本發(fā)明涉及一種離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化的裝置，屬于流化設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米顆粒由于粒子尺寸小、比表面積大，具有一系列優(yōu)異的特性，被廣泛應(yīng)用于化工、電子、陶瓷、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。流態(tài)化技術(shù)能大幅度提高顆粒粉末間的傳熱傳質(zhì)效率，納米顆粒的流態(tài)化在許多工業(yè)過程中有著重要的作用，主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

1、納米顆粒的混合和粉體輸送：不少功能材料的制備過程中都需要將不同的納米顆?；旌暇鶆蚧?qū)⒓{米顆粒均勻分散到其它材料中，流化的納米顆粒有很好的傳質(zhì)和傳熱速率，可以實(shí)現(xiàn)比機(jī)械攪拌等更均勻的混合，并具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn)。

2、利用流化床生產(chǎn)、加工納米材料：納米顆粒聚團(tuán)在充分流化下氣-固混合度很高，聚團(tuán)解聚、重聚十分頻繁，故流化床技術(shù)成為生產(chǎn)、加工先進(jìn)材料的有效途徑。例如碳納米管、二硫化鎢、硅、氮化硅、聚丙烯、石墨烯的化學(xué)氣相沉積，氧化鋁、二氧化硅、二氧化錫、二氧化鈦、氧化鐵、多晶硅的原子層沉積，材料表面改性(如將親水性基團(tuán)改為疏水性基團(tuán))，鎳顆粒的還原處理等。

3、納米顆粒的表面改性和包涂：實(shí)現(xiàn)散式流態(tài)化的納米顆粒具有聚團(tuán)尺寸分布均勻、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在納米顆粒表面改性方面有很好的應(yīng)用價(jià)值，例如，將表面形狀復(fù)雜的金屬或塑料物件加熱至納米顆粒的熔點(diǎn)后浸入其中，可以實(shí)現(xiàn)表面均勻光滑的涂覆。

4、在可持續(xù)化學(xué)工業(yè)中納米催化劑的流化：氣固流化床反應(yīng)器廣泛適用于不同的化學(xué)過程，如商用和特種化學(xué)品的生產(chǎn)、煤的燃燒和氣化、聚合物生產(chǎn)等。在氣-固催化過程中催化劑總是以固體形式存在，而納米級催化劑材料能夠快速分散在原料和產(chǎn)品之間，提供了一種新的工藝路線。例如，在利用原料合成天然氣(甲烷化)過程中需要除去毒物一氧化碳，純凈的鎳/氧化鋁催化劑很難被流化，但加入大量氧化鋁顆粒后流化性能得到明顯提升，催化效果也大大加強(qiáng)。

對于粒徑直徑較大的顆粒，易于實(shí)現(xiàn)較為理想的流態(tài)化。而對于原生粒徑很小的納米顆粒，顆粒間具有較強(qiáng)的粘附力，顆粒之間發(fā)生相互的粘附而聚結(jié)在一起，在合成、輸運(yùn)、存儲等過程中形成大且密實(shí)的聚團(tuán)，這些大聚團(tuán)的存在影響了納米顆粒的流態(tài)化，使其在普通流化過程中容易產(chǎn)生溝流、節(jié)涌甚至死床等非正常流化現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的流態(tài)化，大大降低了氣固接觸效率，限制了納米顆粒流化床在工業(yè)中的應(yīng)用。

在傳統(tǒng)流化床中納米顆粒很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流化，而外在力場能夠很大程度上增強(qiáng)納米顆粒的流化能力，強(qiáng)化納米顆粒之間的傳熱傳質(zhì)能力，從而提高納米顆粒的利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化的裝置，該裝置能夠通過離心場和聲場強(qiáng)化納米顆粒流化，有效消除納米顆粒在流化床內(nèi)出現(xiàn)的溝流、節(jié)涌甚至死床等非正常流化現(xiàn)象，加強(qiáng)顆粒聚團(tuán)的團(tuán)聚-破碎過程，強(qiáng)化顆粒間的混合，提高顆粒和主體相間的傳熱傳質(zhì)能力，且易于實(shí)現(xiàn)過程應(yīng)用及放大，操作可控性強(qiáng)，穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化的裝置，其特征在于：該裝置包括進(jìn)料斗、環(huán)形進(jìn)氣室、離心流化床體、步進(jìn)電機(jī)、出料斗、床體支撐架、布袋除塵器、發(fā)聲器、擴(kuò)聲器、環(huán)形布風(fēng)板、進(jìn)氣口、內(nèi)出料口和出氣口，其中離心流化床體為圓柱形，其側(cè)圓周壁具有一圈由密孔板構(gòu)成的環(huán)形布風(fēng)板，在環(huán)形布風(fēng)板的外圍覆蓋有環(huán)形進(jìn)氣室，且環(huán)形進(jìn)氣室外側(cè)對稱位置具有對稱的進(jìn)氣口；在離心流化床體的頂部正中位置，貫穿離心流化床體的頂部垂直安裝有擴(kuò)聲器，擴(kuò)聲器上面連接有發(fā)聲器，發(fā)聲器位于離心流化床體外部；在離心流化床體的頂部一側(cè)布置有進(jìn)料斗，對應(yīng)的另一側(cè)布置有出氣口，出氣口位于離心流化床體內(nèi)部的一端連接有布袋除塵器；在離心流化床體的底部貼近側(cè)圓周壁的位置對稱布置有內(nèi)出料口；離心流化床體的底部與床體支撐架的上部滑動(dòng)連接，離心流化床體底部的外側(cè)正中位置安裝有直角傳動(dòng)齒輪箱，該直角傳動(dòng)齒輪箱受步進(jìn)電機(jī)控制，使得離心流化床體相對床體支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)；出料斗與床體支撐架下部相連，納米顆粒在離心流化床體內(nèi)部流化結(jié)束后通過內(nèi)出料口流至出料斗。

其中：

所述的環(huán)形布風(fēng)板與離心流化床體的側(cè)圓周壁的接觸部位設(shè)置有密封墊圈。

所述的進(jìn)氣口的數(shù)量為2個(gè)；所述內(nèi)出料口的數(shù)量為2個(gè)。

所述組成環(huán)形布風(fēng)板的密孔板上孔的孔徑大小在1μm以下。

所述離心流化床體相對床體支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速在500rpm以下。

發(fā)聲器的聲波頻率為50～200hz，發(fā)生器的聲壓為60～135db，離心流化床體內(nèi)部聲壓與發(fā)生器的聲壓一致。

所述納米顆粒的原生粒徑小于500nm。

所述的離心流化床體中流化氣體速度為0.01～0.8m/s。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明中的離心流化床具有普通流化床所不能的優(yōu)勢，即高強(qiáng)度傳質(zhì)傳熱的特點(diǎn)。在離心力場條件下，納米顆粒的有效重力為普通流化床中的幾倍甚至幾十、上百倍，因而流化時(shí)氣固之間的相互剪切力大為增強(qiáng)，足以克服納米顆粒間的粘附力，使顆粒聚團(tuán)破碎，較大程度地改善了流化質(zhì)量，使納米顆粒能夠在離心流化床中表現(xiàn)出良好流化行為。同時(shí)能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)離心流化床中納米顆粒所受離心力的大小，從而在高氣速條件下保持納米顆粒穩(wěn)定散式流態(tài)化狀態(tài)，避免因氣泡導(dǎo)致大量氣體短路出床層，從而提高氣固接觸效率。

2、本發(fā)明中的聲波發(fā)生裝置垂直安裝在離心流化床上方，將聲波從流化床頂部傳入流化床中，可以有效降低流化床中納米顆粒聚團(tuán)的尺寸，使之在很低的操作氣速下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流化，顯著地改善納米粉體的流化質(zhì)量。而且聲能還具有不受顆粒物性限制的特點(diǎn)，流化床是離散顆粒與連續(xù)流體的混合體具有準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)的特性，聲波在非連續(xù)介質(zhì)中的傳播具有明顯的頻散效應(yīng)和強(qiáng)烈衰減特性，低頻高強(qiáng)度的聲波可以抑制溝流，改善粘附佳顆粒的流化性能。

綜上所述，本發(fā)明中的一種離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化的裝置，能夠通過離心場和聲場強(qiáng)化納米顆粒流化，有效消除納米顆粒在流化床內(nèi)出現(xiàn)的溝流、節(jié)涌甚至死床等非正常流化現(xiàn)象，加強(qiáng)顆粒聚團(tuán)的團(tuán)聚-破碎過程，強(qiáng)化顆粒間的混合，提高顆粒和主體相間的傳熱傳質(zhì)能力，且易于實(shí)現(xiàn)過程應(yīng)用及放大，操作可控性強(qiáng)，穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中有：進(jìn)料斗1、環(huán)形進(jìn)氣室2、離心流化床體3、步進(jìn)電機(jī)4、出料斗5、床體支撐架6、布袋除塵器7、發(fā)聲器8、擴(kuò)聲器9、出氣口10、環(huán)形布風(fēng)板11、進(jìn)氣口12、內(nèi)出料口13、密封墊圈14、直角傳動(dòng)齒輪箱15和納米顆粒16。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行清楚、完整的描述。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種離心場和聲場協(xié)同增強(qiáng)納米顆粒流化的裝置該裝置包括進(jìn)料斗1、環(huán)形進(jìn)氣室2、離心流化床體3、步進(jìn)電機(jī)4、出料斗5、床體支撐架6、布袋除塵器7、發(fā)聲器8、擴(kuò)聲器9、出氣口10、環(huán)形布風(fēng)板11、進(jìn)氣口12、內(nèi)出料口13、密封墊圈14、直角傳動(dòng)齒輪箱15，其中離心流化床體3為圓柱形，其側(cè)圓周壁具有一圈由孔徑大小在1μm以下的密孔板構(gòu)成的環(huán)形布風(fēng)板11，環(huán)形布風(fēng)板11與離心流化床體3的側(cè)圓周壁的接觸部位設(shè)置有密封墊圈14，在環(huán)形布風(fēng)板11的外圍覆蓋有環(huán)形進(jìn)氣室2，且環(huán)形進(jìn)氣室2外側(cè)對稱位置具有對稱的2個(gè)進(jìn)氣口12；在離心流化床體3的頂部正中位置，貫穿離心流化床體3的頂部垂直安裝有擴(kuò)聲器9，擴(kuò)聲器9上面連接有發(fā)聲器8，發(fā)聲器8位于離心流化床體3外部；在離心流化床體3的頂部一側(cè)布置有進(jìn)料斗1，對應(yīng)的另一側(cè)布置有出氣口10，出氣口10位于離心流化床體3內(nèi)部的一端連接有布袋除塵器7；在離心流化床體3的底部貼近側(cè)圓周壁的位置對稱布置有2個(gè)內(nèi)出料口13；離心流化床體3的底部與床體支撐架6的上部滑動(dòng)連接，相對床體支撐架6轉(zhuǎn)動(dòng)，離心流化床體底部的外側(cè)正中位置安裝有直角傳動(dòng)齒輪箱，離心流化床體3和步進(jìn)電機(jī)4通過直角傳動(dòng)齒輪箱15進(jìn)行傳動(dòng)；出料斗5與床體支撐架6下部相連，納米顆粒16在離心流化床體3內(nèi)部流化結(jié)束后通過內(nèi)出料口13流至出料斗5。

將上述納米顆粒流化裝置進(jìn)行如下試驗(yàn)：采用原生粒徑直徑為200nm的未改性氧化鈦顆粒進(jìn)行流化實(shí)驗(yàn)。該物料具有很強(qiáng)的粘附性，是典型的粘附性納米顆粒物。打開進(jìn)料斗，將氧化鈦納米顆粒放入離心流化床體中，離心流化床體轉(zhuǎn)速為350rpm，聲波發(fā)生裝置發(fā)出頻率為120hz、聲壓為110db。流化氣體從環(huán)形進(jìn)氣室左右兩側(cè)對稱進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)過環(huán)形布風(fēng)板將離心流化床體內(nèi)的納米氧化鈦顆粒流化起來，最終的氣體通過布袋除塵器后排放。床內(nèi)流化氣體速度為0.01～0.8m/s，實(shí)現(xiàn)了典型的粘附性顆粒納米氧化鈦的穩(wěn)定流態(tài)化。