張建平1、張川2、張千2、李玲3、張偉3
(1.河北麥森鈦白粉有限公司總工程師 2. 河北麥森鈦白粉有限公司工程師 3.河北麥森鈦白粉有限公司助理工程師)
摘要：本文針對(duì)造紙用鈦白粉生產(chǎn)中常用的設(shè)備——氣流粉碎機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)造紙用鈦白粉的粒度要求，在氣流粉碎機(jī)上增加了一個(gè)分級(jí)的錐結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的分級(jí)效率和生產(chǎn)率。
Abstract：According to used in the paper for titanium dioxide production equipment ——Airflow crusher to improve，according to the requirements for particle size of titanium dioxide in Papermaking,
the cone structure of a graded increase in airflow pulverizer, improve the classification efficiency and productivity of the product。
關(guān)鍵詞：造紙用鈦白粉，氣流粉碎機(jī)，分級(jí)錐結(jié)構(gòu)。
Keywords：anium dioxide used in Papermaking，Airflow crusher，Grading cone structure
一、技術(shù)背景
現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展需要許多呈粉體狀態(tài)的原料和制品。例如:在軍事、航空、航天和電子領(lǐng)域,利用超細(xì)粉體可制造隱身材料;在化工領(lǐng)域，催化劑超細(xì)化后可使石油裂解速度提高1～5倍;藥物經(jīng)超細(xì)粉碎后，藥品的表面能得到極大的增加，提高了藥效的發(fā)揮，方便了人體的吸收等等。河北麥森鈦白粉有限公司生產(chǎn)的造紙用鈦白粉，需要對(duì)半成品進(jìn)行超細(xì)粉碎，使其粒度達(dá)到要求。
這其中要用到的就是超細(xì)粉碎設(shè)備，超細(xì)粉碎設(shè)備按不同的粉碎方式可分為:機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)、振動(dòng)磨、氣流粉碎機(jī)(又稱氣流磨)、攪拌磨等。氣流粉碎機(jī)與其它粉碎機(jī)不同，它是在高速氣流作用下，物料通過本身顆粒之間的撞擊，氣流對(duì)物料沖擊剪切作用以及物料與其它部件的沖擊、摩擦、剪切而使物料粉碎。因此，經(jīng)氣流粉碎后的物料平均粒度細(xì)，粒度分布較窄，顆粒表面光滑，顆粒形狀規(guī)整，純度高，活性大，分散性好。但氣流粉碎也存在一些不足之處：設(shè)備能耗大，加工成本也較大，最重要的是加工后的產(chǎn)品需要進(jìn)行分級(jí)處理，達(dá)不到粒度要求的需要二次粉碎，增加了工作量。如果在氣流粉碎機(jī)上直接增加一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來對(duì)物料進(jìn)行分級(jí)處理后二次粉碎則不需要停機(jī)，直接分級(jí)后再處理就可以了。
二、技術(shù)原理
經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎后的物料，在引風(fēng)作用下進(jìn)入分級(jí)結(jié)構(gòu)，電機(jī)帶動(dòng)分級(jí)軸及其上的分級(jí)轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，物料顆粒受到的離心力和向心力迅速增加，通過顆粒受離心力和向心力的平衡作用實(shí)現(xiàn)了顆粒的分級(jí)。如圖所示
如圖1所示，設(shè)分級(jí)轉(zhuǎn)子截面為S，P點(diǎn)顆粒粒徑為d，其密度為ρs 該顆粒所受的離心力：
F=π/6d3(ρs -ρ)Uθ2/r (1)
顆粒所受向心力：
R=kρd2Ur2 (2)
通過式1和式2 可得到F與d3成正比，R與d2成正比。因此，當(dāng)進(jìn)入到分級(jí)結(jié)構(gòu)中的物料顆粒粒徑較大時(shí)，F(xiàn)>R，顆粒向圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)進(jìn)入到分級(jí)結(jié)構(gòu)中的物料小時(shí)，F(xiàn)
當(dāng)F=R時(shí)，顆粒將圍繞半徑為r的分級(jí)圓軌道中不停的旋轉(zhuǎn)，在此條件下得到的顆粒直徑即為分級(jí)粒徑dth。根據(jù)斯托克斯公式及牛頓公式可得
dth =
(3)
式中ρs、ρ——粉體、氣體的密度g/mL
μ——氣體動(dòng)力黏度，Pa·s 空氣的動(dòng)力黏度為 0.18 10-4Pa·s
r——分級(jí)轉(zhuǎn)子的半徑，cm
dth——理論臨界粒徑μm
n——分級(jí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min ，根據(jù)已知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為nd=1 350 r/min
S——轉(zhuǎn)子某截面的面積cm2
Q——流經(jīng)截面的風(fēng)量cm3/s
從(3)式 中可知分級(jí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高，分級(jí)后得到的顆粒粒徑越小。
三、設(shè)備構(gòu)成
加入的分級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖
工作過程如下：被分級(jí)的粉料在氣流的攜帶下，通過進(jìn)料管8從下向上進(jìn)入分級(jí)腔，在上升過程中，粉料受到二次風(fēng)的“風(fēng)篩”作用，使粗粉中夾雜的細(xì)粉被分離，使細(xì)粉繼續(xù)隨氣流上升，在分配錐處，由于分配錐高速旋轉(zhuǎn)，上升的粉料被分散并均勻分配向四周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)粉料到達(dá)葉輪分級(jí)區(qū)時(shí)，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生——強(qiáng)大的離心力場，此時(shí)粉料既受到向上氣流和分級(jí)機(jī)后部抽風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的向心力作用，同時(shí)又受到葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用。此時(shí)，粗顆粒因受到的離心力大于向心力的作用，則就會(huì)被甩向筒壁且沿捅壁向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)粗粒出口排出。而細(xì)粒則因受到的向心力大于離心力，則從葉輪縫隙中隨氣流經(jīng)細(xì)粒出口排出，并經(jīng)后工序的收集器收集。
經(jīng)過改造后的氣流粉碎機(jī)如下圖
四、效果應(yīng)用
采用該機(jī)可獲得粒徑為0.1μm-0.3μm的超細(xì)產(chǎn)品，符合我公司生產(chǎn)造紙用鈦白粉的產(chǎn)品粒度要求，因此增加帶有分級(jí)錐結(jié)構(gòu)的氣流粉碎機(jī)后，有利于提高物料粉碎的效果和生產(chǎn)效率。
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