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技术干货 一文了解9种表面改性设备及其选择原则

  工艺与设备是最终实现按应用需要改善粉体表面性能的关键因素之一,而粉体表面改性设备的类型很多,既有干法改性设备,也有湿法改性设备。

  今天,粉体技术网与大家分享9种表面改性设备的结构、工作原理、适用范围及其选择原则。

  SLG型连续式粉体表面改性机主要由温度计、出料口、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机等组成。

  其系统配置一般包括给料装置、改性剂计量添加装置、主机、旋风集料器、布袋收尘器等。

  待改性物料经喂料机给入,经与自动计量和连续给入的表面改性剂接触后,依次通过三个圆筒形的改性腔从出料排出。

  在改性腔中,特殊设计的高速旋转的转子和定子与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用,产生其表面改性所需的温度,该

  温度可通过转子的转速、粉料通过的速度或给料速度以及风门大小来调节,最高可到150℃。

  同时转子的高速旋转强制粉体物料松散并形成涡流二相流,使表面改性剂能迅速、均匀地与粉体颗粒表面作用,包覆于颗粒表面。

  连续计量匹配进料和进药(改性剂),粉体与表面改性剂的作用计划均等,粉体表面包覆均匀,产品包覆率高;

  以SLG-3/600型机为例,用于超细轻质碳酸钙改性的单位产品能耗不大于35KW·h/t;

  重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土、氧化锌、氢氧化镁、强氧化铝、绢云母、硫酸钡、白炭黑、钛白粉、滑石、硅微粉等无机活性填料或颜料。

  既可以与干法制粉工艺(如超细粉碎工艺)配套,也可单独设置用于各种超细粉体的表面改性以及纳米粉体的解团聚和表面改性。

  高速加热式混合机主要由回转盖、混合锅、折流板、搅拌装置、排料装置、驱动电机、机座等组成。

  当混合机工作时,高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时,由于离心力的作用,物料被抛向混合室内壁,并沿壁面上升到一定高度后因重力作用又回到叶轮中心,接着又被抛起。这种上升运动与切向运动的结合,使物料实际上处于连续的螺旋状上、下运动状态。

  快速运动着的颗粒之间相互碰撞、摩擦,使得团块破碎,物料温度相应升高,同时迅速地进行交叉混合。这些作用促进了物料的分散和对液体添加剂(如表面改性剂)的均匀吸附。

  混合室内的折流板进一步搅乱物料流态,使物料形成无规运动,并在折流板附近形成很强的涡流。对于高位安装的叶轮,物料在叶轮上下形成了连续交叉流动,使混合更快、更均匀。混合结束后,夹套内通冷却介质,冷却后物料在叶轮作用下由排料口排出。

  高速加热混合机是一种间歇式的批量粉体表面改性设备,它的处理时间可长可短,

  日本制造的HYB型高速冲击式粉体表面改性机的主机结构主要由高速旋转的转子、定子、循环回路、翼片、夹套、给料和排料装置等部分组成。

  整套系统由混合机、计量给料装置、HYB主机、产品收集装置、控制装置等组成。

  投入机内的物料在转子、定子等部件的作用下被迅速分散,同时不断受到以冲击力为主的包括颗粒相互间的压缩、摩擦和剪切力等诸多力的作用,在较短时间内即可完成表面包覆、成膜或球形化处理。

  粉体的表面化学包覆、胶囊化、机械化学改性和粒子球形化处理,还可用于“微米/微米”和“纳米/微米”粉体的复合。物料可以是无机物、有机物、金属等,适用范围较广,而且是短时间干式处理。

  一种连续干式粉体表面改性机。其结构主要由给料机、加热螺旋输送机、主轴、搅拌棒、冲击锤、排料口等组成。

  PSC型粉体表面改性机整套工艺系统由给料装置、(导热油)加热装置、给药(表面改性剂)装置、改性主机、集料装置、收尘装置等组成。

  工作时,粉体原料经给料输送机被送至主机上方的预混室,在输送过程中由给料输送机特设的加热装置将粉体物料加热并干燥,同时固体状的表面改性剂也在专用加热容器内加热熔化至液态后经输送管道送至预混室。

  预混室内设有两组喷嘴,均通入由给风系统送来的热压力气流。其中一组有4只喷嘴按不同位置分布于预混室内壁,其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散,另一组只有1只喷嘴与改性剂输送管道相通,将液态表面

  粉体原料和表面改性剂在预混室内预混后随即进入主机,在主机内搅拌棒的高速搅拌下,受到冲击、摩擦、剪切等多种力的作用,使粉体物料与表面改性剂得到更加充分的接触、混合,以完成表面包覆改性。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。主机出口处高速旋转运动的冲击锤将表面包覆改性后的粉体物料进一步分散和解聚以避免改性后粉体颗粒的团聚。

  表面包覆改性后的物料输送至成品收集仓。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。

  这种间歇式表面改性机的工作原理是:无机粉体,如重质或轻质碳酸钙和表面改性剂在桨叶的作用下,

  一方面沿内筒体内壁作径向滚动,另一方面物料又沿桨叶两侧面与主轴带有15°倾斜角的法线方向飞溅,在内筒体整个空间使物料不断地对流、扩散,从而使表面改性剂包覆于粉体颗粒表面。

  是针对轻质和重质碳酸钙的表面改性设计的,它分为A、B两种机型,其中A型加热介质为导热油,B型加热介质为水蒸气。

  其特点是:浆叶有倾角,混合较均匀,表面改性剂不产生偏析;混合同时具有烘干作用,混合改性时间约为每次40-50min。

  图为用于表面涂敷改性的Wurster流态化床。这种流态化床的底部有两相喷嘴以使表面改性剂溶液雾化后涂敷于颗粒表面。

  工作时,物料从设备顶部进入,逐级通过各个研磨区,受到机械力和气动力产生的冲击、剪切和互磨等复合作用。

  目前这一系统主要用于与超细重质碳酸钙生产线配套进行表面改性,很少单独用于粉体的表面改性。

  一种兼具加热、粉碎和表面改性的多功能设备,英国Atritor公司的商品名称为Dryer Pulveriser。

  这是一种连续生产的设备,运转过程的温度和停留时间等可以调节。这种设备具有快速干燥功能,物料中的水分和加入其中的表面改性剂的溶剂组分能迅速地被气化,留下的活性组分吸附在颗粒表面。

  图为国内用于超细重质碳酸钙浆料干燥与表面改性的QGS型多功能强力干燥机的外形图,该机在对高固含量浆料进行干燥的同时,在干燥机的适当位置增加表面改性剂滴加或喷加装置,

  目前湿法表面改性设备主要采用可控温搅拌反应釜或反应罐。这种设备的筒体一般做成带夹套的内外两层,夹套内通加热介质,如蒸汽、导热油等。一些较简单的表面改性罐也可采用电加热。

  粉体表面化学包覆改性和沉淀包膜改性用的反应釜或反应罐,一般对压力没有要求,只要满足温度和料浆分散以及耐酸或耐碱腐蚀即可,因此,结构较为简单。

  一般夹套式搅拌反应釜的结构,主要由夹套式筒体、传热装置、传动装置、轴封装置和各种接管组成。

  釜体的筒体一般为钢制圆筒。常用的传热装置有夹套结构的壁外传热和釜内装设换热管传热两种形式。

  应用最多的是夹套传热。夹套是搅拌反应釜或反应罐最常用的传热结构,由圆柱形壳体和底封头组成。

  搅拌装置是反应釜的关键部件。筒体内的物料借助搅拌器的搅拌,达到充分混合和反应。搅拌装置通常包括搅拌器、搅拌轴、支承结构以及挡板、导流筒等部件。

  我国对搅拌装置的主要零部件已实行标准化生产。搅拌器主要有推进式、桨式、涡轮式、锚式、框式及螺旋式等类型。

  具体选用时要考虑流动状态、搅拌目的、搅拌容量、转速范围及浆料最高黏度等因素。

  1、对粉体及表面改性剂的分散性好。只有分散性好,才能使粉体与表面改性剂有较均等的作用机会和作用效果,也才能减少表面改性剂的用量。

  3、单位产品能耗低、磨耗小。除了改性剂外,表面改性的主要成本是能耗,低能耗的改性设备可以降低生产成本,提高产品竞争力;低磨耗不仅可以避免改性物料被污染,同时也可以提高设备的运转效率,降低运行成本。

  4、粉尘污染少。改性过程中的粉尘外逸不仅污染生产环境,而且损失物料,导致产品生产成本提高。因此,一定要考察设备的粉尘污染情况。

  7、自动控制水平高,能根据物料性质和表面改性剂的性质自动调节处理量、改性剂添加量以及改性温度和停留时间等因素。

  8、设备的生产能力要与设计生产规模相适应。在设计生产规模加大时,要尽量选用大型设备,减少设备的台数,以减少占地面积、生产成本和便于管理。

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