气流粉碎技术及设备

7.1气流粉碎技术及设备
1 气流粉碎原理
在超音速气流作用下，物料颗粒之间不仅要发生撞击，而且气流对物料颗粒也要产生冲击剪切作用。

同时物料还要与粉碎室发生冲击、摩擦、剪切作用，其损失的能量将部分转化成为颗粒的内能和表面能，从而导致颗粒比表面积和比表面能的增大，晶体晶格能迅速降低，并且在损失晶格能的位置将产生晶体缺陷，出现机械化学激活作用。

在粉碎初期，新表面将倾向于沿颗粒内部原生微细裂纹或强度减弱的部位（即晶体缺陷形成处）生成，如果碰撞的能量超过颗粒内部需要的能量，颗粒就将被粉碎。

因此粉碎过程所损失的能量正是颗粒被粉碎的主要原因。

其具体粉碎过程是：气流在自身高压作用下强行通过粉碎室喷嘴时，将产生高达数百米甚至上千米的高速气流，物料经负压的引射作用进入超音速喷管，并在高速气流作用下被加速到一定的速度，由于气流喷嘴与粉碎室相应半径成一锐角，故高压气流带着颗粒在粉碎室中作回转运动并形成强大旋转气流，使颗粒加速、混合并发生冲击、碰撞等行为，粉碎合格的细小颗粒被气流推到旋风分离室中，较粗的颗粒则继续在粉碎室中进行粉碎，从而达到粉碎目的。

研究证明：80%以上的颗粒是依靠颗粒间的相互冲击碰撞被粉碎的，只有不到20%的颗粒是通过颗粒与粉碎室内壁的碰撞和摩擦被粉碎。

2 气流粉碎工艺特点
2.1耐热敏性
由于压缩空气在喷嘴处绝热膨胀会使系统温度降低，所以整个粉碎空间是低温环境，颗粒的粉碎是在低温瞬间完成的，从而避免了某些物质在粉碎过程中产生热量而破坏其化学成分的现象发生，尤其适用于热敏性物料的粉碎。

2.2物理性
气流粉碎纯粹是物理行为，既没有其它物质掺入其中，也没有高温下的化学反应，因而保持物料的原有天然性质。

2.3无污染性
因为超音速气流粉碎技术是根据物料的自磨原理而实现对物料的粉碎，粉碎的动力是空气。

粉碎腔体对产品污染极少，粉碎是在负压状态下进行的，颗粒在粉碎过程中不发生任何泄漏。

只要空气经过净化，就不会造成新的污染源。

2.4精度高
通过调节分级机的转速和系统负压等参数，可以控制产品粒径分布在很小的范围内，并且分级机的调整是完全独立的，对一些有特殊要求的中药材加工十分有利。

3 气流粉碎设备（流能磨Fluid Energy Mill 或喷射磨Jet Mill ）
3.1 扁平(圆盘) 式气流粉碎机
扁平(圆盘) 式气流粉碎机是由美国Fluid Energy 公司1934 年研制成功的。

3.1.1工作原理
压缩空气(空气、过热蒸汽或惰性气体) 通过加料喷射器的高速射流所产生的负压，使物料吸入混合室， 通过与粉碎室半径方向成一定角度并分布在同一水平上的喷嘴， 被高速射流喷入粉碎室， 喷气流夹带着物料以极高的速度旋转， 在粉碎室半径上形成流体动力特性梯度， 物料颗粒之间以巨大的动量相互碰撞(约占粉碎量的80% 左右) ， 又与粉碎室的内壁碰撞(占20% 左右) 而粉碎。

被粉碎粒子随旋转流高速旋转获得很大的离心力， 又受到气流向粉碎室中心排出的向心力，两个力的方向相反，颗粒在这两个力的作用下分级。

因此， 在圆盘式气流粉碎机内，粉碎和分级是同时进行的。

3.1.2 特点及应用
扁平式气流粉碎机结构简单，操作方便，而且自身具有自动分级功能。

但是，当被粉碎的物料(如氧化硅、碳化硅等) 硬度较高时，物料随气流高速运动会与磨腔内壁产生剧烈的冲击、摩擦、剪切，导致磨腔磨损，并且对产品造成一定的污染。

此类粉碎机多用于较软、较脆的物料。

3.2 O 型循环式气流磨
JOM 系列循环式气流粉碎机是由美国Fluid Energy 公司1941年研制成功，如图2所示。

3.2.1工作原理
原料由文丘里喷嘴加入粉碎区，气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的O 型循环管式粉碎室，并加速颗粒使之相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。

同时旋流还带动被粉碎的颗粒沿上行管向上运动进入分级区。

在分级区离心力场的作用下，使密集的料流分流，细粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出，
即为产品；粗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。

循环管的特殊形状具有加速颗粒运动和加大离心力场的功能，以提高粉碎和分级效果。

图1 扁平式气流粉碎机
3.2.2 特点及应用
O 型结构既能加速颗粒运动， 又能增强离心力场的作用， 从而提高了粉碎和分级效率；分级区的弯曲管壁设计， 使磨损大大减轻。

但是，与其它气流粉碎机相比， 气流及物料对管道内壁的冲刷、磨损太严重， 不适用于硬度较高的材料的超细化。

常用于热敏性化学品、纤维、金属、药物、食品、颜料、填料等的粉碎， 其粉碎细度可达3~0.2 m 。

3.3 冲击式气流磨
冲击式气流磨的粉碎动力源主要是颗粒与冲击部件(如冲击板、冲击环等) 的冲击力， 目
前， 常见的有靶式气流磨、超音速冲击板式气流粉碎机、冲击环式气流粉碎机等。

3.3.1 靶式气流磨
靶式气流磨是最早发明的气流磨之一，其靶子结构有固定和活动的两种形式。

固定靶式气流磨如图3 所示，其原理是高速气流挟带物料冲击到前方的靶上进行冲击粉碎，粉碎后的物料随气流经出口排出，进入后序的分级器中。

活动靶式气流磨中的靶呈圆柱形，且缓慢转动，因此，物料冲击倾斜的圆柱形靶而得到粉碎。

靶式气流磨常用于处理较粗的粒子，冲击力很大，冲蚀非常严重。

因此，靶式气流磨的工业化应用受到一定的限制。

3.3.2 超音速冲击板式气流粉碎机
超音速冲击板式气流粉碎机在美国、德国、日本、比利时都有专利， 由日本N PK 公司1967年开发成功。

其结构示意图如图4 所示， 其工作原理为: 原料从料斗1 进入， 右上方设置螺旋推料器以防止粉料架桥， 高压气体从下部空气管进入， 与物料在混合室内混合， 并以超音速与斜置的冲击板4 相冲击， 物料得到粉碎。

其最大的缺点是冲击板的冲蚀非常严重， 颗粒对喷管内壁以及喷嘴的磨蚀也很严重， 从而严重影响了这种粉碎机的推广应用。

常用于纤维状物料、金属粉末和各种延展性物料等的粉碎。

图3 靶式气流磨
3.4 对撞式气流粉碎机
对撞式气流粉碎机又称对喷式气流粉碎机。

它是以两股高速气流挟带颗粒相互对撞而粉碎，能量利用率高，避免了上面三种气流粉碎机高速气流对冲击部件的磨损，解决了被粉碎颗粒的污染问题。

美国Majac公司早期研制的对撞式气流粉碎机如图5所示，其工作原理是两股相同压力和相同速度的压缩空气从两侧呈一直线进入粉碎区，同时物料由螺旋加料器送入粉碎区，在混合后碰撞而粉碎，粉碎后的颗粒随气流向低压区运动，细粉通过上部排出，粗粉回落入粉碎区再次粉碎。

4 MQW03气流粉碎设备
5.1 螺杆式空气压缩机
基本结构：
1.进气过滤器
2.多功能进气控制阀
3.注油管路
4.压缩机机头\转子室
5.油气预分离器罐
6.精细油气分离器
7.最小压力止回阀
8.油冷却器
9.压缩空气冷却器 10.油过滤器 11.温控阀12.清洁口
工作过程：空气压缩机从外界大气中吸入空气，通过滤网进行预过滤进入机箱内部再通过进气过滤器①过滤，进入多功能进气控制阀②，接着进入转子室④进行压缩，转子由马达驱动。

精确控制一定量的压缩机油持续不断地注入转子室④，对旋转的螺杆进行润滑冷却，并起到密封作用。

压缩完毕后，含油的空气被排出机头，经过法兰连接直接进入油气分离器⑤、⑥将油与压缩空气分离，被分离出来的油在油冷却器⑧中被冷却，流经油过滤器⑩重新回到注入口。

分离后的压缩空气通过旋入式精细油气分离器⑥，过滤掉部分油质，使压缩空气中的含油量只有1～3mg/m3，然后经过最小压力止回阀⑦回到空气冷却器⑨冷却，冷却后的压缩空气经过一个截止阀进入用气系统。

温控阀在整个运行过程中控制正常的油温，保证螺杆式压缩机在所有的运行阶段都以最佳的温度工作。

空压机
储气罐
空滤器
气流磨
引风机
MQW03气流粉碎设备工艺流程图
5.2 空气过滤器
工作过程：从进口流入的压缩空气，被引进导流板2，导流板上有均匀分布的类似风扇扇叶的斜齿，迫使高速流动的压缩空气沿齿的切线方向产生强烈的旋转，混杂在空气中的液态水油和较大的杂质在强大的离心力作用下分离出来，甩到水杯7的内壁上，流到水杯的底部.除去液态水油和较大杂质的压缩空气，再通过滤芯3的进一步过滤，清除微小的固态颗粒，然后从出口输出清洁的压缩空气.伞形挡水板5将水杯分隔成上下2部分，下部保持压力静区，可以防止高速旋转的气流吸起杯底的水油.聚集在杯底的水油从排水阀8放掉.空气过滤器必须竖直水杯向下安装。

5.3 对冲式气流粉碎机
5.4 风机
略
5 气流粉碎基础理论的研究
粉碎室
分级室
成品收集罐。