球形聚合物颗粒混法精密分级技术研究

摘要

交换树脂和吸附树脂在现代工业当中有着广泛而重要的应用，如医药、食品、化工、水处理等。但目前国内生产的这类球形树脂产品粒度分布范围宽，均齐性差，产品档次较低，使其功能性和应用性都受到较大影响。解决这一问题的关键在于对球形树脂进行精密分级，而国内现有的分级设备对这类低密度材料的分级精度，完全不能满足产品对粒度和均齐度的要求。
　　 本文针对球形聚合物颗粒分级存在的问题，在对分级的理论、湿法分级技术研究现状和进展进行了综合分析的基础上，基于课题专门研制的一种新型多级水力悬浮溢流器，对其分级效果进行了综合实验评价，并分析了分割粒径和分级效率与操作参数的影响关系。实验研究表明，对型号为LX-1000EP(D)的交换树脂球形颗粒，其粒度范围为55～350μm，密度波动范围为1.177～1.072g/cm3，采用新型多级水力悬浮溢流器分级，分割粒径为135μm时，达到的分级效果为：细颗粒回收率为91.2％，粗颗粒回收率为92.1％，综合分级效率为83.3％，溢流产品的分级精度为d90/d10=1.83，沉降产品的分级精度为d90/d10=1.73。
　　 本文还采用激光散射像点粒度测量方法对聚合物球形颗粒在水中的沉降速度及粒径测试分析，并发现了交换树脂和吸附树脂其颗粒密度并非均一，而是随着颗粒尺寸的减小而增大，即密度约有10％的波动。这主要是由于颗粒合成过程中形成的气孔尺寸和气孔率不均造成的，而交换和吸附树脂的气孔尺寸和气孔率对其应用性能有显著影响。因此，该测量方法为在聚合物球形树脂合成中控制产品质量提供了重要的测试分析手段。颗粒密度ρp与颗粒沉降速度u和颗粒直径Dp之间关系为：ρp=ρ+18μu/(gD2p)。
　　 此外，本文利用FLUENT流体分析软件，模拟了悬浮溢流器内部的流场分布状况，获得了速度矢量分布图和速度分布图。模拟结果表明，通过定常流动计算，在溢流筒中，速度分布比较均匀，不存在大的涡旋，速度梯度合理，速度大小分布合理。这一数值分析模拟结果也为优化水力悬浮溢流器结构，进一步改善分级性能提供了设计依据。