CN103223326A - 一种粉体表面改性反应器 - Google Patents

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张茹
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Abstract

本发明提供一种粉体表面改性反应器,包括筒体,筒体内设有转子,筒体上端设有能够开合的上端盖,上端盖的内侧设有喷头,喷头与筒体外部的喷雾器相连通,筒体设置在底座上,底座上还设置有开关和控制转子转速的转速控制器。本发明通过用转速控制器精确控制转子对筒体内物料的旋转速度,并结合喷雾器及喷头以喷雾式的加药方式对待喷洒物料进行喷洒,使得筒体内物料与喷洒的物料能够充分地混合均匀,能够提高物料的反应效率及筒体内物料表面改性的均匀性和包覆率。本发明结构简单、控制方便、操作灵活,适于在实验室中使用,尤其适于干法改性的使用,能够确保实验精确、高效地进行。

Description

一种粉体表面改性反应器
技术领域
本发明涉及一种实验室用反应装置,特别涉及一种粉体表面改性反应器。
背景技术
粉体表面改性技术广泛应用于塑料、橡胶、涂料等领域。由于无机粉体表面具有亲水疏油性,极易团聚,与有机高聚物或树脂等的相容性差,导致复合材料的某些力学性能下降。为了改善其在有机基质中的分散性,人们通常用表面活性剂、偶联剂、不饱和有机酸等对粉体进行改性,改变其表面的物理化学特性,增强粉体的表面疏水亲油性,使其能在有机基质中良好地分散。
目前,常采用表面化学包覆改性法对非金属矿物粉体进行改性,其中干法改性由于其工艺简单、操作灵活、投资少以及改性剂适用范围广等特点而被广泛采用。但是由于改性剂的用量很少,一般为粉体(绝干质量)的0.5%~3.0%,所以这种改性方法对于粉体物料的循环与改性剂添加的均匀性有较高的要求,否则容易导致改性剂在颗粒表面的包覆不均匀、包覆率不高,影响物料的改性效果。
为了服务生产和开发新产品,研究人员需要在实验室中用少量物料进行探索试验以便确定最佳的改性工艺。但是,实验室中常用的混合装置多为单叶片或双叶片的搅拌器,只能使物料沿叶片旋转的圆周切向运动,适用于液-液相或低浓固-液相,对于高浓或全干粉体来说并不适用。而生产上多采用高速捏合机或HYB高速气流冲击式粉体表面处理机对粉体进行改性。上述这些设备结构复杂、价格昂贵,即使是最小的型号,也需加物料10L左右,不方便用于实验室研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制方便、操作灵活的实验室用粉体表面改性反应器。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
包括筒体,筒体内设有转子,筒体上端设有能够开合的上端盖,上端盖的内侧设有喷头,喷头与筒体外部的喷雾器相连通,筒体设置在底座上,底座上还设置有开关和控制转子转速的转速控制器。
所述的筒体外部设有加热套,加热套的外部设有保温层,底座上设置有控制加热套温度的温度控制器。
所述的转子为能够拆卸的锥体螺旋转子,锥体螺旋转子包括沿轴向叶片直径逐渐变小的圆锥形转子部分,和与圆锥形转子部分同轴并固定在其最大直径一端的主轴,锥体螺旋转子的主轴穿过筒体底部中心处并与转速控制器相连。
所述的锥体螺旋转子为单线或双线螺旋,其螺距为其平均直径的2~3倍。
所述的上端盖内侧的同一圆周上均匀设置有若干个喷头。
所述的喷头与筒体的外部相连通;或者喷头通过连接软管与喷雾器的喷口相连通。
所述的喷雾器的喷口处设置有流量调节阀;所述的筒体的外侧设置有用于固定喷雾器的喷雾器固定装置。
所述的筒体的内壁涂有防粘层。
所述的筒体由耐磨、耐高温的透明塑料制成。
所述的筒体的容积为250~2000mL;所述的喷雾器的体积为5~50mL,分度值为0.1mL或1.0mL,压力为0.1~0.4mPa;所述的转速控制器的速度范围为0~4000r/min。
进一步的,所述的温度控制器的温度范围为20~300℃。
进一步的,所述的筒体与上端盖采用螺纹连接。
进一步的,所述的锥体螺旋转子的主轴与转速控制器采用轴承连接。
进一步的,所述的喷雾器为气压式喷雾器。
进一步的,所述的防粘层为聚四氟乙烯材质。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的粉体表面改性反应器,通过用转速控制器精确控制转子对筒体内物料的旋转速度,并结合喷雾器及上端盖内侧的喷头以喷雾式的加药方式对待喷洒物料进行喷洒,使得筒体内物料与喷洒的物料能够充分的混合均匀,当喷洒的物料为反应原料中的一种或催化剂时,能够提高物料的反应效率,当喷洒的物料为改性剂时,能够提高筒体内物料表面改性的均匀性和包覆率。本发明提供的粉体表面改性反应器结构简单、控制方便、操作灵活,适于在实验室中使用,尤其适于干法改性的使用,能够确保实验精确、高效地进行。
进一步的,本发明通过采用沿轴向叶片直径逐渐变小的锥体螺旋转子,不仅使筒体内的物料沿着锥体螺旋转子叶片旋转的圆周切向运动,而且借助锥体螺旋转子叶片周边存在的速度差,引导物料从筒体的底部向上运动而后在重力作用下反落到锥体螺旋转子的附近,使物料在整个筒体中作上下翻滚运动从而产生极佳的循环,混合效果非常好。
进一步的,本发明中锥体螺旋转子的主轴与转速控制器采用轴承联接,能够减小摩擦、方便维护。
进一步的,本发明中的锥体螺旋转子可拆卸,可以根据实验需要选择不同形状的转子,将其用于液-液相或低浓液-固相原料的反应,扩大了本发明的适用范围。
进一步的,本发明通过温度控制器可以精确方便地控制筒体内物料的温度,能够确保反应在所需温度下精确、高效地进行。
进一步的,本发明还可根据待喷洒物料的不同用量,选用不同体积和分度值的喷雾器,且喷雾器的喷口处设置有流量调节阀,能够方便对待喷洒物料的添加量进行精确地控制。
进一步的,本发明中喷头均匀的设置在上端盖内侧的同一圆周上,使得待喷洒物料能够更加均匀地分布在筒体中与物料充分反应,提高混合效果。
进一步的,本发明喷头与筒体外部的大气相通,当筒体内物料的温度过高、筒体内的压力过大时,可以拔掉连接软管,将喷头作为安全放气阀使用,确保实验操作的安全性。
进一步的,本发明中的筒体由耐磨、耐高温的透明塑料制成,能够方便随时监控观察物料,且采用耐磨、耐高温的材质能够延长反应器的使用寿命。
进一步的,本发明中的筒体内壁涂有聚四氟乙烯材质的防粘层,能够防止物料粘附在反应器的内壁上造成喷洒的物料损失和反应不均匀。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明物料在筒体中的循环示意图;
其中:1为筒体、2为转子、3为上端盖、4为喷雾器、5为连接软管、6为喷头、7为开关、8为温度控制器、9为转速控制器、10为加热套、11为保温层、12为底座、13为流量调节阀、14为喷雾器固定装置。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。
参见图1,本发明包括筒体1,筒体1由耐磨、耐高温的透明塑料制成,以方便随时监控观察物料并延长反应器的使用寿命;筒体1的内壁涂有聚四氟乙烯材质的防粘层,防止物料粘附在反应器的内壁上造成喷洒的物料损失和反应不均匀;筒体1的容积为250~2000mL。筒体1设置在底座12上,筒体1外部设有加热套10,加热套10的外部设有保温层11,底座12上还设置有开关7、控制加热套10温度的温度控制器8和控制转子转速的转速控制器9,温度控制器8的温度范围为20~300℃;转速控制器9的速度范围为0~4000r/min。筒体1内设有锥体螺旋转子,锥体螺旋转子包括沿轴向叶片直径逐渐变小的圆锥形转子部分,和与圆锥形转子部分同轴并固定在其最大直径一端的主轴,锥体螺旋转子的主轴穿过筒体1底部中心处,且锥体螺旋转子的主轴与转速控制器9采用轴承连接,以减小摩擦、方便维护,锥体螺旋转子可拆卸。锥体螺旋转子根据需要可采用单线或双线螺旋,其螺距为其平均直径的2~3倍。筒体1上端与上端盖3采用螺纹连接。上端盖3的内侧的同一圆周上均匀设置有若干个喷头6,喷头6与筒体1的外部相连通,或通过连接软管5与气压式喷雾器4的喷口相连通。气压式喷雾器的喷口处设置有流量调节阀13,以方便对待喷洒物料的添加量进行精确地控制;所述的筒体1的外侧设置有用于固定气压式喷雾器的喷雾器固定装置14。气压式喷雾器的体积为5~50mL,分度值为0.1mL或1.0mL,压力为0.1~0.4mPa。
本发明的工作过程为:
以50g80目污泥粉(绝干质量)与1g钛酸酯(改性剂)的偶联化改性为例:于105℃干燥造纸污泥,将其磨成细粉,过80目筛。称取50g污泥粉,打开反应器的上端盖3,将其加入到筒体1中。将1g钛酸酯偶联剂通过异丙醇稀释到5mL,加入到气压式喷雾器中,将气压式喷雾器固定在筒体1外侧的喷雾器固定装置14上,然后用连接软管5将气压式喷雾器的喷口与筒体上端盖内侧的喷头6连接。接通电源打开开关7,将温度控制器8的温度设置为60℃,转速控制器9的转速设置为500r/min,当污泥粉的温度达到预设温度60℃时,温度控制器8的指示灯变绿。根据实验需要调节气压式喷雾器喷口处的流量调节阀13,并对气压式喷雾器进行充气,轻轻按压气压式喷雾器,稀释后的钛酸酯偶联剂便通过喷头6均匀喷洒在筒体1中,与筒体1中高速搅拌的污泥粉进行反应。如图2所示,锥体螺旋转子使污泥粉不仅沿着锥体螺旋转子叶片旋转的圆周切向运动,而且借助锥体螺旋转子叶片周边存在的速度差,引导污泥粉从筒体的底部向上运动而后在重力作用下反落到锥体螺旋转子的附近,使污泥粉在整个筒体中作上下翻滚运动并与钛酸酯偶联剂产生良好的混合效果。当钛酸酯偶联剂添加完毕后,让污泥粉与钛酸酯偶联剂在筒体中于500r/min的搅拌速度下继续充分反应30min,反应结束后,关闭电源7,待温度下降后,倒出筒体1中的改性污泥,并清洗筒体1。

Claims (10)

1.一种粉体表面改性反应器,其特征在于:包括筒体(1),筒体(1)内设有转子(2),筒体(1)上端设有能够开合的上端盖(3),上端盖(3)的内侧设有喷头(6),喷头(6)与筒体(1)外部的喷雾器(4)相连通,筒体(1)设置在底座(12)上,底座(12)上还设置有开关(7)和控制转子(2)转速的转速控制器(9)。
2.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的筒体(1)外部设有加热套(10),加热套(10)的外部设有保温层(11),底座(12)上设置有控制加热套(10)温度的温度控制器(8)。
3.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的转子(2)为能够拆卸的锥体螺旋转子,锥体螺旋转子包括沿轴向叶片直径逐渐变小的圆锥形转子部分,和与圆锥形转子部分同轴并固定在其最大直径一端的主轴,锥体螺旋转子的主轴穿过筒体(1)底部中心处并与转速控制器(9)相连。
4.根据权利要求3所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的锥体螺旋转子为单线或双线螺旋,其螺距为其平均直径的2~3倍。
5.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的上端盖(3)内侧的同一圆周上均匀设置有若干个喷头(6)。
6.根据权利要求1或5所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的喷头(6)与筒体(1)的外部相连通;或者喷头(6)通过连接软管(5)与喷雾器(4)的喷口相连通。
7.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的喷雾器(4)的喷口处设置有流量调节阀(13);所述的筒体(1)的外侧设置有用于固定喷雾器(4)的喷雾器固定装置(14)。
8.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的筒体(1)的内壁涂有防粘层。
9.根据权利要求1或8所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的筒体(1)由耐磨、耐高温的透明塑料制成。
10.根据权利要求1所述的粉体表面改性反应器,其特征在于:所述的筒体(1)的容积为250~2000mL;所述的喷雾器(4)的体积为5~50mL,分度值为0.1mL或1.0mL,压力为0.1~0.4mPa;所述的转速控制器(9)的速度范围为0~4000r/min。
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