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)氧樹脂、酚醛樹篩分機(jī)脂等高分子材料，以及化妝品原料、有機(jī)和無機(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，粉末的流動性好。并減少了粉碎時產(chǎn)生的異味、高溫破壞和發(fā)生爆炸的危險。（2）粉碎易發(fā)熱、變質(zhì)及柔軟的動植物，并可保持其營養(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，提高人體對多種藥物成分或營養(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達(dá)數(shù)十年難以腐爛；橡膠具有高彈性和高儲能性，常溫下難以粉碎；并且破碎時產(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)國家己實現(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

　　國外低溫粉碎在50年代便已發(fā)展成熟，特別是在美、日等發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)有多家工廠利用液氮冷卻粉碎廢輪胎等來回收橡膠。在國內(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)國家開始采用液氮生產(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。但在國內(nèi)應(yīng)用液氮冷源存在一個大問題，就是成本高。不是很純的液氮市場售價也為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3～3. 6元。這對附加值較低的產(chǎn)品很難接受。

　　同時，當(dāng)液氮用于粉碎醫(yī)藥及生物制品超細(xì)化時，由于液氮含有其它成份，因此對產(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80目，還存在粉碎過程中局部的過熱，影響被粉碎物料（尤其是醫(yī)藥食品）質(zhì)量問題。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.而實際市場所需要的粒度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以上所能達(dá)到的細(xì)度。同時錘式粉碎機(jī)、銷棒粉碎機(jī)會產(chǎn)生大量粉碎熱和極高的局部沖擊、磨擦發(fā)熱，需要通過極低的溫度來消除。

　　因此開發(fā)一種可以迅速消除物料粉碎過程的發(fā)熱，避免冷卻粉碎過程對物料雙輥式破碎機(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，單級壓縮受壓縮比（一振篩般不超過8～10）的限制，多級壓縮又受到蒸發(fā)壓力過低（系統(tǒng)密封性能減弱）和制冷劑凝固點的限制；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實現(xiàn)，現(xiàn)在唯一的選擇就是液氮。目前，國外的傳統(tǒng)觀點是“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，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)備的運轉(zhuǎn)維護(hù)有關(guān)的元器件，而且還提高了整個制冷系統(tǒng)的性能。同時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。

　　低溫冷凍圓形振動篩目的： （1）可抵消粉碎時產(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)過實驗研究答案是否定的。那么冷凍到什么溫度最為合適昵實驗證明，將其冷凍到彈性明顯減弱、粉碎時局部發(fā)熱造成溫升不影響粉碎效果與完全硬化這兩個溫度間的某一溫度便可。這一方法實現(xiàn)的關(guān)鍵必須極大地消除粉碎時的局部沖擊、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力，而且省去了機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，解決了多項零部件在高速沖擊和低溫下機(jī)械性能和工作可靠性問題。而且利用氣流通過噴嘴的致冷效應(yīng)以及物料相互碰撞實現(xiàn)瞬時粉碎，易于解決粉碎過程中的局部發(fā)熱問題，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)計的幾個相向放置的噴管，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現(xiàn)粉碎。經(jīng)粉碎的物料隨氣流進(jìn)入渦輪分級腔，按粒徑大小分級，合格粒徑的物料被分選出來，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超音速噴嘴后，形成超音速氣流帶動物料加速，在交叉區(qū)相互碰撞實現(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)計工況下，壓縮氣體通過超音速噴嘴后應(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)定流動且忽略空氣入口速度不計，壓縮空氣通過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)的氣體絕對壓力， M pa； p b―噴腔內(nèi)的背壓， M pa； K―空氣的熱比，對雙子分子，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

　　渦輪分級主要依據(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)顆粒在分級流場中運動時，其受到的徑向粘滯阻力符合斯托克斯曳力定律，假定（1）顆粒圓周運動方向無滑移， （2）在分級室徑向運動上顆粒只受離心力與粘滯阻力的作用， （3）分級機(jī)內(nèi)顆粒流動符合單顆粒動力學(xué)模型，那么當(dāng)分級機(jī)結(jié)構(gòu)一定時，分級的切割粒徑：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―分級輪的轉(zhuǎn)速； Q―氣體流量； Ps―顆粒物料的密度。

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

　　5試驗研究

　　本研究中由于無空氣渦輪制冷機(jī)，設(shè)計了如圖所示實驗系統(tǒng)。螺桿空壓機(jī)1排出的高壓空氣（0. 8Mpa）經(jīng)儲氣罐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 ，帶動物料相互碰撞實現(xiàn)瞬時粉碎。經(jīng)粉碎的物料隨氣流進(jìn)入渦輪分級腔6 ，按粒徑大小分級，合格粒徑的物料被分選出來，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。

　　通過該系統(tǒng)粉碎聚四氟乙烯，聚歌肢，環(huán)氧樹脂，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。實驗證明該系統(tǒng)：

　?。?）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，并且保證避免對制品的污染問題。

　　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。

　　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)。利用氣流通過噴嘴的致冷效應(yīng)，易于解決粉碎過程中的局部發(fā)熱問題。物料相互碰撞實現(xiàn)瞬時粉碎，可極大地消除粉碎熱量，控制粉碎溫升。

　　6. 4理論分析與實驗驗證，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。通過對比研究優(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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