一种带有循环回路的热加工设备论文和设计-侯春园

全文摘要

本实用新型提供的一种带有循环回路的热加工设备，该设备主要用于高温加工各种粉体材料，利用受热区中的锥形结构形成的离心场，实现粉体与气体的分离，气体经过升压后携带粉体重新进入受热区，完成循环热加工的过程；该设备由于引入了循环系统，有效提高了气固接触的几率，显著改善了传热传质的效果，大大提高了热加工过程的效率。

主设计要求

1.一种带有循环回路的热加工设备，用于对粉体材料进行的热加工过程，其特征在于，受热区的腔体下部呈倒圆锥形，携带粉体的气体进入受热区后，发生气固分离，气流向上运动流出受热区，粉体颗粒向下运动离开受热区，流出的气体经过升压设备升压后，携带粉体颗粒重新进入受热区，完成物料的循环；该加热设备包含加热模块，受热区内的气固分离模块和受热区外的循环模块这三个模块。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种带有循环回路的热加工设备，其特征在于，气固分离模块的上部为圆柱形筒体，携带粉体的气体由该筒体侧面的入口切向流入，分离后的气相由该部上端的出气口流出；气固分离模块的下部呈倒圆锥形，密度更大的粉体颗粒向下运动，密度小的气体向上运动。

3.根据权利要求1所述的一种带有循环回路的热加工设备，其特征在于，升压设备可以是风机，也可以是具有压力的钢瓶气源。

4.根据权利要求1所述的一种带有循环回路的热加工设备，其特征在于，加热模块包裹在气固分离模块的外侧，采用电加热元件供热，采用保温材料封装加热元件和气固分离模块，形成受热区。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种带有循环回路的热加工设备，具体涉及一种带有物料循环系统的对粉体材料进行热加工的设备。

背景技术

粉状材料在特定气氛下热加工时，通常的操作是，将装有粉体的容器放入热加工设备中，通入某种气氛的加工气后开始加热，在此过程中，粉体是相对静止的，气体可以是相对静止的也可以是流动的；为了维持气氛的相对稳定，一般气体是流动的，即以一定的流量进入，同时以一定流量流出加热区域。当气体处于相对流动的状态时，气体的流动速度一般较低，以保证不使粉体扬起而随气体流出加热区域而造成物料损失。这样的操作弊端在于，表层以下的粉体只能与渗透扩散进入的气体分子发生相互作用，所以，粉体中微粒与气体接触混合的程度非常有限，并且粉体与气体之间如果形成新的流动态的产物，这些产物也不易从粉体中逸出，从而影响整个热加工的均匀性和彻底性。

实用新型内容

本实用新型提供一种带循环回路的热加工设备，它主要用于在流动气氛中对粉体材料进行热加工。

本实用新型提供的这种热加工设备主要由三个模块组成，即加热模块、气固分离模块和循环模块。气固分离模块是受热区，是由类似旋风分离器的结构组成；加热模块是将气固分离模块包裹在其中，并对其进行加热的模块，包括电加热元件，保温材料，相应的温度监测控制单元等；在循环模块中，从受热区流出的气相经过风机等设备的升压作用，压力提升至一定的数值后，进入到气固分离模块底部，携带着沉积在其中的固相粉体后再次回流进入气固分离模块中经历受热加工，如此循环往复操作。

本实用新型提供的一种带循环回路的热加工设备，其结构组成示意图如附图1所示，其中，

C-1为气固分离模块的上部圆柱形筒体部分，携带粉体的气体从该筒体侧面的入口切向流入，分离后的气相由该筒体上端的出气口流出；

C-2为气固分离模块的倒圆锥形筒体部分，该部分结构的特征会形成一个离心场，固体粉体颗粒和气体由于密度差，在该离心场中会发生分离，密度更大的粉体颗粒会向下运动（箭头边的字母S表示固相），而密度小的气体向上运动（箭头边的字母G表示气相）；

C-3为气固分离模块底部的圆筒形收集区，收集从C-2底部出口沉降下来的粉体颗粒；

T-1为气体流通管线，从气固分离模块的C-1的出口流出的气体，经过风机P（也可以是其他的升压供气设备，例如钢瓶气）的升压，进入C-3；

T-2为携带粉体的气固混合体流通管线（S\/G表示气固混合），进入C-3的气体携带粉体后流出，回流进入C-1；

R为加热模块，采用电热元件加热，实现对粉体的热加工，采用保温材料将电热元件、C-1和C-2进行包裹封装，实现保温和保护功能。

利用本实用新型提供的这种带有循环回路的热加工设备对粉体材料加工时，一般的操作流程为：将粉体材料加入C-3，系统气密后，启动风机（或其他升压供气设备），待整个物流通路在气固分离模块和循环模块中稳定运行后，启动加热模块，按照设置的热加工程序加工粉体至结束。

利用本实用新型提供的热加工设备，可以有效提高粉体材料加工产品的均一性和重复性，尤其对于加工温度高的粉体材料，由于引入了循环模块，使得粉体和气体之间的接触非常充分，气固相之间的传热和传质的阻力大大减小，整体传热和传质的速率大大提高，大大降低了传统加工过程中出现的粉体烧结，产品均一性差等情况发生的几率，同时大大缩短了热加工过程的时间，显著提升了粉体材料的加工品质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型做进一步的说明，下面的实施例仅用于详细解释说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

实施例1

将200g市售的活性氧化铝粉体（平均粒径2μm，BET比表面积170m^{2<\/sup>\/g）放入C-3，气密系统后，启动风机P，调整风机出口压力表为20kPa，C-1的气固混合进料入口处，气体流量控制为30升\/分钟；系统稳定后，启动加热模块，设置加热程序为，以10K\/min的速率将C-1和C-2中的温度从室温升至650℃，恒温4小时后停止加热，当C-1和C-2中的温度降至100℃后，关闭风机，系统自然冷却至室温后取出粉体，测得平均粒径3μm，BET比表面积132m^{2<\/sup>\/g。}}

比较例1

将与实施例1中相同属性的活性氧化铝粉体200g放入马弗炉中，通入流动的空气，空气流量30升\/分钟，启动加热模块，设置加热程序为，以10K\/min的速率将马弗炉中的温度从室温升至650℃，恒温4小时后停止加热，系统自然冷却至室温后取出粉体，测得平均粒径5μm，BET比表面积103m^{2<\/sup>\/g。}

通过实施例和比较例中的数据，可知，采用本实用新型提供的带循环回路的热加工设备，经过相同温度，相同加热时间的加工后，得到的粉体具有比采用传统热加工设备得到的粉体更高的BET表面积和更小的粒径。

设计图

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