CN206064342U - 一种制备多孔材料的系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备多孔材料的系统装置，所述系统装置的配料间与喷雾干燥塔顶部相连，喷雾干燥塔出口与旋风分离器连接，旋风分离器底部与模板洗涤间的微孔网栅顶部连接，微孔网栅通过搬运转移至控温干燥间内，控温干燥间设置有电加热器和真空气泵，模板洗涤间的废水在蒸馏塔中通过蒸馏进行物料回收，所述系统装置中的高、低温物料通过汽‑液热交换器、气‑液热交换器和液‑液热交换器逐级进行热能交换。本实用新型的一种制备多孔材料的系统装置，通过集成模版技术、喷雾干燥技术和热交换技术，实现了高效节能的生产流程。洗涤模板物质后产生的废液通过蒸馏能回收模版物质和溶剂，降低了成本，且节能环保。

Description

一种制备多孔材料的系统装置

技术领域

本实用新型属于多孔材料制备领域，具体涉及一种集成模版技术、喷雾干燥技术和热交换技术的高效节能型制备系统。

背景技术

多孔材料，由于具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，被广泛运用在食品、医药、化工、材料、能源、机械、建筑等领域。

在众多的多孔材料中，无序孔多孔材料的制备较易，成本较低，易于大量推广和使用。目前常见的方法有五种：粉末冶金法、渗流法、喷射沉积法、熔体发泡法和共晶定向凝固法。而可控孔多孔材料的制备过程相对复杂，且技术条件要求较高，但可控孔多孔材料由于具有可控的孔形、孔径以及孔的分布排列使得其对被处理分子的尺寸和形状具有良好的选择性，极大的拓展了多孔材料的应用范围，在高端材料的生产和高端设备的制造上均起得了重要的作用。

模版技术是一种新兴的生产可控孔多孔材料的方法，在制备过程中，模版材料与功能材料首先通过加工均匀混合在一起，再在特定的条件下通过溶解、融化、反应、气化等手段从混合材料中取出模版分子，即余下具有可控孔多孔结构的功能材料。采用模版技术制作的多孔结构，由于孔形、孔径以及孔的分布排列均受模版分子的物理化学性质控制，很多研究都致力于发掘新的模版材料，目前，金属材料、无机盐、有机物、聚合物以及生物细胞提取物作为模版材料已逐渐运用到现代工业中。但由于模版技术的制备方法都相对复杂，许多绿色环保的、廉价的模版材料由于在方法上受限制而不能被运用到实际生产中去，因此开发新型的模版技术尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种制备多孔材料的系统装置，通过集成模版技术、喷雾干燥技术和热交换技术，实现高效节能的生产流程；模版物质能与功能材料分子在干燥颗粒中均匀混合，并保证喷雾干燥的高产量；洗涤模板物质后产生的废液通过蒸馏能回收模版物质和溶剂；整个系统通过逐级运用热交换技术达到能源最高利用；运用控温控压的方法对生产的多孔材料进行干燥，保证产品的均一度。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施：一种制备多孔材料的系统装置，包括配料间、喷雾干燥塔、旋风分离器、模板洗涤间、控温干燥间、真空气泵、控速气泵、汽-液热交换器、液泵、蒸馏塔、蒸气泵、气-液热交换器、液-液热交换器和水泵，配料间下部设置有流量调节开关，喷雾干燥塔顶部设置有加热喷头，流量调节开关通过管道与加热喷头连接，喷雾干燥塔与旋风分离器连接，旋风分离器底部设置有管道阀门，模板洗涤间内部设置有微孔网栅，管道阀门通过下部管道与微孔网栅顶部连接，微孔网栅通过搬运转移至控温干燥间内，干燥间底部设置有电加热器，干燥间与真空气泵连接，控速气泵入口与旋风分离器顶部出气口连接，控速气泵出口与汽-液热交换器连接，液泵入口与模板洗涤间底部连接，液泵出口管道经汽-液热交换器内部和气-液热交换器内部与蒸馏塔连接，蒸馏塔下部设置有管道开关，蒸馏塔顶部与蒸气泵入口连接，蒸气泵出口与气-液热交换器连接，气-液热交换器的出口管道通过物理衔接镶嵌在液-液热交换器内部，液-液热交换器与水泵连接。

如上所述的流量调节开关和加热喷头连接，协同调控进料溶液的流量、温度和喷雾强度。

如上所述的旋风分离器中分离的固体颗粒通过底部管道被输送至微孔网栅中进行洗涤，所述微孔网栅的网孔大小为0.1-10微米。

如上所述的干燥间在产品干燥过程中通过电加热器升高环境温度，通过真空气泵降低环境气压。

如上所述的汽-液热交换器中进行热交换的高温汽体来自旋风分离器中分离的蒸汽，低温液体来自模板洗涤间中的洗涤废液。

如上所述的蒸馏塔中蒸馏产生的高温蒸气通过顶部管道由蒸气泵抽走，溶液中析出的固体物质在打开管道开关后通过下部管道收集回收。

如上所述的气-液热交换器中进行热交换的高温气体来自蒸馏塔中分离的蒸气，低温液体来自产生于模板洗涤间而后经汽-液热交换器预热过的洗涤废液。

如上所述的液-液热交换器内部设置有环形冷凝管道，液-液热交换器的底部设置有冷水入口，液-液热交换器的顶部设置有连接水泵的热水出口。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：在配料间配置模板物质和功能材料的混合液，能通过即时调控模版物质的种类和投加量，来调控产品的孔结构；使用喷雾干燥造粒的产品为非晶型，模版物质能与功能材料分子在干燥颗粒中均匀混合，实现较均匀的孔结构；洗涤模板物质后产生的废液通过能蒸馏回收模版物质和溶剂，保护环境，降低成本；逐级运用热交换技术，热量得到最大效率的利用，节约能源；运用控温控压的方法对生产的多孔材料进行干燥，保证产品的均一度。

附图说明：图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1-配料间；1-1-流量调节开关； 2-喷雾干燥塔；2-1-加热喷头；3-旋风分离器；3-1-管道阀门；4-模板洗涤间；4-1-微孔网栅；5-控温干燥间；5-1-电加热器；6-真空气泵；7-控速气泵；8-汽-液热交换器；9-液泵；10-蒸馏塔；10-1-管道开关；11-蒸气泵；12-气-液热交换器；13-液-液热交换器；14-水泵。

具体实施方式：下面将结合本实用新型实施例和附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：如图1所示，一种制备多孔材料的系统装置，包括配料间1、喷雾干燥塔2、旋风分离器3、模板洗涤间4、控温干燥间5、真空气泵6、控速气泵7、汽-液热交换器8、液泵9、蒸馏塔10、蒸气泵11、气-液热交换器12、液-液热交换器13和水泵14，配料间1下部设置有流量调节开关1-1，喷雾干燥塔2顶部设置有加热喷头2-1，流量调节开关1-1通过管道与加热喷头2-1连接，喷雾干燥塔2与旋风分离器3连接，旋风分离器3底部设置有管道阀门3-1，模板洗涤间4内部设置有微孔网栅4-1，管道阀门3-1通过下部管道与微孔网栅4-1顶部连接，微孔网栅4-1通过搬运转移至控温干燥间5内，干燥间5底部设置有电加热器5-1，干燥间5与真空气泵6连接，控速气泵7入口与旋风分离器3顶部出气口连接，控速气泵7出口与汽-液热交换器8连接，液泵9入口与模板洗涤间4底部连接，液泵9出口管道经过汽-液热交换器8内部和气-液热交换器12内部与蒸馏塔10连接，蒸馏塔10下部设置有管道开关10-1，蒸馏塔10顶部与蒸气泵11入口连接，蒸气泵11出口与气-液热交换器12连接，气-液热交换器12的出口管道通过物理衔接镶嵌在液-液热交换器13内部，液-液热交换器13与水泵14连接。

常温下，在所述配料间1中投加奶粉作为功能性材料，柠檬酸作为模版物质，并溶解在自来水中作为进料溶液。

所述流量调节开关1-1和加热喷头2-1连接，协同进料溶液的喷雾干燥参数为：进料溶液的流量为8毫升每分钟，喷雾干燥塔2入口温度为180度，喷雾干燥塔2出口温度为90度，加热喷头2-1喷出气体的速度为470升每小时。

进一步，所述喷雾干燥塔2中生产的固体颗粒通过管道转移至旋风分离器3中，进行固气分离。

进一步，所述旋风分离器3中分离的固体颗粒通过底部管道被输送至微孔网栅4-1中进行洗涤，洗涤溶剂为工业酒精，洗涤时间为3小时，微孔网栅4-1的网孔大小为2微米。

进一步，所述微孔网栅4-1在洗涤后通过搬运转移至控温干燥间5内进行干燥，干燥过程中通过电加热器5-1升高环境温度至50度，通过真空气泵6降低环境气压至0.05个标准大气压，干燥时间为3小时，干燥后产品即为多孔成品。

另一方面，所述模板洗涤间4中的洗涤废液通过泵送在汽-液热交换器8的管道中与分离自旋风分离器3中的高温蒸汽进行初步热交换。

进一步，经所述汽-液热交换器8预热过的洗涤废液在气-液热交换器12中再次进行预热，而后注入蒸馏塔10中，所述气-液热交换器12中作为热交换的高温气体为蒸馏塔10中分离的蒸气。

进一步，所述蒸馏塔10中蒸馏产生的高温蒸气通过顶部管道由蒸气泵11抽走，溶液中析出的固体物质在打开管道开关10-1后通过下部管道收集回收。

进一步，待回收的高温蒸气在经过所述气-液热交换器12初步冷凝后，通入液-液热交换器13内部设置的环形冷凝管道与管道外冷却水进行热交换，冷凝回收，如此反复循环，使得整个系统中热量得到最大限度地回收利用，同时避免有机溶剂挥发到大气中。

实施例1的制备方法可通过更改模板物质、功能性材料、溶剂和洗涤剂的种类，运用于医药、食品工业中制备多孔载体材料。

实施例2：常温下，在所述配料间1中按比例投加可溶性金属盐和含多羧基的有机物作为制备金属-有机框架的材料，投加硼酸作为模版物质，溶解在自来水中作为进料溶液。

所述流量调节开关1-1和加热喷头2-1连接，协同进料溶液的喷雾干燥参数为：进料溶液的流量为5毫升每分钟，喷雾干燥塔2入口温度为150度，喷雾干燥塔2出口温度为75度，加热喷头2-1喷出气体的速度为380升每小时。

进一步，所述喷雾干燥塔2中生产的固体颗粒通过管道转移至旋风分离器3中，进行固气分离。

进一步，所述旋风分离器3中分离的固体颗粒通过底部管道被输送至微孔网栅4-1中进行洗涤，洗涤溶剂为无水乙醇，洗涤时间为3小时，微孔网栅4-1的网孔大小为0.5微米。

进一步，所述微孔网栅4-1在洗涤后通过搬运转移至控温干燥间5内进行干燥，干燥过程中保持常温，并通过真空气泵6降低环境气压至0.01个标准大气压，干燥时间为1小时，干燥后产品即为成品。

实施例2中未列述的其他过程与实施例1中所述相同，实施例2的制备方法可通过更改模板物质、功能性材料、溶剂和洗涤剂的种类，运用于化工、能源、材料工业中制备多孔功能材料。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的制备多孔材料的系统装置主要包括配料间（1）、喷雾干燥塔（2）、旋风分离器（3）、模板洗涤间（4）、控温干燥间（5）、真空气泵（6）、控速气泵（7）、汽-液热交换器（8）、液泵（9）、蒸馏塔（10）、蒸气泵（11）、气-液热交换器（12）、液-液热交换器（13）和水泵（14），配料间（1）下部设置有流量调节开关（1-1），喷雾干燥塔（2）顶部设置有加热喷头（2-1），流量调节开关（1-1）通过管道与加热喷头（2-1）连接，喷雾干燥塔（2）与旋风分离器（3）连接，旋风分离器（3）底部设置有管道阀门（3-1），模板洗涤间（4）内部设置有微孔网栅（4-1），管道阀门（3-1）通过下部管道与微孔网栅（4-1）顶部连接，微孔网栅（4-1）通过搬运转移至控温干燥间（5）内，干燥间（5）底部设置有电加热器（5-1），干燥间（5）与真空气泵（6）连接，控速气泵（7）入口与旋风分离器（3）顶部出气口连接，控速气泵（7）出口与汽-液热交换器（8）连接，液泵（9）入口与模板洗涤间（4）底部连接，液泵（9）出口管道经汽-液热交换器（8）内部和气-液热交换器（12）内部与蒸馏塔（10）连接，蒸馏塔（10）下部设置有管道开关（10-1），蒸馏塔（10）顶部与蒸气泵（11）入口连接，蒸气泵（11）出口与气-液热交换器（12）连接，气-液热交换器（12）的出口管道通过物理衔接镶嵌在液-液热交换器（13）内部，液-液热交换器（13）与水泵（14）连接。

2.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的流量调节开关（1-1）和加热喷头（2-1）连接，协同调控进料溶液的流量、温度和喷雾强度。

3.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的旋风分离器（3）中分离的固体颗粒通过底部管道被输送至微孔网栅（4-1）中进行洗涤，所述微孔网栅（4-1）的网孔大小为0.1-10微米。

4.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的干燥间（5）在产品干燥过程中通过电加热器（5-1）升高环境温度，通过真空气泵（6）降低环境气压。

5.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的汽-液热交换器（8）中进行热交换的高温汽体来自旋风分离器（3）中分离的蒸汽，低温液体来自模板洗涤间（4）中的洗涤废液。

6.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的蒸馏塔（10）中蒸馏产生的高温蒸气通过顶部管道由蒸气泵（11）抽走，溶液中析出的固体物质在打开管道开关（10-1）后通过下部管道收集回收。

7.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的气-液热交换器（12）中进行热交换的高温气体来自蒸馏塔（10）中分离的蒸气，低温液体来自产生于模板洗涤间（4）而后经汽-液热交换器（8）预热过的洗涤废液。

8.根据权利要求1所述的一种制备多孔材料的系统装置，其特征在于：所述的液-液热交换器（13）内部设置有环形冷凝管道，液-液热交换器（13）的底部设置有冷水入口，液-液热交换器（13）的顶部设置有连接水泵（14）的热水出口。