HXD-02超臨界細微粒子干燥設(shè)備

一、設(shè)備簡介：
    超臨界干燥技術(shù)是在干燥介質(zhì)臨界和臨界壓力條件下進行的干燥,它可以避免物料在干燥過程中的收縮和碎裂, 從而保持物料原有的結(jié)構(gòu)與狀態(tài), 防止初級納米粒子的團聚和凝并, 這對于各種納米材料的制備意義。

    超細微粒，特別是納米級粒子的研制，在材料、化工、輕工、冶金、電子、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用，利用超臨界流體制備細微粒子這一技術(shù)，可以進行顆粒、微球、微膠囊、多孔材料、脂質(zhì)體及其它微細材料的加工和制備。
    超細粒子的制備有多種方法，超臨界流體沉積技術(shù)作為一種，能夠更準(zhǔn)確的控制結(jié)晶過程，能夠生產(chǎn)出平均粒徑很小的細微粒子，而且還可控制其粒度尺寸的分布。
    超臨界流體沉積技術(shù)有以下兩種：RESS（超臨界溶液快速膨脹）法和GAS（氣體抗溶劑結(jié)晶）法，由GAS法派生而來的過程有SAS、ASES（PCA）、SEDS等，本設(shè)備可進行下列過程的實驗：GAS法、ASES法（即PCA法）、SEDS法。
二、原理介紹：
2-1、GAS法主要原理
    當(dāng)高壓氣體溶入含有溶質(zhì)的溶液相內(nèi)，使其中的溶劑發(fā)生膨脹，于是降低了溶質(zhì)在其中的溶解度，導(dǎo)致該溶質(zhì)的結(jié)晶析出。
2-2、SAS法主要原理
    SAS法工作原理及影響因素與GAS幾乎一樣，只是噴射入溶液中的是超臨界二氧化碳，而不是氣態(tài)CO2。
2-3、ASES法主要原理
    ASES過程即氣溶膠溶劑萃取過程，又叫PCA過程，GAS法是將氣態(tài)CO2噴射入溶液中，ASES過程則與其過程相反，它是將溶液噴射到超臨界二氧化碳中。在結(jié)晶釜中預(yù)先充入一定壓力的CO2流體，待結(jié)晶釜的壓力和溫度達到穩(wěn)定并形成超臨界狀態(tài)后，將一定濃度的溶液通過一噴嘴噴入結(jié)晶釜中，形成細小的液滴。
    由于高壓CO2與有機溶劑能夠互相混溶，一方面CO2迅速地溶入液滴，使之發(fā)生膨脹，溶劑的溶解能力迅速降低，另一方面液滴中的有機溶劑也迅速地溶入高壓CO2，極短時間內(nèi)形成的過飽和度，使溶質(zhì)快速地析出，形成極細的均勻的顆粒。如果在有機溶液中預(yù)先加入少量的CO2則噴射后會產(chǎn)生多孔性的顆粒。形成的顆粒過濾在結(jié)晶釜底部過濾器上，二氧化碳和溶劑的混合流體流出結(jié)晶器，進入減壓釜進行氣液分離。
    在ASES過程中,影響顆粒形態(tài)、粒度與粒度分布的操作參數(shù)除了溫度、壓力和溶液初始濃度之外，與RESS過程一樣，噴嘴的結(jié)構(gòu)和尺寸對結(jié)果有著重要的影響。
    ASES過程與GAS過程不同之處：在ASES過程中顆粒形成與干燥同時進行，形成的顆粒中殘余的有機溶劑含量少。而GAS過程的結(jié)晶沉淀過程都是在液相中發(fā)生的，需要經(jīng)過長時間的洗滌操作才能得到干燥的固體顆粒。GAS過程操作壓力遠低于RESS過程，大約10MPa左右。
2-4、SEDS法主要原理
    SEDS過程（超臨界流體強化溶液分散的沉淀過程）是將超臨界CO2、含有溶質(zhì)的水溶液和有機溶劑一起噴入結(jié)晶器，并經(jīng)短暫的接觸和混合過程。由于有機溶劑大大高于溶質(zhì)水溶液的流量，使二者接觸混合后溶質(zhì)迅速析出，而高壓CO2的流量又大大高于有機溶劑的流量，使溶液和有機溶劑混合后立即被高速噴射的CO2沖散為液滴，與此同時液滴中少量的有機溶劑和水迅速溶于CO2之中，使析出的溶質(zhì)顆粒得以快速干燥。
三、主要技術(shù)參數(shù)：
    結(jié)晶器工作壓力：30MPa
    工作溫度：室溫～150℃
    結(jié)晶器容積：1000mL
    分離器工作壓力：10MPa
    分離器容積：1000mL
    制冷量：3300kcal/h
    電源：AC380V    10kW
四、各主要部件性能：
    該裝置由以下幾部分組成：CO2供應(yīng)系統(tǒng)、內(nèi)含溶質(zhì)的溶液進料系統(tǒng)、有機溶劑進料系統(tǒng)、結(jié)晶器、卸壓裝置、控溫系統(tǒng)(采用恒溫箱空氣浴加熱)、安全保護系統(tǒng)組成。
4-1、CO2供應(yīng)系統(tǒng)
    由CO2鋼瓶、凈化器、制冷系統(tǒng)、CO2柱塞泵、緩沖罐、預(yù)熱盤管及相應(yīng)管閥件組成。
    凈化器容積200mL，設(shè)計壓力8MPa，內(nèi)部充滿分子篩或硅膠，可過濾雜質(zhì)及水分，內(nèi)部過濾網(wǎng)目數(shù)為400目（相當(dāng)于38μm）。
4-2、制冷系統(tǒng)
    用于將氣態(tài)CO2制冷變成液態(tài)CO2。便于高壓注入和穩(wěn)定增壓，制冷量為3300kcal/h，風(fēng)冷水循環(huán)系統(tǒng)，操作。
4-3、CO2柱塞泵
    排出壓力為32MPa，流量為10L/h，三柱塞變頻調(diào)節(jié)，合理降低高壓輸入的脈沖影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4-4、緩沖罐
    主要用于結(jié)晶器前CO2的緩沖，降低脈沖影響。容積500mL,工作壓力32MPa。
4-5、預(yù)熱器
    主要用于結(jié)晶器前CO2的預(yù)熱，置于恒溫箱中。
4-6、內(nèi)含溶質(zhì)的溶液進料系統(tǒng)
    由玻璃杯、柱塞泵及相應(yīng)管閥件組成。其中柱塞泵：流量為400mL/h,排出壓力為32MPa。
4-7、有機溶劑進料系統(tǒng)
    由玻璃杯、柱塞泵及相應(yīng)管閥件組成，這是為SEDS過程特殊設(shè)計。其中柱塞泵：流量為4L/h,排出壓力為32MPa。
4-8、結(jié)晶器
    容積為1L，入口接有噴嘴，噴嘴用不銹鋼制作，激光穿孔，長度與內(nèi)徑之比為15：1，噴嘴內(nèi)徑規(guī)格有60μm、80μm、100μm，120μm可根據(jù)實驗需要選用。
    結(jié)晶器內(nèi)部配置單頭噴嘴。單頭噴嘴可換不同細微內(nèi)徑的噴嘴。單頭噴頭結(jié)構(gòu)形式主要在GAS法、ASES法（即PCA法）使用。
4-9、分離器
    容積為1000mL，設(shè)計壓力10MPa，主要用于氣液分離。結(jié)構(gòu)為細長型，便于分離和對液態(tài)溶劑的回收。
4-10、恒溫箱
    工作室尺寸為500（長）×500（寬）×600（深），采用溫控儀控溫，恒溫箱內(nèi)裝加熱器及循環(huán)風(fēng)扇，熱交換采用對流和輻射傳熱，工作室均為不銹鋼內(nèi)膽，設(shè)計新穎，外形美觀，結(jié)構(gòu)緊湊合理。
4-11、安全保護系統(tǒng)
    為保證系統(tǒng)的安全，我們設(shè)計了安全保護系統(tǒng)，主要由電接點壓力表和安全閥組成，電接點壓力表控制壓力源（柱塞泵）的壓力，可設(shè)定上限壓力，可避免超壓現(xiàn)象。另外結(jié)晶器上安裝有安全閥，可實施溢流保護。