渦輪氣流分級機,又稱為渦輪分級機或動態氣流分級機,是一種高效的設備,廣泛用於超細粉末的乾式分級。它尤其適用於對粉末品質要求嚴格的行業。 粒徑分佈均勻、產品純度高、加工能力強例如電池材料、電子陶瓷、藥品、塗料以及非金屬礦物的深加工。
Ⅰ. 工作原理
渦輪空氣分級器的運作是基於以下兩者之間的平衡: 離心力 和 氣流阻力 實現粒子分類:
- 粉末進料:在引風機的作用下,乾粉被輸送到分級室。
- 分散和解聚:透過高速旋轉分散盤或氣流剪切將顆粒團聚體打散。
- 分級過程:氣流將粉末帶入高速旋轉的渦輪葉片區域。
◦ 細顆粒:受離心力作用小於氣流阻力 → 穿過葉片間隙 → 進入細粉出口。 ◦ 粗顆粒:受離心力作用大於氣流阻力 → 被甩向外壁 → 沿壁面沉降並進入粗粉出口。
- 產品收集:透過旋風分離器回收細粉 分隔符 或使用袋式過濾器;粗粉可以回收再用於研磨過程。
需要注意的關鍵點在於對切割粒度的控制,這可以透過調整分級輪的轉速來精確調整(轉速越高,d50 值越小)。當然,實際的粒徑分佈也受到系統風量、進料濃度、顆粒密度等因素的影響。
二、基本結構
| 成分 | 功能描述 |
| 進料口 | 從磨機或給料系統接收粉末,通常連接到旋風分離器或提昇機。 |
| 分散盤/導流裝置 | 首先將聚集的顆粒解聚,確保均勻進入分級區。 |
| 分類輪(渦輪轉子) | 核心部件;透過高速旋轉產生強大的離心場來控制切割尺寸。 |
| 驅動馬達和主軸 | 為分級輪提供所需的旋轉速度(通常為 3000-12000 rpm),並配備變頻驅動器以調整速度。 |
| 住房和分類委員會 | 形成氣固兩相流通道,優化流場分佈。 |
| 粗粉出口(回流口) | 排出過大的粗顆粒,這些顆粒可以回到磨機再研磨。 |
| 細粉出口(產品端口) | 合格的細粉隨氣流進入後續收集系統(例如,袋式過濾器)。 |
| 密封和軸承冷卻系統 | 防止灰塵洩漏,確保高速運轉穩定。 |
Ⅲ. 主要類型
| 產業 | 應用材料 | 分類要求 |
| 鋰電池 | 石墨負極、磷酸鋰鐵、NMC材料 | Dt = 5–15 μm,分佈窄,雜質含量低 |
| 非金屬礦物 | 超細 GCC、高嶺土、滑石粉 | 高白度,ds:≤10 μm |
| 電子陶瓷 | 氧化鋁、氧化鋯、鈦酸鋇 | 粒徑均勻,不含大顆粒 |
| 製藥與化學 | API原料、催化劑支持 | 符合GMP規範,無交叉污染 |
| 金屬粉末 | 鋁粉、銅粉、矽粉 | 需要惰性氣體保護,防氧化/防爆 |
Ⅳ. 核心優勢與局限性
| 優勢 | 限制 |
| 高精度分級:可精確控制切割尺寸,從而獲得較窄的粒徑分佈(陡度指數高)。 | ✕ 不適用於黏性、高水分或容易重新聚集的材料(可能需要預先乾燥或表面改質)。 |
| 乾式製程操作:無需用水,節省乾燥能源;適用於對熱或水敏感的材料。 | ✕ 對於超細粉末(<0.5 µm),分級效率會降低,可能需要結合靜電分級或慣性分級。 |
| 連續自動化:可全天候連續運行,易於整合到智慧生產線中。 | ✕ 設備投資相對較高,尤其是高速、高純度型號。 |
| 產品純度高:全封閉設計最大限度地減少了污染;可在惰性氣體保護(例如氮氣)下操作。 | ✕ 磨損問題:磨蝕性材料(例如石英、碳化矽)需要定期更換耐磨零件。 |
| 高彈性:只需調整轉速即可改變產品細度,無需更換硬體。 | ✕ 噪音和振動:高速旋轉需要良好的減振和隔音措施。 |
| 節能高效:與濕式製程+乾燥製程相比,整體能耗更低。 | |
五、關鍵技術指標
| 範圍 | 典型範圍 |
| 切割尺寸(d50) | 1 – 100 微米(主要應用:3-45 微米) |
| 分類效率 | ≥85%(理想條件下可超過95%) |
| 速度範圍 | 3000 – 12000 轉/分(取決於型號) |
| 處理能力 | 幾十公斤/小時到幾噸/小時 |
| 產品粒徑分佈(跨距) | 跨度 = (d90- d10)/d50;高品質設備可達≤1.0 |
| 耗電量 | 能耗相對較低;主要能耗來自風扇和馬達。 |
Ⅵ. 應用場景
| 產業 | 應用材料 | 分類要求 |
| 鋰電池 | 石墨負極、磷酸鋰鐵、NMC材料 | Dt = 5–15 μm,分佈窄,雜質含量低 |
| 非金屬礦物 | 超細 GCC、高嶺土、滑石粉 | 高白度,ds:≤10 μm |
| 電子陶瓷 | 氧化鋁、氧化鋯、鈦酸鋇 | 粒徑均勻,不含大顆粒 |
| 製藥與化學 | API原料、催化劑支持 | 符合GMP規範,無交叉污染 |
| 金屬粉末 | 鋁粉、銅粉、矽粉 | 需要惰性氣體保護,防氧化/防爆 |
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— 艾米麗·陳, 資深工程師