粉碎是指将物料颗粒通过一定手段进行细化粉末化的过程,根据粉碎手段不同,粉碎技术包含球磨、冲击、振动、挤压以及气体粉碎等,而气体粉碎因为其粉碎能力强、粉碎时间短、粉碎纯度高、均匀性与分散性好、生产能力和自动化程度高等特点,成为不可替代的粉碎技术。在食品、医药等领域应用广泛。

  气流粉碎机是一种利用高速气流来实现干式物料超细粉碎的设备。它由气流粉碎机、旋风收集器件、除尘器、引风机、电控柜等组成。压缩空气经过过滤干燥除油后,通过特殊配置的喷嘴高速喷射入粉碎腔内,在高压气流的作用下把物料粉碎,粉碎后的物料随上升气流进入分级腔,在高速度运转的分级叶轮产生的离心力和气流产生的向心力作用下,使粗细颗粒分开,符合粒径要求的细颗粒通过分级叶轮叶片间隙进入旋风收集器和除尘器收集,粗颗粒被分级叶轮甩出并下降至粉碎区继续粉碎。

  气流粉碎机制备粉末过程中,主要是靠高压气流使粉末相互撞击来达到粉末细化的目的。研究发现,通过调整气流粉碎机进气压力、分级轮频率以及上下风门、引风机开启风门大小等方面制取的粉末结构简单、比表面积小、化学纯度高、耐烧结性好。

  在气流粉碎机制备粉末过程中,通过以往的数据和实践经验进行了气流粉碎机上下风门及引风机风门开启大小的筛选试验,确定了影响气流粉碎机制备粉末费氏粒径Fsss的关键因子为气流粉碎机分级轮频率和进气压力。包玺芳等在《气流粉碎机在高压高比容钽粉中的应用研究》中,采用DOE试验设计对气流粉碎机制取高压高比容钽粉。结果表明,经过气流粉碎机破碎、酸水洗处理制取的原始粉末,其粉末的原始颗粒粒径(费氏粒径Fsss)大小受气流粉碎机进气压力和分级轮频率大小的影响显著。

  压缩气体的压力能是流化床气流磨中颗粒加速的唯一动力。一般来说,进气压力越大,喷嘴出口处的空气速率越高,颗粒加速获得的动能也越大,粉碎程度也越大,产品粒度越小。然而,当工作压力过高(>0.8MPa)时,喷嘴出口气流速度随工作压力升高而增加缓慢,与此同时,能耗急剧增大;同时,喷嘴入口压力必须与系统背压满足一定的条件时才能使出口气流速度达到设计的值。

  进气压力越高,颗粒碰撞越剧烈,往往产品的球形度比低进气压力下要低,带有尖锐的棱角。由于粗颗粒的裂纹多,缺陷多,进气压力的提高对粗颗粒的粉碎影响大,对细颗粒影响小。

  流化床气流磨常见的分级装置有卧式分级轮。分级轮的作用是将粉碎腔中细颗粒分级出去形成粉碎产品,粗颗粒则被分级轮产生的离心力带回粉碎腔中继续粉碎,既保证了产品的细度,同时及时将细颗粒分出避免过粉碎。分级轮转速越大,分级产品也越细。分级轮直接控制产品的粒度,因此是影响产品粒度的一个重要因素,但当进料速率过大,分级轮将过载导致分级轮转速降低,大颗粒就会进入产品中。

  在进气压力一定的情况下,粉碎腔中的进料量由进料速率和分级轮对细颗粒的移出速率的质量平衡决定。给定一对进料速率和分级转速,进料量就确定了。进料速率小时,颗粒浓度低,颗粒所携带的平均动能大,但颗粒相互碰撞概率低。当进料速率过小时,颗粒粉碎速率可能很低,在极端情况下,6up气流磨可能处于一种“空磨”状态,几乎只做无用功。

  Godet-Morand等指出,存在一个最小的进料量来启动自粉碎过程。进料速率大时,颗粒浓度增大,颗粒相互碰撞概率增加,但颗粒所携带的平均动能降低。当进料速率过大时,颗粒加速及流态化可能出现问题,还会出现分级机电流增大但转速降低的过载情况,导致分级产品粒度不稳定,出现粗颗粒。因此,对气流磨而言,存在一个最佳进料速率,使得产品的粒径最小,分布最窄。

  在气流粉碎过程中,颗粒的动能由高速气流的加速而获得。陈海焱认为喷嘴间的加速距离与气固浓度、颗粒的性质和产品的粒度要求有关。

  喷嘴到气流汇聚点的距离越短,颗粒的碰撞机率越大,颗粒碰撞时具有的能量也越大,粉碎速率也就越大。喷嘴的喉部直径也是影响粉碎的一个重要因素,在相同进气流量下,较小的喉部直径产生的气流速度越大,因而碰撞的能量也越大,粉碎也更剧烈,破碎后颗粒的尺寸往往也更小。

  在喷嘴设计时要尽可能提高颗粒的动能,相关的研究表明可以提高进气气体温度,使用热蒸汽或者适当提高喷嘴进口压力等方式来提高喷嘴出口气体的动能,使颗粒尽可量在较大速度下实现碰撞,提高颗粒粉碎效果。

  气流粉碎机因为其粉碎能力强、粉碎时间短、粉碎纯度高等特点,应用于各行业,针对不同的行业需求,对于气体的选择也不同,例如一些易燃易爆的特殊物料,就可以采用惰性气体(二氧化碳、氮气、氩气)作为粉碎介质。除了惰性气体外,气流粉碎的介质还有蒸汽、空气等。

  物料粉碎时的气固比不仅是一项重要的技术参数、也是一项重要的经济指标。气固比过小,气流的动能就会不足致使影响产品细度;气固比过高,不仅能浪费能源,甚至会恶化某些颜料的分散性能。在以过蒸汽为工质时,粉碎煅烧后的坚硬物料,气固比一般控制在2~4:1;粉碎表面处理后的物料一般控制在1~2:1。

  除了上述因素会影响气流粉碎机的粉碎效果,工质温度、工质压强和粉碎助剂对气流粉碎的效果也有一定影响。气流粉碎机的广泛应用,解决了生产需要,满足了生活需求,具有极大的便利性,气流粉碎机具有的合适的气流量和气压,能够使气体拖拽力增加,颗粒加速度增大,在相同距离上速度进一步提高,增大物料颗粒速度,不但可以将颗粒更加细化,而且提高系统粉碎效率。

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