流化床气流粉碎机及喷嘴设计

2.流化床对撞式气流粉碎机
⑧
⑧
⑦
⑦
⑥
⑥
⑨
⑤
⑤
①
①
④③ ②
④ ③②
（a）物料经过喷嘴 （b）物料不经过喷嘴 流化床对喷式气流粉碎机的两种形式结构示意图
2.流化床对撞式气流粉碎机
（3）技术特点 产品细度高（d50=3～10μm），粒度分布窄且无过大颗粒；粉磨效率高，能耗低，产量大，比其它
类型的气流磨节能50%；采用刚玉、碳化硅或PU（环）等作易磨件因而磨耗低，产品受污染少，纯度 高，可加工无铁质污染的粉体，也可粉碎硬度高的物料；结构紧凑，简单；噪音小；可实现操作自动 化。但造价较高。
流化床气流粉碎机及喷嘴设计
1.气流粉碎机
• 利用高速气流（300～500m/s）或过热蒸汽（300～400℃）的能量使颗粒产生相互冲击、碰撞、 摩擦剪切而实现超细粉碎，广泛应用于化工、非金属矿物的超细粉碎，是最常用的超细粉碎设 备之一。
（1）气流粉碎机的工作原理 将压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成亚音速或超音速气流，喷出的射流带动物料作高速运动，使
物料碰撞、摩擦剪切而粉碎。 被粉碎的物料随气流至分级区进行分级，达到粒度要求的物料由收集器收集下来，未达到粒度
要求的物料再返回粉碎室继续粉碎，直至达到要求的粒度并被捕集。
（2）气流粉碎机的粉碎过程
• 压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴后，产生高速气流且在喷嘴附近形成很高的速度梯度，通过喷 嘴产生的超音速高湍流作为颗粒载体。物料经负压的引射作用进入喷管，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，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。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。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。
P *(
2
K
)K1(
2
1.30
)1.3 010.5457
P 0 K1 1.3 01
• 2、计算出口压力比 P e500P0a 00.0需5 采P *用0拉.5瓦4尔5喷7嘴 • 第二步：计算出口马赫P 0数1000 P0a00 P 0
M e2[P (e)K K 1 1 ]
2
1 .3 0 1
(0 .05 1 .30 1 )2 .5773
2KRT0 K 1
T T*
2(K K11)M2
PP* [2(K K11)M2]KK1
*
[2(K K11)M2]K11
V V*
M[2(K K11)M2]12
A1[ 2 (1K1M 2)2 ](K K 11) A* MK1 2
参数计算（2）
1、已知滞止参数及出口速度 通过V/V*的关系求M，进而计算所有参数 2、已知滞止参数及出口马赫数 根据马赫数可求出所有截面的参数 3、已知滞止参数及出口压力 通过出口压力与滞止压力的关系求出出口截面马赫数，进而计算出口截面参数
A *Q * V *2 .89 2 4 2.9 8 16 3 1 03 3 .990 m 11 2m 8
d*
4A *
413.9 90 1 148 .0 29m 77 m 3.1416
A eQ eV e0 .46 2 9 0.7 8 01 54 44 5 .774 m 31 2m 8
de
4A e
444.7 74 3 178 .4 57m 27 m 3.1416
参数计算（2）
• 简图
更多资料：
谢谢大家！
2.流化床对撞式气流粉碎机
• 缺点： – 颗粒不断高速冲击分级叶片，在生产超硬粉粒时，分级叶片的磨损仍很严重。
2.流化床对撞式气流粉碎机
• （5）应用： – 高硬物料、高纯物料、难粉碎层状非金属矿、热敏性和密集气孔性物料等。
2.流化床对撞式气流粉碎机
• （6）特征 • 利用一对或若干对喷嘴相对喷射时产生的超音速气流使物料彼此从两个或多个方向相互冲击和
• 第三步：计K 算 出1口P 0截面参数 1 .3 0 1
• 第四步Pe：计50算0临0P界0a; 截面参数e0.46k0g/0m3
Te 23.0705K0
Ve97.815m 4/5s
• 第P五e 步0：.5计45算M7几P何a尺e寸2.89k2g/1m3
Te 41.4134K8 Ve49.863m 0/3s
缺点：能耗较大，生产成本较高。
2.流化床对撞式气流粉碎机
• （1）流化床对撞式气流粉碎：将对喷原理与流化床中膨 胀气体喷射流相结合。
• 流化床式气流粉碎机是德国20世纪80年代的新产品，主 要生产厂家是德国Alpine公司，美国、日本、中国也有 公司生产。
2.流化床对撞式气流粉碎机
• （2）工作原理：物料通过阀门进入料仓，螺旋将物料送入 研磨室；空气通过逆喷嘴喷入研磨室使物料呈流态化。被 加速的物料在各喷嘴交汇点汇合，在此，颗粒互相冲撞、 摩擦、剪切而粉碎。粉碎的物料由上升气流输送至涡轮式 超细分级器，细粉产品经出口排出，较粗的颗粒沿机壁返 回磨矿室，尾气进入除尘器排出。
d*
d* d*
（8）拉瓦尔喷管设计
（a）亚音速射流喷嘴 （b）音速射流喷嘴 （c）超音速射流喷嘴 常用射流的喷嘴形式
（8）拉瓦尔喷管设计
超音速喷嘴一般有四部分构成：稳定段、亚音速渐缩段、喉部临界截面和超音速扩散段， 如图所示。这四部分应当用光滑圆弧相连接，构成一个光滑的内腔型面。
d1 d d2
l0
l1
l2
超音速喷嘴结构示意图
喷嘴各截面参数的计算（1）

1、任意截面状态与滞止状态的关系
T0 1K1M2 P0 (1K1M2)KK1
2、临界T状态与滞止2状态的关系 P
2
0 (1K1M2)K11
2
3、任TT意0* 截面K与2临1 界状态的PP0*关系(K21)
K K1
* (
2
1
)K1
0 K 1
V*
2.流化床对撞式气流粉碎机
2.流化床对撞式气流粉碎机
粒子在高速喷射气流交点碰撞，该点位于流化床中心 。
靠气流对粒子的高速冲击及粒子间的相互碰撞而使粒 子粉碎，与腔壁影响不大。
磨损大大减弱。
流化床内对撞气流 交汇点示意图
2.流化床对撞式气流粉碎机
①
④
②
③
③
②
④
①
（a）平面汇聚式
（b）空间汇聚式
流化床对喷式气流粉碎机的二种粉碎室结构形式示意图
2.流化床对撞式气流粉碎机
– 磨损轻，污染少：从第一次撞击，粉粒主要是进行相互之间的冲撞，对室外壁冲撞少。 – 设备体积小，占地面积少：在同等生产能力的前提下，流化床对撞式气流磨比圆盘式气流
磨体积减少10~15%，占地面积减少15~30%。 – 自动化程度高，噪声小，生产能力大，适合于大规模工业化生产。
（3）气流粉碎机的特点
优点： 1） 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。可以粉碎莫氏硬度为1～10的材料，经气流粉碎后的物料 平均粒度细，最细可以达到0.2μm，一般为0.5μm～20μm；粒度分布较窄，可以满足窄粒 度分布产品粉的要求； 2）由于压缩空气在喷嘴处绝热膨胀会使系统温度降低，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。加工温度低（小于气流温度），材料破碎时的应变率高，可粉碎低熔点、热敏 性和生物等材料。可粉碎低熔点和热敏性材料及生物活性制品。
碰撞而粉碎。 • 由于物料高速直接对撞，冲击强度大，能量利用率高，可用于粉碎莫氏硬度10级以下的各种脆
性和韧性物料，产品粒度可达亚微米级。 • 还克服了靶式靶板和循环式磨体易损坏的缺点，减少了对产品的污染，延长了使用寿命。 • 是一种较理想和先进的气流粉碎机。
（7）拉瓦尔喷管
绿色代表亚音速，黄色代表音速，红 色代表超音速。
（3）气流粉碎机的特点
3）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。颗粒表面光滑，颗粒形状规整，纯度高，活性大，分散性好。
4）因为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.流化床对撞式气流粉碎机
• （4）优缺点 • 优点：
– 粉碎效率高，能耗低： ➢ 气流带颗粒呈多角度对撞，作用力大，粉粒的受力复杂，外加的能量被粉粒充分吸收，喷 射功损耗少； ➢ 把流化床原理与平卧式涡轮超细分级器相结合，使细料及时排出，减少了因细粉过粉碎而 损失的能量。 ➢ 与圆盘式气流磨相比，平均能耗减少30~50% 。
参数计算（2）
例子：一台蒸汽喷射器的喷嘴，使用的蒸汽压力P0=1.0MPa，T0=200℃，流量Q=2kg/s，
要求出口压力50000Pa。求喷嘴主要参数。
过热蒸汽绝热指数1.30，气体常数0.4615 • 第一步：选择喷嘴类型
，k蒸j.k汽g1密.k度14.6083 。 kg / m3
•
1、计算临界压力比