CN111380329B - 一种提高超细粉体分散性的干燥装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉体干燥领域，公开了一种提高超细粉体分散性的干燥装置及方法，其中，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括用于容纳待处理的粉体的竖直设置的干燥筒(1)、设置在所述干燥筒(1)中的搅拌机构(2)、连通于所述干燥筒(1)顶部的进料管(3)、进气管(4)和排气管(5)。通过上述技术方案，以搅拌的方式对滤饼或及破碎物进行搅拌分散，同时以搅拌产生的动能作为加热干燥、破碎分散的能量，可以避免水分快速蒸发而引起粉体硬团聚，不需要设置加热装置，节能环保，并且物料受热均匀，干燥彻底，适用于多种粉体材料，分散效率高、质量好、分散均匀、无团聚现象。

Description

一种提高超细粉体分散性的干燥装置及方法

技术领域

本发明涉及粉体干燥领域，具体地涉及一种提高超细粉体分散性的干燥装置及方法。

背景技术

超细粉体是一种微小的固体颗粒，它属于微观粒子和宏观物体交界的过渡区域，具有一系列优异的物理、化学及表面与界面性质。近年以来，利用超细粉体制成了大量的新型功能材料，大大增强了材料的性能，超细粉体现在已被广泛应用于各行各业。

随着超细粉体尺寸的减小，其颗粒的比表面积增加，表面能增大，表面效应、量子尺寸效应增强，粉体内、外表面结构上的差异导致过剩能量即表面能的产生，使其成为一个不稳定的热力学体系。颗粒之间有自发聚集以降低系统自由焓的趋势，超细粉的表面性质变得更加活跃，许多在加热条件下或高温下才发生的化学反应，在常温下已经很剧烈了。特别是干燥阶段，随着温度变化与水分的蒸发，在表面易发生化学反应，生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体，即硬团聚体，这种反应往往是不可逆的，粉体的硬团聚体一旦形成就难以消除。温度越高，时间越长，团聚越严重。硬团聚体在应用加工过程中其结构不易被破坏,导致了超细粉体的优越性不能充分发挥，失去了超细粉体所具有的独特功能，从而使它的应用受到了很大的限制，因此，超细粉体的团聚问题，严重困扰着粉体工程及其它相关领域的发展。

近年以来，人们在超细粉体制备过程中探讨了多种抑制和消除团聚的方法：1、表面改性，用物理和化学方法对颗粒进行表面处理，增强了超细粉体颗粒的抗团聚性能，表面改性虽然可永久性改善颗粒的抗团聚性能，但是由于改性颗粒表面失去了原本性质，给它的应用带来了显著影响，有时甚至会产生极大的负面作用；2、冷冻干燥脱水，利用水在相变过程中的膨胀力使相互靠近的颗粒分开，固态冰的形成阻止了颗粒的重新聚集，从而避免了硬团聚的产生，但是应用于工业生产时，设备投资高，工艺控制比较复杂，不能用于连续处理；3、喷雾干燥法，利用喷雾器将喷入干燥塔内的乳浊液或溶液进行快速雾化，从时间和空间上使团聚失去可能性，但是该方法需要大型装置，而且难以得到细微粉体；4、机械分散法，借助外界剪切力或撞击力使颗粒在介质中进行分散，这是目前应用最广泛的超细粉体分散方法。但是该方法是一种强制性分散方法，相互粘结的颗粒在分散器中被打散，排出分散器后会迅速重新聚团；另外随着颗粒粒度的减小，颗粒间自动聚集的趋势变大，分散作用与聚集作用达到平衡后，粒径不再发生变化，同时，脆性物料有可能被粉碎，设备磨损后分散效果下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高超细粉体分散性的干燥装置，以解决粉体干燥时不能充分打散、出现团聚的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种提高超细粉体分散性的干燥装置，其中，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括用于容纳待处理的粉体的竖直设置的干燥筒、设置在所述干燥筒中的搅拌机构、连通于所述干燥筒顶部的进料管、进气管和排气管。

可选择的，所述进料管连接于所述干燥筒的顶板，所述进气管旁接于所述进料管，所述排气管连接于所述干燥筒的顶板。

可选择的，所述搅拌机构设置在所述干燥筒的底部。

可选择的，所述干燥筒中设置有位于顶部且向下朝向的轴流风机。

可选择的，所述干燥筒的内侧壁上设置有位于所述搅拌机构和所述轴流风机之间的第一导流件，所述第一导流件具有径向向内朝向的第一倾斜导流面，所述第一倾斜导流面的上部相对于其下部径向向内倾斜，所述第一倾斜导流面能够将由下向上的流体引导为朝向所述干燥筒的中心轴线。

可选择的，所述干燥筒的内侧壁上设置有位于所述第一导流件和所述轴流风机之间的第二导流件，所述第二导流件具有径向向内朝向的第二倾斜导流面，所述第二倾斜导流面的下部相对于其上部径向向内倾斜，所述第二倾斜导流面能够将由上向下的流体引导为朝向所述干燥筒的中心轴线。

可选择的，所述第一导流件和所述第二导流件一体连接。

可选择的，所述第一导流件沿周向间隔分布，所述第二导流件沿周向间隔分布；或者，所述第一导流件为沿周向延伸的环状结构，所述第二导流件为沿周向延伸的环状结构。

可选择的，所述进气管和/或所述排气管设置有过滤件，所述排气管设置有抽湿风机。

可选择的，所述干燥筒的外表面设置有保温层。

可选择的，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括破碎筒以及设置有所述破碎筒中的破碎机构，所述破碎筒连通于所述进料管。

可选择的，所述破碎筒水平延伸，所述破碎机构包括与所述破碎筒同轴的转轴以及连接于转轴的桨叶。

可选择的，所述破碎筒轴向的一端设置有位于下侧的挡板，所述挡板的上侧形成连通所述进料管和所述破碎筒的开口。

另外，本发明还提供了一种提高超细粉体分散性的干燥方法，其中，所述提高超细粉体分散性的干燥方法通过以上方案所述的提高超细粉体分散性的干燥装置实施。

通过上述技术方案，以搅拌的方式对滤饼或及破碎物进行搅拌分散，同时以搅拌产生的动能作为加热干燥、破碎分散的能量，可以避免水分快速蒸发而引起粉体硬团聚，不需要设置加热装置，节能环保，并且物料受热均匀，干燥彻底，适用于多种粉体材料，分散效率高、质量好、分散均匀、无团聚现象。

附图说明

图1是本发明实施方式所述的提高超细粉体分散性的干燥装置的结构示意图。

附图标记说明

1 干燥筒 2 搅拌机构

3 进料管 4 进气管

5 排气管 6 抽湿风机

7 轴流风机 8 第一导流件

9 第二导流件 10 破碎筒

11 转轴 12 桨叶

13 挡板 14 开口

15 进料口

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指提高超细粉体分散性的干燥装置在工作状态的位置关系。

本发明提供了一种提高超细粉体分散性的干燥装置，其中，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括用于容纳待处理的粉体的竖直设置的干燥筒1、设置在所述干燥筒1中的搅拌机构2、连通于所述干燥筒1顶部的进料管3、进气管4和排气管5。

本发明的提高超细粉体分散性的干燥装置用于粉体的干燥和分散，例如过滤后形成的粉体滤饼的干燥和分散，特别是针对超细粉体的滤饼，当然也可以是其他类型的湿度相对较大的、聚焦在一起的、其他形状的粉体聚焦体，以下将以滤饼为例进行说明，但不表示限制为仅仅用于滤饼。

在本方案中，对粉体滤饼的干燥和分散同步进行，干燥筒1可以容纳粉体滤饼（或其初步破碎物），经由进料管3可以加入粉体滤饼（或其初步破碎物），搅拌机构2可以搅拌滤饼，使其充分破碎，在搅拌过程中，滤饼彼此碰撞产生热量，为干燥提供热能，这种热能也可以为粉体提供表面能，以使得滤饼（或其破碎物）破碎分散为粉体；通过进气管4可以向干燥筒1中提供干燥空气，而通过排气管5可以将干燥筒1中湿度较大的空气排出，从而可以降低干燥筒1中的湿度，使得其中的滤饼或破碎物中水分更容易挥发。

特别需要说明的是，本方案并不使用用于干燥筒1的加热装置，而是通过搅拌机构2的搅拌来为滤饼或其破碎物提供热能，即将搅拌机构2的动能转化为热能，以提供干燥能量，这种加热方式的加热速度更为平缓，使得水分在较低湿度下蒸发，可以避免粉体被过于快速地干燥而产生硬团聚。

本方案通过搅拌的方式对滤饼或及破碎物进行搅拌分散，同时以搅拌产生的动能作为加热干燥、破碎分散的能量，可以避免水分快速蒸发而引起粉体硬团聚。

其中，所述进料管3连接于所述干燥筒1的顶板，所述进气管4旁接于所述进料管3，所述排气管5连接于所述干燥筒1的顶板。如上所述干燥筒1竖直延伸，即其中心轴线沿竖直方向延伸，干燥筒1顶部的顶板上连接有进料管3，便于从顶部供给相应的物料，而进气管4可以旁接于进料管3，通过进气管4输入的干燥空气也可以疏通进料管3，排气管5也连通于顶板，通过进气管4和排气和5的作用，可以及时地将干燥筒1内部的高湿度空气替换为低湿度空气，将蒸发的水蒸汽及时地排出，以提高内部物料的干燥效率。

可选择的，所述搅拌机构2设置在所述干燥筒1的底部。搅拌机构2包括搅拌叶轮，其可以与干燥筒1大致同轴地设置，通过高速旋转的搅拌叶轮可以进一步地破碎物料，并且使得物料高速运动，物料彼此彼此摩擦而产生热量，即将动能转化为热能以加热物料，提高蒸发速度。搅拌叶轮可以通过位于干燥筒1外部的电机、发动机、液压马达等驱动。搅拌机构2位于底部，使得物料可以远离顶板上的进料管3和排气管5，避免物料经由进入这些管件。

另外，所述干燥筒1中设置有位于顶部且向下朝向的轴流风机7。如图1所示，轴流风机7可以设置在干燥筒1的顶板内侧，并且朝向下方，轴流风机启动时可以提供向下的气流，可以避免干燥筒1中的物料向上运动进入排气管5、进料管3中，并且可以增加下方的物料的动能，使得物料以更高的速度运动，提高混乱度，提高干燥效率。轴流风机7可以由外部的供电设备提供电力。另外，轴流风机7可以大致与干燥筒1同轴，并且进料管3、排气管5与轴流风机7错开，避免来自进料管3的物料向下移动时碰撞到轴流风机7，避免轴流风机7影响排气管5的抽吸气流。

另外，所述干燥筒1的内侧壁上设置有位于所述搅拌机构2和所述轴流风机7之间的第一导流件8，所述第一导流件8具有径向向内朝向的第一倾斜导流面，所述第一倾斜导流面的上部相对于其下部径向向内倾斜，所述第一倾斜导流面能够将由下向上的流体引导为朝向所述干燥筒1的中心轴线。参考图1所示，第一导流件8设置在干燥筒1的内侧壁上，其具有第一倾斜导流面，第一倾斜导流面的上部相对于下部径向向内倾斜，因此，上升的物料沿着第一倾斜导流面流动，从而可以改变上升物料的方向，使得上升物料倾斜地朝向干燥筒1的中心轴线，向干燥筒1的中心汇合，以与轴流风机7的向下轴向气流相遇。

进一步的，所述干燥筒1的内侧壁上设置有位于所述第一导流件8和所述轴流风机7之间的第二导流件9，所述第二导流件9具有径向向内朝向的第二倾斜导流面，所述第二倾斜导流面的下部相对于其上部径向向内倾斜，所述第二倾斜导流面能够将由上向下的流体引导为朝向所述干燥筒1的中心轴线。第二导流件9与第一导流件8为相似的结构，只是其第二倾斜导流面的下部相对于上部径向向内倾斜，从而可以将下降的气流引导为倾斜地朝向干燥筒1的中心轴线，从而与上升的物料相遇。

特别的，所述第一导流件8和所述第二导流件9一体连接。如图1所示，第一导流件8和第二导流件9可以一体形成为单个部件。

另外，所述第一导流件8沿周向间隔分布，所述第二导流件9沿周向间隔分布；或者，所述第一导流件8为沿周向延伸的环状结构，所述第二导流件9为沿周向延伸的环状结构。在一种实施方式中，第一导流件8可以沿周向间隔地设置多个，第二导流件9也可以沿周向间隔地设置多个；在另一种实施方式中，第一导流件8可以形成环状（或者说是管状），第一倾斜导流面形成为从下向上渐缩的内周面，以引导上升物料向中心轴线处聚焦，类似的第二导流件9也可以形成为环状，第二倾斜导流面形成为从上向下渐缩的内周面，以引导下降气流向中心轴线处聚焦，并且第一导流件8和第二导流件9可以一体连接，形成单个环状件。

可选择的，所述进气管4和/或所述排气管5设置有过滤件，所述排气管5设置有抽湿风机6。所述过滤件可以过滤固体颗粒，特别的，进气管4中的过滤件可以包括能够过滤水分的部分。排气管5上的抽湿风机6可以为排气管5提供抽吸动力，以将干燥筒1中的气体抽出。

其中，所述干燥筒1的外表面设置有保温层。虽然干燥筒1没有专门的加热装置，但是，可以为干燥筒1设置保温层，减少热量的散发，并且可以在干燥筒1中设置温度计，以实时检测其中的温度。

干燥筒1的顶板为能够升降的形式，可以通过气压、液压驱动装置来驱动。干燥筒1的底部可以设置出料管，以用于排出粉体物料。

另外，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括破碎筒10以及设置有所述破碎筒10中的破碎机构，所述破碎筒10连通于所述进料管3。滤饼（或其他形态的粉体）可以在破碎筒10中通过破碎机构进行初步地破碎，并通过进料管3输送到干燥筒1中。

具体的，所述破碎筒10水平延伸，所述破碎机构包括与所述破碎筒10同轴的转轴11以及连接于转轴11的桨叶12。破碎筒10大致水平延伸，也就是其中心轴线水平延伸。破碎机构包括转轴11和连接于转轴11的桨叶12，转轴11可以通过破碎筒10外部的电机、发动机等驱动，以带动桨叶12旋转，从而可以破碎尺寸较大的滤饼等。

桨叶12与转轴11的夹角可以为30-45度，并且桨叶12相对于转轴11朝向破碎筒10连接于进料管3的一端倾斜，因此，在桨叶12旋转时，可以使得破碎筒10中的物料朝向进料管3移动。

另外，所述破碎筒10轴向的一端设置有位于下侧的挡板13，所述挡板13的上侧形成连通所述进料管3和所述破碎筒10的开口14。挡板13为破碎筒10一端的底板，其没有完全封闭破碎筒10，而只是封闭了下侧部分，挡板13可以阻挡物料直接沿轴向方向流动进入到进料管3中，需要物料越过挡板13后才能通过上侧的开口14进入到进料管3中。

破碎筒10的另一端的侧壁上形成有进料口15，进料口15位于上侧，以便于向破碎筒10中加入物料，并且尺寸较大的物料被加入到远离进料管3的位置，在桨叶12的旋转推动下逐渐向挡板13移动，进而越过挡板13通过开口进入进料管3。

另外，本发明还提供了一种提高超细粉体分散性的干燥方法，其中，所述提高超细粉体分散性的干燥方法通过以上方案所述的提高超细粉体分散性的干燥装置实施。

实施例一

将250公斤碳酸钙滤饼从破碎筒10进料口15加入，经过30分钟搅拌后，干燥筒1的出料口开始出料，将样品按照每50公斤取一个样，共取5个样品进行测试，得到结果如下：

表一：

具体实施例三：

实施例二

将250公斤氢氧化镁滤饼从破碎筒10进料口15加入，经过30分钟搅拌后，干燥筒1的出料口开始出料，样品按照每50公斤取一个样，共取5个样品进行测试，得到结果如下：

表二：

实施例三

将250公斤氢氧化铝滤饼从破碎筒10的进料口15加入，经过30分钟搅拌后，干燥筒1的出料口开始出料，样品按照每50公斤取一个样，共取5个样品进行测试，得到结果如下：

表三：

结合上述的具体实施例可以看出：本发明的干燥效果好，物料可以在短时间内得到干燥和充分分散，且物料在干燥过程中受热均匀，干燥彻底，分散效率高，质量好，分散均匀，无团聚现象。

在使用本方案的装置进行粉体滤饼干燥分散时，粉体料浆经压滤系统分离后滤饼在破碎筒输送过程中块状滤饼被切割成小块滤饼，在破碎筒的挡板处小块滤饼被分散成较小颗粒，由于较小颗粒离子水合半径小，离子的水合热可以被释放出来，释放的热量可以在随颗粒的湍流传质传热中进一步对后续物料加热，从而达到有效节能的目的；较小颗粒通过进料管落入运行的干燥筒内，在搅拌机构的驱动下沿着干燥筒体内壁高速运动，在导流件的作用下不断上下循环翻动，同时在轴流风机的作用下物料处于沸腾状态，增加了体系物料的混乱度，即体系的熵增加，从而引起物料内能增加，进而使物料温度增加；另外随着颗粒混乱度的增加，颗粒之间的碰撞摩擦机率也增加，颗粒运动的动能就会变成热能，并随着物料的湍流运动使物料温度升高，进一步加热物料；通过设置的抽湿风机与排气管，可以将烘干物料时产生的水汽及时排出，净化后的冷空气与水汽形成强对流提高了空气流动的速度，进一步提高了干燥效率，同时物料水分在微负压以较低温度蒸发，较好地阻止了粉体的硬团聚，同时，也避免了超过100℃干燥过程中部分物料因高温而变性的问题；物料在连续高速运动时颗粒摩擦荷电，改变了粉体表面的电荷，利用荷电颗粒之间的静电斥力来阻止颗粒间的相互团聚，同时借助搅拌机构桨叶高速运转产生的剪切力和撞击力对分散物料施加机械力，从而引起物料的物理、化学性质变化以及伴随的一系列化学反应，在颗粒表面形成保护层使颗粒更易分散。

本方案中，利用机械能转化为干燥热能，节能环保，解决了粉体料浆制取粉体干燥时燃料燃烧造成环境污染的问题，物料在干燥过程中受热均匀，干燥彻底，适用于多种粉体材料，分散效率高，质量好，分散均匀，无团聚现象，物料自料浆分离、进料、干燥、出料和包装可以实现自动化连续生产，可以进行规模化生产，适用性强，是一种十分理想的粉体材料的分散方法。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括用于容纳待处理的粉体的竖直设置的干燥筒（1）、设置在所述干燥筒（1）中的搅拌机构（2）、连通于所述干燥筒（1）顶部的进料管（3）、进气管（4）和排气管（5），所述干燥筒（1）中设置有位于顶部且向下朝向的轴流风机（7），其中，通过所述搅拌机构（2）的搅拌为粉体滤饼或其破碎物提供热能；

其中，所述干燥筒（1）的内侧壁上设置有位于所述搅拌机构（2）和所述轴流风机（7）之间的第一导流件（8），所述第一导流件（8）具有径向向内朝向的第一倾斜导流面，所述第一倾斜导流面的上部相对于其下部径向向内倾斜，所述第一倾斜导流面能够将由下向上的流体引导为朝向所述干燥筒（1）的中心轴线；

并且，所述干燥筒（1）的内侧壁上设置有位于所述第一导流件（8）和所述轴流风机（7）之间的第二导流件（9），所述第二导流件（9）具有径向向内朝向的第二倾斜导流面，所述第二倾斜导流面的下部相对于其上部径向向内倾斜，所述第二倾斜导流面能够将由上向下的流体引导为朝向所述干燥筒（1）的中心轴线；

其中，所述第一导流件（8）和所述第二导流件（9）一体连接，所述第一导流件（8）为沿周向延伸的环状结构，所述第二导流件（9）为沿周向延伸的环状结构。

2.根据权利要求1所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述进料管（3）连接于所述干燥筒（1）的顶板，所述进气管（4）旁接于所述进料管（3），所述排气管（5）连接于所述干燥筒（1）的顶板。

3.根据权利要求2所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述搅拌机构（2）设置在所述干燥筒（1）的底部。

4.根据权利要求1所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述进气管（4）和/或所述排气管（5）设置有过滤件，所述排气管（5）设置有抽湿风机（6）。

5.根据权利要求1所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述干燥筒（1）的外表面设置有保温层。

6.根据权利要求1所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述提高超细粉体分散性的干燥装置包括破碎筒（10）以及设置有所述破碎筒（10）中的破碎机构，所述破碎筒（10）连通于所述进料管（3）。

7.根据权利要求6所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述破碎筒（10）水平延伸，所述破碎机构包括与所述破碎筒（10）同轴的转轴（11）以及连接于转轴（11）的桨叶（12）。

8.根据权利要求7所述的提高超细粉体分散性的干燥装置，其特征在于，所述破碎筒（10）轴向的一端设置有位于下侧的挡板（13），所述挡板（13）的上侧形成连通所述进料管（3）和所述破碎筒（10）的开口（14）。

9.一种提高超细粉体分散性的干燥方法，其特征在于，所述提高超细粉体分散性的干燥方法通过权利要求1-8中任意一项所述的提高超细粉体分散性的干燥装置实施。

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