一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置

技术领域

本发明涉及颗粒分级的设备和应用技术领域，具体涉及一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置。

背景技术

微纳米颗粒是金刚线上砂工艺中的重要原料，也是上砂效果的主要指标之一，尤其是在金刚线上砂工艺中对于颗粒粒径均匀度要求非常高。另外，微纳米颗粒的应用涵盖包括催化剂、药物传递、光电子器件、生物成像等领域，越窄的分级在上述领域用处越大。因此，如何快速、准确地精细分级微纳米颗粒，显得尤为重要。

目前，利用干法分级在许多工业过程中得到广泛利用，但干法分级应用于微纳米颗粒分级不易分散，不适合直接对于微纳米颗粒进行分级。湿法离心式分级装置是一种高效、快速、快捷和可靠的获取不同粒径微纳米颗粒方法。传统的离心式分离器的对于操作要求较高，在仪器使用和维护上耗时较大，操作难度大。同时，传统的离心式分级装置需要多次分离才可以得到所需颗粒，效率较低。同时忽略系统温度控制和搅拌系统控制，会使得颗粒在作业过程中产生损坏和聚成团聚，不利于离心分级的结果，分级后的颗粒粒径范围和生产效率都不够稳定。

因此，开发一种微纳米级别颗粒的精细分级且易于操作的微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置，精确和高效分离微纳米颗粒混合液，对提高金刚线上砂工艺、药物传递、光电子器件加工等行业的生产效率和产品品质具有促进作用。

发明内容

为克服现有颗粒分级的不足，本发明的目的在于提供了一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置，能够有效提升颗粒分级效率和获得粒径范围窄、质量稳定的金刚砂颗粒。

本发明通过如下技术方案实现：

一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置，包括进料混合器、温度控制仪、空压机、控制面板、分离容器、分级螺旋管道、螺管八级离心式分离器、颗粒分级液收集器、逆止阀、电磁阀、连接管道和收集器管道；

进料混合器的顶部设置有进料口，内部设置有搅拌机，进料混合器的出料口通过逆止阀和电磁阀连通至分离容器的侧壁上，温度控制仪设置在进料混合器的四周向上，空压机的出口通过连接管道连通至分离容器的顶部，分离容器的底部连通至分级螺旋管道的进口，螺管八级离心式分离器的八个出口分别通过分级螺旋管道和收集器管道连通至对应的颗粒分级液收集器；

控制面板分别连接至进料混合器、空压机和螺管八级离心式分离器，具有调节混合液、工作压力以及工作模式选择的功能。

本发明进一步的改进在于，搅拌容器具有温度控制功能。

本发明进一步的改进在于，分离容器的顶部进气管道和混合液进口管道上均设置有逆止阀。

本发明进一步的改进在于，主要工作模式包括搅拌、注液和分离。

本发明进一步的改进在于，每个颗粒分级液收集器均设置有液位尺。

本发明进一步的改进在于，分级螺旋管道包括自上而下依次设置的一级螺旋管道、二级螺旋管道、三级螺旋管道和四级螺旋管道。

本发明进一步的改进在于，螺管八级离心式分离器分离微纳米颗粒粒径范围为1-10μm。

本发明进一步的改进在于，温度控制仪包括温度传感器、控制器、加热器和冷却系统，用于控制分级颗粒混合液的温度。

相对于现有技术，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置，可精确分级不同粒径微纳米颗粒，相比于传统分离器，能够实现单次八级分离，有效地提升作业速度和效率。同时，精准可控压力、温度和搅拌系统，可在分离过程中控制颗粒的状态，使得分级范围更窄，颗粒品质提高。分级装置各部件之间均采用可拆卸式结构，提升分级装置的便携性和适用性。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是本发明进料混合器三维立体图。

图3是本发明中分级螺旋管道三维立体图。

图4是本发明中颗粒分级液收集器三维立体图。

图5是本发明中装置控制逻辑图。

附图标记说明：

1、进料口；2、搅拌机；3、进料混合器；4、温度控制仪；5、空压机；6、控制面板；7、分离容器；8、分级螺旋管道；9、螺管八级离心式分离器；10、颗粒分级液收集器；11、逆止阀；12、电磁阀；13、泄压阀；14、连接管道；15、液位尺；16、收集器管道；17、一级螺旋管道；18、二级螺旋管道；19、三级螺旋管道；20、四级螺旋管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限于本发明。

本系统的原理为，通过进料混合器，在进料口加入所需要分级微纳米颗粒、分散剂和液体(水)，搅拌机对混合液体进行搅拌，温度控制仪控制加热器或冷却系统使混合液温度达到设定值后，打开连接管路电磁阀和逆止阀，使混合液进入分离容器；空压机加压分离容器上部空气压力，产生竖直向下的压力，打开分离容器底部阀门，驱动颗粒混合液体从分离容器流动至螺管八级离心式分离器，分级后的混合液通过分级液收集器收集储存，达到颗粒分级目的。设备运行调节利用控制面板控制。

图1至图4示出了本发明实施例提供的一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置的结构。该安装系统结构如下：

进料混合器3使用连接管道14、逆止阀11、电磁阀12与分离容器7相连；空压机5使用连接管道14和逆止阀11与分离容器7相连，分离容器7安装泄压阀13；分离容器7使用分级螺旋管道8和收集器管道16与颗粒分级液收集器10相连；温度控制仪4的冷却管道和热阻丝包裹进料混合器3。

本发明实施例提供的微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置安装包含进料混合器3，空压机5，螺管八级离心式分离器9和颗粒分级液收集器10四部分组成。所述进料混合器3，包含进料口1和搅拌机2，进料混合器3为整个分级装置提供搅拌均匀的颗粒溶液；空压机5为整个分级过程提供压力。螺管八级离心式分离器9包含分离容器7和分级螺旋管道8，颗粒混合液在分离容器7内被压缩高速进入分级螺旋管道8；颗粒分级液收集器10包含液位尺15，使用收集器管道16与分级螺旋管道8连接。

其中分离微纳米颗粒粒径范围为1-10μm，离心式分离器在分级过程中利用微纳米颗粒受到不同大小离心力，运动轨迹发生变化进入不同分级螺旋管道8达到分级效果。所述进料混合器3包括进料口1和搅拌机2，将微纳米颗粒输入装置，加入分散剂并混合搅拌至分散均匀；空压机5压缩空气供给压力使微纳米颗粒混合液进入螺管八级离心式分离器9；温度控制仪4包含传感器、控制器、加热器和冷却系统，控制微纳米颗粒混合液的温度在混合过程中达到设定温度；螺管八级离心式分离器9，包含分离容器7和分级螺旋管道8；颗粒分级液收集器10和螺管八级离心式分离器9整体连接，材料采用透明材料并配有液位尺15；连接管道14采用聚丙烯硬塑料，与逆止阀11组合使用，逆止阀11用于控制流体在管道中的单向流动，并防止流体在相反方向上的倒流；控制面板6集成的PLC控制系统连接温度控制仪4、空压机控制阀和各部分控制阀门。

进一步的，进料混合器3主要包括进料口1、搅拌机2和混合容器，通过进料口1将微纳米颗粒、分散剂和一定量液体输入混合容器，混合搅拌至分散均匀，搅拌机2可精确控制搅拌速度和时间。

进一步的，温度控制仪4包含传感器、控制器、加热器和冷却系统，混合液在混合容器中搅拌过程中，传感器测量温度，判断温度是否为设定温度，当温度低于设定温度时，启动加热器，当温度高于设定温度时，启动冷却系统，直至混合液温度与设定温度一致。

进一步的，当进料混合器3中混合液混合均匀且达到设定温度后，连接管道14上电磁阀12打开，混合液通过管道、电磁阀12和逆止阀11流入分离容器7；此处，逆止阀11用于控制流体在管道中的单向流动，并防止高压气体或流体反向流动。

进一步的，空压机5压缩空气供给压力使分离容器7上部处于高压状态，当分离容器7底部阀门打开后，微纳米颗粒混合液在高压气体动力作用下进入螺管八级离心式分离器9，空压机5输出压力可调整，适用于不同工况，增强了分级装置的适用性。

进一步的，螺管八级离心式分离器9包含分离容器7和分级螺旋管道8，搅拌均匀微纳米颗粒混合溶液从进料混合器3通过管道流入分离容器7，通过空压机5提供对微纳米颗粒溶液垂直向下的压力，使得混合液以一定速度进入螺旋管道，在旋转管道中周向流动，不同粒径颗粒受到不同大小的离心力作用，运动轨迹发生变化并进行分离，在螺管出口处通过隔离管道流入下一圈螺管，达到颗粒分级的目的。

具体的，分离容器7采用采用耐腐蚀有机玻璃材料，即便产生磨蚀，颗粒密度与金刚砂颗粒密度差别较大，便于后期处理；分级螺旋管道8为垂直向下四圈扁平螺旋状管道，垂直向下方向从第一圈到第四圈为：一级螺旋管道17、二级螺旋管道18、三级螺旋管道19和四级螺旋管道20。四个分级螺旋管道分别有一孔流道、二孔流道、四孔流道、八孔流道；在分级过程中利用不同粒径大小微纳米颗粒在弯管流道的流动过程中受到不同大小离心力作用，运动轨迹发生变化进入不同分级螺旋管道达到颗粒分级效果；颗粒溶液分级过程共通过四圈分级螺旋管道，在第一圈分级过程中，一级分级螺旋管道只有一孔流道，第一圈末在30％-50％管道宽度处分隔管道，进入第二圈两个粒径范围的颗粒分别进入二级分级螺旋管道的二孔流道中流动，实现两级分级；第三圈分级过程中，溶液在三级分级螺旋管道的四孔流道旋转流动分别进行分级，管道末端在分隔管道，实现四级分级；颗粒溶液进入第四圈四级分级螺旋管道分级，最终在第四圈八孔管道微纳米颗粒分级结束，共获得八个粒径范围的微纳米颗粒，进入收集颗粒分级液收集器10。

进一步的，颗粒分级液收集器10，储存分级完成后的微纳米颗粒溶液，材料采用透明材料并配有液位尺15便于观察混合液液位，颗粒分级液收集器10与螺管八级离心式分离器9整体连接，可整体更换。

进一步的，控制面板6所连接的控制系统连接温度控制仪4、空压机调节阀门和系统各部分阀门，设备启停、阀门开关、工作参数设定、工作模式选择等功能，通过精确控制各部件工作状态，达到精细分级微纳米颗粒的目的。

所述微纳米级颗粒湿法离心式精细分级装置分离微纳米颗粒粒径范围为1-10μm，可单次实现八个粒径范围颗粒分级，生产效率高，便于操作，可控制空压机5输出压力、颗粒混合液温度、搅拌速度时间和搅拌强度，产品质量稳定。

如图5所示，本发明的具体操作步骤如下：

(1)通过控制面板6开启分级装置，选择加料模式，将需要精细分级的微纳米颗粒、分散剂和液体加入混合容器。

(2)选择搅拌模式，调整搅拌机2和温度控制仪4，搅拌均匀颗粒混合液，并使混合液达到设定温度；

(3)在控制面板6上选择注液模式，打开主管道上的电磁阀12，使混合容器中的混合液流入分离容器7，完成后切换至分离模式；

(4)在分离模式下，首先根据工况需要的压力，设定空压机5工作压力，完成后打开管路上的气动控制阀，使分离容器7上部压力达到设定值，然后开启分离容器7底部控制阀门，使混合液流入螺管八级离心式分离器；

(5)分离容器7中的液体完全通过螺管八级离心式分离器后，颗粒分级完成，选择收集模式，关闭分离容器7底部阀门和空压机管道上的气动阀门，关闭空压机5，将分级液收集器更换，对分级液进行干燥处理。

(6)在控制面板6上选择清洁模式，清洁混合容器、分离容器7和螺管八级离心式分离器9，进入下一次生产作业。

本发明提到的一种微纳米颗粒湿法离心式精细分级装置，采用螺管八级离心式分离器，相比于传统分离器，能够有效地提升作业速度和微纳米级别颗粒分级生产效率。同时，精准可控压力、温度和搅拌系统，可在分离过程中控制颗粒的状态，提高精细分级所得颗粒的品质，使得颗粒的级配范围更窄，分级系数达到1.2。分级装置各部件之间均采用可拆卸式结构，提升分级装置的便携性和适用性。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。