Nel campo della lavorazione delle polveri, la tecnologia di classificazione ad aria è una delle principali tecniche di lavorazione profonda delle polveri. È fondamentale per ottenere la raffinazione delle polveri nel settore dei materiali inorganici non metallici. Poiché l'industria moderna richiede un maggiore controllo sulla dimensione delle particelle a livello micron, la sfida principale è diventata quella di produrre polveri ultrafini uniformi in modo efficiente e a basso consumo energetico.
Principi e tipi di classificazione
• Classificazione ad ampio raggio: separa le particelle di materiale in base alle differenze nelle loro caratteristiche fisiche (come dimensioni, forma, densità, magnetismo, radioattività) in base ai requisiti di produzione. Il metodo più comune è la setacciatura tramite maglie, adatta per particelle superiori a 50 μm. Tuttavia, le apparecchiature di setacciatura occupano spesso molto spazio e possono causare frantumazione secondaria.
• Classificazione in senso stretto: sfrutta la differenza nella forza risultante esercitata da particelle di diverse dimensioni in un mezzo fluido, inducendole a seguire traiettorie diverse, ottenendo così la separazione. In base al mezzo, la classificazione delle polveri si divide in metodi a secco (utilizzando aria) e a umido (utilizzando acqua o altri liquidi). La classificazione a umido richiede la successiva disidratazione e asciugatura delle particelle, consuma molta acqua e ha un consumo energetico più elevato. Di conseguenza, la classificazione a secco (classificazione ad aria) trova una più ampia applicazione nella produzione industriale.
Attrezzatura di classificazione
I classificatori d'aria possono essere suddivisi in due tipologie in base alla presenza di parti interne rotanti: classificatori d'aria statici (o fissi) e classificatori d'aria dinamici.
01 Classificatori d'aria statici
Hanno strutture relativamente semplici e sono facili da manutenere, ma offrono una minore precisione di classificazione e meno possibilità di regolazione delle dimensioni delle particelle. In base alla forza dominante, si dividono in classificatori gravitazionali e centrifughi.
① Classificatore gravitazionale: questo metodo classifica le particelle in base alle differenze nella forza gravitazionale e nella velocità di sedimentazione di particelle di diverse dimensioni, nonché alla loro interazione con il fluido. A seconda della direzione del flusso del fluido e del campo di forza, il flusso può essere verticale o orizzontale.
I classificatori gravitazionali sono stati i primi a essere sviluppati e sono ora utilizzati in vari campi. Tuttavia, con il progresso dell'industria fine e della tecnologia delle polveri, la loro efficienza e precisione di classificazione rappresentano dei limiti. L'efficienza può essere migliorata attraverso la separazione multistadio, rendendo i classificatori a zig-zag un attuale focus di ricerca. L'accoppiamento di flussi verticali e orizzontali può anche ottimizzare il campo di flusso interno. Vantaggi come basse perdite di carico, buona dissipazione del calore e grande capacità li rendono adatti alla pre-elaborazione di particelle più grandi o materiali che non richiedono una classificazione precisa.
② Classificatore centrifugo: Nella classificazione centrifuga, le particelle grossolane e fini si separano muovendosi in direzioni diverse sotto l'influenza della resistenza dell'aria e delle forze centrifughe. I classificatori centrifughi statici utilizzano in genere ingressi tangenziali che creano un flusso d'aria rotante ad alta velocità o palette direzionali per far ruotare le particelle. Sono semplici, economici e facili da manutenere. Rispetto ai tipi gravitazionali, offrono efficienza e precisione significativamente migliorate, il che ne consente un utilizzo industriale più ampio. La ricerca attuale si concentra spesso sulla struttura degli ingressi dei classificatori a ciclone o sull'aggiunta di ingressi. Gli studi meccanicistici sulle collisioni e l'agglomerazione delle particelle all'interno di questi classificatori sono meno numerosi; strumenti come CFD-DEM possono analizzare le interazioni delle particelle per svelare ulteriormente il meccanismo di classificazione.
02 Classificatori d'aria dinamici
Dotati di parti rotanti interne, i classificatori d'aria dinamici offrono un'efficienza e una precisione di classificazione sostanzialmente superiori rispetto a quelli statici, rendendoli oggi le apparecchiature più diffuse. La loro struttura interna è più complessa, con conseguenti costi operativi e consumi energetici più elevati, ma offrono un'efficienza superiore, parametri più regolabili e sono più adatti alla classificazione di precisione.
In base all'orientamento della gabbia del rotore, i classificatori d'aria a vortice si dividono in verticali e orizzontali. L'orientamento influisce in modo significativo sulle prestazioni:
• Struttura meccanica: i classificatori orizzontali hanno una gabbia del rotore supportata a sbalzo, che richiede mandrini e cuscinetti più grandi. I classificatori verticali hanno una struttura complessiva più complessa e costi di produzione più elevati.
• Efficienza di classificazione: i classificatori verticali possono garantire che la classificazione avvenga su oltre 90% della circonferenza della gabbia del rotore, indipendentemente dal metodo di alimentazione. I classificatori orizzontali in genere hanno una presa d'aria su un solo lato, lasciando almeno un quarto dell'area non partecipativa.
• Precisione di classificazione: i classificatori verticali consentono l'aspirazione dell'aria da tutti i lati, creando un campo di flusso stabile e producendo una granulometria uniforme. Nei classificatori orizzontali, la velocità dell'aria è maggiore nella parte inferiore del rotore rispetto alla parte superiore/laterale, ampliando l'intervallo di granulometria classificata e consentendo potenzialmente il trascinamento di particelle grossolane.
• Caduta di pressione: il flusso d'aria nei classificatori verticali subisce molteplici cambi di direzione, con conseguente maggiore perdita di pressione. I classificatori orizzontali sono compatti e hanno meno componenti interni, con conseguente minore perdita di pressione.
Conclusione
Dalla semplice separazione gravitazionale alla separazione di precisione a vortice, la tecnologia di classificazione dell'aria è diventata un motore chiave. Sta guidando lo sviluppo di alta qualità dell'industria delle polveri. Con l'approfondimento della comprensione del comportamento delle particelle e delle dinamiche del campo di flusso, le future apparecchiature di classificazione dell'aria diventeranno più efficienti. Questo progresso fornirà soluzioni di trattamento delle polveri più potenti per settori strategici emergenti come i nuovi materiali e le nuove energie.
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