超微粉碎機與超微粉體技術(shù)

超微粉碎機與超微粉體技術(shù)一、超微粉碎的制備技術(shù)超微粉體的制備通常有物理和化學(xué)兩種方法。物理方法中，又可劃分為十法和濕法兩種。在化學(xué)方法中，又可分為氣相法、液相法等。在物理方法中，十法超微粉碎又可分為球磨機、震動磨機、氣流粉碎機等，濕法超微粉碎機械中包括液流粉碎機、均質(zhì)機等。在化學(xué)方法中，氣相法又包含真空蒸發(fā)法、氣相化學(xué)反應(yīng)法、等離子體法等。在液相法中，主要有沉淀法、氧化加氫分解法、還原法、噴霧干燥法、冷凍干燥法等。但是，無論采用何種方法，首先它必須滿足以下基本條件：1產(chǎn)品的粒度細、分布狹窄，能滿足生產(chǎn)或科研的實際要求。2產(chǎn)品純度高，不含任何雜質(zhì)，產(chǎn)品無污染，對環(huán)境無破壞。3能耗低、產(chǎn)量高，生產(chǎn)成本低廉，生產(chǎn)效率高。4工藝簡單、連續(xù)，自動化程度高。5生產(chǎn)安全可靠。下面重點介紹物理方法中的氣流粉碎機。氣流粉碎機屬于物理方法中十法粉碎類。氣流超微粉碎機。目前，在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛，以其結(jié)構(gòu)簡單、產(chǎn)品細、分布狹窄、純度高而享有盛名。氣流超微粉碎機有以下幾種基類型：1水平圓盤式氣流粉碎機；2循環(huán)管式氣流粉碎機；3對噴式（逆向）氣流粉碎機；4撞擊板式（靶式）氣流粉碎機；5流化床式氣流粉碎機。在上述五種氣流粉碎機中，流化床式氣流粉碎機是最新一代開發(fā)的氣流粉碎裝置，上世紀八十年代初誕生于德國Alipne公司。流化床氣流超微粉碎機集多噴管技術(shù)、流化床技術(shù)和臥式分級技術(shù)于一身，實現(xiàn)了流場多元化及料層流態(tài)化與臥式分級化體系。此外，采用了氣體密封等多項新技術(shù)，可保證該機安全、高效、穩(wěn)定地運行。另外，該機還具有以下幾個特點：對低熔點、熱敏性、磨損性物料、金屬礦及非金屬礦的粉碎分級是其它任何機械方法所無法取代的，系統(tǒng)幾乎無磨損，粉體純度極高。由于氣流加速急劇膨脹，其靜溫下降，因此粉碎過程是在低溫下瞬間進行的。采用多噴管超聲速流化床式氣流粉碎，能耗低，粉碎強度大，能粉碎莫氏9級以上的物料，并同時保證超細粉的純度。配有高精度分級機，通過調(diào)節(jié)分級機轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)參數(shù)，能得到粒度細、純度高、粒度分布狹窄的產(chǎn)品。系統(tǒng)經(jīng)多次收塵處理，幾乎無粉塵飛揚，有利環(huán)保。由于流化床氣流超微粉碎機節(jié)約能量、磨損小、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能力大，對熱敏性和纖維材料的粉碎表現(xiàn)出獨特的效果。同時，引起了國內(nèi)外粉碎行業(yè)的極大重視。該機目前應(yīng)用領(lǐng)域正在擴大，是對傳統(tǒng)的氣流粉碎機極大的挑戰(zhàn)。該機型的出現(xiàn)被日本FreundIndustrialco.Ltd.譽為“劃時代的新設(shè)備”。二、超微粉體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用超微粉體技術(shù)是近幾十年來新興的一門科學(xué)技術(shù)，它源自古老的傳統(tǒng)粉碎技術(shù)，而將其粉碎的概念向前大大延伸了。所謂“超微粉體”，國內(nèi)外目前對這一名詞尚無嚴格的界定。有人定義粒徑小于100um的為“超微粉體”，也有人定義粒徑小于1um的為“超微粉體”。但通常的習(xí)慣做法是小于500目（即30um）以下的粉體，即稱之為“超微粉體”。如此定義正是源于采用傳統(tǒng)的任何工藝方法，都很難將固形物料粉碎到如此的細度。在日常生活中，人們在形容纖細的東西時，時常會說：“細如發(fā)絲”。通過機械加工中常用的測量工具一一千分尺，我們即可測量到人的發(fā)絲直徑。通常為70?80um。由此可知，超微粉體的粒徑要比人的發(fā)絲直徑還要纖細得多。固形物質(zhì)經(jīng)過超微粉碎后，使其處于微米甚至納米尺寸時，該物質(zhì)的物理、化學(xué)特性都將發(fā)生極大的變化。例如：TiO2,當其粒度為20nm時可見光的遮蓋力最佳，可作為高檔油漆、油墨材料。粒徑減小到10?60nm時，則具有透明性，強紫外線光的吸收能力，可作為高檔化妝品及透明涂料等。又如植物花粉，被譽為“微型營養(yǎng)寶庫”，對人體有優(yōu)良的保健作用，但花粉的單體都具有堅硬的外殼，直接服用則無法被人體吸收。而經(jīng)過超微粉碎，使花粉破壁，有效成分得以完全釋放，由此開發(fā)的花粉系列產(chǎn)品，可直接被人體所吸收。利用“超微粉體”的特異性能，在軍事上涂裝于飛機、艦船和坦克的表面，可制成隱身飛機、艦船和坦克，在航天領(lǐng)域，可制成耐高溫、高壓的輕型材料及新型燃料。在化工、塑料、油漆、涂料等行業(yè)中，“超微粉體”可制成高強度、高附著力的高檔新產(chǎn)品。在醫(yī)藥和醫(yī)療領(lǐng)域，將藥品制成“超微粉體”，經(jīng)研究表明，可提高藥品的溶出度，減輕毒副作用，無論內(nèi)服或外用，都能明顯提高療效。特別是在中醫(yī)藥領(lǐng)域，“超微粉體”技術(shù)可改變傳統(tǒng)的中醫(yī)手段，中藥材經(jīng)“超微粉碎”細化后，可直接用于口服，從而免除了飲片、煎煮等繁鎖的工藝，這樣就大大方便了病人用藥。不僅如此，經(jīng)研究表明，經(jīng)“超微細化”后的中藥，只相當于原方劑用藥量的十分之一，甚至更少，這就可以大大節(jié)省寶貴的中藥材資源，對提高全民族健康，有效保護環(huán)境，都有深遠的意義。不僅如此，通過“超微粉體”技術(shù)，使難溶或微溶于水的有效成品，經(jīng)細胞破壁，還將大大提高藥品的生物利用度，降低毒性。這對于中醫(yī)藥走向世界，開創(chuàng)了全新的途徑?？傊?，“超微粉體技術(shù)”是一門跨行業(yè)的新興技術(shù)領(lǐng)域，在我國從八、九十年代開始才逐步被越來越多研究部門和行業(yè)所重視。今后，必將在新材料、醫(yī)藥、日化、保健、化工、軍工、電子、航天等領(lǐng)域內(nèi)取得全新的長足的發(fā)展。三、流化床式氣流超微粉碎機的組成及工作原理。大型流化床式氣流超微粉碎機組由空壓機、空氣凈化器系統(tǒng)、超音速氣流粉碎機、分級機、旋風(fēng)分離器、除塵器、排風(fēng)機等組成。中、小型流化床式氣流超微粉碎機，通常將超音速氣流粉碎機、分級機、旋風(fēng)分離器及除塵器、排風(fēng)機等組合成一體機，可大大節(jié)省占地面積，有利于安裝、運輸和使用。粉碎原理流化床式氣流超微粉碎機由料倉、螺桿加料器、進料室、粉碎室、旋風(fēng)分離器、除塵器等組成。首先，待粉碎物料由料倉經(jīng)螺桿加料器，輸送至進料室，在重力作用下物料落入粉碎室。粉碎室四周和設(shè)有相向排列的經(jīng)特殊設(shè)計的高壓進氣噴嘴。經(jīng)過凈化和干燥的壓縮空氣自噴嘴射出，形成超聲氣流。物料在高速氣流交點中心發(fā)生碰撞，瞬間內(nèi)被粉碎。經(jīng)粉碎的粒子隨氣流上升全分級室，合格的粒子隨氣流進入旋風(fēng)分離器，最終獲得所需產(chǎn)品，尾氣進入除塵器排出。較大的顆粒在分級機作用下，重新回落粉碎室，再次被粉碎，直至獲得合格的產(chǎn)品。氣流分級原理在超細粉碎過程中，要想獲得數(shù)微米甚至更微細的粉體，采用普通的篩分方法是行不通的。因此本機在分級室內(nèi)設(shè)置有渦輪式分級系統(tǒng)，這是利用離心力場的典型結(jié)構(gòu)。粉碎室內(nèi)被粉碎的物料，受上升氣流的推動，在分級室臥式渦輪分級機的作用下，如果在渦輪旋轉(zhuǎn)斷面邊緣處有同一顆粒，此顆粒將受到離心力場兩種不同力的作用。即由渦輪旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心慣性力F和氣流阻力R。假設(shè)顆粒的粒徑為d、密度為0、介質(zhì)的密度為p、顆粒的切向速度為Ut、渦輪平均半徑為r、介質(zhì)粘度為n、顆粒的徑向速度為Ur。這兩個力可分別用下列方程式表?。簄d3(6-p)Ut2F= : 6rR=3nndUr當顆粒較大時，所受離心力大于阻力，即F>R時，大顆粒沿渦輪切線方向飛向分級室器壁，然后返回粉碎室重新被粉碎。當離心力小于阻力，即F<R時，小顆粒隨上升氣流進入渦輪內(nèi)部，經(jīng)旋風(fēng)分離器收集為合格產(chǎn)品。四、介紹一種全新流化床式氣流超微粉碎機流化床式氣流超微粉碎機，是克服了眾多氣流式粉碎機缺點上的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展完善的。盡管具有許多的優(yōu)勢和美譽，但與其它機械式粉碎機相比較，氣流粉碎機的最大缺點是能量利用率低，即單位產(chǎn)量能耗偏高，對于附加值較低的產(chǎn)品，難于承受高額費用。針對傳統(tǒng)流化床式超微粉碎機能耗高的原因進行認真的分析，不難看出：傳統(tǒng)的流化床超微粉碎機，通常采用沿粉碎室內(nèi)壁平行、對稱排列若干噴嘴，在單一平面內(nèi)形成對射，物料在其焦點瞬間被粉碎。這種設(shè)計二十余年來一直被廣泛采用。這種設(shè)計噴嘴的方法，雖然能夠有效的粉碎物料，但是，正如上文所提到的，此種粉碎模式也存在著一個嚴重的問題，即待粉碎的物料，只能在一個近似平面的范圍內(nèi)進行粉碎。通常粉碎室的底部為卸料方便，都設(shè)計成圓錐形，由進料裝置送入粉碎室內(nèi)的物料，一旦落入設(shè)在粉碎室下方的圓錐體內(nèi)，物料即進入了一個盲區(qū)，無法繼續(xù)進行粉碎。粉碎區(qū)域僅限于一個近似平面的范圍內(nèi)，勢必粉碎區(qū)域狹窄，物料受到氣流夾帶，受到?jīng)_擊、擠壓和摩擦的機會相對較少。此種結(jié)構(gòu)，在物料被粉碎的過程中，其流態(tài)化狀態(tài)也僅限于噴嘴的上方，而沉積于粉碎室下方錐體內(nèi)的物料不能形成流態(tài)化的狀態(tài)。正因如此，造成了傳統(tǒng)流化床式超微氣流粉碎機能耗較高，而效率偏低的主要原因。為了扭轉(zhuǎn)能耗偏高的難題，北京微菱互信機械設(shè)備有限公司，歷經(jīng)十余年的不懈努力，堅持探索，終于取得了突破性進展。該公司最新研制成功的新一代流化床式氣流超微粉碎機，徹底改變了傳統(tǒng)粉碎機，設(shè)置噴嘴的方法，而是在粉碎室周邊同一平面內(nèi)，與該平面形成一定的夾角，噴嘴向下對稱設(shè)置，與此同時，在粉碎室的下方中央另設(shè)一垂直向上的噴嘴，與設(shè)置在粉碎室同一平面內(nèi)，與該平面形成一定的夾角，向下設(shè)置的噴嘴，形成對應(yīng)關(guān)系，全部噴嘴中心線共同交匯于一點，且合力為零。即全部噴嘴聚焦于同一點。此種噴嘴的設(shè)置，突破了傳統(tǒng)流化床式氣流粉碎機，粉碎區(qū)域近似于平面的弊端，北京微菱互信機械設(shè)備有限公司推出的新一代產(chǎn)品，將粉碎區(qū)域由近似的平面形，而發(fā)展為圓錐形，大大擴展了流化床式氣流粉碎機的粉碎區(qū)域，使得待粉碎的物料在粉碎室內(nèi)獲得了更多的碰撞、擠壓和相互摩擦的機會。此外，由于粉碎室底部圓錐形的下方設(shè)有向上的噴嘴，落入粉碎室圓錐體內(nèi)的物料，也能及時被噴嘴射出的高速氣流夾帶而被及時粉碎，消除了以往粉碎室下方錐體內(nèi)的盲區(qū)。因此，從下全上粉碎室、進料室全分級室在噴射氣流的作用下形成了完整的流態(tài)化狀態(tài)。不僅如此，北京微菱互信機械設(shè)備有限公司新一代流化床式氣流粉碎機，還在每一個噴嘴的前方，設(shè)置了混合管，即借助噴嘴射出的強大氣流，在噴嘴四周形成相對的低壓區(qū)，而將待粉碎的物料吸入混合管，在高速氣流的作用下，使物料增加了更多的碰撞機會。大量實踐證明，新一代流化床式氣流超微粉碎機，與傳統(tǒng)機型相比較，在能耗相同的情況下，可提高效率1?2倍，從而大大降低了生產(chǎn)成本，提高了勞動效率。北京微菱互信機械設(shè)備有限公司，在新一代流化床式氣流超微粉碎機，除徹底改變了噴嘴的設(shè)置，增加了噴嘴前方的混合管外，還采用了全新的密封裝置，它不同于傳統(tǒng)機型的動靜環(huán)密封裝置或迷宮式密封裝置，而是采用空氣全封閉式密封裝置，沒有運轉(zhuǎn)部件，因此不產(chǎn)生磨損等，使設(shè)備運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)更安全。五、提高流化床式氣流超微粉碎機生產(chǎn)效率的幾點建議：流化床式氣流超微粉碎機，在干式粉碎機中，以其結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)連續(xù)進料和出料，既不會使物料過細，也不會使物料過粗，只有合格尺寸的物料，才能被源源不斷地及時輸送出來，其粒度分布陡直。此外，由于該機型的粉碎原理，是通過特殊設(shè)計的噴嘴，產(chǎn)生超音速的高速氣流，待粉碎的物料，在超音速氣流的加速下，互相碰撞，擠壓和摩擦在噴嘴的交匯處瞬間被粉碎。由于物料不與器壁等內(nèi)設(shè)部件發(fā)生強烈撞擊，因此設(shè)備經(jīng)久耐用，更重要的是保證了物料粉碎后的高純度。另一個重要的特點是，由噴嘴噴射出的氣體，在粉碎室內(nèi)形成絕熱膨脹，物料在粉碎過程中，不會溫度升高。相反，物料是在低溫下瞬間被粉碎，這種粉碎方式，對熱敏性物料的粉碎，無須另加冷媒，也能保證其理化性質(zhì)不變。但是，正如本文曾提出的，流化床式氣流超微粉碎機，單位產(chǎn)量能耗偏高，盡管該機型具有許多優(yōu)點，但對于低附加值的產(chǎn)品，仍顯得負擔(dān)過重。盡管如此，人們對流化床式氣流粉碎機仍寄予很大的熱情與期望。有些學(xué)者認為：如果能把流化床式氣流超微粉碎機工作效率提高1?2倍，這將是非常有意義的一件事情，由于該機型工作效率提高，將開拓出更加廣闊的應(yīng)用前景。許多人還在不懈地為此作出相關(guān)的努力。在我們長期從事流化床式氣流超微粉碎機的研制、開發(fā)與使用的過程中，積累了一定的實踐經(jīng)驗。要想提高超微粉碎機的工作效率，首先應(yīng)從兩部分來考慮，即粉碎機本身及其操控條件?，F(xiàn)綜合簡述如下：嚴格控制進料量：進料速度要適當、均勻。另外，還要考慮采用何種進料方式，有的物料需采用螺旋上料器，有的物料則需采用振蕩下料，要視物料自身的特性來決定下料方式。最重要的是保證粉碎室內(nèi)能源源不斷地得到物料的供給，滿足粉碎室內(nèi)物料的一定濃度。實踐證明，無論物料濃度偏低，還是物料濃度過高對成品的產(chǎn)量都會造成不良的影響。物料濃度低，物料間接觸的機率小，物料濃度高，將影響氣流速度，兩者都不利效率提高，應(yīng)視氣壓、物料特性以及機體自身的特性，嚴格控制好物料的進料速度。提高氣流速度和粒子的沖擊概率。這要從兩個方面來約定。首先，噴嘴的設(shè)計要合理，噴嘴的布局也十分重要，只有滿足以上兩方面的要求，才能達到提高生產(chǎn)效率的目的。傳統(tǒng)方式的流化床式氣流超微粉碎機，噴嘴的設(shè)置是環(huán)粉碎室四周平行向?qū)ε帕校瑥膰娮靽娚涑龅臍饬骷性谝粋€近似平面的范圍內(nèi)，粉碎區(qū)域狹窄，不利于提高粒子的沖擊概率。另外，此種設(shè)計的弊端，還反應(yīng)在噴嘴下方的粗粉，很少有機會被重新粉碎，形成盲區(qū)。北京微菱互信機械設(shè)備有限公司研制開發(fā)的新型流化床式氣流超微粉碎機，打破了傳統(tǒng)設(shè)置噴嘴的模式，在粉碎室的同一平面內(nèi)，與此平面形成一定夾角，向下分別對稱設(shè)置數(shù)個噴嘴，另外，在粉碎室的底端，與之相反設(shè)置一垂直向上的噴嘴，與其余噴嘴的中心線，共同指向同一焦點。物料在全部噴嘴所噴射出的氣流的共同作用下，形成圓錐形聚集到焦點上，物料被瞬間粉碎。另外，在噴