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介绍超微粉碎机的特点、分类和原理

  超微粉碎根据粉碎力的原理不同,可分为干法粉碎和湿法粉碎。干法粉碎主要有气流式、高频振动式、旋转球(棒)磨式、锤击式等几种形式;湿法粉碎主要有胶体磨和均质机。在各种超微粉碎机械设备中,目前以气流粉碎机(主要包括5种基本类型:水平圆盘式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机、对喷式逆向气流粉碎机、撞击板靶式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机)在制药工业上的应用较为广泛,而在气流粉碎机中又以流化床式气流超微粉碎机应用最为广泛。随着科技的不断进步,越来越多的新技术新设备逐渐应用于超微粉碎领域,特别是对中药的超微粉碎,不仅促进了传统中药的研究、应用与发展,也促进了这门新技术的不断进步。下面结合目前常用的超微粉碎机及近些年新出现的超微粉碎机进行简要概括与分析。
  1.气流粉碎机
  气流粉碎机又称流能磨,是一种利用高压气流使被粉碎的物料粒子相互激烈碰撞冲击、摩擦以及利用气流对物料的直接剪切作用达到粉碎效果的设备。气流粉碎产品细度可达2~40 μm ,粒度分布范围窄。由于气体在喷嘴处膨胀可降温,粉碎过程没有伴生热量,所以粉碎温升低,这一特性对于低熔点和热敏性物质的超微粉碎特别重要。
  大型流化床式气流粉碎机的工作原理主要为待粉碎物料由料仓经螺杆加料器,输送至进料室,在重力作用下物料落入粉碎室。粉碎室四周和设有相向排列的经特殊设计的高压进气喷嘴。经过净化和干燥的压缩空气自喷嘴射出,形成超声气流。物料在高速气流交点中心发生碰撞,瞬间内被粉碎。经粉碎的粒子随气流上升至分级室,合格的粒子随气流进入旋风分离器,最终获得所需产品,尾气进入除尘器排出。较大的颗粒在分级机作用下,重新回落粉碎室,再次被粉碎,直至获得合格的产品。
  2 搅拌磨
  搅拌磨是在球磨机的基础上发展起来的,同普通球磨机相比,搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸,获得了极高的功率密度,使细物料研磨时间大大缩短,是超微粉碎机中能量利用率最高、很有发展前途的一种设备。利用搅拌磨对中药进行超微粉碎见诸报道的也不多。南京理工大学江苏省超细粉体工程技术研究中心开发出了LG型高效搅拌研磨机系统,该机内装有特殊机构,可防止浆料沉底,不会形成‘死区”,可使某些物料粉碎到d90<2 μm以下。搅拌磨在加工<20 μm的物料时效率大大提高,成品的平均粒度最小可达到数微米。高功率密度(高转速难拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产品,在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中已获得了成功。目前高功率密度搅拌磨在工业上的规模应用有处理量小和磨损成本高两大难题。随着高性能耐磨材料的出现,相信这些问题都能得到解决。
  3 球磨机
  普通球磨机是用于超微粉碎的传统设备,其特点是粉碎比大、结构简单、机械可靠性强、磨损零件容易检查和更换、工艺成熟、适应性强,产品粒度可达20~40 μm。但当产品粒度要达到20 μm以下时,效率低、耗能大、加工时间长。例如,将珍珠磨到几百目,要十几个小时。高细球磨机是用于大处理量的高细度研磨过程,为了适应高细度的研磨过程,磨机的结构以及工艺参数与普通球磨机有所不同。研磨介质对物料的研磨和机械活化作用可以大大提高物料的水化和烧结等反应性能,这是其他大处理量设备所不能取代的。粉磨流程的通常形式是一级的开流磨系统。工业生产中,可视物料粉磨特性、工艺技术要求及产品细度指标等实际生产条件,在一级开路粉磨系统或二级开路粉磨系统中作合理选择应用。
  4振动磨粉碎机
  振动磨即高频振动式超微粉碎机。它是用弹簧支撑机体, 由带有偏心块的主轴使其振动, 运转时通过介质和物料的一起振动将物料进行粉碎。磨机通常是圆柱形活槽形,其特点是介质填充率高,单位时间内作用次数高, 因而其振动能量大, 能量利用率高,适合大部分中药材的粉碎,此设备还可以与低温技术相结合,得到粒径分布窄、流动性好的超微粉,从而有效解决振动磨的升温问题。典型的振动磨主要有Palla型振动磨和三维振动磨,目前应用较为广泛的为山东倍力BMF系列和浙江丰利的改良型MTM型冲击磨。高一峰[4]发明了一种超微粉碎振动磨,主要包括具有料口及粉碎腔的粉碎室,而粉碎室设在主轴上,主轴与电机输出轴连接。该设备利用主轴两端的偏心激振重块,使物料不但受到水平的离心力作用,而且受到垂直方向力的作用,使物料在粉碎腔内形成运动轨迹产生粉碎,调整主轴两端的偏心激振重块的不同相位角,就能针对不同物料得到不同的粉碎效果。
  5 机械式超微粉碎机
  通过机械零件和介质的高速运动对原药材粉体施加冲击、剪切等外力达到粉碎目的。此设备的优点是简捷方便进料、适用粒径范围大、粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定,适合于中、软硬度物料的粉碎,而且还具有气流粉碎作用。缺点是机械高速运转致使设备易升温,物料粉碎得越细零件磨损越严重,磨损微粒直接污染物料,且粉体细度最高只能达20 μm。
  6 新型超微粉碎机
  近年来中药现代化的快速发展,促进了微粉碎技术及装备的进步,超微粉碎装置的研究与应用也日趋广泛。也别是在医药领域,由于超微粉碎技术具有优于传统粉碎技术的诸多优点而倍受关注,特别是在名贵中草药加工上具有非常广泛的应用。近些年,也不断涌现出很多新型超微粉碎机。陈海焱等[5]发明了一种新型超微粉碎机,该粉碎机属于喷射粉碎机技术领域,包括固定在粉碎机外壳上的喷嘴、轴承和皮带轮,轴承和皮带轮安装在多棱靶的空心轴上,喷淋头与低温介质管道连接;低温介质管道依靠管卡固定在低温介质回水槽内。与已有技术方案相比,该实用新型超微粉碎机对被粉碎物料自然属性影响小,功效高,使用寿命长。
  6.1气流、机械组合式超微粉碎机
  气流、机械组合式超微粉碎机,在机架的下方设有机械粉碎机及其驱动装置,机械粉碎机的粉碎腔内设有转盘,其上安装有刀片,在机械粉碎机上方的机架上设有气流粉碎机,机械粉碎机的出料口直接连接气流粉碎机的进料口,在气流粉碎机内有粉碎腔,该粉碎腔的周壁安装有若干喷枪,粉碎后的物料从气流粉碎机的出口收集。该发明具备了机械粉碎机和气流粉碎机的优点,因此可以接受较大颗粒物料,粉碎后出料的细度可以达到亚微米级,甚至向大规模生产纳米材料接近,而且可以大大降低能耗、节省人工、使得生产成本明显下降。
  6.2新型节能超微粉碎机
  新型的节能超微粉碎机,通过在支架上安装粉碎筒,粉碎筒上部经管道装有集粉器,集粉器上部经管道安装散风器,散风器下部安装除尘袋,粉碎筒内装有转动轴,转动轴通过送料室内,其上装有风叶,分级室内其转动轴上装有调节板,粉碎室内其转动轴上装有刀片和风叶,转动轴伸出粉碎筒外端上装有电机带轮,该粉碎机结构新颖独特,体积小、耗电少,节能,粉碎效率高,具有比较显著的经济和社会效益。
  6.3新型研磨石超微粉碎机
  新型研磨石超微粉碎机,机壳下部形状横切面为梯形固定在底座上,机壳两端设有固定凸耳,其上有弹簧与底座相连,顶盖通过螺栓连接固定在机壳顶部,机壳内底部固装有截面为梯形空腔支撑台,支撑台中心部位有转动轴连接悬臂支架固定在空腔支撑台上,转动轴下部通过轴套与空腔支撑台内安装的电机输出轴相接,悬臂支架对称的两端分别装有三棱状粉碎轮和单棱状粉碎轮。该设计具有结构紧凑、设计合理,粉碎效率高,超微粉体回收率高、工作时振动小等优点。
  6.4其他新型超微粉碎机
  随着科技的不断进步,涌现出许多的新型超微粉碎机,如双室超微粉碎机、立式超微粉碎机、自冷振动式粉碎机、立式无筛超微粉碎机、无粉尘外溢环保智能型流化床超微粉碎机等等,在不断改进原有设备缺点的基础上,积极探索高效、节能、环保的智能化新设备已经逐渐成为超微粉碎机发展的主要方向,随着各种新型超微粉碎机的面世,超微粉碎技术在各行各领域的应用也将会越来越广泛。

 
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