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國內外超細粉體干法快速分級設備對比
2019年06月18日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:291
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粉體的精準分級,如同數學界的哥德巴赫猜想,是粉體技術皇冠上一顆璀璨的明珠,粉體行業發展到今天,粉體的分級技術已經成為制約整個粉體行業,尤其是超細粉體、微納米粉體行業進一步提升粉體質量的瓶頸問題,在分級時能實現粉體的充分分散,讓粉體在穩定可控力場的作用下,實現粉體的快速、精準分級是本領域技術人員,一直以來孜孜不倦研究的課題。

快速分級是指采用合理的結構或控制合理的氣流速度,在粉體分級過程中,讓顆粒經分散后就迅速參與分級,而后又迅速離開分級區,快速分級的目的是盡可能的減少顆粒在分級區內滯留的時間,避免粉體在分級區內二次團聚,因此快速分級是迄今為止任何類型的精細分級機所極力追求的。其關鍵是提高分級物料的分散性和配置合適可控的分級力場。

現有的粉體分級技術分類按所用介質可分為干法分級(介質為氣體)與濕法分級(介質為水或其它液體)。

濕法分級用液體作為分級介質,存在較多的后處理問題,即分級后的粉體需要脫水、干燥、分散、廢水處理等。而干法分級的特點是用氣體作流體,成本較低,方便易行,故本文以粉體干法分級為主線,追溯現有干法分級技術及經典設備現狀,介紹粉體快速分級的新近技術的原理,并介紹我國新技術的實踐應用以及應用中取得的效果。

粉體干法分級經典設備現狀

干法分級機大多是采用離心力場、慣性力場對粉體進行分級,它們是目前發展較快的重要精細分級設備。以下是幾種有代表性的設備。

MS(Micron Separator)葉輪分級機待分級物料和一次氣流經給料管、可調管進入機內,經氣流分布錐而進入分級區,軸帶動分級葉輪旋轉,細粒級物料在分級區內受分級輪高速旋轉產生強大的離心力場和分級機后部引風機所產生的向心力雙重作用下,因向心力大于離心力,隨氣體經葉片之間的間隙向上通過細粒排出口排出。粗粒級物料因受離心力大,經環形體從機體下部的粗粒排出口排出。

 

ATP型分級機ATP型分級機是德國研制生產的一種分級機,為葉輪轉子式。該設備分級輪水平安裝在分級機頂部,與流化床氣流磨,輪碾機等聯合使用。同時,為了克服葉輪轉速太高而使生產能力下降問題,可將多個小直徑分級葉輪并聯水平安裝于分級機頂部,以提高生產能力并確保獲得較細產品。

 

 

慣性分級機慣性分級機是利用顆粒運動由于其質量不同,慣性力也不同,因而形成不同的運動軌跡,進而實現顆粒的分級。另一種慣性分級機——射流分級,是利用噴射對粉料產生的拋射作用,同時物料受到不同方向的氣流作用,導致顆粒的分級。研究發現采用慣性力場分級時,流場的干擾因素較多,不易控制。

 

MC(Micron Classification)型微粉分級機MC型微粉分級機無運動部件,靠兩相流沿器壁的旋轉流動所產生的離心力場進行分級。其原理是夾帶分散顆粒的氣固兩相流在負壓的吸引下進入上部的渦旋腔,在導向圓錐體的引導下以穩定的濃度進入分級室,在離心力的作用下被分離成粗細兩種顆粒。細粉通過分級錐體上部的中心通道,在由入口進入的二次空氣夾帶下,從出口排出分級機;粗粉則沿著分級錐體落入粗粉室。該機的分級切割粒徑范圍在5~50μm之間,可通過改變導向錐體和分級錐體之間的縫隙、二次空氣量以及不同區域的壓力來調節,其處理能力為0.5~1000kg/h。

 

KSF型新型超細分級機該機為日本生產。分級轉子為葉輪型或籠型,轉子轉速高,其分級粒徑由轉子產生的離心力與氣流向心力所決定。據報導,該機適用于金屬礦、非金屬礦、塑料、陶瓷等多種物料的分級,可獲得0.3μm的超細產品。

 

 

ACUCUT型分級機該分級機由美國開發生產,其結構及原理如下:中間部分為分級轉子,轉子外側是固定壁,上下蓋板將分級室密封。轉軸上段空心軸為細粉出口,下段實心軸由電機帶動旋轉。轉子由上下轉盤和葉片構成,轉子旋轉形成離心力場。同時在空心部分產生負壓區,使氣流隨著轉子旋轉,并沿徑向流向空心軸部,由此構成離心力場與壓力場共同作用的流體流動。分級室內顆粒受到流體夾帶的作用,若顆粒受到的徑向夾帶力大于離心力,則顆粒通過細粉出口排出,粗粉由切向出口排出。該機的特點是分級精度高,切割粒徑可小于1μm,分級細度僅靠調整轉子轉速即可。

 

Turbo分級機是由Nisshin工程公司開發出的一種新型分級機,屬于渦流分級機范疇,該機分級精度高,可獲得超細產品。該機的特點是易用微機控制操作,分級處理能力大,結構緊湊,分級機分級帶空間極小,為了提高被分級細粉的分散性,防止其團聚,在粉體進入分級腔前安裝了分散葉片。此外為了強化分級效果,還采取了引入循環氣流并進行反復分級等措施。該機特別適合對于各種輕質粉體的分級,如超細中藥材,茶葉等,對茶葉分級可獲得d50=5um的超細產品。

 

粉體分級設備新趨勢要求

以上分級機為較典型的微粉分級機,對照快速分級在實踐應用的4個方面,則是各有所長,但隨著現代科技的發展,對粉體分級設備也提出了新的趨勢要求:

(1)加強理論研究,注意學科交叉、積極借鑒其他學科知識

(2)注重研究超細粉體在各種介質中的分散技術及相應設備,研究超微細粉體的團聚機理、探索消除團聚的有效途徑。

(3)加強專用設備的研究,發展高效低耗、高精細和大處理量的分級技術和設備。

(4)在現有設備和工藝基礎上發展人工智能技術,根據原料特點和產品細度要求自動優化生產工藝配置和操作參數,達到高效、低耗、穩定產品質量的目的。

(5)提高產品的穩定性和可靠性,注重粉碎與分級的有機結合。

(6)進一步完善設備的配套性,加強超細分級的在線測試、監控及其相應監測儀器設備的研究。

新分級設備——TCM陀螺磨

我國技術人員新近研發一種能快速分級的磨粉分級設備TCM陀螺磨(專利號為2018104841305一種能快速分級的筒狀磨粉轉子及其工作方法;同時該專利PTC檢索PTC/CN2019/074321全部權項一次通過了三性審查)TCM陀螺磨是集粉碎、分級于一體,能應用于磨粉、打散、分級、改性的一種新型粉體設備。

它具有呈筒狀的磨粉轉子,多組齒刀呈螺旋狀分布在磨粉轉子外周,呈筒狀的磨粉轉子的筒體上有回流孔,分級葉輪懸置在筒狀磨粉轉子的筒體內,回流孔將磨粉轉子的內外連通,形成粗顆粒的回流通道,該設備配有選分分離器、除塵、引風機,工作在負壓狀態,工作中可避免造成空氣污染。

套筒狀的粉碎室,分布在磨粉轉子外周呈螺旋狀分布的多組齒刀高速旋轉時,在外部負壓風的作用下,粉碎的細粉被及時輸送出粉碎室,進入分級區,可有效避免過粉碎。

高速旋轉的磨粉轉子對粉體進行充分的分散,進入分級區的粗顆粒物料,在磨粉轉子高速旋轉產生的強大離心場作用下,可將靠近邊緣的粗顆粒物料及時俘獲,并獲得很高的離心加速度,通過回流孔輸送回外部粉碎區,與粉碎室中正在粉碎的物料進行碰撞,磨擦實現高效的粉碎。

粗顆粒的快速分離,使得分級室內氣流通暢,與分級輪同向旋轉的磨粉轉子也可平擬分級葉輪高速旋轉時,所產生的邊緣氣流渦旋,最大限度地減小或避免渦流改善分級環境,實現快速高效精確分級,獲得較窄粒度分布的粉體。

由筒狀磨粉轉子和分級輪形成的離心力場的大小可以分別通過調節各自的轉速進行控制,設備也可用于粉體打散分級、顆粒整形改性,整套設備實現了PLC自動化控制,可大批量,穩定的連續自動作業。

 

 

 

圖為TCM陀螺磨機組的實物圖

TCM陀螺磨的突出優勢主要表現在這幾個方面:

1實現了細粉的及時輸送和物料的高效粉碎。

2實現了粗顆粒的快速回流循環。

3實現合格細顆粒的高效快速分級。

 

圖為用TCM陀螺磨快速分級的石榴石粒度分布檢測報告

(以上圖片均來自網絡)

參考文獻:

超細粉體的應用與分級 王瑾昭

超細粉體分級技術與研究進展 魯林平

微納米粉體制備與改性設備 李鳳生、劉宏英等

作者:阿棟


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