一种多尺度固相喷动流化分散混合装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于喷动流化技术领域。
【背景技术】
[0002]复合材料因充分发挥了各组分间的协同作用，极大地提高了其相应的力学与物理性能，从而在各领域获得了广泛的应用。纤维增强复合材料是复合材料家族中的重要成员。纤维增强复合材料的制备中，根据工艺要求需要将各种形态与织态的纤维与被增强的基体(简称基体)进行浸渍并定型，其中的一类产品则需要将连续纤维切断成一定长度即切断纤维用于制备复合材料。而这一过程需要将纤维切断、分散并与基体混合后再完成浸渍并定型。从技术和经济的角度考虑，这一过程都能够和需要实现生产工艺的连续化。
[0003]中国专利CN1259183C公开了一种采用搅拌一喷动流化床制备纤维增强复合材料的方法与装置，以空气为流化介质，在流化床中通过流化和搅拌实现聚合物基体与纤维的充分混合，并将纤维束分散为吸附了聚合物基体的单丝，实现了纤维单丝与基体界面充分浸渍，压制成GMT片材后，GMT片的机械性能十分优异。中国专利CN102416717A、CN102416718A、CN102350254A公开了一种团簇状纤维气动搅拌分散成网装置，纤维被切断后通过负压输送至气动分散混合室、在沉降室中进行静电喷粉混合后再成网输送。中国专利CN203765822U公开了一种搅拌喷动流化床，其采用了喇叭形导流筒及导流筒内的多层搅拌桨来改善纤维分散及与基体粉末的混合。所公开的专利中存在着喷动流化的流场协同作用受限、多层搅拌功耗大、进料输送动力不足问题，影响了多尺度固相的分散混合效果和产品质量的稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明克服现有技术中喷动流化床分散混合效果的不足，提供一种多尺度固相喷动流化分散混合装置及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:一种多尺度固相喷动流化分散混合装置，包括筒体、锥形分布器、搅拌装置和出料系统；
[0006]所述的筒体上部设置有封头，其侧壁设置有进料口和出料口，所述的出料口位于进料口的上方，所述出料系统与所述出料口接连；
[0007]所述的锥形分布器安装在筒体下部，为双层结构，包括外锥形壳体和内锥形体，所述的外锥形壳体和内锥形体之间形成通气室，所述的内锥形体上开设有若干分布气体的分布孔，所述的外锥形壳体下端连接有流化气管路，所述内锥形体的下端连接有喷动气管路，所述的喷动气管路设置在所述流化气管路内，并与之同轴；
[0008]所述搅拌装置包括贯穿筒体封头的搅拌轴和分别设置在搅拌轴两端的电机与圆形搅拌轮，所述搅拌轮设置在筒体内，所述的搅拌轮位于所述进料口和出料口之间；所述的筒体内还设置有喷动管，所述喷动管上端位于所述搅拌轮正下方，下端延伸至内锥形体锥形腔内，所述的喷动管与筒体同轴。
[0009]进一步地，所述的出料系统包括顺次连接的物料出口管、物料接管、物料沉降室、成网箱、剥离打手、压辊和输送帘；所述的物料出口管与所述的出料口连接，所述的物料接管和物料沉降室竖直向下设置，所述物料接管与物料出口管通过内壁光滑的弯头连接，所述的物料沉降室由上至下呈一维或二维扩张状，所述物料沉降室下部尺寸与所述的成网箱的入口相配合，沉降室呈一维扩张时物料沉降室截面呈长圆形，沉降室呈二维扩张时物料沉降室截面呈椭圆形；
[0010]所述的成网箱中安装有尘笼，所述尘笼中心设置有开口向上的吸风槽，所述尘笼还设置有与所述吸风槽连通的吸风出口管。
[0011]作为优选，所述物料沉降室扩张的轮廓线与竖直线夹角Y为3°?15°，优选6°?10°。来自筒体内的物料气流速度较高，具有射流特性。射流速度分布稳定均匀的扩张角在15°以内。角度过小则如同在管内流动，且将其下部扩张与成网箱配合需要的沉降室会太高，不利于设备设计与布置。
[0012]进一步地，所述进料口内设置有双螺杆。
[0013]作为优选，所述的喷动管直径为所述筒体直径的0.2?0.35倍，优选0.25?0.3倍，喷动管内的气速要求较高，以便继续对多尺度固相进行湍流分散，同时在喷动管内外形成速度差，产生从喷动管底部向上的升力、喷动管外产生与进料口物料重力同向的下降力，由此构成物料的循环，进而使物料经受多次的湍流分散混合。控制的喷动管内外的速度比为5?20，优化的速度比为10?15 ;所述流化气管路直径是喷动管直径的0.4?1.2倍，优选0.8?I倍；所述圆形搅拌轮的直径为喷动管直径的1.1?1.5倍，优选1.2?1.4倍。搅拌轮的作用是对喷动流化床内流场进行分区，其功能为:避免来自喷动管的高速物料流直接冲顶，物流短路流出进入沉降室，这种物料并未达到很好的分散，且未与来自进料口的固相充分混合；同时还需能够使分散混合好的物料流出，直径太小，则前一作用不能发挥，太大，则后一作用得不到保证。
[0014]进一步地，若干所述的分布孔均匀分布在内锥形体上形成分布孔阵列，所述分布孔直径为I?5mm，优选1.5?3mm。孔径太小则流化气阻力降大，气路功耗加大；太大则气体分布不均匀，有可能导致颗粒物料的局部浮力不足而落入管路，影响生产运行。
[0015]进一步地，所述的锥形分布器的锥角α为20°?160°，优选30°?120°，此角度用于调整流场分布，避免产生气流速度低速区而使得需要分散混合的多尺度固相不能离开底部。角度过大会与平板相似，在边角处产生明显的低速区，影响运行，过小则会影响循环空间及路径；内锥形体下缘与喷动管下缘间的距离为喷动气管路内径的3?10倍，调整喷动管与分布器底部的距离，保证喷动流化循环空间路径和来自喷动气管路来料气流的射流张角和射流卷吸空间，这一距离太短物流的循环失稳，太长则在喷动管入口段也会失稳，两者都会产生无用功耗。
[0016]进一步地，所述的流化气管路下端连接有流化气进口管，所述锥形分布器下端至流化气进口管之间长度为所述流化气管路直径的8?20倍，优选10?15倍。保证流化气流稳定，过小则不稳定，过大则浪费设备空间。
[0017]利用上述装置进行多尺度固相喷动流化分散混合的方法，来自喷动气管路和物料进料口的多尺度的固相进入筒体，在搅拌轮作用下，多尺度固相物料在喷动管及其外部筒体间的间隙内循环分散混合，多尺度固相物料经分散后经搅拌轮与筒体之间的间隙进入搅拌轮上部筒体空间内，经出料口由出料系统输出。
[0018]作为优选，所述的喷动管的气流速度为5?200m/s，优选30?120m/s，过低没有输送和湍流分散能力，过高会嘯叫、产生振动甚至损坏；所述的流化气管路中气体流速为
0.5?20m/s，优选2?8m/s，流化气在分布器底部产生均匀的速度场，给可能沉底的物料适当的推动力，但又要避免物料落入管路，根据不同尺度及密度固相的最低沉降速度进行设置。这一速度适用于大多数直径Imm以下的颗粒。
[0019]本发明提供了一种多尺度固相喷动流化分散混合装备，实现了一种多尺度固相喷动流化分散混合方法，可对长径比有数量级差异的多尺度固相进行高效的分散混合，并成网输送获得分散混合均匀稳定的产品。本发明对喷动流化床及沉降室诸多构件进行了结构设计与空间匹配布置，显著改善了生产运行和产品质量的稳定性。
【附图说明】
[0020]图1为多尺度固相喷动流化分散混合装置结构示意图；
[0021]图2锥形分布器结构示意图；
[0022]图3是吸风槽和吸风出口管连接结构示意图；
[0023]图中1.筒体，2.锥形分布器，3.喷动管，4.搅拌轮，5.搅拌轴，6.封头，7.电机，8.物料出口管，9.弯头，10.物料接管，11.沉降室，12.成网箱，13.剥离打手，14.压辊，15.输送帘，16.尘笼，17.吸风槽，18.吸风出口管，19.喷动气管路，20.流化气进口管，21.流化气管路，22.进料口，23.双螺杆，24.法兰，25.外锥形壳体，26.内锥形体，27.分布孔，28.通气室；图1中虚线表示多尺度固相循环路径。
【具体实施方式】
[0024]实施例
[0025]如图1所示，一种多尺度固相喷动流化分散混合装置，包括筒体1、锥形分布器2、搅拌装置和出料系统；
[0026]所述的筒体I上部通过法兰24安装有碟形底封头6，其侧壁设置有进料口 22和出料口，所述的出料口位于进料口 22的上方，所述出料系统与所述出料口接连；
[0027]如图2所示，所述的锥形分布器2通过法兰24安装在筒体I下部，为双层结构，包括外锥形壳体25和内锥形体26，所述的外锥形壳体25和内锥形体26之间形成通气室28，所述的内锥形体26上开设有若干分布气体的分布孔27，所述的外锥形壳体25下端连接有流化气管路21，所述内锥形体26的下端连接有喷动气管路19，所述的喷动气管路19设置在所述流化气管路21内，并与之同轴；
[0028]如图1所示，所述搅拌装置包括贯穿筒