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      超細氣流粉碎設備的應用現狀及展望
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      1、超細粉體及設備簡介

      超細粉體技術是一門新興的技術,其基本概念至今尚無明確的定義。依據粉體加工技術的深度和粉體物化性質和應用性能的變化,國內通常將粒徑小于10μm的粉體稱為超細粉體。

      現代工程技術的發展需要許多呈粉體狀態的原料及制品。例如在軍事、航空、航天和電子領域,利用超細粉體可制造隱身材料;在化工領域,催化劑超細化后可使石油裂解速度提高1~5倍;藥物經超細粉碎后,藥品的表面能得到極大的增加,提高了藥效的發揮,有利于人體的吸收。

      超細粉碎設備按不同的粉碎方式可分為:機械沖擊式粉碎機、振動磨、氣流粉碎機、攪拌磨等。

      2、氣流粉碎機簡介

      氣流粉碎機又稱氣流磨,是指利用高速氣流(300~500m/s)或過熱蒸汽(300~400℃)的能量,使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦而實現超細粉碎的設備。與其他類型的粉碎機相比具有以下優點:

      ①產品粒度好。物料的平均粒度(d50)一般在5μm以下,且粒度分布窄。②產品純度高,特別適用于藥品等不允許被污染的物料的粉碎。③可粉碎低熔點和熱敏性物料。④產品顆?;钚愿?。⑤生產過程連續,生產能力較大。

      氣流磨也存在一些不足之處,如:設備制造成本高,能耗大,加工成本也較大;單機處理能力較差,不適合大規模生產;產品粒度難以達到亞微米級,在10μm以下時產量大幅度下降,加工成本急劇增加。

      3、影響氣流粉碎設備工藝性能的參數

      氣流粉碎機工藝性能的影響因素包括結構參數和工藝參數。結構參數是指機器自身的各種參數,包括噴嘴的結構、分級設備的選型等。工藝參數指由于生產操作而影響設備工藝性能的各種參數,包括入料粒度的控制、進料速度的控制、高壓工質的選擇、粒度極限等。

      (1)入料粒度的控制

      多數氣流粉碎機對于入料粒度有一定的上限要求。以流化床式氣流粉碎機為例,物料進入粉碎腔后得到充分加速后才能與其他粒子碰撞而粉碎。大粒子進入粉碎腔后難以得到充分加速,會使其在機內停留時間過長,造成能耗過高。所以,在大規模生產超細粉體時,對于粒徑過大的原料進行預粉碎是節能降耗的一個行之有效的辦法。

      (2)工作介質

      目前氣流粉碎機的工作介質(簡稱工質)主要有壓縮空氣、過熱蒸氣、惰性氣體等。工質的選擇對于粉碎效果和經濟性有一定的影響。過熱蒸氣在流動性、臨界速度等方面優于空氣,能獲得較高的氣流速度和均勻的流場。但是,采用過熱蒸氣作工質必須保障其在進入產品捕集裝置以前仍處于過熱狀態,否則會引起物料的凝結。

      (3)進料速度

      進料速度是反映氣流粉碎機生產能力的重要參數。粉碎過程中合理選擇進氣流量和進料速度之間的很佳比例是提高粉碎效率的關鍵。一般在進氣流量一定的條件下,進料速度和產品粒度成正比。但進料速度過快,會使粉碎區顆粒密度加大,顆粒間相互干擾,不利于顆粒的加速,難以實現顆粒間充分有效的碰撞而影響粉碎效果;進料速度過慢,雖然可使顆粒在粉碎區停留時間延長,但是這會使顆粒密度減小,碰撞幾率也會減小,從而導致生產能力下降,單位產量的能耗增加。

      (4)粒度極限

      粉碎過程中,隨著物料粒度的減小,被粉碎物料的結晶均勻性增加,顆粒強度增大,達到一定程度后,物料的粒度不再減小或者減小的速度非常慢,也即是達到了物料的粉碎極限。此時,還可能由于物料表面積的增大,顆粒表面的活性能增高,顆粒間的相互團聚與粉碎處于動平衡狀態,這樣即使延長粉碎時間,也難以使物料粒度進一步減小。

      4、目前幾種超細氣流粉碎設備的應用現狀

      (1)對撞式氣流粉碎機

      這種氣流粉碎設備也常被稱之為是對噴式氣流粉碎機。其采用兩股高速氣流裹挾要粉碎的顆粒物互相碰撞來達到粉碎效果,具備較高的能量利用率,能夠有效防止氣流粉碎機由于高速沖擊而導致部件受損,可促使被粉碎顆粒污染的問題得以解決。

      此設備的優勢主要體現在:粉碎速度快,撞擊力強,能耗低等方面。

      (2)扁平式氣流粉碎機

      一種早期開發的氣流粉碎機,是一種利用顆粒間及顆粒與粉碎腔的內壁的碰撞、剪切、摩擦而實現粉碎的設備。它的主要部件是一個圓盤粉碎腔,布置在噴射環上與粉碎腔平面成一定角度的若干個(6~24個)高壓工質噴嘴,噴射式加料器、成品捕集器等。

      這種機型結構簡單,操作方便,而且具有自分級功能,特別適用于脆性軟質物料的粉碎。突出的缺點是粉碎腔磨損嚴重,對產品構成一定污染,極限粒徑比較高。

      (3)流化床氣流粉碎機

      此種粉碎設備的工作原理為:將物料添加到粉碎設備當中采用二維設置多個噴嘴噴匯沖擊能量,和氣流膨脹之后所產生出的懸浮翻騰碰撞、摩擦并由此達到粉碎效果,并且于交匯點附近上部氣流,于負壓氣流影響之下由頂端所設置出的分級裝置來進行等級劃分,并將細粉排出,粗粉將會受到重力影響而回歸粉碎區域內再次進行粉碎。

      此設備的優勢主要體現在分散效果較好、產品粒度可利用分級機予以調整且磨損、能耗均相對偏小,比較適合應用在大規模的工業生產方面。

      (4)沖擊環式氣流粉碎機

      將固定沖擊部件更換為可旋轉的沖擊環,能夠規避此前兩類氣流粉碎機當中高速氣流亦或是氣固流對于某固定位置在持續沖擊影響下而導致的局部磨損,促使整體環面各位置輪流充當被沖擊面,整體環面將會受到較為接近的沖擊磨損,由此能夠促使沖擊環的壽命盡可能的得到延長。

      此設備的優勢主要為:其沖擊環旋的運動方向和噴射氣流相反,因而相對速度便可提升,有助于增強粉碎效果。

      (5)循環式氣流粉碎機

      JOM循環式氣流粉碎機主要由O型循環管、高壓工質噴嘴、文丘里管及加料噴射器等幾部分構成。物料進入循環管后,通過顆粒和管壁的摩擦碰撞等實現物料的粉碎。

      這種機型雖然體積小、生產能力大,但是對管道壁的磨損嚴重,不適合高硬度和高純度要求的物料的粉碎,通常需要使用超硬、高耐磨材料(剛玉、超硬合金等)作襯里。

      5、未來超細氣流粉碎設備的發展趨勢

      目前,我國超細氣流粉碎設備的研發和制造得到了很大發展,為我國粉體工業做出了重要貢獻,但是和發達相比還存在不小的差距,主要表現在:自主創新的機型偏少,很多廠家還停留在仿制國外同類產品的階段;大型化、專業化、能生產高純、超細的產品較少。

      (1)加強基礎理論研究,優化工藝流程

      加強基礎理論研究,以指導設備的自主創新開發,并在現有設備的基礎上,大力發展工藝優化方面的研究,優化工藝流程。對于大規模生產的粉體,可以有針對性地研制專用機型。

      (2)提高單機產量,減小單位產品能耗

      隨著市場對于超細粉體產品需求量的日益增多,尤其是大規模用量用戶的增多及產品質量穩定性要求的不斷升高,對于大型設備的市場需求持續升高。大型設備能夠更為有效地適應超細粉體加工逐步擴大規模的發展趨勢,同時還具備單位產品能耗低、產品質量穩定性優異以及管理便捷等眾多優勢。

      (3)提升產品細度,加強設備粉碎極限

      當前市場上對于粒徑在1μm以下的超微粉體加工設備與技術需求性越來越強。超微粉體將是未來在超細粉體領域非常重要的一個發展趨勢。這主要是由于目前大量的高新技術與新型材料的研發生產均需要應用到超微粉體,例如在環保建材的制造、生物醫藥材料的制造、航空航天材料的研發等方面。

      (4)產品細度與粒度分布的在線調控

      這一方面的發展是超細粉碎生產線能夠達到智能化控制極為關鍵的一項前提要求。加強與粉體設備配套的自動控制和在線檢測設備及相關軟件的研制開發,以便提高設備的自動化水平,降低能耗。

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