流化床气流粉碎机及喷嘴设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。流化床气流粉碎机及喷嘴设计.

  流化床气流粉碎机 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 (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。 材料科学与工程学院 (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。 材料科学与工程学院 (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。 材料科学与工程学院 (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。 ?缺点:能耗较大,生产成本较高。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 2.流化床对撞式气流粉碎机 材料科学与工程学院 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。 流化床内对撞气流 磨损大大减弱。 交汇点示意图 材料科学与工程学院 2.流化床对撞式气流粉碎机 ① ④ ③ ② ② ③ 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 材料科学与工程学院 2.流化床对撞式气流粉碎机 ⑧ ⑦ ⑥ ⑨ ⑦ ⑧ ⑥ ⑤ ① ④ ③ ② ⑤ ① ④ ③ ② (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 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 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% 。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 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。 材料科学与工程学院 (7)拉瓦尔喷管 材料科学与工程学院 (8)拉瓦尔喷管设计 d* d* (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 材料科学与工程学院 d * (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。 d2 l2 d1 l0 超音速喷嘴结构示意图 材料科学与工程学院 d? l1 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 K T0 K ?1 2 P0 K ? 1 2 K ?1 ? 1? M ? (1 ? M ) T 2 P 2 2、临界状态与滞止状态的关系 1 ?0 K ? 1 2 K ?1 ? (1 ? M ) ? 2 T* 2 ? T0 K ? 1 P* 2 KK?1 ?( ) P0 K ?1 1 ?* 2 K ?1 ?( ) ?0 K ?1 V* ? 2 KRT0 K ?1 3、任意截面与临界状态的关系 T K ?1 ? T* 2 ? ( K ? 1) M 2 1 V K ?1 ? M[ ]2 2 V* 2 ? ( K ? 1) M K P K ?1 K ?1 ?[ ] 2 P* 2 ? ( K ? 1)M 1 ? K ?1 K ?1 ?[ ] 2 ?* 2 ? ( K ? 1)M A 1 2 K ? 1 2 2( K ?1) ? [ (1 ? M )] A* M K ? 1 2 K ?1 材料科学与工程学院 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 材料科学与工程学院 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。 ?1 ?1 过热蒸汽绝热指数1.30,气体常数0.4615 ,蒸汽密度 4.6083 。 kj.kg .k kg / m3 ? 第一步:选择喷嘴类型 1.30 K ? 1、计算临界压力比 P* ? ( 2 ) K ?1 ? ( 2 )1.30?1 ? 0.5457 P0 K ?1 1.30 ? 1 ? ? 2、计算出口压力比 第二步:计算出口马赫数 Me ? Pe 50000 Pa P ? ? 0.05 ? * ? 0.5457 需采用拉瓦尔喷嘴 P0 1000000 Pa P0 1.30 ?1 ? Pe ? KK?1 2 2 [( ) ? 1] ? (0.05 1.30 ? 1) ? 2.5773 K ? 1 P0 1.30 ? 1 ? ? ? 第三步:计算出口截面参数 第四步:计算临界截面参数 Pe ? 0.5457MPa A* ? Pe ? 50000 Pa; ?e ? 0.4600 kg / m3 Te ? 237.0050 K Ve ? 971.8545 m/ s Ve ? 496.8303 m/ s ?e ? 2.8921 kg / m3 Te ? 411.4348K d* ? 第五步:计算几何尺寸 Q 2 ? ? 1391 .9018 m m2 ?*V* 2.8921? 496.8303 4 A* ? ? 4 ?1391 .9018 ? 42.0977m m 3.1416 Ae ? Q 2 ? ? 4473 .7418 m m2 ?eVe 0.4600? 971.8545 ? 材料科学与工程学院 de ? 4 Ae ? 4 ? 4473 .7418 ? 75.4727m m 3.1416 参数计算(2) ? 简图 更多资料:材料科学与工程学院