一文了解9種表面改性設(shè)備及其選擇原則

　　工藝與設(shè)備是最終實現(xiàn)按應(yīng)用需要改善粉體表面性能的關(guān)鍵因素之一，而粉體表面改性設(shè)備的類型很多，既有干法改性設(shè)備，也有濕法改性設(shè)備，其選擇的依據(jù)是表面改性方法和工藝。今天，除塵布袋與大家分享9種表面改性設(shè)備及其選擇原則。

一、干式粉體表面改性設(shè)備

1、SLG型連續(xù)式粉體表面改性機

（1）結(jié)構(gòu)組成

SLG型連續(xù)式粉體表面改性機主要由溫度計、出料口、進風口、風管、主機、進料口、計量泵和喂料機組成。

SLG型連續(xù)式粉體表面改性機

　　其系統(tǒng)配置一般包括給料裝置、改性劑計量添加裝置、主機、旋風集料器、布袋收塵器等。

（2）工作原理

待改性物料經(jīng)喂料機給入，經(jīng)與自動計量和連續(xù)給入的表面改性劑接觸后，依次通過三個圓筒形的改性腔從出料排出。在改性腔中，特殊設(shè)計的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和定子與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用，產(chǎn)生其表面改性所需的溫度，該溫度可通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、粉料通過的速度或給料速度以及風門大小來調(diào)節(jié)，可到150℃。同時轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)強制粉體物料松散并形成渦流二相流，使表面改性劑能迅速、均勻地與粉體顆粒表面作用，包覆于顆粒表面。

（3）性能特點

對粉體及表面改性劑的分散性好，不僅改性產(chǎn)品無團聚顆粒，而且對原料中的團聚體顆粒有一定的解聚作用；

連續(xù)計量匹配進料和進藥（改性劑），粉體與表面改性劑的作用計劃均等，粉體表面包覆均勻，產(chǎn)品包覆率高；

能耗低，以SLG-3/600型機為例，用于超細輕質(zhì)碳酸鈣改性的單位產(chǎn)品能耗不大于35KW·h/t；

無粉塵污染，系統(tǒng)閉路和負壓運行且配有高效除塵裝置；

連續(xù)生產(chǎn)，自動化程度高，操作簡便；

運行平穩(wěn)。

（4）適用范圍

適用于連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)各種表面有機化學(xué)包覆的無機粉體，如重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、氧化鋅、、強氧化鋁、絹云母、、白炭黑、鈦白粉、滑石、硅微粉等無機活性填料或顏料。

既可以與干法制粉工藝（如超細粉碎工藝）配套，也可單獨設(shè)置用于各種超細粉體的表面改性以及納米粉體的解團聚和表面改性。

2、高速加熱式混合機

（1）結(jié)構(gòu)組成

高速加熱式混合機主要由回轉(zhuǎn)蓋、混合鍋、折流板、攪拌裝置、排料裝置、驅(qū)動電機、機座等組成。

高速加熱式混合機

　?。?）工作原理

當混合機工作時，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側(cè)面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動。同時，由于離心力的作用，物料被拋向混合室內(nèi)壁，并沿壁面上升到一定高度后因重力作用又回到葉輪中心，接著又被拋起。這種上升運動與切向運動的結(jié)合，使物料實際上處于連續(xù)的螺旋狀上、下運動狀態(tài)。

由于轉(zhuǎn)輪速度很高，物料運動速度也很快?？焖龠\動著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使得團塊破碎，物料溫度相應(yīng)升高，同時迅速地進行交叉混合。這些作用促進了物料的分散和對液體添加劑（如表面改性劑）的均勻吸附?；旌鲜覂?nèi)的折流板進一步攪亂物料流態(tài)，使物料形成無規(guī)運動，并在折流板附近形成很強的渦流。對于高位安裝的葉輪，物料在葉輪上下形成了連續(xù)交叉流動，使混合更快、更均勻?；旌辖Y(jié)束后，夾套內(nèi)通冷卻介質(zhì)，冷卻后物料在葉輪作用下由排料口排出。

（3）適用范圍

高速加熱混合機是一種間歇式的批量粉體表面改性設(shè)備，它的處理時間可長可短，適合中、小批量粉體的表面化學(xué)包覆改性和實驗室進行改性劑配方試驗研究。

3、HYB高速氣流沖擊式表面改性機

（1）結(jié)構(gòu)組成

日本制造的HYB型高速沖擊式粉體表面改性機的主機結(jié)構(gòu)主要由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子、循環(huán)回路、翼片、夾套、給料和排料裝置等部分組成。

HYB高速氣流沖擊式表面改性機

　　整套系統(tǒng)由混合機、計量給料裝置、HYB主機、產(chǎn)品收集裝置、控制裝置等組成。

（2）工作原理

投入機內(nèi)的物料在轉(zhuǎn)子、定子等部件的作用下被迅速分散，同時不斷受到以沖擊力為主的包括顆粒相互間的壓縮、摩擦和剪切力等諸多力的作用，在較短時間內(nèi)即可完成表面包覆、成膜或球形化處理。

（3）適用范圍

該系統(tǒng)不僅可用于粉體的表面化學(xué)包覆、膠囊化、機械化學(xué)改性和粒子球形化處理，還可用于“微米/微米”和“納米/微米”粉體的復(fù)合。物料可以是無機物、有機物、金屬等，適用范圍較廣，而且是短時間干式處理。

4、PSC型粉體表面改性機

（1）結(jié)構(gòu)組成

PSC型粉體表面改性機是一種連續(xù)干式粉體表面改性機。其結(jié)構(gòu)主要由給料機、加熱螺旋輸送機、主軸、攪拌棒、沖擊錘、排料口等組成。

PSC型粉體表面改性機

PSC型粉體表面改性機整套工藝系統(tǒng)由給料裝置、（導(dǎo)熱油）加熱裝置、給藥（表面改性劑）裝置、改性主機、集料裝置、收塵裝置等組成。

（2）工作原理

工作時，粉體原料經(jīng)給料輸送機被送至主機上方的預(yù)混室，在輸送過程中由給料輸送機特設(shè)的加熱裝置將粉體物料加熱并干燥，同時固體狀的表面改性劑也在專用加熱容器內(nèi)加熱熔化至液態(tài)后經(jīng)輸送管道送至預(yù)混室。

預(yù)混室內(nèi)設(shè)有兩組噴嘴，均通人由給風系統(tǒng)送來的熱壓力氣流。其中一組有4只噴嘴按不同位置分布于預(yù)混室內(nèi)壁，其作用是將由給料輸送系統(tǒng)送來的粉體物料吹散，另一組只有1只噴嘴與改性劑輸送管道相通，將液態(tài)表面

改性劑吹散霧化。粉體原料和表面改性劑在預(yù)混室內(nèi)預(yù)混后隨即進入主機，在主機內(nèi)攪拌棒的高速攪拌下，受到?jīng)_擊、摩擦、剪切等多種力的作用，使粉體物料與表面改性劑得到更加充分的接觸、混合，以完成表面包覆改性。主機夾層內(nèi)循環(huán)流動的高溫導(dǎo)熱油使機內(nèi)始終保持著穩(wěn)定的工作溫度。主機出口處高速旋轉(zhuǎn)運動的沖擊錘將表面包覆改性后的粉體物料進一步分散和解聚以避免改性后粉體顆粒的團聚。

表面包覆改性后的物料輸送至成品收集倉。在氣流輸送過程中，利用輸送氣流將物料中過高的熱量吸收，并經(jīng)布袋除塵器除塵后排出室外，成品進入收集倉后即可降至可存儲的溫度。

5、臥式槳葉混合機

（1）結(jié)構(gòu)組成

臥式槳葉混合機是一種以臥式筒體和單軸多槳為結(jié)構(gòu)特點的間歇式粉體表面改性機，主要由傳動機構(gòu)、主軸、筒體、端蓋等組成。

臥式槳葉混合機

（2）工作原理

這種間歇式表面改性機的工作原理是：無機粉體，如重質(zhì)或輕質(zhì)碳酸鈣和表面改性劑在槳葉的作用下，一方面沿內(nèi)筒體內(nèi)壁作徑向滾動，另一方面物料又沿槳葉兩側(cè)面與主軸帶有15°傾斜角的法線方向飛濺，在內(nèi)筒體整個空間使物料不斷地對流、擴散，從而使表面改性劑包覆于粉體顆粒表面。

（3）適用范圍

這種表面改性機是針對輕質(zhì)和重質(zhì)碳酸鈣的表面改性設(shè)計的，它分為A、B兩種機型，其中A型加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，B型加熱介質(zhì)為水蒸氣。

其特點是：漿葉有傾角，混合較均勻，表面改性劑不產(chǎn)生偏析；混合同時具有烘干作用，混合改性時間約為每次40-50min。

6、流態(tài)化床改性機

圖為用于表面涂敷改性的Wurster流態(tài)化床。這種流態(tài)化床的底部有兩相噴嘴以使表面改性劑溶液霧化后涂敷于顆粒表面。

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　　Wurster流化床可用于各種無機粉體顆粒的有機包覆或涂敷改性。

二、兼具粉碎或干燥功能的表面改性機

1、渦輪（旋）磨

（1）結(jié)構(gòu)組成

渦輪（旋）磨主要由機座，驅(qū)動部分，粉碎腔，間隙調(diào)節(jié)和進、出料口組成。

（2）工作原理

工作時，物料從設(shè)備頂部進入，逐級通過各個研磨區(qū)，受到機械力和氣動力產(chǎn)生的沖擊、剪切和互磨等復(fù)合作用。

（3）適用范圍

配合加熱和給藥設(shè)備，HWV渦輪磨可組成粉體表面改性系統(tǒng)，目前這一系統(tǒng)主要用于與超細重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線配套進行表面改性，很少單獨用于粉體的表面改性。

2、干燥式粉碎及表面改性機

干燥式粉碎及表面改性機為一種兼具加熱、粉碎和表面改性的多功能設(shè)備，英國Atritor公司的商品名稱為Dryer Pulveriser。

這是一種連續(xù)生產(chǎn)的設(shè)備，運轉(zhuǎn)過程的溫度和停留時間等可以調(diào)節(jié)。這種設(shè)備具有快速干燥功能，物料中的水分和加入其中的表面改性劑的溶劑組分能迅速地被氣化，留下的活性組分吸附在顆粒表面。

圖為國內(nèi)用于超細重質(zhì)碳酸鈣漿料干燥與表面改性的QGS型多功能強力干燥機的外形圖，該機在對高固含量漿料進行干燥的同時，在干燥機的適當位置增加表面改性劑滴加或噴加裝置，成功地在物料干燥過程中實現(xiàn)了超細重質(zhì)碳酸鈣的表面改性。

三、濕法表面改性設(shè)備

對于濕法表面改性要使用濕法設(shè)備。目前濕法表面改性設(shè)備主要采用可控溫攪拌反應(yīng)釜或反應(yīng)罐。這種設(shè)備的筒體一般做成帶夾套的內(nèi)外兩層，夾套內(nèi)通加熱介質(zhì)，如蒸汽、導(dǎo)熱油等。一些較簡單的表面改性罐也可采用電加熱。

粉體表面化學(xué)包覆改性和沉淀包膜改性用的反應(yīng)釜或反應(yīng)罐，一般對壓力沒有要求，只要滿足溫度和料漿分散以及耐酸或耐堿腐蝕即可，因此，結(jié)構(gòu)較為簡單。

1、可控溫攪拌反應(yīng)釜

一般夾套式攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)，主要由夾套式筒體、傳熱裝置、傳動裝置、軸封裝置和各種接管組成。

釜體的筒體一般為鋼制圓筒。常用的傳熱裝置有夾套結(jié)構(gòu)的壁外傳熱和釜內(nèi)裝設(shè)換熱管傳熱兩種形式。應(yīng)用最多的是夾套傳熱。夾套是攪拌反應(yīng)釜或反應(yīng)罐的傳熱結(jié)構(gòu)，由圓柱形殼體和底封頭組成。

攪拌裝置是反應(yīng)釜的關(guān)鍵部件。筒體內(nèi)的物料借助攪拌器的攪拌，達到充分混合和反應(yīng)。攪拌裝置通常包括攪拌器、攪拌軸、支承結(jié)構(gòu)以及擋板、導(dǎo)流筒等部件。

我國對攪拌裝置的主要零部件已實行標準化生產(chǎn)。攪拌器主要有推進式、槳式、渦輪式、錨式、框式及螺旋式等類型。具體選用時要考慮流動狀態(tài)、攪拌目的、攪拌容量、轉(zhuǎn)速范圍及漿料黏度等因素。

四、表面改性設(shè)備的選擇原則

1、對粉體及表面改性劑的分散性好。只有分散性好，才能使粉體與表面改性劑有較均等的作用機會和作用效果，也才能減少表面改性劑的用量。

2、改性溫度和停留時間在一定范圍內(nèi)可調(diào)。

3、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗校除了改性劑外，表面改性的主要成本是能耗，低能耗的改性設(shè)備可以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力；低磨耗不僅可以避免改性物料被污染，同時也可以提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，降低運行成本。

4、粉塵污染少。改性過程中的粉塵外逸不僅污染生產(chǎn)環(huán)境，而且損失物料，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，一定要考察設(shè)備的粉塵污染情況。

5、連續(xù)生產(chǎn)，操作簡便，勞動強度小。

6、運行平穩(wěn)、可靠。

7、自動控制水平高，能根據(jù)物料性質(zhì)和表面改性劑的性質(zhì)自動調(diào)節(jié)處理量、改性劑添加量以及改性溫度和停留時間等因素。

8、設(shè)備的生產(chǎn)能力要與設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。在設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模加大時，要盡量選用大型設(shè)備，減少設(shè)備的臺數(shù)，以減少占地面積、生產(chǎn)成本和便于管理。