CN112985000B - 一种固体微颗粒材料快速干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体微颗粒材料快速干燥装置，包括外接真空泵的真空组件和设于真空组件内、用于放置固体微颗粒材料的容器组件；容器组件包括密封配合的容器盖和容器底座，容器盖上穿设有可插入固体微颗粒材料、连通容器组件和真空组件的微孔导管，容器底座内设有外接可变速马达的搅拌转子，搅拌转子上设有导向叶片。本发明利用搅拌转子导向叶片和微孔导管避免了材料堆积厚度的增加造成干燥时间的延长问题，利于固体材料堆积体内部的水顺着微孔导管快速排出，加快了干燥速度；容器组件与真空组件分开，利于真空组件中不会被不同的干燥的固体微颗粒材料所污染。

Description

一种固体微颗粒材料快速干燥装置

技术领域

本发明涉及从固体材料或制品中消除液体的干燥技术领域，具体涉及一种固体微颗粒材料快速干燥装置。

背景技术

随着干燥颗粒的大小越来越小，它们堆积在一起的空隙也随之减小，其中的气体流动性也越来越差，颗粒中的水分随空气流动而被蒸发的机会也越来越小，因此，微小颗粒的干燥时间会不断延长。传统的减压干燥，除了处决于真空度的高低外，处决被干燥物的堆积的厚度，厚度越大，干燥时间越长。目前已有的仪器设备中多为单一物料的连续进出材料的干燥，不能提供不同材料间的快速交换，解决不了干燥时间与堆积的厚度无关同时又避免交叉污染的问题。

例如，公开号为CN102072627A的中国发明专利公开了一种固体颗粒物料高效干燥设备，由气密的干燥塔与开放式的预热塔两级组成，干燥塔顶部的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与干燥塔内部设置的换热管入口相连通，换热管出口与预热塔内部设置的预热管入口相连通，预热管出口端设置真空泵。该专利技术利用了水巨大的相变蓄热与放热能力，利用蒸气压缩器在此工作数据段蒸气消耗小、抽气能力大的特性，与密闭风泵大风量且增压的功能相结合，从而使低压水蒸气在换热管内液化放热，显著的提高了小温差蒸发的热效率，极大的降低了能源消耗。公告号为CN204594186U的中国实用新型专利公开了一种固体制剂颗粒生产线上沸腾干燥机的物料转移机构，包括有沸腾干燥机和物料转移机构，该沸腾干燥机上设置有沸腾干燥机料斗，所述的物料转移机构包括有机架，该机架的上方设置有上支架，该上支架上固定支撑设置有真空吸料料斗，该真空吸料料斗通过真空密封管路与沸腾干燥机料斗负压吸料传输配合，所述的真空吸料料斗的下方设置有出料口，转接支架上固定设置有整粒机，该整粒机上设置有整粒机整料筒体，该整粒机整料筒体的上端与真空吸料料斗的出料口相对接，该整粒机整料筒体的下端与周转料斗的进料口相对接。该专利技术的优点是物料转移过程不会裸露从而不会发生二次污染，使生产工艺更加符合GMP要求。公告号为CN201335597U的中国实用新型专利公开了一种一体化喷雾冷冻干燥设备，属于新的固体分散体制备技术。该设备包括由冷冻装置进行冷却的冷冻干燥室，该冷冻干燥室设有真空抽气口、出液口、喷雾器和冷冻剂入口，该喷雾器与料液源相连。该专利技术的一体化喷雾冷冻干燥设备将喷雾冷冻装置和冷冻干燥装置进行整合，使喷雾冷冻过程和冷冻干燥过程可以在同一套设备内自动地进行，喷雾冷冻过程结束后无需对冻结颗粒进行手动地转移即可进行冷冻干燥过程，实现了操作的一体化和自动化，整个操作流程简单易行，方便使用者的同时降低操作危险，加强了职业安全防护，使工业自动化的成为可能。公告号为CN212205345U的中国实用新型专利公开了一种新戊二醇生产用干燥装置，包括筒体，筒体内设有夹层，夹层位于筒体的外周与内壁之间，夹层的左侧通过热流体进口与外界连通，第二真空泵通过第二抽气管与圆筒内部连通，活塞管的底面开设位于出料管右侧的出料口，活塞管内壁的左右两侧分别固定安装电动伸缩杆，电动伸缩杆活动杆的内端分别固定安装活塞，筒体的右侧固定安装PLC控制器，PLC控制器与电动伸缩杆分别通过电路连接。该专利技术能够做到在对固体颗粒状物料上料和排料时保持干燥剂内部真空，并且能够连续不间断的对物料进行干燥，能够保证干燥的均匀性，并且在上料和排料的同时能够保持筒体内部真空，增加了干燥的工作效率，节省了时间。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种固体微颗粒材料快速干燥装置，利用在真空系统中，具有微孔的导管（必要时可结合搅拌转子导向叶片的转动），解决了固体微颗粒材料堆积厚度增加导致干燥时间延长的问题，可快速干燥固体微颗粒材料，提高干燥效率；同时容器组件和真空组件的分离，避免了在真空组件中干燥不同固体微颗粒材料所带来的交叉污染。本发明可用于从固体材料中消除液体的干燥等应用领域。

一种固体微颗粒材料快速干燥装置，包括外接真空泵的真空组件和可拆卸地安装于所述真空组件内、用于放置固体微颗粒材料的容器组件；

所述容器组件包括密封配合的容器盖和容器底座，所述容器盖上穿设有可插入所述固体微颗粒材料、连通所述容器组件和真空组件的微孔导管，所述容器底座内设有外接可变速马达的搅拌转子，所述搅拌转子上设有导向叶片。

本发明的固体微颗粒材料快速干燥装置的使用方法，包括：首先将要干燥的固体微颗粒材料装入容器底座内，盖上带微孔导管的容器盖，压紧密封，并将微孔导管插入固体微颗粒材料堆积体内；将容器组件放入真空组件内；打开真空泵，使真空组件、容器组件均处在真空之中；控制可变速马达传动，依据不同材料的需求速度带动搅拌转子导向叶片转动，搅动固体微颗粒材料堆积体的同时利用微孔导管将固体微颗粒材料堆积体内部的水气抽出；达到干燥要求后，取出容器组件及干燥的固体微颗粒材料。

本发明搅拌转子导向叶片和微孔导管避免了材料堆积厚度的增加造成干燥时间的延长问题，利于固体材料堆积体内部的水顺着微孔导管快速排出，加快了速度；容器组件与真空组件分开，利于真空组件中不会被不同的干燥的固体微颗粒材料所污染。

颗粒破碎作为一种改变粒径分布、细颗粒含量和力链结构的过程，可以引起颗粒组合体力学和水力性能的根本变化。例如，大量颗粒破碎的开始标志着压缩曲线中的压缩性急剧增加，这可能是导致桩基和堆石坝沉降的原因。总体孔隙空间的减小和孔隙大小分布的改变可以显著降低颗粒基质的渗透性，提高颗粒基质的土壤持水曲线。这些现象相互起源于颗粒破碎过程，在工程系统和自然系统的演化过程中完全耦合并产生复杂的相互作用。在进行有关固体颗粒破碎、失水（保水）行为之间相互作用的研究中，要通过对更细、可压碎固体材料进行测试来获得水力机械耦合的新证据和参数并建立模型。这需要一个特定的研究装置，来测定多种微颗粒材料中的失水或保水行为。

本发明的最大特点在于确保在整个微颗粒干燥过程中，做到微颗粒不变形，不二次破碎，并且能快速、无交叉污染；优先的在构建颗粒破碎本构模型、非饱和颗粒破碎本构模型等模型的成功与否关键在于对颗粒的精确测量，尤其是对粒径在1毫米以下固体微颗粒精确测量。要获得精确的测量结果的前提是将破碎好的固体微颗粒进行无损干燥。目前已有的高温干燥或同时结合滚动、喷雾等手段进行干燥，会不同程度损伤已成形的微颗粒，导致测量不正确，无法建立合理的模型，低温干燥虽可避免微颗粒损伤，但干燥时间长。而这些模型的建立，可在进行页岩气支撑剂水力耦合模拟、土石坝变形与渗流、粗颗粒土桩基础灌入桩端承载力机理等研究中应用，从而提升中国页岩气等新能源勘探开发等相关核心技术，建立自主的自有技术平台有非常重要的紧迫性和意义。

在一优选例中，所述容器底座外侧面周向均匀设置多个定位槽，所述真空组件内设有多个分别与所述定位槽一一配合的定位杆，所述容器组件通过所述定位槽、定位杆的配合可拆卸地固定于所述真空组件内。定位槽和定位杆的设计避免了容器组件因搅拌转子转动可能产生的自转现象。

在一优选例中，所述真空组件内底部设有外接所述可变速马达的互接头，所述容器底座底面设有与所述互接头连接的搅拌转子接头，所述搅拌转子接头的另一端穿过所述容器底座底面与所述搅拌转子连接。

在一优选例中，所述真空组件包括密封配合的真空组件盖和真空组件底座。

在一优选例中，所述真空组件盖和真空组件底座通过密封圈密封配合。

为了更好地实现真空组件盖和真空组件底座的密封配合，在一优选例中，所述真空组件外侧面周向均匀设置多套辅助密封组件；

所述辅助密封组件包括：

设置于所述真空组件盖外侧面的第一螺纹座；

设置于所述真空组件底 座外侧面的第二螺纹座；

连接所述第一螺纹座、第二螺纹座的密封螺杆；

套设在所述密封螺杆上的密封螺母，通过旋紧所述密封螺母带动所述真空组件盖移动压紧所述真空组件底 座，实现密封配合。

在一优选例中，所述真空组件包括真空表和与外界大气连通、带有阀门的进气管。

在一优选例中，所述导向叶片垂直于所述搅拌转子旋转所在的平面，有利于更好地搅拌固体微颗粒料，提高干燥效率。

为了进一步提高干燥效率，在一优选例中，所述微孔导管在所述容器底座内的直管壁上开设有通孔，显著增大从固体微颗粒材料堆积体内抽出水气的接触面积。在有通孔的设计下，所述微孔导管在所述容器底座内的一端可以开口，也可以闭口，如果开口，则开口口径应小于所述固体微颗粒材料的粒径。如果没有通孔设计，则所述微孔导管底部必须开口，且开口口径应小于所述固体微颗粒材料的粒径。

在一优选例中，所述微孔导管伸入所述容器底座的直管上的通孔孔径小于所述固体微颗粒材料的粒径。

本发明的固体微颗粒材料快速干燥装置特别适用于粒径微小、易致密堆积而难以干燥的固体微颗粒材料的快速干燥。在一优选例中，所述固体微颗粒材料的粒径小于1毫米。

固体微颗粒材料在容器组件内被搅拌转子搅动的过程中可能会因碰撞、摩擦等因素而破碎成粒径更小的粉末，这些更小粒径的粉末可能会在真空吸力下经微孔导管的通孔而被吸出，这一方面会导致真空组件的污染，另一方面会可能会造成抽真空设备的损坏。因此，在一优选例中，所述微孔导管内填充有可拆卸的多孔陶瓷棒，用于过滤截留粒径小于所述微孔导管上的通孔的固体粉末的同时供水气通过，即类似于陶瓷膜，可在过滤截留这些粒径更小的粉末的同时供水气通过，而且方便取出清洗、更换。如果不使用微孔导管而直接使用多孔陶瓷棒，则多孔陶瓷棒不易插入、固定和清洗。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

1、本发明的优点在于搅拌转子导向叶片的搅拌作用配合堆积材料中微孔导管的插入，增加了固体材料堆积体内部与真空环境的接触面，利于固体材料堆积体内部的水气顺着管道快速排出，解决了材料堆积厚度增加导致干燥时间延长的问题，达到快速干燥的目的。

2、容器组件与真空组件分开，避免了不同的干燥的固体微颗粒材料对干燥环境的交叉污染，可方便更换不同的干燥材料。容器组件方便与真空组件分离，容器组件易于拆卸和清洗。对于一个真空组件，可以准备多个容器组件，每个容器组件可以专用于分离一种固体微颗粒材料，用于不同固体材料的干燥时只需直接更换容器组件即可，省去了清洗过程的同时避免了交叉污染。

附图说明

图1为实施例固体微颗粒材料快速干燥装置整体结构示意图；

图2为实施例容器组件的结构示意图；

图3为实施例搅拌转子的俯视结构示意图；

图4为实施例真空组件的结构示意图；

图5为实施例固体微颗粒材料快速干燥装置有、无微孔导管时的干燥效果对比图；

图中：a-容器组件，b-真空组件，1-容器盖，2-容器底座，3-定位槽，4-搅拌转子，5-搅拌转子接头，6-进气管，7-密封螺杆，8-密封螺母，9-第一螺纹座，10-密封圈，11-定位杆，12-互接头，13-真空泵连接管，14-阀门，15-真空组件底座，16-微孔导管，17-真空表，18-导向叶片，19-真空组件盖，20-第二螺纹座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

如图1所示，本实施例的固体微颗粒材料快速干燥装置，包括真空组件b和设于真空组件b内、用于放置固体微颗粒材料的容器组件a。

如图2、图3所示，容器组件a包括密封配合的容器盖1和容器底座2。容器盖1具有穿孔，穿孔内设有可插入所述固体微颗粒材料、连通容器组件a和真空组件b的微孔导管16，容器底座2内设有搅拌转子4，搅拌转子4上设有导向叶片18。导向叶片18垂直于搅拌转子4旋转所在的平面，有利于更好地搅拌固体微颗粒料，提高干燥效率。

如图4所示，真空组件b包括密封配合的真空组件盖19和真空组件底座15。真空组件盖19和真空组件底座15通过密封圈10密封配合。真空组件b外侧面相对设置两套辅助密封组件。所述辅助密封组件包括设置于真空组件盖19外侧面的第一螺纹座9，设置于真空组件底 座15外侧面的第二螺纹座20，连接第一螺纹座9、第二螺纹座20的密封螺杆7以及套设在密封螺杆7上的密封螺母8。通过旋紧密封螺母8带动真空组件盖19下移压紧真空组件底座15，实现密封配合。真空组件b还包括设于真空组件盖19上的真空表17和带有阀门14的进气管6、真空泵连接管13。进气管6与外界大气连通。真空泵连接管13外接真空泵（未画出）。

如图1~4所示，容器底座2外侧面相对设置2个定位槽3，真空组件底座15内设有2个分别与两个定位槽3一一配合的定位杆11，容器组件a通过定位槽3、定位杆11的配合固定于真空组件b内。定位槽3和定位杆11的设计避免了容器组件a因搅拌转子4转动可能产生的自转现象。真空组件底座15内底部设有外接所述可变速马达（未画出）的互接头12，容器底座2底面设有与互接头12连接的搅拌转子接头5，搅拌转子接头5的另一端穿过容器底座2底面与搅拌转子4连接。

微孔导管16在容器底座2内的直管壁上开设有通孔，显著增大从固体微颗粒材料堆积体内抽出水气的接触面积。微孔导管16内填充有可拆卸的多孔陶瓷棒，用于过滤截留在搅动过程中因碰撞、摩擦等因素产生的粒径小于微孔导管16上的通孔的固体粉末的同时供水气通过。微孔导管16在容器底座2内的一端闭口，用于承托所述多孔陶瓷棒。

微孔导管16伸入容器底座2的直管上的通孔孔径小于所述固体微颗粒材料的粒径。

本实施例的固体微颗粒材料快速干燥装置特别适用于粒径微小、易致密堆积而难以干燥的固体微颗粒材料的快速干燥，例如，所述固体微颗粒材料的粒径小于1毫米。

本实施例的固体微颗粒材料快速干燥装置的使用方法，包括：

首先将要干燥的固体微颗粒材料装入容器组件a中，将容器盖1上的微孔导管16插入固体微颗粒材料，并盖紧。打开真空组件盖19，将容器组件a上的定位槽3顺着定位杆11放入真空组件b，同时使搅拌转子接头5与互接头12偶合，合上真空组件盖19，拧紧密封螺母8，关闭进气管6上的阀门14，缓慢打开真空泵连接管13上的阀门14，使整个容器组件a处在真空之中，同时控制可变速马达传动的搅拌转子4依据不同材料的需求转动，转动时，搅拌转子4上的导向叶片18转动时会使固体微颗粒材料按导向叶片18导向运动，增加固体微颗粒材料与真空环境接触机会，使其中水分随真空抽走。达到干燥要求后，取出容器组件a及干燥的固体微颗粒材料。

本发明的优点在于管壁具孔的微孔导管伸入固体微颗粒材料堆积体内部，利于固体材料堆积体内部的水气顺着管道快速排出，达到快速干燥，容器组件与真空组件分开，利于真空组件中不会被不同的干燥的固体微颗粒材料所污染，可用于从固体材料中消除液体的干燥领域。

称取已充分干燥并研磨破碎的岩土微粒，用20目筛网过筛，弃筛网内微粒，取筛网下的微粒于35目筛网中过筛，收集筛网内的微粒，此时的微粒粒径约为0.43-0.85毫米。用天平精确称重过筛收集的岩土微粒，记为Ms，加入到经0.2微米过滤膜过滤的纯净水中使其充分吸水，48小时后沥尽多余水分，再用天平称重，记为Msw，计算含水量，作为0时的初始值，随后放入上述固体微颗粒材料快速干燥装置中进行抽真空干燥，每隔一定时间取出再称重，直到称重Msw回到初始值Ms，即含水量为0%。含水量%=100%×(Msw-Ms)/Ms。图5为实施例固体微颗粒材料快速干燥装置在相同干燥条件和干燥方法下有、无微孔导管时的干燥效果对比图，当撤去微孔导管时在容器盖1的穿孔处布置滤网，防止岩土微粒损失。可以看到，当设置微孔导管后，含水量从45%到0%干燥所需的时间从24小时缩短至5小时，干燥时间明显缩短，干燥效率显著提升。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种固体微颗粒材料快速干燥装置在固体微颗粒材料无损干燥中的应用，其特征在于，所述固体微颗粒材料快速干燥装置包括外接真空泵的真空组件和可拆卸地安装于所述真空组件内、用于放置固体微颗粒材料的容器组件；所述真空组件包括密封配合的真空组件盖和真空组件底座，以及设于真空组件盖上的真空表和带有阀门的进气管、真空泵连接管；

所述容器组件包括密封配合的容器盖和容器底座，所述容器盖上穿设有可插入所述固体微颗粒材料、连通所述容器组件和真空组件的微孔导管，利于固体材料堆积体内部的水气顺着管道快速排出，所述微孔导管在所述容器底座内的直管壁上开设有通孔，所述微孔导管伸入所述容器底座的直管上的通孔孔径小于所述固体微颗粒材料的粒径，所述容器底座内设有外接可变速马达的搅拌转子，所述搅拌转子上设有导向叶片；

所述微孔导管内填充有可拆卸的多孔陶瓷棒，用于过滤截留粒径小于所述微孔导管上的通孔的固体粉末的同时供水气通过；

所述固体微颗粒材料的粒径小于1毫米；

所述容器底座外侧面周向均匀设置多个定位槽，所述真空组件内设有多个分别与所述定位槽一一配合的定位杆，所述容器组件通过所述定位槽、定位杆的配合可拆卸地固定于所述真空组件内；

所述固体微颗粒材料快速干燥装置用于测定多种微颗粒材料中的失水或保水行为；用天平精确称重粒径小于1毫米的固体微颗粒材料，记为Ms，加入到经0.2微米过滤膜过滤的纯净水中使其充分吸水，48小时后沥尽多余水分，再用天平称重，记为Msw，计算含水量，作为0时的初始值，随后放入所述固体微颗粒材料快速干燥装置中进行抽真空干燥，每隔一定时间取出再称重，直到称重Msw回到初始值Ms，即含水量为0%，含水量%=100%×(Msw-Ms)/Ms；含水量从45%到0%干燥用时为5小时；

所述固体微颗粒材料快速干燥装置在整个微颗粒干燥过程中，做到微颗粒不变形，不二次破碎，无交叉污染。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述真空组件内底部设有外接所述可变速马达的互接头，所述容器底座底面设有与所述互接头连接的搅拌转子接头，所述搅拌转子接头的另一端穿过所述容器底座底面与所述搅拌转子连接。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述真空组件盖和真空组件底座通过密封圈密封配合。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述真空组件外侧面周向均匀设置多套辅助密封组件；

所述辅助密封组件包括：

设置于所述真空组件盖外侧面的第一螺纹座；

设置于所述真空组件底 座外侧面的第二螺纹座；

连接所述第一螺纹座、第二螺纹座的密封螺杆；

套设在所述密封螺杆上的密封螺母，通过旋紧所述密封螺母带动所述真空组件盖移动压紧所述真空组件底 座，实现密封配合。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述导向叶片垂直于所述搅拌转子旋转所在的平面。

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