基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及噴霧干燥技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備方法與裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]噴霧干燥是將料液(常用的有溶液、乳濁液、懸濁液等)用霧化器分散成霧狀霧滴，再用能源加熱該霧狀液滴使之干燥而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種干燥過程。噴霧干燥裝置廣泛用于礦粉、無機(jī)粉狀材料、醫(yī)藥、生物材料的制備。隨著我國微納技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，微納粉體獲取技術(shù)和設(shè)備發(fā)展很快。目前我國從事納米材料生產(chǎn)的企業(yè)約為350-400家，但年產(chǎn)值不高，這與國家的大量投入很不相稱。其主要原因在于:納米粉體材料制備技術(shù)和設(shè)備發(fā)展緩慢，設(shè)備匱乏，國內(nèi)市場上還未見“超聲霧化微納米粉體干燥儀”類似產(chǎn)品，因此嚴(yán)重制約了納米材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明目的是研發(fā)基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備方法及裝置，通過該裝置可以將生物、醫(yī)藥、化工、食品、染料等溶液干燥成“微納米級粉體”。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備裝置主要由噴霧裝置、干燥裝置和微納米干粉收集裝置所組成。通過壓電超聲作用將需要干燥的溶液先噴霧成微納米霧滴，再通過高純度干熱風(fēng)將霧狀霧滴干燥成超細(xì)粉體狀，最小粒徑為200nm，最后再利用高壓靜電方式對干燥后的微納米粉體進(jìn)行收集。
[0005]上述基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備裝置的具體使用方法如下:
[0006]一、制備用于噴霧干燥的料液(溶液、乳池液、懸池液)
[0007]制備濃度合適的噴霧干燥料液是噴霧樣品準(zhǔn)備的關(guān)鍵。溶度較高的料液可以減少干燥時間和保證干燥顆粒的球形狀態(tài)；而溶度較低的料液，較容易在低壓力下通過噴嘴而不堵塞。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在制備噴霧干燥料液時應(yīng)盡量調(diào)制濃度稍高的料液，可以保證噴霧干燥后的顆粒質(zhì)量及噴霧干燥效率。
[0008]二、噴霧干燥過程
[0009]1、生成干燥熱氣體。在進(jìn)行噴霧干燥之前，啟動位于微納米干粉制備裝置頂部的干燥裝置。該干燥裝置主要由加熱部分、溫度傳感器、鼓風(fēng)部分及溫度控制部分組成。開啟該裝置后，就會生成一股持續(xù)穩(wěn)定向下方流動的干燥熱氣體，經(jīng)過一定時間后，微納米干粉制備裝置內(nèi)腔的溫度就會升高到我們設(shè)定的溫度值，通常設(shè)定溫度為100-120°C。同時，該裝置中的溫度傳感器、溫度控制部分以及加熱部分之間通過相互控制調(diào)節(jié)作用，可以保證微納米干粉制備裝置內(nèi)腔的溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度附近，實驗表明，最終的溫度偏差不超過I。。。
[0010]2、輸送料液給噴頭。該過程主要由蠕動泵來完成。同時蠕動泵的運行速度可以調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)料液流入噴頭部分有不同的流速。流速會影響到料液霧化后形成霧滴的數(shù)量及大小，所以選擇合適的流速很關(guān)鍵。對流速大小的設(shè)定主要由料液成分以及噴頭相關(guān)參數(shù)決定。
[0011]3、料液霧化成霧滴。該過程由壓電超聲器來控制完成。在壓電超聲器作用下，從壓電陶瓷霧化片微米孔徑的“噴頭”中噴出亞微米霧滴(超聲空化作用)。
[0012]4、霧滴干燥。由第3步生成的霧滴，在第I步生成的干燥熱氣體作用下，其中的水分迅速蒸發(fā)，霧滴中的固體物質(zhì)被溫和地干燥成微納米粉體，并隨著干燥熱氣體向微納米干粉制備裝置內(nèi)腔下方運動。
[0013]三、回收微納米粉體
[0014]實驗表明，經(jīng)過霧化干燥得到的微納米干粉顆粒最小粒徑為200nm。在本發(fā)明中，主要是利用位于微納米干粉制備裝置底端位置處的圓筒形高壓靜電場來進(jìn)行微納米粉體的回收。最后，等料液被完全霧化干燥后即可關(guān)閉該裝置，從而取出回收到的微納米粉體產(chǎn)品O
[0015]本發(fā)明的主要突出點有以下幾點:
[0016]1、在進(jìn)行料液霧化時，在霧化噴頭中采用微孔徑2_5m的壓電陶瓷霧化片，通過超聲振動空化現(xiàn)象，將2-5m粒徑的霧滴裂解成最小為200nm粒徑的粉體，這樣可以使霧化干燥后的粉體達(dá)到微納米級。
[0017]2、在回收微納米粉體時，設(shè)計了一種電壓連續(xù)可調(diào)的1-1.5萬伏高壓、15-50毫安電流，通過對其控制，在干燥儀內(nèi)形成高壓靜電場可以對微納粉體進(jìn)行收集。采用這種回收方法，可以大大提高微納米粉體的回收率，盡可能多地減少不必要的浪費。
【附圖說明】
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[0018]圖1是本發(fā)明基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備裝置簡圖。
[0019]圖1中，1.干燥氣體進(jìn)口(任選進(jìn)口過濾器和吸氣器)；2.加熱器；3.蠕動泵；4.料液；5.入口溫度傳感器；6.霧化噴頭；7.集成控制部分；8.霧滴；9.顆粒收集電極處的成品；10.顆粒收集電極；11.HV-電極；12.出口過濾器；13.干燥氣體出口。
[0020]圖2霧化噴頭簡圖。
[0021]圖2中，1.壓電超聲器；2.連接裝置；3.霧化裝置。
[0022]圖3壓電陶瓷霧化片簡圖。
[0023]圖3中，1.霧化片中的微孔區(qū)；2.進(jìn)料口 ；3.出料口。
【具體實施方式】
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[0024]參照【附圖說明】實施方式:
[0025]如圖1中所示，干燥氣體從裝置I吹入微納米干粉制備裝置內(nèi)腔，干燥氣體在加熱器(2)的作用下，形成持續(xù)穩(wěn)定向下方流動的干燥熱氣體。加熱器(2)由兩根圓環(huán)型加熱管并聯(lián)組成，兩者之間填充金屬泡沫材料，以隔離兩加熱管并產(chǎn)生均勻熱量。入口溫度傳感器(5)用于實時監(jiān)測微納米干粉制備裝置內(nèi)腔的溫度，并將溫度傳送給集成控制部分(7)。在干燥氣體、加熱器(2)、集成控制部分(7)的相互作用下，內(nèi)腔內(nèi)的溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度值附近。
[0026]料液(4)與蠕動泵(3)之間，蠕動泵(3)與霧化噴頭(6)之間均用塑料蠕動管(包括進(jìn)液蠕動管和回液蠕動管)相連。蠕動泵⑶的轉(zhuǎn)速由集成控制部分(7)中的蠕動泵轉(zhuǎn)速控制模塊控制，以根據(jù)需要產(chǎn)生不同的進(jìn)料流速。
[0027]霧化噴頭(6)由壓電超聲器和壓電陶瓷霧化片組成。由壓電超聲器帶動壓電陶瓷霧化片振動，以使霧化片上的料液滴裂解成霧滴。
[0028]微納米干粉的回收裝置由高壓顆粒收集電極(10)和HV-電極(11)構(gòu)成，在兩者的作用下產(chǎn)生高壓靜電場，利用高壓靜電場的作用，使微納米干粉顆粒吸附于顆粒收集電極(10)表面。
[0029]干燥熱氣體從微納米干粉制備裝置內(nèi)腔底部經(jīng)過濾器(12)過濾后經(jīng)干燥氣體出口 (13)流出。
[0030]如圖2中所示，壓電超聲器⑴的正負(fù)極接電后，就可通過調(diào)節(jié)設(shè)置圖1中的集成控制部分(7)中的壓電超聲器振子頻率、振幅控制模塊來對其進(jìn)行控制。壓電超聲器(I)與霧化器(3)通過連接裝置(2)向連接，壓電超聲器(I)與連接裝置(2)以及霧化器(3)與連接裝置(2)之間均采用螺紋連接。壓電陶瓷霧化片位于霧化器(3)中。料液通過料液進(jìn)口管進(jìn)入到霧化器中。
[0031]如圖3中所示，壓電陶瓷霧化片中心區(qū)域為微孔區(qū)(I)，微孔區(qū)的上表面即進(jìn)料表面有進(jìn)料口(2)，下表面即出料表面有出料口(3)，液滴在壓電超聲器的作用下通過微孔區(qū)后就形成霧滴。
【主權(quán)項】
1.基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備方法，其特征是:通過壓電超聲作用將需要干燥的溶液先噴霧成微納米霧滴，再通過高純度干熱風(fēng)將霧狀霧滴干燥成超細(xì)粉體狀，最后再利用高壓靜電方式對干燥后的微納米粉體進(jìn)行收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米干粉制備方法，其進(jìn)一步特征是:加熱器(圖1中2)提供的熱能是可調(diào)的，由集成控制部分(圖1中7)的溫度檢測與加熱器控制模塊調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米干粉制備方法，其進(jìn)一步特征是:向干燥氣體進(jìn)入口(圖1中I)可以直接吹入室溫氣體或經(jīng)除濕的熱氣體或室溫氣體。
4.基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備裝置，其特征是:該裝置由噴霧裝置、干燥裝置和微納米干粉收集裝置所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米干粉制備裝置，其進(jìn)一步特征是:噴霧裝置有壓電超聲器(圖2中I)、霧化器(圖2中3)、連接裝置(圖2中2)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米干粉制備裝置，其進(jìn)一步特征是:壓電超聲器(圖2中I)的工作電壓為220V，其振動頻率可通過集成控制部分(圖1中7)中的壓電超聲器控制模塊調(diào)節(jié)，常用振動頻率為60kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米干粉制備裝置，其進(jìn)一步特征是:噴霧裝置中連接裝置(圖2中2)的材料為鋁，且該裝置上端和下端均有螺紋，以使裝卸，更換方便快速，同時，使用該連接裝置，可使振動傳遞導(dǎo)向性更好，噴霧能力也提高。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米干粉制備裝置，其進(jìn)一步特征是:霧化器(圖2中3)中核心部件是壓電陶瓷霧化片(圖3)，其微孔區(qū)中均勻分布著微小孔，其微孔區(qū)(圖3中I)的上表面即進(jìn)料表面上有進(jìn)料口(圖3中2)，下表面即出料表面上有出料口(圖3中3)，壓電陶瓷霧化片(圖3)的進(jìn)料表面上的進(jìn)料口 口徑和\或出料表面出料口 口徑為2-5um，壓電陶瓷霧化片(圖3)的厚度為0.5-1_。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米干粉制備裝置，其進(jìn)一步特征是:該裝置利用圓筒形高壓靜電場來進(jìn)行微納米粉體的回收，高壓靜電場主要由顆粒收集電極(圖1中10)和HV-電極(圖1中11)組成，其電壓和電流均可由集成控制器(圖1中7)中的高壓靜電收集干粉模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，其電壓連續(xù)可調(diào)范圍為1-1.5萬伏，電流連續(xù)可調(diào)范圍為15-50毫安。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種基于超聲霧化干燥的微納米干粉制備方法與裝置。該裝置主要由噴霧裝置、干燥裝置和微納米干粉收集裝置所組成。其制備方法為通過壓電超聲作用將需要干燥的溶液先噴霧成微納米霧滴，再通過高純度干熱風(fēng)將霧狀霧滴干燥成超細(xì)粉體狀，最小粒徑為200nm，最后再利用高壓靜電方式對干燥后的微納米粉體進(jìn)行收集。該微納米干粉制備方法與裝置可廣泛應(yīng)用生物、醫(yī)藥、化工、食品、染料等行業(yè)。與常用的機(jī)械、化學(xué)獲取微納米粉體方法相比，對于一些熱敏性材料，如超細(xì)生物粉體：納米生物蛋白、活性催化劑以及對純度要求特別高的超細(xì)粉體：如納米醫(yī)藥、納米炸藥等，采用本技術(shù)方法和裝置可以獲得用戶更滿意的產(chǎn)品，且生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。
【IPC分類】B01J2-04, B82Y40-00
【公開號】CN104549042
【申請?zhí)枴緾N201310507681
【發(fā)明人】仲兆準(zhǔn), 芮延年, 謝光偉, 張運詩
【申請人】仲兆準(zhǔn)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月25日