一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，外筒体为卧式结构，外筒体内部设有研磨内筒，减速机Ⅰ通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴穿过外筒体端盖上的通孔插入到研磨内筒中，搅拌轴通过两端的轴承座固定在外筒体的两端；研磨内筒外设有夹套，外筒体上设有物料进出口，物料进出口与研磨内筒相通，研磨内筒中设有研磨球；搅拌轴上装有桨叶和刮料螺带，桨叶交错安装在搅拌轴上；刮料螺带安装在搅拌轴上。本发明设有桨叶和刮料螺带，使得研磨内筒的研磨球可在桨叶和刮料螺带的带动下来回移动，增强了研磨球的扰动性，从而使物料反应更均匀，表面更新更快，有效缩短反应时间，降低了原料的损耗，提高了产品质量。
【专利说明】一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搅拌球磨机，具体地说，是一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器。
【背景技术】
[0002]多糖高聚物包括淀粉、木质纤维素、壳聚糖等，多糖高聚物一般都是结晶高聚物，由结晶区和无定形区组成，结晶区的结构特点是羟基在分子内或分子间形成氢键，构成高度结晶的结构，大多数反应试剂只能到达无定形区，而不能到达结晶区，因此要提高多糖结晶高聚物的改性与深加工效率就必须对它们进行活化处理。
[0003]机械活化(Mechanical Activat1n)是一门新兴交叉边缘技术，是指固体物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，使晶体结构及物化性能发生改变，使部分机械能转变成物质的内能，从而引起固体的化学活性增加，它属于机械(力)化学的范畴。自Peters发表第一篇有关“机械力化学”论文至今40多年的时间里，该技术已广泛应用于制备超微及纳米粉末、纳米复合材料、弥散强化合金结构材料、金属精炼、矿物和废物处理、有机材料的合成等。
[0004]搅拌球磨机是一种常被用于例如在液相中粉碎或者分散固体的机械活化反应器，广泛适用于生物、食品、化妆品、医药、陶瓷、材料及农药等行业中。在该类机械活化反应器中，可以是固-固相反应，也可以是液-固相反应。在机械活化反应器的反应过程中，通过磨球、磨球与物料之间的相对运动，产生摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力使多糖高聚物的活化与反应同时进行，一方面机械力的作用可使多糖高聚物的纤维束分裂、颗粒明显细化，晶体结构受到破坏、结晶度下降，晶粒尺寸减小，氢键的能量提高，产生高活性羟基或因分子链断裂而形成高活性的大自由基、有利于其进行改性反应；另一方面机械活化使物质内部产生大量的晶格畸变，部分机械能转变为化学能储存起来，使物质处于不稳定的高能状态，从而也使多糖尚聚物的反应活性提尚。
[0005]然而，传统的搅拌球磨机在强化多糖高聚物改性方面仍存在着很多缺陷:
一是，因涉及对内部物料同时恒温加热控制，常设计为单独内轴搅拌或单独外筒的转动，因此，传统机械活化装置存在动力消耗大，设备庞大及反应速度慢，产能低等缺陷。
[0006]二是，搅拌球磨机在运转时，由于大量的研磨球之间的冲击，在球磨过程中球与球之间、球与物料之间相互碰撞能产生热量，可能会造成局部温度升高，导致物料受热不均匀，并容易在加温过程中出现物料粘壁现象，原料损耗也较大，产品质量控制较难。
[0007]三是，对于多糖高聚物的固相反应中，由于固相反应不同于液相反应，其反应过程是固体与固体接触，物料之间的混合与接触不充分，物料间的能量交换受到限制，且各固相反应物的晶格是高度有序的，晶格分子的移动较困难，为此必须提高反应温度。而固体物质除金属外，大多是热的不良导体，依靠常规的外加热方式，即依靠在温度梯度推动下的热传导形式向反应物分子提供反应和扩散速度所需的能量，则必须用很高的加热温度才能使反应达到具有实际意义的速度。但有机物常常是不能耐受高温的，在高温条件下易于分解、炭化等，所以长期以来固相合成大多局限于无机材料的高温烧结，对多糖高聚物的高温加热必需解决高温糊化粘壁现象，必需使物料与加热体间时时处于表面更新状态。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种物料反应均匀，原料损耗小，产品质量高，反应物料时时处于表面更新状态的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，外筒体为卧式结构，外筒体内部设有研磨内筒，减速机I通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴穿过外筒体端盖上的通孔插入到研磨内筒中，搅拌轴通过两端的轴承座固定在外筒体的两端；所述的研磨内筒外侧设有夹套，外筒体上设有物料进出口，物料进出口与研磨内筒相通，研磨内筒中设有研磨球，所述的搅拌轴上装有桨叶和刮料螺带，所述的桨叶交错安装在搅拌轴上；所述的刮料螺带安装在搅拌轴上。
[0010]作为进一步改进，所述的刮料螺带的最外端与研磨内筒的内壁间隔1-2_。
[0011]作为进一步改进，所述的外筒体与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机II和安装在外筒体上的齿轮组；所述的减速机通过与齿轮组啮合相连控制外筒体的转动。
[0012]作为进一步改进，所述的外筒体外圈设有托轮。
[0013]作为进一步改进，所述的夹套内设有加热装置及温度控制器。
[0014]作为进一步改进，所述的加热装置包括加热介质及加热器。
[0015]优选的，所述的加热介质为导热油或蒸汽；所述的加热器为电加热器。
[0016]作为进一步改进，所述的外筒体一端的端盖上设有抽气口。
[0017]优选的，所述的研磨球为氧化铝研磨球、氧化锆研磨球、钢球研磨球、陶瓷研磨球或碳化娃研磨球。
[0018]使用时，外筒体靠减速机II带动作低速回转运动(转速10-30r/min)，搅拌轴带桨叶和刮料螺带在减速机I的作用下作反向高速转动(转速100-400 r/min),即外筒体和搅拌轴作反向转动，研磨内筒中放置大量的研磨球，研磨球在桨叶和刮料螺带的带动下来回移动，使物料反应更均匀、表面更新更快，且在搅拌轴上设有的刮料螺带最外端与研磨内筒的内壁间隔小，可对研磨内筒的内壁粘物料进行刮料清除，同时桨叶可对研磨球上粘结的物料进行清刮，根本解决加温过程物料粘壁的现象；在转动过程中通过温度控制器监控，通过流量调设阀或电动调设阀调节夹套内的加热介质温度或电加热器电热功率，从而对外筒体内的温度进行恒温控制。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
1、本发明在搅拌轴上设有桨叶和刮料螺带，使得研磨内筒的研磨球可在桨叶和刮料螺带的带动下来回移动，增强了研磨球的扰动性，从而使物料反应更均匀，表面更新更快，有效缩短反应时间，且产品的取代均一性大大提高；搅拌轴上的刮料螺带的最外端与研磨内筒的内壁间隔小，可研磨内筒壁上的粘壁物料进行刮料清除，同时桨叶可对研磨球上粘结的物料进行清刮，从而从根本上解决了反应过程中物料粘结的现象，降低了原料的损耗，提尚了广品质量。
[0020]2、本发明的外筒体可作回转运动，通过回转运动产生离心力而实现超重力，适合多糖高聚物液-液或液-固多相的流动接触，其相间传递面积和更新频率比常规的重力场大得多，液体的表面张力作用的影响很小，提高了物料的反应效率。
[0021]3、本发明的外筒体和搅拌轴可作反向变速转动，带动研磨球产生强大摩擦、碰撞、冲击和剪切力，有效破坏多糖高聚物密实的结构，从而强化改性反应；与此同时，外筒体和研磨内筒中的搅拌轴之间的相对运动，也产生了强大的离心力，使微观混合和传质、传热过程得到有力强化，使得物料反应更加充分。
[0022]4、本发明的外筒体在减速机II作用下作低速回转运动，搅拌轴可以在很小的减速机动力带动下作高速运转，并带动研磨内筒中的研磨球作高效运动，减少了设备的耗能，提高物料的搅拌速度，从而提高了单位设备的产能，有效提高设备的生产强度，且能通过自动控制系统，使操作更为简便。
[0023]5、本发明的外筒体外圈设有托轮，减少了外筒体做周转运动的损耗，提高使用寿命，并可以针对不同的物料和改性方法，通过托轮调整外筒体的倾斜度和转速来控制物料在该反应器中的停留时间，即反应时间。
[0024]6、本发明通过温度控制器对夹套内加热装置进行实时温度监控，从而进一步调节夹套中加热介质的流量或加热器的电热功率及外筒体和搅拌轴的转速，保证了研磨内筒内的温度均匀和恒温的反应环境，从而提高产品性能的稳定性。
[0025]7、本发明的结构简单合理，可实现自动化控制，可以通过控制反应时间和温度、球料比、转速等参数来精确控制多糖高聚物的改性程度，操作方便，产品质量高，适于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的主视结构示意图。
[0027]图2为本发明的俯视结构示意图。
[0028]附图标识:
1-减速机I，2-搅拌轴，3-端盖，4-抽气口，5-外筒体，6-夹套，7-物料进出口，8-研磨内筒，9-桨叶，10-刮料螺带，11-研磨球，12-温度控制器，13-减速机II，14-齿轮组，15-托轮。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0030]实施例1:
一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，外筒体5为卧式结构，外筒体5内部设有研磨内筒8，减速机I I通过联轴器与搅拌轴2连接，搅拌轴2穿过外筒体5端盖3上的通孔插入到研磨内筒8中，搅拌轴2通过两端的轴承座固定在外筒体5的两端；所述的研磨内筒8外侧设有装有加热装置的夹套6，所述的加热装置包括加热介质及加热器，其中加热介质为导热油，加热器为电加热器。夹套6内设有温度控制器12。外筒体5上方设有物料进出口 7，物料进出口 7与研磨内筒8相通，研磨内筒8中设有研磨球11，所述的外筒体5 —端的端盖3上设有抽气口 4，可将生产过程产生的废气抽出外筒体。搅拌轴2上装有桨叶9和刮料螺带10，所述的桨叶9交错安装在搅拌轴2上；所述的刮料螺带10安装在搅拌轴2上。刮料螺带10的最外端与研磨内筒8的内壁间隔1mm。
[0031]使用时，搅拌轴2带动桨叶9和刮料螺带10在减速机I I的作用下作高速转动(转速100-400 r/min)，研磨内筒8中放置大量的研磨球11，研磨球11在桨叶9和刮料螺带10的带动下来回移动，使物料反应更均匀、表面更新更快，且在搅拌轴11上设有的刮料螺带10，对研磨内筒8的内壁粘壁物料进行刮料清除，同时桨叶9可对运动中研磨球11上粘结的物料进行清刮，根本解决加温过程物料粘壁的现象；在转动过程中通过温度控制器12监控，通过流量调设阀或电动调设阀调节夹套6内的加热介质的温度或电加热器的电热功率，从而对外筒体5内的温度进行恒温控制。
[0032]实施例2:
与实施例1不同之处在于，安装时，刮料螺带10的最外端与研磨内筒8的内壁间隔2mm。外筒体5与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机II 13和安装在外筒体5上的齿轮组14 ;减速机II 13通过与齿轮组14啮合相连控制外筒体5的转动。所述的外筒体5外圈设有托轮15。夹套6内的加热介质为蒸汽。外筒体5外圈设有托轮15，减少了外筒体5做周转运动的损耗，提高使用寿命，并可以针对不同的物料和改性方法，通过托轮15调整外筒体5的倾斜度和转速来控制物料在该反应器中的停留时间，即反应时间.使用时，外筒体5靠减速机II 13带动作低速回转运动(转速30-50r/min)，搅拌轴2带动桨叶9和刮料螺带10在减速机I I的作用下作反向高速转动(转速100-400 r/min),即外筒体5和搅拌轴2作反向转动，研磨内筒8中放置大量的研磨球11，研磨球11在桨叶9和刮料螺带10的带动下来回移动，使物料反应更均匀、表面更新更快，且在搅拌轴11上设有的刮料螺带10，对研磨内筒8的内壁粘壁物料进行刮料清除，同时桨叶9可对运动中研磨球11上粘结的物料进行清刮，根本解决加温过程物料粘壁的现象。
[0033]以上所述的研磨球11为氧化铝研磨球、氧化锆研磨球、钢球研磨球、陶瓷研磨球或碳化娃研磨球，可根据物料的特性进行多样选择。
【权利要求】
1.一种强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，外筒体(5)为卧式结构，外筒体(5)内部设有研磨内筒(8)，减速机I (I)通过联轴器与搅拌轴(2)连接，搅拌轴(2)穿过外筒体(5 )端盖(3 )上的通孔插入到研磨内筒(8 )中，搅拌轴(2 )通过两端的轴承座固定在外筒体(5)的两端；所述的研磨内筒(8)外侧设有夹套(6)，外筒体(5)上设有物料进出口(7)，物料进出口(7)与研磨内筒(8)相通，研磨内筒(8)中设有研磨球(11)，其特征在于:所述的搅拌轴(2)上装有桨叶(9)和刮料螺带(10)，所述的桨叶(9)交错安装在搅拌轴(2)上；所述的刮料螺带(10 )安装在搅拌轴(2 )上。
2.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的刮料螺带(10)的最外端与研磨内筒(8)的内壁间隔1-2_。
3.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的外筒体(5)与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机II (13)和安装在外筒体(5)上的齿轮组(14);所述的减速机通过与齿轮组(14)啮合相连控制外筒体(5)的转动。
4.根据权利要求3所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的外筒体(5)外圈设有托轮(15)。
5.根据权利要求1-4任一所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的夹套(6)内设有加热装置及温度控制器(12)。
6.根据权利要求5所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的加热装置包括加热介质及加热器。
7.根据权利要求6所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的加热介质为导热油或蒸汽；所述的加热器为电加热器。
8.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的外筒体(5) —端的端盖(3)上设有抽气口(4)。
9.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于:所述的研磨球(11)为氧化铝研磨球、氧化锆研磨球、钢球研磨球、陶瓷研磨球或碳化硅研磨球。
【文档编号】B02C17/10GK104492557SQ201410786940
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】黄祖强, 岑忠儒, 张燕娟, 刘军, 胡华宇, 冯振飞, 黄爱民, 杨梅, 覃宇奔, 覃杏珍, 朱园勤, 沈芳 申请人:广西大学, 广西五星化工集团有限公司