第三章 粉体分级.ppt

1、第三章 粉体分级,本章提要 根据生产工艺的要求，把粉碎后的产品按某种粒度大小或不同种类的颗粒进行分选的操作过程称为分级。分级的方式有两种，一是筛分，即将固体颗粒混合物通过具有一定大小孔径的筛面而分成不同粒度级别的筛分过程；二是在流体中进行分级，即利用颗粒在流体介质(水或空气)中沉降速度不同，进行分级的操作，如在水泥生产中，将出磨物料按对产品细度要求通过选粉机进行的选粉操作的过程。筛分一般适用于粒度大于0.05mm的物料分级。粒度小于50m的物料适合于用是流体分级设备进行分级。 分级的主要作用 一是提高粉碎效率，降低能耗，及时将合格的产品选出，减轻过粉磨现象和微细颗粒在粉碎过程中的团聚； 二是确

2、保产品的细度和粒度分布。本章主要介绍了分级的意义、分级效率、分级流程、分级机械（结构、原理、性能及应用及维护；以及影响分级机工作性能的主要因素等。,1-流化管；2-多孔板；3-固体颗粒4-流体入口；5-压强计 图2-5 流化管示意图,图2-6 理想流态床的压降、空隙率与流速的关系,上次教学内容检查与回顾20100518,1.据图分析颗粒流体三种流态特征,第一节分级性能的评价指标,1分级效率 1.1分级效率定义 分级操作后获得的某种粒度的质量与分级操作前粉体中所含该粒度的质量之比称为分级效率，用式（3-1）表示。,式中：分级效率； m0、m分别为分级前粉体中某种粒度的质量和分离后获得的该粒度的质

3、量。,3-1,式（3-1）反映了分级效率的实质，但使用并不方便。工业连续生产中处理的物料量大，mo和m不易称量，即使能够称量，分离产品中也不可能完全是要求的颗粒，可以采用部分分级效率和综合分级效率来评价分级效率。下面以粒度分级为例推导分级效率的实用公式。 部分分级效率用粒径的连续变量表示分级性能。把连续变化的粒径分成几个区间，计算各区间的回收率，得到如图3-1所示的部分分级效率曲线。 设分级前粉体、分级后粗粉和细粉的总质量分别为F、T、G，其中合格细颗粒的含量分别为a、b、c，又假定分级过程中粉体无损耗，则根据物料质量平衡，有,图 3-1圈流粉磨系统流程图,选粉机效率计算公式,F T G （3

4、-2） FaTbGc (3-3),由式（3-2）b-（3-3）得 F(b-a)=G(b-c) G/F=(b-a)/(b-c) (3-4) 由式（3-2）c-（3-3）得 F(c-a)=T(c-b) T/F=(c-a)/(c-b) (3-4b),(3-5),由式（3-5）知：要提高，须增加c,减小b,再将某粒级的筛余的关系a100-a，c100-c，b=100-b代入上式，最后得,（3-6）,上式就是直接由筛余计算选粉效率的公式。,1.2 综合分级效率(牛顿分级效率),综合分级效率 (牛顿分级效率) 牛额分级效率是综合考察合格细颗粒的收集程度和不合格粗颗粒的分离程度，该指标更能确切地反映分组设备

5、的分级性能，其定义为合格成分的收集率不合格成分的残留率。数学表达式为,(3- 7),(3-8),可以证明，牛顿分级效率的物理意义是粉体分级中能实现理想分级(即完全分级)的质量比。,1.3 部分分级效率,(将粉体按粒度特性分为若干粒度区间，分别计算出的各区间颗料的分离率，以p表示。 如图3-2(a)所示，曲线a、b分别为原始粉体和分级后粗粉部分的频率分布曲线。设任一粒度区间d和d+d之间的原始粉体和粗粉的质量分别为。wf和wb则以粒度为横坐标，以wb /wf 为纵火标，可绘出如图3-2所以的曲线c，该曲线称为部分分级效率曲线 部分分离效率曲线也可用细粉相应的频率分布计算并绘制曲线，如图3-2(b

6、)中的虚线,图 3-2,2.循环负荷,循环负荷（或称循环负荷率）是指选粉机回料量T与成品量G之比，也是圈流粉磨系统的一项重要工艺参数。 根据式（3-2）、（33）可得出循环负荷为： L=T/G=(c-a)/(a-b) （3-9）,在圈流粉磨操作中，在磨机粉磨能力与选粉机的选粉能力基本平衡的条件下，在一定范围内适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快，增大细磨仓的物料粒度，减少衬垫作用和过粉碎现象，进一步强化了磨机的粉磨能力，使整套粉磨系统的生产能力提高。 如果粉磨水泥，当循环负荷增加时，也增加了回料中所含的水化较慢的3080m颗粒，经过磨机的再粉磨，就能增加水泥中小于 30 m的微粒含量，以提高水

7、泥强度。因此，适当增大循环负荷是有好处的。但是若循环负荷过大，会使磨内物料的流速过快，因而粉磨介质来不及充分对物料作用反而会使水泥颗粒组成过于均匀，小于 30m颗粒的含量少，以致水泥强度下降。当循环负荷太大时，选粉效率会降低过多，甚至会使磨内料层过厚。出现球料比过小的现象，粉磨效率就会下降。结果使磨机产量增长不多，而电耗由于循环负荷增长而增加，在经济上不合算。,因此，循环负荷应有一合理的数值。圈流粉磨系统只有当循环负荷控制在适当大小的情况下操作，才能获得优质高产的结果。循环负荷与粉磨方法和流程，磨机长短和结构等因素有关，,图3-3使用旋风式选粉机的粉磨系统,采用圈流粉磨系统时，磨机和分级设备组

8、成了一个有机的结合体。图3-3为使用旋风式选粉机的粉磨系统，物料从磨头仓1经喂料机2喂入球磨机3中，经过粉磨后从磨尾排出，用螺旋输送机4、斗式提升机5运送到旋风式选粉机6中进行选粉。由于使用旋风分离器收集细粉，因此选粉机下部的卸料口使用锁风螺旋7、8来锁风。粗粉经过锁风螺旋7用螺旋输送机9送回磨机再磨。细粉经过螺旋机8及后续的输送设备送往成品仓。,虽然选粉机没有粉碎物料作用，产品中细粉量的多少取决于磨机的粉磨效率。然而，选粉机的选粉效率（分级效率）也会影响到磨机的粉磨效率。选粉机是不可能将粉磨物料中的合格产品全部分离出的。例如颗粒之间的撞击粘结，局部涡流、选粉机小风叶对各个颗粒的撞击机会并非均

9、等以及细粉沉降区的收集效率不高，在回磨粗粉中总会混有一部分未分离出的合格产品，粗颗粒亦可能落入细粉中。,分级设备的分级能力必须与磨机的粉磨能力互相适应，正确选择操作参数，尤其要把循环负荷与分级（选粉）效率控制在合理范围内。在磨机的粉磨能力与选粉机的选粉能力基本平衡时，适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快，增大细磨仓的物料粒度，减少衬垫作用和过粉碎现象，使整套粉磨系统的生产能力提高。如果是粉磨水泥，当循环负荷增加时，也增加了回粉中水化较慢的3080m的颗粒。经过磨机的再粉磨，就能增加水泥中小于30m的微粒的含量，以提高水泥的强度。因此，适当增大循环负荷是有好处的。但是，当循环负荷过大，会使磨内物

10、料的流速过快，因而粉磨介质来不及充分对物料作用，反而使水泥的颗粒组成过于均匀，小于30m颗粒的含量少，以致水泥的强度下降。当循环负荷太大时，选粉效率会降低过多，甚至会使磨内料层过厚，出现球料比太小的现象，粉磨效率就会下降。结果使磨机产量增大不多，而电耗由于循环负荷增长而增长，使经济上不合算。图3-7粉磨效率与循环负荷的关系。,图3-7磨机生产能力与循环负荷的关系,。,分级设备的分级能力必须与磨机的粉磨能力互相适应，正确选择操作参数，尤其要把循环负荷与分级（选粉）效率控制在合理范围内。在磨机的粉磨能力与选粉机的选粉能力基本平衡时，适当提高循环负荷可使磨内物料流速加快，增大细磨仓的物料粒度，减少衬

11、垫作用和过粉碎现象，使整套粉磨系统的生产能力提高。如果是粉磨水泥，当循环负荷增加时，也增加了回粉中水化较慢的3080m的颗粒。经过磨机的再粉磨，就能增加水泥中小于30m的微粒的含量，以提高水泥的强度。因此，适当增大循环负荷是有好处的。但是，当循环负荷过大，会使磨内物料的流速过快，因而粉磨介质来不及充分对物料作用，反而使水泥的颗粒组成过于均匀，小于30m颗粒的含量少，以致水泥的强度下降。当循环负荷太大时，选粉效率会降低过多，甚至会使磨内料层过厚，出现球料比太小的现象，粉磨效率就会下降。结果使磨机产量增大不多，而电耗由于循环负荷增长而增长，使经济上不合算。图3-7粉磨效率与循环负荷的关系,图 3-

12、3,图 3-4,一级圈流水泥磨 C=150300 二级圈流水泥磨(短磨) C=300600 一级圈流干法水泥生料磨 C=200450 风扫式水泥生料磨 C=50150 一级圈流湿法水泥生料磨 C =50300,对于同一台选粉机来说，选粉效率随着循环负荷的增加而降低(图3-8)。必须指出，在圈流粉磨系统的操作中，并不像其它单纯以离析为目的操作那样，一味追求较高的选粉效率。如果选粉效率不适当地提高，而循环负荷却不适当地降低，物料在磨内被磨得相当细之后才能卸出，这时开流粉磨系统所有的垫衬作用和过粉碎现象就严重起来，导致产量降低。如果选粉效率太低，则循环负荷太大，同样造成磨机效率降低，产质量也下降。因

13、此选粉效率也应当控制在适当范围。根据生产统计资料，粉磨水泥生料或水泥时，选粉效率一般控制在5070%为宜。当循环负荷较大时，甚至低于50%也可以。 循环负荷和选粉效率都影响粉磨系统的产量和质量，因此，当考虑循环负荷和选粉效率是否恰当时，不仅要注意到产量，而且也要注意到产品的粒度组成。,3 分级粒径,在图3-5中，曲线1为理想分级曲线，在粒径dPc处曲线1发生跳跃突变，意味着分级后ddPc的大颗粒全部位于粗粉中，并且粗粉中无粒径小于dPc的细颗粒，而细粉中全部为ddPc的细颗粒，无粒径大于dPc的粗颗粒。这种情况犹如将原始粉体从粒径dPc处截然分开一样，所以，分级粒径也称切割粒径。有时也将部分分

14、级效率为50%的粒径称为切割粒径。,图3-5部分分级效率曲线,图 3-6,4分级精度,图3-6中曲线2、3为实际分级的曲线，从中可以看出实际分级结果与理想分级结果的区别表现在部分分级曲线相对于曲线1的偏离，其偏离的程度即曲线的陡峭程度可以用来表示分级的精确度，即分级精度。定义为部分分级效率为75%和25%的分级粒径的比值,Kd75d25 (3-10) 式中，d75和d25分别为部分分级效率为75%和25%的分级粒径。,理想分级状态下K 1，K值越接近1分级精度越高；反之亦然。实际分级情形时，K值在1.42.0之间，分级状态良好，K1.4时分级状态很好。 也有用Kd25d75表示分级精度的，此时

15、K1，K值越小分级精度越差。当粒度分布范围较宽时，分级精度可用K=d90d10或K=d10d90表示。类似的指数有很多，但经常采用的是分级精度指数K。,判断分级设备的分级效果需从分级效率、分级粒径、分级精度几个方面综合判断。譬如，当N、K相同时，d50越小，分级效果越好；当N、d50相同时，K值越小，即部分分级效率曲线越陡峭，分级效果越好。如果分级产品按粒度分为二级以上，则在考察牛顿分级效率的同时，还应分别考察各级别的分级效率。,5 分级效果的综合评价,第二节 筛分设备,1筛分机理 固体颗粒物料的筛分过程，可以看作两个阶段组成： (1)筛下级别的颗粒通过筛上级别颗粒所组成的物料层到达筛面上；

16、(2)筛下级别的颗粒透过筛孔而分离。要使这两个阶段能够实现，物料与筛面必须有适当的运动特性，一方面使筛面上的物料呈松散状态，有利于运动中的物料层产生析离(按粒度分层)，最大的颗粒处在最上层，最小的颗粒位于筛面上，进而透过筛孔；另一方面使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面，进入物料层上部，让出细粒透过的通道。因此，凡是促使物料分层的运动也都能提高筛分效率。下面以单个粒子通过筛孔的特性来进一步分析筛分过程。,假设筛孔为金属丝组成的方形孔，筛孔每边净长为D，筛丝的直径为b。筛分物料的粒子设为球形，直径为d。当筛分时粒子垂直落向筛面，要使粒子能顺利通过筛孔，其球心应在画有虚线的面积(D-d)2之内。而球粒在该筛

17、孔上可能出现的位置应为(D+b)2的面积。根据概率定义有，球粒通过的概率为： p=(D-d)2/(D+b)2 （3-11）,图,3.7 球形粒子通过筛孔示意图,表3-2 粒子通过的概率,当筛面倾斜设置，如图8.10，则筛孔D只以它的投影面起作用，即D=Dcos，因此球形粒子通过筛孔的机会势将减少。反之，筛面是水平放置的，而球粒的运动方向不垂直筛面，则同样会产生类似的影响。当粒子的形状不是球形，而是正方形、长方形或其它不规则形状，其通过筛孔的机率也会减少。 在实际情况下，球形粒子通过筛孔的概率要比上述分析的为大，其原因可以从图8.11中看出。当球形粒子的下落位置即使在 (D-d)/2之外，但因粒

18、子与筛丝碰撞时其重心仍在筛孔面积内，这时粒子完全有可能通过筛孔。倘若其重心不在筛孔内，粒子经与筛丝相撞而弹跳起来，当其第二次落到筛面时，仍有落下筛孔而通过的可能。,图3.8 倾斜筛面对通过的影响,图3.9 粒子弹跳通过筛孔,2 影响筛分过程的因素,2.1物料物理性质的影响 （1）物料的粒度分布 物料粒度组成对筛分生产率有着极大的影响。显然，物料中筛下级别含量大，筛机的生产率也增加。物料的粒度组成不同，同一筛分设备的生产率可相差很大，尤其当物料中筛下级别含量较少，整个筛面几乎被筛上物所覆盖，妨碍了细粒通过，这时将明显地降低生产率。对于这种情况，可采用筛孔较大的辅助筛网预先排出过粗的粒级，然后对含

19、有大量细级别的物料进行最终筛分，以提高筛分生产率。 物料中筛下级别的粒度组成对筛分过程也有重大影响。实践表明，粒径小于筛孔0.8倍的粒子是很容易透过物料层到达筛面，且很快通过筛孔。物料中这部分含量增加，生产率就迅速上升。若物料中难粒愈多，且粒度愈接近筛孔，这时筛分效率和生产率都将降低。 （2）物料的湿度 物料中含有水分时，筛分效率和筛分生产率都会降低。在细孔筛网上筛分时，水分的影响尤其突出。物料表面的水分使细粒互相粘结成团，并附着在大粒子上，这种粘性物料将堵塞筛孔。附着在筛丝上的水分，因表面张力作用，可能形成水膜，把筛孔掩盖起来。这样，阻碍了物料的分层和通过。图8.12筛分效率与物料含水量的关

20、系 应当指出，影响筛分过程的并不是物料所含的全部水分，而只是表面水分。化合水分和吸附水分对筛分并无影响，因此吸湿性好的物料允许水分含量可高一些。,（3）物料含泥量 物料中含有结团的泥质混合物，当含水量达到8%时就会使细粒物料粘结在一起，再经筛面摇动即滚成球团，很快就堵塞筛孔。筛分这类物料是很困难的，有时甚至不可能。为了筛分这种物料，可以采用湿式筛分，在筛分时不断向筛面物料喷水。从图8.12可见，物料含水量超过某一值后，筛分效率反而提高，因为这时已有部分水分开始沿着粒子表面滚动，流水有冲洗粒子和筛网的作用，改善筛分条件。,2.2筛面运动性质及其结构参数的影响,（1）筛面运动特性图8.13筛面长度

21、对筛分过程的影响 筛面与物料之间的相对运动是进行筛分的必不可少条件，这种运动往往可以分成两种类型：一是粒子主要是垂直筛面运动，如振动筛；二是粒子主要是平行筛面运动，如筒形筛、摇动筛。实践证明，第一种运动方式的筛分效率较高。因为物料这时也作垂直筛面运动，物料层的松散度大，析离速度也大，且粒子通过筛孔的概率增大，筛分效率得以提高。筛面作垂直运动时，物料堵塞筛孔的现象有所减轻。 筛面的运动频率和振动幅度影响到粒子在筛面上运动速度和通过概率。一般讲，粒度较小的物料适宜于小振幅和高频率振动，最佳的振幅和频率要在试验中确定。 （2）有效筛面面积 筛孔的面积与整个筛面面积之比，叫做有效筛面面积。有效筛面面积

22、愈大，筛面的单位生产率和筛分效率都将愈高。如表8.2所示的概率值。但有效筛面面积也不宜过大，否则会降低筛面强度和使用寿命。 （3）筛面长度 筛分设备的生产率和筛分效率还取决于筛面尺寸。筛面宽度主要影响生产率，筛面长度则影响筛分效率。筛面愈长，粒子在筛面上停留时间也长，增加了通过筛孔的机会，筛分效率可以提高。但过分延长筛面并不能始终有效地提高效率，图8.13表明了这样的情况：在筛分的最初阶段筛下物的产量增加得很快，但以后的增加就逐渐变慢起来。因此，工业上使用的筛子的长度一般不超过宽度的2.53倍。 （4）筛孔大小 筛孔的尺寸愈大，筛面单位面积生产率和效率也都愈大。图8.14表示了各种筛分率下的筛

23、孔尺寸对生产率的影响。特别在筛孔小于1毫米时，筛分生产率将急剧下降。 图8.14各种筛分效率下筛孔尺寸 对生产率的影响,2.3操作条件的影响,(1)加料均匀性 加料均匀性有两方面要求，一是单位时间的加料量应该相等，一是入筛物料沿筛面宽度须均匀分布。这样使筛面保持在稳定的最佳条件下工作，整个筛面充分发挥作用，有利于提高筛分效率和生产率。在细筛筛分时，均匀性要求常显得更为突出。 (2)料层厚度 料层的厚度控制得愈薄，粒子较容易透过物料层，接触筛面的机会就多，无疑可以提高筛分效率。但同时使料流量减少，降低了生产率。过厚的料层会堵塞筛孔，不仅降低筛分效率，筛下物的总量并不增加。 (3)筛面倾角 加大筛

24、面倾角可以提高送料速度，生产率将有所增加，但缩短了物料在筛上停留时间，引起筛分效率下降，筛面最适宜的倾角应通过试验确定。,。,图3.10各种筛分效率下筛孔尺寸 对生产率的影响,3. 筛分工艺,3.1.1由粗到细的筛序这种筛序的优点是可以将筛面由粗到细重叠布置，因而节省厂房面积；粗物料不接触细筛网可减轻细筛网的磨损；同时较难筛的纫领粘很 快通过上层粗筛筛面因而筛面不易堵塞，有利于提高筛分质量其缺点足维修不方便。 3.12 由细到粗的筛序图3-11(b) 与上述相反，由于粗颗粒接触纫筛网*致使细筛 网不仅易磨损，还易镇较大颗粒堵塞，降低筛分效率们容易布置，维修也较方便， 3.1.3 混合筛序图3-

25、11(c)这种筛序是上述两种筛序的组合，具打两者的优点。 筛分作业一般是与粉碎作业相联系的，按其作用可分为顶筛分和检查筛分两种,3.1筛序组合,图 3-11,3.2筛分与粉碎的组合方式,3.2.1预筛分 3.2.2检查筛分,图 3-12,4筛体结构,图 3-13,图 3-14,图 3-15,图 3-16,图 3-17,5. 典型筛分设备简介,筛分机械的品种很多，一般可分为如下四类： （1）格筛：又可分为固定格筛和滚轴筛等； （2）筒形筛：有圆筒筛、圆锥筛、角柱筛(如六角筛)和角锥筛等； （3）摇动筛：有单筛框和双筛框等； （4）振动筛：按其传动方式可分为机械振动筛和电力振动筛两种，它们的品种较

26、多，参见表8.3所列。图8.15单轴惯性振动筛 8.5.1单轴惯性振动筛 单轴惯性振动筛又称纯振动筛，它是振动筛中结构最简单的一种，并具有较高的生产率和筛分效率。 结构和工作原理单轴惯性振动筛的原理图和结构简图表示在图8.15上。由钢板焊成带有被张紧筛网的筛框1，被固定在两组板簧2上。板簧安装在支座3的上面。这样，筛框就被弹性地固定在筛架4的中部。筛架既可安放在刚性支承上，也可用挠性吊杆5悬挂起来。,图 3-18,图 3-18,图 3-19,电振筛 电振筛按其振动器不同可分为电磁式振动筛和振动马达式振动筛。电磁式振动筛又以驱动部位不同分成两种，筛网直接振动的和筛框振动的。,图3.20 电磁振动

27、筛原理图,目前筛框振动的电磁振动筛应用较多。这类筛机往往处在共振状态下工作，筛框作直线型振动，它的运动特性和双轴惯性振动筛相似。 电磁振动筛的简图如图3.19。筛框1和筛框上的振动器衔铁2组成一个振动机体m1。辅助重物3和振动器的电磁铁4组成第二个机体m2。两机体间用弹簧5联接。整个系统用弹簧吊杆6悬挂在固定的支架结构上。振动器通入交变电流时，衔铁2和电磁铁4的铁心交替地相互吸引和排斥，使两机体产生振动。机体的质量和弹簧5的刚度如果选择合适，就可使振动系统调节到接近共振状态下工作。振动器倾斜地安装在筛框上，与筛面有一夹角，这与其它带有水平筛框或微倾斜筛框的筛机一样，筛框的振动使物料跳动，在沿筛

28、面移动中得到筛分。 电磁振动筛具有结构简单，无传动元件，体积小，耗电少，筛分效率高(可达98%)，适宜于作密封筛分，便于自动化等优点。在玻璃工业中将会越来越多地被采用。,式（8.10）说明，筛孔尺寸愈大，筛丝和粒子直径愈小，则粒子通过筛孔的概率愈大。表8.2列出了两种b/D下，不同d/D值时的概率p。当d/D大于0.8时，粒子通过的概率就很小，常把这类粒子称作“难筛粒”。,第三节 流体分级设备,在粉体制备过程中，往往需要将固体颗粒在流体中按其粒径大小进行分级。应用空气作分散介质进行分级的设备，称为空气选粉机。 空气选粉机是一种通过气流的作用，使颗粒按尺寸大小进行分级的设备。这种设备用于干法圈流

29、的粉磨系统中。其作用： (1)使颗粒在空气介质中分级，及时将小于一定粒径的细粉作为成品选出，避免物料在磨内产生过粉磨以致产生粘球和衬垫作用，从而提高粉磨效率； (2)将粗粉分出，引回磨机中再粉磨，从而减少成品中的粗粉，调节产品细度，保证粉磨质量。在产品细度相同情况下，一般产量可提高1020%左右。,空气选粉机有两大类型：一类是让气流将颗粒带入选粉机中，在其中使粗粒从气流中析出，细小颗粒跟随气流排出机外，然后在附属设备中回收。这类设备称为通过式选粉机。另一类是将颗粒喂入选粉机内部，颗粒遇到该机内部循环的气流，分成粗粉及细粉，从不同的孔口排出，这类设备称为密闭式选粉机，或称离心式选粉机。,1.通过

30、式选粉机,1.1 结构和工作原理 通过式选粉机或称粗粉分离器。常见的结构如图3-21所示。它由两个内外套装着的锥形筒2和3组成。外壳2上有顶盖，下接粗粉出口管5和稍插入的进风管1。内壳3下方吊装着反射棱锥体4。外壳顶盖和内壳上边缘之间装有导向叶片6，装在顶盖外面的调节环用于调节叶片的导向角度。顶盖中部装有排气管7。携带颗料的气流以1520m/s的速度经管1进入选粉机内壳之间的空间。气流首先撞到内壳下部的小棱锥体，气流中所夹带的粗大颗粒由于惯性力的作用，撞落到外壳2的下部。同时，由于通道截面积扩大，气流上升速度降低到46m/s，因此又有一部分较大颗粒受重力作用陆续向下沉降，顺着筒壁滑下，经粗粉管

31、5排出。气流在环形空间中上升至顶部之后，进入导向叶片6时，由于运动方向突变，撞到叶片上，又有部分粗颗粒落下。气流通过与径向成一定角度的导向叶片后，产生向下旋转运动，进入内壳3中。因此又有一部分颗粒在惯性离心力的作用下甩向内壳的内壁，沿着内壳的内壁落下，跟着又落入粗粉管5。细小的颗粒则跟随气流一起，经中心管7离开选粉机，送入粉尘设备，以便将这些细粉颗粒收下。,图3-21 通过式选粉机,作业分析,1颗粒受重力作用在垂直方向上流动的流体中作匀速运动时，其颗粒的相对运动速度Up=U0Uf ，当 B 时，颗粒向下沉降（U0颗粒速度, Uf 流体速度） A.U0=Uf B. U0 Uf C. U0Uf 2

32、- 颗粒流体的两相流动的典型情况可分为 层流、过渡流 、和湍流 。这种分类是依据过程中颗粒的 雷诺数 来分类的。 3.多相流体力学是研究 许多不同状态的 混合物 的流动体系的流动过程，颗粒流体两相流动依据两相的 不同，常分为 固定 床、 流化 床和 连续流态化 床。 4 颗粒在静流体内自由沉降时，不仅受到 重力 ，而且还受到 浮力 和阻力的作用。 5 颗粒在流体中相对运动时的流动状态、 状态、 状态和 状态。它们各自对应的Rep范围分别是 、 和 。 6颗粒在静止流体中的沉降起初为 加速 阶段，而后为 匀速 。通常讲的沉降速度为匀速 运动速度。,2-9. 分选操作和分级操作各应选何种密度的流体

33、？试用相应公式说明。,（1）,由式（1）当时，u0故分级操作则要减小密度的影响，宜用密度较轻的悬浮介质进行离析。 故等降系数:,（2）,由式（2）知：当 pa时, 等降系数k，即密度较轻的颗粒均不能与较重颗粒有着同一沉降速度，这样就能使较大粒度范围内的颗粒都能按密度的不同进行分选。,),（3）,从旋风器中排出的废气进入风速为4.5m/min的大气中，废气中还含有粒度为2100m的剩余飞灰。如果旋风器位于高出地面40m的高度上，访计算由该处飞灰顺风而下，没有飞灰沉降的最小距离是多少？。紊流作用忽略不计，飞灰的密度为2900kg/m3。气体粘度=1.8510-5.,时可按斯托克斯公式沉降.,解:

34、假定按斯托克斯公式沉降（1）,=2210-12(2900-1.29)9.8/(181.8510-5)= 3.41210-4m/s,复核:,tz=h/uz=40/(3.41210-4)=1.172105s sx=uf* tz=4.51.172/60=8.79103m,=210-63.41210-41.29/(1.8510-5)=4.3810-52, 故与假设相符,当,uz=,在通过式选粉机中存在两个分离区: 一是在内外壳之间的粗选粉区，颗粒主要是在重力作用下沉降，分出最小粒径；,另一是在内壳中的细选粉区，颗粒是在惯性离心力作用下沉降作进一步分级。当颗粒作离心沉降的离心速度与气流向心方向流速在数值

35、上相等时，这时的颗粒粒径就是最小分级粒径，可用式(3-12)估算。,式中：r气流旋转半径； 叶片的径向夹角； -阻力系数，=8/f(Re)； p, 分别为颗粒物料及介质的密度,(3-12),(3-13),从上式可知，分级界限尺寸(即分离最小粒径)与选粉机的直径、气流速度和叶片的导向角度有关。分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增大而变小。因此，通过式选粉机可以用下述方法调整细粉细度： (1)改变气流速度，气流速度愈低，细粉的细度就愈高； (2)改变叶片的导向角度，叶片与径向夹角愈小，气流旋转速度愈小，细粉细度下降。 此外，尚可适当升降反射棱锥体的位置，以控制产品粒度分配。,1

36、.2选型设计,V=KQ (3-14) 式中：V选粉机容积（m3）； Q处理风量(m3/s)； K系数，按表3-4选取。,根据求出的选粉机容积，由表3-5确定选粉机直径。 表3-5通道式选粉机的直径和容积,通过式选粉机结构简单，操作方便，没有运动部件，不易损坏。使用这种选粉机可以得到细度相当于0.080mm方孔筛上筛余为1020%的细粉，生产能力可达78t/h。不过使用这种选粉机时，必须另设通风机产生气流，以将粉料带入选粉机；另外还需设置收尘设备回收细粉，使设备复杂。通过式选粉机宜配用风扫式磨机系统。,上次课程检查和回顾100521,1选粉效率与循环负荷 = L=,2离心式选粉机,2.1构造及工

37、作原理 离心式选粉机如图3-22所示。选粉机由外壳5和内壳4套装而成。壳体上部为圆柱形，下部为圆锥形。内壳用支架固定在外壳内部，内外壳之间形成环形空间。内壳中部有一垂直漏斗，粉料经此漏斗送入选粉机内。漏斗中心的垂直轴上装有转子。转子由撒料盘、辅助风叶（小风叶）和主风叶（大风叶）组成。在大小风叶之间和内壳顶边装有一圈可以调节的挡风板。内壳中部装有一圈可以调节进风角度和空隙的回风叶。回风叶之间隙为内外壳气流循环通道。选粉机的顶部用盖板封闭。,图3-22离心式选粉机结构简图,依靠大风叶旋转产生的循环气流，经过内壳中部切向装置的回风叶之间的隙，进入内壳后，形成旋转上升的气流，然后又从内外壳之间的环形空

38、间下降，返回内壳。因此在选粉机的内部形成一股循环的气流。小风叶用来帮助气流的循环，并且形成一道旋转的栅栏，使较粗的颗粒下沉，以提高细粉的细度。,粉料由加料管送入，经漏斗落到旋转着的转子的撒料盘上，受到惯性离心力的作用，甩向内壳的周壁，并在旋转气流的作用下，较粗大的颗粒撞到内壳的壁面时，失去动能，沿着壁面滑下，作为粗粉经粗粉出口排出。其余较小颗粒被旋转上升的气流卷起，经过小风叶的作用区时，在小风叶的碰击作用下，又有一部分颗粒抛到内壳周壁被收入。气流经过挡风板时，发生部分折流，在惯性力作用下，也有一部分颗粒被分离下来。当含有细小颗粒的气流进入内外壳之间的环形空间时，由于运动方向急剧改变，通道截面扩

39、大，气流速度减慢，于是气流中的细小颗粒便落下，沿着外壳内壁滑到细粉出口，作为细粉排出。而气流则受到风叶的抽吸，重新返回内壳循环使用。,从它的工作过程可知，选粉机内的颗粒是在环流气体作用力Fd,惯性离心力Fc和重力G的共同作用下进行分级(图3-23a)。颗粒的运动速度可分解为如下三个互相垂直的分速来分析： (1)轴向速度(up)L。这是由于颗粒的重力和上升气流对颗粒的作用力所引起的。由于两力的方向相反，故(up)L的方向可能向上，也可能向下。对于粗大的颗粒沉降速度大于气流的上升速度，产生向下沉降。而细小颗粒其沉降速度小于气流的上升速度(u0uf)，被上升气流携带向上提升。颗粒愈小，其向上提升速度

40、愈接近上升气流速度。 (2)切向速度(up)t。即颗粒随撒料盘和气流一起绕轴旋转的圆周速度。 (3)径向速度(up)r。由于颗粒绕轴旋转产生的惯性离心力所引起的。,显然，颗粒在随同气流作圆周运动的同时，由于(up)L和(up)r合成的结果，大小不同的颗粒将以不同的运动轨迹倾斜地向上或向下运动。粗大的颗粒倾斜向下运动；细小的颗粒倾斜向上运动。中等颗粒虽也倾斜向上运动，但斜度较小。于是形成如图3-25b所示的颗粒运动情况。 在离心式选粉机内颗粒重力的影响可略去不计。由于撒料盘的旋转作用，颗粒在水平方向所受到的剩余惯性离心力为,(3-15),式中：vp撒料盘边的颗粒圆周速度； r撒料盘半径。 其余符

41、号意义同前。 在垂直方向上，气流对颗粒的作用力为：,式中：uf空气向上流速； 阻力系数。 其余符号意义同前。 合力方向决定颗粒走向，如图3-24所示。,(3-16),(3-17),R/Fc=tg （3-18）,图3-24粉料在选粉机内的分级,当颗粒的运动走向角为时，颗粒刚能飞出内壳筒口边，这种颗粒的粒径dp，即为颗粒分级界限尺寸。从式（3-15）（3-17）可解得：,(3-18),对于一定的选粉机处理一定物料时，式(3-、18)尚可简化为：,dp=ku2f/rn2,式中 n主轴转速； k常数。 其余符号意义同前,(3-19),式(3-18)及式(3-19)为离心式选粉机的分级界限公式。大于dp

42、的颗粒将碰撞于内壳的内壁或挡风板上面，在内壳空间降落，作为粗粉排出。小于dp的颗粒则被气流带出，经大风叶进入内外壳之间的环形空间，在重力作用下沉降，成为细粉排出。因此，分级界限尺寸一定程度上也反映了产品细度。显然，分级界限尺寸增大，则产品变粗；反之，产品则变细。,分级界限尺寸的大小主要是通过调整气流的上升和旋转速度以及增减小风叶的作用来实现。增加转子转速或增多大风叶，都会使上升气流速度增大，使细粉的细度下降；反之，则可提高细粉的细度。改变回风叶的角度，会影响到旋转气流速度，回风叶片偏向内筒壁时，叶片之间通道缩小，旋流速度增加，则可提高细粉的细度；反之，则会降低细粉的细度。增加小风叶数目，旋转栅

43、栏的作用加强，可增加碰击颗粒次数，有利于颗粒分离出来，可提高细粉的细度。当增加转子转速时，亦会使小风叶碰击颗粒的次数增加，但是大风叶所引起的上升气流速度增加较为显著，因而总的还是使得细粉的细度下降。当挡风板往里推时，上升气流的折流增大，可提高细粉的细度；反之，细粉的细度则降低。,增减大小风叶时，必须按直径方向成对增减，以保持转子的平衡。改变转子转速和大小风叶的数目，对细度调整幅度较小。调整挡风板位置比较方便且效果较好。至于正确的调节幅度要通过实际生产经验来决定。 在选粉机中，存在着两个分离区：一是在内壳中的选粉区，颗粒主要是在惯性力作用下沉降；另一个是在内外壳之间的环形空间的细粉沉降区，颗粒主

44、要是在重力作用下沉降。选粉区还可细分为选粉区和细粉提升区，这两个区的高度比例对于选粉机的工作具有重要的意义。延长细粉在气流中的停留时间可能使物料更好地分级，故选粉空间应尽可能高。细粉提升区的细粉越过内壳的边棱，其输出速度必须尽可能快。,2.2工作参数的确定,（1）生产能力 影响选粉机生产能力的因素较多，例如选粉机的结构尺寸、转速、物料性质和产品细度等。可按下列经验公式计算： Q=KD2.65 (3-20) 式中：Q生产能力（t/h）；D选粉机外壳直径(m)；K系数，与物料的性质、产品细度及选粉效率有关。,对于水泥生料，当选粉效率为7080%，产品在0.080mm方孔筛上的筛余为68%时，K=0

45、.85；对于425水泥，当选粉效率为5060%、筛余为58%时，K=0.56；对于525水泥，筛余为25%；K=0.42。 离心式选粉机的直径可达10m，生产能力达2500t/h。 （2）主轴转速选粉机主轴转速快慢，影响到循环风量的改变及选粉区气流上升速度，从而影响到选粉机的生产能力、功率和选粉效率。一般离心式选粉机的转速n和直径D的乘积，在600900mmin范围，即,nD=600900 mr/min (3-21) 表3-4列出国内几种规格离心式选粉机的转速与直径乘积值。,表3-4离心式选粉机的转速与直径乘积值,（3）功率 离心式选粉机的功率，可按下列经验公式计算：N=KD2.4 kW (3

46、-22) 式中：D选粉机直径(m)； K系数，一般取1.58。,3旋风式选粉机3-1构造和工作原理,离心式选粉机的内用来产生循环气流的大风叶由于同含尘气流相接触，磨损较大。磨损以后，产生震动，给厂房建筑物带来不良影响。而且大风叶转速较低，风叶间隙较大，故空气效率较差。同时，细粉在内外壳之间的细粉沉降区中依靠重力很难完全沉降，循环气流返回选粉区时总会带有部分细粉，降低选粉效率。因此，对离心式选粉机作了改进，设计了一种外部循环气流的旋风式选粉机。取消大风叶，采取专用风机外部鼓风；取消内外壳间的细粉沉降区，采取专用旋风分离器外部回收细粉的形式。,维达格型旋风式选粉机如图3-25所示。选粉机的分级室是

47、一个用钢板制成的圆柱形外壳。分级室的周围均匀布置有几个旋风分离器。在分级室内，小风叶和撒料盘一起固定在垂直轴上。由电动机经过胶带传动装置带动旋转。离心通风机代替了离心选粉机的大风叶，产生循环气流。通风机把空气从切线方向送入选粉机，经滴流装置的缝隙旋转上升，进入分级室。粉料由进料管落到撒料盘后，立即向四周甩出，撒布到选粉区中，与上升的旋转气流相遇。粉料中的粗粒，质量较大，受撒料盘、小风叶和旋转气流作用产生的惯性离心力也较大，被甩到分级室的四周边缘。当它与壁面相碰撞后，失去动能，使被收集下来，落到滴流装置处。在该处被上升气流再次分选，然后落到内下锥处，作为粗粉经粗粉管排出。粉料中的细颗粒，质量较小

48、，在选粉室中被上升的气流带入旋风分离器中。气流是从切线方向进入旋风筒的，在筒内形成一股猛烈旋转气流。处在气流中的颗粒受到惯性离心力的作用，甩向四周筒壁，向下落到下部的外锥体中，作为细粉经细粉管排出。清除细粉后的空气则由旋风分离器中心的排风管经集气管和导风管再返回通风机，形成了气流闭路循环。,维达格型旋风式选粉机如图3-25所示。选粉机的分级室是一个用钢板制成的圆柱形外壳。分级室的周围均匀布置有几个旋风分离器。在分级室内，小风叶和撒料盘一起固定在垂直轴上。由电动机经过胶带传动装置带动旋转。离心通风机代替了离心选粉机的大风叶，产生循环气流。通风机把空气从切线方向送入选粉机，经滴流装置的缝隙旋转上升

49、，进入分级室。粉料由进料管落到撒料盘后，立即向四周甩出，撒布到选粉区中，与上升的旋转气流相遇。粉料中的粗粒，质量较大，受撒料盘、小风叶和旋转气流作用产生的惯性离心力也较大，被甩到分级室的四周边缘。当它与壁面相碰撞后，失去动能，使被收集下来，落到滴流装置处。在该处被上升气流再次分选，然后落到内下锥处，作为粗粉经粗粉管排出。粉料中的细颗粒，质量较小，在选粉室中被上升的气流带入旋风分离器中。气流是从切线方向进入旋风筒的，在筒内形成一股猛烈旋转气流。处在气流中的颗粒受到惯性离心力的作用，甩向四周筒壁，向下落到下部的外锥体中，作为细粉经细粉管排出。清除细粉后的空气则由旋风分离器中心的排风管经集气管和导风

50、管再返回通风机，形成了气流闭路循环。,循环风量可以用风管上的调节阀来调节。若不改变循环风量，而要改变分级室的气流上升速度时，可以改变支风管上的调节阀的开度。经过支风管的气流不经分级室而直接进入旋风分离器，调节直接进入旋风分离器的风量与经过滴流装置和选粉室的风量之比，就可以大幅度调节细粉的细度。改变立轴转速和小风叶的数目也能调节产品细度。选粉机采用变速电动机，因此撒料盘的回转速度可以调整，对细粉的细度要求容易控制。但是通常主要使用调节阀来控制产品细度，调节方便，而且控制产品细度也较稳定。,图3-25旋风式选粉机 3-4.3-2旋风式选粉机工作参数的确定 （1）生产能力 实践表明旋风式选粉机的生产

51、能力与选粉室面积大小成正比例。其生产能力可用下列公式来估算： Q=KD2 (3-23) 式中：Q旋风式选粉机生产能力（t/h）；D选粉机直径(m)；K系数，对生产42.5水泥时，K取5.35；对于要求控制0.08mm方孔筛余为8%的水泥生料时，K取7.12。 （2）主轴转速 旋风式选粉机的主轴转速可按下式来估算： nD=300550 (3-24) 式中：n选粉机主轴转速(r/min)；D选粉机直径(m)。 选粉机直径愈大，所取nD值也应愈大。对于直径3-5m以上的选粉机，nD值宜取550mr/min左右。 （3）风量 根据生产实践，当操作温度为100，控制0.080mm方孔筛的筛余为68%时，

52、一般选粉室截面气流上升速度取3-44.0m/s，选粉浓度取500g/m3较为合适。 根据选粉室截面风速算出风量后，考虑漏风量增加10%，即可作为风机的风量。风机的风压一般取2400Pa(20)。,（4）旋风分离器直径 流经选粉室的风量与进入旋风分离器的风量可视为相等，根据这一关系，可以算出旋风分离器的直径。 设A1为旋风分离器截面积，u1为其截面风速；A2为选粉室截面积，u2为其截面风速。则流经旋风分离器的空气流量q1=A1u1，而流经选粉室的空气流量q2=A2u2。如果q1=q2，于是 A1/A2=u2/u1 (3-25) 旋风分离器的截面风速取3-0m/s；选粉室内截面风速取3-44.0m

53、/s计算，则A1/A2=1.131.33。根据这两个截面的比值关系，则可确定旋风分离器的直径。 旋风分离器直径亦可按下式估算： d=0.438D (3-26) 式中：d旋风分离器直径(m)；D选粉机直径(m)。,3-4.4新型高效选粉机,为了克服离心式、旋风式选粉机撒料不均匀、分级流场不均匀等缺陷而研制了一批新型分级设备。广泛应用OSepa型选粉机被认为是第三代高效分级设备的典型代表。 3-4.4.1 OSepa新型高效选粉机 （1）构造及工作原理 OSepa选粉机的结构如图3-29所示，气流分别由一次风管8、二次风管9切向进入涡壳形筒体1，经过导流叶片6进入导流叶片和涡轮转子之间的环形分级区

54、，形成一次涡流。然后进入涡轮内部的分级区，在高速旋转的涡轮叶片5的带动下，形成二次涡流。最后气流经过涡轮中部，由细粉出口11进入旋风筒或袋收尘器等细粉收集设备。,4 OSepa选粉机,4.1构造及工作原理 OSepa选粉机的结构如图3-29所示，气流分别由一次风管8、二次风管9切向进入涡壳形筒体1，经过导流叶片6进入导流叶片和涡轮转子之间的环形分级区，形成一次涡流。然后进入涡轮内部的分级区，在高速旋转的涡轮叶片5的带动下，形成二次涡流。最后气流经过涡轮中部，由细粉出口11进入旋风筒或袋收尘器等细粉收集设备。,被分级的物料从进料口12喂入，经撒料盘2离心撒开，在缓冲板2的作用下均匀分散后落入环形

55、分级区，与经过导流后的分级气流进行料气混合。在旋转的分级气流作用下，物料中较粗的颗粒被甩向导流图3-26 OSepa选粉机 叶片，沿分级室下降进入锥形灰斗7。再经过由三次风管10进入的三次空气的漂洗，将混入粗颗粒中或聚集的细粒分出后，粗颗粒经翻转阀13排出。粒径较小的细颗粒随气流进入涡轮分级区，在强制涡流场中再次被分级。较粗的颗粒被甩出，回到环形分级区，合格的细颗粒则随气流一起通过涡轮中部，由细粉出口11排出。,4.2 性能及应用,OSepa选粉机在分级原理上，与前两代选粉机相比有较大的改进，其分级气流仅在水平面内旋转，而且气流平稳。物料在经过撒料盘和缓冲板充分分散之后垂直下落，从上而下通过整

56、个分级区，可受到多次分级的作用。因而，具有分级效率高、处理物料量大、产品粒径范围窄等特性。OSepa选粉机的主要性能见表3-7。,表3-7 OSepa选粉机的主要性能,除了在分级设备理和性能方面具有明显的优越性之外，还具有以下特点： a.粉粒状物料粒径的分选精度较高，因此，分级效率可以提高，产量增加。 b.可以生产粒度分布较窄的产品，改变涡轮的转速，可在10300m的范围内调节分级粒径。 c.由于可以用含尘气体作为分级气流，因此，粉碎分级系统非常紧凑，并具有冷却等功能。 d.可以与辊磨或辊压机组合成粉碎分级系统，简化工艺流程，提高粉碎效率。,表3-8 OSepa及其它型号选粉机的生产数据对比

57、表3-8列出了在生产条件基本相同的情况下， OSepa选粉机与离心式、旋风式选粉机的实际生产数据的对比。OSepa选粉机比离心式、旋风式选粉机的产量分别提高23%和7，电耗降低7.8kWht和3-2kWht。,还有些工作原理与OSepa选粉机基本相同，但在结构上各具特点的高效选粉机，如丹麦史密斯(Smith)公司的Sepsx型高效选粉机，德国伯力鸠斯(Polysius）公司的Sepol型高效选粉机等。 3-4.4.2 SSD型高效选粉机,美国斯特蒂文特公司开发出来的SSD型阶梯撒料盘式选粉机，其外型与离心式选粉机相似，但分级气流从机壳的侧面沿水平方向进入，其结构如图3-40所示，另外在阶梯形撤

58、料盘的下部装有三角度形风叶，旋转时可产生向下的气流。分级气流通过导流叶片、圆钢篦栅后螺旋运动速度加快；物料得到进一步分散和分级后，粗颗粒经锥形灰斗由锁分阀排出，细颗粒随气流由出风口排出。 这种选粉机与传统的离心式选粉机相比，具有以下特点： (1)分级气流沿切向进入，在水平面内运动； (2)气流与物料在机内停留时间较长，可提高分级效率； (3)圆钢篦栅耐磨性好，容易更换，调节分级粒径比较方便。,图3-27 SSD型高效选粉机的结构简图,3-4.4.3 HISD型高效选粉机图3-28 IHISD型高效选粉机的结构简图 日本石川岛公司研制的IHISD型高效选粉机与传统的离心式选粉机相比，设计了螺旋浆

59、形的撒料盘，并在圆锥体的内壁上设置了冲击板，其结构如图3-41所示。进入机内的物料被螺旋浆形撒料盘和分级叶片分撤、分散；分级气流由蜗壳形进风口进、经两级导流叶片作螺旋运动。物料在下落过程中经过多次分级作用，粗颗粒落入锥形灰斗由粗粉出口排出，细颗粒随气流向上运动，从细粉出口排出。 这种选粉机与传统的离心式选粉机相比，具有以下特点： （1）使物料充分分散，粗颗粒受到多次分级。因此，分级效率高。 （2）在生产能力、产品细度相同的情况下，机体减小，风量也减小。 （3）单位容积的处理量大，能量消耗低，运行费用低。 3-4.4.4 MDS型高效选粉机,图3-28 IHISD型高效选粉机的结构简图,日本三菱公司开发的MDS型高效选粉机，是将旋风分级和离心分级结合起来的分级设备，改善了选粉机的分级性能，其结构如图3-42所示。分级气流从下部进风口进入，经过导流叶片、下部分级室、上部分级室进入旋风筒后排出。物料被撒料盘甩开、分散后，在分级气流中下降受到多次分级作用。粗颗粒沿下部分级室的壁面经