氣流粉碎設備在鈦白粉生產中的應用

1、氣流粉碎設備工作原理及分類

      1．1 氣流粉碎原理

      氣流粉碎設備包括氣流磨、噴射磨或流能磨，它是利用高速氣流或過熱蒸汽的能量使顆粒相互產生沖擊、碰撞、摩擦而實現超細粉碎或解聚的設備。氣流粉碎的一般原理：將干燥無油的壓縮空氣或過熱蒸汽通過拉瓦爾噴管加速成超音速氣流，噴出的高速射流帶動物料做高速運動，使顆粒相瓦碰撞、摩擦而被粉碎。被粉碎的物料隨氣流到達分級區，達到細度要求的物料最終由分級機收集，沒有達到要求的物料再返回粉碎室繼續粉碎。

        1．2氣流粉碎設備分類

      我國工業上應用的氣流粉碎機主要有一下幾種類型：扁平式氣流磨、流化床對噴式氣流磨、循環管式氣流磨、對噴式氣流磨、靶式氣流磨。這幾種類型氣流粉碎機中又以扁平式氣流磨、流化床對噴式氣流磨、循環管式氣流磨應用較為廣泛。

       對噴式氣流磨

      物料通過螺旋進料器進入粉碎腔后，由數個相對設置的噴嘴噴匯出高速氣流沖擊能，及氣流急速膨脹呈流化床懸浮沸騰而產生的碰撞、摩擦力對物料進行粉碎。粗細混合粉在負壓氣流帶動下通過頂部設置的渦輪分級裝置，細粉強制通過分級裝置，并由旋風收集器及布袋除塵器捕集，粗粉受重力以及高速旋轉的分級裝置產生的離心力甩向四壁并沉降返回粉碎腔繼續粉碎。

      扁平式氣流磨

      作為粉碎動能的高壓氣流進入粉碎腔外圍的穩壓儲氣包作為氣流分配站，該氣流經過拉瓦爾噴嘴加速成超音速氣流后進入粉碎磨腔，同時物料經文丘里噴嘴加速導入粉碎磨腔內進行同步粉碎。由于拉瓦爾噴嘴與粉碎腔安裝成一銳角，因此該高速噴射流在粉碎腔內帶動物料做循環運動，顆粒之間以及顆粒與固定靶板壁面產生相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。微細顆粒在向心氣流帶動下被導入粉碎機中心出口管道進入旋風分離器進行收集，粗粉在離心力的作用下被甩向粉碎腔周壁做循環運動并繼續粉碎。

      循環管式氣流磨

       原料由文丘里噴嘴加入粉碎腔，高壓氣流經一組噴嘴噴入不等徑變曲率的跑道形循環管式粉碎腔，加速顆粒使之相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。同時旋流還帶動被粉碎顆粒沿管道向上進入分級區，在分級區離心力場的作用下使密集的料流分流，細顆粒在內層經百葉窗式慣性分級器分級后排出。粗顆粒在外層沿下行管返回繼續循環粉碎。

      流化床式氣流磨

      氣流粉碎機（流化床式氣流磨）是壓縮空氣經拉瓦爾噴咀加速成超音速氣流后射入粉碎區使物料呈流態化（氣流膨脹呈流態化床懸浮沸騰而互相碰撞），因此每一個顆粒具有相同的運動狀態。在粉碎區，被加速的顆粒在各噴咀交匯點相互對撞粉碎。粉碎后的物料被上升氣流輸送至分級區，由水平布置的分級輪篩選出達到粒度要求的細粉，未達到粒度要求的粗粉返回粉碎區繼續粉碎。合格細粉隨氣流進入高效旋風分離器得到收集，含塵氣體經收塵器過濾凈化后排入大氣。

      2、氣流粉碎設備在鈦白粉生產中的應用

      2．1 鈦白粉對粉碎的要求

      作為顏料使用的鈦白粉，具有優異的光學性能和穩定的化學性能。鈦白粉對粒度及粒度分布，純度要求非常高。一般鈦白粉的制取粒徑是按可見光的波長段為標準的，即在0．15m～0．35m。并且作為白色基礎顏料，對雜質特別是鐵類雜質的增加非常敏感，要求粉碎時增加量小于5 ppm。除此之外，還要求鈦白粉在不同的涂料體系中具有良好的分散性。因此，一般的機械式粉碎設備難以達到要求，所以鈦白粉的最終粉碎(成品粉碎)，目前國內外均選用氣流粉碎機。

      2．2 鈦白粉生產對氣流粉碎機的選擇

      根據鈦白粉的粉碎要求：粒度分布窄、夾雜增加少、分散性好等，及鈦白粉物料特性：粘度高、流動性差、粒度細容易附壁等，目前國內外鈦白生產廠家均選用具有自分級功能的扁平式(亦稱水平圓盤式)氣流粉碎機作為鈦白粉的最終粉碎設備；并且使用過熱蒸汽為粉碎工質。因蒸汽易得、便宜，蒸汽工質的壓強比壓縮空氣高得多且也易提高，因而蒸汽氣流動能比壓空大。同時過熱蒸汽的潔凈度比壓空高，粘度低、不帶靜電，而且粉碎的同時，可以消除物料因碰撞、摩擦而產生的靜電，減少粉后物料的二次內聚現象。并且，在高溫狀況下粉碎，可提高鈦白粉的應用分散性，增加鈦白粉的流動性。使用過熱蒸汽能耗低，僅為壓縮空氣的30%～65%。另外，使用扁平式氣流磨，在粉碎的同時，可加入有機助劑，對鈦白粉進行表面有機改性，以增加鈦白粉在不同應用體系中的分散性。

       2．3 氣流粉碎的發展

      隨著鈦白工業的急速發展，對設備的要求也越來越高。在滿足工藝條件、質量要求的前提下，設備的大型化及系統化顯得尤為重要，氣流粉碎亦伴隨著鈦白的發展在不斷的提高。氣粉機產能也從最初的1．2t／h～1．5 t／h，到現在2．5 t／h～3．5 t／h，氣粉系統的生產能力也從單線1萬t／a，到現在的單線2萬t／a，收集方式也從較為落后的濕法收集改為先進的干法收集，極大地提高了一次收得率，減少了浪費。隨著節能減排，降低成本的要求起來越高，氣粉系統的配置也越趨合理，對尾氣的余熱也可進行充分的利用。以前氣粉的收集方式主要為濕法收集，即從氣粉機出來的物料，先進入旋風器進行汽固分離，分離出的物料經旋風下部的星形卸料器卸出進行冷卻包裝，未分離的物料隨氣流進入噴淋塔進行噴淋冷卻、收集，經噴淋塔收集的物料為漿狀，須經沉降、壓濾、干燥后再返回氣粉機。該工藝一次收得率很低，最高達90％，能耗大，尾氣余熱無法利用，現已基本淘汰。目前氣粉的收集方式主要為干法收集，即從氣粉機出來的物料，先進入高溫袋濾器進行汽固分離，現在的表面覆膜耐高溫濾料，分離率可達99．5％以上，分離出的物料，經高溫袋濾器下部星形卸料器卸出，進行冷卻包裝，分離出的高溫尾氣從高溫袋濾器上部凈氣室排出，進入尾氣余熱回收裝置進行余熱利用。

      3 影響氣流粉碎設備的因素

     (1)氣流粉碎機：作為氣流粉碎的最重要設備，氣粉機的好壞直接決定產品的質量。要求氣粉機設計合理、制作精良、沖擊動能大、分級效果好、抗磨損、耐高溫。因此，選擇氣粉機是非常重要的。

      (2)蒸汽質量：氣流粉碎的粉碎工質是過熱蒸汽，如蒸汽質量達不到粉碎要求，則會嚴重影響氣粉質量。一般氣粉機對蒸汽的要求為：壓力1．6～2．0 MPa，溫度在290℃～310℃之間。溫度壓力低于要求則會造成沖擊動能低，粉碎力下降，系統熱量不夠，物料容易受潮等諸多不利因素，影響粉碎效果，堵塞系統，使之無法正常運行；溫度、壓力過高，則會對系統內的設備造成損壞。

      (3)過程控制：氣流粉碎要求穩定連續運行，蒸汽的波動及進料量的波動都應控制在一定范圍，調整時必須緩慢調整，嚴禁忽大、忽小。另外，氣粉系統一旦正常，應保持連續運行，切忌頻繁開停車。再則，開停車時應嚴格按操作規程執行。

      (4)   系統監測：為保證系統的正常運行，必須在系統的合理位置安裝必要的監測設備，以便根據情況的變化及時作出調整。