CN105107595A - 流化床式气流粉碎改性系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床式气流碎粉改性系统及其应用。本发明的流化床式气流碎粉改性系统包括空压机、加热器、气流粉碎和分级装置、旋风分离器、布袋收集器、引风机和雾化喷嘴。本发明通过热空气携带粉料进行气流粉碎，雾化喷嘴将表面活性剂溶液雾化后喷射入粉碎腔中；热空气在保持干燥物料的同时，给表面活性剂在物料表面的包覆反应提供了一定的环境温度，使得表面活性剂更好的在粉体颗粒表面交联成膜，达到粉碎与改性同时进行的效果。本发明是一种超细粉体粉碎改性一体化工艺，本发明的流化床式气流碎粉改性系统主要用于解决粉体在超细化过程中表面能增大而引起的团聚现象，增加粉体流动性，使其保持较好的使用性能。

Description

流化床式气流粉碎改性系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种超细粉体材料粉碎技术领域，具体涉及一种流化床式气流碎粉改性系统及其应用。

背景技术

超细粉体是指尺度介于分子，原子与块状材料之间，通常泛指微米到纳米级粒径范围内的微小固体颗粒。包括金属，非金属，有机，无机和生物等多种材料颗粒。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳米级粉体材料。

超细粉体技术是指与超细粉体相关的制备及应用技术。主要涉及超细粉体的制备、分级、分离、干燥、输送、混合与均化、表面改性技术，以及在制造、存数、检测过程中包装、运输等安全技术。超细粉体技术与化工、材料、医药、军工、航天和电子等诸多领域息息相关，交叉性高，应用广。

粉体超细化后，表面分子电子结构和晶体结构发生巨大改变，伴随产生一系列宏观粗粉不具备的表面效应、小尺寸效应等，使得超细粉体相比较普通粉体产生一系列优异的物理、化学、表面及界面性质。但在优点带来的同时，因其表面与界面的活泼的性质导致了超细粉体容易产生团聚等现象，严重影响了超细粉体优异性能的发挥。

从制备的角度，目前获得超细粉体的方法主要分为化学法和物理法。化学法主要包括沉淀法、水解法、气相法、喷雾法等。其中沉淀法、喷雾法已经在工业上用于大规模制备超细粉体。物理法主要包括机械粉碎法及构筑法。粉碎法主要通过借助机械力、流能力等使块状材料破碎成为超细粉体。由于化学法容易引入杂质且相对成本较高，目前工业上使用最多的是粉碎法。

制备超细粉体的机械设备主要有高速机械冲击式磨机、辊压机、搅拌磨、气流粉碎机、液流粉碎机等。其中，气流粉碎机以其产品纯度高、粒度分布窄等优点在业内普遍受到欢迎。到目前，对撞式气流粉碎机因其能耗低、磨损小、结构紧凑和易于拆洗等优点而受到广大使用者青睐。

但在气流粉碎的同时，也会产生超细物料的团聚等问题。目前普遍采用后处理的方式，即在物料粉碎后进一步混入表面活性剂，在一定的温度和搅拌条件下对超细粉体进行表面改性，达到解团聚的目的。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的目的是针对上述现有技术的问题，提供一种流化床式气流碎粉改性系统及其应用。该系统在物料粉碎的同时加入雾化的表面活性剂，达到粉碎与表面改性同时进行的效果。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明利用气流对撞实现物料的粉碎，并且通过热空气携带已经粉碎的物料与雾化的表面活性剂在粉碎腔内循环碰撞以实现超细粉末的表面改性。

一种流化床式气流粉碎改性系统，它包括依次串联的空压机、气流粉碎和分级装置、旋风分离器、布袋收集器和引风机，其特征在于所述空压机与气流粉碎和分级装置之间还串联有加热器；所述气流粉碎和分级装置包括粉碎腔、分级轮和超音速喷嘴，所述粉碎腔侧壁居中部位开孔安装雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过管道与空压机连接，所述超音速喷嘴安装于粉碎腔靠近底部的位置，所述分级轮设置在粉碎腔的顶部。

本发明更进一步的技术方案，所述加热器为空气加热器，其通过不锈钢电加热管或电阻丝加热，所述加热器内腔设置两个以上的折流板，引导气体流向，所述加热器出口端安装有耐冲击温度探头，用以检测加热器出口端气体温度。

本发明更进一步的技术方案，所述加热器出口端与超音速喷嘴通过不锈钢管道或金属软管连接，所述不锈钢管道或金属软管上上安装进气压力表。

本发明更进一步的技术方案，所述空压机、加热器、气流粉碎和分级装置、旋风分离器、布袋收集器和引风机之间通过不锈钢管道或金属软管依次密闭连接。

本发明更进一步的技术方案，所述分级轮为立式分级轮，所述分级轮上下均安装轴承，以避免分级轮偏心旋转。

本发明更进一步的技术方案，所述雾化喷嘴为二流体精细雾化喷嘴，其包括进液口、进气口和流量调节阀。

本发明更进一步的技术方案，所述超音速喷嘴有三个，其在一个水平面并互呈120°夹角。

上述流化床式气流粉碎改性系统的应用，其用于粉体的粉碎改性，所述粉体的粉碎改性方法如下：

首先，开启空压机，控制气体流量为1～2m³/min、气体压力为0.2～0.4MPa；接着，开启加热器，待加热器出口端温度稳定在80～120℃时，开启引风机，控制气体压力为0.7～0.9MPa，并稳定加热器出口端温度在70～110℃；

将烘干的物料缓慢加入粉碎腔中，粉碎1～2min后，将表面活性剂溶液虹吸进入喷嘴并雾化，使其喷射于超音速喷嘴形成的三股超音速射流汇聚点的附近；然后调整分级轮转频至60.0～70.0Hz范围内，使物料与表面活性剂在粉碎腔中碰撞改性5～10min后，降低分级轮转频至40～50.0Hz；粉碎改性后，粒径合格的粉料在引风机的作用下，通过分级轮进入到旋风分离器后收集为成品，不合格物料回流至粉碎腔中继续与表面活性剂进行碰撞改性。

本发明更进一步的技术方案，所述物料为无机矿物、有机粉料、植物中草药中的一种或多种。

本发明更进一步的技术方案，所述表面活性剂为液体表面活性剂、固体表面活性剂中的一种或多种；所述液体表面活性剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述固体表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠或含氟聚丙烯酸酯。

下面将详细地说明本发明。

一种流化床式气流粉碎改性系统，它包括依次串联的空压机、气流粉碎和分级装置、旋风分离器、布袋收集器和引风机，其特征在于所述空压机与气流粉碎和分级装置之间还串联有加热器；所述气流粉碎和分级装置包括粉碎腔、分级轮和超音速喷嘴，所述粉碎腔侧壁居中部分开孔安装雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过管道与空压机连接，所述超音速喷嘴安装于粉碎腔靠近底部的位置，所述分级轮设置在粉碎腔的顶部；所述产品收集器安装于旋风分离器底部收集成品。本发明中所述的雾化喷嘴是可拆卸的。

本发明更进一步的技术方案，所述加热器为空气加热器，其通过不锈钢电加热管或电阻丝加热，所述加热器内腔设置两个以上的折流板，引导气体流向，所述加热器出口端安装有耐冲击温度探头，用以检测加热器出口端气体温度。

本发明加热器中的折流板即导流板是用于引导气体流向，延长气体在加热器内的滞留时间，从而使气体均匀充分加热，提高热交换效率。

所述加热器可控制加热气体的温度从80～120℃范围内调节，并能保持在某一需要温度点。

本发明更进一步的技术方案，所述加热器出口端与超音速喷嘴通过不锈钢管道或金属软管连接，所述不锈钢管道或金属软管上安装进气压力表。通过不锈钢管道或金属软管的连接，确保密封性及管路对高压热空气的耐受性。

本发明更进一步的技术方案，所述空压机、加热器、气流粉碎和分级装置、旋风分离器、布袋收集器和引风机之间通过不锈钢管道或金属软管依次密闭连接。

本发明更进一步的技术方案，所述分级轮为立式分级轮，所述分级轮上下均安装轴承，以避免分级轮偏心旋转。

本发明更进一步的技术方案，所述雾化喷嘴为二流体精细雾化喷嘴，其包括进液口、进气口和流量调节阀。在工作时，空压机提供压缩空气，当雾化喷嘴虹吸方式进行液体后，利用压缩空气对液体进行雾化。雾化颗粒细小、均匀、溶剂完全蒸发。所述雾化喷嘴可以在较低的气压条件下实现微细雾化，节约能源。

本发明更进一步的技术方案，所述超音速喷嘴有三个，其在一个水平面并互呈120°夹角。所述喷嘴射流汇聚于粉碎腔中心一点。

上述流化床式气流粉碎改性系统的应用，其用于粉体的粉碎改性，所述粉体的粉碎改性方法如下：

首先，开启空压机，控制气体流量为1～2m³/min、气体压力为0.2～0.4MPa；接着，开启加热器，待加热器出口端温度稳定在80～120℃时，开启引风机，控制气体压力为0.7～0.9MPa，并稳定加热器出口端温度在70～110℃；

将烘干的物料缓慢加入粉碎腔中，粉碎1～2min后，将表面活性剂溶液虹吸进入喷嘴并雾化，使其喷射于超音速喷嘴形成的三股超音速射流汇聚点的附近；然后调整分级轮转频至60.0～70.0Hz范围内，使物料与表面活性剂在粉碎腔中碰撞改性5～10min后，降低分级轮转频至40～50.0Hz；粉碎改性后，粒径合格的粉料在引风机的作用下，通过分级轮进入到旋风分离器后收集为成品，不合格物料回流至粉碎腔中继续与表面活性剂进行碰撞改性。

本发明所述布袋收集器安装于旋风分离器后端，将未经过旋风分离器收集的超细粉尘进一步收集于布袋收集器中。

本发明更进一步的技术方案，所述物料为无机矿物、有机粉料、植物中草药中的一种或多种。

本发明更进一步的技术方案，所述表面活性剂为液体表面活性剂、固体表面活性剂中的一种或多种；所述液体表面活性剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述固体表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠或含氟聚丙烯酸酯。所述的液体表面活性剂优选硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂但不限于上述两种液体表面活性剂；所述固体表面活性剂优选硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠或含氟聚丙烯酸酯但不限于上述三种固体表面活性剂。

[有益效果]

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明可以同时完成物料的粉碎及改性工艺，提高了生产效率，降低了人工成本，节约了能源，为粉碎改性一体化工艺提供了很好的思路。

本发明通过前置空气加热器，对物料进行热空气粉碎，一方面可以保证物料粉碎时的干燥环境，另一方面也提供了物料与表面活性剂进行包覆反应的必须的温度条件。

本发明的系统利用了本身粉碎腔内部的物料流化床搅拌效果，使得物料与表面活性剂充分接触并发生包覆反应。

本发明中的雾化喷嘴安装于粉碎腔侧壁，便于拆卸清洗。雾化喷嘴本身将表面活性剂溶液充分雾化，使得表活剂与粉碎后的物料表面接触更充分，且溶剂很容易被引风带走。

本发明采用的粉碎与表面改性同时进行的工艺，在新生表面包覆表面活性剂后，颗粒表面自由能降低，粉碎断裂最小应力降低，颗粒更易于粉碎。同时，在粉碎的同时进行表面改性，表面活性剂增加了已粉碎颗粒的分散性与流动性，抑制了颗粒的团聚及过粉碎，使得粉碎过程加快。

附图说明

图1为本发明流化床式气流粉碎改性系统的结构示意图；

附图标记如下：

1为空压机；2为加热器；3为气流粉碎和分级装置；4为进气压力表；5为超音速喷嘴；6为雾化喷嘴；7为分级轮；8为旋风分离器；9为产品收集器；10为布袋收集器；11为引风机。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

一种如图1所示的流化床式气流粉碎改性系统，它包括依次串联的空压机1、气流粉碎和分级装置3、旋风分离器8、布袋收集器10和引风机11，其特征在于所述空压机1与气流粉碎和分级装置3之间还串联有加热器2；所述气流粉碎和分级装置3包括粉碎腔、分级轮7和超音速喷嘴5，所述粉碎腔侧壁居中部分开孔安装雾化喷嘴6，所述雾化喷嘴6通过管道与空压机1连接，所述超音速喷嘴5安装于粉碎腔靠近底部的位置，所述分级轮7设置在粉碎腔的顶部；所述产品收集器9安装于旋风分离器8底部。

本发明更进一步的技术方案，所述加热器2为空气加热器，其通过不锈钢电加热管或电阻丝加热，所述加热器2内腔设置两个以上的折流板，引导气体流向，所述加热器2出口端安装有耐冲击温度探头，用以检测加热器出口端气体温度。所述加热器出口端与超音速喷嘴5通过不锈钢管道或金属软管连接，所述金属软管上安装进气压力表4。所述空压机1、加热器2、气流粉碎和分级装置3、旋风分离器8、布袋收集器10和引风机11之间通过不锈钢管道或金属软管依次密闭连接。所述分级轮7为立式分级轮，所述分级轮7上下均安装轴承，以避免分级轮偏心旋转。所述雾化喷嘴6为二流体精细雾化喷嘴，其包括进液口、进气口和流量调节阀。所述超音速喷嘴5有三个，其在一个水平面并互呈120°夹角。

利用上述流化床式气流粉碎改性系统进行的粉体的粉碎改性，包括以下步骤：

称取1.0～2.0kg的粉碎物料，将其均匀平铺与托盘中，然后放置于90℃的烘箱中烘干2～3小时。配置单组份或双组份表面改性剂溶液，所述表面活性剂用量为粉碎物料质量的1.0～3.5％；所述物料为无机矿物、有机粉料、植物中草药中的一种或多种。所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠或含氟聚丙烯酸酯等的固体类表活剂，也可以是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂等液体表活剂。表面活性剂的选择根据所破碎的粉体物料的表面性质确定。并且表面活性剂为溶液是无水乙醇、二氯甲烷或汽油等溶剂。

提前检查并清洗雾化喷嘴是否喷雾正常，并调节合适的雾化进气压力，保证雾化喷嘴的进液体一端虹吸引力足够大且喷雾速度适中。

使用时，首先预热空气。开启空压机，控制气体流量为1～2m³/min、气体压力为0.2～0.4MPa；接着，开启加热器，待加热器出口端温度稳定在80～120℃时，开启引风机，控制气体压力为0.7～0.9MPa，并稳定加热器出口端温度在70～110℃；

将烘干的物料缓慢加入粉碎腔中，粉碎1～2min后，将表面活性剂溶液虹吸进入喷嘴并雾化，使其喷射于超音速喷嘴形成的三股超音速射流汇聚点的附近；然后调整分级轮转频至60.0～70.0Hz范围内，使物料与表面活性剂在粉碎腔中碰撞改性5～10min后，降低分级轮转频至40～50.0Hz；粉碎改性后，粒径合格的粉料在引风机的作用下，通过分级轮进入到旋风分离器后收集为成品，不合格物料回流至粉碎腔中继续与表面活性剂进行碰撞改性。过细的物料通过布袋收集器进一步收集。

本发明进行粉体物料的粉碎和改性时，由于溶剂为低熔点液体，随着高温气流被引风机带走，此时表明活性剂在物料表面发生交联反应包覆于物料表面，这样也能起到助磨剂效果，提高气流粉碎效率，增加产能。物料流化床携带粉料与表活剂在粉碎腔内进行运动循环过程中，由于物料与表面活性剂质量差别较大，所以两者在流化床中的运动速度不同，导致两者发生相互碰撞，进一步增强表面改性效果。

本发明的粉碎与表面改性一体化工艺，可以对无机矿物、有机粉料、植物中草药等进行粉碎机表面改性一体化处理，处理后的粉料表面活性高，粒度可控在0.3μm～40μm，通过选取合适的表面活性剂可以避免超细粉料团聚。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种流化床式气流粉碎改性系统，它包括依次串联的空压机(1)、气流粉碎和分级装置(3)、旋风分离器(8)、布袋收集器(10)和引风机(11)，其特征在于所述空压机(1)与气流粉碎和分级装置之间还串联有加热器(2)；所述气流粉碎和分级装置(3)包括粉碎腔、分级轮(7)和超音速喷嘴(5)，所述粉碎腔侧壁居中部分开孔安装雾化喷嘴(6)，所述雾化喷嘴(6)通过管道与空压机连接，所述超音速喷嘴(5)安装于粉碎腔靠近底部的位置，所述分级轮(7)设置在粉碎腔的顶部。

2.根据权利要求1所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述加热器(2)为空气加热器，其通过不锈钢电加热管或电阻丝加热，所述加热器(2)内腔设置2个以上的折流板，引导气体流向，所述加热器(2)出口端安装有耐冲击温度探头，用以检测加热器出口端气体温度。

3.根据权利要求2所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述加热器出口端与超音速喷嘴(5)通过不锈钢管道或金属软管连接，所述不锈钢管道或金属软管上安装进气压力表(4)。

4.根据权利要求2所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述空压机(1)、加热器(2)、气流粉碎和分级装置(3)、旋风分离器(9)、布袋收集器(10)和引风机(11)之间通过不锈钢管道或金属软管依次密闭连接。

5.根据权利要求1所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述分级轮(7)为立式分级轮，所述分级轮(7)上下均安装轴承，以避免分级轮偏心旋转。

6.根据权利要求1所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述雾化喷嘴(6)为二流体精细雾化喷嘴，其包括进液口、进气口和流量调节阀。

7.根据权利要求1所述的流化床式气流粉碎改性系统，其特征在于所述超音速喷嘴(5)有三个，其在一个水平面并互呈120°夹角。

8.根据权利要求1～7任一项所述的流化床式气流粉碎改性系统的应用，其特征在于用于粉体的粉碎改性，所述物料的粉碎改性方法如下：

首先，开启空压机，控制气体流量为1～2m³/min、气体压力为0.2～0.4MPa；接着，开启加热器，待加热器出口端温度稳定在80～120℃时，开启引风机，控制气体压力为0.7～0.9MPa，并稳定加热器出口端温度在70～110℃；

将烘干的物料缓慢加入粉碎腔中，粉碎1～2min后，将表面活性剂溶液虹吸进入喷嘴并雾化，使其喷射于超音速喷嘴形成的三股超音速射流汇聚点的附近；然后调整分级轮转频至60.0～70.0Hz范围内，使物料与表面活性剂在粉碎腔中碰撞改性5～10min后，降低分级轮转频至40～50.0Hz；粉碎改性后，粒径合格的粉料在引风机的作用下，通过分级轮进入到旋风分离器后收集为成品，不合格物料回流至粉碎腔中继续与表面活性剂进行碰撞改性。

9.根据权利要求8所述的流化床式气流粉碎改性系统的应用，其特征在于所述物料为无机矿物、有机粉料、植物中草药中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的流化床式气流粉碎改性系统的应用，其特征在于所述表面活性剂为液体表面活性剂、固体表面活性剂中的一种或多种；所述液体表面活性剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述固体表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠或含氟聚丙烯酸酯。