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纳米碳酸钙粉体干燥技术

2007-09-13 | 浏览量: 402 常州市荣发干燥设备有限公司
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摘要:简要介绍了纳米碳酸钙工业生产中的烘房干燥、输送带式干燥、盘式干燥、回转圆筒干燥、喷雾干燥、真空耙式干燥、旋转快速干燥等一级干燥技术。讨论了输送带式干燥和旋转快速干燥、桨叶式干燥和旋转快速干燥、桨叶式干燥和微粉干燥、双螺旋输送干燥和盘式干燥等两级组合干燥技术。
  关键词:纳米碳酸钙;干燥;两级组合干燥

  前言
  纳米碳酸钙粉体是指粒径在1~100mm,并且具有与常规碳酸钙性能不同的无机粉体产品。由于其独特的电学、磁学、热学及光学性能,被广泛应用于塑料、橡胶、涂料、油墨、造纸、化妆品、医药、粘结剂等行业作为颜料和填充物。纳米碳酸钙不仅具有填充作用,还具有半补强或补强作用,广泛引起世人瞩目。
  当采用湿化学法合成纳米碳酸钙粉体时,一般都要涉及沉淀物干燥这一后处理过程。由于纳米碳酸钙粉体的粒度小,表面能高,处于热力学非稳定状态,如果干燥方法选择不当,就会出现纳米碳酸钙颗粒的团聚,这将对它的使用性能产生不良影响。因此,如何保证纳米碳酸钙颗粒在干燥过程中保持分散而不团聚“长大”,是纳米碳酸钙粉体生产的关键步骤之一。此处,在纳米碳酸钙粉体的应用过程中,特别强调其疏水亲油性能,即对产品的最终含水量要求很高(亦即产品的水分含量要求很低)。
  1、纳米碳酸钙工业干燥技术现状
  1.1 一级干燥
  在纳米级碳酸钙的工业生产过程中,干燥操作过程除了要防止颗粒间的团聚外,最大难题是如何降低干燥温度,同时又使装置具备一定的生产规模。纳米碳酸钙粉体通常都要进行粒子表面的包覆改性处理,而有机物的热稳定性能一般较差,温度过高易使其焦化变质,直接影响颗粒的分散性白度等。例如,硬脂酸或硬脂酸盐在135℃的条件下,可以在很短时间内焦化,使产品的白度降低7~8%,焦化的程度与时间和温度呈对应关系。因此,要保证产品不焦化,必须对干燥温度和时间加以控制,根据表面改性剂的特性,寻求适宜的干燥温度和干燥时间。
  目前国内生产纳米级碳酸钙的企业常采用烘房干燥、输送带式干燥、盘式干燥、回转圆筒干燥、喷雾干燥、真空耙式干燥、旋转快速干燥等一级干燥设备。但几乎每种干燥设备都遇到产品颗粒的二次团聚问题,致使一些纳米级碳酸钙粒子无法以一次颗粒或接近于该状态而存在,最终影响其产品的功能和应用。此处,在一级干燥后一般都要有再磨分级和过筛等过程。
  尽管烘房干燥比较经济、简便,但为间歇操作,生产能力低,能耗较大,操作环境恶劣,工人劳动强度大,很容易引入杂质,且干燥不均匀,干燥后还需有粉碎和分级等操作过程。所以,这种干燥设备已逐步被新的干燥技术所取代。
  输送带式干燥实际上是一种改良的烘房干燥,它使干燥过程实现了连续化。但该设备占地面积大,热效率不高。
  盘式干燥机虽然解决了输送带式干燥机占地大、热效率不高的问题,但设备结构复杂、维修困难,为减轻物料在料盘上的黏结而增设的抄板对料盘的磨损比较严重,由此产生的杂质对产品质量有较大影响。
  回转圆筒干燥机在普通轻质碳酸钙生产中应用较为广泛,其生产能力较高,一台直径1.8m、长21m的回转圆筒干燥机年产量可达1.5-2万吨。但其干燥温度一般为600-700℃,无法适应湿法活化的纳米碳酸钙生产,因为在此高温下,几乎找不到不会焦化的表面改性剂。此处,回转圆筒干燥只适用于含水量在30%-40%的纳米级碳酸钙的干燥。
  喷雾干燥可以将含水量60%以上的湿碳酸钙快速干燥至含水0.5%以下的产品,且产品的分散状态良好,也不需要再磨粉碎。但对活性纳米碳酸钙的适应性较差,这是因为纳米碳酸钙喷雾干燥所需的温度较高(一般在400℃以上),极易将表面改性剂烧掉。
  真空耙式干燥在纳米碳酸钙生产中被采用的不多,其优点是干燥温度低,热效率高,但其辅助设备较多,多为间歇操作,生产能力受到制约。
  目前,旋转快速干燥(又称旋转闪蒸干燥)在纳米碳酸钙生产中应用较为广泛,该技术在解决颗粒团聚问题上已取得一定的进展,但尚存在粘壁和干燥后仍需粉碎研磨等问题。
  1.2组合干燥
  为解决纳米碳酸钙的工业干燥技术问题,两级干燥技术越来越被许多企业所看好,它较好地解决了低温干燥与生产能力之间的矛盾,同时在第二级干燥设备中引入颗粒分散解聚功能,减少了产品干燥后的再磨工序。常见的有输送带式干燥机和旋转快速干燥、桨叶式干燥和旋转快速干燥、桨叶式干燥和微粉干燥、双螺旋输送干燥和盘式干燥等的两级干燥的组合。
  1.2.1输送带式干燥和旋转快速干燥的组合
  纳米级碳酸钙的输送带式干燥和旋转快速干燥的两级组合工艺流程如图1所示。压滤后的纳米级碳酸钙经挤条机成型后进入输送带式干燥机中,除去大部分湿分。当半成品湿含量≤20%时,离开输送带式干燥机,经螺旋输送机进入旋转快速干燥机的加料器中,再被送入旋转快速干燥机内,在搅拌和旋转热气流的作用下被进一步干燥及破碎。干燥好的细粉与上升的气流一起经分级器进入旋风分离器和袋滤器,分离下来的即为产品。废气经引风机、烟囱排空。
  1.2.2桨叶式干燥和旋转快速干燥的组合
  纳米级碳酸钙的桨叶式干燥和旋转快速干燥的两级组合工艺流程如图2所示。比较图1和图2可见,这两种流程的主要差别是由桨叶式干燥机代替了输送带式干燥机。压滤后的滤饼先被加入到桨叶式干燥机中,在空心桨叶的旋转搅动下边前进边干燥。水蒸气(或导热油)从空心桨叶和干燥机夹套中通过,以热传导方式对纳米碳酸钙湿物料进行干燥。半干产品离开桨叶式干燥机后,再进入旋转快速干燥机中,被进一步干燥成合格产品。
  1.2.3桨叶式干燥和微粉干燥的组合
  如果把上述的桨叶式干燥和旋转快速干燥的两级组合中的旋转快速干燥机用微粉干燥机来代替,这就构成了桨叶式干燥和微粉干燥的两级组合流程。经一级桨叶式干燥后得到的松散物料由螺旋输送机连续均匀地加入到微粉干燥机内,进一步干燥成为合格产品。这种微粉干燥机主要由筒体、回转搅拌器和分级器等组成。它是一种集干燥、破碎、分级于一体的多功能干燥机。回转搅拌器的主要作用是将软团聚颗粒打散,使大的软团聚颗粒变成粒径符合要求的产品。分级器为离心机式气流分级结构,依靠叶轮高速旋转而产生的离心力和气流向心力之间的作用对粒子进行分级,粒径符合要求的物料经过分级器,由热风送入旋风分离器和袋滤器,分离得到合格产品;而粒径较大的物料在离心力的作用下,撞击在设备筒体内壁后返回到底部,在回转搅拌器和热风的作用下被进一步干燥及破碎,直到合格后进入后续的收集装置。
  1.2.4双螺旋输送干燥和盘式干燥的组合
  纳米碳酸钙的双螺旋输送干燥和盘式干燥的两级组合工艺流程如图3所示。滤饼经皮带输送机送至料仓,经粉碎机破碎后进入双螺旋输送干燥机的尾部排出;再经斗式提升机、料仓和电子皮带秤计量后,连续加入盘式干燥机顶部,在盘式干燥机内逐盘下落,干燥好的产品从底部卸出。
  2、结语
  国内现有的纳米碳酸钙干燥技术尚未很好解决干燥过程颗粒的团聚问题,几乎每种干燥设备都存在二次粒子的团聚问题。所以,因团聚而引起的粒子分散性差的问题已成为当前纳米碳酸钙生产和研究中急待解决的重点和难点。此外,目前纳米碳酸钙的干燥技术已滞后于其他技术,正成为其工业生产的瓶颈。因此,必须加强纳米碳酸钙粉体的干燥机理和干燥理论研究,为新型干燥装置的开发提供依据和方向,进而开发出适用于大规模工业化生产的大型纳米碳酸钙干燥设备;要加大新型干燥技术(如共沸蒸馏干燥、冷冻干燥等)的研发工作力度。
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