流化床气流粉碎机及喷嘴设计

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（7）拉瓦尔喷管
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（8）拉瓦尔喷管设计
d*
d*
（a）亚音速射流喷嘴
（b）音速射流喷嘴 （c）超音速射流喷嘴
常用射流的喷嘴形式
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d
*
（8）拉瓦尔喷管设计
超音速喷嘴一般有四部分构成：稳定段、亚音速 渐缩段、喉部临界截面和超音速扩散段，如图所示。 这四部分应当用光滑圆弧相连接，构成一个光滑的内 腔型面。
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（3）气流粉碎机的特点
3）气流粉碎纯粹是物理行为，既没有其它物质掺入其中，也没 有高温下的化学反应，因而保持物料的原有天然性质。颗粒表 面光滑，颗粒形状规整，纯度高，活性大，分散性好。 4）因为气流粉碎技术是根据物料的自磨原理而实现对物料的粉
碎，粉碎的动力是空气。粉碎腔体对产品污染极少，粉碎是在
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2.流化床对撞式气流粉碎机
• 缺点：
– 颗粒不断高速冲击分级叶片，在生产超硬粉粒时 ，分级叶片的磨损仍很严重。
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2.流化床对撞式气流粉碎机
• （5）应用：
– 高硬物料、高纯物料、难粉碎层状非金属矿、热 敏性和密集气孔性物料等。
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2.流化床对撞式气流粉碎机
流带动物料作高速运动，使物料碰撞、摩擦剪切而粉碎。 被粉碎的物料随气流至分级区进行分级，达到粒度要求的物料由收

集器收集下来，未达到粒度要求的物料再返回粉碎室继续粉碎，直
至达到要求的粒度并被捕集。
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（2）气流粉碎机的粉碎过程
• 压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴后，产生高速气流且在喷嘴附近 形成很高的速度梯度，通过喷嘴产生的超音速高湍流作为颗粒 载体。物料经负压的引射作用进入喷管，高压气流带着颗粒在 粉碎室中作回转运动并形成强大旋转气流，物料颗粒之间不仅
要发生撞击，而且气流对物料颗粒也要产生冲击剪切作用，同
时物料还要与粉碎室发生冲击、摩擦、剪切作用。如果碰撞的 能量超过颗粒内部需要的能量，颗粒就将被粉碎。粉碎合格的 细小颗粒被气流推到旋风分离室中，较粗的颗粒则继续在粉碎 室中进行粉碎，从而达到粉碎目的。
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（3）气流粉碎机的特点
优点：
T* 2 T0 K 1
P* 2 KK1 ( ) P0 K 1
1 * 2 K 1 ( ) 0 K 1
V*
2 KRT0 K 1
3、任意截面与临界状态的关系
T K 1 T* 2 ( K 1) M 2
1 V K 1 M[ ]2 2 V* 2 ( K 1) M K P K 1 K 1 [ ] 2 P* 2 ( K 1)M 1 K 1 K 1 [ ] 2 * 2 ( K 1)M
负压状态下进行的，颗粒在粉碎过程中不发生任何泄漏。只要 空气经过净化，就不会造成新的污染源。
缺点：能耗较大，生产成本较高。
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2.流化床对撞式气流粉碎机
• （1）流化床对撞式气流粉
碎：将对喷原理与流化床中
膨胀气体喷射流相结合。
• 流化床式气流粉碎机是德国
20世纪80年代的新产品，主 要生产厂家是德国Alpine公 司，美国、日本、中国也有 公司生产。
• • •
第三步：计算出口截面参数 第四步：计算临界截面参数
Pe 0.5457MPa
A*
Pe 50000 Pa;
e 0.4600 kg / m3
Te 237.0050 K
Ve 971.8545 m/ s Ve 496.8303 m/ s
e 2.8921 kg / m3
2.流化床对撞式气流粉碎机
（3）技术特点 产品细度高（d50=3～10μm），粒度分布窄且 无过大颗粒；粉磨效率高，能耗低，产量大，比其 它类型的气流磨节能50%；采用刚玉、碳化硅或PU （环）等作易磨件因而磨耗低，产品受污染少，纯 度高，可加工无铁质污染的粉体，也可粉碎硬度高 的物料；结构紧凑，简单；噪音小；可实现操作自 动化。但造价较高。
• （6）特征
• 利用一对或若干对喷嘴相对喷射时产生的超音速气流使
物料彼此从两个或多个方向相互冲击和碰撞而粉碎。 • 由于物料高速直接对撞，冲击强度大，能量利用率高， 可用于粉碎莫氏硬度 10 级以下的各种脆性和韧性物料， 产品粒度可达亚微米级。 • 还克服了靶式靶板和循环式磨体易损坏的缺点，减少了 对产品的污染，延长了使用寿命。 • 是一种较理想和先进的气流粉碎机。
A 1 2 K 1 2 2( K 1) [ (1 M )] A* M K 1 2
K 1
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参数计算（2） 1、已知滞止参数及出口速度 通过V/V*的关系求M，进而计算所有参数 2、已知滞止参数及出口马赫数 根据马赫数可求出所有截面的参数 3、已知滞止参数及出口压力 通过出口压力与滞止压力的关系求出出口截 面马赫数，进而计算出口截面参数
Te 411.4348K
d*
第五步：计算几何尺寸
Q 2 1391 .9018 m m2 *V* 2.8921 496.8303
4 A*


4 1391 .9018 42.0977m m 3.1416
Ae
Q 2 4473 .7418 m m2 eVe 0.4600 971.8545
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2.流化床对撞式气流粉碎机
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2.流化床对撞式气流粉碎机
粒子在高速喷射气流交点碰 撞，该点位于流化床中心。
靠气流对粒子的高速冲击及 粒子间的相互碰撞而使粒子 粉碎，与腔壁影响不大。
流化床内对撞气流
磨损大大减弱。
交汇点示意图
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2.流化床对撞式气流粉碎机
2.流化床对撞式气流粉碎机
– 磨损轻，污染少：从第一次撞击，粉粒主要是进
行相互之间的冲撞，对室外壁冲撞少。
– 设备体积小，占地面积少：在同等生产能力的前 提下，流化床对撞式气流磨比圆盘式气流磨体积 减少10~15%，占地面积减少15~30%。 – 自动化程度高，噪声小，生产能力大，适合于大 规模工业化生产。
1） 80%以上的颗粒是依靠颗粒间的相互冲击碰撞被粉碎的，只 有不到 20% 的颗粒是通过颗粒与粉碎室内壁的碰撞和摩擦被粉 碎。可以粉碎莫氏硬度为 1 ～ 10 的材料，经气流粉碎后的物料 平均粒度细，最细可以达到 0.2μm，一般为 0.5μm～20μm； 粒度分布较窄，可以满足窄粒度分布产品粉的要求； 2）由于压缩空气在喷嘴处绝热膨胀会使系统温度降低，颗粒的 粉碎是在低温瞬间完成的，从而避免了某些物质在粉碎过程中 产生热量而破坏其化学成分的现象发生，尤其适用于热敏性物 料的粉碎。加工温度低（小于气流温度），材料破碎时的应变 率高，可粉碎低熔点、热敏性和生物等材料。可粉碎低熔点和 热敏性材料及生物活性制品。
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4 Ae

4 4473 .7418 75.4727m m 3.1416
参数计算（2）
• 简图
更多资料：
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流化床气流粉碎机
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1.气流粉碎机
• 利用高速气流（300～500m/s）或过热蒸汽（300～400℃）的能量使颗 粒产生相互冲击、碰撞、摩擦剪切而实现超细粉碎，广泛应用于化工、 非金属矿物的超细粉碎，是最常用的超细粉碎设备之一。
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（1）气流粉碎机的工作原理

将压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成亚音速或超音速气流，喷出的射
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2.流化床对撞式气流粉碎机
• （4）优缺点 • 优点：
–粉碎效率高，能耗低： 气流带颗粒呈多角度对撞，作用力大，粉粒的 受力复杂，外加的能量被粉粒充分吸收，喷射功 损耗少； 把流化床原理与平卧式涡轮超细分级器相结合 ，使细料及时排出，减少了因细粉过粉碎而损失 的能量。 与圆盘式气流磨相比，平均能耗减少30~50% 。 材料科学与工程学院
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超音速喷嘴结构示意图
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喷嘴各截面参数的计算（1）
1、任意截面状态与滞止状态的关系
K T0 K 1 2 P0 K 1 2 K 1 1 M (1 M ) T 2 P 2 2、临界状态与滞止状态的关系
1 0 K 1 2 K 1 (1 M ) 2
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2.流化床对撞式气流粉碎机
• （2）工作原理：物料通过阀门进 入料仓，螺旋将物料送入研磨室 ；空气通过逆喷嘴喷入研磨室使 物料呈流态化。被加速的物料在 各喷嘴交汇点汇合，在此，颗粒 互相冲撞、摩擦、剪切而粉碎。 粉碎的物料由上升气流输送至涡 轮式超细分级器，细粉产品经出 口排出，较粗的颗粒沿机壁返回 磨矿室，尾气进入除尘器排出。
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参数计算（2）
例子：一台蒸汽喷射器的喷嘴，使用的蒸汽压力P0=1.0MPa，T0=200℃，流量Q=2kg/s， 要求出口压力50000Pa。求喷嘴主要参数。 1 1 过热蒸汽绝热指数1.30，气体常数0.4615 ，蒸汽密度 4.6083 。 kj.kg .k kg / m3 • 第一步：选择喷嘴类型 1.30 K • 1、计算临界压力比 P* ( 2 ) K 1 ( 2 )1.301 0.5457
①
④ ③ ②
② ③ ④
①
（a）平面汇聚式
（b）空间汇聚式
流化床对喷式气流粉碎机的二种粉碎室结构形式示意图
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2.流化床对撞式气流粉碎机
⑧ ⑦ ⑥ ⑨ ⑦ ⑧
⑥ ⑤ ① ④ ③ ②
⑤
① ④ ③ ②