超细粉体防团聚干燥设备及干燥方法与流程

1.本发明涉及粉体干燥领域，特别涉及一种超细粉体防团聚干燥设备及超细粉体防团聚干燥方法。


背景技术：

2.超细粉体是一种微小的固体颗粒，一般作为粒径小于10μm的粉体的统称。它属于微观离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。随着比表面积的增加，超细粉体的表面层原子数量增加到一定程度引起结构与性质的质变，出现久保效应等。超细粉体能够从空气中吸附大量的水，在其表面形成羟基层和多层物理吸附水。
3.超细粉体广泛应用于工业原料中，超细粉作为结构材料，可将其添加到普通粒度粉末中促进烧结，降低烧结温度；制取颗粒弥散强化型合金；制备超细孔气体分离膜、电解电极、超低温换热器等。超细粉作为功能材料可用作磁记录材料、磁性流体、传感器材料、催化剂和扩散连接的中间材料等。
4.但是在实际操作过程中，由于超细粉体的粒子小，比表面能大，粒子间易自动聚集形成较大颗粒，以降低表面能，这种现象称为团聚；超细粉的团聚严重影响了超细粉的运用效果。
5.按照其形成的原因，团聚一般分为软团聚和硬团聚。软团聚一般认为是由于粉体表面的原子、分子之间的静电力和库仑力所致，该种团聚可以通过一些化学的作用或施加机械能的方式来消除；硬团聚除了原子、分子间的静电力和库仑力以外，还包括液体桥力、固体桥力、化学键作用以及氢键作用力等，因此硬团聚体在粉末的加工成型过程中其结构不易被破坏，而且将影响粉体的性能。
6.目前，公开号为cn111380329b的中国专利公开了一种提高超细粉体分散性的干燥装置及方法，它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。
7.这种提高超细粉体分散性的干燥方法虽然一定程度避免干燥过程中因温度变化造成的团聚，但是在纳米粉体的邢台和表面结构又与其内部结构、杂质和环境状态有关，其团聚具有复杂性和多样性，仅仅控制温度并不能消除由其他因素导致的团聚，阻止团聚的效果差。


技术实现要素：

8.本发明的第一种目的是提供一种超细粉体防团聚干燥设备，其具有能够消除气-液界面从而有效避免超细粉体团聚的优点。
9.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超细粉体防团聚干燥设备，包括超临界反应装置和作用于超临界反应装置上的共振装置；
所述超临界反应装置包括主反应腔、位于主反应腔两侧的进料口和出料口；主反应腔内部中央设有反应基板，反应基板中两个相对的表面分别对应进料口和出料口，主反应腔的内部两端均设置控制主反应腔压强的控压组件，主反应腔的内部铺设温控组件；所述共振装置通过共振联动件作用至反应基板，使反应基板与共振装置同频共振。
10.通过采用上述技术方案，在主反应腔室内通过温度控制和气压控制创造了水分子的超临界环境状态，使水分子处于液体和气体之间的超临界状态，消除了具有巨大表面张力的气-液界面，是的颗粒之间无法相互靠近，从根源上避免了团聚状态；同时利用高频共振使水分子与超细粉尘的分离，在水分子处于超临界的状态下与超细粉尘分离，完成干燥。
11.进一步设置：所述共振装置设置在反应基板内部，共振装置包括中心转轴、穿过中心转轴固定在中心转轴中端的铁芯转子和设置在铁芯转子外层的偏转磁铁以及通电线圈；通电线圈包括相互独立且设置在铁芯转子对称两面的第一通电线圈和第二通电线圈，第一通电线圈和第二通电线圈的两端分别连接至高频交流电源的正负极；所述中心转轴的两端经由共振联动件固定在反应基板上。
12.通过采用上述技术方案，利用磁铁同性相斥异性相吸的原理，控制通电线圈中电流方向使铁芯转子发生偏转，从而带动中心转轴往复运动，实现高频振动，将振动传递至反应基板上，可以使振动更加直接的作用在超细粉尘物质中，促使超细粉尘和水分子的分离，同时也通过振动直接避免超细粉尘的团聚。
13.进一步设置：所述共振联动件包括接触反应基板的第一通道和接触共振装置的第二通道；第一通道的直径大于第二通道；所述反应基板为胶合板和硬质纤维板中的任意一种。
14.通过采用上述技术方案，第一通道直径大于第二通道，使共振联动件形成一个简易的亥姆霍兹共振器，使得共振装置产生的高频振动更好的传递至反应基板上。
15.进一步设置：所述共振装置与反应基板之间填充有恒温绝缘材料。
16.通过采用上述技术方案，恒温绝缘材料一方面是为了避免共振装置中的电能流失造成安全隐患，同时也能避免电磁场产生的热量传递至反应基板上对超临界状态产生干扰。
17.进一步设置：所述温控组件为铺设在主反应腔内壁的加热板，所述控压组件分为第一控压组件和第二控压组件，第一控压组件和第二控压组件均包括控制压力阀和穿过控制压力阀的气体流通管道。
18.通过采用上述技术方案，加热板铺设在主反应腔内，能够由反应腔内壁向中心方向均匀传递热量直至整个反应腔室达到恒温的状态，确保超临界状态的稳定，第一控压组件和第二控压组件中气体流向相同，使得气体在主反应腔内呈单向流动的形式，形成动态的恒压状态，一方面恒压能够保持超临界状态的稳定，动态流动又能够推动超细粉体流动排出。
19.进一步设置：所述第一控压组件和第二控压组件之间设置有独立于主反应腔的保护气体存储箱，保护气体储存箱通过循环管道分别连接至第一控压组件中的气体流通管和第二控压组件中的气体流通管；所述气体流通管上设置有避免超临界流体流出的过滤膜。
20.通过采用上述技术方案，保护气体不会与水发生反应，也不会与超细粉体发生反
应，能够避免超细粉体和水发生变质，同时也能够有效改变主反应腔内的压强。
21.进一步设置：所述进料口和出料口与主反应腔的连接部位均设置有弧形的过渡区，过渡区直径由远离主反应腔一侧向靠近主反应腔一侧逐渐增大。
22.通过采用上述技术方案，过渡区能够避免超细粉体和水的混合物因压强突然发生改变而导致的团聚现象。
23.本发明的第二个目的是提供一种超细粉体防团聚干燥方法，其具有能够消除气-液界面从而有效避免超细粉体团聚的优点。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
24.一种超细粉体防团聚干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：超细粉体输送；将超细粉体和水的混合物输送进入超细粉体防团聚干燥设备中，输送流量范围在20g/h-30g/h；s2：超临界状态转化；在超临界反应装置中调解温控组件和控压组件，升高温度和压强至水由常态转换为超临界状态，且最终温度范围在380℃-420℃，压强范围在22.1mpa-23.0 mpa；s3：振动分层；利用共振装置使超细粉体和水同时发生高频振动，超临界水和超细粉体在重力作用下产生分层现象；s4：分离；将分层的超临界水和超细粉里单独收取。
25.通过采用上述技术方案，利用温度控制和气压控制创造了水分子的超临界环境状态，使水分子处于液体和气体之间的超临界状态，消除了具有巨大表面张力的气-液界面，是的颗粒之间无法相互靠近，从根源上避免了团聚状态。
26.进一步设置：所述步骤s2中，所述控压组件调整保护气体的输送流速进而控制超临界反应装置内气体浓度，进而控制超临界反应装置内压强。 通过采用上述技术方案，在控制超临界反应装置中密度的同时，将空间由静态转化为动态，推动流体移动。
27.进一步设置：所述保护气体为氦气、氩气、氮气中的任意一种，且保护气体的流通速度为20ml/min-150ml/min。
28.通过采用上述技术方案，氦气、氩气和氮气中氦气和氩气的反应活性更低，而氮气的反应活性虽然略高，但是其经济成本更低，且不容易造成污染，调整保护气体的流通速度，进而调整超临界反应装置内的压强状态。
29.综上所述，本发明具有以下有益效果：1、在主反应腔室内通过温度控制和气压控制创造了水分子的超临界环境状态，使水分子处于液体和气体之间的超临界状态，消除了具有巨大表面张力的气-液界面，是的颗粒之间无法相互靠近，从根源上避免了团聚状态。
30.2、利用磁铁同性相斥异性相吸的原理，控制通电线圈中电流方向使铁芯转子发生偏转，从而带动中心转轴往复运动，实现高频振动，将振动传递至反应基板上，可以使振动更加直接的作用在超细粉尘物质中，促使超细粉尘和水分子的分离，同时也通过振动直接避免超细粉尘的团聚。
附图说明
31.图1是超细粉体防团聚干燥设备的整体结构示意图；
图2是超细粉体防团聚干燥设备的内部结构示意图；图3是超细粉体防团聚干燥设备中共振装置的爆炸示意图；图4是超细粉体防团聚干燥设备中共振装置的结构示意图；图5是超细粉体防团聚干燥设备中控压组件的结构示意图；图6是超细粉体防团聚干燥方法的方法示意图；图中，1、超临界反应装置；2、共振装置；3、共振联动件；4、过渡区。
32.101、主反应腔；102、进料口；103、出料口；104、反应基板；105、控压组件；106、温控组件；107、加热板；108、第一控压组件；109、第二控压组件；110、控制压力阀；111、气体流通管道；112、保护气体存储箱；113、循环管道；114、过滤膜；115、超细粉体排出口；116、水分子排出口。
33.201、中心转轴；202、铁芯转子；203、偏转磁铁；204、通电线圈；205、第一通电线圈；206、第二通电线圈；207、轴承；208、铁芯凸起。
34.301、第一通道；302、第二通道。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
36.第一种优选实施方式：一种超细粉体防团聚干燥设备，如图1所示，包括超临界反应装置1和作用于超临界反应装置1上的共振装置2；所述共振装置2通过共振联动件3作用至反应基板104，使反应基板104与共振装置2同频共振。
37.如图2所示，超临界反应装置1包括主反应腔101、负责超细粉体和水进出流通的进料口102和出料口103，进料口102和出料口103分别设置在主反应腔101的对称两侧，主反应腔101的内部设置有反应基板104，反应基板104位于主反应腔101的中心位置，反应基板104中两个相对的表面分别对应进料口102和出料口103；超细粉体和水的混合物由进料口102进入主反应腔101，并在主反应腔101内完成干燥分离，干燥分离后由出料口103排出。
38.主反应腔101室内的两端均设置了控制主反应腔101内压强的控压组件105，主反应腔101的内部铺设温度组件。
39.控压组件105包括第一控压组件108和第二控压组件109，第一控压组件108和第二控压组件109分别设置在主反应腔101内相对的两侧边缘；第一控压组件108和第二控压组件109均包括控制压力阀110和穿过控制压力阀110的气体流通管，且第一控压组件108和第二控压组件109中的气体流向相同，气体经由第一控压组件108或第二控压组件109进入主反应腔101内，并通过另一个控压组件105离开主反应腔101。
40.第一控压组件108和第二控压组件109中气体流向相同，使得气体在主反应腔101内呈单向流动的形式，形成动态的恒压状态，一方面恒压能够保持超临界状态的稳定，动态流动又能够推动超细粉体流动排出。
41.温控组件106为铺设在主反应内壁的加热板107，加热板107包括云母骨架和附着在云母骨架外层的不锈钢镀层。加热板107铺设在主反应腔101内，能够由反应腔内壁向中心方向均匀传递热量直至整个反应腔室达到恒温的状态，确保超临界状态的稳定。选择了
不锈钢镀层是因为不锈钢镀层不容易受到磁场的干扰。
42.第一控压组件108和第二控压组件109之间设置有独立于主反应腔101的保护气体存储箱112，保护气体储存箱内存放有氦气、氮气等保护气体。保护气体存储箱112通过循环管道113连接至第一控压组件108和第二控压组件109；循环管道113穿过保护气体储存箱，其中循环管道113的一端连接在第一控压组件108中气体流通管远离反应基板104一端，循环管道113的另一端连接在第二控压组件109中气体流通管远离反应基板104一端。
43.保护气体不会与水发生反应，也不会与超细粉体发生反应，能够避免超细粉体和水发生变质，同时也能够有效改变主反应腔101内的压强。
44.如图3所示，共振装置2设置在反应基板104的内部。
45.共振装置2包括中心转轴201和穿过中心转轴201固定在中心转轴201中端的铁芯转子202，铁芯转子202的两端设有能带动中心转轴201作旋转运动的轴承207；铁芯转子202外侧间隔设置有铁芯凸起208，每两个铁芯凸起208之间放置推动铁芯凸起208偏转的偏转磁铁203，偏转磁铁203外侧固定有通电线圈204，通电线圈204包括相互独立且设置在铁芯转子202对称两面的第一通电线圈205和第二通电线圈206，第一通电线圈205和第二通电线圈206的两端分别连接至高频交流电源的正负极。
46.利用磁铁同性相斥异性相吸的原理，控制通电线圈204中电流方向使铁芯转子202发生偏转，从而带动中心转轴201往复运动，实现高频振动，将振动传递至反应基板104上，可以使振动更加直接的作用在超细粉尘物质中，促使超细粉尘和水分子的分离，同时也通过振动直接避免超细粉尘的团聚。
47.中心转轴201的两端经由共振联动件3固定在反应基板104上，共振联动件3包括接触反应基板104的第一通道301和接触共振装置2的第二通道302，第一通道301和第二通道302连通，且第一通道301的直径大于第二通道302；第一通道301的直径大于第二通道302，使共振联动件3形成了建议的亥姆霍兹共振器，使得共振装置2产生的高频振动更好的传递至反应基板104上。
48.共振装置2和反应基板104之间填充有恒温绝缘材料，绝缘材料为玻璃纤维、石棉、岩棉、气凝胶毡和真空板中的任意一种。温绝缘材料一方面是为了避免共振装置2中的电能流失造成安全隐患，同时也能避免电磁场产生的热量传递至反应基板104上对超临界状态产生干扰。
49.进料口102和出料口103与主反应腔101的连接部位均设置有弧形的过渡区4，过渡区4两侧为弧形，一端连接进料口102或出料口103，另一端弧形延伸至主反应腔101，且过渡区4的额直径由远离主反应腔101一侧向靠近主反应腔101一侧逐渐增大；过渡区4能够避免超细粉体和水的混合物因压强突然发生改变而导致的团聚现象。
50.出料口103包括超细粉体排出口115和水分子排出口116，超细粉体排出口115和水分子排出口116之间设置有分离腔水分子排出口116与分离腔的接触端设置有避免超细粉体排出的过滤膜114。
51.超细粉体的粒子直径通常在1-10μm，而水分子的粒子直径约为0.4纳nm，因而只要过滤膜114的直径大于0.4nm且小于1μm，则过滤膜114能够使水分子通过而避免超细粉体通过，起到分离过滤的作用。
52.第二种优选实施方法，一种超细粉体防团聚干燥方法，如图6所示，包括以下步骤：
s1：超细粉体输送；将超细粉体和水的混合物输送进入超细粉体防团聚干燥设备中，输送流量范围在20g/h-30g/h；s2：超临界状态转化；在超临界反应装置1中升高温度和压强至水由常态转换为超临界状态，且最终温度范围在380℃-420℃，压强范围在22.1mpa-23.0 mpa；s3：振动分层；利用共振装置2使超细粉体和水同时发生高频振动，超临界水和超细粉体在重力作用下产生分层现象；s4：分离；将分层的超临界水和超细粉里单独收取。
53.其中，保护气体为氦气、氩气、氮气中的任意一种。保护气体的流通速度为20ml/min-150ml/min。
54.氦气、氩气和氮气中氦气和氩气的反应活性更低，而氮气的反应活性虽然略高，但是其经济成本更低，且不容易造成污染。调整保护气体的流通速度，进而调整超临界反应装置内的压强状态。
55.步骤s1中的输送流速为20g/h时，步骤s2中温度为380℃；压强为22.1mpa；所述保护气体的流通速度为140ml/min。
56.当输送流速较小时，此时超临界反应装置内的流体体积相对较少，因而增加保护气体的流通速度才能够满足超临界反应装置内所需的压强。
57.步骤s1中的输送流速为30g/h时，步骤s2中温度为420℃；压强为23.0 mpa；所述保护气体的流通速度为20 ml/min。
58.当输送流速较大时，此时超临界反应装置内的流体体积相对较大，因而适当降低保护气体的流通速度既可以减少保护气体的使用，又可以满足压强需要。
59.步骤s2中，利用保护气体密度控制反应装置内温度。
60.步骤s3中，高频振动的振动频率为100khz-200khz。振动频率高于100khz可以降低振动的幅度，使超细粉体和超临界水分离，振动频率低于200khz是为了避免粉体振动过于活跃导致的二次混合。
61.上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。