烘干搅拌输送新闻动态
富通新能源 > 动态 > 烘干搅拌输送新闻动态 > > 详细
中国粉体表面改性设备的进展
发布时间：2013-05-27 07:42 来源：未知
1、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型设备，而这些设备大多数是从化工机械中借用过来的，并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备有：重力混合器，气动混合器，转鼓式混合机，V形混合机，Z形混合机，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：
(1)大多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大多是直线运动式，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)相比较而言，对于粉体表面改性设备，大家还是选择高冷搅机组，一是价格低，二是设备耐用，易操作，改性效果相对较好。
(4)与国外设备相比，存在明显的差距，特别表现在连续性和改性效果方面。
自从20世纪90年代开始，中国的有识之士已经开始着手对中国现有的改性设备进行改革，到2002年已经取得巨大的进步，本文着重介绍引进国外连续改性机型和对高冷搅机组进行的改进。
2、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。相关科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于购买国外同类设备。
2.1PSC系列粉体表面改性机
由原武汉工业大学北京研究生部非金属矿所和青岛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。
2.1.1 PSC表面改性机结构特征及工作原理
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。
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，并均通入由给风系统送来之热压力气流，其中一组由四只喷嘴按补同位置分布于雾化室内壁，其作用是将粉体物料吹散成雾状。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，随即进入主机，富通新能源销售饲料搅拌机、皮带输送机等机械设备。
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筒体等部分组成。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，此时粉体物料得到充分的包覆改性。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，成品进入收集仓后即可降至可存储的温度。
2.1.2优点
(1)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。
(2)将粉体原料及改性剂均进行雾化处理，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。PSC系列粉体表面改性与通用改性设备性能对比见表l。
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，表2为其中两种物料试验结果。
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／厶，大大低于国外同类产品价格。
2.2复合式粉体连续改性系统
复合式粉体连续改性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牛产的新型表面改性设备。
复合式粉体连续改性系统是由下列设备组成：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。
其主要特点：①连续进行改性，优于间歇式生产；②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；③三转子改性机，在高速运动中实现瞬时改性，转速达4 500r/min，足本系统核心设备；④采用导热油加热，可避免自摩擦升温慢和电能的浪费；⑤系统负压运行，密封性好，无粉尘污染。
设备选型，该系统适合3 000～5 000t/a产量的改性企业，系统设备价格40万元人民币。
2.3 SLG型三筒连续粉体表面改性机
由原武汉工业大学北京研究生院非金属矿所和江阳市启泰非金属工程公司共同引进瑞典AGMW公司三筒高速强烈混合表面改性机(HSTP-3／1000)，定名为SLG型三筒连续粉体表面改性机，其外形结构见图1。
工作原理：将待改性物料（如碳酸钙）及表面改性剂（如脂肪酸）从入料口给入后，依次经过三个强烈混合室后从排料口排出。这种改性机依靠转子叶片和定子与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用产生表面改性所需的温度。转子的高速旋转强制松散并形成涡流二相流，使表面改性剂能迅速与颗粒表面作用，所以包覆效果好。
该改性机连续生产，自动加药，操作简单，处理能力大。特别适合用硬脂酸类、各种偶联剂等对碳酸钙、滑石、云母、高岭土、石英、硅灰石、夕线石等非金属矿物填料进行连续表面改性处理。
3、高速混合机和冷却混合机组的改进
对于中国企业习惯使用的高冷搅机组进行改革使之适应粉体表面改性的需要，目前改革的思路集中在以下几点：
(1)加大功率，提高转速，实现强烈混合，对比国外（加拿大）强烈混合机，我们把500L高速混合机的电机功率从75kW加大到llOkW，把转速提高到1 000r/min，加强剪切力，达到强烈混合改性的目的。
(2)提高物流现代化．把人工投料，出料，改为管道输送，并把改性剂的加入改为人工计量后自动投料，并采用PCL可编程序控制系统，实现半自动化。
(3)改进混合搅拌设备，如改进浆叶材质，采用渗碳处理或表面堆焊硬质合金，锅体内壁采用渗碳处理，提高耐磨性和使用寿命。改进浆叶外形，呈流线形，减少运动阻尼，在超细粉体改性机中甚至采用三层浆叶设计。
(4)主轴采用气密封，彻底解决压力过大和主轴漏粉问题。
针对上述思路，现在已生产出两种改革后的机型。
3.1 半自动化强烈混合改性机组
由四川大学黄锐教授设计，由江苏张家港市轻工机械厂生产BMD-IOOO微粉改性生产线工艺流程图见图2。
该系统最大特点是利用电子称全自动计量，使高速混合机的加料实现了远距离自动操作，大大降低了人工劳动强度和人工计量不准的偏差，同时设备采用密封的管道连结，防止粉尘污染。
主要工作原理：
当CaC03原料经过破碎，细磨，分级后物料由旋转阀进入贮料仓中，贮料仓下面的三通阀可使物料根据不同要求分流到相应地点。若产品不改性，则由螺旋送料器送到包装机进行包装。产品需改性，则由螺旋送料器送到电子称进行自动计量。
若高搅是500L，冷搅是1060L，则每小时机组可混料1t。高搅为1000L，冷搅为3 500L，则每小时混料可达1.5—1.8t。在混合机加料过程中CaC03由电称自动计量，改性助剂采用人工称重，自动投料的方式进行。助剂由人工事先称量好，然后放入12单元的顺序投料器中由操作人员在控制室通过手动按钮来控制投料。当称重仪表显示重量达到设定值的90%时，螺旋加料器自动转换为低速加料， 达到设定值后自动停止加料。当下面活化机组允许向其投料时，电子称下面的气动插板阀自动打开，同时电子称斗上的搅拌电机也开始运转，斗壁上的仓壁振动器延时启动，以保证物料全部放完。电子称为零后，气动插板阀自动关闭，电子称进行下一循环的计量过程。
电控系统采用PLC可编程控制器，可自动完成生产中每一部分的运行，所有工作状态均可通过控制室模拟屏显示，并可提供故障报警。此外，还设有专门密封除尘和防架桥装置。确保车间无粉尘污染，主轴采用气密封，防止压力过大和主轴漏粉。
3.2超细粉体高冷搅机组改性机
由青岛远东塑料工程公司设计制造的超细粉体新型高冷搅机组改性机，已经生产出2L+6L实验室机组，并申请了国家专利。
3.2.1原理
目前国内外各种高速捏合机的搅拌原理都是由搅拌器的结构决定的。这些高速捏合机的搅拌器普遍采用桨式结构。由于桨面的斜边与运动方向成一定倾斜角，所以在搅拌器运动中，对成粉粒状态的物料而言，除产生水平环流式分散外，同时还产生轴向分流式分散。物料被极快地抛向釜壁，沿釜壁摩擦上升，随之又被折流板折流，跌落在釜中心所形成的涡流中，再被抛向釜壁，直至混合结束。物料在混合过程中所需要的热量主要来自摩擦热，因此，在同转速情况下，设备的容积愈大，其剪应力愈高，随之摩擦升温速率愈高。所以，当设备小于100L后，其摩擦热变得很小，当设备小于10L时，摩擦热几乎等于零。所以100L以下的高速捏合机在工作时，根本不能依靠摩擦热来达到混合所需要的混合温度，只好由釜壁夹套中的电加热油来提供热量。这样就造成釜温度高于料温，物料中分子量低的部分首先粘附釜壁，造成组分比例变化，产生混合不均、预塑化不均等现象。而如果不采用外加热，混合中的物料又达不到预塑化的效果。这就是实验室数据与生产数据不能保持一致的重要原因之一。
新型改性机是提供一种高分子材料配混用高速捏合机组，它在加工过程中能产生较高的剪应力，使小到2L的试验设备在3～5min时间内通过摩擦热将物料升温到预塑化温度(110℃)，也可以在200—500 L容积状态下将纳米级等超细粉体材料进行预分散处理。
3.2.2工艺技术路线
新型改性机是一种高分子材料高速捏合机组包括机体和安装在机上的高速捏合机、低速捏合机两部分，其中高速捏合机主要有带降温夹套的釜体、主轴、三层叶浆、釜盖、折流板、传动装置、驱动电机构成。低速捏合机主要由带降温夹套的釜体、主轴、低速叶浆、釜盖、传动装置、驱动电机构成。其特征是：所述高速捏合机的三层叶浆，第一层为与釜底形状一致的低桨，作用是将底层物料抛起；第二层桨叶也是桨式，称为中桨，作用是将中层物料抛起，使层与层之间产生摩擦；第三层叶浆是二端对称的二个流线体，与釜壁平行运动，作用是对被第一、二层桨叶抛向釜擘，并沿釜壁作摩擦上升的物料进行碾压式剪切，称之为上桨。这种剪应力较大，既能产生足够的摩擦热使物料升温，又足以打破纳米级粒子的团聚力，并对其进行预分散处理。所述折流板是针对三层叶浆的工作原理而设计成上覆式，其作用是将经过流线体碾压式剪切的物料折落向涡流中心。所述驱动电机和传动装置在用于小型试验设备时，主轴的转速不能低于1000r/min。在用于纳米级粉体分散时，主轴的转速加大到2 000r/min以上。所述带冷却衬套的釜体主要作用是控制温升速率，其结构特征是夹层中有‘条螺旋状冷却水路。所述低速捏合机部分的作用是在相I—J时间内将高速捏合机转入的高温物料不粘结的降至常温。
综上所述，新型改性机由于采用新的搅拌原理和新型叶桨组合。强化了剪切分散混合能力，使摩擦热有效地作用在2～100L小型试验用设备中去，使小试的数据可以和工业化生产保持一致。同样，这种强化了的剪切分散混合能力在用于200～500L高速捏合机时，可有效地对纳米级粉体进行预分散处理的工业化生产中。而低速冷却部分则在相同时间内将高温物料分散性地降至常温，从而解决了小试配混摩擦热难和纳米级粉体预分散难等问题。
4、结论
(1)近年来，随着粉体表面改性深加工技术的发展，中国原有的改性设备已经远远不能满足需要，迫切需要对原有的改性设备进行改革和改进。
(2)引进、消化、吸收改进国外先进改性设备，始终是我们关注的重点，相信还会有更新、更好的改性设备引进。
(3)对大家最熟悉的高冷搅机组进行改革，使它的功能不断提高，最终能满足粉体表面改性的要求。
