本发明属于流程工业生产过程控制领域，更具体地说，涉及一种基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺。
背景技术：
四氧化三锰属于高性能结构材料，主要用于电子工业，是生产软磁铁氧体所需的重要原材料之一，也是制备锰锌铁氧体的优质原料，由制备的软磁铁氧体占软磁铁氧体总量的60％以上。随着四氧化三锰取代碳酸锰作为锰源制备锰锌软磁铁氧体后，四氧化三锰发展突飞猛进；软磁铁氧体是由锰、锌、铁的氧化物按一定配比混合后烧结成型制造，具有狭窄的剩磁感应曲线，可以反复磁化，同时其直流电阻率很高，可以避免涡流损失。可用作电子计算机中存贮信息的磁芯、磁盘和磁带，电话用变压器和高品质电感器，电视回扫变压器，磁记录用磁头，电感器，磁放大器，饱和电感器，天线棒等。经过二十多年的发展，我国四氧化三锰的生产规模已成为全球第一，其用途越来越广泛，市场需要量也在不断增加。因此，亟需发展一种智能化生产的mn3o4的连续化生产工艺。
mes系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。经检索，mes系统已应用于陶瓷(cn108706963a)、半导体(cn110233122a)、配方食品(cn112258053a)等生产领域中。但现有技术中没有将mn3o4的生产制备与mes系统相结合。
四氧化三锰有许多种制备方法，从反应性质和工艺特点可分为：还原法、焙烧发、电解法和氧化法。我国四氧化三锰的生产工艺大多数采用电解金属锰粉片悬浮液氧化法，它的原料是电解金属锰片，首先把金属锰片粉碎制成悬浮液，利用氧化剂，在一定的条件下制备四氧化三锰，其基本工艺流程为：电解金属锰片制浆、氧化、干燥、成品。该工艺的关键是氧化槽、洗涤塔、水处理和干燥设备。其中水处理时通常采用反渗透设备、离子交换设备；氧化槽通常利用衬钛板高效搅拌槽或衬胶；洗涤塔通常利用多段逆流洗涤塔；干燥设备采用压力喷雾式、离心喷雾式以及厢式干燥。
然而现有技术中mn3o4的生产工序往往采用不连续的流转方式，需要人工操作，工序之间多采用一对一的方式，极大地降低了生产效率和设备利用率。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有mn3o4生产效率低，品质不稳定的问题，本发明提供一种基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺，该系统能根据反应进程智能化管控设备，实时反馈生产信息，提高mn3o4的生产效率和质量稳定性。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
本发明的基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺，包括以下步骤：
s1：建模：将生产参数输入包含mes系统数据库的操控单元；
s2：混料：选择指定混料单元；
s3：反应：原料经混料单元处理后，根据反应所需条件匹配反应单元及输入该反应单元的物料输送装置，反应达到指定ph后停止反应；
s4：压滤：mes系统确定压滤单元自动进料；
s5：干燥：根据设备状态，将s4压滤所得物料传输到干燥单元进行干燥；
s6：收集：在收集单元对s5所得物料进行收集。
更进一步地，反应结束后的物料流入储料单元，根据储料单元的液位信息，mes系统确定是否能够放料，输送至压滤单元。
与本发明连续化生产工艺配套使用的生产线包括若干生产单元，每个生产单元都具有各自的标识信息，该系统还包含有mes系统数据库的操控单元；两个相邻生产单元之间设置有至少一个物料输送装置，每个物料输送装置都具有各自的标识信息，并且每个物料输送装置的标识信息与物料状态相关联；以及用于从每个生产单元获取该生产单元的标识信息、从每个物料输送装置获取该物料输送装置的标识信息的信息获取装置，操控单元与信息获取装置相连接，并将从信息获取装置接收到的每个物料输送装置的标识信息与对应的生产单元的标识信息通过mes系统数据库进行信息绑定，该对应的生产单元是接收与该物料输送装置的标识信息相关联的所有物料的生产单元。
更进一步地，所述生产单元包括混料单元、反应单元、压滤单元、干燥单元和收集单元，所述混料单元与反应单元之间的物料输送装置包括至少两条第一输送管，每条第一输送管上设置有电磁球阀；所述反应单元与压滤单元之间的物料输送装置包括至少两条第二输送管，每条第二输送管上设置有电磁球阀；所述压滤单元与干燥单元之间的物料输送装置包括至少一台给料机；所述干燥单元与收集单元之间的物料输送装置包括至少一条第三输送管。
更进一步地，所述信息获取装置为扫码枪，所述标识信息由条形码承载，相应的条形码贴附在生产单元和物料输送装置的外表。
更进一步地，所述混料单元包括研磨机构和搅拌机构，所述研磨机构的出料口与搅拌机构的进料口通过管道连接，所述研磨机构包括立式塔磨机、球磨机或辊磨机，能实现物料的研磨即可，所述搅拌机构包括搅拌槽、搅拌罐或搅拌釜，能实现物料的搅拌即可。
更进一步地，所述反应单元包括反应釜和气泵，所述反应釜的进料口与搅拌机构的出料口连接，所述气泵的进气口位于反应釜下端，用于为反应提供空气。
更进一步地，所述压滤单元包括板框压滤机，所述板框压滤机配合设有小车，用于卸板，下方设有给料机，用于将压滤得到的滤饼输送至干燥单元；所述压滤机为板框压滤机，能够与板框压滤机实现同样功能的还可以是反渗透设备、离子交换设备、离心机或过滤机。
更进一步地，所述干燥单元包括闪蒸干燥机和燃烧炉，所述干燥本体呈圆筒状，其底部设有高速旋转刀，所述干燥本体一侧下方设有进料口与给料机终端衔接，所述干燥本体与燃烧炉的出口连接连通，所述干燥本体的另一侧上方设有出料口，物料从出料口输出后，由第三输送管进入收集单元，所述搅拌破碎机构包括高速旋转刀或搅拌齿。
更进一步地，所述收集单元包括选粉机，所述选粉机下方设有第一道出料口，所述第一道出料口的下方设有高压空气泵，所述选粉机上端通过管道与除尘机构a连接，所述除尘机构a的末端设有抽取机构a，所述抽取机构a由电机驱动，所述除尘机构a下方设有第二道出料口，所述第一道出料口的下端与第二道出料口的下端通过管道连接，由高压空气泵形成气送。
更进一步地，所述操控单元设有操控台与终端设备，生产过程中设备的状态由信息获取装置提供数据，mes系统根据采集到的数据，进行调控。所述终端设备可以为电脑、手机、平板，能够安装mes系统数据库即可。
更进一步地，还包括储料单元，所述储料单元包括储料槽，所述储料槽位于第二输送管的输送管线上。
更进一步地，所述反应釜内侧、燃烧炉的出口处、干燥本体另一侧的出料口、除尘机构a的进风口分别设有温度传感器，所述燃烧炉的出口处、除尘机构a的出口处分别设有压力传感器，所述反应釜内侧和储料槽内侧分别设有液位传感器，所述反应釜内侧设有ph传感器，所述搅拌机构与反应釜之间的第一输送管设有流量计，反应釜与储料槽、储料槽与板框压滤机之间的第二输送管设有流量计，反应釜与气泵之间的管道设有流量计，所述温度传感器、压力传感器、液位传感器、ph传感器和流量计均与终端设备电气连接。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺通过mes系统实现mn3o4的智能化制备，能够提高mn3o4的生产效率，产品主要质量特性的工序过程能力指数cpk提高，产品更加稳定可控。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明mn3o4连续化生产工艺示意图；
图2为本发明mn3o4连续化生产系统的结构示意图；
图3为本发明混料单元示意图；
图4为本发明反应单元示意图；
图5为本发明储料单元示意图；
图6为本发明压滤单元示意图；
图7为本发明干燥单元示意图；
图8为本发明收集单元示意图；
图9为本发明操控单元示意图；
图10为本发明物料输送过程示意图；
图中：
200、混料单元；210、研磨机构；220、搅拌机构；
300、反应单元；310、反应釜；320、气泵；
400、储料单元；410、储料槽；
500、压滤单元；510、压滤机；520、小车；530、给料机；
600、干燥单元；610、干燥机；620、干燥本体；630、燃烧炉；640、搅拌破碎机构；
700、收集单元；710、选粉机；720、第一道出料口；730、第二道出料口；740、除尘机a；750、抽取机构a；760、高压空气泵；
900、操控单元；910、操控台；920、显示屏。
具体实施方式
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
如图1所示，本实施例的基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺，包括以下步骤：
s1：建模：将生产参数输入包含mes系统数据库的操控单元900，建立mes系统数据库；
s2：混料：选择指定混料单元200，物料进入混料单元200后，先输送至塔磨机210，磨至指定参数后，输送至搅拌槽220进行物料混合；
s3：反应：原料经混料单元200处理后，根据反应所需条件匹配反应釜310及输入该反应釜310的物料输送装置，反应达到指定ph后停止反应；
s4：储料：反应结束后，根据储料槽410的液位信息，mes系统确定是否能够放料；
s5：压滤：根据储料槽410的液位信息，mes系统确定压滤单元500自动进料，物料经板框压滤机510处理后，由给料机530输送至闪蒸干燥机610；
s6：干燥：根据设备状态，将s5压滤所得物料传输到闪蒸干燥机610进行干燥；
s7：收集：在收集单元700对s6所得物料进行收集，物料可直接进行收集，也可经选粉机710处理后再进行收集。
如图2至9所示，与连续化生产工艺配套使用的生产线包括若干生产单元，每个生产单元都具有各自的标识信息；两个相邻生产单元之间设置有至少一个物料输送装置，每个物料输送装置都具有各自的标识信息，并且每个物料输送装置的标识信息与物料状态(在本发明中存在料浆、湿料、粉料)相关联；以及用于从每个生产单元获取该生产单元的标识信息、从每个物料输送装置获取该物料输送装置的标识信息的信息获取装置，操控单元900与信息获取装置相连接，并将从信息获取装置接收到的每个物料输送装置的标识信息与对应的生产单元的标识信息通过mes系统数据库进行信息匹配，该对应的生产单元是接收与该物料输送装置的标识信息相关联的所有物料的生产单元。
在本实施例中，所述生产单元包括混料单元200、反应单元300、压滤单元500、干燥单元600和收集单元700，所述混料单元200与反应单元300之间的物料输送装置包括至少两条第一输送管，每条第一输送管上设置有电磁球阀；所述反应单元300与压滤单元500之间的物料输送装置包括至少两条第二输送管，每条第二输送管上设置有电磁球阀；所述压滤单元500与干燥单元600之间的物料输送装置包括至少一台给料机；所述干燥单元600与收集单元700之间的物料输送装置包括至少一条第三输送管。在混料单元、反应单元的出料口均设置有三通，第一输送管和第二输送管均可以连接至此，然后通过电磁球阀进行控制连通。此外，在某些情况下，也可以人工操作，将对应的输送管连接至对应的生产单元上。
1)混料单元200：所述混料单元200包括一台立式塔磨机、一台卧式球磨机、一台辊磨机和配套的三个搅拌槽，所述立式塔磨机的出料口与搅拌槽的进料口通过管道连接；
2)反应单元300：所述反应单元300包括三个反应釜310和气泵320，所述反应釜310的进料口与搅拌槽的出料口连接，所述气泵320的进气口位于反应釜310下端；
3)储料单元400：所述储料单元400包括三个储料槽410，所述储料槽410位于第二输送管的输送管线上；
4)压滤单元500：所述压滤单元500包括三台板框压滤机510，所述板框压滤机510上方设有小车520，下方设有给料机530，用于将压滤得到的滤饼输送至干燥单元600；
5)干燥单元600：所述干燥单元600包括三台闪蒸干燥机610，所述闪蒸干燥机610包括干燥本体620和燃烧炉630，所述干燥本体620呈圆筒状，其底部设有高速旋转刀640，所述干燥本体620一侧下方设有进料口与给料机530终端衔接，所述干燥本体620与燃烧炉630的出口连接连通，所述干燥本体620的另一侧上方设有出料口，物料从出料口输出后，由第三输送管进入收集单元700；
6)收集单元700：所述收集单元700包括选粉机710，所述选粉机710下方设有第一出料口720，所述第一出料口720的下方设有高压空气泵760，所述选粉机710上端通过管道与除尘机构a740连接，所述除尘机构a740通过管道连接有抽取机构a750，所述抽取机构a750由电机驱动，所述除尘机构a740下方设有第二出料口730，所述第一出料口720的下端与第二出料口730的下端通过管道连接，由高压空气泵760形成气送；
7)操控单元900：所述操控单元900设有操控台910与电脑920，生产过程中设备的状态由信息获取装置提供数据，mes系统根据采集到的数据，进行调控。
需要说明的是，在实际生产过程中，生产单元的数量可以更多，以满足实际的生产需求。现有技术中mn3o4的每个工序之间的流转不连续，需要人工操作，极大地降低了生产效率和设备利用率，基于此，本发明的发明人将各工序的生产设备利用管道一对一进行连接，实现物料的流转。但是基于不同mn3o4的要求，对于mn3o4的生产设备和反应条件要求也有所区别，例如，研磨机构为立磨时，得到的物料较粗，采用球磨机时，得到的物料较细，反应时需要将不同细度的物料分别输送至不同的反应釜进行反应，得到mn3o4。以上的生产线需要多对多的生产工序，采用一对一的输送方式无法满足生产要求，因此，本发明的发明人将生产工序与mes系统结合，通过信息获取装置接收到的每个物料输送装置的标识信息与对应的生产单元的标识信息通过mes系统数据库进行信息匹配，实现mn3o4的连续化生产，并且适用于多对多的交叉生产，如图10所示。
此外，本系统的整个生产过程中，物料的变化由块状料转变为浆料，浆料经过压滤成为湿料，湿料经过干燥后变为粉料，因此过程会涉及浆料选择管道、泵送的方式，湿料选择的输送方式，粉料选择负压、管道的方式，本发明核心的改进为实现连续化生产，不涉及管道等的改进。
进一步的，所述信息获取装置为扫码枪，所述标识信息由条形码承载，相应的条形码贴附在生产单元和物料输送装置的外表。标识信息包括的主要内容设备的参数以及原料产品的物理参数，扫码枪获得上述信息，与物料输送装置的信息进行匹配，若是信息匹配成功，则由该物料输送装置为该生产单元供料，实现连续化的生产，从而解决目前的多个单元的独立工作模式。
在本实施例中，所述反应釜310内侧、干燥本体620内侧、燃烧炉630的出口、除尘机构a740的进料口分别设有热敏电阻温度传感器；所述除尘机构a740的进料口以及连接抽取机构a750的管道上分别设有西门子压力传感器qbe9103-p25u，所述反应釜310内侧和储料槽410内侧分别设有omron/欧姆龙液位传感器，所述反应釜310内侧设有梅特勒-托利多ph传感器，所述搅拌机构220与反应釜310之间的第一输送管设有纳格防腐型电磁流量计，反应釜310与储料槽410、储料槽410与板框压滤机510之间的第二输送管设有纳格防腐型电磁流量计，反应釜310与气泵320之间的管道设有纳格防腐型电磁流量计，所述温度传感器、压力传感器、液位传感器、ph传感器和流量计均与终端设备920电气连接。
工作原理：以锰片法制备mn3o4时，包括以下步骤：
①混料：金属锰片(纯度为99.7％以上)经塔磨机210研磨至粒径(d50)为1～20μm的锰浆，颗粒粒径可由激光粒度仪检测，进入搅拌槽220搅拌，当球、锰片、纯水的比值为(2～5)：1：(1～3)时，在30～100rpm的转速下搅拌至1～2h，经管道进入反应釜310；
②反应：反应釜310开启搅拌情况下，搅拌转速100～300rpm，将磨好的浆料泵入反应釜310，补加纯水至固体含量10～40wt％，加入铵盐，其中铵盐可以为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或多种，用量为金属锰重量的0.3～3wt％，利用铵盐的催化作用，将金属锰转换为氢氧化锰；通过气泵320通入空气，流量为200-500m3/h，利用空气将氢氧化锰氧化为四氧化三锰，反应过程中控制ph在6-8.5，温度50-80℃，反应10～18h后结束，反应ph由ph传感器监控，此外，为防止反应异常，当温度超过90℃，系统报警；
③储料：反应后的浆料由泵输入储料槽410，用于储存预备过滤的物料，储料槽410中设有搅拌装置，转速为60～150rpm，使混合物保持均匀，避免沉底，当液位超过85％时，发出警报；
④压滤：储料槽410中的混合物经由泵输入板框压滤机510，混合物在板框压滤机510中经进料→洗涤→压榨处理后得到滤饼，由小车520卸去板框，板框之间的滤饼掉落在给料机530上，由给料机530输送至干燥机610，给料机530的速度为2～4m/min；
⑤干燥：滤饼进入干燥机610，在下降过程中，经燃烧炉630鼓风对滤饼进行干燥，其中燃烧炉630的温度为350～500℃，燃烧炉630炉口处的进风压力为-500～-100pa掉落的滤饼由高速旋转刀640打碎，其中，高速旋转刀的频率为20～50hz，打碎的物料在除尘机740的负压作用下，向上由管道输出，出口温度为120～150℃；
⑥收集：物料由干燥机610输出后，在选粉机710的离心作用下，进行物料筛分，质量较大的物料沉底，由第一道出料口720输出，质量较小的物料在负压作用下易扬起，向上由管道输出，在袋式除尘机a740的作用下，由第二道出料口730输出后，经输送设备与第一道出料口720的物料混合，其中袋式除尘机a740的出风温度为100～120℃，出风压力为-3500～-1500pa。
以锰盐法制备mn3o4时，其步骤相较于锰片法，不包含步骤①混料；步骤②反应过程中，开启搅拌情况下，锰盐溶液和碱液并流至反应釜310，其余步骤与锰片法相同。所述锰盐溶液包括硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的一种，浓度为0.1～2.5mol/l；碱液包括氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液，浓度为0.1～2.5mol/l，在本实施例中，采用浓度为1.5mol/l的硫酸锰溶液为锰盐溶液，氨水溶液为碱液，其中氨水采用浓度为10～22wt％的工业氨水配置而成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
1.一种基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
s1：建模：将生产参数输入包含mes系统数据库的操控单元(900)；
s2：混料：选择指定混料单元(200)；
s3：反应：原料经混料单元(200)处理后，根据反应所需条件匹配反应单元(300)及输入该反应单元(300)的物料输送装置，反应达到指定ph后停止反应；
s4：压滤：mes系统确定压滤单元(500)自动进料；
s5：干燥：根据设备状态，将s4压滤所得物料传输到干燥单元(600)进行干燥；
s6：收集：在收集单元(700)对s5所得物料进行收集。
2.根据权利要求1所述一种基于mes系统的mn3o4连续化生产工艺，其特征在于，反应结束后的物料流入储料单元(400)，根据储料单元(400)的液位信息，mes系统确定是否能够放料，输送至压滤单元(500)。
技术总结