1低錘式碎石機(jī)溫粉碎的作用

　　材料的超細(xì)粉碎技術(shù)是高科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，現(xiàn)代工業(yè)要求許多物料成粉末狀作為工業(yè)物料，它們具有極細(xì)的粒徑，嚴(yán)格的粒度分布，極低的雜質(zhì)含量，超細(xì)粉體廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。但有許多物料在常溫下是難以粉碎的或難以保證品質(zhì)的粉碎，必須利用物料在低溫下沖擊韌性和延伸率降低，即變得硬和脆進(jìn)行粉碎。低溫粉碎適用于： （1）粉碎在常溫下不能或極難粉碎的熱塑性、熱敏性、粘性物質(zhì)，如塑料、聚酰胺（尼龍）、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)篩分機(jī)脂等高分子材料，以及化妝品原料、有機(jī)和無(wú)機(jī)染料、鐵合金、粉末冶金原料等。低溫粉碎產(chǎn)品粒度分布窄，立方體顆粒多，粉末的流動(dòng)性好。并減少了粉碎時(shí)產(chǎn)生的異味、高溫破壞和發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。（2）粉碎易發(fā)熱、變質(zhì)及柔軟的動(dòng)植物，并可保持其營(yíng)養(yǎng)成份及色、香、味。

　　利用醫(yī)藥、食品在低溫狀態(tài)下的冷脆特性予以粉碎，可以粉碎成極細(xì)小的微粒，對(duì)醫(yī)藥、食物能最大程度地保存原有物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和藥物成份或營(yíng)養(yǎng)成分。保全醫(yī)藥、食品的活性物質(zhì)，使細(xì)碎鄂式破碎機(jī)其易被人體吸收，提高人體對(duì)多種藥物成分或營(yíng)養(yǎng)成分及微量元素的吸收率。（3）粉碎廢物。如廢舊橡膠的處理。橡膠是高聚物，即使采用深埋它亦能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年難以腐爛；橡膠具有高彈性和高儲(chǔ)能性，常溫下難以粉碎；并且破碎時(shí)產(chǎn)生大量熱量，使橡膠老化，品質(zhì)變差。而利用橡膠在低溫下脆化的物性，將回收后的廢舊輪胎置于低溫下粉碎，可獲得極細(xì)顆粒的冷凍膠粉以便回收再利用。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家己實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

　　2鏈?zhǔn)浇o煤機(jī)低溫粉碎的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)

　　國(guó)外低溫粉碎在50年代便已發(fā)展成熟，特別是在美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)有多家工廠利用液氮冷卻粉碎廢輪胎等來(lái)回收橡膠。在國(guó)內(nèi)，低溫粉碎在中草藥和龜鱉的加工方面已有應(yīng)用，例如福壽仙保健品就是利用了低溫粉碎來(lái)加工龜鱉制成龜鱉丸。另外，一些藥品如名貴中草藥等也必須采用低溫粉碎。低溫粉碎能夠粉碎常溫下難以粉碎的物料，可FYBS方型精密篩分機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

　　目前的低溫粉碎方法有： （1）先使原材料在低溫下冷卻，達(dá)到低溫脆化狀態(tài)，再投入常溫態(tài)的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。（2）原材料為常溫，粉碎機(jī)內(nèi)螺旋送料機(jī)部溫度為低溫進(jìn)行粉碎。（3）將原材料冷凍至液氮溫度（ - 196℃） ，同時(shí)將粉碎機(jī)內(nèi)部溫度也保持在合適的低溫狀態(tài)而進(jìn)行粉碎。此工藝的核心是粉碎，關(guān)鍵工序是冷凍，因物料只有在足夠低的溫度下，經(jīng)充分換熱大幅度降低彈性后，才能進(jìn)行有效地細(xì)碎。

　　低溫粉碎的冷卻多采用液氮噴淋冷凍法低溫粉碎。如本世紀(jì)70年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始采用液氮生產(chǎn)膠粉，即利用液氮在常壓下汽化溫XGZ系列鑄石刮板輸送機(jī)度低達(dá)- 196℃的特點(diǎn)冷凍膠粒，使其達(dá)脆化溫度，再輸入撞擊式粉碎機(jī)中細(xì)碎。日本很早就采用液氮凍結(jié)藥品、抗生素、中藥材、海藻、甲殼素、蔬菜、調(diào)味品等，隨后投入粉碎機(jī)粉碎，并用液氮冷源保持固定的溫度，微細(xì)粒度可高達(dá)100μm以下。但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用液氮冷源存在一個(gè)大問(wèn)題，就是成本高。不是很純的液氮市場(chǎng)售價(jià)也為3元/ Kg ，將l Kg低密度聚乙烯粉粉碎到D50 = 200μm左右約需消耗1～1. 2 Kg液氮，粉碎1 Kg聚乙烯粉僅液氮消耗需花費(fèi)3～3. 6元。這對(duì)附加值較低的產(chǎn)品很難接受。

　　同時(shí)，當(dāng)液氮用于粉碎醫(yī)藥及生物制品超細(xì)化時(shí)，由于液氮含有其它成份，因此對(duì)產(chǎn)品有一些污染；若要提高液氮的純度則成本非常破碎篩分高，使應(yīng)用受到更大程度的限制。

　　低溫粉碎設(shè)備大多采用錘式粉碎機(jī)、銷棒粉碎機(jī)，粉碎粒度受到限振動(dòng)熱料輸送機(jī)制。機(jī)械錘式粉碎機(jī)的產(chǎn)品粒度一般不超過(guò)80目，還存在粉碎過(guò)程中局部的過(guò)熱，影響被粉碎物料（尤其是醫(yī)藥食品）質(zhì)量問(wèn)題。如采用機(jī)械錘式粉碎機(jī)加工聚乙烯酸胺，其達(dá)到的細(xì)度在60μm以上，60μm的含量極低。粉碎環(huán)氧樹(shù)脂達(dá)到的細(xì)度在30μm以上，粉碎橡膠達(dá)到的細(xì)度在150μm.而實(shí)際市場(chǎng)所需要的粒度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以上所能達(dá)到的細(xì)度。同時(shí)錘式粉碎機(jī)、銷棒粉碎機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量粉碎熱和極高的局部沖擊、磨擦發(fā)熱，需要通過(guò)極低的溫度來(lái)消除。

　　因此開(kāi)發(fā)一種可以迅速消除物料粉碎過(guò)程的發(fā)熱，避免冷卻粉碎過(guò)程對(duì)物料雙輥式破碎機(jī)的污染，能夠?qū)⒘６瓤刂圃?4μm以細(xì)的新型低溫粉碎機(jī)是工業(yè)發(fā)展的必然要求。

制砂破碎機(jī)　　3低溫粉碎的冷卻

　　低溫粉碎需要較低的溫度條件，用蒸汽壓縮制冷方式，單級(jí)壓縮受壓縮比（一振篩般不超過(guò)8～10）的限制，多級(jí)壓縮又受到蒸發(fā)壓力過(guò)低（系統(tǒng)密封性能減弱）和制冷劑凝固點(diǎn)的限制；而采用多制冷劑復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)，系統(tǒng)又非常復(fù)雜，維護(hù)、維修困難，且使用的制冷劑較昂貴。因此，較低溫度和較快的凍結(jié)速度的獲得需要用低溫制冷劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在唯一的選擇就是液氮。目前，國(guó)外的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是“柔彈性材料只有深冷到脆化程度才能有效地細(xì)碎”，因而采用液氮噴淋冷凍法低溫粉碎。近些年來(lái)，有的研究單位采用空氣渦輪制冷替代液氮冷凍物料，這是一種很好的想法，但結(jié)果并不理想。低溫粉碎采用空氣制冷循環(huán)方式，冷空氣可直接進(jìn)入需要冷卻的環(huán)境，直接去冷卻粉碎物料，不但省去了換熱器或風(fēng)機(jī)設(shè)備以及與這些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)有關(guān)的元器件，而且還提高了整個(gè)制冷系統(tǒng)的性能。同時(shí)空氣渦輪制冷溫度范圍寬，空氣制冷循環(huán)可以滿足空調(diào)溫度到- 100℃以下的溫度要求，而且溫度越低，與其它制冷方式相比COP值越高。但低溫粉碎的冷凍溫度如果要控制在物料的脆化溫度以下，如聚乙烯在- 100℃以下，輪胎橡膠- 70℃；由于空氣渦輪的制冷溫度遠(yuǎn)不及液氮低，如果要將物料控制在脆化溫度以下，必須大幅度增大冷氣量，增設(shè)輔助制冷設(shè)備以加大制冷深度。這總的成本雖比液氮低了，仍難工業(yè)化應(yīng)用。

　　而且橡膠塑料類的物質(zhì)被冷卻到極低溫之下，并不會(huì)象玻璃一樣脆化而易于粉錘式破碎機(jī)碎。脆化的粉碎與常溫狀態(tài)下的粉碎相比，雖然粉碎品質(zhì)和形狀有明顯差異，但未必易于粉碎；其效果將取決于低溫引起脆化程度與強(qiáng)度增大之比值。

　　低溫冷凍圓形振動(dòng)篩目的： （1）可抵消粉碎時(shí)產(chǎn)生的局部熱與溫升，保持低溫狀態(tài)； （2）可降低物料的沖擊韌性和扯斷伸長(zhǎng)率，使其易于被粉碎； （3）大幅度減少粉碎熱，提高粉碎產(chǎn)量。物料是否一定要冷凍到脆化溫度才能得到有效粉碎經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究答案是否定的。那么冷凍到什么溫度最為合適昵實(shí)驗(yàn)證明，將其冷凍到彈性明顯減弱、粉碎時(shí)局部發(fā)熱造成溫升不影響粉碎效果與完全硬化這兩個(gè)溫度間的某一溫度便可。這一方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵必須極大地消除粉碎時(shí)的局部沖擊、磨擦發(fā)熱。

　　4低溫粉螺旋傳輸機(jī)碎機(jī)

　　利用空氣渦輪制冷機(jī)代替液氮，與流態(tài)化氣流粉碎機(jī)組合成新型的低溫超細(xì)粉碎系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以有機(jī)地將空氣渦輪制冷機(jī)中具有一定背壓的冷氣用為動(dòng)力，而且省去了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，解決了多項(xiàng)零部件在高速?zèng)_擊和低溫下機(jī)械性能和工作可靠性問(wèn)題。而且利用氣流通過(guò)噴嘴的致冷效應(yīng)以及物料相互碰撞實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)粉碎，易于解決粉碎過(guò)程中的局部發(fā)熱問(wèn)題，并極大地消除粉碎熱量，控制粉碎溫升。

　　流化床氣流粉碎機(jī)的原理：凈化干燥的壓縮空氣導(dǎo)入特殊設(shè)計(jì)的幾個(gè)相向放置的噴管，形成超音速氣流進(jìn)入粉碎室。物料由料斗送至粉碎室，在噴射氣流中加速相互碰撞實(shí)現(xiàn)粉碎。經(jīng)粉碎的物料隨氣流進(jìn)入渦輪分級(jí)腔，按粒徑大小分級(jí)，合格粒徑的物料被分選出來(lái)，不合格的粗物料，再返回粉碎室、繼續(xù)粉碎。

　　流化床氣流磨粉碎是由壓縮空氣通過(guò)超音速噴嘴后，形成超音速氣流帶動(dòng)物料加速，在交叉區(qū)相互碰撞實(shí)現(xiàn)粉碎。因此超音速噴嘴出口速度是至關(guān)重要的參數(shù)之一。在設(shè)計(jì)工況下，壓縮氣體通過(guò)超音速噴嘴后應(yīng)能充分膨脹到與噴腔背壓相同的工況。按理想流體絕熱穩(wěn)定流動(dòng)且忽略空氣入口速度不計(jì)，壓縮空氣通過(guò)超音速噴嘴后的出口的速度。

　　C = 2 K K - 1 R T 1（1 - P b P 1）K- 1 K其中： P―噴嘴入口側(cè)的氣體絕對(duì)壓力， M pa； p b―噴腔內(nèi)的背壓， M pa； K―空氣的熱比，對(duì)雙子分子，取K =1.4； T1―噴嘴入口側(cè)氣流的溫度， K； R―氣體常數(shù)， J/ Kg K.

　　4.1渦輪分級(jí)

　　渦輪分級(jí)主要依據(jù)不同粒徑大小的顆粒，在旋轉(zhuǎn)流中受到的離心力不同的原理進(jìn)行的。

　　根據(jù)以往的研究結(jié)果，微細(xì)顆粒在分級(jí)流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受到的徑向粘滯阻力符合斯托克斯曳力定律，假定（1）顆粒圓周運(yùn)動(dòng)方向無(wú)滑移， （2）在分級(jí)室徑向運(yùn)動(dòng)上顆粒只受離心力與粘滯阻力的作用， （3）分級(jí)機(jī)內(nèi)顆粒流動(dòng)符合單顆粒動(dòng)力學(xué)模型，那么當(dāng)分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí)，分級(jí)的切割粒徑：d c = k n Qρs在其中： K―與空氣粘度，轉(zhuǎn)子，葉片形狀等有關(guān)的常數(shù)； n―分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速； Q―氣體流量； Ps―顆粒物料的密度。

　　渦輪分級(jí)與其它類型的分級(jí)設(shè)備相比不會(huì)大量生熱，粉碎后的合格物料與冷氣流形成氣溶膠通過(guò)分級(jí)葉片避免了溫升，是低溫高粘彈性、熱塑性、熱敏性、粘性物料分級(jí)的理想的設(shè)備。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、單位功耗的處理量大。

　　5試驗(yàn)研究

　　本研究中由于無(wú)空氣渦輪制冷機(jī)，設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。螺桿空壓機(jī)1排出的高壓空氣（0. 8Mpa）經(jīng)儲(chǔ)氣罐2、低溫冷凍干燥3后，節(jié)流進(jìn)入冷凍室4冷卻物料。冷卻合格的物料經(jīng)加料口進(jìn)入流化床粉碎腔5.冷凍室的背壓空氣（0. 2Mpa左右）導(dǎo)入粉碎噴管形成高速氣流進(jìn)入粉碎腔5 ，帶動(dòng)物料相互碰撞實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)粉碎。經(jīng)粉碎的物料隨氣流進(jìn)入渦輪分級(jí)腔6 ，按粒徑大小分級(jí)，合格粒徑的物料被分選出來(lái)，在高效脈沖袋式收集器7中收集；不合格的粗物料，再返回粉碎室、繼續(xù)粉碎。冷凍室采用流化床結(jié)構(gòu)，均勻度好、物氣接觸充分、氣流平穩(wěn)易控制，獲得了良好了的良好冷熱交換。

　　通過(guò)該系統(tǒng)粉碎聚四氟乙烯，聚歌肢，環(huán)氧樹(shù)脂，橡膠，聚乙烯粉，分別得到D97 = 10μm、D97 = 74μm、D97 = 25μm、D97 = 85μm的細(xì)碎產(chǎn)品。也可粉碎花粉、可可、葡萄糖、熟地黃、枸杞子等。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)：

　　（1）可以避免常規(guī)的液氮致冷，亦匆需將物料冷卻到脆化程度，只需冷卻至硬化狀態(tài)，就能有效地將物料進(jìn)行細(xì)碎。（2）以將卻到硬化狀態(tài)的物料超細(xì)加工至100μm～5μm之間。（3）較之液氮深冷大大降低了能耗，并且保證避免對(duì)制品的污染問(wèn)題。

　　6結(jié)論

　　6. 1低溫粉碎，可粉碎常溫下難以粉碎的物料、熱敏性及受熱易變質(zhì)，易分解物質(zhì)。具有廣闊的應(yīng)用前景，巨大的潛在市場(chǎng)。

　　6. 2采用空氣渦輪制冷可以避免常規(guī)的液氮致冷，亦匆需將物料冷卻到脆化程度，只需冷卻至硬化狀態(tài)，就能有效地將物料進(jìn)行細(xì)碎。

　　6. 3利用空氣渦輪制冷與流態(tài)化氣流粉碎機(jī)組合成新型的低溫超細(xì)粉碎系統(tǒng)。利用氣流通過(guò)噴嘴的致冷效應(yīng)，易于解決粉碎過(guò)程中的局部發(fā)熱問(wèn)題。物料相互碰撞實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)粉碎，可極大地消除粉碎熱量，控制粉碎溫升。

　　6. 4理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該新低溫粉碎系統(tǒng)熱交換效率高、溫度要求低、粉碎效率高。可以較經(jīng)濟(jì)地將冷卻到硬化狀態(tài)以下某一溫度的物料超細(xì)加工至100μm～5μm之間。

　　6. 5由于冷凍成本是影響低溫研磨系統(tǒng)的主要成本，所以研磨溫度的最佳選取至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)比研究?jī)?yōu)化選擇適宜的低溫粉碎溫度，即保證冷脆性又能降低成本的最佳冷凍溫度。

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