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走進微觀世界14 | 氣流粉碎機的原理及特點
2022年01月06日 發布 分類:粉體入門 點擊量:684
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氣流粉碎機亦稱(高壓)氣流磨或噴射磨或流能磨,是比較常用的超細粉碎設備之一。它是一種利用高速氣流( 300~500 m/s) 或過熱蒸氣 (300~400°)的能量使顆粒互相產生沖擊、碰撞和摩擦,從而粉碎顆粒的設備。最終這些物料會以超細粒子的形態分散在空氣中,而且在后期對物料的收集也是在這種分散狀態下進行的。產品粒度上限取決于混合氣流中的固體含量,與單位能耗成反比。在固體含量較低時,d95可保持5~10um;但當固體含量較高時,d95增大到 2030um。經過預先粉碎,降低人磨粒度,可得到平均粒徑 1um 的產品,其粒度范圍一般在 0.8~2.5um

氣流粉碎機

工作原理

壓縮空氣或過熱蒸氣通過噴嘴后,產生高速氣流且在噴嘴附近形成很高的速度梯度,通過噴嘴產生的超聲速高湍流作為顆粒載體。物料顆粒經負壓的隱射作用進入噴管,高壓氣流帶著物料顆粒在粉碎室中做回轉運動并形成強大旋轉流場,不僅物料顆粒之間會發生撞擊,而且氣流對物料顆粒產生沖擊、剪切作用,同時物料顆粒還要與粉碎室發生沖擊、摩擦、剪切作用。消耗的能量部分轉化為顆粒的內能和表面能,從而導致顆粒比表面積和比表面能的增大,晶體晶格能迅速降低,并且在損失品格能的位置將產生晶體缺陷,出現機械化學激活作用。在粉碎初期,新表面將傾向于沿顆粒內部原生微細裂紋或強度減弱的部位(即晶體缺陷形成處)生成,如果碰撞的能量超過顆粒內部需要的能量,顆粒就將被粉碎。粉碎合格的細小顆粒被氣流推到旋風分級室中,較粗的顆粒則繼續在粉碎室中進行二次粉碎,從而達到粉碎的目的。

研究表明:80%以上的顆粒是依靠顆粒間的相互沖擊碰撞被粉碎的,只有不到 20%的顆粒是通過顆粒與粉碎室內壁的碰撞和摩擦被粉碎的。

氣流粉碎機工作原理

性能特點

氣流粉碎機是比較常用的超細粉碎設備之一,廣泛應用于非金屬礦物及化工原料等的超細粉碎。氣流粉碎機的主要性能點有以下幾個。

①粉碎效率高。采用粉碎機和分級機一體化設計,在粉體物料粉碎分級的同時,采用外級輪進行分級,可以在粉碎室內形成穩定、完整的分級流場;同時裝證中安裝過粉碎控制和細粉提凈裝置,可有效地保證產品粒度的一致性,能夠處理大批量物料,處理性能強。

② 具有產品細度均勻、粒度分布較窄、顆粒表面光滑、顆粒形狀規則、純度高、活性大、分散性好的優點,粒度可達數微米級甚至亞微米級。

③產品受污染少。氣流粉碎機是根據物料的自磨原理而對物料進行粉碎的,粉碎的動力是空氣。粉碎腔體對產品的污染少,是在粉碎室負壓狀態下進行的,顆粒在粉碎過程中不發生任何泄漏。只要空氣經過凈化,就不會造成新的污染源。因此特別適用于藥品等不允許被金屬和其他雜質玷污的物料粉碎。

④適合粉碎低熔點、熱敏性材料、生物活動制品及爆炸性物料。由千壓縮空氣在噴嘴處絕熱膨胩會使系統溫度降低,個粉碎空間處于低溫環境,顆粒的粉碎是在低溫瞬間完成的,從而避免了某些物質在粉碎過程中產生熱量而破壞其化學成分的現象發生,尤其適用于熱敏性物料的粉碎。名貴中藥珍珠含有豐富的微量元素、多種氨基酸、肽類、維生素,利用超聲速氣流法可在一67°C下快速粉碎成 2μm以下的微粉。利用氣流粉碎機的 “自冷性”,如果再采用惰性氣體如氮氣、二氧化碳和氬氣等工質,完全可以粉碎易燃易爆的物料 (如金屬鋅、鈹、硫)、火箭燃料和炸藥(如高氯酸鉀、高氯酸銨、硝酸銨和催淚瓦斯等)。

⑤氣流粉碎屬于物理行為,既沒有其他物質滲入其中,也沒有高溫下的化學反應,因而保持物料的原有天然性質,純度較高。

⑥ 生產過程連續,生產能力大,自控、自動化程度高。

⑦粉碎精度高,耗時少。通過調節分級機的轉速和系統負壓等參數,可以控制產品粒徑分布在很小的范圍內,并且分級機的調整是完全獨立的,對一些有特殊要求的中藥材加工十分有利。如用傳統球磨法粉碎珍珠 5kg,粒徑達47μm  32h;而改為氣流法,產品粒徑達15μm僅需 1h

⑧ 分散性能好。氣流粉碎的物料具有極好的潤濕性和分散性。把氣流粉碎的氧化鐵顏料和一般機械式粉碎機粉碎的氧化鐵顏料,用球磨分散在 25%醇酸溶液中,將兩者對比,可以看出研磨分散性的差距很大。用刮板細度計測定兩種氧化鐵顏料的分散細度如表4-6 所示,細度數值越大表明顏料分散性越好。相比一般氧化鐵,氣流粉碎的超微氧化鐵克服了其在油漆中分散穩定性很差的問題,短時間便沉降分層,影響油漆的儲存穩定性的缺陷。

分散時間/h

赫格曼刮板細度計度數(0-8)級

一般氧化鐵

氣流粉碎氧化鐵

1

2

5

3

3

6

5

4

7

7

5

7.5

24

5

7.5

⑨顆粒活性大。氣流粉碎某些物料時,活性會明顯增大。活性增大的原因奶下:隨著工質壓強增大,噴氣流速度很高。這種高速噴氣流所具有的能量,不僅使顆粒發生沖擊破碎,而且還會使顆粒內部組織(特別是表面狀態)發生一定程度的變化。這樣,粉體物料在超微粉碎的同時,顆粒內能或表面能增大,物料顆粒的活性大大提高。許多粉體物料的氣流粉碎成品的差熱分析和叉射線衍射分析完全證實了這一點。微粉后的活性物料水溶性更佳,有利于活性的保持。如護膚品中具有抗菌作用的尿囊素、穿心蓮內酯,需要在 80°C時溶解2h,如果經過氣流粉碎,在80°C時只需幾分鐘便可溶解,增大了抗菌活性

①實現聯合操作。當用過熱高壓飽和蒸氣進行粉碎時,可同時進行物料的粉碎和干燥(包括脫結晶水)。這不僅縮短了工藝過程,而且節約了動力。這種粉碎與干燥的聯合作業,多應用于凝聚體的解磨過程。由于物料在工質氣流中處于高度湍流狀態,因此氣流粉碎機也是一種高效的混合機。氣流粉碎與混合相結合,即氣流粉碎機可同時粉碎混合兩種以上物料,在常溫下實現邊粉碎邊混合。產品粉碎粒度可調節,混合均勻度可控制,可避免機械混合中結塊、結團混合不均勻現象,防止機械混合中產生的熱量對物料的影響。例如在奶油巧克力的制作過程中,采用氣流粉碎,可以把全部組分在一次操作中完成粉碎和混合;氣流粉碎技術和機械力化學原理相結合,可對疏水性涂料、顏料樹脂和磁性粉體等不能采用常規包覆的物料,采用氣流粉碎與包覆相結合。氣流粉碎的包覆方法是邊粉碎邊包覆,當已包覆好的被包覆物達到要求粒徑后,進行分離收集。例如,用低熔點的硬脂酸分子膜包覆金屬鋁。又如經過氣流粉碎復合助劑處理的硅灰石微粉已在 PEPVCPP制品中應用。

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