题目：超细球形空心磷酸二氢铵灭火粉的制备与应用

众所周知，火灾给人们的生命和财产带来了巨大危害，所以提高灭火粉的性能显得尤为重要。哈龙灭火剂因其毒性较高,对臭氧层有破坏作用等原因已被停止使用。磷酸铵盐干粉灭火剂以其对环境友好,灭火效能高而成为哈龙灭火剂最理想的替代品之一。目前, 国内外制备的磷酸铵盐干粉灭火剂存在形状为非球形，流动性差，不易喷射，且颗粒为实心，密度较大，漂浮性能差等问题。本文针对这些问题，采用喷雾干燥法制备超细球形空心磷酸二氢铵灭火粉，开展了以下几方面的工作：(1)为了满足制备超细球形空心磷酸二氢铵灭火粉的要求，分别从空心结构、球形、超细粒径和材料的特性等方面考虑来研制设备。通过分析，采用了并流式喷雾干燥方法，设计并研制了制备超细球形空心磷酸二氢铵灭火粉的实验研究装置。该并流式干燥塔是热风与雾滴同向流动，雾滴含水率高时与高温热空气接触，确保在液滴内部没有干燥的情况下形成外壳，有利于空心颗粒的形成。随着雾滴含水率的减少，热风温度也不断降低,因而这种气液接触形式也适用于磷酸二氢铵等热敏性物料。结合气泡雾化和预膜雾化的优点，研制了可调预膜气泡雾化器，该雾化器形成的雾滴粒径细，能满足超细干粉灭火剂标准(90%粉体的粒径小于或等于20μm)的要求。(2)从理论上分析了制备球形空心磷酸二氢铵灭火剂的优越性，并首次用喷雾干燥法制备出超细球形空心的磷酸二氢铵灭火粉，用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、比表面积分析仪、XPS等仪器对超细球形空心磷酸二氢铵灭火粉的晶相、形貌、平均粒径和粒径分布、比表面积、休止角、松装密度、活化指数和接触角等性能进行了分析和表征。同时，分析和研究了工艺参数对磷酸二氢铵灭火粉性能的影响，并得到了以下有创意的研究结果：①羧甲基纤维素钠的添加有利于制备球形空心磷酸二氢铵灭火粉；②硅油乳液的添加能提高球形空心磷酸二氢铵灭火粉的疏水性；③FK-510的添加提高了球形空心磷酸二氢铵灭火粉的疏油性，但仍需要进一步的改善；④XPS分析表明硅油乳液和FK-510在干燥过程中倾向于聚集在颗粒表面；⑤在180℃－220℃进口热风温度的情况下，所制得灭火粉的主要成分为磷酸二氢铵，没有发生热分解；⑥随着磷酸二氢铵浓度的增加，所制得磷酸二氢铵灭火粉平均粒径增大；⑦随着雾化压力的增大，所制得磷酸二氢铵灭火粉平均粒径变小。(3) 研制了一种多旋流灭火喷射装置，并研究了灭火喷射装置放置方式和喷射压力对喷射率的影响，还系统测定了超细灭火粉喷放后在灭火室中的空间质量分布，研究了超细灭火粉冷喷条件下在灭火室内的分布特征，同时研究了喷射压力对分布的影响。结果表明，灭火剂在灭火室内呈现有规律的分布。还研究了不同厂家生产的灭火剂的灭火效能，以及在相同时间内灭火粉的沉降量。开展了几种灭火粉的灭火对比实验，实验结果表明，在相同的实验条件下，本文研制的灭火粉灭火效能约为上海埃波托斯消防装备有限公司生产的干粉灭火剂的2.5倍，为武汉绿色消防器材有限公司生产的超细干粉灭火剂的3倍。(4)根据喷雾干燥中球形空心磷酸二氢铵灭火粉的形成过程、形成条件和形成机理，数值模拟了球形空心磷酸二氢铵灭火粉的形成过程。球形空心磷酸二氢铵灭火剂的形成过程的数值模拟，能够反映了空心微球在变密度、变粘度、动边界以及非等温条件下水分浓度的分布、气泡的半径、气泡内的气压和空心微球温度的变化情况。数值模拟结果表明：①在气泡刚形成的初始阶段，气泡快速增长。接着又缓慢增长，后又开始较快地增长。但在气泡形成的最后阶段气泡增长明显减慢。数值计算结果表明气泡最后的半径较接近实验值。②在干燥的初始阶段，液滴的温度保持不变，随后液滴的温度快速上升，但在干燥的后期阶段，液滴温度增长较为缓慢。③气泡内的气压在初始阶段急剧下降。随后，气泡内气压缓慢地下降。接着又开始缓慢上升，在后期阶段又呈现缓慢下降的现象。④随着干燥时间的延长，液滴中的水分逐渐降低。在干燥的初期，液滴中水分的梯度较大，在干燥的后期，液滴中的水分梯度减小。