影響氣流粉碎機(jī)粉碎效果的因素

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氣流粉碎機(jī)工作原理：氣流粉碎機(jī)的物料粉碎是壓縮氣體（空氣或惰性氣體）通過加料噴射器的高速射流所產(chǎn)生的的負(fù)壓，使粉體原料吸入粉碎腔，通過與粉碎腔半徑方向成一定角度并分布在同一平面上的噴嘴，被超高速射流噴入粉碎腔，物料顆粒在粉碎腔內(nèi)相互激烈的碰撞、摩擦與粉碎腔內(nèi)壁的碰撞而粉碎，獲得微米級(jí)（1-100μm）和亞微米級(jí)（100nm-1μm）的超微粉。高速射流在粉碎腔內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋流，由此產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力使粉體粒子沿腔壁高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)粉體粒子被粉碎到分級(jí)徑以下時(shí)，受向心氣流作用而由中心出口進(jìn)入捕集系統(tǒng)。

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影響粉碎效果的因素主要可以分為兩類:

• 粉碎腔設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)：如粉碎腔的直徑、形狀、噴嘴角度和噴嘴數(shù)量。
• 操作條件：如固體進(jìn)料速率、喂料量、粉碎壓力、進(jìn)料壓力，當(dāng)然還有待粉碎的物料。

粉碎腔幾何設(shè)計(jì)

粉碎腔的直徑大小直接決定了粉碎腔的容量。

固體進(jìn)料速度和氣體體積流量這兩個(gè)參數(shù)的關(guān)系是通過放大生產(chǎn)的摸索得到的相關(guān)比例數(shù)據(jù)。事實(shí)上，對(duì)于氣流粉碎機(jī)的粉碎腔的放大，需要考慮三個(gè)參數(shù):氣體體積流速V、固體進(jìn)料速率Q和研磨室的直徑D。有如下的比例關(guān)系[^1]：

噴嘴形狀

噴嘴最常見的是突變型（圖1），在喉部提供聲速。出口壓力約為初始?xì)怏w壓力的50%，氣體膨脹發(fā)生在噴嘴喉部之外，從而循環(huán)氣體并促進(jìn)顆粒碰撞。另一種是拉瓦爾形噴嘴（圖2）。在這種情況下，氣體在擴(kuò)張部分膨脹，變成亞音速度，增加射流的作用以及循環(huán)氣流的速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)能力和粉碎細(xì)度。

噴嘴數(shù)量

噴嘴數(shù)量是氣流粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征。對(duì)諾澤流體科技（上海）有限公司的三個(gè)型號(hào)（J4、J6、J8)的氣流粉碎機(jī)，考察過4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)的噴嘴粉碎情況：在保持噴嘴總截面積不變，在粉碎壓力和進(jìn)料速率保持不變的前提下，噴嘴數(shù)量越多，粉碎的效果越好。

噴嘴角度

由于噴嘴的存在，粉碎腔內(nèi)可以分為粉碎區(qū)域和分級(jí)區(qū)域兩部分，而噴嘴的角度顯然決定了這兩個(gè)區(qū)域的大小，從而影響產(chǎn)品的粉碎效果。此外，由于噴嘴角度影響氣體在粉碎腔中射流的方向，部分學(xué)者認(rèn)為在相交處流動(dòng)的氣體的相對(duì)速度決定了傳遞給顆粒的動(dòng)能，從而決定了碰撞的強(qiáng)度。Smit[^2]和Skelton等人[^3]表明，在較高的進(jìn)料速率下粉碎效果較好，在此考慮切線的角度，Smit的最佳角度等于58°，而Skelton的最佳值在52°和60°之間。

進(jìn)料速率

進(jìn)料速率與粉碎腔內(nèi)的氣體-固體兩相分布密切相關(guān)。當(dāng)進(jìn)料速率較低時(shí)，顆粒在粉碎腔內(nèi)處于不飽和狀態(tài)，顆粒所獲得的初始動(dòng)能較大，粉碎后的粒徑偏細(xì)。而當(dāng)進(jìn)料速度較快時(shí)，粉碎腔內(nèi)的顆粒之間的碰撞概率加大，碰撞的粒度不如顆粒與器壁直接碰撞，粒徑會(huì)有上升的趨勢(shì)。因此，在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下，進(jìn)料速度的選擇直接影響粒徑分布的結(jié)果。

喂料量

諾澤流體科技（上海）有限公司的氣流粉碎機(jī)采用的是水平式的雙螺桿進(jìn)料器，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺桿的運(yùn)動(dòng)，從而推送物料進(jìn)入粉碎腔內(nèi)。在恒定的轉(zhuǎn)速條件、粉碎壓力條件下，通過對(duì)不同重量物料進(jìn)行粉碎處理，可以看到粒徑分布的規(guī)律：隨著喂料量的增大，粒徑分布有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

粉碎壓力

粉碎壓力大小是影響噴射氣流速度的重要因素，壓力越大，噴射氣流速度越高。被加速的顆粒在粉碎腔內(nèi)碰撞速度越高，因此粉碎程度越高，產(chǎn)品粒度分布越窄。

進(jìn)料壓力

進(jìn)料壓力通常要高于粉碎壓力0.5bar到1.0bar之間，是為了避免文丘里管處的物料回流到喂料器中[^3]。當(dāng)進(jìn)料壓力過高時(shí)，來自文丘里管的氣流會(huì)擾亂粉碎腔內(nèi)的螺旋氣流，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致粉碎腔出口處的產(chǎn)品粒徑較大。

待粉碎的物料

通常情況下，進(jìn)行氣流粉碎前，待粉碎的物料本身不能有明顯的硬結(jié)塊，是由于氣流粉碎機(jī)的物料入口的直徑?jīng)Q定的，否則會(huì)發(fā)生物料返噴現(xiàn)象，造成收率降低且生產(chǎn)效率不佳。其次，水溶性的結(jié)晶性物料，在較低的粉碎壓力條件下就可以粉碎到10微米左右。最后，物料本身是否容易引起靜電吸附，導(dǎo)致粉碎腔內(nèi)物料堆積或者收集管路堵塞，導(dǎo)致無法正常進(jìn)行粉碎操作。