多級(jí)多尺度散式流態(tài)化精密分級(jí)塔的研究.pdf

1、粉體制造時(shí)，分級(jí)是決定最終粉體產(chǎn)品粒度組成、級(jí)別寬窄、粗細(xì)顆粒含量的關(guān)鍵，對(duì)窄級(jí)別或極窄級(jí)別超細(xì)粉體的制造，分級(jí)顯得比粉碎更重要。為此，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，以解決分級(jí)下限、分級(jí)效率和能耗三大問(wèn)題。傳統(tǒng)的干式分級(jí)由于受流場(chǎng)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(jí)雖然流場(chǎng)穩(wěn)定性優(yōu)于干式分級(jí)，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(jí)。

2、 基于現(xiàn)有干式分級(jí)和濕式分級(jí)各自存在的缺陷，通過(guò)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(jí)原理和液體精餾原理，作者在此提出了多級(jí)多尺度散式流態(tài)化精密分級(jí)的干式分級(jí)方法和概念。即分級(jí)塔內(nèi)設(shè)置多層篩板，每?jī)蓪雍Y板間空域即為一分級(jí)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?jī)A斜滑動(dòng)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(guò)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(guò)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(guò)多個(gè)流化層對(duì)細(xì)顆粒的多次分離就產(chǎn)生出多級(jí)流態(tài)化分級(jí)效果；通過(guò)計(jì)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(jí)要求，得到不同尺度要求的高純超細(xì)粉體。經(jīng)過(guò)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(jí)精度高，粒級(jí)效率高，分級(jí)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(jí)過(guò)程中超細(xì)顆粒凝并模型，并進(jìn)行了定量計(jì)算，得到了本分級(jí)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(jì)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(duì)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(duì)統(tǒng)治地位，從理論上定量解釋了超細(xì)顆粒干式分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中粒級(jí)效率所呈現(xiàn)的魚(yú)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(jí)效率模型，計(jì)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(duì)分級(jí)塔進(jìn)行了氣流流場(chǎng)和顆粒軌跡的模擬計(jì)算，流場(chǎng)模擬計(jì)算顯示：精密分級(jí)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(shì)，經(jīng)過(guò)每一塊塔板時(shí)就產(chǎn)生一次顯著壓降，從減壓分級(jí)原理上講有利于顆粒進(jìn)行分級(jí)操作；氣速沿Z軸方向向上穿過(guò)整個(gè)塔體時(shí)有一個(gè)速度遞減趨勢(shì)，即流態(tài)化精密分級(jí)塔所采用的速度梯度原理與精餾中的溫度梯度原理相對(duì)應(yīng)；氣流穿過(guò)塔板時(shí)速度增大，其湍動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它空域的湍動(dòng)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(chǎng)規(guī)整無(wú)渦旋，速度分布均勻，與上升流分級(jí)機(jī)流場(chǎng)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(guò)程中，其動(dòng)量也普遍大，但一部分經(jīng)過(guò)塔板的碰撞和引出氣流的吸引，動(dòng)量減少，分離出的細(xì)顆粒無(wú)論粒徑大小，其動(dòng)量基本相同，表明了顆粒越小，其對(duì)氣流的跟隨性越好，越容易被分離出；顆粒粒徑越大，其湍動(dòng)度也相對(duì)較大，并且經(jīng)過(guò)塔板時(shí)的湍動(dòng)度達(dá)到最大；塔板通過(guò)的顆粒越多，顆粒的湍動(dòng)度越大。模擬計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

8、了分級(jí)塔塔板設(shè)計(jì)、粗顆粒引出系統(tǒng)、分級(jí)區(qū)設(shè)計(jì)和在塔內(nèi)產(chǎn)生速度梯度的必要性，為精密分級(jí)塔總體結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和操作上的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。 在本實(shí)驗(yàn)裝置上的分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以滑石粉顆粒為原料進(jìn)行分級(jí)，將塔內(nèi)風(fēng)速控制在0.122m/s，粒徑10μm顆粒的粒級(jí)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(jí)，將塔內(nèi)風(fēng)速控制在0.139m/s，粒徑10μm顆粒的粒級(jí)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(jí)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(duì)獲得更純細(xì)顆粒越有利，但也使分級(jí)效率下降，對(duì)分級(jí)產(chǎn)生不利影響。分級(jí)實(shí)驗(yàn)中的最佳風(fēng)速與計(jì)算得出的理想風(fēng)速是有差別的，對(duì)于粒徑10μm顆粒的計(jì)算分離風(fēng)速，通過(guò)分級(jí)性能趨勢(shì)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