气流粉碎机的设计与粒度控制设计[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业论文：气流粉碎机的设计与粒度控制设计含论文，CAD图纸，英文翻译

气流粉碎机的设计与粒度控制设计[毕业论文+CAD图纸]

摘要

细粉体是指粒径小于10μm的粉体。物料经过超细粉碎后，物料的粒度减小而且晶体结构和物理化学性质也发生改变。超微粉体不仅本身是一种功能材料，而且为新的功能材料的复合与开发展现了广阔的应用背景，在工业中有着广泛的应用。流化床式气流粉碎机因粉碎效率高，能耗小，是目前最先进的气流粉碎设备。本文研究了流化床式气流粉碎机的国内外发展现状，并对现有的粉碎机的设计原理和方法进行了分析。流化床式气流粉碎机的设计主要有两个部分的设计，一个是超音速喷嘴的设计：本文通过对现有的设计方案的分析，得到了一种便于加工的近似超音速的喷嘴的设计，并通过编程求得了喷嘴处于最佳状态时对应的马赫数；分级部分的设计也是一个难点，现有的分级轮设计方法忽略了许多因素，大多是依靠经验来设计，文中大量阅读相关资料，设计出了一种新型的叶轮分级，能达到最佳的分级粒径。对粉碎机分级轮的主轴和分级轮端头密封装置进行了设计。

关键词：流化床、气流粉碎机、超音速、拉瓦尔喷嘴、分级叶轮、送料机

ABSTRACT

Ultrafine powder is the size of the powder which less than 10 μm .The granularity of the materials were reduced, the physical and chemical properties also changed。Superfine powder is not only a function material but also show a broad background to the development of new composite materials and has a wide use in the industry。As ultra-fine crushing equipment in a major smash equipment, air grinder research plays an important role。Because of high efficiency and low energy consumption , fluidized bed opposed jet mill is the most advanced equipment of pulverize。The development of fluidized bed opposed jet mill was investigated at home and abroad ,and analyzed the principles and design methods of this type of equipment in this paper。There exist two main parts of the design in this paper，one part is the supersonic nozzle design: Based on the analysis of the existing design method。Based on analyzed the existing design methods，a similar facilitate processing of the supersonic nozzle design was obtained。And a program was made, which to get the corresponding Mach let the nozzle in the best condition obtained through the nozzle in the best condition。Many factors were overlooked in the existing classification design ,a lot plan is rely on experience of the designer。A new type of impeller grade which can run at the best classification size was design through read a lot of related data. The seal of the classification round spindle
mill and classification round was designed.

Key Word: fluidized bed, grinder, supersonic, Laval nozzle, classification, feed machine

目 录

1.概述及设计方案 ………………………………………………………………1
1.1气流粉碎机研究的目的 ……………………………………………………1
1.1.1超细粉体的特性及研究目的……………………………………………… 1
1.1.2超细粉体的制备方法……………………………………………………… 2
1.2气流粉碎机的产生国内外现状及发展趋势………………………………… 3
1.3气流粉碎机的特点…………………………………………………………… 8
1.4设计方案…………………………………………………………………… 9
1.4.1设计要求……………………………………………………………………9
1.4.2总体设计方案的确定………………………………………………………9
1.4.3主要部件的设计方案………………………………………………………11
2.气流粉碎机的结构设计方法……………………………………………………14
2.1喂料机的设计…………………………………………………………………14
2.1.1螺旋输送机主要组成部件…………………………………………………16
2.1.2螺旋输送机的选型计算……………………………………………………17
2.2喷嘴的设计……………………………………………………………………20
2.2.1喷嘴的设计步骤……………………………………………………………22
2.3气流粉碎机的气管设备的设计………………………………………………35
2.4气流粉碎机磨腔的设计………………………………………………………35
2.5分级机的设计…………………………………………………………………38
2.6粒度的控制……………………………………………………………………46
2.7密封的设计……………………………………………………………………54
2.7.1泄露的原因……………………………………………………………… 54
2.7.2 密封的分类……………………………………………………………… 54
2.7.3常用密封结构形式及其特点…………………………………………… 55
2.74密封的选择……………………………………………………………… 56
3.流化床气流粉碎机的工艺配置与操作方式………………………………… 64
3.1流化床气流粉碎机的工艺配置…………………………………………… 64
3.2流化床气流粉碎机的调试与操作………………………………………… 65
3.2.1流化床气流粉碎机的安装……………………………………………… 65
3.2.2流化床的操作与调试…………………………………………………… 65
4.总结 …………………………………………………………………………… 67
参考文献…………………………………………………………………………… 69
英文原文……………………………………………………………………………72
中文译文…………………………………………………………………………… 85
致 谢………………………………………………………………………… 102

概述及设计方案

气流粉碎机用于超细粉体的制备，为了说明气流粉碎机研究的目的，首先阐明超细粉体的特性和重要意义，在此基础上我们对气流粉碎机的类型和各种类型的特点，以及国内外研究状况做了分析，结合分析结果选择适合设计要求的方案。

1.1气流粉碎机研究的目的

1.1.1超细粉体的特性及研究目的

超细粉体通常分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。粒径小于1μm大于0.1μm的粉体为亚微米材料。粒径处于0.001~0.1μm的粉体称为纳米材料

超微粉碎技术是粉体工程中的一项重要内容，包括对粉体原料的超微粉碎，高精度的分级和表面活性改变等内容。

超微粉碎通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而实现。传统粉碎中的挤压粉碎方法不能用于超微粉碎，否则会产生造粒效果。选择粉碎方法时，须视粉碎物料的性质和所要求的粉碎比而定，尤其是被粉碎物料的物理和化学性能具有很大的决定作用，而其中物料的硬度和破裂性更居首要地位，对于坚硬和脆性的物料，冲击很有效；而对中药材用研磨和剪切方法则较好。实际上，任何一种粉碎机器都不是单纯的某一种粉碎机理，一般都是由两种或两种以上粉碎机理联合起来进行粉碎，如气流粉碎机是以物料的相互冲击和碰撞进行粉碎；高速冲击式粉碎机是冲击和剪切起粉碎作用；振动磨，搅拌磨和球磨机的粉碎机理则主要是研磨，冲击和剪切；而胶体磨的工作过程主要通过高速旋转的磨体与固定磨体的相对运动所产生的强烈剪切，摩擦，冲击等等。

对于粒径在微米或亚微米的超细粉体，虽然器物理化学性质与大块材料的物理化学性质相差不太大，但其比表面积增大，表面能大，表面活性高，表面与截面性质发生了很大的变化。因此，当药品、食品、营养品及化妆品经超细化到微米与亚微米级后，极易被认同或皮肤直接吸收，大大增加了其功效。涂料、油漆中的固体成份以及染料经超细化后，由于器表面活性提高，截面特性改善，因此，使得他们的粘附力、均匀性及表面光泽性都大大提高。水泥经超细化后，由于固体粉粒的表面及活性提高，因此水泥强度提高。对于火炸药及其中固体成分，经超细化后，由于表面能提高，表面活性增大，因此，它们的燃烧和爆炸性能提高。

然而，超细粉体表面能大，表面活性高，单个超细、颗粒往往处于不稳定状态。它们之间往往产生相互吸引以使自身转变成稳定状态。因此，导致了颗粒之间的团聚。这一现象的产生又使得器比表面减少，表面活性降低，其表面与界面特性有区域大块物料，因而使用效果差。为了充分利用超细粉体的表面与界面特性，必须采取一系列措施，使其处于良好、充分的分散状态，只有这样才能获得良好的使用效果。因而我们在超细粉碎过程中必须是粉碎后的产品能够及时的分离出来，以提高生产率，节约能源。
对于单一的微米或亚微米材料，虽然器物理化学特性与大块的相差不大，但当将两种性质不同的微米或亚微米材料进行符合，制成符合微米或亚微米材料时，器性质将会发生巨大变化，在使用时往往会表现出与原材料完全不同的特性，如熔点下降，化学活性提高，催化效果增强等，并可由此制备出性能奇特的新型功能材料[1]。

综上所述，超细粉体研究具有以下的目的[2]:

1.提高工业产品的质量与控制水平,粉体颗粒的大小及粒度分布对产品质量影响非常大.

2.节能降耗,促进粉体加工技术的发展,粉体颗粒的制备离不开粉体加工机械,化学加工过程及高温处理过程.

3.新材料的研究与开发:随着世界范围内新技术、高技术的突飞猛进、新型材料层出不穷。

1.1.2超细粉体的制备方法

由于超细粉体不仅本身是一种功能材料，而且为新的功能材料的复合与开发展现了广阔的应用前景，在国民经济个领域有着广泛的应用，起着极其重要的作用。因而超细粉体的制取研究有着重要的作用。
因为超细粉体具有优良的性能和广泛的用途，所以人们研制了许多的制备方法。主要制备方法见表1.1[3]
上述方法还有些尚不成熟，有些难以实用化和工业化，目前在工业中应用较多的是粉碎法和液相化学沉淀法和气相反应法等方法。

化学法的优点是所制备的超细粉体粒径小、粒度分布窄、粒形好和纯度高等，缺点是产量低、成本高和工艺复杂等。该方法仅限于制备某些特殊的功能材料，如超细金红石型二氧化钛粉体、超细磁性氧化铁粉等。

机械粉碎法的优点是产量大、成本低和工艺简单等，且在粉体过程中产生机械化学效应使粉体活性提高。缺点是产品的纯度、细度和形貌均不及化学法制备的超细粉体。该法适应于大批量工业生产，如非金属矿产品深加工等。

工业上一般需要获得大量干燥的颗粒，由于化学法制备时获得干燥颗粒的工业比较复杂，因而一般都采用机械法获得超细颗粒。气流粉碎机是目前能够获得干磨超细微粒成品的唯一机器[4]。

1.2气流粉碎机的产生国内外现状及发展趋势

气流粉碎机作为一种重要的粉碎机械,是利用高速气流（300-500m/s）或过热蒸气（300-400℃）的能量，使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。它广泛地应用于化工、非金属矿物、陶瓷原料（如氧化铝、氧化锆等）的超细粉碎，产品细度通常可达1-5μm，并具有粒度分布相对较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大、分散性好的特点。由于粉碎过程中，压缩气体绝热膨胀产生焦耳 -汤姆逊降温效应，因而还适用于低融点、热敏性物料的超细粉碎。

利用气流的能量进行粉碎的想法很早就产生了,其发展过程如下[5]:

戈斯林在1882年提出了第一篇利用气流动能进行粉碎的专利,即靶式气流粉碎机。
威洛比在1917年和1927年提出了对喷式气流粉碎机专利,由于该专利才使气流粉碎向实用化迈进了一大步。

安德鲁在1936年提出了扁平式气流粉碎专利,使气流粉碎机的结构水平得到提高,成为第一代气流粉碎机,也是目前应用最广的机型。

基德韦尔和斯蒂法诺夫在1940年提出了等截面循环管式气流粉碎机 基德韦尔在1941年以后连续提出了变截面循环管式气流粉碎机的专利,在1946年制造的气流粉碎机被称为第二代气流粉碎机。

特罗斯特公司在1956年开发了新型气流粉碎机,70年代德国Alpine公司又开发了流化床式气流粉碎机。

我国在上世纪60年代也开展了这方面的工作,但真正发展是在近二十年,涌现的生产厂商有上海化工机械三厂、宜兴清新粉体公司、西南化机、昆山超微粉碎机厂、无锡化机及中科院等,生产的机型已经几乎覆盖了气流粉碎机的各种机型。

气流粉碎机国内生产厂家最多，机型也是所有超细粉碎设备中最为齐全的设备,即使是国际上最为先进的机型(如流化床类气流磨)也有不少的生产厂家。由于它是干法生产，可以省去非金属矿超细粉碎中的烘干工艺。但也存在一些问题：设备制造成本高，一次性投资大，设备的折旧费高；能耗高，粉体加工成本太大，给粉体加工厂的经济效益带来负面影响，这就使得它在这一领域的使用受到了一定的限制；它难以实现亚微米级产品粉碎，产品粒度在10μm左右时效果最佳，在10μm以下时产量大幅度下降，成本急剧上升，在非金属矿领域的应用就失去了应有的使用价值；目前气流磨的单机处理能力较小(产量均在1t/h以下)，还不能适应大规模生产的需要；在介质使用上，国内大多使用空气，还很少使用过热蒸汽和惰性气体；设备的加工精度和材质的选择使用上还不如国外产品。

气流粉碎机从 1980 年Baker提出对流式气流磨专利以来，出现了各种不同型式的气流磨。从历史的角度看，最初尝试的是冲击体型，而成功地应用于工业上则归结于对吸入式，尤其是立式循环型的开发，直到现在，也可以认为仍然以立式循环为主，而水平离心式则是最普通的型式。另外，喷嘴内吸入型、冲击体型、气流冲击型分别应用于各种特定领域的工业活动中。归纳起来，目前工业上应用的气流粉碎机大致可按以下分类：