超細(xì)粉體分級技術(shù)

1、第五章第五章 超細(xì)粉體分級技術(shù)超細(xì)粉體分級技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 分級的目的、意義、研究分級的目的、意義、研究內(nèi)容及分類內(nèi)容及分類n 利用機械方法生產(chǎn)的超細(xì)粉體，很難使物料一次通過機械粉碎就能達(dá)到所需粒度要求，產(chǎn)品往往處于一較大的粒度分布范圍。而在現(xiàn)代各工業(yè)領(lǐng)域的使用中，往往要求超細(xì)粉體產(chǎn)品處于一定的粒度分布范圍。另外，在粉碎過程中，粉體中往往只有一部分產(chǎn)品達(dá)到了粒度要求，而另一部分產(chǎn)品卻未達(dá)到粒度要求，如果不將這些已達(dá)到要求的產(chǎn)品及時分離出去，而將它們與末達(dá)到要求的產(chǎn)品一道再粉碎，則會造成能源浪費和部分產(chǎn)品的過粉碎問題。為此，在超細(xì)粉體生產(chǎn)過程中要對產(chǎn)品進行分級處理。一方面控制產(chǎn)品粒度處于所需分布

2、范圍，另一方面使混合粉料中粒度已達(dá)到要求的產(chǎn)品及時地被分離出去。 n對超細(xì)粉體分級技術(shù)研究，主要包括：超細(xì)粉體分級設(shè)備研究，工藝條件研究以及超細(xì)粉體的分散性研究。后者往往是極其重要的。因為，如果超細(xì)粉體的分散性得不到很好解決，這種粉體就無法進行有效分級。無論采用哪種技術(shù)及設(shè)備對超細(xì)粉體進行分級，都必須事先使該超細(xì)粉體處于良好的分散狀態(tài)。n對普通粉體的分級通常是采用篩分法，然而目前最細(xì)的篩網(wǎng)孔徑也只有20m左右(即600目左右)，再考慮到實際篩分過程中超細(xì)粉體對篩孔的堵塞問題，因此，在實際生產(chǎn)中超過325目的篩網(wǎng)用于干粉分級無實際工業(yè)化使用的意義。采用普通的常規(guī)篩分技術(shù)及設(shè)備無法對超細(xì)粉體進行分

3、級處理，必須研究新的超細(xì)粉體分級設(shè)備及技術(shù)。到目前為止，已研究成功和正在研究并公開報導(dǎo)的超細(xì)粉體的分級方法較多，但真正工業(yè)化使用且分級效果較理想的技術(shù)和設(shè)備并不多。另外值得指出的是，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，采用電氣成型制造的篩孔可以達(dá)到3m，采用激光技術(shù)可制造出1m的篩孔。這些篩分裝置目前都已用于超細(xì)粉體漿料的分級，新近研究已將分子篩、膜分離等技術(shù)用于超細(xì)物體漿料的分級(如微米、亞微米及納米材料的漿料)，但這些大多仍處于試驗階段。n根據(jù)被分級物料的狀態(tài)可分為干法分級和濕法分級。新近又研究了一種介于干法分級和濕法分級之間的分級方法，即超臨界分級。另外，根據(jù)分級力場的不同，分級方法又可分為：重力場分級

4、、離心力場分級、慣性力場分級、電場力分級、磁場力分級、熱梯度力場分級以及色譜分級等。對超細(xì)粉體的分級必須根據(jù)超細(xì)粉體的不同特性，利用各種合適的力場對超細(xì)粉體進行有效的分級，才能獲得滿意的分級產(chǎn)品。超細(xì)粉體的分級方法可根據(jù)其使用的設(shè)備類型不同分為：旋流式分級、干式機械分級(如葉輪式，渦流式等)、碟式分級、臥螺式分級、靜電場分級、超臨界分級等。 第二節(jié)第二節(jié) 超細(xì)粉體的主要分級原理超細(xì)粉體的主要分級原理n目前工業(yè)化使用的超細(xì)粉體主要分級方法有：旋流式分級、干式機械分級(葉輪式，渦流式)、碟式分級及臥螺式分級。這些分級方法都是基于重力場和離心力場進行分級。 一、重力場分級原理一、重力場分級原理n重力

5、場分級原理是最古老、最經(jīng)典也是較完善的理論，其理論基礎(chǔ)是根據(jù)層流狀態(tài)下的斯托克斯定律。在分級過程中，假設(shè)流場是按層流狀態(tài)進行，并假設(shè)超細(xì)固體顆粒呈球形，在介質(zhì)中是自由沉降。因此可認(rèn)為在分級過程中，這種超細(xì)球形顆粒在自身重力場作用下，在介質(zhì)(氣體或液體)中沉降時單一顆粒所受到的介質(zhì)阻力為：n式中 介質(zhì)粘度（Pas）；n d 顆粒的直徑（m）；n 顆粒的沉降速度（m/s）。 vdFp3gdFg)(63式中 d 顆粒的直徑（m）； 顆粒的密度（kg/m3）； 介質(zhì)的密度（kg/m3）； g 重力加速度（m/s2） n對于超細(xì)顆粒來說，更重要的是其顆粒極細(xì)，粒徑之間的差異極小，因而對重力之差及末速之差

6、影響極小。因此，靠簡單的重力場作用很難使超細(xì)顆粒進行快速精確高效分級，所以必須借助其它力場以達(dá)到較好的分級效果。在研究中發(fā)現(xiàn)，采用離心力場可以對超細(xì)顆粒達(dá)到較好的分級效果，也可將這兩種力場綜合利用。二、離心力場分級原理二、離心力場分級原理n 當(dāng)介質(zhì)的阻力與離心力達(dá)到平衡時，顆粒在離心力場中的沉降速度達(dá)最大值且為衡速，可由下式導(dǎo)出：n因為 Fc=Fpn代入上式可得出：22236)(ortdkrdn當(dāng)顆粒極細(xì)時，可采用斯托克斯阻力公式近似代替，即：n代上式得ororddk322rddrdort2323)(636ordrrd36)(223)(1822rdorn定義：為離心分離因素，并將離心加速度代入

7、上式得：n從上式可以看出，當(dāng)被分級的物質(zhì)一定，介質(zhì)一定，介質(zhì)的粘度一定，離心加速度或分離因素一定時，顆粒的離心沉降速度只與顆粒的直徑大小有關(guān)。因而可采用離心力場根據(jù)顆粒離心沉降速度的不同，對粒徑大小不同的顆粒進行分級。上式也說明，當(dāng)被分級的物料及介質(zhì)的各種特性一定時，提高顆粒的離心沉降速度的關(guān)鍵是提高離心加速度a或分離因素j。)(18)(1822jgdadorn 以上是當(dāng)前超細(xì)粉體領(lǐng)域大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的主要分級方法所依據(jù)的主要理論基礎(chǔ)和分級原理。n關(guān)于其它分級方法，如靜電場分級、磁力場分級、超臨界分級、熱梯度力場分級、色譜分級等的分級原理，由于其各不相同，缺少共性，而且很專一，故將在對應(yīng)的分級

8、方法章節(jié)中給予專項介紹。 第三節(jié)第三節(jié) 粉體分級的基本概念粉體分級的基本概念n 在討論和評判粉體分級技術(shù)時，經(jīng)常會遇到“分級效率”、“分級精度”、“分級極限”及“分組粒釋”等基本概念。以下將對這些基本概念講行定義和解釋。 n一、分級效率與分級精度一、分級效率與分級精度n分級效率是評判一種分級方法優(yōu)劣的重要指標(biāo)，在工業(yè)化應(yīng)用中，這一指標(biāo)十分重要。對于某一分級方法即使分級出的產(chǎn)品分布范圍很窄，但分級效率很低，在工業(yè)化生產(chǎn)中仍無實際應(yīng)用價值。n分級效率通常有如下幾種表示方法，即部分分級效率、總分級效率、牛頓分級效率、分級精度(又稱銳度)、理查德分級效率和粒級效率曲線等。n（一）部分分級效率（一）部分

9、分級效率E（di）n 部分分級效率E（di），是指分級出的產(chǎn)品中粒徑為di的顆粒的重量占分級給料量中粒徑為di的顆粒的重量百分?jǐn)?shù)。部分分級效率E（di）可用下式表示：n式中 dR1分級出的產(chǎn)品中粒徑為di的顆粒 n 的含量；n dR2分級給料量中粒徑為di的顆粒的n 含量21)(dRdRdEin（二）總分級效率（二）總分級效率En總分級效率E，是指分級出的產(chǎn)品的總重量占分級給料量的重量百分?jǐn)?shù)，可用下式表示：n式中 W1分級出的產(chǎn)品總量；n W 分級的總給料量。WWE1n（三）牛頓分級效率（三）牛頓分級效率（ ）n牛頓分級效率（ ），在實際應(yīng)用中經(jīng)常采用，是一種最經(jīng)典的分級效率表示方法。其計算公

10、式如下：n設(shè)Q代表被分級的原料總量；Q1代表原料中粗粒量；Q2代表原料中細(xì)粒量。m、n、p分別代表原料、粗粒級部分和細(xì)粒級部分中實有的粗粒級物料的百分含量，則有n Q= Q1+ Q2NN原料中實有的細(xì)粒量粗粒中實有的細(xì)粒量原料中實有的粗粒量細(xì)粒中實有的粗粒量NpnmQQQ21n將上式代入牛頓分級效率的計算公式并整理得：n上式是經(jīng)常用來計算牛頓分級效率的具體公式。)(1 ()(pnmmmnpmNn（四）分級精度（四）分級精度n分級精度 ，通常是用相當(dāng)于分配率為75%和25%的粒度和來表示，即 n式中 d25產(chǎn)品中顆粒累積重量百分?jǐn)?shù)n 為25%時的顆粒粒徑；n d75 產(chǎn)品中顆粒累積重量百分?jǐn)?shù)n

11、為75%時的顆粒粒徑。n 通常之值越大，分級精度越高。2575S2575S75252575/ ddS2575Sn（五）理查德（五）理查德（Richard）分級效率）分級效率n理查德分級效率（R）也是較早采用的一種分級效率計算方法，計算方法如下：nR=粗粒產(chǎn)物中的粗?；厥章始?xì)粒產(chǎn)物 n 中的細(xì)?；厥章?原料中的細(xì)粒量細(xì)粒產(chǎn)物中的細(xì)粒量原料中的粗粒量粗粒產(chǎn)物中的粗粒量n（六）規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率（六）規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率n規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率也經(jīng)常用來評價分級效率與分級精度，其表達(dá)式為：n式中 Dp顆粒直徑（m）;n 規(guī)范化粒徑；n Dp Dp粒徑粒級效率

12、；n 規(guī)范化粒徑粒級效率。n規(guī)范化粒級效率曲線如圖3-1所示。1)(*PPDDdDdP50*dDDPP50*/dDPDPn二、各種分級效率與分級精度表達(dá)方法的評價與二、各種分級效率與分級精度表達(dá)方法的評價與建議建議n評價分級效果的優(yōu)劣由分級效率來衡量(注意切勿與有時也稱為分級效率的粒級效率相混淆)。理想分級是把顆粒在分級點徹底地分開，即小于分級粒徑的顆粒不混雜在粗粒產(chǎn)品中，大于分級粒徑的顆粒不混雜在細(xì)粒產(chǎn)品中，這時分級效率應(yīng)為100%。如果僅把原樣分成兩部分，每部分的粒度分布均與原樣完全相同，這稱之為分別，分割的分級效率就視為0。然而，實際分級是介于兩者之間，衡量分級效果優(yōu)劣的分級效率，要能定

13、量確定分級的清晰程度，并能全面完整地評價真實分級效果。n研究及實際應(yīng)用表明，牛頓分級效率計算法，符合理想分級時效率為100%，分割時效率為0%，是比較好的分級效率計算法。理查德分級效率計算法，符合理想分級時效率為100%，但分割時效率不為0%，且不是定值。規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率n只符合分割時效率為0%，但不符合理想分級時效率為100%。1)(*PPDDdDdPn為此，人們建議采用粒級效率曲線切割粒徑點的斜率對應(yīng)的正弦來評價分級效率，即n 這種表示既符合理想分級時效率為100%，又符合分割時效率為0%，而且粒級效率曲線通常均要測定，便于使用。另外分級精度（銳度）d25/d75也基本符

14、合兩種分級終端情況的效率值。 1)(*PPDDdDdarctgSinPn三、分級極限與分級粒徑三、分級極限與分級粒徑n 分級極限在粉體分級技術(shù)的討論及生產(chǎn)中經(jīng)常遇到。眾所周知，不同的分級設(shè)備有不同的分級極限，但如何定義分級極限，在粉體界的理解及說法不一。在有些文章中，將分級極限與分離極限經(jīng)?；ビ?，這在一些特定情況是可行的，而在某些情況則是不妥當(dāng)?shù)?。作者根?jù)多年的研究以及與工業(yè)界的接觸，在工程上通常理解為，分級極限是指某一特定設(shè)備對粉體進行分級時，實際所能獲得的最小粒度限度。因此，在工程上往往將它與分級設(shè)備所能達(dá)到的最小分級粒徑相聯(lián)系，有時甚至互用。分級粒徑有時又稱切割粒徑或中位分離點，它是評判

15、某一分級設(shè)備技術(shù)性能的一個很重要的指標(biāo)，也是實際生產(chǎn)中設(shè)備選型的一個重要依據(jù)。n分級粒徑的確定有圖解法和計算法兩種，在工程上較實用且易理解的是計算法。計算法可結(jié)合不同的分級設(shè)備的具體形式，根據(jù)其物理和數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出直觀的和實用的具體計算公式。為了便于理解以及以后應(yīng)用與分析問題方便，以下分別對渦輪式氣流分級機、水力旋流器、沉降式離心機等分級設(shè)備的分級粒徑計算方法和公式進行推導(dǎo)。n（一）渦輪式氣流分級機的分級原理及分（一）渦輪式氣流分級機的分級原理及分級粒徑級粒徑n下圖所示為轉(zhuǎn)子（渦輪）式氣流分級機分級原理示意圖。 n圖中圓形表示分級葉輪的截面，氣流以虛線表示，P交于葉輪表面上的某一點。葉輪平均半

16、徑為r，顆粒粒徑為d，密度為。顆粒在P點上受兩個相反力的作用，即由葉輪旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心慣性力F和氣流阻力R。這兩個力可以分別用下列方程表示:rdFt23)(6rdR3n當(dāng)顆粒所受離心慣性力大于阻力，即FR時，顆粒沿葉輪方向飛向器壁，然后由分級機底部排出機外，成為粗粒級產(chǎn)品；當(dāng)離心慣性力小于阻力，即FR時，顆粒隨中心氣流從排出管排出；當(dāng)顆粒所受到的力FR時，理論上顆粒將繞半徑為r的分級圓軌道連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn)。此時，顆粒的直徑稱為分級粒徑。由此得 rtTrd181式中 dT分級粒徑（m）； r 分級輪平均半徑（m）； 物料密度（kg/m3）； 氣流密度（kg/m3）； vt 葉輪平均圓周速度（m/s

17、）； vr 氣流速度（m/s）； 空氣粘度（Pas）.n上式僅適用于球形顆粒，對于非球形顆粒需引入形狀修整系數(shù)后得:n將葉輪轉(zhuǎn)速 （r/min）代入上式得rtSTrPd18rnt260)(1855. 9rndrTn由上式可知，要獲得較細(xì)的分級產(chǎn)品，關(guān)鍵是要降低分級粒徑。上式指出，提高葉輪轉(zhuǎn)速n，增大分級葉輪直徑2r，提高被分級物料密度，減小氣流速度vr，減小氣流的粘度和密度等，可使分級粒徑dT降低。此時可獲得較細(xì)的產(chǎn)品。然而，對于某一型號的分級設(shè)備及物料與介質(zhì)而言，其上述參數(shù)往往是固定的。此時的分級粒徑就是該設(shè)備對這種物料的分級極限。即該設(shè)備所獲得的分級產(chǎn)品的粒徑下限最低值，就是此條件下的分級

18、粒徑dT。從理論上講，要想獲得比粒徑下限更低的產(chǎn)品是不可能的。（二）水力旋流器的分級原理及分級粒徑（二）水力旋流器的分級原理及分級粒徑n水力旋流器分級原理及分級粒徑是在如下假定條件下確定的，即與重力場中的水力分級機作類比，只有那些回轉(zhuǎn)半徑小于溢流管半徑的顆粒才能得以進入到溢流中；并假定微細(xì)顆粒在自由沉降條件下運動。則位于溢流管下方圓住體上的臨界顆粒，徑向沉降速度可用斯托克斯公式表示:2218)(tovovTrovUrd 式式中中 tovU顆顆粒粒在在溢溢流流管管下下方方的的切切向向運運動動速速度度，大大約約與與液液流流的的切切向向速速度度相相等等（m/s）; ovr顆顆粒粒在在溢溢流流管管下下

19、方方的的回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半半徑徑（m） 。 在在溢溢流流管管下下方方圓圓柱柱面面上上顆顆粒粒的的向向心心速速度度為為 ovovrovhrQU2 式式中中 ovh分分級級液液面面的的高高度度，理理論論上上為為溢溢流流管管下下緣緣到到錐錐壁壁的的軸軸向向距距離離，實實際際上上取取錐錐體體高高度度的的 2/3 長長（m） 。 這樣，直徑這樣，直徑Td或或50d的顆粒從的顆粒從er處沉降到鼓壁（處沉降到鼓壁（r=2r）所需的時間）所需的時間1t應(yīng)等于其在轉(zhuǎn)應(yīng)等于其在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間鼓內(nèi)的停留時間2t 122021ln221rrvgrdrvgVdrtrrorre QVQrrLt/ )(21222 由由 t1=t

20、2及及20TkdV ，可得，可得Td或或50d的計算公式的計算公式 122lnrrVkgQdT 式中式中 Q離心機的處理量（離心機的處理量（kg/h） ；） ； V轉(zhuǎn)鼓液池容積（轉(zhuǎn)鼓液池容積（m3） ；） ； k等于等于g18)(； 轉(zhuǎn)鼓角速度（轉(zhuǎn)鼓角速度（rad/s） 。） 。 n將求得的re值代入上式后可求得柱形轉(zhuǎn)鼓的值。其他形式的轉(zhuǎn)鼓以同樣方法求得re后，再用上式求dT或d50。n上式指出，增大轉(zhuǎn)鼓角速度、轉(zhuǎn)鼓的半徑及轉(zhuǎn)鼓液池的容積都可降低分級粒徑，因而可獲得更細(xì)的產(chǎn)品。第四節(jié)第四節(jié) 重力場分級方法及裝置重力場分級方法及裝置n該方法是利用不同粒徑的粒子在重力場中沉降速度不同而進行分級。無

21、論是干式還是濕式，都有悠久的歷史。由于流體流動方向不同，重力分級器有水平流型和垂直流型，實際應(yīng)用的工業(yè)裝置多是它們的復(fù)合形式。n圖3-3是水平流型重力分級器，空氣水平方向進入，粒子與流體垂直方向?qū)?。在分級沉降室?nèi)，流體水平方向流動，顆粒依粒徑大小依次沉降于、收集器中，極細(xì)的微粒隨尾氣帶出，從而實現(xiàn)了大小粒子的分級。n圖3-4是垂直流型重力分級器，空氣向上流動，沉降末速小于流體速度的顆粒，則隨空氣帶出。沉降未速大于流體速度的顆粒，則沉降到底部的顆粒收集器，因而也實現(xiàn)了粒徑不同的粒子的分級。n重力場分級方法只能用來對粒徑較大的粉體進行分級，對于粒徑極細(xì)的超細(xì)粉體，采用這種方法很難達(dá)到滿意的分級效

22、果，因此很少采用。第五節(jié)第五節(jié) 旋流式分級技術(shù)及設(shè)備旋流式分級技術(shù)及設(shè)備n旋流式分級技術(shù)既適用于干式分級又適用于濕式分級。當(dāng)用于干式分級時，通常是借用氣體為介質(zhì)并作為動力源，故稱之為旋風(fēng)分級；當(dāng)用于濕式分級時，通常是借用液體為介質(zhì)并作為動力源，故稱之為旋液分級。旋流分級裝置是最早研究并實用于超細(xì)粉體分級的設(shè)備。典型的旋流分級機結(jié)構(gòu)如下圖所示。n n旋流分級實際上是采用離心力場和重力場相結(jié)合進行分級。在分級過程中，高速氣流或液流攜帶著被分級的固體粒子從分離器切向進入分離器內(nèi)，氣流或液流沿圓形分離器內(nèi)壁作高速旋轉(zhuǎn)運動。在強離心力的作用下，物料中的粗顆粒沿分離器錐形內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)下沉至下出料口排出，細(xì)

23、顆粒由于向心力的作用向分離器中心集中并隨氣流或液流上升從上出口徘出，從而達(dá)到了粗細(xì)粒子分級的目的。n當(dāng)被分級的固體微粒被氣體或液體攜帶以高速進入旋風(fēng)(液)分離器的內(nèi)腔時，固體微粒隨氣流作圓周運動，在慣性力作用下，固體微粒沿圓周的切線方向運動。這種慣性力又稱之為離心力。由物理學(xué)可知這種離心力的大小是質(zhì)量和離心加速度的函數(shù)。n實驗證明，對超細(xì)粉體的分級來說，物料與氣流進入旋風(fēng)分離器的入口速度以1025m/s為宜。當(dāng)旋風(fēng)分離器的筒體直徑為8001500mm范圍時，離心加速度比重力加速度約大幾百倍，這時利用旋風(fēng)分級器對超細(xì)粉體進行分級會有較好的效果。n 然而，多年的生產(chǎn)實踐及研究表明，利用單個旋風(fēng)分離

24、器很難對超細(xì)粉體進行高效高精度分級。當(dāng)將多個旋風(fēng)分級器串聯(lián)使用，組成多級旋風(fēng)分級時，其分級產(chǎn)品粒度可達(dá)d502m以下，但處理量極小，分級效率極低，根本無法滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需要。n新近研究表明，當(dāng)用液體作介質(zhì)，采用合適的旋流分級器時，對超細(xì)粉體可以獲得較采用旋風(fēng)分級器進行分級時更好的效果。n 濕法旋流分級的研究起步較晚，但進展很快，型號較多。多級聯(lián)用可分離出d502m的懸浮粒子。這類旋流器的共同特點是具有較長的圓筒部分和較小錐角的錐形部分，內(nèi)壁光滑，多襯有陶瓷或橡塑材料。 n英國曼切斯頓大學(xué)化工系R.A.Williams教授等人研究出的一種10mm小型旋流分級器，是一種典型的水力超細(xì)分級機，

25、它可以進行實驗室規(guī)模的分級實驗，對15%濃度的超細(xì)SiO2，漿料分級，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d902m。n目前工業(yè)化使用最普遍的濕法分級機仍以xi下圖所示的水力旋流器為主。它廣泛應(yīng)用于對粒度為3250m的粉體進行分級或分離，以及對含有粒度小于15m的漿料進行濃縮作業(yè)。n旋流分級器通常結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費用低，處理能力大，應(yīng)用范圍寬。其缺點是動力消耗大，內(nèi)壁磨損大，操作穩(wěn)定性差，顆粒在分級器內(nèi)流場復(fù)雜，對固體顆粒的分級精度差，分級效率低。n80年代英國的Mozley公司和德國的AKW公司都開發(fā)出了以聚氨酯為襯里的小直徑旋流器。90年代初，國產(chǎn)小直徑聚氨酯旋流器也研制成功，現(xiàn)已形成10、l5、20、25、35、

26、50mm等一系列的小直徑的聚氨酯旋流分級器，己分別由山東、江蘇等有關(guān)廠家生產(chǎn)。n影響小直徑旋流器分級效果的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：圓柱體直徑、錐度、溢流口和沉砂口直徑等。影響分級效果的主要操作因素有：漿料輸入壓力、濃度、粒度及給料速度等。 表表 3-1 國產(chǎn)小直徑聚氨酯旋流器主要技術(shù)參數(shù)國產(chǎn)小直徑聚氨酯旋流器主要技術(shù)參數(shù) 10（mm） 25（mm） 50（mm） 型號規(guī)格型號規(guī)格 HC1006 HC1057 HC2506 HC2510 HC5006 處理能力處理能力（m3/h） 11.5 (6 個個/組組) 1016 (57 個個/組組) 2.46 （6 個個/組）組） 410 （10 個個/組）組）

27、 1224 （6 個個/組）組） 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 參參 數(shù)數(shù) 直徑（直徑（mm） 錐度（）錐度（） 溢流口直徑（溢流口直徑（mm） 沉砂口直徑（沉砂口直徑（mm） 10 7 3.2 2.6 2.0 2.0 1.5 1.0 25 7 7 5.5 3 3.2 2.2 1.5 50 7 14 11 8 8 6 3 n小直徑旋流器的致命缺點是處理能力小，當(dāng)多個組合使用時，占地面積又較大。為了克服上述缺點，增大處理能力，減小占地面積，英國人首先開發(fā)出了一種新型的超細(xì)水力旋分機，并最初在英國ECC公司實際用于高嶺土精選。該機是由四個同心圓環(huán)構(gòu)成的三個環(huán)行空間，進料、溢流、底流分別在中、外、內(nèi)不同的環(huán)行空間進行

28、，錐底孔與外環(huán)相通形成溢流，錐頂孔通入內(nèi)環(huán)形成底流，操作規(guī)程中，用泵將漿料送入進料空間進入旋流器，在離心力場作用下，同樣粗粒是由底流口排出，較細(xì)的顆粒是從渦流口溢出。通過調(diào)整工藝參數(shù)，如進漿壓力、溢流壓力和底流壓力等，可獲得不同細(xì)度的超細(xì)產(chǎn)品。該機實質(zhì)上也是由許多小直徑旋流器組成。 第六節(jié)第六節(jié) 干式機械分級干式機械分級n干式機械分級通常都是以干燥空氣作為介質(zhì)。到目前為止，能在工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的干式機械分級裝置，幾乎都是基于離心力場的分級原理而設(shè)計的。其出發(fā)點在于，通過各種機械途徑來提高分級效率和降低分級粒徑。最典型的方法是在各種分級設(shè)備內(nèi)引入特定的機械運動裝置，以增大顆粒在分級機內(nèi)所受到的離

29、心力，達(dá)到提高分離因素，增大分級速度，提高分級精度等目的。這類分級裝置通常采用圓盤、葉輪或渦輪等作為分級機內(nèi)的運動部件，以生產(chǎn)強大的離心分級力場。以下對這類分級機進行介紹。n一、圓盤式分級機一、圓盤式分級機n圓盤式分級機包括水平式和垂直式兩種類型。無論是哪種類型，都是借助圓盤高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的強大離心力使粉體進行分級。其基本原理是，在工作過程中，被分級的粉體進入高速旋轉(zhuǎn)的圓盤中心表面，在離心力的作用下，粗粒被拋向圓盤周邊，細(xì)粒居于圓盤中心，然后粗細(xì)顆粒分別通過不同的通道排出，從而達(dá)到了分級的目的。為了提高機器的利用率及分級效果，通常是將圓盤式分級機與粉碎過程聯(lián)用。n最典型的是日本NARAMAC

30、HINERY公司生產(chǎn)的New Cosmomizer粉碎分級機(簡稱N-COS)。該機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分級原理如圖所示。 n該機的粉碎與分級原理是，將被粉碎的粗物料從進料口進入粉碎腔，在粉碎腔內(nèi)物料在高速旋轉(zhuǎn)的刀片作用下被粉碎或分散，在刀片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)力及引風(fēng)機吸力的作用下，被粉碎的物料進入分級腔。在引風(fēng)機吸力的作用下，粉料向分級機的中部出料口處運動，此時粉料同時受到分級盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強離心力作用，由于粗粒受到的離心力大于引風(fēng)機對其產(chǎn)生的吸引力及向心力，因此粗粒向周邊運動，并從循環(huán)通道再次進入粉碎腔內(nèi)進行再粉碎；細(xì)粒則在引風(fēng)機吸力作用下向圓盤中部運動，通過中心出口進入收集器。分級粒徑的大小取決

31、于顆粒在圓盤面上所受到的離心力與引風(fēng)機所產(chǎn)生的吸力的平衡點。當(dāng)吸引力較小而離心力較大時，所獲得的產(chǎn)品較細(xì)，但產(chǎn)量較低。反之，則產(chǎn)品粒子較粗。為了獲得合適的產(chǎn)品及較高的分級效率，引風(fēng)機吸力與圓盤所產(chǎn)生離心力的匹配平衡十分重要。離心力大小取決于圓盤的轉(zhuǎn)速及直徑。因盤轉(zhuǎn)速越高，直徑越大，離心力越大，設(shè)備的分級能力越大，通常也可獲得較細(xì)的產(chǎn)品。 n該機的優(yōu)點是，將粉碎與分級緊密地結(jié)合于一體，并構(gòu)成閉路循環(huán)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。該機的缺點是，對于某些物料，雖經(jīng)多次循環(huán)粉碎，仍有一部分粗顆粒存在，在連續(xù)生產(chǎn)過程中，這些粗顆粒(或雜質(zhì))愈積愈多，由于是封閉循環(huán)，無法及時排出機外，因此將影響產(chǎn)品的質(zhì)量及系統(tǒng)的粉

32、碎與分級效率及效果。 n 國內(nèi)南京理工大學(xué)超細(xì)粉體研究所研制出了一種主要用于分散分級目的的PS型圓盤分散分級機，該機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。n該機與日本NARA公司生產(chǎn)的N-COS型機組不同，它主要是用于以分散分級為目的。其工作原理是，首先被分級的物料進入分散腔，在分散腔內(nèi)物料在攪拌齒的作用下被充分分散，以利于分級，然后被分散的粉料進入分級腔，同樣在圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及引風(fēng)機產(chǎn)生的吸力的作用下，粉料被分級。細(xì)粉料吸入收集器，粗粉料則從圓盤四周拋向粗料出口，排出機外，從而達(dá)到了不同粒徑粉體分級的目的。該機的優(yōu)點是在分級前先對被分級的粉體進行連續(xù)充分分散，使團聚體被徹底打散，因此可獲得較好的分級效

33、果，提高分級效率，通?？色@得d505m的產(chǎn)品。n南京理工大學(xué)超細(xì)粉體研究所采用自己研制的PS型圓盤式分散分級機對滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、高嶺土、藥材、顏料、磷鐵粉等都進行了大量分級試驗，所獲得的分級產(chǎn)品的細(xì)度與N-COS型粉碎分級機所獲得的結(jié)果基本一致，有的結(jié)果更優(yōu)。該機的分級能力與被分級物料的特性、要求產(chǎn)品的細(xì)度、分級圓盤直徑及轉(zhuǎn)速、吸風(fēng)量等因素有關(guān)。 n二、帶分級錐分級機二、帶分級錐分級機n 下圖示出了一種典型的帶分級錐的分級機，它由分配錐、分級錐和分級室等主要部件組成。n該機的分級原理是，被分級的粉體由氣流攜帶從進料口進入分級機內(nèi)，首先粉料被高速旋轉(zhuǎn)的分配錐分散并均勻向下運動進人分級室。

34、在分級室內(nèi)，粉料同時受到分級錐高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力及從中心孔進入的二次風(fēng)產(chǎn)生的吸引力作用，粗粒被拋向周邊并繼續(xù)下旋從底部組粉出口排出；細(xì)粉粒則在二次空氣吸引下從軸中心孔細(xì)粉出口排出。該機的分級點為550m。n三、三、MS葉輪式分級機葉輪式分級機n MS葉輪式分級機是由日本細(xì)川公司研制生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)形分級機。該機由旋轉(zhuǎn)軸、分級葉輪、氣流分配錐體、環(huán)行體、殼體、人風(fēng)口、進料口、細(xì)料排出口及粗料排出口等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。n該機的分級原理及工作過程是，被分級的粉料在氣流的攜帶下，通過進料管8從下向上進入分級腔，在上升過程中，粉料受到二次風(fēng)的“風(fēng)篩”作用，使粗粉中夾雜的細(xì)粉被分離，使細(xì)粉繼續(xù)隨氣流

35、上升，在分配錐處，由于分配錐高速旋轉(zhuǎn)，上升的粉料被分散并均勻分配向四周運動。當(dāng)粉料到達(dá)葉輪分級區(qū)時，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力場，此時粉料既受到向上氣流和分級機后部抽風(fēng)機所產(chǎn)生的向心力作用，同時又受到葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用。此時，粗顆粒因受到的離心力大于向心力的作用，則就會被甩向筒壁且沿捅壁向下運動，經(jīng)粗粒出口排出。而細(xì)粒則因受到的向心力大于離心力，則從葉輪縫隙中隨氣流經(jīng)細(xì)粒出口排出，并經(jīng)后工序的收集器收集。 n當(dāng)粉體中某粒徑顆粒所受到的氣流的向心力和轉(zhuǎn)子作用的離心力達(dá)到平衡時，該顆粒有50%的可能性進入轉(zhuǎn)子的葉輪縫隙而排出，這就是理論上的臨界分級點。分級粒徑的大小，即最終獲得細(xì)粉

36、粒徑的大小取決于臨界分級點的設(shè)計。影響臨界分級點大小的主要因素有：分級葉輪的直徑、轉(zhuǎn)速、上升氣流的速度及抽風(fēng)機的吸力，以及被分級產(chǎn)品的比重和分散件等。研究及生產(chǎn)實踐證明，當(dāng)機型及分級物料一定時，起決定性作用的是分級葉輪的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越高，分級粒徑越小，因而獲得的產(chǎn)品更細(xì)。但隨之帶來了分級機的生產(chǎn)能力下降，為此必須增大葉輪的直徑以彌補產(chǎn)量的下降。據(jù)報導(dǎo)，目前國外分級機的最高轉(zhuǎn)速已超過10000r/min。 n四、四、MS-H型分級機型分級機nMS-H型分級機也是一種葉輪式分級機，其結(jié)構(gòu)及尺寸與MS型葉輪式分級機相同，是日本細(xì)川公司為了獲得更細(xì)的分級產(chǎn)品而設(shè)計出的一種MS改進型分級機，其特點是葉輪轉(zhuǎn)

37、速高。該機通常固氣比較大，分級效率較低，在與MS機相同結(jié)構(gòu)尺寸條件下，生產(chǎn)能力較低，但可獲得很細(xì)的產(chǎn)品。 n五、五、MS-N型分級機型分級機n MS-N型分級機也是MS型葉輪式分級機的改進型。其目的是為了適應(yīng)工業(yè)上大批量處理分級粉料的需要而設(shè)計的。其結(jié)構(gòu)特點是，在粉料進料處增加了使之流態(tài)化的裝置，以提高粉體的分散性和易分級性。該機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。n該機的分級工作原理分與MS型相似，但進料系統(tǒng)改進較大。首先被分級的粉料從進料口進人流化床內(nèi)腔，同時主氣流從底部進入，通過流化床底部的多孔板進入流化床內(nèi)腔，使被分級的粉料流態(tài)化。下部旋轉(zhuǎn)葉片在下旋轉(zhuǎn)軸的帶動下使粉料及氣流均勻分布。隨后被流化的粉料隨

38、氣流進入葉輪分級區(qū)，其工作過程與MS型相同。 n六、六、MSS型超細(xì)分級機型超細(xì)分級機n MSS型超細(xì)分級機也是MS型葉輪式分級機的改進型。其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MS型完全一致，不同之處在于在葉輪段的圓柱形殼體壁上增加了切向氣流噴射孔，其目的是在分級過程中，由于在葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下，粗顆粒被拋向周邊，同時也粘附夾帶了一部分細(xì)顆粒甩向周邊。為了使粗顆粒周圍附聚夾帶的細(xì)顆粒能被徹底分離出，從殼體切向噴射進入數(shù)股氣流，以使粗細(xì)顆粒充分分散，進而使其中夾帶粘附的細(xì)顆粒被徹底分離出。該機特點是分離出的產(chǎn)品粒度細(xì)，當(dāng)粉料比重為2.7時，該機的理論分組粒徑可達(dá)1.5m。MSS型分級機的結(jié)構(gòu)原理及剖

39、視圖如圖所示。n七、七、ATP型分級機型分級機nATP型分級機是德國A1Pine公司研制成功的一種較新型的分級機。它實質(zhì)上是一種葉輪轉(zhuǎn)子型分級機，葉輪通常是水平式安裝于分級機頂部。該機通常與流化床式氣流粉碎機、輪碾粉碎機等聯(lián)用，也是安裝于這些粉碎機的頂部。在生產(chǎn)過程中，實行邊粉碎邊分級，以及時將粉碎過程中生成的細(xì)顆粒分離出，而使粗粒返回粉碎腔內(nèi)繼續(xù)粉碎。因而使粉碎效果提高，能耗降低，過粉碎現(xiàn)象減少。該分級機的結(jié)構(gòu)及其在分級機或粉碎機內(nèi)的安裝情況如圖所示。n工作過程中，粉料按圖中箭頭方向進入分級腔或粉碎腔內(nèi)，在正壓氣流和負(fù)壓氣流的作用下，粉料成流化態(tài)并按箭頭方向飛向ATP型臥式(水平式)分級機葉

40、輪分級區(qū)域。在葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及正壓與負(fù)壓氣流產(chǎn)生的向心力(吸力)作用下，粗粒物料落下，從下出料口排出?；蚵淙朔鬯榍粌?nèi)經(jīng)二次粉碎后再隨氣流上升被再次分級。細(xì)粒則通過葉輪間的縫隙隨引風(fēng)氣流按箭頭方向排出。n八、八、MP系列渦流式分級機系列渦流式分級機n MP系列渦流式分級機也是德國A1pine公司生產(chǎn)的一種分級機。該機的分級室是由兩塊高速旋轉(zhuǎn)的平板構(gòu)成，平板之間裝有導(dǎo)向葉片。該結(jié)構(gòu)使分級室內(nèi)空氣旋流流速的平均值與壁的旋轉(zhuǎn)速度近似相等，通過調(diào)節(jié)葉片的角度就可改變空氣旋轉(zhuǎn)流環(huán)半徑的大小，因而可改變分級粒徑的大小。該機的結(jié)構(gòu)如圖所示。n MP渦流式分級機有許多改進型，如MPS型、MPS-HD型

41、等。這類分級機根據(jù)被分級物料性質(zhì)不同，其分級粒度可達(dá)2100m。 n九、九、Turbo分級機分級機n Turbo分級機是由Nisshin工程公司開發(fā)出的一種新型分級機，屬渦流分級機范疇。該機分級精度高，可獲得超細(xì)產(chǎn)品。該機的特點是易用微機控制操作，分級處理能力大，結(jié)構(gòu)緊湊。Turbo分級機的外形如圖所示， nTurbo分級機分級帶空間極小，為了提高被分級細(xì)粉的分散性，防止其團聚，在粉料進入分級腔前安裝了分散葉片。此外，為了強化分級效果，還采取了引入循環(huán)氣流并進行反復(fù)分級等措施。n 該機特別適用于對各種輕質(zhì)粉料的分級，如超細(xì)中藥材、茶葉等。對茶葉粉分級可獲得d50=5m的超細(xì)產(chǎn)品。n十、十、KS

42、F型新型超細(xì)分級機型新型超細(xì)分級機n KSF型新型超細(xì)分級機是日本KURIMOTO公司開發(fā)出的新型超細(xì)分級機。每機也是一種葉輪式分級機，分級轉(zhuǎn)子是一種葉輪形或籠形。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很高，其分級粒徑也是由轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的離心力與氣流的向心力所決定。該機的結(jié)構(gòu)如圖所示。n該機適用于陶瓷、礦、滑石、金屬化合物、無機粉末、橡膠、塑料、聚乙烯、聚苯乙烯等粉體的分級。據(jù)資料報導(dǎo)，采用該機可獲得粒徑為0.3m的超細(xì)產(chǎn)品，這在干式機械分級機中是非常優(yōu)秀的。 n十一、十一、Acu-cut氣力分級機氣力分級機n Acu-cut氣力分級機是以氣流為動力，分級室內(nèi)有許多小壁板(葉片)組成圓形分級圈，下部有一旋轉(zhuǎn)分級圓盤。其分級

43、帶限制在很窄小的槽狀空間中，給料口緊貼分級室的壁側(cè)，因而防止了分級帶紊流的產(chǎn)生。該機的結(jié)構(gòu)如圖所示。n十二、噴射式分級機十二、噴射式分級機n 噴射式分級機是一種內(nèi)部無動件的分級機，其分級原理是依靠慣性力分級。該機的結(jié)構(gòu)如圖所示。n 其分組過程是，粉料經(jīng)過撒料內(nèi)盤和外盤，使其產(chǎn)生很高圓周速度，粉料受離心力向外拋出，由于粒徑不同，顆粒質(zhì)量不同，因而拋射曲線不同。細(xì)粒在外盤周邊的環(huán)行槽中通過空氣噴射帶人細(xì)粉通道，而大粒則拋向較遠(yuǎn)的粗粒收集室，因而使大小不同的顆粒被分級。分級粒徑的大小可通過改變撤料盤轉(zhuǎn)速和空氣噴射速度來調(diào)節(jié)，與環(huán)行槽寬無關(guān)。其優(yōu)點是，體積小、能耗低、空氣耗量小，可分離20m以下的顆粒

44、。n十三、射流分級機十三、射流分級機n 射流分級機是利用射流技術(shù)的附壁效應(yīng)(Coanda原理)研制成的一種新型慣性分級機。其結(jié)構(gòu)如圖所示，射流速度分布如圖所示。n其分級原理是噴射對粉料產(chǎn)生拋射作用，同時粉料又受到不同方向的氣流作用，而導(dǎo)致不同粒徑的顆粒運動軌跡與方向產(chǎn)生差異，同時因附壁效應(yīng)和射流沿半圓柱面流動時旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力促使其分級。n該機的特點是分級精度高、重現(xiàn)性好、流場穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、易維修。分級粒度最小可達(dá)0.5m，是一種很有前景的分級機。然而生產(chǎn)實踐證明，采用慣性力場分級時，流場的干擾因素較多，不易控制。 n十四、其它慣性力分級機十四、其它慣性力分級機n 慣性分級機是根據(jù)迅速分級原理和減壓分級原理等新思路而開發(fā)的。這類分級機種類很多，除了上述介紹的分級精度較高的兩種機型外，還有K型分級機，VI型有效碰撞分級機，以及由此發(fā)展起來的CI型兩級連續(xù)流動碰撞分級機。n十五、十五、MDS型分散分級機型分散分級機n MDS型分散分級機也是一種內(nèi)部無旋轉(zhuǎn)部件的分級機，它是基于氣流攜帶粒徑大小不同的顆粒作旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力與向