CN1361404A - 一种材料的干燥装置及干燥方法 - Google Patents

Abstract

一种材料的干燥装置及方法能够均匀除去多孔薄膜和粉末材料所含挥发性溶剂。该干燥装置建立一套由热气体发生输送装置、气体分布器、多层隔板型支撑架和干燥柜构成。启动热气体发生输送装置,使热气体连续从顶部进入干燥柜、从底部流出,将干燥柜内部温度调控到指定值,将被干燥材料放在干燥柜中内置多层支撑架的层间隔板上、进行干燥。

Description

一种材料的干燥装置及干燥方法

本发明涉及一种材料的低温干燥装置和方法。具体地说，本发明提供了一种能够在较低温度下均匀地除去多孔薄膜或粉末材料所含挥发溶剂的装置和相应方法。

材料的干燥方法多种多样，如用烘箱去除材料的水分是使用广泛的方法，但该方法用于可燃性有机溶剂的消除就很危险，在其它一些特殊场合下也不适用。例如，有些有机金属化合物对水分非常敏感，其干燥要求在无水无氧的特定气氛中进行；有些材料在干燥中释放的挥发性成分对人有害，而采用传统的烘箱就无法控制，需要设计新的干燥方法。美国专利US3858329提供了一种利用热空气和微波去除聚乙烯醇缩醛薄膜所含水分的方法，其特点是速度快、干燥均匀、产品质量不受影响。采用该方法能够在75℃之下、在3小时内将聚乙烯醇缩醛薄膜所含水分去除干净。美国专利US3953703提供了一种利用微波热源和热空气去除新鲜带铸陶瓷薄膜所含挥发性溶剂的连续干燥方法。采用该方法，新鲜带铸膜在数分钟之内就能达到干燥要求。美国专利US4353958提供了一种新鲜带铸氧化铝薄膜的干燥方法，主要是利用热空气吹扫薄膜表面。水是其中的挥发性成分。为了防止薄膜表面在干燥过程干裂，此方法采取双气室进行干燥。在第一个气室通潮湿的热空气，在第二个气室通干燥的热空气。上述各种方法都具有显著的优点，但主要适用于大规模生产，所需要的操作场地很大、所需投资较高、操作较复杂，对于小批量生产和试验性制备就不适用。同时，如何有效防止微波的泄漏是值得重视的问题。

本发明的目的在于提供一种材料干燥的干燥装置及利用该装置对材料进行干燥的方法。

本发明提供的干燥装置由热气体发生输送装置、干燥柜和内置多层隔板型支撑架构成。热气体发生输送装置由气体推进器、发热器、容器和管道构成。干燥柜的热气进口在顶部，其下有气体分布器，排气口在底部。干燥柜里的多层支撑架有多层隔板，侧面是敞开的。

有关装置图的说明如下：

图1示出了干燥装置的总体结构。主要由(1)热气体发生输送装置、(2)平板气体分布器、(3)干燥柜和(4)多层隔板型支撑架构成。此外，(5)为被干燥材料、(6)为干燥柜的门、(7)为干燥柜的排气口。

图2示出了热气体发生输送装置结构。主要由(1)气体输送器、(2)热量发生器、(3)气体输送管道。

图3示出了气体分布器的另一种形式。主要适用于小型装置上。它可直接接在热气体发生输送装置的出口管上，具有良好的分布作用。

图4示出了干燥柜的内部结构和热气体的流动方向。(1)为热气体入口、(2)为气体分布器、(3)为干燥柜柜体、(4)为被干燥材料、(5)为多层支撑架、(6)为气体出口。热气体从干燥柜顶部进入后，经过分布器进入干燥腔，沿着多层支撑架四周自上而下地流动，最后从出口排出。

本发明所提供的干燥方法，是利用上述本发明的干燥装置，将被干燥材料放在多层支撑架的层间。热气体发生装置将热气体输送入干燥柜的顶部，经气体分布器进入干燥腔，将干燥柜内部加热，加快了被干燥材料所含溶剂的挥发和扩散。多层支撑架四周流动的热气体不断将挥发的溶剂从底部出口带走，达到干燥目的。

另外，在上述干燥方法中，干燥温度范围为0-150℃，所用于干燥的气体是氮气、氦气、氩等惰性气体或空气。

本发明的主要特征之一：本发明采用的干燥装置由热气体发生输送装置、干燥柜、气体分布器和内置多层隔板型支撑架等构成，总体结构简单，方法灵活、适应性广。第一，可以根据实际需要，建立任意规模的干燥单元，适用于中、小规模生产和各种试验研究。干燥装置较大时，可以采用多套热气体发生输送装置、多个气体进、出口；干燥量较大时，可以同时建立多套干燥装置。第二，干燥柜为封闭结构，实现了有控制的进气和排气，适用于多种材料的干燥：利用氮气、氦气和氩气等惰性气体可对那些对水、氧气敏感的材料如金属有机化合物、易潮解性陶瓷膜、厌氧菌培养基进行干燥；利用冷井、吸附处理尾气后可对含有毒、刺激性挥发溶剂的材料进行干燥。第三，可以根据实际需要，采用适宜的材料，在-50℃～150℃的范围内建立经济、有效的干燥装置。例如，当所需温度在60℃以下时，可以采用铝合金、玻璃为主要材料建立干燥柜。

本发明的主要特征之二：利用自然状态下热气体自动向上流动的特点，强制将热气体从干燥柜顶部送入、从底部排出，避免了干燥柜中的冷死角，提高了温度分布均匀性，有利于保证被干燥材料的干燥质量。

本发明的主要特征之三：在热气体入口处设置分布器，能够进一步提高干燥柜中热量分布的均匀性，提高干燥效率。分布器可以是平板式，也可以是管状，但后者只适用于小型装置。同时，分布器可以是孔板结构，也可以是多层网状结构。

本发明的主要特征之四：采用多层隔板型支撑架，被干燥材料放置在多层支撑架的层间，挥发性溶剂的去除是通过溶剂的挥发、扩散到支撑架外侧后由流动的热气体带走而实现的，材料表面不受热空气的直接吹扫。其优点是，对粉末材料，不会因气体的直接吹扫而流失；对薄膜，不会因气体直接吹扫而表面干裂。

本发明的主要特征之五：热气体发生输送装置由可独立调控的气体输送器和热量发生器构成。气体输送器为常用的风机、排风扇和其它气体推进器，方便易得；也可用高压气罐通过减压器直接供气。热量发生器可采用普通电炉、高压水蒸汽、火炉等。通过调节气体流量和热源功率，可更有效地提高干燥柜中温度均匀性，方便地控制干燥柜的温度、材料的干燥速度。

本发明的实施方法如下：按照图1示意的方案建立干燥装置，在多层隔板型支撑架的不同位置放置水银温度计，开动气体输送器送气，再开动热发生器，调节二者的气量和发热功率。待干燥柜内温度达到预定值、且稳定和均匀后，打开干燥柜前门，将被干燥材料(粉料或薄膜)放入内置多层支撑架的层间，关好柜门，进行干燥。也可以将被干燥材料放入干燥柜之后，再输送气体、开动热源，使热气体流经干燥腔，进行干燥。待材料干燥合格后，取出即可。

下面举例对本发明作进一步说明，但下述实施例不能限制本发明的适用范围。

实施例  熔融碳酸盐燃料电池用新鲜带铸LiAlO₂薄膜的干燥

LiAlO₂薄膜是熔融碳酸盐燃料电池电解质的容纳体。新鲜带铸LiAlO₂薄膜对湿度敏感，要求干燥气体的相对湿度低于60％，干燥温度低于60℃。以铝合金、玻璃为材料建立尺寸为1400×800×1300mm的干燥柜，以商用玻璃胶为铝合金与玻璃的粘结剂。内置两个不锈钢多层隔板型支撑架，每一个的尺寸都是600×550×1000mm，各有10层。气体输送器采用轴流风机，以普通电炉供热。气体分布器为图3所示的多孔管。

将平均粒度为3μm的LiAlO₂粉末、PVB粘结剂、增塑剂、抗凝剂、消泡剂和正丁醇溶剂按一定比例混合，球磨10小时，经脱气处理后，带铸成有流动性的薄膜16张(400×470mm)。将新鲜薄膜放入干燥装置中多层支撑架的层间，开动轴流风机将经过去湿处理、相对湿度低于60％的空气向干燥柜输送。同时给开动电炉供热。于是，干燥柜开始升温、进行干燥。然后利用接触调节器调节风量，利用接触调节器调节供热量，从而调节干燥柜的温度，直至稳定在30～32℃之间。47小时之后，得到有柔软性和一定强度、厚度为0.7mm的薄膜。薄膜没有气孔，表面没有裂纹。薄膜烧除有机物之后，以压汞法测得薄膜的孔隙率为49.73％、平均孔径为0.73μm，符合熔融碳酸盐燃料电池电解质隔膜的基本要求。

将干燥所得薄膜用作电解质隔膜、采用标准多孔烧结镊电极，以氧气为氧化剂、氢气为燃料进行熔融碳酸盐燃料电池试验，开路电压达到1.187V，表明所制备的隔膜能够有效防止电池中氧气或氢气的互窜。在150mA/cm²放电时，输出电压为0.83V，输出功率密度为124.5mW/cm²；在200mA/cm²放电时，输出电压为0.736V，输出功率密度为147.2mW/cm²。上述数据是熔融碳酸盐燃料电池领域内的较佳结果，表明本发明的干燥技术具有实用价值。

Claims (7)

1.一种干燥装置，其特征在于由热气体发生输送装置、气体分布器、多层隔板型支撑架和干燥柜构成；干燥柜上热气体的入口在顶部、出口在底部；热气体发生输送装置在干燥柜外部；气体分布器在干燥柜内的上部；多层隔板型支撑架在干燥柜的干燥腔内，热气体进入干燥柜后通过分布器进入干燥腔。

2.权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述热气体发生输送装置由可独立调控的气体输送器和热量发生器构成。

3.权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述气体分布器为多孔板或多层网状。

4.权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述支撑架由隔板分成多层、侧面是开放的。

5、一种干燥方法，包括：

(1)使用权利要求1-4所述的干燥装置；

(2)启动热气体发生输送装置，使热气体从顶部进入干燥柜、从底部流出，将干燥柜内部温度调控到指定值；

(3)将被干燥材料放在干燥柜中内置多层支撑架的层间隔板上、进行干燥。

6.根据权利要求5所述的干燥装置，其特征在于，干燥温度范围为0～150℃。

7.根据权利要求5所述的干燥装置，其特征在于，用于干燥的气体是氮气、氦气或氩气惰性气体或空气。

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