气流粉碎设备在钛白粉生产中的应用
2020-12-18 17:42:43
1、气流粉碎设备工作原理及分类
1．1 气流粉碎原理
气流粉碎设备包括气流磨、喷射磨或流能磨，它是利用高速气流或过热蒸汽的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎或解聚的设备。气流粉碎的一般原理：将干燥无油的压缩空气或过热蒸汽通过拉瓦尔喷管加速成超音速气流，喷出的高速射流带动物料做高速运动，使颗粒相瓦碰撞、摩擦而被粉碎。被粉碎的物料随气流到达分级区，达到细度要求的物料最终由分级机收集，没有达到要求的物料再返回粉碎室继续粉碎。
1．2气流粉碎设备分类
我国工业上应用的气流粉碎机主要有一下几种类型：扁平式气流磨、流化床对喷式气流磨、循环管式气流磨、对喷式气流磨、靶式气流磨。这几种类型气流粉碎机中又以扁平式气流磨、流化床对喷式气流磨、循环管式气流磨应用较为广泛。
对喷式气流磨
物料通过螺旋进料器进入粉碎腔后，由数个相对设置的喷嘴喷汇出高速气流冲击能，及气流急速膨胀呈流化床悬浮沸腾而产生的碰撞、摩擦力对物料进行粉碎。粗细混合粉在负压气流带动下通过顶部设置的涡轮分级装置，细粉强制通过分级装置，并由旋风收集器及布袋除尘器捕集，粗粉受重力以及高速旋转的分级装置产生的离心力甩向四壁并沉降返回粉碎腔继续粉碎。
扁平式气流磨
作为粉碎动能的高压气流进入粉碎腔外围的稳压储气包作为气流分配站，该气流经过拉瓦尔喷嘴加速成超音速气流后进入粉碎磨腔，同时物料经文丘里喷嘴加速导入粉碎磨腔内进行同步粉碎。由于拉瓦尔喷嘴与粉碎腔安装成一锐角，因此该高速喷射流在粉碎腔内带动物料做循环运动，颗粒之间以及颗粒与固定靶板壁面产生相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。微细颗粒在向心气流带动下被导入粉碎机中心出口管道进入旋风分离器进行收集，粗粉在离心力的作用下被甩向粉碎腔周壁做循环运动并继续粉碎。
循环管式气流磨
原料由文丘里喷嘴加入粉碎腔，高压气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的跑道形循环管式粉碎腔，加速颗粒使之相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。同时旋流还带动被粉碎颗粒沿管道向上进入分级区，在分级区离心力场的作用下使密集的料流分流，细颗粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出。粗颗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。
流化床式气流磨
气流粉碎机（流化床式气流磨）是压缩空气经拉瓦尔喷咀加速成超音速气流后射入粉碎区使物料呈流态化（气流膨胀呈流态化床悬浮沸腾而互相碰撞），因此每一个颗粒具有相同的运动状态。在粉碎区，被加速的颗粒在各喷咀交汇点相互对撞粉碎。粉碎后的物料被上升气流输送至分级区，由水平布置的分级轮筛选出达到粒度要求的细粉，未达到粒度要求的粗粉返回粉碎区继续粉碎。合格细粉随气流进入高效旋风分离器得到收集，含尘气体经收尘器过滤净化后排入大气。
2、气流粉碎设备在钛白粉生产中的应用
2．1 钛白粉对粉碎的要求
作为颜料使用的钛白粉，具有优异的光学性能和稳定的化学性能。钛白粉对粒度及粒度分布，纯度要求非常高。一般钛白粉的制取粒径是按可见光的波长段为标准的，即在0．15m～0．35m。并且作为白色基础颜料，对杂质特别是铁类杂质的增加非常敏感，要求粉碎时增加量小于5 ppm。除此之外，还要求钛白粉在不同的涂料体系中具有良好的分散性。因此，一般的机械式粉碎设备难以达到要求，所以钛白粉的最终粉碎(成品粉碎)，目前国内外均选用气流粉碎机。
2．2 钛白粉生产对气流粉碎机的选择
根据钛白粉的粉碎要求：粒度分布窄、夹杂增加少、分散性好等，及钛白粉物料特性：粘度高、流动性差、粒度细容易附壁等，目前国内外钛白生产厂家均选用具有自分级功能的扁平式(亦称水平圆盘式)气流粉碎机作为钛白粉的最终粉碎设备；并且使用过热蒸汽为粉碎工质。因蒸汽易得、便宜，蒸汽工质的压强比压缩空气高得多且也易提高，因而蒸汽气流动能比压空大。同时过热蒸汽的洁净度比压空高，粘度低、不带静电，而且粉碎的同时，可以消除物料因碰撞、摩擦而产生的静电，减少粉后物料的二次内聚现象。并且，在高温状况下粉碎，可提高钛白粉的应用分散性，增加钛白粉的流动性。使用过热蒸汽能耗低，仅为压缩空气的30%～65%。另外，使用扁平式气流磨，在粉碎的同时，可加入有机助剂，对钛白粉进行表面有机改性，以增加钛白粉在不同应用体系中的分散性。
2．3 气流粉碎的发展
随着钛白工业的急速发展，对设备的要求也越来越高。在满足工艺条件、质量要求的前提下，设备的大型化及系统化显得尤为重要，气流粉碎亦伴随着钛白的发展在不断的提高。气粉机产能也从最初的1．2t／h～1．5 t／h，到现在2．5 t／h～3．5 t／h，气粉系统的生产能力也从单线1万t／a，到现在的单线2万t／a，收集方式也从较为落后的湿法收集改为先进的干法收集，极大地提高了一次收得率，减少了浪费。随着节能减排，降低成本的要求起来越高，气粉系统的配置也越趋合理，对尾气的余热也可进行充分的利用。以前气粉的收集方式主要为湿法收集，即从气粉机出来的物料，先进入旋风器进行汽固分离，分离出的物料经旋风下部的星形卸料器卸出进行冷却包装，未分离的物料随气流进入喷淋塔进行喷淋冷却、收集，经喷淋塔收集的物料为浆状，须经沉降、压滤、干燥后再返回气粉机。该工艺一次收得率很低，最高达90％，能耗大，尾气余热无法利用，现已基本淘汰。目前气粉的收集方式主要为干法收集，即从气粉机出来的物料，先进入高温袋滤器进行汽固分离，现在的表面覆膜耐高温滤料，分离率可达99．5％以上，分离出的物料，经高温袋滤器下部星形卸料器卸出，进行冷却包装，分离出的高温尾气从高温袋滤器上部净气室排出，进入尾气余热回收装置进行余热利用。
3 影响气流粉碎设备的因素
(1)气流粉碎机：作为气流粉碎的最重要设备，气粉机的好坏直接决定产品的质量。要求气粉机设计合理、制作精良、冲击动能大、分级效果好、抗磨损、耐高温。因此，选择气粉机是非常重要的。
(2)蒸汽质量：气流粉碎的粉碎工质是过热蒸汽，如蒸汽质量达不到粉碎要求，则会严重影响气粉质量。一般气粉机对蒸汽的要求为：压力1．6～2．0 MPa，温度在290℃～310℃之间。温度压力低于要求则会造成冲击动能低，粉碎力下降，系统热量不够，物料容易受潮等诸多不利因素，影响粉碎效果，堵塞系统，使之无法正常运行；温度、压力过高，则会对系统内的设备造成损坏。
(3)过程控制：气流粉碎要求稳定连续运行，蒸汽的波动及进料量的波动都应控制在一定范围，调整时必须缓慢调整，严禁忽大、忽小。另外，气粉系统一旦正常，应保持连续运行，切忌频繁开停车。再则，开停车时应严格按操作规程执行。
(4) 系统监测：为保证系统的正常运行，必须在系统的合理位置安装必要的监测设备，以便根据情况的变化及时作出调整。
结论
气流粉碎发展到现在，已经能满足钛白粉生产的需要，但气粉机的使用寿命及粉碎效果仍需进一步提高，并且气粉系统的配置及自动化控制仍需完善，超大产能的高效气粉机仍需研制。