CN201333422Y - 制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置，包括有空压机、加热器、气流粉碎机、旋风分离器、布袋除尘器、引风机，空压机与加热器之间设置有A管道，加热器与气流粉碎机之间设置有B管道，气流粉碎机与旋风分离器之间设置有C管道，旋风分离器与布袋除尘器之间设置有D管道，布袋除尘器与引风机之间设置有E管道。所述空压机提供气体流量为2～6m3/min，空压机能够提供的气体压力为0.5～1.0MPa。在制备超细颗粒时采用加热器对空压机产生的高压空气进行加热，使经B管道输出的气体温度在50～120℃之间；然后通过超音速喷嘴形成多股汇聚的超音速射流，同时携料进入气流粉碎机中，使物料高速碰撞而实现物料的超细粉碎；在超音速物料粉碎的同时，通过雾化喷嘴在带料射流的汇聚点喷入改性剂溶液，使改性剂在粉碎后的物料新生表面吸附，对粉碎后的物料进行表面改性处理。

Description

制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置
技术领域
本实用新型涉及一种气流粉碎装置，更特别地说，是指一种利用气流进行粉碎与表面改性的一体化制备超细颗粒的装置。
背景技术
颗粒的超细粉碎处理和表面改性处理是颗粒材料深加工中两种重要的方法，也是当今粉体工程研究领域的两大热点问题。一般超细颗粒是指粒径为0.1～100μm的粉体。
近年来，随着界面性质对材料性能影响研究的深入，颗粒材料的表面改性处理受到了各相关领域研究人员的重视。随着颗粒超细粉碎过程研究的深入，越来越多的研究表明，在颗粒超细粉碎过程中，颗粒不仅仅只是粒度发生变化，而且还伴随着物理、化学性质的变化，如微观结构的变化，表面能增加，吸附和反应活性增强等，这些性质的变化可以增强有机改性剂分子在颗粒表面的吸附，强化颗粒的表面改性处理。而且在超细粉碎过程中，改性剂也能够起到一定的助磨效果，其吸附在颗粒表面后使颗粒表面自由能大大降低，从而降低颗粒粉碎断裂的最小应力。同时，吸附了改性剂的颗粒分散性与流动性有所增加，防止了粉碎后颗粒的团聚和过粉碎现象，使粉碎效率得到提高。可以看到，颗粒的超细粉碎处理和表面改性处理这两个工艺之间具有相互促进的作用。
气流粉碎方法是一种常用的颗粒超细粉碎方法，如果在气流粉碎过程中喷入改性剂对颗粒进行改性处理，将气流粉碎方法与表面改性处理二者有机地结合在一起，这样可以提高气流粉碎的效率，在粉碎粒度和能耗不变的情况下，提高生产能力，扩大其应用范围，同时达到对超细粉体进行表面改性处理的目的，简化了处理工序及时间，在挖掘气流超细粉碎设备的潜力，提高产品附加值等方面具有重要的实际意义。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置，该装置在制备超细颗粒时通过在气流粉碎的同时对超细颗粒进行表面改性处理，实现颗粒的超细粉碎与表面改性一体化处理。并且对粉碎-改性后的颗粒在输送管道内进行二次改性处理，更好地完成超细颗粒的表面改性处理。
本实用新型是一种适用于制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置，在制备超细颗粒时采用加热器2对空压机1产生的高压空气进行加热，使经B管道输出的气体温度在50～120℃之间；然后通过超音速喷嘴形成多股汇聚的超音速射流，同时携料进入气流粉碎机3中，使物料高速碰撞而实现物料的超细粉碎；在超音速物料粉碎的同时，通过雾化喷嘴在带料射流的汇聚点喷入改性剂溶液，使改性剂在粉碎后的物料新生表面吸附，对粉碎后的物料进行表面改性处理；经粉碎-改性后粒度合格的超细颗粒通过设置在气流粉碎机3上部的分级轮3b进入C管道13内，而粒度不合格的颗粒通过回流腔32再次进入气流粉碎机3中进行再次粉碎与改性处理，直至粒度合格后通过分级轮进入输送管道。为了强化粉碎后超细颗粒的表面改性效果，该工艺同时采用二次改性的方法，在超细颗粒的C管道13内通过1～3个雾化喷嘴进行二次改性，使部分没有吸附改性剂的颗粒表面吸附上改性剂，更好地完成超细颗粒的表面改性处理。
本实用新型是一种适用于制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置，空压机(1)的入口端与大气连通，空压机(1)的出口端通过A管道(11)与加热器(2)的入气口端连通；
所述空压机(1)提供气体流量为2～6m3/min，空压机(1)能够提供的气体压力为0.5～1.0MPa；
加热器(2)的排气口端通过B管道(12)与气流粉碎机(3)的接头(3c)上的气流接口(34)连通；
气流粉碎机(3)上的气流分级轮(3b)通过C管道(13)与旋风分离器(6)连通；旋风分离器(6)的下端为成品出料口；
旋风分离器(6)通过D管道(14)与布袋除尘器(10)连通；
布袋除尘器(10)通过E管道(15)与引风机(7)的入口连接，引风机(7)的出口置于大气环境中；
所述气流粉碎机(3)包括有锥形体(3a)、分级轮(3b)和接头(3c)，分级轮(3b)安装在锥形体(3a)的上端，接头(3c)安装在锥形体(3a)的下端；锥形体(3a)为双层结构，即中心为粉碎腔(31)，粉碎腔(31)的四周为回流腔(32)，回流腔(32)上连接有送料器(9)；接头(3c)的底部中心安装有A雾化喷嘴(4A)，接头(3c)的外壁(38)上设有气流接口(34)，接头(3c)的腔体中设有凸台(33)，该凸台(33)将腔体分割为汇聚腔(35)、气流腔(37)，凸台(33)上均匀分布安装有2～4个超音速喷嘴，在凸台(33)与外壁(38)之间安装有上盖(36)，上盖(36)的上面板上设有垫圈槽(36a)。
本实用新型气流粉碎与表面改性一体化装置，在制备超细颗粒材料时的优点在于：(1)该工艺可以同时完成颗粒的超细粉碎与表面改性处理，简化了超细颗粒材料的加工工艺，提高了超细颗粒的附加值。(2)在一体化工艺中，由于粉碎后的颗粒新生表面活性高，吸附改性剂的能力强，能够使改性剂更好地吸附在颗粒表面，强化颗粒的表面改性处理，获得更好的表面改性效果。(3)在粉碎过程中对颗粒进行表面改性处理，由于颗粒表面吸附了改性剂，使颗粒表面自由能大大降低，从而降低颗粒粉碎断裂的最小应力。同时，吸附了改性剂的颗粒分散性与流动性有所增加，防止了粉碎后颗粒的团聚和过粉碎现象，使粉碎效率得到提高。(4)在粉碎-改性后的颗粒输送管道内对超细颗粒进行二次表面改性处理，使一些没有吸附改性剂的颗粒表面吸附上改性剂，可以更好地完成颗粒的表面改性处理。(5)该工艺可以在现有的气流粉碎设备基础上进行简单的改进后就可以实现，简单可行，能够很好地提高气流超细粉碎设备的潜力。
附图说明
图1是本实用新型气流粉碎与表面改性一体化制备超细颗粒的工艺结构图。
图2是本实用新型接头的结构图。
图2A是本实用新型接头的后视图。
图2B是本实用新型未装配上盖的接头结构图。
图3是本实用新型C管道上设有三个雾化喷嘴的结构图。
图中：        1.空压机      2.加热器      3.气流粉碎机  3a.锥形体
3b.分级轮     3c.接头       31.粉碎腔     32.回流腔     33.气流腔
34.气流接口   35.汇聚腔     36.上盖       36a.垫圈槽    4A.A雾化喷嘴
4B.B雾化喷嘴  4C.C雾化喷嘴  4D.D雾化喷嘴  4E.E雾化喷嘴  4F.F雾化喷嘴
6.旋风分离器  7.引风机      8A.A超音速喷嘴              8B.B超音速喷嘴
8C.C超音速喷嘴              9.送料器      10.布袋除尘器
11.A管道      12.B管道      13.C管道      14.D管道      15.E管道
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1所示，本实用新型是一种适用于制备超细颗粒材料的气流粉碎与表面改性一体化装置，包括有空压机1、加热器2、气流粉碎机3、旋风分离器6、布袋除尘器10、引风机7，以及用于各器件之间实现连接的管道；空压机1与加热器2之间设置有A管道11，加热器2与气流粉碎机3之间设置有B管道12，气流粉碎机3与旋风分离器6之间设置有C管道13，旋风分离器6与布袋除尘器10之间设置有D管道14，布袋除尘器10与引风机7之间设置有E管道15。该气流粉碎与表面改性一体化装置的具体连接关系为：
空压机1的入口端置于空气中，空压机1的出口端通过A管道11与加热器2的入气口端连通；在本实用新型中，空压机1提供气体流量为2～6m3/min，空压机1能够提供的气体压力为0.5～1.0MPa。
加热器2的排气口端通过B管道12与气流粉碎机3的接头3c上的气流接口34连通；
气流粉碎机3上的气流分级轮3b通过C管道13与旋风分离器6连通；旋风分离器6的下端为成品出料口。
在本实用新型中，C管道13上安装有一个或者两个或者三个雾化喷嘴。参见图1所示，在C管道13上安装两个雾化喷嘴时，即B雾化喷嘴4B、C雾化喷嘴4C以C管道13为对称相对设备。参见图3所示，在C管道13上安装三个雾化喷嘴时，即D雾化喷嘴4D、E雾化喷嘴4E、F雾化喷嘴4F按照120°安装角均匀设置在C管道13上。
旋风分离器6通过D管道14与布袋除尘器10连通；
布袋除尘器10通过E管道15与引风机7的入口连接，引风机7的出口置于大气环境中。
参见图1、图2、图2A、图2B所示，在本实用新型中，气流粉碎机3包括有锥形体3a、分级轮3b和接头3c，分级轮3b安装在锥形体3a的上端，接头3c安装在锥形体3a的下端；锥形体3a为双层结构，即中心为粉碎腔31，粉碎腔31的四周为回流腔32，回流腔32上连接有送料器9，从送料器9中传输出的物料沿回流腔32落下至汇聚腔35中，在A超音速喷嘴8A、B超音速喷嘴8B、C超音速喷嘴8C高压射流作用下，加速碰撞而粉碎，同时A雾化喷嘴4A雾化喷出的改性剂喷入粉碎腔31中对物料进行第一次改性；气流分级轮3b的转速为1200r/min～2900r/min；接头3c的底部中心安装有A雾化喷嘴4A，接头3c的外壁38上设有气流接口34，接头3c的腔体中设有凸台33，该凸台33将腔体分割为汇聚腔35、气流腔37，凸台33上均匀分布安装有A超音速喷嘴8A、B超音速喷嘴8B、C超音速喷嘴8C，在凸台33与外壁38之间安装有上盖36，上盖36的上面板上设有垫圈槽36a，在接头3c与锥形体3a装配时，在垫圈槽36a内放置密封垫圈，能够使锥形体3a下端与接头3c的汇聚腔35密封套接，从而保证高压气流在粉碎腔31中对物料进行湍流粉碎及改性。
在本实用新型中，超音速喷嘴(A超音速喷嘴8A、B超音速喷嘴8B、C超音速喷嘴8C)用于提供气体射流以1.2～3马赫数的速度加速粉碎腔31中的物料相互碰撞粉碎。而A雾化喷嘴4A用于将改性剂雾化成1～20μm液滴形式喷入气流粉碎机3的粉碎腔31中。三个超音速喷嘴和一个雾化喷嘴的出射点可以汇聚在一点上，也可以不汇聚在一点上，只要保证这四个喷嘴出射的气流或改性剂能够进入粉碎腔31中即可。
在本实用新型中，引风机7作为整个制备超细颗粒工艺中的气流引导，使得在A管道11、B管道12、C管道13、D管道14、E管道15内的气体流量为2～6m3/min，所述管道内的压力低于一个大气压。
本实用新型的气流粉碎与表面改性一体化制备超细颗粒的工艺，包括下列制备步骤：
第一步：加热器2将空压机1引入的高压空气(0.5～1.0MPa)加热到50～120℃，然后通过B管道12将加热的空气送入气流粉碎机3的粉碎腔31中；
所述的加热器可以是电加热、燃气加热。
第二步：加热的高压空气通过三个超音速喷嘴(A超音速喷嘴8A、B超音速喷嘴8B、C超音速喷嘴8C)形成三股汇聚的超音速射流，携带粉碎腔31中的物料形成带料射流，使物料相互高速碰撞粉碎而实现物料的超细粉碎；
所述超音速喷嘴能够提供气体射流速度为1.2～3马赫数；
第三步：改性剂通过A雾化喷嘴4A喷入粉碎腔31中，使改性剂在粉碎后的物料新生表面吸附，对颗粒进行表面改性处理，同时改性剂又起到助磨剂的效果，提高颗粒的气流粉碎效率；而50～120℃的粉碎空气可以将改性剂溶液中的溶剂挥发，降低气流粉碎腔的湿度。
在本实用新型中，所述改性剂可以是固体类的硬脂酸、铝酸酯偶联剂，也可以是液体类的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，改性剂用量为物料的0.5～2wt.％。改性剂应根据所粉碎的物料进行选取。改性剂溶液的溶剂可以是无水乙醇、120#溶剂汽油等。
第四步：在粉碎腔31中粉碎-改性后粒度合格的超细颗粒通过分级轮3b分选后，进入C通道13内，而粒度不合格的颗粒通过回流腔32进入粉碎腔31中进行再次粉碎与改性处理，直至粒度合格后通过分级轮3b进入C通道13；
第五步：粒度合格的超细颗粒在C通道13内，通过1～3个雾化喷嘴将改性剂溶液喷入，对粉碎-改性后的超细颗粒进行二次表面改性处理，提高颗粒表面改性剂的包覆率，更好地完成超细颗粒的表面改性处理。
第六步：最后采用旋风分离器6和布袋除尘器10对粉碎-改性后的超细颗粒进行收集。
本实用新型的气流粉碎与表面改性一体化制备超细颗粒的工艺，可以对石英、云母、滑石、硅灰石、珍珠、茶叶、中草药等物料进行粉碎与表面改性一体化处理，处理后的物料粒径为0.5～50μm。
实施例1：气流粉碎与表面改性一体化制备3.9μm石英粉
第一步：加热器2将空压机1引入的高压空气加热到90℃，然后通过B管道12将加热的空气送入气流粉碎机3的粉碎腔31中；
所述空压机1提供气体流量为3m3/min，空压机1能够提供的气体压力为0.6MPa；
所述的加热器可以是电加热、燃气加热。
第二步：加热的高压空气通过三个超音速喷嘴(A超音速喷嘴8A、B超音速喷嘴8B、C超音速喷嘴8C)形成三股汇聚的超音速射流，携带粉碎腔31中的物料形成带料射流，使物料相互高速碰撞粉碎而实现物料的超细粉碎；
所述超音速喷嘴能够提供气体射流速度为2马赫数；
第三步：改性剂通过A雾化喷嘴4A喷入粉碎腔31中，使改性剂在粉碎后的物料新生表面吸附，对颗粒进行表面改性处理，同时改性剂又起到助磨剂的效果，提高颗粒的气流粉碎效率；而90℃的粉碎空气可以将改性剂溶液中的溶剂挥发，降低气流粉碎腔的湿度；改性剂为氨丙基乙氧基硅烷偶联剂(KH-550)，溶剂为无水乙醇，改性剂溶液浓度为50wt.％，改性剂添加量为物料的0.75wt.％；
所述雾化喷嘴用于将改性剂雾化成1～20μm液滴形式喷入气流粉碎机3的粉碎腔31中，所述改性剂溶液的流量为1ml/min；
第四步：在粉碎腔31中粉碎-改性后粒度合格的超细颗粒通过分级轮3b分选后，进入C通道13内，而粒度不合格的颗粒通过回流腔32进入粉碎腔31中进行再次粉碎与改性处理，直至粒度合格后通过分级轮3b进入C通道13；
所述气流分级轮(3b)的转速为2000r/min；
第五步：粒度合格的超细颗粒在C通道13内，通过2个雾化喷嘴将改性剂溶液喷入，对粉碎-改性后的超细颗粒进行二次表面改性处理，提高颗粒表面改性剂的包覆率，更好地完成超细颗粒的表面改性处理。改性剂为氨丙基乙氧基硅烷偶联剂(KH-550)，溶剂为无水乙醇，改性剂溶液浓度为50wt.％，改性剂添加量为物料的0.75wt.％；所述雾化喷嘴用于将改性剂雾化成1～20μm液滴形式喷入气流粉碎机3的粉碎腔31中，所述改性剂溶液的流量为1ml/min；
第六步：最后采用旋风分离器6和布袋除尘器10对粉碎-改性后的超细颗粒进行收集。
将上述工艺制得的石英粉采用粒度仪测得其粒径为3.9μm。未经本实用新型装置处理的石英粉粒径为47μm。
将上述工艺制得的石英粉采用红外光谱分析仪进行表面官能团分析，在谱图中出现了硅烷偶联剂分子的亚甲基和氨基的谱峰，表明石英粉表面包覆上了氨丙基乙氧基硅烷偶联剂(KH-550)。

Claims (2)

1、一种制备超细颗粒的气流粉碎与表面改性一体化装置，其特征在于：包括有空压机(1)、加热器(2)、气流粉碎机(3)、旋风分离器(6)、布袋除尘器(10)、引风机(7)，空压机(1)与加热器(2)之间设置有A管道(11)，加热器(2)与气流粉碎机(3)之间设置有B管道(12)，气流粉碎机(3)与旋风分离器(6)之间设置有C管道(13)，旋风分离器(6)与布袋除尘器(10)之间设置有D管道(14)，布袋除尘器(10)与引风机(7)之间设置有E管道(15)；
所述气流粉碎机(3)包括有锥形体(3a)、分级轮(3b)和接头(3c)，分级轮(3b)安装在锥形体(3a)的上端，接头(3c)安装在锥形体(3a)的下端；锥形体(3a)为双层结构，即中心为粉碎腔(31)，粉碎腔(31)的四周为回流腔(32)，回流腔(32)上连接有送料器(9)；接头(3c)的底部中心安装有A雾化喷嘴(4A)，接头(3c)的外壁(38)上设有气流接口(34)，接头(3c)的腔体中设有凸台(33)，该凸台(33)将腔体分割为汇聚腔(35)、气流腔(37)，凸台(33)上均匀分布安装有2～4个超音速喷嘴，在凸台(33)与外壁(38)之间安装有上盖(36)，上盖(36)的上面板上设有垫圈槽(36a)。
2、根据权利要求1所述的气流粉碎与表面改性一体化装置，其特征在于：所述C管道(13)上安装有一个或者两个或者三个雾化喷嘴。
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