氣流分級作為一種干法分級技術，采用氣體為流體介質，成本低，操作方便易行，后期無需進行繁瑣的脫干、干燥、分散、廢水處理等步驟，是工業上常見的分級技術之一。該技術的基本原理是利用顆粒在氣流中的不同沉降速度進行顆粒的分級操作。具體來說，通過降低流速、改變方向等方法，懸浮在氣流中的顆粒會受到氣流曳力與重力、離心力、浮力等，若顆粒很小，則氣流曳力占主導地位，顆粒將跟隨氣流一起運動而被細分；反之，粗顆粒則沉降被粗分。一般來說，空氣分級機按是否具有運動部件可劃分為兩大類，靜態分級機和動態分級機。接下來，一起和小編結合原理，看看該如何選型？

靜態分級機

靜態分級機是一類不包含運動部件的分級設備，通常用于對顆粒物料進行初步分級，在操作上相對簡單，維護成本低，但通常需要較高的氣流速度，使顆粒產生更大的作用力，實現更有效的分級，并防止物料在分級機內部堆積。根據與氣流曳力方向相反的合力，有重力分級機和慣性分級機、旋風分離器等幾種類型。

1、重力分級機

重力分級機是最早出現的分級機，是利用不同粒徑的顆粒所受重力和沉降速度不同，以及顆粒和流體之間的相互作用進行分級，具有壓降小、散熱性好以及處理量大等優點，可用于較大顆粒物料（200-2000μm）的前處理和不要求精細分級的物料，如礦石、建筑材料領域等。根據氣流方向的不同，有垂直流型和水平流型兩種。

（1）垂直流型重力式分級機

垂直型重力分級機原理

傳統的垂直流重力分級機主體一般為圓柱形的垂直腔室，物料從頂部或側面進入，氣流則自下而上流動與物料接觸，由于粗顆粒重力較大，沉降速度會大于氣流速度，做與氣流方向相反的運動；而細顆粒則隨著氣流向上運動，從而完成粗細顆粒的分級。

但由于進料時，顆粒會打破氣流的均勻性而產生湍流（不規則運動），從而使部分細顆粒夾雜在粗顆粒中，為了提高重力分級機的精度，可采用由幾個截面為矩形的管道以固定的角度相互聯接構成的垂直鋸齒形通道，每個通道都會反復進行粗細顆粒的分級，通過增加通道數量可提升分級精度，但是氣流壓力損失和處理時間也會增加、能耗增大，因此，鋸齒形垂直流重力分級機的選型需要根據不同物料的特性和分級要求，仔細權衡分級精度、成本、氣流壓力損失、處理時間和能耗等因素，以確定合適的通道級數。

鋸齒形重力分級機

（2）水平流型重力分級機

水平重力分級機原理

水平流型重力分級機的氣流是以水平方向進入，顆粒則以豎直方向零初速度進入腔室內，受到自身重力和的作用下呈拋物線下落，由于顆粒的重力不同，沉降速度也不同，粗顆粒下落的位置也在水平方向比細顆粒要近，一些更細的顆粒則被氣流帶走。

由于水平流型重力分級機是基于顆粒軌跡進行分級的，分級過程中受隨機因素影響較大，分級效率較低，通常可在腔體內安裝擋板，未通過擋板的顆粒被留在上一級，以此實現多種粒度的分級。

加裝擋板的水平重力分級機結構

2、慣性分級機

慣性分級機也是一類構造簡單的分級器，其特點是無需動力、處理量大。其原理是將含原料的氣流通入分級室內，利用擋板或導流葉片等使氣流突然改變方向，細顆粒的慣性較小，無法維持其原有軌跡，在氣流曳力的作用下隨氣流一起運動，與粗顆粒分離。由于慣性力場受到的干擾因素較多，故分級精度也并不高，一般在10-250微米之間。但隨著技術發展，以慣性分級機為基礎的新型分級機在精度有了較大的提升。

慣性分級機原理

射流分級機就是近年來迅速發展的一種精度較高（0.5-50μm）的慣性分級機，該設備的技術核心是康達效應。在射流分級機中，物料隨壓縮空氣經射流噴嘴射入分級室，在康達效應的作用下，射流沿與氣流方向平行的康達塊曲線表面流動。小粒徑顆粒慣性小，隨著氣流貼著康達曲線表面流入細粉收集箱；而大粒徑顆粒慣性大，從而以拋物線狀態進入粗粉收集箱，實現顆粒分級。在這個過程中，可通過調整分級刀的位置來控制粗、中、細粉的粒度范圍。由于采用了高壓氣體在原料噴料管中對粉體進行了預分散處理，所以特別適用于超細、粘性、易團聚物料的分級，可分級球狀、片狀、及不規則形狀的顆粒，也可對不同密度的顆粒進行分級。

康達效應：當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時，只要曲率不大，流體會有隨著凸出的物體表面流動的傾向。如圖水柱接近調羹表面后，因康達效應會“抵抗”重力而吸附到調羹表面，沿表面運動。

射流分級機及原理示意圖（來源：洛陽納微機電設備有限公司）

3、旋風分離器

旋風分離器及其原理

旋風分離器利用離心力的作用將塵粒從氣體中分離出來，從而達到分級目的的分級設備，分級精度在5-50微米之間。一般由分散區、錐形分級區、進氣區組成，攜帶物料的空氣從頂部進料端進入后，沿器壁由上而下做旋轉運動，形成外渦旋。當氣流到達椎體底部時，會轉而沿軸心向上旋轉形成內漩渦，粗顆粒由于重力、慣性較大，會沿著原來方向從底部出料口排出，而細顆粒則會隨著內漩渦從頂部出氣口排出。

二次進風結構旋風分離器

旋風分離器的占地面積小、結構簡單，可通過改變進料方式、增加二次風、增加內構件等，提升分級精度和效率，內壁一般采用耐磨、耐腐蝕的內襯，故常用于回收尾氣中的有用物質，是礦山、水泥等行業生產中的常用設備。但在高濃度分級的情況下，顆粒物料會在旋風分離器內積聚得更加密集，容易導致旋風分離器的出口或底部出現阻塞。

動態氣流分級機

動態氣流分級機中具有運動部件，通常通過在分級區內建立較強的離心力場，利用物料本身的重力、所受的氣流阻力以及離心力的作用，可以達到精細分級目的。自第一臺動態空氣機發明以來，經過百年發展，歷經離心式、旋風式和渦流分級三代技術。

1、第一代：離心式空氣分級機

也稱內部循環式分級機，它是通過下部撒料，利用空氣和粉體在機內循環來實現粗細粉的分離和收集的，粗粉受到重力較大，留在內殼體力，從粗粉出口排出，細粉則隨氣流向上運動至外殼體，從細粉出口排出。一般可通過調整氣流的上升和旋轉速度以及增減小風葉的作用來實現分級粒度的控制，相比靜態的空氣分級機，采用了散料盤等部件，改善物料在選粉機內的分布狀況，提高在氣流中的分散性。

2、第二代：旋風式空氣分級機

由于第一代離心式選粉機仍具有具有降低選粉效率、磨損大等缺點，設計了外部循環氣流的旋風式選粉機誕生了，其采取了下部切向進風，利用回風管，從旋風筒出來的干凈氣流可以再進入風機進行循環形成外部循環氣流，使得在空氣進入和上升的過程中會穿過撒料料幕，再經過旋轉風葉或錐形轉籠實現分級，相比第一代離心空氣分級機減少細粉隨回風的循環，也降低選粉室內的選粉濃度。

旋風式空氣分級機結構圖

3、第三代：渦流空氣分級機

第三代渦流分級器全面改進了各分級功能區結構，分級效率和分級精度高（<10μm），操作彈性大，是目前主流的動態分級設備。其內部設有高速旋轉的轉籠，以此形成穩定均勻的渦流場。首先，待分級的物料從進料口下落到撒料盤上，隨撒料盤一起旋轉并沿切線方向拋向四周，當物料碰撞到反擊板后發生反彈，并在重力作用下落入轉籠外邊緣和導流葉片內邊緣間環形區。同時，一次風和二次風切向進入分級器，由于轉籠高速旋轉，其下部存在負壓區，使得氣流在豎直和水平方向上都存在一定的粉速度，此時顆粒受到氣流拽引力、重力、離心力等相互作用，細顆粒重力較小隨氣流穿過轉籠后從細粉出口流出，粗顆粒則殼壁相碰后下沉至底部粗粉排出口。

作為渦流空氣分級機中唯一運動的部件，轉籠的速度對分級性能有顯著的影響，轉籠速度的提高，會增強其離心力場的強度，氣流流線曲率也會隨著改變，除此之外，風量和進料速度對于顆粒分級的精度也有一定的影響，因此，分級時可按需調整這三個參數，實現精細分級。

德國Alpine公司ATP型、日本細川公司MSS型、日本小野田水泥公司O-sepa型

小結

近年來，隨著超細粉體市場的不斷擴充和生產規模的擴大，空氣分級機在朝著精細化、大型化、自動化的方向發展，在化工、醫藥、礦物分選、食品加工等領域得到廣泛應用。靜態空氣分級機中重力分級機和慣性分級機有著結構簡單、處理量大的優點，常用于粗粒的分級。離心式分級機則利用離心力作用，大幅提高了分級效率和精度，目前在礦山、水泥等大規模生產中應用較廣泛。動態空氣分級機因其內部具有轉動部件，相比于靜態空氣分級機分級效率和分級精度都得到更大的提升，可通過內部流場的優化實現精細的分級，其中渦流空氣分級機以其分級粒徑可調及適應面較廣等優點，廣泛應用于建筑、礦物加工、精細化工、特種陶瓷等工業領域。

參考文獻：

1.盧道銘,范怡平,盧春喜.顆粒空氣分級技術研究進展[J].中國粉體技術,2020,26(06):11-24；

2.付敏,曹眾,陳效慶等.空氣分級技術及設備研究進展[J/OL].化學工業與工程:1-15[2023-10-18]

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