CN109225642B - 一种超细粉体湿法静电分级装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细粉体湿法静电分级装置，属于粉体分级装置技术领域。本发明的一种超细粉体湿法静电分级装置包括进料喷射装置和分级室装置；进料喷射装置上设有进料口和均匀分布的喷射口；分级室装置设有底流出口、溢流出口、下电极板和上电极板。本发明基于传统的重力沉降分级原理，利用超细颗粒表面荷电特性，颗粒表面Zeta电位相同时，粗颗粒荷电量多而细颗粒荷电量少，通过在竖直方向施加均匀电场，增加颗粒的沉降速度和粗、细颗粒的沉降速度差，提高超细颗粒的分级效率和分级精度。

Description

一种超细粉体湿法静电分级装置

技术领域

本发明涉及一种超细粉体湿法静电分级装置，属于粉体分级装置技术领域。

背景技术

粉体分级是指根据不同粒径颗粒在流体介质中受到离心力、重力、惯性力等的作用，产生不同的运动轨迹，从而把粉体颗粒分为不同粒径范围的几个部分。较以气体为分散介质的干式分级而言，湿式分级以液体为分散介质，流量、流速和压力等参数更易控制，因此粉体的均匀分散效果更好，分级精度较高。

湿式分级可分为重力沉降分级、旋流分级和离心分级。重力沉降分级的分级过程平稳，可以实现全程自动控制，溢流中粗颗粒混入量少，可应用于微米级甚至亚微米级颗粒的的分级。但是，由于在重力场内分级，当粉体粒度在微米级时，颗粒所需沉降时间可能长达数十小时，分级速度较慢，作业效率太低。旋流分级所用旋流器结构简单、性能高效，一般旋流器的分级粒径为3～25μm，但由于离心力场的不足，分级粒径的下限难以继续减小，为了达到某一细度，不得不进行多次分级，中间产品无法处理。离心分级可以提供更大的分级力场，可用于亚微米级粉体颗粒的分级，但其旋转轴由于高速旋转而易损坏，且需要更多的能耗。

基于以上所述，国内外相关学者开始研究新型的超细粉体分级技术。国内，在公告号为CN 101199953B的专利中，徐政等人提供了一种超细粉体静电分级装置，主要包括进料部分、静电分散部分、静电分级部分、产品收集器以及高压静电电源和分级电源，通过高压电源对粉体进行荷电处理后由静电分级部分对粉体进行分级处理，但是由于采用干法分级，为实现粉体颗粒荷电并提高粉体的分散性，粉体荷电电压需高达数十千伏，能耗高且存在较大安全隐患。在国外，日本广岛大学学者Naoki Shirasawa等人基于电泳技术设计了一种湿法静电分级装置，通过设置的多个喷射孔为原料液提供竖直向上喷射速度，在上、下穿孔金属板施加电压产生竖直方向的静电场，以增加粗、细颗粒的沉降速度差，提高粉体的分级效率。然而，由于该装置的喷射孔竖直向上，导致颗粒沉降的方向与物料喷射的方向完全在同一路径上，造成流场紊乱，严重影响颗粒的沉降速度。

因此，亟需开发一种新型的稳定、高效、节能的超细粉体湿法静电分级装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，基于重力沉降分级原理上，通过施加竖直方向的电场，并设计一种进料喷射结构，用于实现将原物料溶液形成互不干扰的倾斜向上流动效果，大大提高分级效率和分级精度，可用于亚微米级粉体颗粒的分级。

本发明提供的一种超细粉体湿法静电分级装置，包括进料喷射装置和分级室装置；所述进料喷射装置设有进料口和喷射口；所述分级室装置设有底流出口、溢流出口、下电极板和上电极板；

所述进料喷射装置用于将原物料溶液形成互不干扰的倾斜向上流动效果，所述分级室装置用于对超细粉体颗粒进行分级，进料喷射装置用于将物料溶液喷射；下电极板、上电极板用于产生电场，使粉体受流体曳力、重力、电场力的耦合作用实现分级。

在一种实施方式中，所述进料喷射装置具有多个喷射口，喷射口沿进料喷射装置均匀分布，实现提高喷射量、扩大喷射区域、离散粉体的作用。

在一种实施方式中，所述进料喷射装置包括进料管、喷头和导流管，所述喷头上设有顶部进料孔和侧面喷射孔，导流管安装于侧面喷射孔上；进料管安装于喷头顶部进料孔上；进料口位于进料管顶部，喷射口位于导流管顶部，多个侧面喷射孔均匀分布在喷头侧面，侧面喷射孔均安装有导流管，所有导流管与侧面喷射孔轴线重合；粉体从进料口进入，依次经过进料管、顶部进料孔、侧面喷射孔、导流管，最终经喷射口喷出。

在一种实施方式中，所述喷射孔与喷头轴线呈夹角，喷头为锥形结构，锥角为α，α范围为90-180°，保证喷射孔与竖直方向夹角为0～45°，使原料液具备倾斜向上的初始速度，物料溶液基于重力向下沉积已分级，使物料溶液具有倾斜向上的速度可与正在分级的物料溶液形成互不干扰的倾斜向上流动效果。

在一种实施方式中，所有导流管孔径相同，其范围为1～3mm，目的是使料液具有一定的喷射速度，同时可以满足不同性质物料的分级；导流管长度为上、下电极板间距的1/4，既保证物料具有倾斜向上的初始速度，又为超细粉体颗粒分级提供足够的分级空间。

在一种实施方式中，所述分级室装置包括上扩、中圆、下锥的三段结构，分级室装置上扩段的倾角与喷头上的侧面喷射孔的倾角相同；分级室装置上扩段倾角与导流管倾角相同，避免射流液体直接撞击在分级室装置的内壁上，防止扰乱分级室装置内稳定流场；下锥段为锥形结构，锥形结构保证粗颗粒物料在自身重力和液体流动作用下更好地流向底流出口，从而提升出料效率。

在一种实施方式中，所述分级室装置上设置有夹套，夹套左侧下端设有冷却水进口，右侧上端设有冷却水出口；低温冷却水从夹套一侧下端流入，从另一侧上端流出，保证冷却充分、效果好，避免高电压时产生的焦耳热对分级效果和物料性质产生影响。

在一种实施方式中，所述分级室装置顶部设置有溢流槽，溢流槽底部具有一定倾斜角度，所述溢流槽底部设有溢流出口；溢流槽底具有一定倾角，保细粗颗粒物料在自身重力和液体流动作用下更好地流向溢流槽底的溢流出口，从而提升出料效率。

在一种实施方式中，所述溢流槽上设有防尘盖，防尘盖上设有铁夹，铁夹用于固定进料喷射装置；保证防尘盖保护分级过程中料液不受外界污染。

在一种实施方式中，所述下电极板设有均匀分布的底流料液通孔，所述上电极板设有均匀分布的溢流料液通孔和进料管通孔，下电极板和上电极板厚度相同，底流料液通孔和溢流料液通孔孔径相同；在上、下电极板接通直流稳压电源两极，提供恒定电压，产生稳定电场，为超细粉体颗粒分级提供强大、稳定、均匀的分级力场。

本发明工作原理：

混和均匀的物料溶液从进料口连续进料，经进料管进入喷头，在压力作用下，沿导流管从喷口喷出进入分级室装置；在分级室装置中，超细颗粒具有倾斜向上的初速度，颗粒主要受流体曳力、重力和电场力作用，粗颗粒因其表面电荷多，受到电场力较大，迅速沉降并经下电极板上的底流料液通孔进入分级室装置的下锥段，最终从底流出口排出收集；细颗粒受到较小电场力，减速较慢，随溢流流体经上电极板上的溢流料液通孔从分级室装置上端溢出进入溢流槽，最终从溢流出口排出收集，从而实现粗细颗粒的分级。当施加的电势差较小时，分级室中产生的焦耳热较少，可以不采取冷却措施；当施加电势差较大时，焦耳热较多，利用夹套通冷却水进行冷却；冷却水从夹套一侧下端冷却水进口流入，另一侧上端冷却水出口流出，冷却充分、效果好。在其他参数一定时，通过调节上、下电极板的电势差，可调节超细颗粒的分级粒径，操作简单、快捷。

本发明的优点和效果：

本发明的优点如下：

1.本发明设计的喷头为锥形结构，导流管具有一定倾角，有效避免沉降颗粒与后续喷射上升颗粒产生相互干扰的现象，有利于粉体颗粒的分级和回收；

2.本发明基于重力沉降分级原理，利用粗、细颗粒的表面荷电量差异，通过在竖直方向施加均匀电场，增加粉体颗粒的沉降速度及粗、细颗粒间的沉降速度差，提高超细粉体分级效率和分级精度；

3.针对分级过程存在直流电压产生焦耳热的现象，本发明设计有夹套结构，通过冷却水循环对分级室进行冷却处理，有效避免温度升高对分级效果和物料性质产生影响。

4.溢流槽上设有防尘盖，保证防尘盖保护分级过程中料液不受外界污染。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中进料喷射装置的剖视图。

图3为本发明中喷头的俯视图。

图4为本发明中下电极板的俯视图。

图5为本发明中上电极板的俯视图。

图中标号：1-进料喷射装置、2-分级室装置、3-进料口、4-喷射口、5-底流出口、6-溢流出口、7-下电极板、701-底流料液通孔、8-上电极板、801-溢流料液通孔、802-进料管通孔、9-进料管、10-喷头、101-顶部进料孔、102-侧面喷射孔、11-导流管、12-夹套、121-冷却水进口、122-冷却水出口、13-溢流槽、14-防尘盖、15-铁夹。

具体实施方式1

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～5所示：一种超细粉体湿法静电分级装置，包括进料喷射装置1和分级室装置2；所述进料喷射装置1设有进料口3和喷射口4；所述分级室装置2设有底流出口5、溢流出口6、下电极板7和上电极板8；

所述进料喷射装置1用于将原物料溶液形成互不干扰的倾斜向上流动效果，所述分级室装置2用于对超细粉体颗粒进行分级，进料喷射装置1用于将物料溶液喷射；下电极板7、上电极板8用于产生电场，使粉体受流体曳力、重力、电场力的耦合作用实现分级。

进一步的，所述进料喷射装置1具有多个喷射口4，喷射口4沿进料喷射装置1均匀分布，实现提高喷射量、扩大喷射区域、离散粉体的作用。

进一步的，所述进料喷射装置1包括进料管9、喷头10和导流管11，所述喷头10上设有顶部进料孔101和侧面喷射孔102，导流管11安装于侧面喷射孔102上；进料管9安装于喷头10的顶部进料孔101上；进料口3位于进料管9顶部，喷射口4位于导流管11顶部，多个侧面喷射孔102均匀分布在喷头10侧面，侧面喷射孔102均安装有导流管11，所有导流管11与侧面喷射孔102轴线重合；粉体从进料口3进入，依次经过进料管9、顶部进料孔101、侧面喷射孔102、导流管11，最终经喷射口4喷出。

进一步的，所述喷射孔与喷头10轴线呈夹角，喷头10为锥形结构，锥角为α，α范围为90-180°，保证喷射孔与竖直方向夹角为0～45°，使原料液具备倾斜向上的初始速度，物料溶液基于重力向下沉积已分级，使物料溶液具有倾斜向上的速度可与正在分级的物料溶液形成互不干扰的倾斜向上流动效果。

在一种实施方式中，所有导流管11孔径相同，其范围为1～3mm，目的是使料液具有一定的喷射速度，同时可以满足不同性质物料的分级；导流管11长度为上、下电极板7间距的1/4，既保证物料具有倾斜向上的初始速度，又为超细粉体颗粒分级提供足够的分级空间。

进一步的，所述分级室装置2包括上扩、中圆、下锥的三段结构，分级室装置2上扩段的倾角与喷头10上的侧面喷射孔102的倾角相同；分级室装置2上扩段倾角与导流管11倾角相同，避免射流液体直接撞击在分级室装置2的内壁上，防止扰乱分级室装置2内稳定流场；下锥段为锥形结构，锥形结构保证粗颗粒物料在自身重力和液体流动作用下更好地流向底流出口5，从而提升出料效率。

进一步的，所述分级室装置2上设置有夹套12，夹套12左侧下端设有冷却水进口121，右侧上端设有冷却水出口122；低温冷却水从夹套12一侧下端流入，从另一侧上端流出，保证冷却充分、效果好，避免高电压时产生的焦耳热对分级效果和物料性质产生影响。

进一步的，所述分级室装置2顶部设置有溢流槽13，溢流槽13底部具有一定倾斜角度，所述溢流槽13底部设有溢流出口6；溢流槽13底具有一定倾角，保细粗颗粒物料在自身重力和液体流动作用下更好地流向溢流槽13底的溢流出口6，从而提升出料效率。

进一步的，所述溢流槽13上设有防尘盖14，防尘盖14上设有铁夹15，铁夹15用于固定进料喷射装置1；保证防尘盖14保护分级过程中料液不受外界污染。

进一步的，所述下电极板7设有均匀分布的底流料液通孔701，所述上电极板8设有均匀分布的溢流料液通孔801和进料管9通孔802，下电极板7和上电极板8厚度相同，底流料液通孔701和溢流料液通孔801孔径相同；在上、下电极板7接通直流稳压电源两极，提供恒定电压，产生稳定电场，为超细粉体颗粒分级提供强大、稳定、均匀的分级力场。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种超细粉体湿法静电分级装置，其特征在于，包括进料喷射装置和分级室装置；所述进料喷射装置设有进料口和喷射口；所述分级室装置设有底流出口、溢流出口、下电极板和上电极板；

所述进料喷射装置具有多个喷射口，喷射口沿进料喷射装置均匀分布；所述进料喷射装置包括进料管、喷头和导流管，所述喷头上设有顶部进料孔和侧面喷射孔，导流管安装于侧面喷射孔上；进料管安装于喷头顶部进料孔上；进料口位于进料管顶部，喷射口位于导流管顶部，多个侧面喷射孔均匀分布在喷头侧面，侧面喷射孔均安装有导流管，所有导流管与侧面喷射孔轴线重合；所述侧面喷射孔与喷头轴线呈夹角，喷头为锥形结构，锥角为α，α范围为90-180°，保证喷射孔与竖直方向夹角为0～45°；

所述分级室装置顶部设置有溢流槽，所述溢流槽底部设有溢流出口，溢流槽底具有一定倾角；所述下电极板设有均匀分布的底流料液通孔，所述上电极板设有均匀分布的溢流料液通孔和进料管通孔，下电极板和上电极板厚度相同，底流料液通孔和溢流料液通孔孔径相同；

所述分级室装置包括上扩、中圆、下锥的三段结构，所述底流出口设于所述分级室装置的下锥段底部；所述上电极板设于分级室装置上扩段内部；所述下电极板设于分级室装置中圆段内部。

2.如权利要求1所述的一种超细粉体湿法静电分级装置，其特征在于，所有导流管孔径相同，其范围为1～3mm，导流管长度为上、下电极板间距的1/4。

3.如权利要求1所述一种超细粉体湿法静电分级装置，其特征在于，所述分级室装置包括上扩、中圆、下锥的三段结构，分级室装置上扩段的倾角与喷头上的侧面喷射孔的倾角相同；下锥段为锥形结构，锥形结构保证粗颗粒物料在自身重力和液体流动作用下更好地流向底流出口，从而提升出料效率。

4.如权利要求1～3任一所述的一种超细粉体湿法静电分级装置，其特征在于，所述分级室装置上设置有夹套，夹套左侧下端设有冷却水进口，右侧上端设有冷却水出口。

5.如权利要求1所述的一种超细粉体湿法静电分级装置，其特征在于，所述溢流槽上设有防尘盖，防尘盖上设有铁夹。