粉体表面改性设备
中国粉体表面改性设备种类很多,例如高速混合机、
捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、
双螺杆挤出机等,但这些设备大多从化工机械借用过来。存在许多严重问题,针对这些问题,近年来有了许多改进和进展,本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。
现状粉体表面改性设备,主要担负三项职责,一是混合,二是分散,三是表面
改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面,并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同,混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同,因而出现多种性质不同的改性设备,而这些设备又多为借用,因而并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备为:
•重力混合器
•气动混合器
•转鼓式混合机
•v型混合机
•Z型混合机
•高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组)
•开炼机
•密炼机
•混炼型单螺杆挤出机,布斯混炼机
•双螺杆挤出机以及
静态混合器,空腔混合器,和拉伸混合器等。
这些设备存在的主要问题是:
①多数是间歇式的,连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式,混合效果差。 存在产量低,能耗大,工人劳动强度高,易造成环境污染等问题。
②升温慢,改性时间长,相反
改性剂用量大,改性效果差。
③比较而言,高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。
④与国外设备相比,差距明显,主要表现在连续性和改性效果方面。
可以说,中国的粉体表面改性设备的落后,严重制约表面改性深加工技术的发展。已经到了非改不可的地步。
从90年代开始,一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。
这些阶段成果包含两个方面:
①引进国外连续改性机型
②对高冷搅机组进行改革
引进国外机型
引进、吸收、消化国外先进设备,是现阶段我们的主要手段之一。改性设备也不例外,现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世,且价格大大低于直接购买的国外同类设备。
1、PS系列粉体表面改性机
由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备,它具有设计先进,科学,能连续生产,产量高,能耗低,自动化程度高,工人劳动强度低,无粉尘污染,且表面
改性剂用量少,包覆率高等特点。
①PSC表面改性性能结构特征:
本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。
②工作原理:
粉体原料经给料输送系统被送至主机上方的雾化室,在输送过程中,由给料输送机特设的加热装置将粉体加热并干燥,与此同时固体状的改性剂在专用加热容器内也被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室。
雾化室内设有两组喷嘴,并均通人由给风系统送来之热压力气流,其中一组有四只喷嘴按不同位置分布于雾化室内壁,其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散呈雾状,另一组有一只喷嘴同时与改性剂输送管道相通,将液状改性剂也吹散呈雾状。此时,原料和改性剂形成雾状,由于受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用,得以充分的混合,随即进人主机。
主机由高速旋转的主轴、搅拌棒、冲击锤、中间充满循环导热油的夹层简体等部分组成。进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下,受到了冲击、摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更充分接触、混合。主机夹层内循环流动的高温导热油使机内始终保持着稳定的工作温度,此时粉体物料即得到了充分的包覆改性。主机出口处高速旋转运动的冲击锤将包覆改性的物料进一步冲击、粉碎,有效地预防了物料可能形成的结团现象。
改性后的物料经螺旋输送机再由气流输送管道送至成品收集仓。在气流输送过程中,利 用输送气流将物料中过高的热量吸收,并经布袋除尘器除尘后排出室外,成品进人收集仓后 即可降至可存储的温度。
PSC系列粉体表面改性与通用改性设备性能比较:
项目????PSC-400粉体改性机????通用设备(高速混合机)
300型
电动功率(KW)????22????40-55
产量(kg/h)????1000-1500????500
改性剂用量(%)????0.8-1????2-3
包覆率(%)????95-99????85
生产方式????连续????间歇
劳动强度????低????高
改性效果????包覆率高并无包覆现象,颗粒不增大????颗粒易产生粘连、部分颗粒过包覆,颗粒体积增大
成品降温????不需冷却设备????需配备冷却设备
环境污染????无污染????污染较大
③优点:
a)粉体原料在包覆改性之前进行预加热,同时使原料充分干燥,有利于与改性剂的充分 结合。
b)将粉体原料及改性剂均进行雾化处理。粉体表面改性效果的好坏,主要决定于物料的 运动状态(或机械对物料的作用方式)、处理温度、处理时间(即物料在机内停留的时间)等。 其中处理时间在一般的通风设备上需15-30分钟,其目的是为了保证物料与改性剂得到良好 的分散和充分接触。以利改性剂在粉体颗粒表面的均匀包覆。而本机采用了雾化处理后,使 物料与改性剂在改性之前即充分混合,从而缩短了在改性仓中的处理时间并提高包覆率。
用PSC-400粉体表面改性机对多种矿物粉体原料进行了改性包覆试验,下表为其中两种 物料试验结果。
实验对象????粒度????改性剂????包覆率????生产(kg/h)
重质碳酸钙????400目????硬脂酸????99%????1000
锻烧高岭土????1250目????铝酸酸偶联剂????95%????800
注:包覆率系采用“活化指数”测定法测定。
通过试验证明,PSC粉体表面改性机各项技术性能指标均达到设计要求,且造价仅为30 万元/台,大大低于国外同类产品价格。
图1 粉体表面改性机系列工艺流程示意图
2、复合式粉体连续改性系统
图2 复合式粉体连续改性系统示意图
该系统是由清华大学材料系粉体工程研究室引进日本技术,由张家港市轻工机械厂生 产的新型表面改性设备。
①复合式粉体连续改性系统是由下列机器 设备组成:传动上料机、料仓、螺旋混合输送给料器、高精度电子喂料器、卧式改性机、螺旋混 合输送器、三转子改性机、旋风分离器、脉冲除 尘器、风机、导热油专热器、电气控制系统等组成。
表6 主要技术参数
参数????单位????卧式改性机????三转子改性机
电动动率????Kw????37????55.5
主轴转速????R/min????1000????4500
改性筒容积????L????200????
工作温度????℃????90-150℃
生产方式???? ????连续
生产能力????Kg/h????500-1000
加热方式???? ????导热油加热
外形尺寸????mm????12000×7000×3000
②其主要特点:
•系连续运行的先进设备,优于间歇式生产。
•粉体经过预改性,预热和预混合等前处理 工序,保证了混合改性的均匀性,节约了 药剂。
•三转子改性机,在高速运动中实现瞬时改 性,转速达4500转/分,为系统核心装备??
•采用导热油加热,可避免自摩擦升温慢和电能的浪费。<
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