粉体工程第四章粉体的分级课件

第四章粉体的分级第一节概述一、定义与意义定义：把粉碎产品按某种粒度大小或种类进行分选的操作过程称为分级。意义:（1）使粉碎产品粒度控制在所要求的范围内；（2）使粉料中粒度已达到要求的产品及时分离出去，以防止产品过碎和能源浪费。分级方式：用筛子筛分（用于粗粉，一般大于325目）在流体中进行分级（用于细粉，一般小于325目）其方法是制造粉碎和分级机组合的装置，粉碎产品按大于和小于某一粒度分开，把细粒排出机外，而成为合格产品，并将粗粒再返送入粉碎机，再次进行粉碎。分级机与粉碎机的组合形式：现在假设将任意一组颗粒进行分级，在粗粒部分中未混入小于do粒度的颗粒，同时在细粒中也未混入大于do的颗粒，此时，由于do粒度的分级进行得完全，可称为理想的分级。此时的分级效率为100%。实用的分级机很难得到这样的分级状态。二、分级效率（1）部分分级效率图4-1（A）中曲线a是粉末原料的粒度分布曲线，曲线b是分级后粗粒部分的粒度分布曲线。设粒度d和d+Δd区间的原料重量为Wa，同区间的粗粒的重量为Wb，则Wb/Wa=ηd称为部分分级效率，又叫区间回收率。以颗粒粒度为横坐标，以部分分级效率为纵坐标可绘出图4-1（B）所示的曲线C，C曲线即叫做部分分级效率曲线，这是直观地了解分级程度的最便利的曲线。本曲线与50%水平线的交点称为50%分级点，所对应的颗粒粒度称为分级粒度。（2）牛顿分级效率将某一粒度分布的粉粒用分级机进行二分，令大粒部分名为粗粒级，小粒部分为细粒级，则牛顿分级效率的综合表达形式为：（4-1）1-η原料中实有的细粒量细粒级中实有的细粒量原料中实有的粗粒量粗粒级中实有的粗粒量n设a为原料中实有的粗粒级比率（质量百分数），b为粗粒级中实有的粗粒比率，c为细粒部分中实有的粗粒比率，上式可写为：（4—2）式（4-1）为定义式，式（4-2）为实用式，牛顿效率的物理意义为实际分级机达到理想分级的质量比。%100)-)(-1()-)(-(ηcbaacaabn（3）分级精度（S）通常是根据部分分级效率曲线，取部分分级效率为75%和25%的粒度d75和d25表示。S=d75/d25或者S=d25/d75当粒度分布较宽时，分级精度可用下式表示：S=d90/d10或S=d10/d90当粒度分布较小时，分级精度可用下式表示：S=（d90-d10）/d50对于理想分级，S＝1，实际分级时，S值越接近于1，其分级精度越高。第二节筛分一、概述（一）筛分定义把固体颗粒置于具有一定大小孔径或缝隙的筛面上，使通过筛孔的成为筛下料，被截留在筛面上的成为筛上料，这种分级方法称为筛分。（二）筛分分类按物料含水分的不同分类：筛分干法筛分湿法筛分筛分机械或设备工作面是筛面。按结构分筛面有格子筛（栅筛）、板筛（筛板）、编织筛（网筛）等多种。（三）筛面格子筛（栅筛）由相互平行的按一定间隔排列的钢质棒条组成。分为固定格筛和条筛。固定格筛固定条筛格子筛用于筛分块、粒状粗粒物料。板筛（筛板）板筛筛面通常由厚度为5～12mm的钢板上冲制成方形、长方形或圆孔制成。板筛筛面产品板筛的优点是比较牢固，刚度大，使用寿命长。缺点是开孔率较小。开孔率（孔隙率S）：指筛孔净面积占筛面总面积的比率（％）。可用下式表示：S=(1-zb)2×100%式中：Z----单位长度内筛孔数；b-筛丝直经板筛用于中等粒度物料的筛分。编织筛（网筛）用钢丝、铜丝、尼龙丝等编织而成。筛孔形状为方形或长方形。编织筛的优点是开孔率高，质量轻，制造方便。缺点是使用寿命较短。用于中细物料的筛分。（四）筛制筛面在许多国家已订有标准，即对筛孔尺寸、筛丝尺寸、上下两筛号间孔的大小作了规定。我国现行标准筛采用ISO制，以方孔筛筛孔的边长表示筛孔大小。在此之前，多采用公制筛号即以每平方厘米筛面面积上含有的筛孔数目表示筛孔大小，用1cm长度上筛孔的数目表示筛号。英、美等国则采用英制筛，以每1英寸长度上筛孔数目表示筛目。筛目数与粒度的虚拟关系筛目数与粒度（微米）对照表目数(mesh)微米(μm)目数(mesh)微米(μm)目数(mesh)微米(μm)目数(mesh)微米(μm)2.5792512139760246325473588014116565220425334459916991801985002553962208331001656252063327247011101508001572794275891808312501082362324952007425005919813541725061625021016514035027053125001二、筛分效率筛分效率（η）用于评价筛分质量。设入筛物料中含有筛下粒级的重量为G1，筛上料的重量为G2，混在筛上料中的筛下粒级重量为G3，实际筛出的筛下料重量为G4，则：G1=G3+G4筛分效率（η）的理论表达式如下：η实际计算公式用累积筛下百分含量来表示：式中：a——筛下料中含筛下粒级的百分数；b——入筛物料含筛下粒级的百分数；c——筛上料中含筛下粒级的百分数。工业上实际平均筛分效率约70~98%。%100)-1(-≈%100)-()-(ηcbcbcabcba影响筛分的因素物料的因素：（1）堆积密度若物料堆积密度较大（约0.5t/m3以上），筛分处理能力与颗粒密度成正比的关系。若物料堆积密度较小，由于微粒子的飘扬，尤其是轻质的物料，上述的正比关系不易保持。影响筛分的因素物料的因素：（2）粒度分布易筛粒：粒度小于3/4筛孔尺寸的颗粒，易透过筛网。难筛粒：粒度大于3/4筛孔尺寸而小于筛孔尺寸的颗粒，难透过筛网。阻碍粒：粒度大于筛孔尺寸而小于1.5倍筛孔尺寸的颗粒。往往形成料层，使难筛粒不易透过筛网。物料中所含易筛粒越多、难筛粒和阻碍粒数量越少，筛分越容易，处理能力越大、筛分效率也越高。影响筛分的因素物料的因素：（3）含水量干法筛分，物料中水分含量达到一定程度时，由于颗粒间的相互粘附而结成团块或堵塞筛孔，筛分能力就会急剧下降。湿式筛分，处理能力及筛分效率一般比干法筛分提高。影响筛分的因素筛分机械的因素：（1）孔隙率。筛面开孔率愈小，则筛分处理能力愈小，但是筛面的使用寿命相对地会延长。（2）筛孔大小。在一定的范围内，筛孔大小与处理能力成正比关系。（3）筛孔形状。如，正方形筛孔的处理能力比长方形的小，但是就筛分的精确度而言，以正方形的为佳。（4）振动的幅度与频率。振动的目的在于筛面上物料不断运动，防止筛孔堵塞，以及使大小颗粒构成一合适的料层。一般讲，粒度小的适宜用小振幅与高频率的振动。（5）加料的均匀性。单位时间加料量应该相等，入筛料沿筛面宽度分布应该均匀。（6）料速与料层厚度。料速增快，可增加处理能力，但筛分效率降低。料层薄，虽会减低处理能力，但可提高筛分效率。三、筛分设备筛分设备按筛面的运动特征分为：筛分设备固定筛：固定格筛和条筛。运动式筛：振动筛，摇动筛，回转筛。表4-3筛分机的种类筛面运动机种筛面形状倾斜角度传动方式运动轨迹振幅(mm)频率(次/分)适用粒度（mm)栅筛平面（钢栅条作等间距平行排列）20~5025~300固定式弧形筛曲面0.3~0.6回转筛曲面（圆筒.藏头圆锥.藏头角锥）3~10°中心轴圆15~201~60摇动筛平面10~20°偏心轴直线往复10~10060~30010~50旋动筛平面－5°偏心轴与筛面平行的封闭曲线，或局部为直线往复5015~60012~60电磁式平面30~40°电磁式直线往复（与筛面平行或垂直）0.8~3900~72000.15~2.5运动式振动式机械式平面干式10~29°湿式50~10°不平衡块，偏心轴，凸轮封闭曲线或直线往复（与筛面垂直，倾斜或平行）2~121000~15000.4~25第三节在流体中分级一、分级原理(一)重力场分级原理不同粒度颗粒在重力场中沉降，其沉降末速（v0)计算公式为：式中，d——颗粒的直径（m）；δ——颗粒的密度（kg/m3）；ρ——介质的密度（kg/m3）；g——重力加速度（m/s2）；η——介质粘度（Pa·s）。故当被分级的物质一定，所采用的介质一定，沉降末速只与颗粒的直径大小有关。因此，根据不同直径的颗粒的末速差异，可对粒度大小不同的颗粒进行分级。2018dgv(二)离心力场分级原理不同粒度颗粒在离心力场中沉降，其沉降末速（v0r)计算公式为：式中,j＝ω2r/g；ω为颗粒的旋转角速度（rad/s）；r为颗粒的旋转半径（m）故当被分级的物质一定，介质一定，介质的粘度一定，离心加速度或分离因素一定时，颗粒的离心沉降速度只与颗粒的直径大小有关。因而可采用离心力场根据颗粒离心沉降速度的不同，对粒径大小不同的颗粒进行分级。)(18)(1822jgdadvor二、分级设备（一）重力式分级机其是利用不同粒径的粒子在重力场中沉降速度不同而进行分级。重力式分级机有水平流型和垂直流型，多为它们的复合形式。水平流型重力分级机的结构及工作原理：图4-6水平流型重力分级机Ι-粗粉；Ⅱ-中细粉；Ⅲ-细粉；Ⅳ-超细粉超细粉尘与空气出口；2-分级室；3-粉料入口；4-空气入口垂直流型重力分级机的结构及工作原理：图4-7垂直流型重力分级机1-空气入口；2-粉体入口；3-排气口；4-旋风分离器；5-细粉收集器；6-粗粉收集器重力分级机只能用来对粒径较大的粉体进行分级，对于超细粉体，则很难达到满意的分级效果。（二）粗分级机粗分级机（俗称粗分离器）为空气一次通过的外部循环式分级设备。形式很多，其基本过程相似，系利用颗粒群在垂直上升旋转运动的气流中，由于重力和惯性作用而沉降分级的设备。结构及工作原理粗分级机的产品细度范围为0.08mm，方孔筛筛余10~20%左右。其优点是结构简单，操作管理方便，无运动部件，不易损坏。但要配风机及除尘器为辅助设备。（三）离心式分级机离心式分级机亦称内部循环式选粉机，应用很广泛。结构及工作原理（四）旋风式分级机图4-12旋风式分级机旋风式分级机结构及工作原理:•在选粉室的周围均匀分布几个离心旋风筒7；小风叶9和撒料盘10一起固定在选粉室8顶盖中央的旋转轴4上，由电动机1带动旋转。•空气在离心风机19的作用下以切线方向进入选粉机，经由滴流装置11的间隙内旋上升，进入选粉室。•物料由进料管5落到撒料盘后，向四周甩出，与上升气流相遇。•物料中粗颗粒因质量大，受小风叶与撒料盘的离心惯性力大，被甩向选粉室内壁而落下。至滴流处与上升气流相遇，再次分选，粗粉最后落入内锥下部经粗粉排出口排出。旋风式分级机结构及工作原理:物料中的细颗粒因质量小，进入选粉室后被上升气流带入旋风筒7，被收集下来，落入外锥体，经细粉出口管13排出；消除细粉后的气流出旋风筒经集风管6和导风管14，返回风机19，形成选粉室外部气流闭路循环；循环风量可由气阀16调节，也可以控制选粉室气流上升速度(调节细度)改变撒料盘速度及小风叶数量也可单独调节细度与离心式分级机相比，旋风式分级机有如下优点：（1）转子和循环风机可分别调速，既易于调节细度，也扩大了细度的调节范围。（2）小型旋风筒代替大圆筒，可提高细粉的收集效率，选粉效率可达70％以上，因而减少了细粉的循环量。（3）设备的磨损件少，轴承受力小，振动小，结构简单，质量轻，易制造。缺点：占用空间较大，系统密封要求高，粗粉和细粉出口要锁风，否则，会降低选粉效率。（五）ATP型超微细分级机这是德国Alpine公司制造的一种较新型涡轮式超细分级机。这种分级机有上部给料式和物料与空气一起从下部给入式两种装置，单轮和多轮两种型式。单轮、原料与分级气流一起给入的ATP超微细分级机的结构和工作原理：ATP型多轮超细分级机的结构：特点是：在分级室顶部设置了多个相同尺寸的分级轮。因此，与同样规格的单轮分级机相比，多轮分级机的处理能力显著提高。ATP型多轮超细分级机的优点：分级粒度细，精度较高，结构较紧凑，磨损较轻，处理能力大。ATP型微细分级机的主要技术参数：表4-3ATP型微细分级机的主要技术参数分级轮型号产品细度d97/μm处理能力