專利名稱：納米粉體的捕集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種捕集粒徑為納米等級以上粉體的方法，尤其有關(guān)一種利用旋轉(zhuǎn)填充床將納米粉體制造過程所排出含納米粉體的氣體，或其它如燃燒過程所排放含納米粉體的氣體予以捕集的方法。
背景技術(shù)：
納米粉體常見于納米材料或納米組件制程的輸送氣體中，或物質(zhì)燃燒過程所排放的氣體中，這些納米粉體粒徑甚小(數(shù)納米至數(shù)十納米)，無法以常見的粉體收集方法—如旋風(fēng)集塵器、靜電集塵器、袋式過濾器等設(shè)備有效補(bǔ)集。
近年來，旋轉(zhuǎn)填充床的研究與應(yīng)用解決了許多在常重力場下難以解決的問題。尤其是旋轉(zhuǎn)填充床可以極大地強(qiáng)化質(zhì)傳過程，使幾十米高的塔器可用2米左右的旋轉(zhuǎn)填充床。在吸收、汽提、蒸餾等分離過程中應(yīng)用都已取得料想不到的效果，例如美國專利第4283255；4382045；4382900；及4400275號。中國專利公開號CN1116146A(1996年)提出使用該質(zhì)傳設(shè)備的超細(xì)顆粒的制備方法，其中多相物流由同心套管的內(nèi)、外管經(jīng)分布器進(jìn)料至一旋轉(zhuǎn)填充床的軸心位置，通過旋轉(zhuǎn)重力場作用，在填充床中接觸并進(jìn)行反應(yīng)。此技術(shù)是八十年代才出現(xiàn)的新技術(shù)，在粉體補(bǔ)集應(yīng)用方面尚未見到公開報導(dǎo)。前述專利的內(nèi)容以參考方式被并入本案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的為將納米粉體自氣相中分離。本發(fā)明可借助調(diào)整旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速及洗滌液灑入量等調(diào)控條件，來捕集含不同粒徑程度的粉體的氣體中的納米粉體，進(jìn)而使納米產(chǎn)業(yè)安全且有效的收集其所制造出的納米粉體，或解決現(xiàn)有高科技產(chǎn)業(yè)次微米等級微粒排放污染環(huán)境之問題。
本發(fā)明為使用旋轉(zhuǎn)填充床的濕式粉體補(bǔ)集方法，其借助填充床結(jié)構(gòu)及高離心力，有效提升液體與氣相內(nèi)粉體碰撞機(jī)率，實驗證明對次微米等級以上粉體有非常良好的補(bǔ)集效率。本發(fā)明可進(jìn)一步借助適當(dāng)納米粉體粒徑增大方法，如提高氣相內(nèi)相對濕度使其過飽和，再借助以納米粉體為凝結(jié)核所產(chǎn)生的水汽凝結(jié)作用，將可使粉體粒徑自納米成長至微米以上，如此再將氣體通入旋轉(zhuǎn)填充床，將可安全且高效率地將納米粉體自氣體中分離。
旋風(fēng)集塵器、靜電集塵器及袋式集塵器等傳統(tǒng)方法，無法借助主動式碰撞，提升以布朗運動為主要去除機(jī)制的次微米等級以下粉體捕集效率，而本發(fā)明借助使用旋轉(zhuǎn)填充床及調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度與灑入液體量，即可增加捕集效率。
實施方式本發(fā)明揭示一種使用旋轉(zhuǎn)填充床從含納米粉體的氣體中捕集粒徑為納米等級以上粉體的方法，包含下列步驟a)將一液體進(jìn)料至一繞一軸心旋轉(zhuǎn)中的環(huán)形旋轉(zhuǎn)填充床，該旋轉(zhuǎn)填充床系位于一艙(housing)內(nèi)，使該液體徑向流過該旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)的填充物；b)同時將一內(nèi)載有粉體的氣體流導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床，使得該氣體流所內(nèi)載的粉體在該液體徑向流過該填充物時為該液體所捕捉，于是一相對干凈的氣體流由該艙的頂部排出，及在該艙的底部收集一內(nèi)載有粉體的液體。
較佳的，本發(fā)明方法進(jìn)一步包含將該內(nèi)載有粉體的氣體流導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床之前先與一溶劑的霧狀液滴或蒸氣接觸，使得該氣體流所內(nèi)載的粉體為該溶劑所包覆而增大其粒徑。該溶劑以水或水溶液為較佳。
較佳的，步驟a)的液體是由該旋轉(zhuǎn)填充床的軸心區(qū)被導(dǎo)入。此時，步驟b)的氣體流是由該艙的周緣被導(dǎo)入，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流逆流接觸；或者，步驟b)的氣體流是由該旋轉(zhuǎn)填充床的軸心區(qū)被導(dǎo)入，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流順流接觸；或者，步驟b)的氣體流是由該旋轉(zhuǎn)填充床的底部被導(dǎo)入并由該旋轉(zhuǎn)填充床的頂部流出，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流錯流接觸。
較佳的，本發(fā)明方法進(jìn)一步包含將步驟b)中由該艙的頂部排出的相對干凈的氣體流的全部或一部份再循環(huán)作為進(jìn)料與該內(nèi)載有粉體的氣體流合并。
較佳的，步驟a)的液體為水或水溶液。
較佳的，步驟b)的內(nèi)載有粉體的氣體流為內(nèi)載有粉體的空氣流或氮氣流。
較佳的，步驟b)的氣體流所內(nèi)載的粉體包含數(shù)納米至數(shù)百納米的粒子。
較佳的，步驟b)的內(nèi)載有粉體的氣體流為納米粉體制造過程所排出含納米粉體的氣體流，或燃燒過程所排放含納米粉體的氣體流。
較佳的，該旋轉(zhuǎn)填充床包含圍繞軸心的一中央通道區(qū)及圍繞該中央通道區(qū)的環(huán)形填充區(qū)，該環(huán)形填充區(qū)內(nèi)被固定有填充物，并且該環(huán)形填充區(qū)與該中央通道區(qū)只通過兩者的界面呈流體相通，且該環(huán)形填充區(qū)與該艙只通過該環(huán)形填充區(qū)的外圓周呈流體相通。
以下，將參考唯一圖式以一較佳具體實施例來說明本發(fā)明。一適合用于本發(fā)明的粒徑增大與旋轉(zhuǎn)填充床系統(tǒng)被示于圖1。
含納米粉體的氣體流自氣體入口4進(jìn)入粒徑增大與旋轉(zhuǎn)填充床系統(tǒng)，因粒徑增大需要的液體或蒸氣自供給槽2以液體或蒸氣泵3注入粒徑增大區(qū)5，經(jīng)粒徑增大區(qū)后的納米粉體的粒徑自納米增至微米，再進(jìn)入一環(huán)形旋轉(zhuǎn)填充床的艙11的底部并由該環(huán)形旋轉(zhuǎn)填充床的外圓周進(jìn)入一環(huán)狀填料12。為捕集微米粉體的液體自液體儲槽1以液體泵14送至一液體進(jìn)口9，借助一設(shè)于該環(huán)形旋轉(zhuǎn)填充床的軸心區(qū)的液體分布器10將液體均勻地噴向該環(huán)狀填料12。在變速馬達(dá)13的作用下產(chǎn)生極大的離心力，使液體往外快速移動并為該環(huán)狀填料12切割成更細(xì)小液滴，且在該環(huán)狀填料12內(nèi)與內(nèi)載有粉體的氣體流逆流接觸，如此液滴將帶走氣體流所內(nèi)載的粉體，并匯集于旋轉(zhuǎn)填充床的艙11的底部，最后由液體出口7排至液體收集槽8。粉體含量大幅降低的氣體流自該艙11的頂部的氣體出口6排出。
本發(fā)明將借助下列實施例被進(jìn)一步了解，這些實施例僅作為說明之，而非用于限制本發(fā)明范圍。


圖1是本發(fā)明的較佳具體實施例的流程示意圖。
附圖標(biāo)記1.液體儲槽2.液體或蒸氣供給槽3.液體或蒸氣泵4.氣體入口5.粒徑增大區(qū)域6.氣體出口7.液體出口8.液體收集槽9.液體進(jìn)口10.液體分配器11.旋轉(zhuǎn)填充床的艙 12.環(huán)狀填料
13.變速馬達(dá)14.液體泵具體實施方式
實施例1旋轉(zhuǎn)填充床去除氣體內(nèi)載的氧化鋁粉體，測試條件如下。該內(nèi)載氧化鋁粉體的氣體直接被導(dǎo)入一設(shè)于旋轉(zhuǎn)填充床的艙的外圓周的氣體入口。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速為1,600rpm及氣液比為100m3/m3時，1.0μm粒徑以上的粉體補(bǔ)集效率達(dá)99.3％以上，0.56～1.0μm粒徑范圍粉體補(bǔ)集效率為62.4％。

實施例2旋轉(zhuǎn)填充床處理貴金屬回收廠焙燒過程所排放含粉體尾氣，測試條件如下。該含粉體尾氣直接被導(dǎo)入一設(shè)于旋轉(zhuǎn)填充床的艙的外圓周的氣體入口。

填充床轉(zhuǎn)速1,700rpm以上及氣液比低于273的條件下，對風(fēng)量小于1,090立方公尺/小時(CMH)的粉塵廢氣處理效率可達(dá)90～94％。

本發(fā)明已被描述于上，熟悉本技術(shù)的人士仍可作出未脫離下列申請專利范圍的多種變化及修飾。
權(quán)利要求
1.一種使用旋轉(zhuǎn)填充床從含納米粉體的氣體中捕集粒徑為納米等級以上粉體的方法，包含下列步驟a)將一液體進(jìn)料至一繞一軸心旋轉(zhuǎn)中的環(huán)形旋轉(zhuǎn)填充床，該旋轉(zhuǎn)填充床是位于一艙內(nèi)，使該液體徑向流過該旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)的填充物；b)同時將一內(nèi)載有粉體的氣體流導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床，使得該氣體流所內(nèi)載的粉體在該液體徑向流過該填充物時為該液體所捕捉，于是一相對干凈的氣體流由該艙的頂部排出，及在該艙的底部收集一內(nèi)載有粉體的液體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含將該內(nèi)載有粉體的氣體流導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床之前先與一溶劑的霧狀液滴或蒸氣接觸，使得該氣體流所內(nèi)載的粉體為該溶劑所包覆而增大其粒徑。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟a)的液體是由該旋轉(zhuǎn)填充床的軸心區(qū)被導(dǎo)入。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟b)的氣體流是由該艙的周緣被導(dǎo)入，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流逆流接觸。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟b)的氣體流是由該旋轉(zhuǎn)填充床的軸心區(qū)被導(dǎo)入，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流順流接觸。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟b)的氣體流是由該旋轉(zhuǎn)填充床的底部被導(dǎo)入并由該旋轉(zhuǎn)填充床的頂部流出，于是該液體在徑向流過該填充物時與該氣體流錯流接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含將步驟b)中由該艙的頂部排出的相對干凈的氣體流的全部或一部份再循環(huán)作為進(jìn)料與該內(nèi)載有粉體的氣體流合并。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該液體為水或水溶液。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該內(nèi)載有粉體的氣體流為內(nèi)載有粉體的空氣流或氮氣流。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體流所內(nèi)載的粉體包含數(shù)納米至數(shù)百納米的粒子。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該內(nèi)載有粉體的氣體流為納米粉體制造過程所排出含納米粉體的氣體流，或燃燒過程所排放含納米粉體的氣體流。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該溶劑為水或水溶液。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該旋轉(zhuǎn)填充床包含圍繞軸心的一中央通道區(qū)及圍繞該中央通道區(qū)的環(huán)形填充區(qū)，該環(huán)形填充區(qū)內(nèi)被固定有填充物，并且該環(huán)形填充區(qū)與該中央通道區(qū)只通過兩者的界面呈流體相通，且該環(huán)形填充區(qū)與該艙只通過該環(huán)形填充區(qū)的外圓周呈流體相通。
全文摘要
一種捕集粒徑為納米等級以上粉體的方法，將納米粉體制造過程所排出含納米粉體的氣體，或其它如燃燒過程所排放含納米粉體的氣體，經(jīng)一納米粉體粒徑增大的第一步驟，再將其導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)填充床的第二步驟。該第一步驟可使氣體先與霧狀水滴或水蒸氣混合，借助納米粉體與霧狀水滴的碰撞，或水蒸氣以納米粉體為凝結(jié)核進(jìn)行核凝成長，使納米粉體增大成微粒。第二步驟利用旋轉(zhuǎn)填充床所產(chǎn)生的細(xì)微液滴，與床本身的截除作用，將氣體中已增大的微粒在一離心力下予以捕集。該第一步驟亦可以在該旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)發(fā)生，如果該含納米粉體的氣體直接被導(dǎo)入該旋轉(zhuǎn)填充床內(nèi)且有一足夠長的滯留時間。
文檔編號B01D47/00GK1768897SQ20041008878
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者林佳璋, 徐樹剛, 劉文宗, 曾益民 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院