超细微粉及湿凝胶的干燥教程课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第14章超细微粉及湿凝胶的干燥,第14章超细微粉及湿凝胶的干燥,1,14.1 干燥原理,干燥对微分的粒径分布、后续加工的难易，对于凝胶的结构等都有重要的影响。,14.1.1 干燥过程的收缩,微粒形成的颗粒及凝胶在干燥过程中会发生收缩和变形。,变形收缩的推动力,：毛细管应力。变形收缩的程度取决于被干燥物质的本性和干燥过程的阶段性及快慢。,14.1 干燥原理 干燥对微分的粒径分布、后,2,1、凝胶种类与收缩,粉体性凝胶：收缩小,胶态性凝胶：收缩大,聚合凝胶：粘弹性变形，因收缩使粘性增加,2、凝胶收缩的推动力,液-固界面张力：含液体的湿区收缩，可能自发脱水收缩,固-气界面张力：干区收缩,重新分配压力：固-气界面张力液-固界面张力，驱使湿区液体流向干区，使湿区有更大的收缩推动力。,1、凝胶种类与收缩2、凝胶收缩的推动力,3,3、干燥过程,蒸发,固相的粘性变形,微孔中流体(液体和蒸汽)的流动,14.1.2 超细微粉的团聚,团,聚,软团聚,硬团聚,范德华力和库伦力,溶剂分散或研磨、超声,化学键力,研磨、超声和压实，也不易被破坏,3、干燥过程14.1.2 超细微粉的团聚团软团聚硬团聚范德华,4,1、团聚过程,伴随着成核和生长过程有聚结过程同时发生；,在固液分离过程中形成团聚结构；,在粉体焙烧过程中可使已形成的团聚体因发生局部烧结而结合得更牢固。,2、团聚机理,化学键的形成：,微粉颗粒之间形成氢键，干燥灼烧脱水形成-O-化学键-硬团聚,晶桥或晶颈的形成：,物质的内聚力把微粉颗粒连接起来形成,1、团聚过程伴随着成核和生长过程有聚结过程同时发生；2、团聚,5,3、团聚的根本原因,液-固、液-气界面张力的存在,是干燥过程引起凝胶变形和颗粒聚集的原因。,水的存在,是干燥过程中形成硬团聚的根源。,4、消除团聚的方法,控制反应条件，选择合适的沉淀剂；,充分洗涤，去除固液混合态里液相中残存的各种盐类杂质离子；,用表面张力比水低的醇、丙酮等有机溶剂洗涤以取代剩留在颗粒间的水。,3、团聚的根本原因 液-固、液-气界面张力的存,6,有机溶剂置换法,共沸蒸馏脱水干燥法,冷冻脱水干燥法,超临界流体干燥法,喷雾干燥法,5、消除团聚的干燥技术,有机溶剂置换法5、消除团聚的干燥技术,7,14.2 有机溶剂置换法,原理,用有机溶剂，例如乙醇和丙酮，进行多次洗涤、置换出水，然后再进行干燥，即可消除硬团聚，制得疏松易碎、有良好烧结活性的微粉。,特点,防止硬团聚；,多次洗涤脱水，有机溶剂耗量大；,回收用过的溶剂成为无水溶剂，能耗和成本更高,14.2 有机溶剂置换法原理特点,8,14.3 共沸蒸馏脱水干燥法,原理,把制成的微粉悬浮液或凝胶，,用水洗尽无机杂质,后，再,加入到,与水部分互溶或不互溶、沸点比水高的,有机溶剂,中，在搅拌下,共沸蒸馏,，使水与有机溶剂以最低恒沸物的形式蒸馏除尽。,有机溶剂经冷凝分层后循环使用。脱尽水分的悬浮物，分离去大量有机溶剂后，热力干燥，得到无团聚的疏松微粉。,14.3 共沸蒸馏脱水干燥法原理,9,方法,共沉淀法制得Y,2,O,3,-ZrO,2,凝胶，正丁醇为溶剂，共沸蒸馏脱水，制得Y,2,O,3,-ZrO,2,超细微粉。,举例：制备Y,2,O,3,-ZrO,2,超细微粉,结果,无团聚、分散良好、烧结性能优良；,烧结密度=96-97.5%理论密度。,方法举例：制备Y2O3-ZrO2超细微粉结果,10,共沸蒸馏脱水的优越性,共沸蒸馏脱水所用溶剂不必是无水溶剂，溶剂所含的水在共沸蒸馏中脱除；,共沸蒸馏蒸出的含水有机溶剂蒸汽，冷凝分层后，溶剂相可循环使用，不需添加大量溶剂；,分离出的水相易通过精馏回收，不造成溶剂的大量损失和环境污染；,共沸脱水和回收水相溶剂的能耗有机溶剂置换法,共沸蒸馏脱水的优越性共沸蒸馏脱水所用溶剂不必是无水溶剂，溶剂,11,共,沸,蒸,馏,脱,水,流,程,共,12,14.4 冷冻干燥,14.4.1 冷冻干燥法,将配制好的阳离子盐溶液喷入到低温有机液体中（用干冰或丙酮冷却的乙烷浴内），使液体进行,瞬间冷冻和沉淀,在玻璃器皿的底部，将冷冻球状液滴和乙烷筛选分离后放入冷冻干燥器，在维持,低温减压,条件下，溶剂,升华、脱水,，再在煅烧炉内将盐分解，可制得超细粉体。,14.4 冷冻干燥14.4.1 冷冻干燥法,13,14.4.2 冷冻干燥原理及过程,1、纯物质的p-T图,1,2,3,固相,气相,液相,压缩流体区,T,c,T,P,c,P,1-2线 升华线,固,气,升华,凝华,C,2-C线 汽化线,液,汽,蒸发,冷凝,2-3线 熔化线,固,液,溶化,凝固,汽体,气体,14.4.2 冷冻干燥原理及过程1、纯物质的p-T图123固,14,2、冷冻干燥过程,T,c,T,P,1,2,3,4,升华,12：常温常压，急冷，,固体；,23：等温降压，固体；,34：等压升温，冰升华,成水蒸气逸出，留,下粒间有空隙的疏,松微粉,2、冷冻干燥过程TcTP1234升华12：常温常压，急冷，,15,3、冷冻干燥法的突出优点,a.在溶液状态下均匀混合，适合于极微量组分的添加，有效地合成复杂的,陶瓷功能粉体材料,并,精确控制其最终组成,；,b.制备的超微粉体,粒度分布范围窄,，在10-500 nm范围内，冷冻干燥物在煅烧时内含气体极易逸出，容易获得易烧结的陶瓷超微粉体，由此制得的大规模集成电路基片平整度好，用来制备催化剂，则其表面积和反应活性均较一般过程高；,c.,操作简单,，特别适合于高纯陶瓷材料用超微粉体的制备。,3、冷冻干燥法的突出优点a.在溶液状态下均匀混合，适合于极,16,14.5 喷雾干燥,14.5.1 概述,喷雾干燥是采用,雾化器将原料液分散为雾滴,，并以,热气流,(空气、氮或过热蒸汽)干燥雾滴而获得粉状或粒状物料的一种干燥方法。,原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏糊状稠浆。,干燥产品可根据生产要求制成粉状、颗粒状、空心球或圆粒状,14.5 喷雾干燥14.5.1 概述,17,喷雾干燥的特点,干燥速度快，物料受热时间短。,干燥条件和产品的质量指标易于调节。,生产效率高，操作人员少。,生产过程简化，后续工序少。,设备较庞大，投资费用、动力和热能消耗均较大。,回收被废气夹带的成品粉未的装置复杂。,喷雾干燥的特点 干燥速度快，物料受热时间短。,18,14.5.2 喷雾干燥工艺流程,14.5.2 喷雾干燥工艺流程,19,工艺流程,空气过滤风机加热,料液过滤加压,喷雾,干料,旋风分离尾气,工艺流程空气过滤风机加热料液过滤加压喷雾干料旋风分,20,喷雾干燥法的基本过程（三个阶段）,A、将浓缩液分散成细小的微滴；,B、将细小微滴与热气流混合，使水分迅速蒸发；,C、将干燥的粉粒体颗粒从干燥空气中分离出来,喷雾干燥法的基本过程（三个阶段）A、将浓缩液分散成细小的微滴,21,空气加热系统,原料液供给系统,雾化干燥系统,废气排放及微粉回收系统,系统控制装置及废热回收装置,14.5.3 浆液的雾化,喷雾干燥系统的组成,空气加热系统14.5.3 浆液的雾化喷雾干燥系统的组成,22,雾化器分类和特点,（1）旋转式雾化器,操作简便、适用范围广；料液通道大，不易堵塞；动力消耗少；不适用粘度大的浆液；不需高压泵。,加工制造要求高，检修不便。,雾化器分类和特点（1）旋转式雾化器操作简便、适用范围广；料液,23,（2）压力式雾化器,操作压强3-20MPa；,结构简单、操作及检修方便、省动力；,喷嘴孔较小，易堵塞且磨损大；,不适用于高粘度液体及悬浮液；,需要高压浆液泵。,（2）压力式雾化器操作压强3-20MPa；,24,（3）气动式雾化器,主要由进气管、进料管、调节部件以及气体分散器组成；,压强：100-700kPa。,构造简单、磨损小，适用各种粘度的料液。,压缩空气用量大，消耗的动力多。,（3）气动式雾化器主要由进气管、进料管、调节部件以及气体分散,25,14.5.4 热风和雾滴的运动,热风(空气)与雾滴的运动和混合情况，直接影响干燥产品的性质、干燥时间和粘壁情况。,根据雾滴与气流运动的相对方向，运动情况可分为三类：,并流、逆流和混合流,。,14.5.4 热风和雾滴的运动热风(空气)与雾滴的运动和,26,并流(顺流),特点：,热风与料流同向；,开始时干燥推动力大；,适合于热敏性物料。,并流(顺流)特点：,27,逆流,特点：,热风与料流运动反向；,整个过程的干燥推动力不大，否则会夹杂其它颗粒；,热效率高；,停留时间长，最大限度除去水分；,不适宜热敏性物料。,逆流特点：,28,混合流,热风与料流的运动流向呈不规则状况。,运动过程中产生交混，接触充分，产生有利于热交换的“骚动”，提高干燥效果；但会造成运动紊乱，出现涡流，使雾滴流动半径加大，,出现粘壁现象或造成焦化。,混合流热风与料流的运动流向呈不规则状况。,29,粘壁现象,危害！,严重影响产品质量，迫使停工清除，甚至使喷雾干燥器完全不能投入生产。,分,类,1.,半湿物料的粘壁,：雾滴在尚未形成硬,壳之前与壁面碰撞而粘壁；,2.,干颗粒,在干燥温度下,软化,，具有粘性,表面而粘壁；,3.,干燥粉尘附着,于壁面。,雾滴粗大，雾化不完全，空气流速或流向不当，浆液固含量偏低，喷嘴位置不正,气流温度过高；浆液中有机物成分的熔融软化,干粉附在壁面，不形成硬块，易除去。,粘壁现象危害！分1.半湿物料的粘壁：雾滴在尚未形成硬雾滴粗,30,