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1、江南大學自考助學 畢業(yè)生論文（設(shè)計） 專業(yè)： 機械電子工程 姓名： 岳** 題目： 圓盤式氣流粉碎機的設(shè)計 日期：2009 年 5 月 11 日 ii 第一章 概述,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 1 r/ u 人，一，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 3 第二章 粉碎及其意義 ,,,,,,,,,,,,,,,, 7 第三章 粉碎設(shè)備 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11 第四章 氣流粉碎原理，機型和意義 ,,,,,,,,,, 20 第五章 扁平氣流粉碎機的結(jié)構(gòu) ,,,,,,,,,,,, 34 第六章 扁平氣流粉碎

2、機的設(shè)計及計算 ,,,,,,,,, 35 （1） 噴嘴的設(shè)計 （2） 加料器的設(shè)計 （3） 流量的計算 （4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計 目 錄 3 第一章 概述 許多材料加工成超微狀態(tài)，會得到許多非微粒產(chǎn)品無法得到 的特殊功能；如提高其在化學反應(yīng)中的反應(yīng)速率，改善其著色率、 遮蓋力、色度，增強其分散、流變性、補強性等。因此，超微產(chǎn) 品已廣泛的用于化工、醫(yī)藥、涂樹、農(nóng)藥、染料、電子等行業(yè)中， 成為這些行業(yè)高性能高技術(shù)產(chǎn)品不可缺少的材料。 但國內(nèi)對于對撞式氣流粉碎機的研究還不多，對這方面缺乏 一定的基礎(chǔ)。 目前我國的超細粉碎設(shè)備， 基本上己與世界上定型機種

3、處在同 一水平線上，國際上成熟的機種，我國都能生產(chǎn)，如氣流磨、攪 拌磨、塔式磨、振動磨、各類機械式高速沖擊磨等。但是由于我 國在粉體技術(shù)的研究方面較世界先進國家起步晚，故設(shè)備研制也 晚，基礎(chǔ)差，起點低，引進消化后所生產(chǎn)的各類設(shè)備，質(zhì)量難免 良萎不齊，有些只是在低水平上重復，甚至有些概念含混不清。 企業(yè)自行起名，自行命名設(shè)備代號，導致一些廠商的產(chǎn)品廣告及 設(shè)備說明書，不但外行看不懂，內(nèi)行也不明白，國超細粉碎設(shè)備 的一大突出問題。 基于以上情況不僅可以看到超微粉碎的重要作用，也可以看 到我國超微粉碎的薄弱之處。本畢業(yè)設(shè)計也是有著一定的現(xiàn)實意 義和教學研究意義。 粉碎過程是將大顆粒變成小顆粒的過

4、程。固體物料的粉碎是 用物理的方法克服物料內(nèi)部的結(jié)合力使物料破碎達到一定粒的過 根據(jù)原料和成品顆粒的大小或粒度而言粉碎一般為四大類: 粗粉碎，細粉碎，微粉碎，超微粉碎 其粒度分布如表： 粉碎類 型 原料粒度 成品粒度 粗 粉碎 10-100mm 5-10mm 細 粉碎 5-50mm 0.1-5m m 微 粉碎 5-10mm <100卩 m 超 微粉碎 0.5-5mm <10-25 □ m 這是一個大概的分類，但是不同的行業(yè)、不同的產(chǎn)品對成 品粒度的要求不同，因此不同的行業(yè)有不同的劃分范圍。如飼料 的超微粉碎要比化妝品、超微食品等的粗。

5、在不同的行業(yè)中粉碎有著不同的作用，由下可以看到粉碎 的應(yīng)用相當廣泛。 礦業(yè) 冶金 機械 農(nóng)業(yè) 橡膠 塑料 造紙 印刷 化工 制藥 食品 顏料 金屬礦石的粉碎研磨，非金屬礦物的粉碎及深 加工、低品位礦物綜合利用、尾礦中有用元素 的提取 粉末冶金、機械合金化、冶金原料處理、冶金 廢渣利用、硬質(zhì)合金生產(chǎn) 粒度砂、鑄造型砂、微粉磨料、超硬材料、固 體潤滑劑 糧食加工、化肥生產(chǎn)、粉劑農(nóng)藥、土壤改良、 飼料各種添加劑、人工降雨催凝劑等 固體填料、補強材料、功能性填料、廢舊橡膠 制品的再生利用 塑料原料制備、增強填料、粉末塑料制品、塑 料噴涂 紙漿制備、造紙?zhí)盍稀⑼坎荚旒堄贸?/p>

6、漿料、 纖維狀增強填料 油墨生產(chǎn)、銅金粉、噴墨打印墨汁、激光打印 和復印碳粉 原料處理、涂料、油漆、催化劑 粉劑、片劑、注射劑、中藥精細化、藥物載體、 噴霧施藥 糧食加工、保健食品、食品添加劑、調(diào)味劑 偶氮顏料、酞著系列顏料、氧化鐵系列顏料 能源 粉煤燃燒、固體火箭推進劑、水煤漿 電子 電子漿料、電子塑封料、集成電路基片、電子 涂料、熒光粉、鐵氧體 建材 水泥、建筑陶瓷生產(chǎn)、復合材料 精細陶瓷 原料細化處理、梯度材料、金屬與陶瓷復合材 料、顆粒表面改性 環(huán)保 脫硫超細碳酸鈣、固體廢棄物的再生利用各種 粉狀污水處理劑 7 第二章 粉碎及其意義 1) 定義：“粉碎”一詞

7、是固體物料尺寸有大變小過程的總稱。它 包括“破碎”和“粉磨” 。前者是由大料塊變成小料塊的過程，后 者是由小料塊變成細粉體的過程。破碎包括粗碎和中碎。粉末又 稱研磨，包括微粉碎和超微粉碎。但是在實踐中，粉碎往往又是 相對破碎而言，專指有小料塊變成細粉體的過程。氣流粉碎機是 一種先進的超微粉碎設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)上有著廣泛的應(yīng)用。扁平 式氣流粉碎機是一種典型的氣流粉碎機，主要使用于化工、醫(yī)藥 行業(yè)中硬度較低物料的粉碎。 2) 意義： 1) 使物料的比表面增加，這物料顆粒同周圍介質(zhì)的接觸面積 大，反應(yīng)速度快，如催化劑的接觸反應(yīng)，固體燃料的燃燒與氣 化，物料的溶解、吸附、干燥、以及利用粉末流化床的接

8、觸面 積大來強化傳質(zhì)與傳熱等。 2) 在水泥工業(yè)中提高水泥的標號。水泥熟料同石膏一起磨碎 成最終產(chǎn)品。磨碎的粒度越細，比表面越大，水泥的標號就越 3) 在選礦之前使礦石中的有用成分解離。由于礦石中有用成 分同雜質(zhì)緊密結(jié)合一起， 只有經(jīng)過破碎或磨碎之后產(chǎn)生 “解離”， 才能用選礦方法剔除雜質(zhì)，得到較純凈的精礦和中間產(chǎn)品。許 多金屬礦石要在選礦之前磨碎至 0.074mm以下才能充分解離。 4) 為原料下一步加工作準備，如在煉焦、燒結(jié)、球團、陶瓷、 玻璃、粉末冶金等部門，必須把原料碎磨至一定粒度以下，以 滿足下一步的粒度要求。 5) 便于使用。在食品、化工、醫(yī)藥、化肥、農(nóng)藥等部門中， 常將

9、產(chǎn)品碎磨成粉末狀態(tài)向用戶銷售。 6) 便于貯存和運輸， 粉末物料或料漿可利用風力或水力運輸。 7) 制備混凝土時，如天然砂供應(yīng)不足，可將巖石粉碎以制備 人造砂，但人造砂的粒度組成須符合嚴格的規(guī)定。 8) 為了保護環(huán)境，將城市垃圾進行粉碎并處理。 3 物料粉碎的力學特性： 物料粉碎方法的選擇決定于原料的粉碎特性，即抗拉 (折、彎 )、 抗壓(擠) 和抗剪切 (磨、撕) 等特性，表現(xiàn)在其硬度、強度、韌性 和脆性等。 1． 強度 強度反映了物料彈性極限的大小。 強度越大， 物科越不容易被折斷、壓碎或剪碎。 2． 硬度 硬度反映了物料彈性模量的大小。 硬度越高， 物科抵抗塑性變形的能力越大

10、，越不容易被磨碎或撕 碎。 3 ．韌性 韌性反映了物科吸收應(yīng)變能量、抵抗裂縫擴展 的能力。韌性越大， 物料越能吸收應(yīng)變能量，越不容易 發(fā)生應(yīng)力集中， 越不容易斷裂或破裂。 例如纖維性物質(zhì) 難于粉碎就是因為其韌性大的緣故。 4 ．脆性 脆性反映了物料塑變區(qū)域的長短。脆性大，塑 變區(qū)域短， 在破壞前吸收的能量小， 亦即容易被擊碎或 撞碎。 對于具體物料來講， 上述 4 種特性之間有著內(nèi)在的關(guān) 系。強度越大、硬度越高、韌性越大、脆性越小的物科， 其破壞所需的變形能就越大。 4 粉碎形式： 就粉碎其粉碎的形式有多種。 大體可分為壓碎， 剪碎， 劈碎鋸碎，磨碎，受阻沖擊粉碎，自由沖擊粉碎對

11、撞式粉 碎。 1． 彎曲折斷：被粉碎的物料相當于承受集中載荷的兩支點 或多支點梁，當物料內(nèi)的彎曲應(yīng)力達到物料的強度極限 時被折斷。這種方式一般用來粉碎長或薄的較大塊的脆 性物料，例如油餅、玉米穗等的破碎， 一般粉碎度較低。 2． 壓碎：物料置于兩個粉碎面之間， 施加壓力后物料因壓 應(yīng)力達到其抗壓強度極限而被粉碎。 這種粉碎方式僅適 用于脆性物料，如對輥粉碎機、頓式粉碎機等。 3． 剪切破壞：用一個平面和一個帶刀棱的工作表面剪切物 料，物料沿剪切力作用線的方向破裂。 這是一種能耗較 低的粉碎方式， 可用以粉碎韌性物料， 如對輥磨粉和磨 碎過程。 在磨碎過程中， 物料與物料或物料與機件表面

12、之間在一定的壓力和相對運動條件下， 物料表層受剪切 力的作用， 當剪應(yīng)力達到物料的剪切強度極限時， 物料 就經(jīng)層層剝落而粉碎。 11 第三章 粉碎設(shè)備的類型 (1)鑒于超細粉碎技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用涉及化工、冶金、建材、電 子、輕工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域的廣泛性，以及被粉碎材料種 類的多樣性，尤其是當代高新技術(shù)發(fā)展對材料深加工制備提出越 來越高的要求：粒度微細化、粒度分布均勻化或顆粒形狀特定化、 品質(zhì)高純化、表面處理功能化等等，這諸多因數(shù)都促使超細粉碎 技術(shù)與設(shè)備有了長足的發(fā)展。盡管超細粉碎設(shè)備類型繁多，但其 開發(fā)的出發(fā)點主要是圍繞如下幾點： 1) 原理上考慮提高有效粉碎能，大多是利用沖

13、擊、切剪、摩 擦等力的綜合作用進行超細粉碎。 2) 結(jié)構(gòu)上采用超細粉碎—分級組合型式，利用高效氣流分級 裝置不但可提高微細化粒度，而且藉以實現(xiàn)粒度分布均勻化或 特定化。 3) 材質(zhì)上采用高耐磨材料作襯材，不僅可減少襯材磨損對粉 碎產(chǎn)品構(gòu)成的成分或色澤的污染，而且可以提高設(shè)備的使用壽 命。 4） 超細粉碎與顆粒表面改性一體化的實施。 5） 特殊需求的粉碎，例如低溫粉碎等。 （2）粉碎機械的類型和應(yīng)用范圍，我將著重就下列幾種超細粉碎 設(shè)備的工作原理、特點及其應(yīng)用作一簡述 : 高速機械沖擊式微粉碎機——分立式和臥式 氣流粉碎機——分扁平式、循環(huán)管式、靶式、對噴式、流化 床對噴式 輥壓

14、式磨機——分高壓輥磨機、立式輥磨機（萊歇磨、 MPS 磨） 介質(zhì)運動式磨機——分容器驅(qū)動式 （球磨機、振動磨、 行星 磨）、介質(zhì)攪拌磨 分類介紹： 1 高速機械沖擊式微粉碎機 它是利用高速回轉(zhuǎn)子的錘、葉片、棒體等對物料進行撞擊， 并使其在轉(zhuǎn)子與定子間、物料顆粒與顆粒間產(chǎn)生高頻度的相互強 力沖擊、剪切作用而粉碎的設(shè)備。按照轉(zhuǎn)子的設(shè)置可分為立式和 臥式倆種類型。 A） 立式高速機械沖擊微粉碎機 這種類型的機械沖擊磨轉(zhuǎn)子都是豎直設(shè)置， 而且都內(nèi)附分級輪。 典型的產(chǎn)品有日本細川公司 ACM型（圖4-46a）,其工作流程：有 給料機喂入粉碎室的物料，在高速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與帶齒襯套的定子 之間

15、受到 沖擊剪切粉碎。然后在氣流的帶動下進入分級區(qū)，微粉隨氣流通 過分級渦輪排出機外，由收塵裝置捕集，粗粉在重力的作用下落 回轉(zhuǎn)子內(nèi)再次被粉碎。 特點： 1) 通過不同形狀的轉(zhuǎn)子錘體與定子襯套的組合， 可獲得最 佳沖擊速度和沖擊能量，并利用內(nèi)設(shè)的高效分級裝置可 避免過粉碎現(xiàn)象，同時可方便地調(diào)節(jié)產(chǎn)品細度，因此， 不失是一種結(jié)構(gòu)緊湊，產(chǎn)量高，能耗低的微粉碎設(shè)備。 2) 產(chǎn)品細度(D5o)在10~1000卩m范圍，AC—SB型超細 粉D92達10^ m粒度分布窄，粒度球形化佳。 3) 流通的氣流可降低磨機的溫升，故適用于涂料、合成樹 脂、食品、醫(yī)藥品等弱熱性(軟化點低的)物質(zhì)的粉碎。

16、 亦可采用惰性氣體循環(huán)粉碎。 4) 采用陶瓷制作粉碎部件的陶瓷型具有高耐磨性， 用于粉 碎高品質(zhì)、高級化的材料。機蓋為可掀開式，便于清掃， 更換被粉碎材料而不致污染 5） ACV— SB型的耐壓力達I.IMpa,可用于粉體涂料之類具 有潛在粉塵爆炸危險的防爆粉碎系統(tǒng)。 6） 特別適用于碳酸鈣、滑石、云母、大理石、石墨等較軟 質(zhì)、純的礦物的粉碎以制備填料，且有利于礦物解離， 具有精確的粒度上限，最終產(chǎn)品無大顆粒。 B 臥式高速機械沖擊粉碎機 它由水平軸上按設(shè)的倆個串聯(lián)的粉碎——分級室和風機組成。 粉 碎——分級室由帶撞擊葉片的轉(zhuǎn)子和定子襯套以級分級葉輪組 成。第一、二

17、轉(zhuǎn)子的葉片分別有 30、40傾角，旋轉(zhuǎn)時形成風壓， 而相應(yīng)的第一、二分級輪為徑向葉片，旋轉(zhuǎn)時形成風阻，兩者旋 轉(zhuǎn)時便形成旋循氣流，使顆粒反復地受強烈的沖擊、剪切、摩擦 作用而粉碎。兩串聯(lián)的粉碎——分級之間用隔環(huán)分隔，因第一、 二級轉(zhuǎn)輪子的圓周速度分別為 50 m/s,55m/s （第二轉(zhuǎn)子直徑大） ， 故第二粉碎室粉碎力更強，成為細磨區(qū)，產(chǎn)品細度達數(shù)微米。細 粉隨氣流風機排出機外捕集。 特點： 采用兩級串聯(lián)粉碎裝置，故粉碎效率高，能耗較低；產(chǎn)品粒度細 （平均粒徑3―― 100卩m）;機內(nèi)設(shè)有排渣裝置，可將難于粉碎的 雜質(zhì)排除，故產(chǎn)品純度高；負壓操作，可減少粉塵對環(huán)境的污染。 適用于莫氏硬度

18、低于的物料，例如涂料，顏料，非金屬礦化工原 料，農(nóng)藥等的微粉碎。德國 Apline公司生產(chǎn)的CW型和UPZ型沖 擊磨亦屬臥式之列。如圖4-50所示的CW型寬腔沖擊磨具有兩個 轉(zhuǎn)速不等的轉(zhuǎn)子，物料及利用轉(zhuǎn)子的速度差點被轉(zhuǎn)子上的棒銷撞 擊，剪切而粉碎，并隨氣流排出機外捕集。 特點： ① .雙轉(zhuǎn)子比常用的單轉(zhuǎn)子沖擊磨具有更強的粉碎效力，因 此，產(chǎn)品粒度細，可達20卩m ② .粉碎空間大，且不設(shè)置出料控制篩，可有效的避免脂肪 質(zhì)、油質(zhì)及粘性物料粉碎時產(chǎn)生的沉積和堵塞現(xiàn)象。 ③ ．適用于莫式硬度不大于三級的物料， 例如脂肪質(zhì)物料（胡 桃、丁香）、可可粉、顏料（硫酸鋇粉、白鉛） 、化工產(chǎn)品（

19、金屬 氧化物、硬質(zhì)酸鹽）等得粉碎。 UPZ型細沖擊磨有多種形式，如圖 4-51所示。其中圖4-51 （a）所式的短軸銷盤式中一盤為轉(zhuǎn)子，另一盤為定子相互嵌套組 成粉碎室，不設(shè)卸料控制篩。圖 4-51 （ b）（c） （d） 分別為轉(zhuǎn)子帶 固定錘頭或鉸鏈活動錘頭與帶條槽的定子之間組成粉碎室。 特點：通過采用優(yōu)化化型的沖擊件（錘頭、軸銷） ，可滿足不 同粉碎粒度的需求，即粒度細、并有準確的粒徑上限；有一定粒 度分布的粉碎產(chǎn)品；可設(shè)計成防爆、耐壓、氣密性系統(tǒng)；適用于 一藥品、生物技術(shù)制品、化工產(chǎn)品及非金屬礦物等的微粉碎，特 別適用于香料工業(yè)生產(chǎn)由促到超細顆粒的各種產(chǎn)品。 2 氣流粉碎機

20、 氣 流粉 碎 機是利 用 高速氣 流（ 300-500m/s ） 或過 熱 蒸汽 (300-400C)的能量，使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦而實現(xiàn)超細 粉碎的設(shè)備。廣泛的應(yīng)用于化工、非金屬礦物的超細粉碎，產(chǎn)品 細度通?？蛇_ 1-5, 并具有粒度分布窄、顆粒表面光滑，顆粒形狀 規(guī)整、純度高、活性大、分散性好等特點。由于粉碎過程中氣體 絕熱膨脹產(chǎn)生焦耳 - 湯姆遜降溫效應(yīng)，因而還適用于低融點、熱敏 性物料的超細粉碎。 3 輥壓式磨機 A 高壓輥磨機 圖 4-57 位高壓輥磨機工作原理示意圖。 又給料裝置喂入到一對相 向旋轉(zhuǎn)棍子之間的物料，在液壓裝置施加的 50~500Mpa壓力，擠 壓力

21、約 200kN 作用之下被粉碎，其中大部分物料通過兩輥間最小 間隙擠壓后成條狀小塊，再經(jīng)過解碎后成為細產(chǎn)品。在高擠壓力 作用下即使未被粉化的顆粒亦產(chǎn)生了微裂紋，有利于進一步微粉 碎，這是這一粉碎法的一大特點。物料受重力作用下落，對于微 粉含量比例大的原料，為保持設(shè)備性能穩(wěn)定，確保給料穩(wěn)定是重 要的前提，為此，通常采用螺旋擠壓式給料裝置。 一對輥子中一個為固定輥，另一位活動輥，可調(diào)節(jié)兩輥間隙以 改變鉗入的物料量，不致產(chǎn)生粉碎力超載現(xiàn)象。同時，可根據(jù)物 料種類的不同， 調(diào)控最佳粉碎壓力值。 輥徑標準值一般取 0.2~1m， 輥子圓周線速度為0.5~2m/s。輥子間隙寬度S與輥子直徑D之比 值稱為

22、相對間隙寬度， 一般 S/D=0.01~0.02 ，它與處理量密切相關(guān)。 輥子直徑與最大給料粒度之比應(yīng)大于 30~40。而且，給料粒度大于 間隙寬度的物料含量應(yīng)小于 20%. 高壓輥磨機最適用于粉碎脆而硬的物料， 以制備超細礦粉和超 細填料，細度可達＜10。如與超細分級機組合應(yīng)用，d97=5~60左右。 在應(yīng)用中有兩種工藝布置： 1 ) 預(yù)磨 在與球磨機及分級機組成的系統(tǒng)中起預(yù)粉碎作用。 不 僅比只用球磨機的系統(tǒng)增產(chǎn)約 20~30%，而且還節(jié)能 10~20%。 2) 精磨 以高壓輥磨機為中心， 通過其后的解碎機和分級機組 成閉路循環(huán)系統(tǒng)。具有節(jié)能 , 減少摩耗，充分發(fā)揮超細粉碎 潛力的特

23、點。 B 立式輥磨機 立式輥磨機亦稱為立式磨。 在水泥工業(yè)中用于粉磨煤粉和水 分 5%~10%的軟質(zhì)原料。目前其結(jié)構(gòu)型式有十余種之多，圖 4-59 為萊歇磨( Loeshe mill )示意圖，物料被喂入錐形輥與磨盤之間 的粉碎區(qū)受輥壓力作用而粉碎，并在離心力作用下從盤緣溢出， 被盤周通入的空氣揚升至頂部離心分級器分級，粗顆粒返回粉碎 區(qū)再粉磨，細顆粒排出機外由收塵裝置捕集。通過調(diào)節(jié)分級器轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速可控制產(chǎn)品細度在 400~40左右。磨輥由液壓裝置調(diào)控壓力， 磨盤由立式減速機帶動回轉(zhuǎn)。 圖4-60為磨制水泥生料用的MPS磨，與萊歇磨的主要區(qū)別在 于磨輥為車輪形，磨盤為相應(yīng)的環(huán)槽形，其他

24、裝置基本相同。在 相同的粉碎能力下，磨盤直徑比萊歇磨大，盤周有更多的通氣孔， 在一定的風速下有較大的空氣量，因此，磨內(nèi)空氣壓力降比萊歇 磨低20%. 立式磨的特點：它主要靠磨輥與磨盤之間的壓力來粉碎物料， 有效粉碎功比球磨機高，約可節(jié)省電耗 1倍；有與它是風掃式磨, 兼具粉磨與烘干功能，且烘干能力強，如設(shè)熱風爐可烘干含水分 15%~20的物料，利用窯尾廢氣可烘干含水分8%勺物料；入磨粒度 可達100~150mm從而節(jié)省二級破碎系統(tǒng)；粉磨能力高達 500t/h 以上，最大可達1000t/h。但是，磨輥與磨盤的磨損大，檢修，更 換較復雜。 4介質(zhì)運動式磨機 A振動磨 振動磨的工

25、作原理如圖4-61所示，物料和磨介裝入彈簧支撐 的磨筒內(nèi)，由偏心塊激振裝置驅(qū)動磨筒作圓振動，通過磨介的高 頻振動對物料作沖擊，摩擦，剪切等作用而粉碎。適用于各種硬 度脆性物料的細磨與超細粉磨。在礦物，冶金，輕工，建材等行 業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。 主要特點及參數(shù)： 1） 磨介的運動加速度rw2（r為振幅，w為角速度）大于球磨 機，一般為6~10g，因此能有效地進行超細粉磨。尤其， 高頻振動除了具有高效地粒度為細化作用外，還兼有包 覆，活化與表面處理等功能， 故特別適用于需要包覆處理 的超細粉磨。 2) 磨介有球，圓柱，棒等多種形狀，其研磨作用分點，線， 面接觸，故粉磨產(chǎn)品粒度分布均勻。材質(zhì)

26、由剛，氧化鋁， 氧化鋯等，可根據(jù) 20 第四章 氣流粉碎原理，機型和意義 氣流粉碎之所以能產(chǎn)生超微粉體，是因為在氣流粉碎過程中， 物料顆粒能進行高速強力沖擊粉碎，并且已粉碎的顆粒按大小自 動進行精細分級。這種粉碎和分級又是在閉路循環(huán)粉碎過程中同 時進行的。 氣流粉碎機是沖擊粉碎機，他以沖擊粉碎為主。高速氣流賦予 顆粒以及高的速度，使它們互相沖擊碰撞，或者與固定板沖擊碰 撞，如圖 4-2 所示。圖 a b 為顆粒與顆粒之間在飛行過程中互相 沖擊碰撞， 代表大多數(shù)氣流粉碎機里發(fā)生的沖擊碰撞過程。 Cd 則 為高速運動的顆粒與固定表面的沖擊碰撞。C代表單噴式氣流粉碎 機的沖擊碰撞形式，

27、d 代表大多數(shù)氣流粉碎機中顆粒與粉碎室內(nèi)壁 發(fā)生的沖擊碰撞形式。氣流粉碎的沖擊表現(xiàn)為自由沖擊。粉碎作 用力除沖擊力外，還有一部分摩擦（磨碎）力和剪切力。摩擦力 是由于物料顆粒與內(nèi)壁之間發(fā)生摩擦研磨運動而產(chǎn)生的。當然， 顆粒之間也有這種摩擦研磨過程發(fā)生。因為沖擊和磨碎這兩種粉 碎方法，主要適用于脆性物料的微細粉碎，所以，從粉碎原理上 看，氣流粉碎一般適用于脆性物料的微粉碎，特別是超微粉碎； 尤其是聚集體顆粒和凝聚體顆粒的解磨。 Ca> IcJ n: < dr 目前工業(yè)上應(yīng)用的氣流粉碎機可分為如下幾種類型： 1) 扁平式氣流磨 2) 循環(huán)管式氣流磨 3) 靶式氣流磨 4)

28、對噴式氣流磨 5) 流化床對噴式氣流磨 (1) 扁平式氣流磨 后面作詳細介紹 (2) 循環(huán)管式氣流磨 圖4-54所示Jet-0-Mizer型氣流磨是最常用的一種循環(huán)式氣 流磨。原料由汾丘里噴嘴1加入粉碎區(qū)3,氣流經(jīng)一組噴嘴2 噴入不等徑變曲率的跑道形循環(huán)室粉碎室，并加速 顆粒使之相互沖擊、碰撞摩擦而粉碎。同時旋流還帶動被粉碎 的顆粒沿上行管向上運動進入分級區(qū)， 在分級區(qū)離心力場的作 用下，使密集的料流分流，細粒在內(nèi)層經(jīng)百葉窗式慣性分級器 4分機后排出即為產(chǎn)品，粗離在外層沿下行慣返回繼續(xù)循環(huán)粉 碎。循環(huán)管的特殊形狀具有加速顆粒運動和加大離心立場的功 能，以提咼粉碎和分級效果。

29、 Jet-o- Mizer型氣流磨的粉碎粒度可達 3-0.2 ,廣泛的應(yīng)用 與填料、顏料、金屬、化妝品、醫(yī)藥藥品、食品、磨料以及具 有熱敏性、爆炸性的化學品等的超細粉碎。 (3) 靶式氣流磨 扁平式氣流磨和循環(huán)管式氣流磨對脆性物料粉碎有效，但對 韌性物料粉碎效果不理想，甚至難以粉碎，而采用低溫粉碎誠 然有 效，但其成本高，材質(zhì)有特殊要求，密封要求也很嚴格。若采 用靶式氣流磨則有明顯效果。 它是利用高速氣流夾帶物料沖擊在各種形狀的靶板上進 行粉碎的設(shè)備。除了物料與靶板發(fā)生強烈沖擊碰撞外，還發(fā)生 物料與粉碎室壁間多次的回彈粉碎，因此，粉碎力特別強大， 尤其適用于粉碎高分子聚合物、

30、低觸點熱敏性物料，以及纖維 狀物料?？梢愿鶕?jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品粒度的要求選擇不同形狀 的靶板。靶板是易損件，必須采用鋼玉或碳化鎢之類耐磨材質(zhì) 制成。 （4）對噴式氣流磨 對噴式氣流磨利用物料在一對噴嘴的超音速氣流中相撞而粉 碎的設(shè)備。由于物料的高速直接對撞，沖擊強度大，能量利用 率高，可用于粉碎莫氏硬度 9.5 級以下硬質(zhì)、脆性、韌性的各 種物料，產(chǎn)品粒度可達 -200 目至亞微米。 同時，它還克服了靶 式、循環(huán)式氣流磨靶板與磨體易損的弱點， 減少對產(chǎn)品的污染， 延長了使用壽命，是一種比較理想和先進的氣流磨。圖 4-55 是馬亞克型氣流磨示意圖。 （5）流化床對噴式氣流磨 如圖 4-56

31、所示，喂入磨內(nèi)的物料利用二維或三維設(shè)置的數(shù)個 噴嘴（ 3-7 ）噴匯的氣流沖擊能，及其氣流膨脹呈流化狀懸浮 翻騰而產(chǎn)生的碰撞、摩擦進行粉碎，并在負壓氣流帶動下通過 頂部設(shè)置的渦輪式分級裝置， 細粉排出機外由旋風離器及袋式 收塵器捕集，粗粉受重力沉降返回粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎。顯然，這 一流化床對噴式氣流磨是在對噴式氣流磨的基礎(chǔ)上開發(fā)的新 產(chǎn)品，它是 90 年代最新性的超細粉碎設(shè)備。 特點：產(chǎn)品細度高達 d97=3-10 ，粒度分布窄且過大顆粒；粉 末效率高，能耗低，比其它類型氣流磨節(jié)能 50；采用 AlO3、 SiC或Pu （佩）作易磨損件磨耗低，產(chǎn)品受污染少，可加工無 鐵質(zhì)污染粉體產(chǎn)品和莫式硬度

32、10 級的物料；結(jié)構(gòu)緊湊、噪音 小、操作自動化，但成本高。 扁平氣流粉碎機原理 扁平式氣流粉碎機如圖 4-3 所示。高壓氣體工質(zhì)經(jīng)入口 5 進入 工質(zhì)分配室 1 中。分配室 1 與粉碎-分級室 2 之間，用若干個 噴嘴 3 相連通。工質(zhì)在自身壓強下，強行通過噴嘴產(chǎn)生高達每 秒幾百米乃至上千米的氣流速度。 這種由高壓工質(zhì)通過噴嘴產(chǎn) 生的高速強勁有力的氣流，稱為噴氣流。待粉碎的物料經(jīng)過文 丘力噴射式加料器 4，進入與粉碎 -分級室 2 的粉碎區(qū)， 在高速 噴氣流作用下發(fā)生粉碎。 由于噴嘴與粉碎室 2 的響應(yīng)半徑成一 銳角a,所以氣流夾帶著被粉碎的顆粒作回轉(zhuǎn)運動，把粉碎合 格的顆粒推到粉碎 -分級

33、室中心處， 進入成品收集器 7。這種收 集器實質(zhì)上就是一個旋風分離器， 與普通的旋風分離器不同之 處，僅在于夾帶顆粒的氣流，由其上口進入。物料顆粒沿成品 收集器 7 的內(nèi)壁，螺旋形的下降到貯斗 8中，而廢工質(zhì)氣流， 夾帶著大約 5~15%的細顆粒，經(jīng)排出管 6 排出，作進一步捕集 回收。 扁平狀的粉碎 -分級室中所發(fā)生的流體流動過程， 可用圖 4-4 2扁平式氣流粉碎機 1-Jft碎室側(cè)壁吃-覷壁襯里用 上盈村里下蓋襯里詁，遼一壓板專 右一廈工廣排出管訂一進料管曲一氓合擴敬膏汕一振動器支架iW—料斗； 11—加料噴?12"上蓋訂一墊片；14—工屢人叮訂 一下蓋阻管- 17-Jff

34、i品收集器$19-粉碎?并級室皿0—工質(zhì)噴嘴亡1 一「質(zhì)分配室； 23—弓形孌第裝置熄3—螺紋塞子闔上購種粉柱-分級室腔型 說明。噴氣流6以極高的速度進入粉碎區(qū)后，把周圍的物料顆 粒吸入其中，并使顆粒加速到一定的速度和距離。具有一定的 顆?；ハ鄾_擊碰撞，從而達到粉碎的目的。由于各噴嘴的傾角 a都是相等的，所以各噴氣流的軸線，都切于一個假想的圓周， 這個圓周稱為分級圓，如圖4-4中的7。整個粉碎-分級室被分 級圓分成兩部分：一部分為主要發(fā)生顆粒沖擊粉碎的粉碎區(qū) 2； 另一部分為主要發(fā)生顆粒分級的分級室 3。 由于噴嘴傾角a<90,并且粉碎室輪廓由是圓形的，所以各 個噴氣流一經(jīng)運動一定時

35、間后， 必定匯集成一個強大的高度旋 轉(zhuǎn)的旋流 8，稱為主旋流。在粉碎區(qū)，相鄰兩噴氣流之間的工 質(zhì)，又形成若干個強流旋轉(zhuǎn)的小流 1，成為小旋流。小旋流的 旋轉(zhuǎn)方向，與主旋流相反，如滾柱軸承中的滾柱相對于軸承內(nèi) 圈的運動模式一樣。 噴氣流對氣流粉碎的正常進行至關(guān)重要。 噴氣流的結(jié)構(gòu)如 圖 4-5 。它按速度的變化情況 超微氣流粉碎技術(shù)的應(yīng)用 氣流粉碎是一種獨特的粉碎方式，除超微粉碎外，還兼有多種 功能，因此在許多精細加工工業(yè)部門都有應(yīng)用。 氣流粉碎具有如下優(yōu)點： 1) 粉碎強度大，粉碎產(chǎn)品細，可達數(shù)微米甚至亞微米，顆 粒規(guī)整，表面光滑。 2) 顆粒在高速旋流中分級，成品粒度分布狹窄，單一

36、顆粒 成分多。 3) 采用硬度極高、耐磨性極好的材料作襯里，能保證粉碎 過程在“以硬對軟”的條件下進行，從而保證產(chǎn)品完全 不會被磨損下來的金屬或非金屬雜質(zhì)污染， 產(chǎn)品純度高。 4) 可以粉碎極堅硬的物料，如莫氏硬度大于 9 級的硬質(zhì)合 金和磨料等。 5) 由于高壓工質(zhì)通過噴嘴產(chǎn)生冷卻效果(焦耳 - 湯姆遜效 應(yīng))，并且氣流粉碎過程又是舜時過程，所以可粉碎低熔 點和熱敏性物料，這是氣流粉碎機的主要應(yīng)用之一。 6) 若以墮性氣體作工質(zhì)，并且采用適當襯里材料和采取防 爆措施，在粉碎細度要求很高的條件下，氣流粉碎機是 粉碎各種易燃易爆物料的理想設(shè)備。 7) 設(shè)備拆卸容易，清洗快，易消毒，可進

37、行無菌作業(yè)。 8) 除粉碎之外，還可實現(xiàn)粉碎與干燥、粉碎與混合、粉碎 與包覆、粉碎與化學反應(yīng)等聯(lián)合作業(yè)。 9) 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，沒有運動部件，維護和檢修工作量少。 10) 在微粉碎和超微粉碎過程中的能量利用率較高。一般氣 流粉碎機可達 2%，個別可達 10%，而球磨機僅為 0.6%。 氣流粉碎機的主要缺點是： 1) 輔助設(shè)備多，一次投資較大。 2) 粉碎成本較高。 3) 影響運行的因素較多，一旦工況調(diào)整不當，操作不穩(wěn)定。 4) 不太適宜于粉碎粘滯性大的物料，因為這種物料易發(fā)生 粘壁而導致加料困難和設(shè)備堵塞現(xiàn)象。 5) 噪聲較大，采用高溫工質(zhì)時操作崗位附近的溫度高；粉 碎系 統(tǒng)堵

38、塞時會發(fā)生到料現(xiàn)象，噴出大量粉塵；這些 都會惡化操作環(huán)境。 氣流粉碎機的這些缺點，較之它的優(yōu)點來說，完全是非本質(zhì)性 的。而且，隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進，裝置的大型化、自動化程度 的提高(例如進行某種程度的遙控) ，以及氣流粉碎技術(shù)的發(fā) 展等，這些缺點都是可以克服的。 分級理論及設(shè)備 經(jīng)粉碎的物料通過管路進入分級器，分級器屬于本設(shè)計粉碎 機的一部分，但在設(shè)計中采用相對獨立的設(shè)計思想，所以分級器 是相對獨立的部分。 不過分級器的設(shè)計要與整個粉碎要求相配合， 結(jié)合設(shè)計特點，要有著方便的可調(diào)節(jié)性，這樣就可以針對不同的 物料，不同的粒度進行要求不同的分級。 1．分級理論 分離后獲得的某種成分的質(zhì)量與

39、分離前粉體中所含該成分 的質(zhì)量之比為分離效率。 用下式表示 H=(m/m 0)*100% 式中， m0,m 分別為分離前粉體中某成分的質(zhì)量和分離后獲得的該 成分的質(zhì)量； H 為分級效率。 經(jīng)粉碎后的的粉體處于一個大的粒度分布范圍， 往往不能滿足 對超細粉體一定粒度范圍的要求，而分級就是把合格的產(chǎn)品分離 出來加以利用，把不合格的產(chǎn)品再進行粉碎，避免了能源浪費和 產(chǎn)品過粉碎。粉體行業(yè)的關(guān)鍵問題，是物料的超細分級問題。分 級在粉碎中起著重要的角色 及時地把粉碎合格的細小顆粒分離出來，變成成品，而將大顆 粒返回粉碎系統(tǒng)繼續(xù)粉碎。這種粉碎機與分級器相結(jié)合的形式可 以組成開路貨閉路循環(huán)。粉

40、碎-分級系統(tǒng)如圖示 粉碎廠—分級器 粗粒返回 說明： 其中粉碎物料經(jīng)分級器后，粗?？梢灾苯臃祷剡M料器組成閉路循 環(huán)，也可以不直接返回進料系統(tǒng)，整體作為一個開路選環(huán)。 流程圖 對超細產(chǎn)品的分級比普通產(chǎn)品分級要困難，原因是超細粉體 比表面積大，表面能高，表面活性也高，隨之而來的是團聚結(jié)塊 及吸附于固體表面。 進行超細粉體的分級應(yīng)該知道以下三方面的情況： ① . 超細粉體的分級工藝條件； ② . 超細粉體的分級設(shè)備； ③ ． 超細粉體的分散性。 通常在市場上用戶往往只是注意向生產(chǎn)廠商詢問分級設(shè)備的 情況，而忽略了自己生產(chǎn)超細粉體的工藝條件，更有甚者不知道 自己生產(chǎn)粉體的分散

41、性如何，這往往會使設(shè)備制造廠商推薦的設(shè) 備與要求不符，達不到預(yù)期效果，此時，購買者就會責怪設(shè)備制 造商的設(shè)備不好用。而需要者說不清自己的需要，這是最大的問 題，因為超細粉體的分散性能得不到很好的解決，這種粉體就無 法進行有效的分級。因此無論選用什么設(shè)備進行分級，要分級的 粉體必須處于良好的分散狀態(tài)。 2 分級設(shè)備 分級的理論很多，帶來的分級設(shè)備的種類也很多，分級的方 法機設(shè)備如下。 超細粉體分級按物料狀態(tài)分為：①干法分級，②濕法分級； ③超臨界分級 （ 介于干法和濕法之間 ）。 細粉體分級按分級力場不同可分為：重力場分級，離心力場 分級，慣性力場分級，電場力分級，磁場力分級，熱梯度力場

42、分 級，色譜分級。按使用設(shè)備類型分可分成旋流式分級 （ 即常用的水 力旋流器 ） ，干式機械分級 （常用的葉輪分級機，渦流分級機等 ） ， 碟式分級，臥螺式分級，靜電場分級，超界分級等。 下面簡單介紹幾種用于分級方面的設(shè)備： a .篩分設(shè)備 篩分一般適用于較粗物料（粒度＞0.05mn）的分級。 b.粗分級機 粗分級機也稱粗分離器，它是空氣一次通過的外部循環(huán)式分 級設(shè)備。 c .離心式選粉機 離心式選粉機（內(nèi)部循環(huán)式）屬第一代選項粉機，也稱內(nèi)部 循環(huán)式先粉機。 d.旋風式選粉機 旋風式選粉機屬第二代選項粉機， 也稱外循環(huán)式選項粉機。 其內(nèi)部設(shè)計保持了離心式選項粉機的特點，但外部

43、設(shè)有獨立的 空氣循環(huán)風機，它取代了離心式選粉機的大風葉。細粉分離過 程在外部旋風分離器中進行。 分級器設(shè)計 在研究分級理論，查閱相關(guān)分級器資料后結(jié)合分級特點，本設(shè) 計中分級部分優(yōu)先考慮葉輪旋轉(zhuǎn)式分級。這種分級原理在其他分 級器中有著普遍應(yīng)用，所以其理論是很成熟的。由于本設(shè)計的可 分級粒度較寬，可調(diào)節(jié)性較強，暫且稱之為連續(xù)可調(diào)分級器 -- 完 全分級器。 1. 完全分級理論 如圖示在分級器內(nèi)，分體可力隨氣流作渦旋運動，顆粒切線 方向的分速度 為v ,顆粒受沿旋流半徑向外的離心力 Fr的作用，另一方 面，按切線方向進入的氣流與物料的混合狀態(tài)左旋回運動的 同時，有向心分速度vr，產(chǎn)

44、生相內(nèi)的作用力FR顆粒與氣 流的相對速度為wr.。 當Fr>FR時顆粒向外運動成為粗粉， 當FrvFR時顆粒向內(nèi)運動成為細粉， FR=Fr時的半徑成為分級半徑de。 2. 分級器結(jié)構(gòu) 分級其主要包括分級室，分級葉輪，傳動部分，電動機。 3. 工作原理 參見分級器簡圖，電動機是可調(diào)變速電動機，在電動機 一定的轉(zhuǎn)速下，但動也輪在分級室內(nèi)，做軸向旋轉(zhuǎn)，帶動從 進料口進入的粉碎后的物料一同回轉(zhuǎn)。 滿足顆粒要求得物料 會運動之中間經(jīng)出料口，進入收集裝置。為達到粒度要求的 顆粒將運動至葉輪外部落至分級漆底部進行粗料的返回處 本分級機，被分級粉體的某一粒級所受的向心力與轉(zhuǎn)速 作用的離心力達到

45、平衡時這就是理論上所謂的臨界分級點。 而分級粒徑的大小，即最終獲得細粉粒徑的大小，取決于臨 界分級點的控制。 4． 分級器結(jié)構(gòu)設(shè)計 線關(guān)于分級器的資料很多， 可選用的分級器類型眾多， 但為了使這個粉碎設(shè)備更具有整體性，本設(shè)計中自行設(shè)計分級 器，從而使整個設(shè)備更加協(xié)調(diào)，適用。 分級器的結(jié)構(gòu)中葉輪部分采用水平軸向， 垂直切向進料， 軸向出料。 關(guān)于粗料收集部分， 粗料收集可以直接返回進料器， 也可以先收集儲存后在進入加料器。本設(shè)計中采用后者，該設(shè) 備在加工成型后將用于試驗，先收集后可對粗料的質(zhì)量，粒度 進行分析，更有利于對氣流粉碎的進一步研究。 粗料收集器，在設(shè)計中將其連接在分級器下部，結(jié)

46、構(gòu)參 見圖紙。 分級器和粗料收集器具體尺寸參見圖紙。 第五章扁平氣流粉碎機的結(jié)構(gòu) 典型的扁平式氣流粉碎機的結(jié)構(gòu)如圖 5-1所示。上蓋12和下 蓋15用數(shù)個弓形夾緊裝置22,禁固在粉碎室在側(cè)壁1上，通 過墊片13，形成一個密閉空間19，這就是粉碎-分級室。使用 弓形夾緊裝置的目的，是為了使上蓋成為快開式的，由利于氣 流粉碎機的換料清理、消除堵塞和清除結(jié)疤等操作。 35 第六章扁平式氣流粉碎機的設(shè)計計算 1、 加料器的設(shè)計計算 已知：P（表壓）=4kgf/cm 2=0.4Mpa 即 P仁0.5Mpa P2=0.1Mpa 2=5mm 根據(jù)一元穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程

47、 m1=m2= 二AC2式中：ml m2—截面1、2的質(zhì)量 V2 V2 流量kg/s A1 A2 —截面1、2的面積m2 C1 C2 —截面1、2處工質(zhì)的速度 m/s V1 V2 —截面1、2處工質(zhì)的比容 nVkg 截面1處 P1V 仁RT 其中 P1=0.5Mpa=5X 105Pa R=287.1 T=293K V1=RT =(287.1 x293) - 5X 105=0.168卅/kg 截面2處 Pc為臨界壓力 對于空氣K=1.4 B =0.528 5 Pc=0.528P 1= 2.64 x 10 Pa 由于 P2

48、噴管出口截面上氣流的壓力只能是臨界壓力 Pc, 出口處流速為臨界流速 Cc, 即為音速。 C2=Cc=2KRT[1-(Pc/P1) (K-1)/K ]/K-1 =2KRT/K+1 =2 X 1.4 X 287.1 X 293+ (1.4+1) =313.3 m/s 1/k V2=V1(P1/Pc)1/k =0.168 X (5 X 105/2.64 X105)1 “4 =0.419 m 3/kg 所以 加料器的空氣質(zhì)量流量為 m 加=A2C2/V2 2 =n d C2/4V2 =3.14 X (0.005) 2X 313.3 -4-0.419 =0.01467 kg/s 37 參考文獻 [1] 機械設(shè)計手冊 , 上, 中, 下 化學工業(yè) 出版社 [2] 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 吳宗澤 主編 高等教育出 版社 [3] 機械設(shè)計基礎(chǔ) 版社 朱龍英 主編 機械工業(yè)出 [4] 工程熱力學 版社 沈維道 等 主編 化學工業(yè)出 [5] 機械制圖 業(yè)出版社 葛常清 等 編著 中國建材工 [6] 超微氣流粉碎 版社 楊宗志 編著 化學工業(yè)出 39