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      氣凝膠的干燥方法

      2022-05-03 13:21:20 1611 文章來源:知乎 氣凝膠 超臨界法 常壓法 干燥工藝 真空冷凍干燥 亞臨界干燥 凝膠

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      氣凝膠的干燥方法(常壓和超臨界法)的區別

      氣凝膠的兩種制備工藝,根據干燥工藝的不同,主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種,其他尚未實現批量生產技術還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。

      超臨界干燥技術是最早實現批量制備氣凝膠技術,已經較為成熟,也是目前國內外氣凝膠企業采用較多的技術。超臨界干燥旨在通過壓力和溫度的控制,使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點,形成一種超臨界流體,處于超臨界狀態的溶劑無明顯表面張力,從而可以實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構。目前已經實現批產技術一般采用二氧化碳作為干燥介質,簡稱二氧化碳超臨界干燥技術。

       

      常壓干燥技術一種新型的氣凝膠制備工藝,是當前研究最活躍,發展潛力最大的氣凝膠批產技術。其原理是采用疏水基團對凝膠骨架進行改性,避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結合并提高彈性,同時采用低表面張力液體置換凝膠原來高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優異的氣凝膠材料,目前國內深圳中凝科技有限公司自主研發的氣凝膠制備技術屬于全球領先的常壓干燥技術。 下面對兩種技術路線做簡要的分析對比:

       

      設備投入:超臨界干燥技術使用核心設備為高壓釜,一般工作壓力高達7~20MPa,屬于特種設備中的壓力容器,設備系統較為復雜,運行和維護成本也較高,目前國內已有能提供成套制備超臨界設備的廠家,但數量不多,業主的議價能力較弱。常壓干燥技術采用常規的常壓設備,相對超臨界干燥由于不需要高壓條件,設備投入低,設備系統也較為簡單,因為大部分化工設備單位都能加工制造,業主議價能力較強。

       

      生產成本:氣凝膠的生產成本主要集中在硅源、設備折舊和能耗三塊。硅源主要包括水玻璃和有機硅。有機硅價格較為昂貴,但是純度高,工藝適應性好,既可以應用于超臨界干燥工藝,也可以適用于常壓干燥工藝,目前國內外采用超臨界干燥工藝的企業基本上都是采用有機硅源。水玻璃價格低廉,但是雜質較多,去除雜質的工藝較為繁瑣,目前主要應用于常壓干燥技術中。設備折舊方面,因超臨界干燥技術設備投資較高,折舊要要高于常壓技術。能耗方面,超臨界干燥系統耗電要高于常壓干燥系統,蒸汽消耗方面兩者差別不大。因此,一般而言采用常壓干燥技術的生產成本要低于超臨界干燥。

       

      產品性能:就二氧化硅氣凝膠而言,目前超臨界干燥技術和常壓干燥技術生產產品沒有任何顯著或實質意義的區別,基本上超臨界技術能達到技術指標,常壓干燥工藝都能達到。在非二氧化硅硅氣凝膠制備方面,超臨界干燥工藝要成熟很多,不過還沒有量產的報道。

       

      技術門檻:相對而言,超臨界干燥技術的生產效率、安全性,乃至工藝變更都對設備系統有較高依賴度,如果設備廠家提供設備系統較為成熟可靠,業主進入技術門檻相對較低,這也是許多氣凝膠行業新進入者選擇超臨界工藝原因之一,但也因此受到較多制約。常壓干燥技術設備的投資門檻較低,但是技術門檻卻較高,對配方的設計和流程組合優化有較高要求,如果技術不過關,不僅生產成本可能高于超臨界,甚至于性能指標也不能達到要求。

       

      拓展空間:超臨界干燥作為高壓特種設備,如果要擴大生產規模,固定資產投入是巨大的,氣凝膠未來如果要迎接建筑保溫的巨大市場,比如達到年產50萬立方米(這僅是目前中小規模建材企業的規模),采用超臨界干燥技術的設備設備投入將高達數十億,十分不利于氣凝膠企業的做大做強。而常壓干燥技術,隨著規模擴大,投入產出比會進一步提高,可以較少投資獲得較大生產規模,因而更能適應未來大生產的需要。此外,受限于硅源,超臨界的原料成本降低空間有限,只能通過優化系統提高生產效率,而常壓干燥對廉價硅源有較強接納能力,流程優化方面也有較多自由度,因而擁有更大的成本下降空間。

       

      作者:知乎用戶
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