影響氣流粉碎機粉碎效果的因素

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氣流粉碎機工作原理： 氣流粉碎機的物料粉碎是壓縮氣體（空氣或惰性氣體）通過加料噴射器的高速射流所產生的的負壓，使粉體原料吸入粉碎腔，通過與粉碎腔半徑方向成一定角度并分布在同一平面上的噴嘴，被超高速射流噴入粉碎腔，物料顆粒在粉碎腔內相互激烈的碰撞、摩擦與粉碎腔內壁的碰撞而粉碎，獲得微米級（1-100μm）和亞微米級（100nm-1μm）的超微粉。高速射流在粉碎腔內形成強烈的旋流，由此產生的強大離心力使粉體粒子沿腔壁高速運動。當粉體粒子被粉碎到分級徑以下時，受向心氣流作用而由中心出口進入捕集系統。

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影響粉碎效果的因素主要可以分為兩類:

• 粉碎腔設計的幾何參數：如粉碎腔的直徑、形狀、噴嘴角度和噴嘴數量。
• 操作條件：如固體進料速率、喂料量、粉碎壓力、進料壓力，當然還有待粉碎的物料。

粉碎腔幾何設計

粉碎腔的直徑大小直接決定了粉碎腔的容量。

固體進料速度和氣體體積流量這兩個參數的關系是通過放大生產的摸索得到的相關比例數據。事實上，對于氣流粉碎機的粉碎腔的放大，需要考慮三個參數:氣體體積流速V、固體進料速率Q和研磨室的直徑D。有如下的比例關系[^1]：

噴嘴形狀

噴嘴最常見的是突變型（圖1），在喉部提供聲速。出口壓力約為初始氣體壓力的50%，氣體膨脹發生在噴嘴喉部之外，從而循環氣體并促進顆粒碰撞。另一種是拉瓦爾形噴嘴（圖2）。在這種情況下，氣體在擴張部分膨脹，變成亞音速度，增加射流的作用以及循環氣流的速度，進而提高生產能力和粉碎細度。

噴嘴數量

噴嘴數量是氣流粉碎機設計的一個重要特征。對諾澤流體科技（上海）有限公司的三個型號（J4、J6、J8)的氣流粉碎機，考察過4個、6個、8個的噴嘴粉碎情況：在保持噴嘴總截面積不變，在粉碎壓力和進料速率保持不變的前提下，噴嘴數量越多，粉碎的效果越好。

噴嘴角度

由于噴嘴的存在，粉碎腔內可以分為粉碎區域和分級區域兩部分，而噴嘴的角度顯然決定了這兩個區域的大小，從而影響產品的粉碎效果。此外，由于噴嘴角度影響氣體在粉碎腔中射流的方向，部分學者認為在相交處流動的氣體的相對速度決定了傳遞給顆粒的動能，從而決定了碰撞的強度。Smit[^2]和Skelton等人[^3]表明，粉碎效果最好時是在較高的進料速率下，在此考慮切線的角度，Smit的最佳角度等于58°，而Skelton的最佳值在52°和60°之間。

進料速率

進料速率與粉碎腔內的氣體-固體兩相分布密切相關。當進料速率較低時，顆粒在粉碎腔內處于不飽和狀態，顆粒所獲得的初始動能較大，粉碎后的粒徑偏細。而當進料速度較快時，粉碎腔內的顆粒之間的碰撞概率加大，碰撞的粒度不如顆粒與器壁直接碰撞，粒徑會有上升的趨勢。因此，在穩定生產條件下，進料速度的選擇直接影響粒徑分布的結果。

喂料量

諾澤流體科技（上海）有限公司的氣流粉碎機采用的是水平式的雙螺桿進料器，通過馬達轉動帶動螺桿的運動，從而推送物料進入粉碎腔內。在恒定的轉速條件、粉碎壓力條件下，通過對不同重量物料進行粉碎處理，可以看到粒徑分布的規律：隨著喂料量的增大，粒徑分布有增長的趨勢。

粉碎壓力

粉碎壓力大小是影響噴射氣流速度的重要因素，壓力越大，噴射氣流速度越高。被加速的顆粒在粉碎腔內碰撞速度越高，因此粉碎程度越徹底，產品粒度分布越窄。

進料壓力

進料壓力通常要高于粉碎壓力0.5bar到1.0bar之間，是為了避免文丘里管處的物料回流到喂料器中[^3]。當進料壓力過高時，來自文丘里管的氣流會擾亂粉碎腔內的螺旋氣流，這時會導致粉碎腔出口處的產品粒徑較大。

待粉碎的物料

通常情況下，進行氣流粉碎前，待粉碎的物料本身不能有明顯的硬結塊，是由于氣流粉碎機的物料入口的直徑決定的，否則會發生物料返噴現象，造成收率降低且生產效率不佳。其次，水溶性的結晶性物料，在較低的粉碎壓力條件下就可以粉碎到10微米左右。最后，物料本身是否容易引起靜電吸附，導致粉碎腔內物料堆積或者收集管路堵塞，導致無法正常進行粉碎操作。