气流粉碎工艺参数的研究

气流粉碎工艺参数的研究

气流粉碎机的参数研究包括几何参数和工艺参数。几何参数包括喷嘴直径、喷嘴与喷嘴（或靶）间的轴向距离、粉碎室直径等，工艺参数主要包括：原料初始粒度、分级轮频率、工质压力（气流速度）、引射压力（进料速度）等。

1.2.2.1气流速度效应分析

气流速度即为空压机所输送的气体通过喷嘴进入粉碎室时的速度。设在高速气流中运动的颗粒，其质量为m，高速气流赋予它的运动速度为w，则该颗粒所具有的动能为：E=0.5mw²。动能E只有一部分用于物料颗粒的粉碎上，这部分的动能记为△E。当物料颗粒对着冲击板或对着正在运动的其它颗粒发生冲击碰撞时，这部分能量用下式表示：

  （7-1）

式中，w_i——发生冲击碰撞时颗粒所具有的速度；

ε——冲击碰撞后颗粒速度的恢复系数，ε<1。

假设脆硬性的物料颗粒是绝对弹性体，则颗粒冲击破坏所需的功，可以表示为：

（7-2）

式中，σ——物料的强度极限；

E ——物料的弹性模量；

ρ——物料的密度；

m ——颗粒的质量。

显然，为了使物料颗粒发生粉碎，必要的条是：

便可以求出使颗粒发生粉碎所必需的冲击速度w_i：

 （7-3）

由此可知，为了达到超微粉碎的目的，气流粉碎的气流必须具有很高的速度，才能产生很大的能量[7言仿雷.超微气流粉碎技术[J].材料科学与工程，2000，18（4）：145-149]。因此提高喷嘴的气流速度，对提高物料粉碎效果、粉碎效率是有利的[杨云川，李国康. 超细粉体气流粉碎技术探析[J]. 化工矿物与加工，2002(6):23-25] [王工，汪英. 气流粉碎装置粉碎效能分析[J].沈阳工业大学学报，2005，27（2）：238-240]。但是，如果过高地追求高速度，则要增加能耗。同时，根据陆厚根、李凤生[陆厚根. 粉体技术导论[M]. 上海：同济大学出版社，1998；李凤生. 特种超细粉体制备技术及应用[M]. 北京：国防工业出版社，2002]的研究，当气流速度高到某一值时，粉碎效率不但不再上升反而呈下降趋势。因此，单纯提高气流速度对能源消耗、粉碎效率等也是不利的。

陈海焱、Arnaud Picot等的研究表明：工质压力提高使颗粒获得的动能增加，碰撞能量增加，产品粒度更细。但是工质压力增加到某一值时，粒度减少的趋势变缓。这是因为喷嘴气流速度与工质压力并非线性关系，当工质压力超过一定值时，打破了喷嘴前后的压力比，在粉碎室产生激波，气相穿过激波时速度下降而固相速度几乎不变，气固相的速度差导致固相撞击速度下降而影响了粉碎效果[陈海焱，王成端.超音速流化床气流磨系统参数的研究[J]. 化工矿物与矿工，2001(4)：4-7；Arnaud Picot，Christophe Lacroix. Effect of Micronization on Viability and Thermotolerance of  Probiotic Freeze-dried Cultures[J]. International Dairy Journal，2003，13(6)：455-462]。因此，工质压力应有一个最优值。

Rudinger认为，气流粉碎过程中，颗粒浓度越高，加速过程中能量损失会更少。要使颗粒有效地粉碎，碰撞时的速度必须足够高，即使在高颗粒浓度下，也可以通过提高喷嘴的压力而使颗粒加速，但是，压力不能无限地增大，因为随着压力的增加，压缩机的能耗将以非线性的方式快速地增加[18Rudinger G.. Fundamentals of gas-particle flow[J].Handbook of Powder Technology,1980:1-75]。