江南大学自考助学 毕 业 生 论 文 ( 设 计 ) 专业: 机械电子工程 姓名: 岳** 题目: 圆盘式气流粉碎机的设计 日 期: 2009 年 5 月 11 日 目 录 第一章 概述3 第二章 粉碎及其意义7 第三章 粉碎设备11 第四章 气流粉碎原理,机型和意义20 第五章 扁平气流粉碎机的结构34 第六章 扁平气流粉碎机的设计及计算35 (1) 喷嘴的设计 (2) 加料器的设计 (3) 流量的计算 (4) 结构设计 第一章 概述 许多材料加工成超微状态,会得到许多非微粒产品无法得到的特殊功能;如提高其在化学反应中的反应速率,改善其着色率、遮盖力、色度,增强其分散、流变性、补强性等。因此,超微产品已广泛的用于化工、医药、涂树、农药、染料、电子等行业中,成为这些行业高性能高技术产品不可缺少的材料。 但国内对于对撞式气流粉碎机的研究还不多,对这方面缺乏一定的基础。 目前我国的超细粉碎设备,基本上己与世界上定型机种处在同一水平线上,国际上成熟的机种,我国都能生产,如气流磨、搅拌磨、塔式磨、振动磨、各类机械式高速冲击磨等。但是由于我国在粉体技术的研究方面较世界先进国家起步晚,故设备研制也晚,基础差,起点低,引进消化后所生产的各类设备,质量难免良萎不齐,有些只是在低水平上重复,甚至有些概念含混不清。企业自行起名,自行命名设备代号,导致一些厂商的产品广告及设备说明书,不但外行看不懂,内行也不明白,国超细粉碎设备的一大突出问题。 基于以上情况不仅可以看到超微粉碎的重要作用,也可以看到我国超微粉碎的薄弱之处。本毕业设计也是有着一定的现实意义和教学研究意义。 粉碎过程是将大颗粒变成小颗粒的过程。固体物料的粉碎是用物理的方法克服物料内部的结合力使物料破碎达到一定粒的过 程。 根据原料和成品颗粒的大小或粒度而言粉碎一般为四大类:粗粉碎,细粉碎,微粉碎,超微粉碎。 其粒度分布如表: 粉碎类型 原料粒度 成品粒度 粗粉碎 10-100mm 5-10mm 细粉碎 5-50mm 0.1-5mm 微粉碎 5-10mm 100m 超微粉碎 0.5-5mm 10-25m 这是一个大概的分类,但是不同的行业、不同的产品对成品粒度的要求不同,因此不同的行业有不同的划分范围。如饲料的超微粉碎要比化妆品、超微食品等的粗。 在不同的行业中粉碎有着不同的作用,由下可以看到粉碎的应用相当广泛。 行 业 用 途 矿业 金属矿石的粉碎研磨,非金属矿物的粉碎及深加工、低品位矿物综合利用、尾矿中有用元素的提取 冶金 粉末冶金、机械合金化、冶金原料处理、冶金废渣利用、硬质合金生产 机械 粒度砂、铸造型砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂 农业 粮食加工、化肥生产、粉剂农药、土壤改良、饲料各种添加剂、人工降雨催凝剂等 橡胶 固体填料、补强材料、功能性填料、废旧橡胶制品的再生利用 塑料 塑料原料制备、增强填料、粉末塑料制品、塑料喷涂 造纸 纸浆制备、造纸填料、涂布造纸用超细浆料、纤维状增强填料 印刷 油墨生产、铜金粉、喷墨打印墨汁、激光打印和复印碳粉 化工 原料处理、涂料、油漆、催化剂 制药 粉剂、片剂、注射剂、中药精细化、药物载体、喷雾施药 食品 粮食加工、保健食品、食品添加剂、调味剂 颜料 偶氮颜料、酞著系列颜料、氧化铁系列颜料 能源 粉煤燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆 电子 电子浆料、电子塑封料、集成电路基片、电子涂料、荧光粉、铁氧体 建材 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料 精细陶瓷 原料细化处理、梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗粒表面改性 环保 脱硫超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用各种粉状污水处理剂 第 二 章 粉碎及其意义 1)定义:“粉碎”一词是固体物料尺寸有大变小过程的总称。它包括“破碎”和“粉磨”。前者是由大料块变成小料块的过程,后者是由小料块变成细粉体的过程。破碎包括粗碎和中碎。粉末又称研磨,包括微粉碎和超微粉碎。但是在实践中,粉碎往往又是相对破碎而言,专指有小料块变成细粉体的过程。气流粉碎机是一种先进的超微粉碎设备。在工业生产上有着广泛的应用。扁平式气流粉碎机是一种典型的气流粉碎机,主要使用于化工、医药行业中硬度较低物料的粉碎。 2)意义: 1) 使物料的比表面增加,这物料颗粒同周围介质的接触面积大,反应速度快,如催化剂的接触反应,固体燃料的燃烧与气化,物料的溶解、吸附、干燥、以及利用粉末流化床的接触面积大来强化传质与传热等。 2) 在水泥工业中提高水泥的标号。水泥熟料同石膏一起磨碎成最终产品。磨碎的粒度越细,比表面越大,水泥的标号就越高。 3) 在选矿之前使矿石中的有用成分解离。由于矿石中有用成分同杂质紧密结合一起,只有经过破碎或磨碎之后产生“解离”,才能用选矿方法剔除杂质,得到较纯净的精矿和中间产品。许多金属矿石要在选矿之前磨碎至 0.074mm 以下才能充分解离。 4) 为原料下一步加工作准备,如在炼焦、烧结、球团、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部门,必须把原料碎磨至一定粒度以下,以满足下一步的粒度要求。 5) 便于使用。在食品、化工、医药、化肥、农药等部门中,常将产品碎磨成粉末状态向用户销售。 6) 便于贮存和运输,粉末物料或料浆可利用风力或水力运输。 7) 制备混凝土时,如天然砂供应不足,可将岩石粉碎以制备人造砂,但人造砂的粒度组成须符合严格的规定。 8) 为了保护环境,将城市垃圾进行粉碎并处理。 3 物料粉碎的力学特性: 物料粉碎方法的选择决定于原料的粉碎特性,即抗拉(折、弯)、抗压(挤)和抗剪切(磨、撕)等特性,表现在其硬度、强度、韧性和脆性等。 1. 强度 强度反映了物料弹性极限的大小。强度越大,物科越不容易被折断、压碎或剪碎。 2. 硬度 硬度反映了物料弹性模量的大小。硬度越高,物科抵抗塑性变形的能力越大,越不容易被磨碎或撕碎。 3.韧性 韧性反映了物科吸收应变能量、抵抗裂缝扩展的能力。韧性越大,物料越能吸收应变能量,越不容易发生应力集中,越不容易断裂或破裂。例如纤维性物质难于粉碎就是因为其韧性大的缘故。 4.脆性 脆性反映了物料塑变区域的长短。脆性大,塑变区域短,在破坏前吸收的能量小,亦即容易被击碎或撞碎。 对于具体物料来讲,上述 4 种特性之间有着内在的关系。强度越大、硬度越高、韧性越大、脆性越小的物科,其破坏所需的变形能就越大。 4 粉碎形式: 就粉碎其粉碎的形式有多种。大体可分为压碎,剪碎,劈碎锯碎,磨碎,受阻冲击粉碎,自由冲击粉碎对撞式粉碎。 1. 弯曲折断:被粉碎的物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁,当物料内的弯曲应力达到物料的强度极限时被折断。这种方式一般用来粉碎长或薄的较大块的脆性物料,例如油饼、玉米穗等的破碎,一般粉碎度较低。 2. 压碎:物料置于两个粉碎面之间,施加压力后物料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎。这种粉碎方式仅适用于脆性物料,如对辊粉碎机、顿式粉碎机等。 3. 剪切破坏:用一个平面和一个带刀棱的工作表面剪切物 料,物料沿剪切力作用线的方向破裂。这是一种能耗较低的粉碎方式,可用以粉碎韧性物料,如对辊磨粉和磨碎过程。在磨碎过程中,物料与物料或物料与机件表面之间在一定的压力和相对运动条件下,物料表层受剪切力的作用,当剪应力达到物料的剪切强度极限时,物料就经层层剥落而粉碎。 第三章 粉碎设备的类型 (1)鉴于超细粉碎技术及设备的应用涉及化工、冶金、建材、电子、轻工、医药、农业等许多领域的广泛性,以及被粉碎材料种类的多样性,尤其是当代高新技术发展对材料深加工制备提出越来越高的要求:粒度微细化、粒度分布均匀化或颗粒形状特定化、品质高纯化、表面处理功能化等等,这诸多因数都促使超细粉碎技术与设备有了长足的发展。尽管超细粉碎设备类型繁多,但其开发的出发点主要是围绕如下几点: 1) 原理上考虑提高有效粉碎能,大多是利用冲击、切剪、摩擦等力的综合作用进行超细粉碎。 2) 结构上采用超细粉碎分级组合型式,利用高效气流分级装置不但可提高微细化粒度,而且藉以实现粒度分布均匀化或特定化。 3) 材质上采用高耐磨材料作衬材,不仅可减少衬材磨损对粉碎产品构成的成分或色泽的污染,而且可以提高设备的使用寿命。 4) 超细粉碎与颗粒表面改性一体化的实施。 5) 特殊需求的粉碎,例如低温粉碎等。 (2)粉碎机械的类型和应用范围,我将着重就下列几种超细粉碎设备的工作原理、特点及其应用作一简述: 高速机械冲击式微粉碎机分立式和卧式 气流粉碎机分扁平式、循环管式、靶式、对喷式、流化床对喷式 辊压式磨机分高压辊磨机、立式辊磨机(莱歇磨、MPS磨) 介质运动式磨机分容器驱动式(球磨机、振动磨、行星磨)、介质搅拌磨 分类介绍: 1 高速机械冲击式微粉碎机 它是利用高速回转子的锤、叶片、棒体等对物料进行撞击,并使其在转子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切作用而粉碎的设备。按照转子的设置可分为立式和卧式俩种类型。 A) 立式高速机械冲击微粉碎机 这种类型的机械冲击磨转子都是竖直设置,而且都内附分级轮。典型的产品有日本细川公司 ACM 型(图 4-46a),其工作流程:有给料机喂入粉碎室的物料,在高速回转的转子与带齿衬套的定子之间受到 冲击剪切粉碎。然后在气流的带动下进入分级区,微粉随气流通过分级涡轮排出机外,由收尘装置捕集,粗粉在重力的作用下落回转子内再次被粉碎。 特点: 1) 通过不同形状的转子锤体与定子衬套的组合,可获得最佳冲击速度和冲击能量,并利用内设的高效分级装置可避免过粉碎现象,同时可方便地调节产品细度,乐橙因此,不失是一种结构紧凑,产量高,能耗低的微粉碎设备。 2) 产品细度(D 50 )在 10~1000m 范围,ACMSB 型超细粉 D 92 达 10m,粒度分布窄,粒度球形化佳。 3) 流通的气流可降低磨机的温升,故适用于涂料、合成树脂、食品、医药品等弱热性(软化点低的)物质的粉碎。亦可采用惰性气体循环粉碎。 4) 采用陶瓷制作粉碎部件的陶瓷型具有高耐磨性,用于粉 碎高品质、高级化的材料。机盖为可掀开式,便于清扫,更换被粉碎材料而不致污染。 5) ACWSB 型的耐压力达 1.1Mpa,可用于粉体涂料之类具有潜在粉尘爆炸危险的防爆粉碎系统。 6) 特别适用于碳酸钙、滑石、云母、大理石、石墨等较软质、纯的矿物的粉碎以制备填料,且有利于矿物解离,具有精确的粒度上限,最终产品无大颗粒。 B 卧式高速机械冲击粉碎机 它由水平轴上按设的倆个串联的粉碎分级室和风机组成。粉碎分级室由带撞击叶片的转子和定子衬套以级分级叶轮组成。第一、二转子的叶片分别有 30o 、40 o 倾角,旋转时形成风压,而相应的第一、二分级轮为径向叶片,旋转时形成风阻,两者旋转时便形成旋循气流,使颗粒反复地受强烈的冲击、剪切、摩擦作用而粉碎。两串联的粉碎分级之间用隔环分隔,因第一、二级转轮子的圆周速度分别为 50 m/s,55m/s(第二转子直径大),故第二粉碎室粉碎力更强,成为细磨区,产品细度达数微米。细粉随气流风机排出机外捕集。 特点: 采用两级串联粉碎装置,故粉碎效率高,能耗较低;产品粒度细(平均粒径 3100m);机内设有排渣装置,可将难于粉碎的杂质排除,故产品纯度高;负压操作,可减少粉尘对环境的污染。适用于莫氏硬度低于的物料,例如涂料,颜料,非金属矿化工原 料,农药等的微粉碎。德国 Apline 公司生产的 CW 型和 UPZ 型冲击磨亦属卧式之列。如图 4-50 所示的 CW 型宽腔冲击磨具有两个转速不等的转子,物料及利用转子的速度差点被转子上的棒销撞击,剪切而粉碎,并随气流排出机外捕集。 特点: ①.双转子比常用的单转子冲击磨具有更强的粉碎效力,因此,产品粒度细,可达 20m。 ②.粉碎空间大,且不设置出料控制筛,可有效的避免脂肪质、油质及粘性物料粉碎时产生的沉积和堵塞现象。 ③.适用于莫式硬度不大于三级的物料,例如脂肪质物料(胡桃、丁香)、可可粉、颜料(硫酸钡粉、白铅)、化工产品(金属氧化物、硬质酸盐)等得粉碎。 UPZ 型细冲击磨有多种形式,如图 4-51 所示。其中图 4-51(a)所式的短轴销盘式中一盘为转子,另一盘为定子相互嵌套组成粉碎室,不设卸料控制筛。图 4-51(b)(c) (d) 分别为转子带固定锤头或铰链活动锤头与带条槽的定子之间组成粉碎室。 特点:通过采用优化化型的冲击件(锤头、轴销),可满足不同粉碎粒度的需求,即粒度细、并有准确的粒径上限;有一定粒度分布的粉碎产品;可设计成防爆、耐压、气密性系统;适用于一药品、生物技术制品、化工产品及非金属矿物等的微粉碎,特别适用于香料工业生产由促到超细颗粒的各种产品。 2 气流粉碎机 气流粉碎机是利用高速气流(300-500m/s)或过热蒸汽(300-400o C)的能量,使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。广泛的应用于化工...