專利名稱：用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及金屬及金屬氧化物，特別涉及用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置。
如眾所知，納米顆粒，由于其表面效應(yīng)和體效應(yīng)所產(chǎn)生的特殊效果，使得由納米顆粒構(gòu)成的材料在斷裂韌性、應(yīng)變速度、超塑性、燒結(jié)性能及催化活性等方面都表現(xiàn)出不同于大塊物質(zhì)的優(yōu)異性能。但在制備納米粉體的過程中，由于粒子越小，表而能就越大，在顆粒與液體的界面張力及液體表面張力作用下，極易產(chǎn)生凝膠孔的塌陷及顆粒的聚集和長大。因此，干燥技術(shù)、熱分解技術(shù)以及工藝條件對顆粒的大小、聚集狀態(tài)等產(chǎn)生顯著的影響，特別是工業(yè)化生產(chǎn)更是如此。
納米粒子的聚集和長大，降低了顆粒的表面能而導(dǎo)致了粉體及其制成材料的各項性能的劣化。為了防止和減少納米粒子在干燥過程中的聚集和長大，適合于納米粉體干燥的方法，主要有冷凍干燥法、溶劑置換干燥法、超臨界干燥法和電熱分解法等。如用傳統(tǒng)工藝由草酸鈷熱分解反應(yīng)生成金屬鈷所需時間為3-5小時，耗能高，并且不能進行連續(xù)工作，同時還易產(chǎn)生過澆、塌陷、結(jié)塊、損壞(改變)表面效應(yīng)和體效應(yīng)等影響納米粉體形成和質(zhì)量。
本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺點的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置。
本實用新型的解決方案是采用通過合理利用微波的加熱效應(yīng)和活化效應(yīng)，防止和減少納米粉粒在干燥和熱分解過程中的聚集長大。同時在裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用垂直分布的立式結(jié)構(gòu)，建立有熱分解反應(yīng)場的反應(yīng)室和完成熱分解反應(yīng)的反應(yīng)腔，成為適用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種機械裝置。
微波是一種能量形式，能量轉(zhuǎn)化的機理有許多種，如離子傳導(dǎo)、偶極子轉(zhuǎn)動、界面極化、磁滯、壓電效應(yīng)、電致伸縮、核磁共振等，當(dāng)電介質(zhì)置于交變的外電場中，則含有極分子或無極分子的電介質(zhì)都被反復(fù)極化，偶極子隨電磁場的變化在不斷的發(fā)生”取向”(從隨機排列趨向電場方向)和”馳豫”(電場強度為零時，偶極子又回復(fù)至近乎隨機的取向排列)排列。這樣，由于分子原有的熱運動和相鄰分子之間的相互作用，使分子隨外電場而轉(zhuǎn)動的規(guī)則運動受到干擾和阻礙，產(chǎn)生”磨擦效應(yīng)”，結(jié)果一部分能量轉(zhuǎn)化為分子熱運動的動能，即以熱的形式表現(xiàn)出來，從而使材料的溫度提高。即由場能轉(zhuǎn)化為勢能，爾后轉(zhuǎn)化為熱能。
微波干燥、加熱與普通(傳導(dǎo)、對流、輻射)干燥和加熱有很大差別。普通干燥時水份開始從表面蒸發(fā)，內(nèi)部的水份慢慢擴散至表面，加熱的推動力是溫度梯度，通常需要很高的外部溫度米形成所需的溫度差(能量由外部傳遞到物料內(nèi)部)，傳質(zhì)的推動力是物料內(nèi)部和表面之間的濃度梯度，由外及內(nèi)地使物料加熱。
在微波干燥和加熱過程中，物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，傳質(zhì)推動力主要是物料內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所形成的壓力梯度，物料內(nèi)部的壓力非常快地升高，則液體可能在壓力梯度的作用下從物料中被排出。初始濕含量越高，壓力梯度對濕分排除的影響也越大，也即有一種”泵”效應(yīng)，驅(qū)使液體(經(jīng)常是以汽態(tài)的形式)流向表面，這使干燥進行得非常快。同時這種加熱方式產(chǎn)生異乎尋常的溫度梯度，熱能在內(nèi)部積累，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇攀升，實現(xiàn)迅速加熱的目的。
與此同時，微波擾動了反應(yīng)物分子的特性，使得原子、分子、離子等微觀粒子得到活化，使反應(yīng)的活化能降低，從而使反應(yīng)的速率增加。
本實用新型的組成包括用以建立熱分解反應(yīng)場的反應(yīng)室和完成熱分解反應(yīng)的反應(yīng)腔，產(chǎn)生微波的微波單元組件，防微波泄漏的金屬網(wǎng)，供料口與出料口，尾氣排放口，冷卻用驟冷熱交換套等。
采用本實用新型由草酸鈷熱分解反應(yīng)生成金屬鈷所需時間僅為幾分鐘，不但大大節(jié)省了時間，還降低了能耗，提高了納米粉顆粒形成和質(zhì)量，且能連續(xù)工作。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1，為本實用新型立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，為圖一主觀圖；圖3，為微波單元組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，I為干燥預(yù)熱段，II為反應(yīng)段，III為驟冷段，IV為成品出料段，W1為物位檢測傳感器；T1、T2、T3為溫度傳感器，1為反應(yīng)室，2為反應(yīng)腔，3為防微波泄漏金屬網(wǎng)，4為微波單元組件，5為反應(yīng)末端驟冷段，6為驟冷段冷熱交換套，7為預(yù)處理干燥預(yù)熱管，8為預(yù)處理保溫層，9為進料口，10為出料口，11為機架，12為尾氣排氣口，13為冷卻液進口，14為冷卻液出口，15為電源，16為磁控管，17為波導(dǎo)，18為散熱器兼箱體。
本實用新型根據(jù)與熱分解要求，為組成連續(xù)、封閉、可控的整體，采取沿垂直方向布局。以整機機架11為支撐和承載，自上而下分布著，進料口9和排氣口12，預(yù)處理干燥預(yù)熱管7，完成物料的干燥和預(yù)加熱，然后流入反應(yīng)腔2，反應(yīng)腔2置于反應(yīng)室1中，在反應(yīng)室1壁上裝有微波單元組件4，供建立微波反應(yīng)場。物料在反應(yīng)腔2內(nèi)進行干燥和熱分解反應(yīng)，其間物料均勻分布在反應(yīng)腔2中以及微波防泄漏網(wǎng)中間；干燥和熱分解后反應(yīng)生成物依沉降原理在順流向下經(jīng)驟冷段III由冷卻液驟冷熱交換套6急冷處理后由出料口10出料。
參見圖2，物位傳感器W1放置在預(yù)處理保溫層8內(nèi)壁。溫度傳感器T1放置在反應(yīng)腔2的下端漏斗部分內(nèi)壁。根據(jù)反應(yīng)要求，同時對驟冷段III末端有溫度傳感器T2，驟冷段III上端有用于檢測冷卻液溫度傳感器T3，對反應(yīng)生成的尾氣，通過裝置上端尾氣排氣口12排出，為尾氣的處理與利用帶來便利。
反應(yīng)室1在本實用新型中設(shè)計為由電磁波良導(dǎo)體組合成方柱體，并設(shè)計在其上下端面外部安裝連接預(yù)熱段I和驟冷段III，其內(nèi)部中心位安裝有反應(yīng)腔2，四周安裝有2個以上微波單元組件4，通常為4個單元組，參見
圖1、圖3所示。預(yù)熱段I的預(yù)處理保溫層8用保溫材料制造。反應(yīng)腔2由管狀且具有耐溫性和微波透波性的材料構(gòu)成，供干燥和熱分解反應(yīng)在其間進行。
參見圖3，微波單元組件4由大功率磁控管16，變換電源15，散熱器18統(tǒng)一設(shè)計成一體，以模塊化設(shè)計便于生產(chǎn)和維護。本實用新型采用多個微波源組成組合體可以使微波場均勻化，使反應(yīng)物能更均勻地接受微波能。
本實用新型為使納米粉體經(jīng)反應(yīng)處理后進入急速冷卻，采用冷卻液通過驟冷熱交換套進行急冷，即由冷卻液進口13送入，經(jīng)冷卻驟冷熱交換套6后由冷卻液出口14流出，從而達到使其納米粉迅速冷卻。
本實用新型與傳統(tǒng)工藝由草酸鈷熱分解反應(yīng)生成金屬鈷比可以由原來的3-5小時縮短到數(shù)分鐘，不僅大大節(jié)省了時間，而且極大地降低了能耗，同時還不易產(chǎn)生過燒、塌陷、結(jié)塊，保證了納米粉體的形成與質(zhì)量，又能連續(xù)工作。
本實用新型具有熱分解反應(yīng)迅速、連續(xù)、節(jié)能和高效等優(yōu)點，所以，本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)本實用新型原理還可用很多方式來實施。
本實用新型不僅可以應(yīng)用于金屬及金屬氧化物納米粉體的制備和其它化學(xué)反應(yīng)中，還可廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥以及中藥材加工、食品與蔬菜加工、冶金選礦、造紙業(yè)、陶瓷業(yè)等相近領(lǐng)域中。
權(quán)利要求1.一種由加熱部分、冷卻部分機架、進料口、出料口等組成的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于它還包括有利用微波的加熱效應(yīng)和活化效應(yīng)，防止和減少納米粉粒在干燥和熱分解過程中的聚集和長大的微波單元組件，對納米粉體進行冷卻的聚冷段和冷卻熱交換套、防止微波泄漏網(wǎng)，及建立熱分解反應(yīng)的反應(yīng)室和完成熱分解反應(yīng)的反應(yīng)腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于組成連續(xù)、封閉、微波熱分解裝置的一種機械裝置，沿垂直方向分布著干燥預(yù)熱段、反應(yīng)段、驟冷段、出料口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于微波場用2個以上由磁控管、波導(dǎo)、電源、散熱器組成多個微波單元組件構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于反應(yīng)室由電磁波良導(dǎo)體組成方柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于反應(yīng)室上下端外部連接干燥預(yù)熱段和驟冷段，反應(yīng)室中心位安裝有反應(yīng)腔，四周安裝有2個以上微波單元組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于驟冷段急速冷卻用為冷卻液與熱交換套組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于裝置納米粉體反應(yīng)生成中尾氣通過上端尾氣排氣口排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于反應(yīng)腔為園柱管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬及氧化物納米粉體熱分解裝置的一種機械裝置，其特征在于反應(yīng)室中防止微波泄漏的金屬網(wǎng)。
專利摘要本實用新型公開了用于金屬及氧化物納米粉體微波熱分解裝置的一種機械裝置，它采用沿垂直方向分布的立式結(jié)構(gòu)，利用微波的加熱與活化效應(yīng)的多個微波單元組件，促進粉體干燥、熱分解反應(yīng)，提高了反應(yīng)速率，降低了能耗，減少了納米粉反應(yīng)過程中聚集與長大，通過熱分解后反應(yīng)生成物依沉降原理順流向下經(jīng)驟冷段的冷熱交換套急冷處理后經(jīng)出料口出料，故更適用于工業(yè)化生產(chǎn)。裝置還設(shè)有防止微波泄漏的網(wǎng)及對納米粉體進行冷卻用熱交換套進行急速冷卻等，它可廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、選礦、造紙等領(lǐng)域中。
文檔編號B01J19/12GK2555929SQ0122180
公開日2003年6月18日 申請日期2001年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月28日
發(fā)明者李維俊, 鄭軍, 尤東 申請人:李維俊