研磨介质对磨效的影响因素

1前言  自1948年美国杜邦公司发明立式砂磨机以来，其结构几经革新，应用范围不断扩大。用砂磨机把颜料分散于漆料之中始于1952年。据了解，在我国涂料行业的粉碎设备中，砂磨机占50%左右，约有70-80%的涂料产品是由砂磨机完成的。  一个研磨体系，主要由几何参数、物料参数、研磨介质参数和过程参数等因素构成。其中研磨介质参数，如研磨介质的比重、球形度、光洁度、机械强度、耐磨性、化学稳定性、直径、均匀性、填充率等因素对研磨效果影响甚大。研磨介质是砂磨机不可分割的配套材料，本文将对其进行探讨，旨在使砂磨机发挥更大的作用。    2研磨机的工作机理  2． 1磨机理  将均匀的颜料-漆料混合浆泵送入砂磨机，与正在机中受搅拌而激烈运动的研磨介质混合。研磨介质及物料间的作用是由高速旋转的叶片产生的，靠近叶片表面的研磨介质和漆浆受粘度阻力而随叶片运动，被离心力抛向砂磨机筒壁，形成双环形滚动的湍流，见图1。研磨介质间剧烈的运动产生剪切、挤压和摩擦力，使介质间的物料粒子受力变形并产生应力场。当应力达到颗粒的屈服或断裂极限时，便产生塑性变形或破碎。未被粉碎的颗粒受离心力作用被甩向砂磨机筒壁，此区研磨介质密度最大，从而强化了粉碎作用。粉碎后的微小颗粒经分离器与研磨介质分离后流出砂磨机。    图1砂磨机工作原理  2． 2磨机的能量分布  砂磨机是通过研磨介质传递能量而达到粉碎目的的，其他条件恒定，能量分布与粒子粒径分布有密切关系，见图2。研磨介质主要集中在筒壁附近，这里的能量密度较大，因此，对于立式砂磨机，从下到上形成了环状的高能密度的研磨有效区，见图3。在研磨介质的选择上，应尽可能使磨室内有均匀的能量密度，使产品粒度分布均匀。  图2能量分布与粒径的关系    图3能量密度沿磨室截面分布  3研磨介质对研磨效果的影响因素  3． 1研磨介质比重  研磨介质不同，其比重差异较大。从粉碎角度看，似乎大比重研磨介质对提高磨效有利，实际并非如此。目前工业上使用的研磨介质，其比重在2.2-14这样的大范围内，选择合适比重的研磨介质对提高磨效有一定的积极作用。  比重大，消耗的能量也大，研磨介质间的机械能转化为大量的热能使浆料温度升高，从而加剧了微粒子的布郎运动，造成已磨碎的颗粒重新凝聚，使磨效降低。此外，比重大的研磨介质造成砂磨机的径向和轴向能量密度严重不均，也影响产品质量。依笔者经验，一般物料选用比重为2.3-2.8的玻璃珠或陶瓷珠即可。当然，分散和粉碎粘度大的硬质物料，尚需用钢珠（比重7.8）。  3． 2研磨介质球形度  球形研磨介质在随叶片公转的同时，还有本身的自转，其总的动能为：  T=1/2MV2+1/2Jω2  式中：T——研磨介质总动能；  M——研磨介质的质量；  V——研磨介质的运动速度；  J——转动惯量；  ω——平面运动研磨介质的角速度。  式中的1/2Jω2是研磨介质自转产生的附加能，由此产生对粒子的剪切和摩擦的粉碎作用。显然，自转角速度ω越大，产生的附加能也越大，当球体不均匀时，自转运动受阻，降低了附加能，不利于研磨。  3．3表面光洁度  研磨介质与浆料混合装入研磨室，在研磨粉碎物料的同时，介质也会有一定的磨耗，磨耗的材料进入浆料后，用通常的方法很难分离，影响产品质量，甚至改变漆料的色泽，这是生产者所不希望的。对于同一种材料，磨耗率与研磨介质表面光洁度成正比，所以要求研磨介质表面光滑，以减少磨耗率。  3．4机械强度  研磨介质的机械强度主要指正常工作情况下的抗弯、抗压、抗冲击强度。对于金属类研磨介质一般无大问题，而对非金属类研磨介质，要达到这些指标并不容易。其综合要求是在正确使用条件下基本不产生破碎。  4． 5耐磨性  耐磨性是衡量研磨介质质量的重要条件。不耐磨的介质因磨耗而需经常进行补充，不仅增加成本，而且影响正常生产。磨耗的介质材料还会影响产品质量，同时，对机械零件，如叶片、筒体、送料泵及密封都带来危害，在选材时应特别注意。在陶瓷珠与玻璃珠的对比试验中，以研磨中黄醇酸浆料为例，玻璃珠在100h内磨损为零，而陶瓷珠磨损率为1.8%。最近深圳生产一种ZrO2研磨介质，磨损率减少至1/100000，是较理想的研磨材料。  4． 6研磨介质直径  研磨介质间的接触产生粉碎物料的机械力，在两研磨介质接触后形成一个区域，物料只有在这一区域的包容下才有可能粉碎，其体积为：  Va=2πr2(R+1/3r)  式中：Va——研磨有效区域；  R——研磨介质半径；  r——物料半径。  就单位体积而言，小研磨介质比大介质这一区域增大约1/R2。假设随机堆积因数φ=0.639，每个研磨介质约有4.6个接触点。在25.4mm3（1.0in3）的体积中，研磨介质直径为3.175mm（1/8in）有2900个接触点，而直径为0.794mm(1/32in)有180000个接触点，即小研磨介质直径是大研磨介质直径的1/4时，接触点增大约62倍，这是小介质提高磨效的主要原因，生产的实际情况也遵循这一规律。  从图4不难看出，要求粒度越细，研磨介质直径对磨效的影响愈显著。从6μm研磨曲线可以看到，研磨介质超过1mm后，研磨效率几乎直线下降。但直径过小也会因产生的剪切、摩擦力小而降低磨效，有人用0.2mm的最小研磨介质作试验，发现粉碎速度反而降低。Stehr最近进行试验，先用1.0-1.4mm的玻璃珠进行粗粉碎，然后改用细珠，粉碎时间可大大缩短。  5． 7介质均匀度  关于研磨介质均匀度研究者结论不一，一种说法认为研磨介质直径应一致。从动力学的角度看，当介质直径一致时，体积相同，则质量相等，即m1=m2 ，在运动中可获得相同的动量m1v1=m2v2；m1>m2时，m1v1>m2v2，两球相撞时大球将小球撞开，造成大球追小球的情况，磨效会降低。  另一种说法与前面的结论恰好相反。从几何学的角度考虑，认为不同直径研磨介质混装，小介质填充了大介质的空隙位置，增多了介质的接触点，因而可提高磨效。据介绍，德国DRAIS公司赞同不同直径研磨介质混装，可能就是出于这一原因。至于哪种说法正确，笔者未加验证，但如果不同粒径研磨介质有足够的机械强度，不使其磨损或碎裂，混装效果可能更好些。  5． 8介质填充率  研磨介质填充率与磨效关系甚大，见图5。填充率必须有一定的范围，填充率过高，加速设备磨损，过低则达不到粉碎目的。填充率还与浆料的粘度有关，研磨介质的填充率一般为50-80%为宜。   图5介质填充率与磨效的关系  6． 9化学稳定性  要求研磨介质对物料应有一定的化学稳定性，防止研磨过程中介质与物料间发生化学反应，造成产品污染和加速介质磨损，一般非金属介质优于金属介质。研磨介质的pH值应尽可能接近中性。 · 行业聚焦：     第一节 浓缩 　　一、浓缩的基本原理和影响因素  　　★（一）浓缩的基本原理  　　蒸发浓缩可在沸点或低于沸点时进行，又可在减压或常压下进行。为提高蒸发效率，生产上蒸发浓缩均采用沸腾蒸发。  　　沸腾蒸发浓空的效率常以蒸发器生产强度来衡量。蒸发器生产强度是指单位时间内，单位传热面积上所蒸发的溶剂量。  　　★（二）影响浓缩的因素  　　1．传热温度差（△t）的影响 提高加热蒸汽的压力和降低冷凝器中二次蒸汽的压力，都有利于提高传热温度差。  　 　　真空耙式干燥机，具有结构简单，操作方便，使用周期长，性能稳定可靠，蒸汽耗量小，真空耙式干燥机适用性能强，产品质量好，特别适用于不耐高温、易燃、调温下易氧化的膏状物料的干燥，真空耙式干燥机经用户长期使用证明是一良好的干燥设备。 　　真空耙式干燥机原理：被干燥物料从壳体上方正中间加入，在不断正反转动的耙齿的搅拌下，物料轴向来回走动，与壳体内壁接触的表面不断更新，受到蒸汽的间接加热，耙齿的均匀搅拌，粉碎随着社会的快速发展，人们对药品的要求更高，更挑剔。西欧国家虽然有先进的工艺技术和设备，但由于他们对环保、劳动力的运行成本太高而使这些国家很难维继原料药和中间体的生产。所以现在有国外制药企业转向发展中国家投资办厂的趋势。无可非议，中国是一个相当理想的被投资国家，人力、物理充足。近几年来，我国制药行业得到了长足的发展。 　　目前，国内药企不乏先进的工艺和先进的技术，但为能生产出更高质量的药品，制药设备这一块也至关重要。 　　GMP的药品规范中明文规定，所有制药设备都必须符合GMP生产要求，必须做到该设备能原位清洗和原位灭菌。设备在运转过程中要做到对药品不能有二次污染。针对这一要求，我们不管是从轻工业、食品业以及制药业来说，干燥机都发挥着巨大的作用，尤其更加专业的双锥回转真空干燥机更是得到了很多企业的认可。 　　双锥回转真空干燥机是我厂在结合国内同类产品技术所开发的新一代干燥装置，双锥真空采用皮带--链条两弹性联接方式，因而设备运行平稳。特别设计的工艺，充分体现了两支轴的良好同心，热媒及真空系统均采用可靠的机械密封或美国技术的旋转接头。在此基础上，我们开发了SZG-A它既可无级调速，又能进行恒温控制。双锥回转真空干燥机从高温导热油为热媒介质、中温蒸汽及低温热水一应俱全。干燥粘性物料时，将在罐内为您特别设计“抄板”机构或设置滚珠。 　　现在市面上出现了很多的销售双锥操作费可节约50%左右。 　　3、PGC型盘式干燥器，适用于不粘法的松散粉粒状(3um--6mm)，物料的加热，冷却，干燥及回收溶剂的操作，选一种多层固定圆盘，转耙搅拌辛辛苦苦密闭连续接能干燥器，肯有效率高，能耗省，环保好(9.3--9.6kg蒸汽/kgH2O)，动力消耗低，干燥时间可控(15--60分)，产品质量均匀，操作方便，生产安全等特点。 　　4、专门为中药材量身定做的连续灭菌干燥器投入使用。以上设备，我厂业已投入生产，并备有干燥试验机，便于来料干燥试验和设计选型，我厂专门承接设计制造及配套设计，进行技术指导，技术咨询，技术开发，技术服务，开车安装调试，实行“一条龙”服务。

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