氣流分級(jí)作為一種干法分級(jí)技術(shù)，采用氣體為流體介質(zhì)，成本低，操作方便易行，后期無需進(jìn)行繁瑣的脫干、干燥、分散、廢水處理等步驟，是工業(yè)上常見的分級(jí)技術(shù)之一。該技術(shù)的基本原理是利用顆粒在氣流中的不同沉降速度進(jìn)行顆粒的分級(jí)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(huì)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(dǎo)地位，顆粒將跟隨氣流一起運(yùn)動(dòng)而被細(xì)分；反之，粗顆粒則沉降被粗分。一般來說，空氣分級(jí)機(jī)按是否具有運(yùn)動(dòng)部件可劃分為兩大類，靜態(tài)分級(jí)機(jī)和動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)。接下來，一起和小編結(jié)合原理，看看該如何選型？

靜態(tài)分級(jí)機(jī)

靜態(tài)分級(jí)機(jī)是一類不包含運(yùn)動(dòng)部件的分級(jí)設(shè)備，通常用于對(duì)顆粒物料進(jìn)行初步分級(jí)，在操作上相對(duì)簡單，維護(hù)成本低，但通常需要較高的氣流速度，使顆粒產(chǎn)生更大的作用力，實(shí)現(xiàn)更有效的分級(jí)，并防止物料在分級(jí)機(jī)內(nèi)部堆積。根據(jù)與氣流曳力方向相反的合力，有重力分級(jí)機(jī)和慣性分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)分離器等幾種類型。

1、重力分級(jí)機(jī)

重力分級(jí)機(jī)是最早出現(xiàn)的分級(jí)機(jī)，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(jìn)行分級(jí)，具有壓降小、散熱性好以及處理量大等優(yōu)點(diǎn)，可用于較大顆粒物料（200-2000μm）的前處理和不要求精細(xì)分級(jí)的物料，如礦石、建筑材料領(lǐng)域等。根據(jù)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(jí)機(jī)

垂直型重力分級(jí)機(jī)原理

傳統(tǒng)的垂直流重力分級(jí)機(jī)主體一般為圓柱形的垂直腔室，物料從頂部或側(cè)面進(jìn)入，氣流則自下而上流動(dòng)與物料接觸，由于粗顆粒重力較大，沉降速度會(huì)大于氣流速度，做與氣流方向相反的運(yùn)動(dòng)；而細(xì)顆粒則隨著氣流向上運(yùn)動(dòng)，從而完成粗細(xì)顆粒的分級(jí)。

但由于進(jìn)料時(shí)，顆粒會(huì)打破氣流的均勻性而產(chǎn)生湍流（不規(guī)則運(yùn)動(dòng)），從而使部分細(xì)顆粒夾雜在粗顆粒中，為了提高重力分級(jí)機(jī)的精度，可采用由幾個(gè)截面為矩形的管道以固定的角度相互聯(lián)接構(gòu)成的垂直鋸齒形通道，每個(gè)通道都會(huì)反復(fù)進(jìn)行粗細(xì)顆粒的分級(jí)，通過增加通道數(shù)量可提升分級(jí)精度，但是氣流壓力損失和處理時(shí)間也會(huì)增加、能耗增大，因此，鋸齒形垂直流重力分級(jí)機(jī)的選型需要根據(jù)不同物料的特性和分級(jí)要求，仔細(xì)權(quán)衡分級(jí)精度、成本、氣流壓力損失、處理時(shí)間和能耗等因素，以確定合適的通道級(jí)數(shù)。

鋸齒形重力分級(jí)機(jī)

（2）水平流型重力分級(jí)機(jī)

水平重力分級(jí)機(jī)原理

水平流型重力分級(jí)機(jī)的氣流是以水平方向進(jìn)入，顆粒則以豎直方向零初速度進(jìn)入腔室內(nèi)，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(xì)顆粒要近，一些更細(xì)的顆粒則被氣流帶走。

由于水平流型重力分級(jí)機(jī)是基于顆粒軌跡進(jìn)行分級(jí)的，分級(jí)過程中受隨機(jī)因素影響較大，分級(jí)效率較低，通常可在腔體內(nèi)安裝擋板，未通過擋板的顆粒被留在上一級(jí)，以此實(shí)現(xiàn)多種粒度的分級(jí)。

加裝擋板的水平重力分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)

2、慣性分級(jí)機(jī)

慣性分級(jí)機(jī)也是一類構(gòu)造簡單的分級(jí)器，其特點(diǎn)是無需動(dòng)力、處理量大。其原理是將含原料的氣流通入分級(jí)室內(nèi)，利用擋板或?qū)Я魅~片等使氣流突然改變方向，細(xì)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(yùn)動(dòng)，與粗顆粒分離。由于慣性力場受到的干擾因素較多，故分級(jí)精度也并不高，一般在10-250微米之間。但隨著技術(shù)發(fā)展，以慣性分級(jí)機(jī)為基礎(chǔ)的新型分級(jí)機(jī)在精度有了較大的提升。

慣性分級(jí)機(jī)原理

射流分級(jí)機(jī)就是近年來迅速發(fā)展的一種精度較高（0.5-50μm）的慣性分級(jí)機(jī)，該設(shè)備的技術(shù)核心是康達(dá)效應(yīng)。在射流分級(jí)機(jī)中，物料隨壓縮空氣經(jīng)射流噴嘴射入分級(jí)室，在康達(dá)效應(yīng)的作用下，射流沿與氣流方向平行的康達(dá)塊曲線表面流動(dòng)。小粒徑顆粒慣性小，隨著氣流貼著康達(dá)曲線表面流入細(xì)粉收集箱；而大粒徑顆粒慣性大，從而以拋物線狀態(tài)進(jìn)入粗粉收集箱，實(shí)現(xiàn)顆粒分級(jí)。在這個(gè)過程中，可通過調(diào)整分級(jí)刀的位置來控制粗、中、細(xì)粉的粒度范圍。由于采用了高壓氣體在原料噴料管中對(duì)粉體進(jìn)行了預(yù)分散處理，所以特別適用于超細(xì)、粘性、易團(tuán)聚物料的分級(jí)，可分級(jí)球狀、片狀、及不規(guī)則形狀的顆粒，也可對(duì)不同密度的顆粒進(jìn)行分級(jí)。

康達(dá)效應(yīng)：當(dāng)流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦?xí)r，只要曲率不大，流體會(huì)有隨著凸出的物體表面流動(dòng)的傾向。如圖水柱接近調(diào)羹表面后，因康達(dá)效應(yīng)會(huì)“抵抗”重力而吸附到調(diào)羹表面，沿表面運(yùn)動(dòng)。

射流分級(jí)機(jī)及原理示意圖（來源：洛陽納微機(jī)電設(shè)備有限公司）

3、旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器及其原理

旋風(fēng)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(dá)到分級(jí)目的的分級(jí)設(shè)備，分級(jí)精度在5-50微米之間。一般由分散區(qū)、錐形分級(jí)區(qū)、進(jìn)氣區(qū)組成，攜帶物料的空氣從頂部進(jìn)料端進(jìn)入后，沿器壁由上而下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成外渦旋。當(dāng)氣流到達(dá)椎體底部時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)而沿軸心向上旋轉(zhuǎn)形成內(nèi)漩渦，粗顆粒由于重力、慣性較大，會(huì)沿著原來方向從底部出料口排出，而細(xì)顆粒則會(huì)隨著內(nèi)漩渦從頂部出氣口排出。

二次進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器的占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單，可通過改變進(jìn)料方式、增加二次風(fēng)、增加內(nèi)構(gòu)件等，提升分級(jí)精度和效率，內(nèi)壁一般采用耐磨、耐腐蝕的內(nèi)襯，故常用于回收尾氣中的有用物質(zhì)，是礦山、水泥等行業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。但在高濃度分級(jí)的情況下，顆粒物料會(huì)在旋風(fēng)分離器內(nèi)積聚得更加密集，容易導(dǎo)致旋風(fēng)分離器的出口或底部出現(xiàn)阻塞。

動(dòng)態(tài)氣流分級(jí)機(jī)

動(dòng)態(tài)氣流分級(jí)機(jī)中具有運(yùn)動(dòng)部件，通常通過在分級(jí)區(qū)內(nèi)建立較強(qiáng)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(dá)到精細(xì)分級(jí)目的。自第一臺(tái)動(dòng)態(tài)空氣機(jī)發(fā)明以來，經(jīng)過百年發(fā)展，歷經(jīng)離心式、旋風(fēng)式和渦流分級(jí)三代技術(shù)。

1、第一代：離心式空氣分級(jí)機(jī)

也稱內(nèi)部循環(huán)式分級(jí)機(jī)，它是通過下部撒料，利用空氣和粉體在機(jī)內(nèi)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)粗細(xì)粉的分離和收集的，粗粉受到重力較大，留在內(nèi)殼體力，從粗粉出口排出，細(xì)粉則隨氣流向上運(yùn)動(dòng)至外殼體，從細(xì)粉出口排出。一般可通過調(diào)整氣流的上升和旋轉(zhuǎn)速度以及增減小風(fēng)葉的作用來實(shí)現(xiàn)分級(jí)粒度的控制，相比靜態(tài)的空氣分級(jí)機(jī)，采用了散料盤等部件，改善物料在選粉機(jī)內(nèi)的分布狀況，提高在氣流中的分散性。

2、第二代：旋風(fēng)式空氣分級(jí)機(jī)

由于第一代離心式選粉機(jī)仍具有具有降低選粉效率、磨損大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了外部循環(huán)氣流的旋風(fēng)式選粉機(jī)誕生了，其采取了下部切向進(jìn)風(fēng)，利用回風(fēng)管，從旋風(fēng)筒出來的干凈氣流可以再進(jìn)入風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)形成外部循環(huán)氣流，使得在空氣進(jìn)入和上升的過程中會(huì)穿過撒料料幕，再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)風(fēng)葉或錐形轉(zhuǎn)籠實(shí)現(xiàn)分級(jí)，相比第一代離心空氣分級(jí)機(jī)減少細(xì)粉隨回風(fēng)的循環(huán)，也降低選粉室內(nèi)的選粉濃度。

旋風(fēng)式空氣分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3、第三代：渦流空氣分級(jí)機(jī)

第三代渦流分級(jí)器全面改進(jìn)了各分級(jí)功能區(qū)結(jié)構(gòu)，分級(jí)效率和分級(jí)精度高（<10μm），操作彈性大，是目前主流的動(dòng)態(tài)分級(jí)設(shè)備。其內(nèi)部設(shè)有高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)籠，以此形成穩(wěn)定均勻的渦流場。首先，待分級(jí)的物料從進(jìn)料口下落到撒料盤上，隨撒料盤一起旋轉(zhuǎn)并沿切線方向拋向四周，當(dāng)物料碰撞到反擊板后發(fā)生反彈，并在重力作用下落入轉(zhuǎn)籠外邊緣和導(dǎo)流葉片內(nèi)邊緣間環(huán)形區(qū)。同時(shí)，一次風(fēng)和二次風(fēng)切向進(jìn)入分級(jí)器，由于轉(zhuǎn)籠高速旋轉(zhuǎn)，其下部存在負(fù)壓區(qū)，使得氣流在豎直和水平方向上都存在一定的粉速度，此時(shí)顆粒受到氣流拽引力、重力、離心力等相互作用，細(xì)顆粒重力較小隨氣流穿過轉(zhuǎn)籠后從細(xì)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(jí)機(jī)中唯一運(yùn)動(dòng)的部件，轉(zhuǎn)籠的速度對(duì)分級(jí)性能有顯著的影響，轉(zhuǎn)籠速度的提高，會(huì)增強(qiáng)其離心力場的強(qiáng)度，氣流流線曲率也會(huì)隨著改變，除此之外，風(fēng)量和進(jìn)料速度對(duì)于顆粒分級(jí)的精度也有一定的影響，因此，分級(jí)時(shí)可按需調(diào)整這三個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)分級(jí)。

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

小結(jié)

近年來，隨著超細(xì)粉體市場的不斷擴(kuò)充和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，空氣分級(jí)機(jī)在朝著精細(xì)化、大型化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，在化工、醫(yī)藥、礦物分選、食品加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。靜態(tài)空氣分級(jí)機(jī)中重力分級(jí)機(jī)和慣性分級(jí)機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡單、處理量大的優(yōu)點(diǎn)，常用于粗粒的分級(jí)。離心式分級(jí)機(jī)則利用離心力作用，大幅提高了分級(jí)效率和精度，目前在礦山、水泥等大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛。動(dòng)態(tài)空氣分級(jí)機(jī)因其內(nèi)部具有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，相比于靜態(tài)空氣分級(jí)機(jī)分級(jí)效率和分級(jí)精度都得到更大的提升，可通過內(nèi)部流場的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)精細(xì)的分級(jí)，其中渦流空氣分級(jí)機(jī)以其分級(jí)粒徑可調(diào)及適應(yīng)面較廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、礦物加工、精細(xì)化工、特種陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域。

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