流洗涤为工艺载体，可以实现白炭黑洗涤时洗涤液中氟化铵残留量的在线精准判定与洗涤水用量的动态优化，从而在确保产品质量的同时显著降低水耗与能耗，且兼顾了生产效率与环境友好性，为白炭黑制备技术提供了全新的智能化解决方案。

1.一种基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s1中所述固液分离采用板框过滤机或离心机；所述板框过滤机的滤布孔径为0.45±0.1μm。

3.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s2中所述多级逆流洗涤装置包括n级洗涤单元，其中，n=3~5；各级洗涤单元串联布置，各级洗涤液逆向流动。

4.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s2中所述电导率的监测采用四电极电导率传感器，所述四电极电导率传感器的电极材料为铂-铱合金，电极间距为1~2cm；所述四电极电导率传感器的探头表面涂覆聚四氟乙烯防腐涂层，探头内置温度传感器，探头的工作频率为1khz。

5.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s2中所述洗涤的温度为45~65℃。

6.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，所述电导率-氟化铵浓度映射模型满足线性方程式k=a×c+b，其中k为洗涤液电导率，c为洗涤液浓度，a为浓度系数，b为修正常数；该模型在氟化铵溶液为0.01~2.0mol/l浓度范围内线性相关系数r2≥0.996；a为50~60，b为10~12。

7.根据权利要求6所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s3中所述浓度比值α= cn-1/cn，其中，cn为末级洗涤液的氟化铵浓度，cn-1为上一级洗涤液的氟化铵浓度；所述电导率-氟化铵浓度映射模型采用实时调整策略，根据实测洗涤液浓度实时调整新鲜洗涤液加液速率ν，ν与α的关系满足方程式ν = k×α1.6-β，其中k为经验系数，β为修正系数，k为0.1~0.6，β为2~200。

8.根据权利要求7所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，当α＜0.9，且cn=0.01~0.05mol/l，cn-1=0.01~0.05mol/l时，调整新鲜洗涤液加液速率ν=0，即停止加入新鲜洗涤液，终止洗涤。

9.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s4中所述干燥为喷雾干燥或闪蒸干燥；所述喷雾干燥或闪蒸干燥的进风温度为170~190℃，出风温度为80~90℃，干燥时间为2~4min。

10.根据权利要求1所述的基于洗涤液电导率在线监测与反馈控制的白炭黑洗涤方法，其特征在于，s4中所述白炭黑产品的含水量≤5 wt%。