在粉體加工領域，分級技術是無機非金屬材料領域中粉體的主要深加工技術之一，對實現粉體精細化至關重要。隨著現代工業對微米級粉體粒度控制要求的提高，如何高效、節能地生產出粒度均勻的超細粉體成為行業關鍵挑戰。

1、分級原理與分類

·廣義上的分級：利用物料顆粒的物理特性(如粒徑大小、形狀、密度、磁性和放射性等) 差異，將不同特征的物料顆粒按照生產要求進行分離。分級方式一般為通過篩網篩分，但篩分適用于50μm以上顆粒，且存在設備占地大、易導致二次粉碎等問題。

·狹義上的分級：利用不同粒徑大小的顆粒在流體介質所受到的合力不同，從而使顆粒產生不同的運動軌跡，實現分級的操作過程。

按介質的性質分類，粉體分級有干法分級（介質為空氣）和濕法分級（介質為水或其他液體）兩種。濕法分級所用流體介質為水，故分級后需要對物料顆粒進行脫水、干燥等后處理工作，且耗水量大、能耗高，因此干法分級（氣流分級）在工業生產中應用領域更廣。

2、分級設備

氣流分級機按照其內部是否具有轉動部件可分為兩類：靜態氣流分級機、動態氣流分級機。

（1）靜態氣流分級機

結構相對簡單，便于維護，但分級精度不高，調節粒徑手段也較少。根據作用在物料顆粒上力的不同，可分為重力式分級機和離心式分級機。

①重力式分級機

重力式分級的原理是根據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。根據流體流動方向和作用力場的不同，重力式分級又可分為垂直流型和水平流型。

垂直流型重力式分級機結構示意圖 水平流型重力式分級機結構示意圖

重力式分級機是最早出現的分級機，現已用于各個領域，隨著精細工業、粉體技術的發展，重力式分級機的分級效率和分級精度是其發展的短板。但可通過多級分離提高分級效率，因此目前研究熱點多集中在鋸齒狀分級機上；另外也可以將垂直流型與水平流型耦合進行分級，從而改善內部流場。

由于重力式分級機具有壓降小、散熱性好以及處理量大等優點，因此可用于較大顆粒物料的前處理和不要求精細分級的物料。

鋸齒形分級機結構和幾何參數

②離心式分級機

離心式分級中，粗、細顆粒在氣流曳力和離心力的作用下向不同方向運動而分離。離心式靜態分級機一般是利用切向入口產生高速旋轉氣流或導風葉片等，帶動顆粒做回轉運動，因此該分級機具有結構簡單、成本低和便于維護等優點。

相較于重力式分級機，離心式分級機的分級效率和分級精度有很大的提高，目前在工業上應用比較廣泛。

目前離心式分級機研究大多關注旋風分離器的進風口結構和增設進風口，而對離心式分級機內顆粒碰撞、團聚等現象的機理研究較少，可借助CFD-DEM等手段對顆粒之間的相互關系進行分析，進一步揭示分級機理。

旋風式分級機的改進

（2）動態氣流分級機

動態氣流分級機因其內部具有轉動部件，相比于靜態氣流分級機分級效率和分級精度都得到很大的提升，是目前主流的分級設備。

內部具有轉動部件，結構比較復雜，運行成本和能耗都比較高，但分級效率更高，可調控的操作參數也較多，更適用于精密分級。根據轉籠安裝方式的不同，可將渦流氣流分級機分為立式渦流分級機和臥式渦流分級機。

動態分級機的分類及性能

立式和臥式分級機因轉籠安裝方式不同，分級性能也有較大差異：

·在機械結構方面，臥式分級機的轉籠為懸臂梁支撐，因此相應主軸和軸承尺寸偏大，但立式分級機整機結構復雜，制造成本高；

·在分級效率方面，立式分級機無論采取哪種進料方式，都能確保進料點在轉籠周向的 90%以上的范圍進行分級，而臥式分級機只能從單側進風，至少1/4 區域不參與分級；

·在分級精度方面，立式分級機可以四周進風，流場較穩定，分級產品粒徑均齊，而臥式分級機轉籠底部風速大于轉籠頂部和側面風速，分級粒徑范圍變寬，容易跑粗；

·在設備壓損方面，立式分級機氣流會經歷多次轉向，因此壓力損失偏高，而臥式分級機結構緊湊，內構件較少，故壓力損失偏低。

動態分級機結構示意圖

結語

從簡單重力分級到精密渦流分離，氣流分級技術已成為推動粉體工業高質量發展的關鍵引擎。隨著對顆粒行為和流場規律的認知不斷深入，以及跨學科技術的融合應用，未來的氣流分級設備必將更加智能、高效，為新材料、新能源等戰略新興領域提供更強大的粉體加工解決方案。

參考文獻：

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粉體圈七七