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  超细粉体技术是一门新兴的技术,其基本概念至今尚无明确的定义。依据粉体加工技术的深度和粉体物化性质和应用性能的变化,国内通常将粒径小于10μm的粉体称为超细粉体。

  现代工程技术的发展需要许多呈粉体状态的原料及制品。例如在军事、航空、航天和电子领域,利用超细粉体可制造隐身材料;在化工领域,催化剂超细化后可使石油裂解速度提高1~5倍;药物经超细粉碎后,药品的表面能得到极大的增加,提高了药效的发挥,有利于人体的吸收。

  超细粉碎设备按不同的粉碎方式可分为:机械冲击式粉碎机、振动磨、气流粉碎机、搅拌磨等。

  气流粉碎机又称气流磨,是指利用高速气流(300~500m/s)或过热蒸汽(300~400℃)的能量,使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。与其他类型的粉碎机相比具有以下优点:

  ①产品粒度好。物料的平均粒度(d50)一般在5μm以下,且粒度分布窄。②产品纯度高,特别适用于药品等不允许被污染的物料的粉碎。③可粉碎低熔点和热敏性物料。④产品颗粒活性高。⑤生产过程连续,生产能力较大。

  气流磨也存在一些不足之处,如:设备制造成本高,能耗大,加工成本也较大;单机处理能力较差,不适合大规模生产;产品粒度难以达到亚微米级,在10μm以下时产量大幅度下降,加工成本急剧增加。

  气流粉碎机工艺性能的影响因素包括结构参数和工艺参数。结构参数是指机器自身的各种参数,包括喷嘴的结构、分级设备的选型等。工艺参数指由于生产操作而影响设备工艺性能的各种参数,包括入料粒度的控制、进料速度的控制、高压工质的选择、粒度极限等。

  多数气流粉碎机对于入料粒度有一定的上限要求。以流化床式气流粉碎机为例,物料进入粉碎腔后得到充分加速后才能与其他粒子碰撞而粉碎。大粒子进入粉碎腔后难以得到充分加速,会使其在机内停留时间过长,造成能耗过高。所以,在大规模生产超细粉体时,对于粒径过大的原料进行预粉碎是节能降耗的一个行之有效的办法。

  目前气流粉碎机的工作介质(简称工质)主要有压缩空气、过热蒸气、惰性气体等。工质的选择对于粉碎效果和经济性有一定的影响。过热蒸气在流动性、临界速度等方面优于空气,能获得较高的气流速度和均匀的流场。但是,采用过热蒸气作工质必须保证其在进入产品捕集装置以前仍处于过热状态,否则会引起物料的凝结。

  进料速度是反映气流粉碎机生产能力的重要参数。粉碎过程中合理选择进气流量和进料速度之间的最佳比例是提高粉碎效率的关键。一般在进气流量一定的条件下,进料速度和产品粒度成正比。但进料速度过快,会使粉碎区颗粒密度加大,颗粒间相互干扰,不利于颗粒的加速,难以实现颗粒间充分有效的碰撞而影响粉碎效果;进料速度过慢,虽然可使颗粒在粉碎区停留时间延长,但是这会使颗粒密度减小,碰撞几率也会减小,从而导致生产能力下降,单位产量的能耗增加。

  粉碎过程中,随着物料粒度的减小,被粉碎物料的结晶均匀性增加,颗粒强度增大,达到一定程度后,物料的粒度不再减小或者减小的速度非常慢,也就是达到了物料的粉碎极限。此时,还可能由于物料表面积的增大,颗粒表面的活性能增高,颗粒间的相互团聚与粉碎处于动平衡状态,这样即使延长粉碎时间,也难以使物料粒度进一步减小。

  这种气流粉碎设备也常被称之为是对喷式气流粉碎机。其采用两股高速气流裹挟要粉碎的颗粒物互相碰撞来达到粉碎效果,具备较高的能量利用率,能够有效防止气流粉碎机由于高速冲击而导致部件受损,可促使被粉碎颗粒污染的问题得以解决。

  一种早期开发的气流粉碎机,是一种利用颗粒间及颗粒与粉碎腔的内壁的碰撞、剪切、摩擦而实现粉碎的设备。它的主要部件是一个圆盘粉碎腔,布置在喷射环上与粉碎腔平面成一定角度的若干个(6~24个)高压工质喷嘴,喷射式加料器、成品捕集器等。

  这种机型结构简单,操作方便,而且具有自分级功能,特别适用于脆性软质物料的粉碎。突出的缺点是粉碎腔磨损严重,对产品构成一定污染,极限粒径比较高。

  此种粉碎设备的工作原理为:将物料添加到粉碎设备当中采用二维设置多个喷嘴喷汇冲击能量,和气流膨胀之后所产生出的悬浮翻腾碰撞、摩擦并由此达到粉碎效果,并且于交汇点附近上部气流,于负压气流影响之下由顶端所设置出的分级装置来进行等级划分,并将细粉排出,粗粉将会受到重力影响而回归粉碎区域内再次进行粉碎。

  此设备的优势主要体现在分散效果较好、产品粒度可利用分级机予以调整且磨损、能耗均相对偏小,比较适合应用在大规模的工业生产方面。

  将固定冲击部件更换为可旋转的冲击环,能够规避此前两类气流粉碎机当中高速气流亦或是气固流对于某固定位置在持续冲击影响下而导致的局部磨损,促使整体环面各位置轮流充当被冲击面,整体环面将会受到较为接近的冲击磨损,由此能够促使冲击环的寿命尽可能的得到延长。

  此设备的优势主要为:其冲击环旋的运动方向和喷射气流相反,因而相对速度便可提升,有助于增强粉碎效果。

  JOM循环式气流粉碎机主要由O型循环管、高压工质喷嘴、文丘里管及加料喷射器等几部分构成。物料进入循环管后,通过颗粒和管壁的摩擦碰撞等实现物料的粉碎。

  这种机型虽然体积小、生产能力大,但是对管道壁的磨损严重,不适合高硬度和高纯度要求的物料的粉碎,通常需要使用超硬、高耐磨材料(刚玉、超硬合金等)作衬里。

  目前,我国超细气流粉碎设备的研发和制造得到了很大发展,为我国粉体工业做出了重要贡献,但是和发达国家相比还存在不小的差距,主要表现在:自主创新的机型偏少,很多厂家还停留在仿制国外同类产品的阶段;大型化、专业化、能生产高纯、超细的产品较少。

  加强基础理论研究,以指导设备的自主创新开发,并在现有设备的基础上,大力发展工艺优化方面的研究,优化工艺流程。对于大规模生产的粉体,可以有针对性地研制专用机型。

  随着市场对于超细粉体产品需求量的日益增多,尤其是大规模用量用户的增多及产品质量稳定性要求的不断升高,对于大型设备的市场需求持续升高。大型设备能够更为有效地适应超细粉体加工逐步扩大规模的发展趋势,同时还具备单位产品能耗低、产品质量稳定性优异以及管理便捷等众多优势。

  当前市场上对于粒径在1μm以下的超微粉体加工设备与技术需求性越来越强。超微粉体将是未来在超细粉体领域非常重要的一个发展趋势。这主要是由于目前大量的高新技术与新型材料的研发生产均需要应用到超微粉体,例如在环保建材的制造、生物医药材料的制造、航空航天材料的研发等方面。

  这一方面的发展是超细粉碎生产线能够达到智能化控制极为关键的一项前提要求。加强与粉体设备配套的自动控制和在线检测设备及相关软件的研制开发,以便提高设备的自动化水平,降低能耗。

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