採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法

2023-09-18 02:09:45

專利名稱：採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備磷酸銨鹽滅火粉的方法，更特別地說，是指一種採用噴霧乾燥工藝製備0.1～20微米超細空心球形結構的磷酸銨鹽滅火粉的方法及其製備得到的磷酸銨鹽滅火粉。
背景技術：
眾所周知，火災給人們的生命和財產安全帶來巨大的危害，因此提高滅火技術顯得尤為重要。而滅火技術中重要的一項就是滅火材料的性能。目前，日常生活和生產過程中使用的滅火劑頗多，性能各異。根據滅火機理不同，滅火劑大體可分為兩大類物理滅火劑和化學滅火劑。物理滅火劑不參與燃燒反應，它在滅火過程中起到窒息、冷卻和隔離火焰的作用，在降低燃燒混合物溫度的同時，稀釋氧氣，隔離可燃物，從而達到滅火的效果。物理滅火劑包括水、泡沫、二氧化碳、氮氣、氬氣及其它惰性氣體。化學滅火劑在燃燒過程中是通過切斷活性自由基(主要指氫自由基和氫氧自由基)的連鎖反應而抑制燃燒的。化學滅火劑包括哈龍滅火劑、乾粉滅火劑等。
在過去幾十年裡，哈龍滅火劑因其成本低，滅火效能高，因而在消防業中佔有重要地位。但由於它的主要成分是滷代烷，使用後會造成大氣臭氧層的嚴重破壞，即將限期停止使用。
磷酸銨鹽乾粉滅火劑以其對環境友好，滅火效能高而成為哈龍滅火劑的最理想替代品之一。目前，製備磷酸銨鹽乾粉滅火劑的方法主要是粉碎法，是以磷酸二氫銨為主料，滑石粉、雲母粉、活性白土、矽油、白炭黑、矽酸鈉、添加劑、矽油為輔料，經混合後採用粉碎工藝製備，由於該粉碎工藝製得的滅火粉形狀不規則，流動性差，易團聚，不利於磷酸銨鹽乾粉從滅火器噴口噴射出。此外，採用粉碎工藝製備的滅火粉一般為實心顆粒，密度較大，漂浮性能較差。

發明內容
本發明的目的是提出一種採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，該方法先將磷酸二氫銨和輔料溶於水中製得前驅體溶液，再將該溶液採用噴嘴霧化工藝製成微米級的霧滴，然後霧滴與熱氣在流動中接觸乾燥製得空心球形粉體，然後對粉體進行表面改性處理，最後用收集器收集。
本發明是一種採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，包括下列製備步驟(A)將加熱爐加熱的由鼓風機產生的空氣經A通道輸送至乾燥室，A通道內熱氣流流速為300～2000m3/h，A通道輸出端熱氣流溫度為150℃～500℃；(B)將C通道內由空壓機產生的壓縮空氣輸送至霧化器，壓縮空氣壓力為0.3～0.8MPa，氣流流速20～120m3/h；(C)將磷酸二氫銨、增稠劑、表面活性劑和發泡劑溶於10℃～99℃的水中，經攪拌均勻製得前驅體溶液；將所述前驅體溶液放入壓力容器內經B通道輸送至霧化器內；B通道內的前驅體溶液流速10～100L/h；其中，每100重量份的水中加入25～170重量份的磷酸二氫銨、0.1～5重量份的增稠劑、0.1～6重量份的表面活性劑和0.1～10重量份的發泡劑；(D)霧化器內的由(B)步驟產生的所述壓縮空氣和由(C)步驟產生的所述前驅體溶液經摻混後，經霧化器噴嘴噴射形成0.1～20微米霧滴入乾燥室內；(E)由(A)步驟產生的所述熱氣流經設在乾燥室上部的氣流分布板中的通孔均勻射入乾燥室的下部腔內；由(D)步驟產生的所述霧滴與射入的所述熱氣流相接觸後，在並流乾燥過程中形成空心球形粉體，所述空心球形粉體隨熱氣流輸送至改性室內，乾燥室輸出端熱氣流溫度為60℃～180℃；(F)進入改性室的所述空心球形粉體在有改性劑的條件下進行表面改性處理10～15分鐘後，經旋風過濾器分離出B級成品和A級成品，然後B級成品被收集器收集、經包裝後即為粒徑0.1～20微米的空心球形磷酸銨鹽滅火粉。
本發明工業化生產空心球形磷酸銨鹽滅火粉的裝置結構由鼓風機、空壓機、加熱爐、霧化器、乾燥室、改性室、旋風分離器、過濾收集器和引風機構成，霧化器安裝在乾燥室的輸入端，改性室安裝在乾燥室的輸出端，改性室輸出端與旋風分離器輸入端連接，旋風分離器輸出端與過濾收集器輸入端連接，過濾收集器輸出端連接有引風機；所述加熱爐的氣流輸入端與鼓風機連接，加熱爐的氣流輸出端與A通道連接，A通道用於輸送150℃～600℃的熱氣流給乾燥室輸入端；所述空壓機輸出端設有B通道和C通道；B通道用於輸送前驅體溶液，B通道上順次設置有A閥門、壓力容器和A流量計，B通道輸出端與霧化器輸入端連接；C通道用於輸送壓縮空氣，C通道上順次設置有B閥門、B流量計和A壓力表，C通道輸出端與霧化器輸入端連接。
所述的採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其增稠劑為聚丙烯醯胺、水溶性澱粉衍生物、水溶性纖維素醚或聚丙烯酸；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或氟表面活性劑；所述發泡劑是亞硝酸鈉。
所述的採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其改性劑為有機矽油、氟表面活性劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑，改性劑的用量以每100重量份的磷酸二氫銨加入0.1～5重量份。
本發明採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉方法的優點在於(1)微粉顆粒粒徑為0.1～20微米的空心球形結構，其流動性好；(2)微粉顆粒製得為多孔的空心球形，密度小，漂浮性好；(3)顆粒表面積大，與火焰充分接觸，滅火效果好。


圖1是本發明採用霧化乾燥法製備滅火粉的工業生產流程圖。
圖中 1.A通道 2.B通道 3.C通道4.A閥門5.壓力容器 6.加熱爐7.B閥門 8.B流量計 9.A流量計10.A熱電偶 11.B熱電偶 12.A壓力表 13.B壓力表 14.霧化器15.氣流分布板 16.乾燥室 17.改性室 18.旋風分離器 19.過濾收集器20.引風機 21.改性劑具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，該製備工藝包括下列步驟(A)將加熱爐6加熱的由鼓風機產生的空氣經A通道1輸送至乾燥室16，A通道1內熱氣流流速為300～2000m3/h，A通道1輸出端熱氣流溫度為150℃～500℃；(B)將C通道3內由空壓機產生的壓縮空氣輸送至霧化器14，壓縮空氣壓力為0.3～0.8MPa，氣流流速20～120m3/h；(C)將磷酸二氫銨、增稠劑、表面活性劑和發泡劑溶於10℃～99℃的水中，經攪拌均勻製得前驅體溶液；將所述前驅體溶液放入壓力容器5內經B通道2輸送至霧化器14內；B通道2內的前驅體溶液流速10～100L/h；其中，每100重量份的水中加入25～170重量份的磷酸二氫銨、0.1～5重量份的增稠劑、0.1～6重量份的表面活性劑和0.1～10重量份的發泡劑；
(D)霧化器14內的由(B)步驟產生的所述壓縮空氣和由(C)步驟產生的所述前驅體溶液經摻混後，經霧化器14噴嘴噴射形成0.1～20微米霧滴入乾燥室16內；(E)由(A)步驟產生的所述熱氣流經設在乾燥室16上部的氣流分布板15中的通孔均勻射入乾燥室16的下部腔內；由(D)步驟產生的所述霧滴與射入的所述熱氣流相接觸後，在並流乾燥過程中形成空心球形粉體，所述空心球形粉體隨熱氣流輸送至改性室17內，乾燥室16輸出端熱氣流溫度為60℃～180℃；(F)進入改性室17的所述空心球形粉體在有改性劑21的條件下進行表面改性處理10～15分鐘後，經旋風過濾器18分離出B級成品和A級成品，然後B級成品被收集器19收集、經包裝後即為粒徑0.1～20微米的空心球形磷酸銨鹽滅火粉。
在本發明中，採用噴霧乾燥工藝在工業生產中製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的裝置結構如圖1所示。裝置結構由鼓風機、空壓機、加熱爐6、霧化器14、乾燥室16、改性室17、旋風分離器18、過濾收集器19和引風機20構成，霧化器14安裝在乾燥室16的輸入端，改性室17安裝在乾燥室16的輸出端，改性室17輸出端與旋風分離器18輸入端連接，旋風分離器18輸出端與過濾收集器19輸入端連接，過濾收集器19輸出端連接有引風機20；所述加熱爐6的氣流輸入端與鼓風機連接，加熱爐6的氣流輸出端與A通道1連接，A通道1用於輸送150℃～600℃的熱氣流給乾燥室16輸入端；所述空壓機1輸出端設有B通道2和C通道3；B通道2用於輸送前驅體溶液，B通道2上順次設置有A閥門3、壓力容器5和A流量計9，B通道2輸出端與霧化器14輸入端連接；C通道3用於輸送壓縮空氣，C通道3上順次設置有B閥門7、B流量計8和A壓力表12，C通道3輸出端與霧化器14輸入端連接。
在本發明中，與乾燥室16連接的有A通道1，A通道1輸出的熱氣流是由安裝在乾燥室16上部的A熱電偶10測量所得，而輸入的熱氣流經一氣流分布板15上設有的通孔均勻的射入到乾燥室16腔內下部；熱氣流的射入與由霧化器14噴嘴噴射出的霧滴相接觸後，在熱氣流並流(熱氣流和霧滴同向流動)過程中將霧滴乾燥為空心粉體，利用了A通道1輸出的強揣流氣流的動能。霧化器14上連接有B通道2和C通道3，B通道2內流動的是前驅體溶液(前驅體溶液的流動是由空壓機產生的壓縮空氣作為推力的)，前驅體溶液的流速3～100L/h(由A流量計9測量得到)，壓力容器6設定壓力為0.3～0.8MPa；C通道3內流動的是由空壓機產生的壓縮空氣，壓縮空氣壓力0.3～0.8Mpa(由A壓力表12測量得到)，氣流流速為3～180m3/h(由B流量計8測量得到)。乾燥室16內的霧滴和熱氣流相接觸後在並流乾燥過程中形成空心球形粉體；乾燥室16隨氣流流動輸出至改性室17埠的溫度為60～180℃(通過B熱電偶11測量)，進入改性室17的空心球形粉體在有改性劑21的條件下對其進行表面改性處理，然後經旋風分離器18分離出相對B級成品的A級成品，部分未被分離的改性空心球形粉體被過濾收集器19收集，獲得粒徑較少的B級成品。製備過程中產生的尾氣經引風機20排出。
本發明製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉所列舉的實施例用量參見下表。

選取實施例1的用量製備得到的空心球形磷酸銨鹽滅火粉的滅火性能中吸溼率為1.9％，流動性為5.2秒，噴射性能為96.2％，松密度為0.24g/ml，滅火效能約為普通磷酸銨鹽乾粉滅火劑的6倍，普通磷酸銨鹽乾粉滅火劑是指本發明專利申請的發明人選取實施例1的組份利用粉碎法進行製備的粒徑在20微米以上的粉材。
製備條件A通道1輸出的熱氣流溫度為300℃，熱氣流流速為900m3/h。
B通道2輸出的前驅體溶液的流速30L/h。
C通道3輸出的壓縮空氣壓力為0.5～0.7MPa，氣流流速40m3/h。
由霧化器14(氣液兩相流霧化器或者旋轉盤霧化器)噴嘴噴射出的霧滴為1～10微米，在乾燥室16內霧滴與流動的熱氣流相接觸後並流乾燥形成空心球形粉體，控制乾燥室16輸出端的溫度在120℃(B熱電偶13測量)，輸送至改性室17的空心球形粉體在有改性劑21的條件下進行表面改性處理10分鐘後，經旋風過濾器18分離出B級成品和A級成品，因旋風過濾器18能夠對5微米以上的粉體進行收集，即經分離後獲得的A級成品的粒徑為5～20微米，小於5微米以上的粉體經引風機20引入收集器19內並被收集即B級成品，B級成品的粒徑為0.1～5微米。B級成品和A級成品在本發明中是由於不同的粒徑進行的區分介紹。
選取實施例2的用量製備得到的空心球形磷酸銨鹽滅火粉的滅火性能中吸溼率為1.5％，流動性為5.4秒，噴射性能為96.7％，松密度為0.3g/ml，滅火效能約為普通磷酸銨鹽乾粉滅火劑的5倍。
製備條件A通道1輸出的熱氣流溫度為450℃，熱氣流流速為1600m3/h。
B通道2輸出的前驅體溶液的流速60L/h。
C通道3輸出的壓縮空氣壓力為0.5～0.7MPa，氣流流速60m3/h。
由霧化器14噴嘴噴射出的霧滴為0.5～8微米，在乾燥室16內霧滴與流動的熱氣流相接觸後並流乾燥形成空心球形粉體，控制乾燥室16輸出端的溫度在130℃，輸送至改性室17的空心球形粉體在有改性劑21的條件下進行表面改性處理10分鐘後，經旋風過濾器18分離出B級成品和A級成品，因旋風過濾器18能夠對5微米以上的粉體進行收集，即經分離後獲得的A級成品的粒徑為5～20微米，小於5微米以上的粉體經引風機20引入收集器19內並被收集即B級成品，B級成品的粒徑為0.1～5微米。
選取實施例3的用量製備得到的空心球形磷酸銨鹽滅火粉的滅火性能中吸溼率為1.6％，流動性為5.5秒，噴射性能為96.9％，松密度為0.26g/ml，滅火效能約為普通磷酸銨鹽乾粉滅火劑的6倍。
製備條件A通道1輸出的熱氣流溫度為250℃，熱氣流流速為1100m3/h。
B通道2輸出的前驅體溶液的流速30L/h。
C通道3輸出的壓縮空氣壓力為0.5～0.7MPa，氣流流速40m3/h。
由霧化器14噴嘴噴射出的霧滴為1～10微米，在乾燥室16內霧滴與流動的熱氣流相接觸後並流乾燥形成空心球形粉體，控制乾燥室16輸出端的溫度在90℃，輸送至改性室17的空心球形粉體在有改性劑21的條件下進行表面改性處理10分鐘後，經旋風過濾器18分離出B級成品和A級成品，因旋風過濾器18能夠對5微米以上的粉體進行收集，即經分離後獲得的A級成品的粒徑為5～20微米，小於5微米以上的粉體經引風機20引入收集器19內並被收集即B級成品，B級成品的粒徑為0.1～5微米。
選取實施例4的用量製備得到的空心球形磷酸銨鹽滅火粉的滅火性能中吸溼率為1.8％，流動性為5.3秒，噴射性能為96.4％，松密度為0.31g/ml，滅火效能約為普通磷酸銨鹽乾粉滅火劑的5倍。
製備條件A通道1輸出的熱氣流溫度為300℃，熱氣流流速為1350m3/h。
B通道2輸出的前驅體溶液的流速45L/h。
C通道3輸出的壓縮空氣壓力為0.7MPa，氣流流速60m3/h。
由霧化器14噴嘴噴射出的霧滴為2～10微米，在乾燥室16內霧滴與流動的熱氣流相接觸後並流乾燥形成空心球形粉體，控制乾燥室16輸出端的溫度在110℃，輸送至改性室17的空心球形粉體在有改性劑21的條件下進行表面改性處理10分鐘後，經旋風過濾器18分離出B級成品和A級成品，因旋風過濾器18能夠對5微米以上的粉體進行收集，即經分離後獲得的A級成品的粒徑為5～20微米，小於5微米以上的粉體經引風機20引入收集器19內並被收集即B級成品，B級成品的粒徑為0.1～5微米。
在本發明中，製備工藝條件的氣流流速可根據所需製備的空心球形粉體的粒徑進行限定，當所需粒徑較小時，則氣流流速選擇相對小，反之亦然。
權利要求
1.一種採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其特徵在於包括下列製備步驟(A)將加熱爐(6)加熱的由鼓風機產生的空氣經A通道(1)輸送至乾燥室(16)，A通道(1)內熱氣流流速為300～2000m3/h，A通道(1)輸出端熱氣流溫度為150℃～500℃；(B)將C通道(3)內由空壓機產生的壓縮空氣輸送至霧化器(14)，壓縮空氣壓力為0.3～0.8MPa，氣流流速20～120m3/h；(C)將磷酸二氫銨、增稠劑、表面活性劑和發泡劑溶於10℃～99℃的水中，經攪拌均勻製得前驅體溶液；將所述前驅體溶液放入壓力容器(5)內經B通道(2)輸送至霧化器(14)內；B通道(2)內的前驅體溶液流速10～100L/h；其中，每100重量份的水中加入25～170重量份的磷酸二氫銨、0.1～5重量份的增稠劑、0.1～6重量份的表面活性劑和0.1～10重量份的發泡劑；(D)霧化器(14)內的由(B)步驟產生的所述壓縮空氣和由(C)步驟產生的所述前驅體溶液經摻混後，經霧化器(14)噴嘴噴射形成0.1～20微米霧滴入乾燥室(16)內；(E)由(A)步驟產生的所述熱氣流經設在乾燥室(16)上部的氣流分布板(15)中的通孔均勻射入乾燥室(16)的下部腔內；由(D)步驟產生的所述霧滴與射入的所述熱氣流相接觸後，在並流乾燥過程中形成空心球形粉體，所述空心球形粉體隨熱氣流輸送至改性室(17)內，乾燥室(16)輸出端熱氣流溫度為60℃～180℃；(F)進入改性室(17)的所述空心球形粉體在有改性劑(21)的條件下進行表面改性處理10～15分鐘後，經旋風過濾器(18)分離出B級成品和A級成品，然後B級成品被收集器(19)收集、經包裝後即為粒徑0.1～20微米的空心球形磷酸銨鹽滅火粉。
2.根據權利要求1所述的採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其工業化生產的裝置結構由鼓風機、空壓機、加熱爐(6)、霧化器(14)、乾燥室(16)、改性室(17)、旋風分離器(18)、過濾收集器(19)和引風機(20)構成，霧化器(14)安裝在乾燥室(16)的輸入端，改性室(17)安裝在乾燥室(16)的輸出端，改性室(17)輸出端與旋風分離器(18)輸入端連接，旋風分離器(18)輸出端與過濾收集器(19)輸入端連接，過濾收集器(19)輸出端連接有引風機(20)；所述加熱爐(6)的氣流輸入端與鼓風機連接，加熱爐(6)的氣流輸出端與A通道(1)連接，A通道(1)用於輸送150℃～600℃的熱氣流給乾燥室(16)輸入端；所述空壓機(1)輸出端設有B通道(2)和C通道(3)；B通道(2)用於輸送前驅體溶液，B通道(2)上順次設置有A閥門(4)、壓力容器(5)和A流量計(9)，B通道(2)輸出端與霧化器(14)輸入端連接；C通道(3)用於輸送壓縮空氣，C通道(3)上順次設置有B閥門(7)、B流量計(8)和A壓力表(12)，C通道(3)輸出端與霧化器(14)輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其特徵在於所述增稠劑為聚丙烯醯胺、水溶性澱粉衍生物、水溶性纖維素醚或聚丙烯酸；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或氟表面活性劑；所述發泡劑是亞硝酸鈉。
4.根據權利要求1所述的採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，其特徵在於所述改性劑(21)為有機矽油、氟表面活性劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑，改性劑(21)的用量以每100重量份的磷酸二氫銨加入0.1～5重量份。
全文摘要
本發明公開了一種採用噴霧乾燥工藝製備空心球形磷酸銨鹽滅火粉的方法，是將磷酸二氫銨和輔料溶於水製得前驅體溶液，再將該溶液通過噴嘴霧化成微米級的霧滴，所述霧滴與熱氣流接觸後並流乾燥，製得空心球形粉體，然後對空心球形粉體添加改性劑進行表面改性處理，最後用收集器收集製成微米級的磷酸銨鹽滅火粉。本發明製備工藝能夠連續生產、操作穩定。本發明滅火粉具有球形度高，密度小，流動性好，漂浮時間長，滅火效果好。除用於一般固體物質的滅火外，還可用於易燃可燃液體、可燃氣體、帶電設備的滅火等。
文檔編號F26B17/10GK1837733SQ20061007668
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者沈志剛, 傅憲輝, 蔡楚江, 麻樹林, 邢玉山 申請人:北京航空航天大學