多級多尺度散式流態(tài)化精密分級塔的研究.pdf

1、粉體制造時，分級是決定最終粉體產(chǎn)品粒度組成、級別寬窄、粗細(xì)顆粒含量的關(guān)鍵，對窄級別或極窄級別超細(xì)粉體的制造，分級顯得比粉碎更重要。為此，國內(nèi)外開展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，以解決分級下限、分級效率和能耗三大問題。傳統(tǒng)的干式分級由于受流場穩(wěn)定性、物料分散等方面的制約，在解決窄粒度分布、切割清晰度和高回收率上存在困難。濕式分級雖然流場穩(wěn)定性優(yōu)于干式分級，物料分散的難度低，但存在后續(xù)干燥，甚至需要二次粉碎等弊端，故主要用于某些貴重粉體的分級。

2、 基于現(xiàn)有干式分級和濕式分級各自存在的缺陷，通過詳細(xì)分析超細(xì)顆粒之間的作用力和顆粒流態(tài)化后的揚(yáng)析、夾帶及粗細(xì)顆粒之間存在的相平衡現(xiàn)象，借鑒上升流分級原理和液體精餾原理，作者在此提出了多級多尺度散式流態(tài)化精密分級的干式分級方法和概念。即分級塔內(nèi)設(shè)置多層篩板，每兩層篩板間空域即為一分級區(qū)，靠近上層篩板的下方為稀相區(qū)，以含細(xì)顆粒為主，靠近篩板的上方為濃相區(qū)，濃相區(qū)顆粒及顆粒聚團(tuán)靠傾斜滑動進(jìn)入塔板低位端設(shè)置的粗顆粒聚集槽內(nèi)由軸流風(fēng)機(jī)引入下

3、層篩板上的空間實(shí)現(xiàn)再分散，稀相區(qū)顆粒隨上升氣流上升至上層篩板。粉料進(jìn)入塔前經(jīng)過高速氣流的預(yù)分散，在塔內(nèi)呈散式流態(tài)化狀態(tài)，小顆粒聚團(tuán)和被大顆粒攜帶的小顆粒在下落被循環(huán)的過程中經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)多次打碎分散，從而產(chǎn)生稀濃相顆粒在流體中的濃度平衡，使細(xì)顆粒獲得多次分離，這樣通過多個流化層對細(xì)顆粒的多次分離就產(chǎn)生出多級流態(tài)化分級效果；通過計算顆粒的終端速度，調(diào)節(jié)塔內(nèi)風(fēng)速的大小，可以滿足分離不同粒徑顆粒的分級要求，得到不同尺度要求的高純超細(xì)粉體。經(jīng)過一系

4、列的試驗(yàn)、改進(jìn)和優(yōu)化。證明，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有分級精度高，粒級效率高，分級下限低，易于控制等優(yōu)點(diǎn)。 作者以超細(xì)顆粒之間的作用力理論為基礎(chǔ)，建立了干燥條件下分級過程中超細(xì)顆粒凝并模型，并進(jìn)行了定量計算，得到了本分級塔實(shí)驗(yàn)條件下的不同粒徑石英砂顆粒凝并后的顆粒當(dāng)量直徑。計算結(jié)果表明，直徑1μm石英砂顆粒凝并后的顆粒聚團(tuán)的當(dāng)量直徑呵達(dá)1480μm，而直徑10μm石英砂顆粒凝并后的顆粒聚團(tuán)的當(dāng)量直徑只有279μm，對直徑1～10μm石英砂顆

5、粒，擴(kuò)散力最小，可被忽略，范德華力與靜電吸引力占絕對統(tǒng)治地位，從理論上定量解釋了超細(xì)顆粒干式分級實(shí)驗(yàn)結(jié)果中粒級效率所呈現(xiàn)的魚鉤效應(yīng)；另外，以超細(xì)顆粒疑并后的當(dāng)量直徑和流態(tài)化條件下顆粒的揚(yáng)析與夾帶理論為基礎(chǔ)，建立了超細(xì)顆粒(屬C類顆粒)的粒級效率模型，計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。 借助于先進(jìn)的模擬軟件FLUENT6.2，對分級塔進(jìn)行了氣流流場和顆粒軌跡的模擬計算，流場模擬計算顯示：精密分級塔內(nèi)靜壓分布基本呈階梯狀分布，沿Z軸方向，

6、由下至上呈遞減的趨勢，經(jīng)過每一塊塔板時就產(chǎn)生一次顯著壓降，從減壓分級原理上講有利于顆粒進(jìn)行分級操作；氣速沿Z軸方向向上穿過整個塔體時有一個速度遞減趨勢，即流態(tài)化精密分級塔所采用的速度梯度原理與精餾中的溫度梯度原理相對應(yīng)；氣流穿過塔板時速度增大，其湍動強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它空域的湍動強(qiáng)度，并在勻風(fēng)板上達(dá)到最大；.塔板與塔板間空域處，流場規(guī)整無渦旋，速度分布均勻，與上升流分級機(jī)流場相似。顆粒軌跡模擬結(jié)果顯示：在塔內(nèi)風(fēng)速為0.100m/s的條件下，

7、大顆粒群均沉降到塔的底部，小顆粒群大多數(shù)從塔頂溢出，極少數(shù)被引出氣流引入下層塔板重新分離，中等粒徑的顆粒均被引出氣流引入下層塔板；粒徑大的顆粒在沉降過程中，其動量也普遍大，但一部分經(jīng)過塔板的碰撞和引出氣流的吸引，動量減少，分離出的細(xì)顆粒無論粒徑大小，其動量基本相同，表明了顆粒越小，其對氣流的跟隨性越好，越容易被分離出；顆粒粒徑越大，其湍動度也相對較大，并且經(jīng)過塔板時的湍動度達(dá)到最大；塔板通過的顆粒越多，顆粒的湍動度越大。模擬計算結(jié)果驗(yàn)證

8、了分級塔塔板設(shè)計、粗顆粒引出系統(tǒng)、分級區(qū)設(shè)計和在塔內(nèi)產(chǎn)生速度梯度的必要性，為精密分級塔總體結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和操作上的優(yōu)化提供了堅實(shí)的理論依據(jù)。 在本實(shí)驗(yàn)裝置上的分級實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以滑石粉顆粒為原料進(jìn)行分級，將塔內(nèi)風(fēng)速控制在0.122m/s，粒徑10μm顆粒的粒級效率達(dá)到了78.78％，d95達(dá)到12.84μm；以石英砂顆粒為原料進(jìn)行分級，將塔內(nèi)風(fēng)速控制在0.139m/s，粒徑10μm顆粒的粒級效率達(dá)到了92.80％，d95達(dá)到12.

9、58μm；在操作條件允許的條件下，加料量越少，分級效率越高；粗顆粒循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)速，在本實(shí)驗(yàn)中由上至下為：0.5m/s、1.0m/s、1.5m/s、2.0m/s和2.5m/s較為合適；本實(shí)驗(yàn)條件下，回流細(xì)粉量越大對獲得更純細(xì)顆粒越有利，但也使分級效率下降，對分級產(chǎn)生不利影響。分級實(shí)驗(yàn)中的最佳風(fēng)速與計算得出的理想風(fēng)速是有差別的，對于粒徑10μm顆粒的計算分離風(fēng)速，通過分級性能趨勢圖可看出，要小于實(shí)際風(fēng)速，但隨著風(fēng)速的提高，溢流產(chǎn)品中粗顆粒