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CXM80超细粉碎系统设计与三维建模摘要：超细粉碎系统是将粉粒物料磨碎到粒径为微米级并进行分级的的系统。本文概要介绍了超细粉碎技术的发展、应用现状及存在的问题，简单介绍了目前典型的超细粉碎与分级设备；通过综合分析超细粉碎分级的技术现状和典型的超细粉碎生产工艺流程，针对CXM80超细分级磨，设计出了超细粉碎分级实验系统的总体方案。针对这个实验系统，选配了相对经济的实验系统配套设备，对实验系统的各设备进行了较合理的布局，设计出相应的管道将系统各设备连接起来，并且选用了相应的检测元件对喂料量、风量、粉尘浓度、电机转速进行检测。在Pro/E三维建模工具的基础上，对整个实验系统进行了实体建模。关键词：超细粉碎； 系统设计； 三维建模CXM80 Ultrafine Systems Design and Three-dimensional ModelingAbstract: Ultrafine grinding is the operation which grinds powder materials to a particle size of micro-level. This article outlines the development of ultrafine grinding technology, applicat ion and problems, Briefly present a typical ultrafine grinding and classification equipment.By the comprehensive analysis of ultrafine grinding and classification of technical stat us of ultrafine grinding typical production process, for CXM fine grade grinding, we have designed the experimental system of ultrafine grinding classification. For this experimental system,matching the relative economic experimental system ancillary equipment. Carry out a more rational layout of experimental system of the device, Design the corresponding pipeline system connecting the various equipment and use the corresponding components of the feed test feedrate, the air flow, dust concentration, motor speed detection.Based on the 3D modeling tool Pro / E, we modeled about the entire experimental system.Key words: Ultrafine grinding, system design, three-dimensional modeling 目 录摘要Abstract第1章 前言11.1 概述1 1.2 超细粉体技术的研究现状1 1.2.1 国外研究现状1 1.2.2 国内研究现状2 1.2.3 超细粉碎技术的进展2 1.3 超细粉体的特性与应用3 1.3.1 超细粉体的特性3 1.3.2 超细粉体的应用领域3 1.4 超细粉碎现存的问题及发展趋势4 1.4.1 超细粉碎现存的问题4 1.4.2 超细粉碎的发展趋势5 1.5 选题的意义和目的5第2章 超细粉碎与分级设备7 2.1 超细粉碎设备简介7 2.2 超细分级设备简介8第3章 超细粉碎与分级实验系统总体方案设计10 3.1 超细粉体典型生产工艺流程与实验系统10 3.1.1 典型超细粉体生产工艺流程10 3.1.2 实验系统的实验要求12 3.2 实验系统方案拟定12第4章 CXM80超细分级系统配套设备的选型计算 14 4.1 CXM80超细分级磨简介 14 4.2 确定实验系统所需风量15 4.3 除尘设备选型计算17 4.3.1 除尘设备的分类介绍17 西南科技大学本科生毕业论文 4.3.2 各方案中除尘设备的计算选型19 西南科技大学本科生毕业论文 4.4 离心式风机的选型计算26 4.4.1 离心式风机的性能参数26 4.4.2 各方案中离心风机的计算选型27 4.5 实验系统设备布局设计30 4.5.1 设备布置的原则30 4.5.2 实验系统设备布置31 4.6 实验系统管道设计32 4.7 检测装置的选用36 4.7.1 实验系统检测点的布置37 4.7.2 实验系统各量的检测37第5章 基于PRO/E的实验系统三维建模39 5.1 Pro/E 介绍39 5.1.1 Pro/E 的主要模块介绍39 5.1.2 Pro/E 的使用性能40 5.2 实验系统建模40 5.2.1 实验系统设备的实体建模41 5.2.2 实验系统管道的建模43 5.2.3 实验系统支架的建模45 5.2.4 实验系统总装配45结论 47致谢 48参考文献 49第 1 章 前 言1.1 概述超细粉体是指尺度介于分子,原子与块状材料之间的微小固体颗粒,包括金属,非金属,有机,无机和生物等多种材料颗粒。随着物质的超细化,其表面电子结构和晶体结构发生了变化,产生了块状材料不具备的表面效应,小尺寸效应,量子效应和宏观量子隧道效应,从而使超细粉体与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理,化学性质。超细粉体是现代高技术的起点,是新材料的基础。超细粉体以其独特的性质,在现代工业中占有举足轻重的地位。超细粉碎是为适应现代技术要求而发展起来的一种新的粉碎技术。超细粉体技术是20世纪80年代中期发展起来的新兴学科,超细粉体几乎应用于国民经济的所有行业,它是改造和促进油漆涂料、信息记录介质、精细陶瓷、电子技术、新材料和生物技术等新兴产业发展的基础1。随着无机矿物及金属粉体的超细化，使这些粉体具有了许多特殊功能，称之为功能粉体材料。同时，超细粉体材料产业的发展可带动一批新兴产业，并给传统产业注入新的活力。1.2 超细粉体技术的研究现状1.2.1 国外研究现状在先进的工业化国家,微米级超细粉碎分级设备已渡过了其发明时期,而进入成熟、配套、完善的阶段。超细粉碎分级设备的性能大大改善,设备研究在朝着亚微米级超细粉碎和微米级精密分级的方向发展。粉碎技术的发展主要表现在产品微细化、微粉功能化、设备自动化、节能新工艺和新设备及低污染高硬度材料的应用等方面。国内研究开发超细粉碎分级的单位逐年增多,从仿制设备开始,逐渐过渡到开展工艺基础研究,开发适合国情的设备,以满足国内市场日益增长的需求。近年来,国外对超细粉碎及分级设备、工艺、微细颗粒粒度测定等方面的研究十分活跃,这是由于国外在复合材料、新型陶瓷、电子材料等许多尖端技术方面迅速发展而决定的。早在80年代初期,日本已将超细粉体的研究列为材料科学与工程领域的四大研究任务之一,并组织一批科学家对其性质、制备方法及应用等方面进行协作开发研究,美国、前苏联、法国、德国在超细粉体的应用方面也取得了较丰硕的成果。我国对超细粉体的研究虽然起步较晚,但近几年形成了研究热潮,超细粉体将随着研究的深入和应用领域的扩大而愈来愈显示其巨大的威力2。1.2.2 国内研究现状中国工业化的超细粉碎与精细分级技术的发展及设备的制造始于20世纪70年代末和80年代初。迄今为止,中国超细粉碎技术与设备的发展大体上经历了3个阶段:从80年代初至80年代中期以引进国外技术和设备为主,期间国内的超细粉碎技术、设备制造和工艺刚刚起步,许多方面还基本上是空白；80年代中期至90年代中期是引进国外技术、设备与国内仿制、开发同步进行的时期,我国的主要超细粉碎和分级设备研发机构和制造厂商基本上是在这一阶段发展和形成的；90年代中期以后,进入了自主开发和制造为主、引进为辅的阶段,期间建立的超细粉体加工厂大多采用国产技术和设备。从1995年至今,我国超细粉碎与精细分级技术及设备取得了明显的进展,具有自主知识产权或发明专利的超细粉碎技术和设备的数量较前10年显著增加。这一进展主要体现在设备的处理能力、耐磨性、工艺配套和自动控制等综合性能以及超细粉体的生产能力、产品质量、单位产品能耗等方面3。自20世纪80年代以来,我国粉碎工程学术界较为活跃,其主要目标在于提高粉碎过程的效率和满足工业上某些物料产品的粒度要求。对粉碎机研究的大规模兴起,始于80年代中期,当时主要注意力在两方面:其一是湿式超细粉碎机、搅拌球磨机和塔式磨机的研究；其二是干式气流粉碎机的研究。当时,我国主要以引进国外先进的设备和技术为主,同时,国内技术人员进行了大量研究开发工作,经过十几年的努力,国内已能生产各种气流磨、高速冲击磨、搅拌磨、振动磨,有的设备在性能上已接近国外同类设备的水平。总的说来,与国外的先进技术设备相比,我国的超细粉碎技术仍存在一些问题: 1、已研制出的各种型号规格的超细粉碎设备中,有些在结构设计、材质及加工精度等方面,与国外先进设备相比还有一定差距；2、产品的深加工档次低、系列少,对用户的需求针对性差；3、缺少高效的超细分级设备与粉碎设备配套。1.2.3 超细粉碎技术的进展超细粉体的制备主要有化学法(溶液法、气相法、盐分解法、激光法等) 和机械粉碎法。随着超细粉碎设备的新型化、高效化和超细粉体产量的日益需求,以及产业化发展的需要,机械法制备超细粉体在材料及矿物加工工业中已显示出更大的优越性,至今国内外已开发出气流磨、雷蒙磨、高压辊磨、离心磨、胶体磨、振动磨、搅拌磨等超细粉碎设备,随着物料性质的变化和使用要求不同,对某些超细粉碎设备作了相应的技术改造。要实现用机械粉碎法制备超细粉体必须具备两个重要的条件:1、粉碎能量高度集中；2、对物料作出强烈的剪切和磨剥作用。近几年国外在超细粉碎设备中取得了很大的突破,比较典型的有:1、前苏联的“依列粉碎机”；2、西欧国家的JIYU粉碎机；3、德国Alpine公司的流态化床逆向气流磨(AFG)；4、日本的MICROS超细粉碎机、MF细磨机和PJM流磨。这些设备在结构和条件合理时,能使物料粉碎到5m以下,甚至2m的超细粉体。1.3 超细粉体的特性与应用1.3.1 超细粉体的特性超细粉体表面能的增加,使其性质发生一系列变化,产生超细粉体的“表面效应”；超细粉体单个粒子体积小,原子数少,其性质与含“无限”多个原子的块状物质不同,产生超细粉体的“体积效应”,这些效应引起了超细粉体的独特性质3。1、比表面积大。由于超细粉体的粒度较小,所以其比表面积相应增大,表面能也增加。比表面积大,使其具有较好的分散性和吸附性能。2、活性好。随着粒度的变小,粒子的表面原子数成倍增加,使其具有较强的表面活性和催化性,可起补强作用,参与反应可明显加快反应速度,具有良好的化学反应性,超细粉体的性质主要表现在表面性质上。3、熔点低。许多研究表明,物质的粒径越小, 其熔点就越低。4、磁性强。超细粉体的体积比强磁性物质的磁畴还小,这种粒子即使不磁化也是一个永久磁体, 具有较大的矫顽力。5、光吸收性和热导性好。大多数超细粉体在低温或超低温下几乎没有热阻,银粉在超低温下具有最佳的热传导性。1.3.2 超细粉体的应用领域超细粉体的特性决定了它应用的广泛性。由于超细粉体的特殊性质,国内外已广泛看好超细粉体在材料工业中的巨大市场,特别是随着应用领域对材料的结构和功能提出更高、更新的要求,人们已不满足于将超细粉体简单地作为填料及添加剂使用,而是将其看成是21世纪的新型功能材料4。超细粉体的主要应用领域为：1、化工、轻工行业。（1）作橡胶、塑料填料, 降低成本, 改善制品性能(补强性能)；（2）可使油漆、油墨悬浮体稳定, 不沉降, 产品优良；（3）提高反应速率。2、微电子工业。电子浆料、磁记录材料和电子陶瓷浆料等。3、医药、农药行业。农药药剂、粉状药剂。超细粉药可提高药效,降低药耗。4、食品工业。天然花粉作保健品, 各种天然超细营养品。5、材料工业。磁性材料、粉末冶金、精细陶瓷和电子材料等。6、难浸金矿石的超细磨矿，机械合金化，非金属矿的超细磨矿，精细陶瓷、耐火材料和磨料，超细高炉水淬渣与超细水泥，生物技术、食品和药品。超细粉体在许多领域具有广泛的用途，尤其是纳米级超细粉体结构材料的市场较大。随着无机矿物及金属粉体的超细化，使这些粉体具有了许多特殊功能，称之为功能粉体材料。同时，超细粉体材料产业的发展可带动一批新兴产业，并给传统产业注入新的活力。目前全球性的市场竞争促使人们不断地追求高质量的产品,这为粉体工业的新技术、新工艺和新设备的开发提供了广阔的市场,同时也是促使粉体技术发展的原动力。因此，开发设计出对应的超细粉碎与分级实验系统，将超细粉体设备的理论研究与实践研究相结合，对于新型超细粉体设备的研究具有不可估量的意义。1.4 超细粉碎现存的问题及发展趋势1.4.1 超细粉碎现存的问题尽管我国超细粉碎工程有了较大的发展,但是面临着“入世”问题,我们应冷静地思考这一工程所存在的不足之处,这对今后我国超细粉碎工程的发展会有好处。目前,我国非金属矿超细粉碎技术存在的主要问题是:1、理论研究跟不上形势需要。纵观90年代始末,国内发表的与超细粉碎相关的文献期刊、会议文集不少,但是涉及到超细粉碎和超细分级理论研究的文章太少,这也反映出我国的超细粉碎理论研究远跟不上形势需要,这也使与其相关的设备研究及工艺研究受到一定的阻碍。2、大型设备不足。虽然我国目前生产设备厂商不少,各种超细粉碎设备基本上都能生产,但是,与欧美及日本等国相比,我国的大型设备明显不足。在超细粉体加工中,采用大型设备可以降低单位产品能耗、简化工艺和减少占地面积,从而减少单位产品的设备投资和生产成本。随着超细粉体市场的不断扩充和生产规模的扩大,对大型超细粉碎和精细分级设备的需求将不断增加,如果届时国内不能生产,将不得不从国外进口。3、工艺控制技术落后。目前我国大多数超细粉碎工艺设备及生产线基本上依赖于人工凭经验进行操作或控制,从而使产品质量不能稳定。4、磨耗和单位产品能耗偏高。磨耗主要与材质有关,单位产品能耗偏高主要与超细粉碎设备处理能力小、粉碎能量利用率低、工艺复杂等有关。5、特殊粒形超细粉体的生产工艺和设备落后。最明显的例子是大径厚比白云母粉,目前我国还没有能稳定加工满足市场需求的大径厚比白云母粉的超细粉碎工艺和设备。6、现有设备的可靠性问题。7、缺少信息交流。8、大部分设备都欠缺考虑粉碎与分级之间的相互影响关系，设备的一些结构参数也是粗略估算，并未得到系统地优化。1.4.2 超细粉碎的发展趋势为了解决上述问题,满足相关应用领域对非金属矿产品超细化、窄分布和大批量生产的要求,预计21世纪初我国超细粉碎和分级技术的主要发展趋势是:1、在现有超细粉碎设备基础上完善工艺配套,开发分级粒度细、精度高、处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备；2、发展粉碎极限粒度小、粉碎比和处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、适用范围宽或者可用于低熔点、韧性、高硬度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；3、开发粒度大小和粒度分布的自动监控技术,完善现今的粒度检测方法和仪器。未来10 年我国将在大型超细粉碎设备和大型、窄级别精细分级设备以及高长径比硅灰石、透闪石粉体和大径厚比湿磨云母粉专门加工工艺与设备方面获得突破。1.5 选题的意义和目的通过对选题的了解和分析，能够在指导老师的指导下独立完成该设计。强化我们对基本知识和基本技能的理解和掌握，培养收集资料和调查研究的能力，一定的方案比较、论证的能力，一定的理论分析与设计运算能力，进一步提高应用计算机绘图的能力。培养自学能力和对于自学知识的应用能力，并且在设计中学习知识的同时不断增强自己的自信心，使自己有信心和能力独立完成该项任务。另外对培养学生独立思考问题和解决问题的能力，为今后工作做好技术储备，都具有十分重要意义。选题的首要目的就是设计开发出具有粉碎与分级功能的实验系统平台，为进一步研究粉体粉碎与分级之间的关联性、优化粉碎与分级设备的结构参数提供硬件支持。更重要的是，实验系统的一些实验数据对于新型粉碎与分级设备的设计开发和粉体技术的理论研究具有重要意义。第 2 章 超细粉碎与分级设备2.1 超细粉碎设备简介超细粉碎设备主要是指以机械法生产超细粉为主的各种与粉碎相关的设备5，目前国内主要的超细粉碎设备有以下几种6：1、 球磨机球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业，可分为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机、小传动齿轮、电机、电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。本机运转平稳，工作可靠。2、 振动磨振动磨是一种新型的高效制粉设备，有单筒式、双筒式和叁筒式叁种结构型式，其中2ZM系列振动磨运用范围最为广氾。振动磨是利用圆筒的高频振动，筒中的钢球或钢棒介质依靠惯性力冲击物料，介质冲击物料时的加速度可达10g-15g，因此具有结构紧凑、体积小、重量轻、能耗低、产量高、粉磨粒度集中、流程简化、操作简单、维修方便、衬板介质更换容易等优点，可广氾用於冶金、建材、矿山、耐火、化工、玻璃、陶瓷、石墨等行业制粉。 振动磨机主要由底架、机体支架、隔音罩、机体、磨筒、激振器、衬板、弹性职称、磨破介质和驱动电机等几部分组成。3、 搅拌磨搅拌磨机(stirred mill)利用搅拌装置使研 磨介质运动而产生冲击、剪切、研磨作用，从而粉碎物料的设备。常规磨机是靠筒体运动带动研磨介质运动，搅拌磨机输入的功率直接用于搅拌机构的旋转，使研磨介质运动而粉碎物料，故其能量效率高于常规磨机和振动磨机。搅拌磨机可以间歇或连续生产。根据筒体形状可分为槽型、环型、立式等类型。4、 塔磨机塔磨机主要由传动系统、塔体、螺旋搅拌器 、保护衬里等。塔磨机的工作原理是，低速旋转的搅拌螺旋运转过程中由于离心力、重力、摩擦力的作用造成粉碎介质与物料实现有序方式的运动循环和宏观上的受力基本平衡，其运动过程见黑箭头所示，在搅拌螺旋内为小于提升速度的螺旋式上升，在内衬与螺旋外缘间为螺旋式下降。然而在微观上由于其受力的不均匀性形成动态的运动速差、受力变化，造成物料被强力挤压、研磨以及物料之间的受力折断、微剪切、劈碎等终合作用。合格物料的输送则是随输送介质上升，其运动过程见白箭头所示，并进行内部分级后从塔磨机本体上部自流溢出。塔磨机的工作原理还表现在：粉碎介质与物料之间的充实度高，球与球、球与塔磨机衬里及搅拌螺旋体的碰憧很少；整个转动部分在宏观上受力的平衡处理使支撑系统受力很小，轴承的能耗也很小；达标的物料总是较未达标的物料容易到达排料口附近，塔磨机很容易就实现了粉碎过程的内部分级，过粉碎现象大为减少 。塔磨机的工作原理属搅拌磨类别，由于塔磨机搅拌转速较其它搅拌磨低且塔磨机内机械零件无相对运动，以及搅拌介质为有序滚动，所以塔磨机有更广泛的用途。5、 气流式粉碎机气流粉碎机主要适用于的粉碎机理决定了其适用范围广、成品细度高等特点，典型的物料有：超硬的金刚石、碳化硅、金属粉末等，高纯要求的陶瓷色料、医药、生化等，低温要求的医药、PVC。通过将气源部份的普通空气变更为氮气、二氧化碳气等惰性气体，可使本机成为惰性气体保护设备，适用于易燃易爆、易氧化等物料的粉碎分级加工。2.2 超细分级设备简介超细粉碎是一概率过程，其产物具有一定的粒度分布，将合格细度的产品取出或将不能满足要求的大颗粒去除，是获得指定细度产品的重要环节。随着所需粉体细度的提高及产量的增加，分级技术的难度也越来越大,超细粉体的分级技术已成为制约机械法制备超细粉体技术发展的关键。目前，国内外研制的超细分级机种类繁多,在生产中应用的主要有以下几种6：1、MC 型超细分级机这种分级机无运动部件，靠两相流沿器壁的旋转流动所产生的离心力场进行分级。其原理是：夹带分散颗粒的气固两相流在负压的吸引下进入上部的旋流腔,在导向圆锥体的引导下以稳定的浓度进入分级室，在离心力的作用下被分离成粗细两种颗粒。细粉通过分级锥体上部的中心通道，由入口进入的二次空气夹带，从出口排出分级机；粗粉则沿着分级锥体落入粗粉室。2、SPC 型涡轮分级机SPC 型涡轮分级机是在80年代后期出现的。其工作原理是:粉体进入分级机后，由分散叶片和圆盘两级分散系统充分分散，粗颗粒在转子的离心力的作用下抛向出口方向，细颗粒与附属叶片产生的空气流混合，通过分级叶片后进入涡型管罩中，由布袋收尘器收集。分级机的切割粒径可通过改变转子速度或空气流速来调整。3、离心转子式超细分级机该分级机是分级设备中的主导产品，现有多家公司生产,其关键部件略有不同。分级机工作部件主要是一高速旋转的转子，当气固两相流通过转子间隙由外向内运动时，颗粒在离心力场作高速旋转。较大的颗粒在强大离心力的作用下，被抛向器壁而失去动能，并在重力作用下,由排料口排出；较小的颗粒则在气体粘滞力的作用下，随气流向转子内部运动，成为产品而由出料口排出。4、多转子微粉分级机本分级机是由上部多个转子构成的分级腔和底部分散装置组成的大处理量分级机。原料在分级机的底部被流化分散,然后被上升气流带入分级区。细粉通过转子叶片后在上部提出，进入收集器。粗粉及团聚颗粒在下落过程中，与切向导入的二次气流相遇再次分散后，通过底部的出口阀卸出。该机专门为高细度、大处理量的分级过程而设计。5、离心涡轮式超细分极机实验用分级机的处理能力240kg/h，转子转速1200 3500r/ min ，主轴电机功率415kW，产品细度d97为11530m，产品细度可根据工艺要求，通过改变分级机的操作参数调节控制。第 3 章 CXM80超细粉碎系统总体方案设计3.1 超细粉体典型生产工艺流程与实验系统系统是完成超细粉碎任务所需设备和辅助装置的总和，流程反映了系统中设备之间的逻辑关系和物流走向规律，工艺设计的第一步就是确定系统和流程。根据所处理物料的性质、产品粒度分布、产量、主机特性及投资的大小，可采用相应的超细粉碎分级系统。不同的系统各有其优缺点及其适应范围，合理地选择系统和流程对保证正常生产，降低消耗有着十分重要的意义。系统的选定直接关系着主机设备能力的发挥，由于我们初次接触超细粉体制备工艺系统，对其了解不深，设计经验也极度缺乏，因此通过分析研究典型的工艺流程系统对我们有巨大的帮助。以下几个工艺流程系统就是实际中典型超细粉体生产工艺流程系统。3.1.1 典型超细粉体生产工艺流程 1、系统串联超细分级机（1）产品结构800120目（通过率以上）超细粉，325600目普通粉。两种产品同时生产。生产能力：8001200目超细产品：以上，年生产能力。325600目普通产品：平均以上，年生产能力。其流程图如图3-1所示：图3-1 串联超细分级机改造雷蒙磨系统流程（2）工艺特点根据作者掌握的超细粉体加工技术，对上述两个问题采取如下方案：改造原有雷蒙磨的分析器，严格控制大颗粒；选用三转子离心转子式分级机对出磨的产品进行分级，同时获得粗细两种产品；改造现有的大旋风除尘器，提高对产品的捕集能力。取消原有的小旋风除尘器，用布袋除尘器代之。目的在于提高对回风中微细粉的捕集能力，减少对周围环境的污染同时降低磨机内部热量的聚集7。2、系统串联超细分级机滑石是容易粉碎的矿物，对于它的超细粉生产关键问题是能否高效率地分级。为此，选用多转子离心式气流分级机，从技术上以小转子直径保证分级的精度，以多转子来保证大的处理能力。为了使工厂有较好的工作环境条件，粉碎分级系统均选用风力输送物料，产品用袋式除尘器收集。由于气流量大，粉尘浓度高，故选用FD型反吹风式布袋除尘器。冲击磨生产线如图3-2所示：图3-2 冲击磨配合干式搅拌磨磨滑石超细加工线3、超细粉连续改性生产线塑料橡胶等行业使用的无机填料在超细加工处理后需要进行表面处理，目的是增加填料与聚合物的相容性。目前我们国家多数采用批次高速搅拌措施，这种批次生产有许多缺陷：作业不连续，操作不稳定；微细粉体容易团聚，形成药剂包覆假的大颗粒，而大颗粒内微细粉接触不到改性剂。本系统可克服以上缺点，达到连续生产，同时完成对物料改性的预处理和后处理。本工艺系统主机有高速改性机、加热搅拌机等组成。其流程如图3-3所示：图3-3 超细粉连续改性生产线被改性物料从料仓经卸料器均匀地加入到加热搅拌机内进行加热，脱去覆盖在颗粒表面的水分，使改性剂与颗粒良好接触。经加热处理的物料，进入到高速改性机内，高速分散改性。与此同时，改性剂高压雾化喷入改性机内，对物料进行表面处理。通过三级高速分散改性后，物料在风力的抽吸下由旋风收尘器进行捕集，物料借助空气将改性后的物料快速冷却，巩固改性效果。系统有布袋收尘器二次捕集，整个系统成负压操作，无粉尘污染。3.1.2 实验系统的实验要求随着超细粉体技术的迅猛发展，形式各样的超细粉碎与分级设备也相继出现，为了检测设备的粉碎或者分级效果，就有必要设计出相对应的实验系统平台，以此验证设备的性能参数和工作效率。另外，超细粉碎与分级实验系统的建立，有利于研究粉体粉碎与分级之间的关联性、优化粉碎与分级设备的结构参数。更重要的是，实验系统的一些实验数据对于新型粉碎与分级设备的设计开发和粉体技术的理论研究具有重要意义。为了实验上述目的，建立超细粉碎与分级实验系统必须满足以下一些要求：1、 粉碎与分级设备进风口风量、转子转速和喂料量为可变参数，可以在实验中进行检测。2、 实验系统须满足设计产品纲领，同时要考虑到节省投资、降低能耗、减少磨耗、满足环保等相关法规。3.2 实验系统方案的拟定根据提出的实验目的和实验要求，联系前面典型的超细粉体生产工艺流程，目前拟定出了以下两种方案：1、CXM80超细分级磨旋风收尘器袋式收尘器离心风机2、CXM80超细分级磨袋式收尘器离心风机这两种实验方案都各有优劣，应该结合实验系统要求选择。1、CXM80超细分级磨旋风收尘器袋式收尘器离心风机这个实验方案符合一般的粉碎除尘系统的方案，由CXM80超细分级磨、旋风除尘器、袋式收尘器、离心风机组成。物料在CXM80超细分级磨的粉磨室中进行粉磨之后，被带入CXM80超细分级磨的分级室中进行首次分级，合格的产品和气体则进入旋风收尘器和袋式收尘器进一步分级。在旋风除尘器中，可以除去80%的粉尘，在袋式除尘器中除去剩下的20%，最后进入离心风机的风则为含尘浓度达到国家规定排放标准的含尘气体。这个方案能够有效地除去气体中的颗粒达到国家的排放标准，工作性能比较稳定，而且成本较低，只需要选择较方案二中便宜的除尘设备即可达到要求，是一种较好的实验方案。2、CXM80超细分级磨袋式收尘器离心风机这个实验方案由CXM80超细分级磨、袋式收尘器、离心风机组成，和方案一比较起来减少了旋风除尘器的使用。由于减少了一个设备的使用，也就节约了空间。也许从表面上来看是减少了一个设备也就减少了费用，但实质上却增加了费用，因为没有了旋风除尘器，那么所有的除尘作用将交给袋式收尘器，必然需要选用一个性能较好的袋式收尘器，价格也就更贵，其实是增加了费用。而且会增加袋式收尘器的工作负担，工作负担太大会导致袋式收尘器工作性能不稳定，继而又增加排风装置的负担，导致各装置寿命减短。如果增加旋风筒的使用，这就分2级处理CXM80超细分级磨出来的粉尘，使处理过排除的风更加清洁，降低了各设备的损耗，也可以选择一个较便宜的袋式收尘器即可满足要求，因而也减少了费用，效果也更好。总结：通过对这两个方案的分析比较，得出方案一为最优方案，因此最终决定采用方案一。第 4 章CXM80超细分级系统配套设备的选型计算整个超细分级系统是根据CXM80超细分级磨建立起来的，首先我们要了解CXM80超细分级磨的主要部件和工作原理，然后才能够进行后面其他设备的选型。4.1 CXM80超细细分级磨简介图4-1 CXM80超细分级磨1-机座；2-磨机电机；3-二次进风口；4-分级机电机；5-皮带；6-分级机主轴；7-分级叶轮；8-气动密封装置；9-细粉出料管；10-给料管；11-磨机转子；12-主进风口；13-磨机主轴；14-皮带实验对象是CXM80超细分级磨，构造简图如图4-1所示，工作时，物料经加料装置送入粉碎室，利用围绕水平或垂直轴高速旋转转子上的冲击元件（叶片、刀片、锤头、棒等）对物料施以激烈的冲击，实现元件与物料、物料与固定体（筒体内衬）以及物料与物料之间产生强烈的冲击碰撞。同时，机械冲击式超细分级磨机中具有物料与元件及固定体的剪切效应、研磨效应以及元件在高速运动过程中与固定体之间产生的涡动气流粉碎效应，从而对物料以强大力量进行粉碎。粉碎后的物料随上升气流一起运动到粉碎室上部一定高度，粗颗粒在重力作用下，沿粉碎室壁面回落到粉碎室下部，细粉随气流一起运动至上部的涡轮分级机进入分级室进行分级。在高速涡轮所产生的流场内，不合格的粗粉在离心力作用下被抛向筒壁附近，并随失效粗粉一起回落到粉碎室下部再进行粉碎；而符合细度要求的细粉穿过分级叶轮从细粉出料管排出送至旋风分离器作为产品收集，少量细粉由旋风除尘器和袋式收集器做进一步气固分离8。图4-2是用PRO-E三维造型软件画出的CXM80超细分级磨的三维模型。图4-2 CXM80超细分级磨三维模型4.2 确定实验系统所需风量由已知可得，已知的实验装置CXM80超细分级磨要把直径为的重质碳酸钙托起。由CXM80超细分级磨的工作原理可知，重质碳酸钙是通过气力输送的作用而托起的，我们需要确定把直径为的重质碳酸钙托起所需的风量。在常温下，空气密度为空气密度为： (4-1)空气粘度为：，的重质碳酸钙密。在CXM80中，已知它的截面面积，Q=SV，那么要知道风量，只需要知道气流速度即可。气流速度必须要大于颗粒的悬浮速度才可以把颗粒托起。那么，我们需要求得颗粒的悬浮速度9、10。颗粒可分为三个区：粘性阻力区、过度区、压差阻力区。粘性阻力区：即斯托克斯区，悬浮速度为： (4-2)粒径范围为： (4-3)过度区：即阿连区，悬浮速度为： (4-4)粒径范围为： (4-5)压差阻力区：悬浮速度为： (4-6)粒径范围为： (4-7)球体的自由悬浮速度()球体的直径() 球体的密度()空气的密度()重力加速度，假设斯托克斯区的公式可以应用，则斯托克斯区粒径范围为，运用公式(4-3) 重质碳酸钙的直径为，小于，那么，的重质碳酸钙属于斯托克斯区（粘性区）的粒子。那么，它的悬浮速度为，运用公式(4-1)：复核：颗粒雷诺数 (4-8)故遵从斯托克斯公式。不规则形状颗粒的悬浮速度为修正后的速度，那么经修正后的速度为： (4-9)在气力输送设计中，正确地选择气流速度是十分重要的，这是因为输送气流速度与输送状态是相互联系的，如输送气流速度过小，颗粒在管底沉积，易造成管道堵塞，如气流速度过大，则消耗能量大并增大管道和部件的负担。从一般道理上讲，气流速度大于颗粒的悬浮速度，颗粒就能浮动起来，但实际上考虑到，颗粒相互间和颗粒与管壁间的摩擦和冲撞，此外还考虑到管壁有边界层的存在，因此要选择比颗粒悬浮速度高得多的气流速度，即： (4-10) (4-11) (4-12)式中，气流速度颗粒速度临界气流速度 颗粒悬浮速度CXM80超细分级磨上最大截面的直径是850mm，则面积为： (4-13)那么输入风量至少应为： (4-14)所以取风量 ，满足条件。4.3 除尘设备选型计算将含尘空气中的的粉尘分离出来并收集的过程，叫做收尘。收尘操作不限于除去有害物质这一消极的意义，而往往通过回收粉尘直接用于工业生产，因此收尘操作将有着更大的发展。收尘设备简称收尘器，是用来收集生产过程中排放出来的粉尘，以适应生产工艺过程的需要或者满足环境的卫生条件11-14。4.3.1 除尘设备的分类介绍收尘设备种类很多，目前尚无统一的分类方法。为了将超细粉体颗粒从含尘气体中分离出来并捕集回收，总是要利用作用于超细颗粒上的力、重力、惯性力、离心力、热力、扩散粘附力、静电力以及声波力等一种或数种以上的力。按是否用水（或其他液体）作为介质捕集粉尘，分为干式和湿式两类。按工作方式的不同，收尘设备又可分为：1、 重力收尘设备：靠重力的作用使气流中的粉尘分离，例如降尘室等。最小收尘粉径 。2、 惯性力收尘设备：靠气流运动方向改变时的惯性力使粉尘的分离，例如旋风收尘器。最小收尘粉径 。3、 过滤作用收尘设备：利用过滤的方法使气流中的粉尘分离，例如袋式收尘器等。最小收尘粒径为以下。4、 电收尘设备：靠电场作用使粉尘分离，例如电收尘器等。最小收尘粒径为以下。为了提高某些收尘设备的在处理微细尘粒时的收尘效率，近年来开始使用超声波聚集结法或湍流聚结法，使尘粒在未进入收尘设备之前先行聚结为较大的颗粒，最小收尘粒径可达以下。1、 旋风除尘器旋风收尘器上利用含尘气体高速旋转分离的收尘设备。它由带有锥形底的外形筒、进气管、排气管、灰仓和锁风阀等组成。含尘气体由进气管以较高的速度沿外筒的切线方向进入器内，沿内筒（排气管）外的环形空间产生强烈的旋转运动的同时，分成向上、向下的两股旋转气流。向上的气流至顶盖后向下回旋；向下的气流由于内外圆筒及顶盖的限制，在内外圆筒之间作自上而下的螺旋运动，形成一股外旋流。在旋转过程中，大部分尘粒在惯性离心力的作用下甩向筒体周边，撞击到器壁，失去动能，沿器壁滑下，落到灰仓中。灰仓下部有锁风闸门，积集在灰仓内的尘粒经过闸门卸出。旋转下降的外旋气流随锥筒的收尘器中心靠拢，脱除尘粒后的气流接近锥筒底部时，便折回旋转上升，形成一股自上而下的螺旋运动的内旋流，并经过中心的排气管从顶部作为净化气体排出。旋风除尘器的主要优点是：结构简单，容易制造，尺寸紧凑，操作管理方便，在处理含以上的气体时，可以有比较合理的收尘效率，例如含尘浓度时，收尘效率也很高。缺点是：流体阻力损失较其他的收尘设备大，因而电耗高；壳体容易磨损；要求处理气体量稳定，每因气体流量降低，收尘效率下降得很厉害。要求卸料闸门不漏风，否则就难于保证较高效率操作。旋风收尘器在许多工业中有广泛应用，经过多次改进，有许多类型。按结构及各部分尺寸比例的不同，有螺旋型、涡旋型、扩散式、旁路式、组合式旋风除尘器以及其他专用旋风除尘器等。每种类型按尺寸大小又各成系列。每种收尘器有两种出风方式：X型（又称I型）为水平出风，一般为吸入式，用于负压操作。Y型（又称型）为上部出风，一般为压入式，用于正压操作，但也可为吸入式，用于负压操作。前者的中心排风管的顶部装有水平出风蜗壳帽。蜗壳为渐开线或对数螺旋形。能把排出气体的旋转运动平缓地改为直线运动，从而减少气流排出时的阻力损失。旋风除尘器在硅酸盐工业中广泛应用，一般作为初级的收尘器使用。2、 袋式收尘器袋式收尘器是一种利用多孔纤维将气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。袋式收尘器的工作原理是：把顶部封闭的圆形滤袋朝上并排悬吊在过滤室内，含尘气体从下面送进滤袋内。气体穿过滤袋经排风口排出。尘粒被滤袋截留，积集在滤袋内壁是形成尘粒层。为了使滤袋保持通畅，在适当的间隔时间内进行清理一次。通过清灰机构使积聚在滤袋内表面上的尘粒振落到灰仓后排出。过滤和清灰交替进行。袋式收尘器的主要元件是滤袋，滤袋的材料为滤布。作为收尘使用的滤布，织法与一般的布匹不一样。滤布既要均匀致密，又要有一定的孔径，使具有一定的透气性和抗拉、抗剪的机械强度，流体阻力小。当处理高温气体或含腐蚀性介质的气体时，还要求具有良好的耐热和耐腐蚀性能，这样才能延长滤袋的使用周期，保持较高的收尘效率。滤袋的形状可做成各种各样，随收尘器的结构形式而定。袋式收尘器的清灰方式按工作原理及结构特点，可分为机械振打式和气体反吹式两类。袋式收尘器的类型很多，按滤袋形式分，有扇袋式收尘器和圆袋式收尘器；按入袋气流形式分，有正压鼓入式和负压抽吸式；按清灰方式分，有机械振打袋式收尘器（包括