Étude des caractéristiques du broyeur à flux d'air à disque basée sur différents types de sources d'air

I. Introduction

Cet article est affilié au sujet d'application de Broyeur de flux d'air, le texte complet est de 12 000 mots et la lecture prend environ 20 minutes.

Résumé

Cette étude a exploré expérimentalement l'impact de quatre sources de gaz de poids moléculaire différent, l'hélium, la vapeur, l'air et le dioxyde de carbone, sur le processus de broyage fin des broyeurs à flux gazeux à disque. Les résultats montrent que le type de source de gaz n'a pas d'effet significatif sur la morphologie de la distribution granulométrique du produit, mais que les sources de gaz léger de plus petit poids moléculaire peuvent réduire considérablement la limite de broyage. L'efficacité de broyage de chaque source de gaz a tendance à diminuer en fonction du poids moléculaire croissant: l'hélium, la vapeur d'eau, l'air à nouveau, le dioxyde de carbone est le plus faible, un phénomène étroitement lié à la vitesse du son et aux propriétés cinétiques de la source de gaz. L'étude a également révélé que le système de classement intégré permet un contrôle efficace de la granulométrie supérieure du produit lorsqu'une structure de flux d'air rotatif stable, à grande vitesse et symétrique (correspondant à un rapport massique gaz - solide critique d'environ 2) est formée à l'intérieur de la Chambre de broyage. La consommation d'énergie spécifique affecte principalement la vitesse à laquelle la limite de broyage est atteinte, sans modifier la valeur limite elle - même. Cette étude fournit une base théorique importante pour optimiser l'efficacité énergétique et les paramètres de processus des broyeurs à flux d'air.

Mots clés

Concassage du flux d'air de type disque; Type de source de gaz; Broyage; Limites de broyage

II. Cadre général

Iii. Introduction

Cette étude vise à explorer l'influence de différents types de sources de gaz sur les performances de broyage des broyeurs à flux d'air à disque.Le broyeur à flux d'air à disque est largement utilisé dans le processus de broyage à l'échelle micrométrique dans l'industrie pharmaceutique et chimique fine en raison des caractéristiques de la fonction de classement intégrée, de la structure simple et du nettoyage facile.Cependant, sa structure de champ d'écoulement interne est complexe, le comportement hydrodynamique est fortement influencé par la morphologie géométrique de l'équipement et les paramètres de fonctionnement, et des changements subtils peuvent entraîner des différences de performance. Cet article est basé sur les recherches antérieures sur les caractéristiques hydrodynamiques et le mécanisme de classement des broyeurs à flux d'air, en se concentrant sur l'analyse des mécanismes d'action de la nature de la source de gaz sur les limites de broyage et l'efficacité énergétique, afin de fournir un support théorique pour la conception optimale des équipements de broyage haute performance.

Iv. Processus de base

Vitesse du son

Comme le montre la formule, la vitesse du son (vs) est fonction du poids moléculaire du gaz (MW) et de la température du gaz (t).

Où K est le rapport de capacité thermique spécifique du gaz et R est la constante du gaz

Dans des conditions de température plus élevée, les gaz de masse moléculaire plus petite peuvent produire des vitesses sonores plus élevées, qui à leur tour ont une énergie cinétique plus élevée. EtLa vitesse du gaz et l'énergie cinétique qu'il produit, un facteur clé dans la détermination des performances de broyageCette expérience élargit la portée de l'étude de la vitesse des gaz en sélectionnant des gaz de différents poids moléculaires, y compris l'hélium, la vapeur d'eau, l'air et le dioxyde de carbone, dont les poids moléculaires vont de 4 à 44 G / mol. Parmi eux, la température de la vapeur surchauffée est contrôlée à 200°C et les trois gaz restants sont tous à température ambiante (35°c). Les conditions réelles de fonctionnement et les vitesses sonores correspondantes calculées à partir de la formule sont indiquées dans le tableau 1.

Énergie cinétique et consommation d'énergie spécifique

L'énergie cinétique du gaz (ke) est considérée comme une mesure de l'apport énergétique total et peut être calculée à partir des formules (2) et (3) en fonction du rapport capacité thermique spécifique (k), du poids moléculaire (MW), de la température (t) et de la pression (p) du gaz.

Où mg est le débit massique de gaz et a la surface de circulation,

La formule (1) permet de savoir que la vitesse du son du gaz est indépendante de la pression; Alors que le débit massique de gaz est proportionnel à la pression, l'apport total d'énergie cinétique est également proportionnel à la pression du gaz. En fonctionnement réel, l'augmentation de la pression du gaz ne modifie pas la vitesse du gaz, mais augmente simplement le débit de gaz et l'apport énergétique total. Une pression de gaz plus élevée peut rendre le broyage des particules plus fin, mais ce phénomène est souvent mal interprété comme une augmentation de l'efficacité énergétique, qui doit être évaluée par la consommation d'énergie spécifique. La consommation d'énergie spécifique (SEC) est définie comme: l'énergie consommée pour réduire la taille des particules d'une masse unitaire d'un matériau de la taille des particules d'alimentation à la taille des particules du produit. Au cours de l'expérience, la consommation d'énergie spécifique peut être facilement ajustée en maintenant le débit de gaz inchangé, en modifiant le débit d'alimentation en solides (f), la formule de calcul étant la suivante:

En traçant la courbe de la consommation d'énergie spécifique par rapport à la taille des particules du produit, vous pouvez fournir une base pour évaluer l'efficacité énergétique du broyage.

V. Résultats et discussion

Distribution granulométrique

La distribution granulométrique des produits concassés est mesurée par la méthode de diffusion laser, les figures 2 à 5 représentant respectivement les familles de courbes de distribution granulométrique lorsque l'hélium, le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau et l'air sont utilisés comme gaz d'entraînement, les variables étant la consommation d'énergie spécifique.

Des expériences ont montré des similitudes dans les processus de réduction de la taille des particules pour différents types de gaz: dans des conditions de consommation d'énergie spécifique plus faible (ou de rapport gaz / solide plus faible), des particules fines sont produites, mais une partie des particules brutes brutes dans la charge reste, ce qui est typique des processus de pulvérisation par flux gazeux. L'amélioration de la consommation spécifique d'énergie (ou du rapport gaz - solide) permet non seulement de rendre le produit plus fin, mais également de réduire la distribution granulométrique en réduisant la teneur en particules grossières, ce qui suggère que la réduction de la taille des particules est le processus dominant lorsque la comparaison gaz - solide est faible, tandis que l'effet de gradation a moins d'impact sur la distribution granulométrique du produit. Un niveau critique de consommation spécifique d'énergie est atteint lorsque la consommation spécifique d'énergie atteint environ 1 000 kWh / T (correspondant à un rapport gaz / solide de 8 à 100 pour le dioxyde de carbone, l'air, la vapeur et l'hélium), lorsque la distribution granulométrique du produit commence à se rétrécir et que la taille des particules coupées est d'environ 30 microns. Si l'on normalise le rapport critique gaz / solide avec le poids moléculaire correspondant à chaque gaz, on obtient une valeur générique représentative de l'indice du rapport critique gaz / solide, qui est de 2 pour tous les gaz testés. Cet indice de rapport gaz / solide critique indique qu'un état d'écoulement suffisamment développé s'est formé à l'intérieur de la cavité de broyage, un état qui est une condition préalable au fonctionnement efficace du rôle de classement.

Limites de broyage

La limite de broyage est définie comme: l'état le plus fin dans lequel la distribution granulométrique du produit ne change plus lorsque la consommation d'énergie spécifique continue d'augmenter. La limite de broyage d'un broyeur à flux gazeux peut être étudiée par deux méthodes expérimentales différentes: l'une consiste à réduire constamment le débit d'alimentation en solides jusqu'à atteindre la limite de broyage tout en conservant l'énergie du gaz inchangée; L'autre consiste à introduire à plusieurs reprises le produit concassé dans le broyeur pour plusieurs broyages dans des conditions de rapport gaz / solide fixe jusqu'à atteindre la limite de broyage. La première méthode est difficile à mettre en œuvre, car la réduction du taux d'alimentation nécessite non seulement un contrôle précis de l'alimentation, mais permet également aux conditions de fonctionnement de sortir rapidement de la portée de l'application réelle, de sorte que cette dernière méthode (broyage répété) a été utilisée dans cette étude pour déterminer la limite de broyage.

La figure 6 présente les résultats expérimentaux lorsque l'air est du type source de gaz. Trois séries d'expériences ont été réalisées à des débits d'alimentation en matières solides choisis pour augmenter la consommation d'énergie spécifique en pulvérisant à plusieurs reprises le produit concassé (en augmentant le nombre de passages). Il est intéressant de noter que les trois séries d'expériences ont finalement atteint la même limite de broyage, la seule différence étant que plus le rapport gaz / solide est élevé, plus la limite de broyage est atteinte rapidement. Dans cette expérience, la limite de broyage de ce lot de sable de silice est de 4 microns de granulométrie moyenne et variera selon les matériaux.

Une autre façon d'observer la limite de broyage est la suivante: la pente de la courbe de consommation d'énergie spécifique peut devenir anormalement raide lorsque la taille des particules se rapproche du pôle de broyage (comme le montre la figure 7). À ce stade, la consommation d'énergie spécifique augmente exponentiellement et l'efficacité énergétique est extrêmement faible, de sorte que le broyeur ne doit pas être utilisé dans des conditions de travail proches de la limite de broyage en fonctionnement réel.

Il est à noter que le type de source de gaz a un impact sur la limite de broyage:Plus le gaz de masse moléculaire est petit, plus la limite de broyage pouvant être atteinte est fine, dans l'ordre hélium > vapeur > air > dioxyde de carbone. dans un intervalle de broyage classique de granulométrie moyenne de 5 à 80 microns, quelle que soit la source de gaz ou les conditions opératoires utilisées, la consommation d'énergie spécifique nécessaire pour obtenir la granulométrie d'un produit donné est à peu près la même, c'est - à - dire que l'efficacité énergétique de broyage est proche.

Vi. Conclusion

• L'influence morphologique du type de source de gaz sur la distribution granulométrique du produit n'est pas significative, la finesse du produit est à peu près équivalente à la même consommation d'énergie spécifique;
• Les types de sources de gaz de plus faible masse moléculaire ont la capacité de produire des produits plus fins, c'est - à - dire un effet de broyage: hélium > vapeur > air > dioxyde de carbone;
• La fonction intégrée de gradation du flux d'air ne peut contrôler efficacement la taille maximale des particules du produit que si un état d'écoulement suffisamment développé est formé à l'intérieur de la cavité de broyage;

Les résultats de l'étude montrent que le rapport gaz / solide critique nécessaire à la formation d'une structure de flux de gaz rotatif stable, rapide et symétrique est d'environ 2, c'est - à - dire qu'il faut associer un débit de gaz de 2 kg / h pour 1 kg / h de charge solide, ce Rapport gaz / solide correspondent à un niveau de consommation d'énergie spécifique d'environ 1000 kWh / t;

Solution complète pour la préparation de particules inhalées

Références

[1] Zhao Q Q, Schurr G. Effet des gaz moteurs sur le broyage fin dans un moulin à énergie fluide[J]. Powder Technology, 2002, 122(2):129-135.DOI:10.1016/S0032-5910(01)00408-9.