对喷式流化床气流粉碎与分级性能研究

摘要

气流粉碎技术是近些年发展较快的一项超微粉碎技术，由于其具有粉碎强度大、粉碎颗粒粒度细、分布窄、产品污染小、可使用惰性气体等优点，在医药、化工原料和特种粉末制备方面得到了广泛的应用。
　　本文利用气体动力学理论对气流粉碎机中影响气流粉碎和分级性能的超音速喷嘴内的流动状态进行了计算，包括喷嘴的各种工作状态下的设计参数、出口动能、出口速度和对撞射流中颗粒的运动情况。
　　对对喷式流化床气流粉碎装置建立了三维模型，使用计算流体软件模拟计算了气流粉碎机内粉碎区、流化区和分级区的流场分布，分析了不同进口压力、背压和分级转速下的流场分布;并通过加入颗粒相模拟了颗粒在气流粉碎机内置的旋转叶轮作用下的分离情况。结果表明:低转速和小于0.4 MPa的低进气压力下会造成分级叶轮气流外溢，影响分级效率，但低进气压力条件有利用于颗粒的循环流动。分离直径受分级轮转速影响较大，且分级高度越高，其分离直径沿高度分布越不均匀。分级转速越低离开分级机的超过该条件下分离直径的颗粒的总数越多。
　　建立了一套对喷式流化床气流粉碎系统，其中包含粉碎、分级、收集和除尘单元。使用这套实验装置完成了常温下对脆性煤粉颗粒的低压亚音速超气流微粉碎实验，考察了粉碎过程中的分级机转速和引风机背压对颗粒的数量平均直径、均匀性水平和球形度的影响。结果表明:在小于1200 r/min的分级转速下，系统的背压对粉碎粒度、粒度分布和球形度有较大的影响，在高转速下其影响较小。分级转速对颗粒的数均粒径、均匀性和球形度有显著的影响。在一定的背压范围内，在满足粒度要求下要选择合适的分级转速以增加粉碎分离效率。
　　使用搭建的流化床气流粉碎系统对粗废旧橡胶颗粒进行了常温和低温冷冻气流粉碎实验，考察了进气压力、分级转速、冷冻温度对粉碎物料数均粒度、均匀性和球形度的影响，并分析了颗粒的微观形貌。结果表明:进气压力对颗粒数均直径的影响较小，数均粒径最大仅减小了28.9％。进气压力大于0.7 MPa时得到的颗粒大都为片层状结构。颗粒的数均粒径主要受分级转速的影响，低分级转速下的颗粒较粗且保持原料的团簇状形貌。随着转速的提高，颗粒断裂面变得规则和光滑，均匀性和球形度显著下降。低温下颗粒破碎断面较常温下更加平整和光滑，均匀性和球形度有所减小。