第十一章流体分级设备在建筑材料工业生产过程中，往往需要将固体颗粒在流体中按其粒径大小进行分级应用空气作分散介质进行分级的设备，称为空气选粉机；应用水作分散介质进行分级的设备，称为水力分级机；本章重点介绍空气选粉机 空气选粉机是一种通过气流的作用，使颗粒尺寸大小进行分级的设备这种设备用于干法圈流的粉磨系统中它的作用在于使颗粒在空气介质中进行分级，及时将小于一定粒径的细粉作为成品选出，避免物料在磨内产生过粉碎以致产生粘球和衬垫作用，从而提高粉磨效率；同时将粗粉分出，引回磨机中再粉磨，能减少成品中的粗粉，调节产品细度，保证粉磨质量在产品细度相同的情况下，一般产量可提高10％～20％左右 空气选粉机有两大类型：一类是让气流将颗粒带入选粉机中，在其中使粗粒从气流中析出，细小颗粒跟随气流排出机外，然后在附属设备中回收，这类设备称为通过式选粉机另一类是将颗粒喂入选粉机内部，颗粒遇到该机内部循环的气流，分成粗粉及细粉，从不同的孔口拉出这类设备称为密闭式选粉机，或称为离心式选粉机空气选粉机的规格一般用圆筒外径表示 第一节 通过式选粉机 一、结构及工作原理 通过式选粉机或称粗粉分离器。
这类选粉机形式很多，但分离的基本过程相似，常见的结构如图11—1所示它由两个内外套装着的锥形筒壳2和3组成，外壳2上有顶盖，下接粗粉出l口管5和稍稍向上插入的进风管1，内壳3下方吊装着反射锥体4，外壳顶盖和内壳上边缘之间装有导向叶片6，装在顶盖外面的调节环用于调节叶片的导向角度，顶盖中部装有排气管7携带颗粒的气流以15～20m／s的速度经管1进入选粉机内外壳之间的空间气流首先撞到内壳下部的反射棱锥体，气流中所夹带的粗大颗粒由于惯性力的作用，撞落到外壳2的下部同时由于通道截面积扩大，气流上升速度降低到4～6m／s，因此又有一部分较大颗粒受重力作用陆续向下沉降，顺着筒壁滑下，经粗粉管排出气流在环形空间中上升至顶部后，进入导向叶片6时，由于运动方向突变，撞到叶片上，又有部分粗粒落下气流通过与径向成一定角度的导向叶片后，产生向下旋转运动，进入内壳3中因此又有一部分颗粒在惯性离心力的作用下甩向内壳的内壁，沿着内壳的内壁落下，跟着又落入粗粉管j细小的颗粒则跟随气流一起，经中心管7离开选粉机，送入收尘设备，以便将这些颗粒(细粉)收下可见，在通过式选粉机中存在两个分离区：一是在内外壳之间的粗选粉区，颗粒主要是在重力作用下沉降，能分出的最小粒径可按式(10—36)来估算；另一是在内壳中的细选粉区，颗粒是在惯性离心力作用下沉降作进一步分级，当颗粒作离心沉降的离心速度与气流向心方向流速分速在数值上相等时，这时的颗粒粒径就是最小分级粒径，可用下式来估算： (11—1)式中：r——旋转半径，m； 口——叶片的径向夹角，口=arc ctg÷。
‘，f 从式(10一59)及式(11—1)可知，分级界限尺寸(即分离最小粒径)与选粉机的直径、气流速度和叶片的导向角度有关分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增大而变小实际上，选粉机的气流运动和分级过程都比较复杂，以上只是近似的定性分析 二、产品粒度调节方法及性能 通过式选粉机调整细粉细度的方法有：改变气流速度，气流速度愈低，细粉的细度就愈高；改变叶片的导向角度，叶片与径向夹角愈小，气流旋转速度愈小，细粉细度下降，此外，有些尚可适当升降反射棱锥体的位置，以控制产品粒度级配 使用这种选粉机可以得到细度相当于0.080mm方孔筛上筛余为10％～20％的细粉，生产能力可达7～8t／h，一些通过式选粉机的技术性能见表11—1 通过式选粉机的技术性能 表11—1 规格(mm) φ800φ1200 φ1600φ1800 φ1900 φ2200φ2500 φ3000 处理风量(m3／h)2500 5000~5600 9000~10000 12000 12700~14300 15500~17100 24000 41000~45600 叶片最大开度(度) 65o 60o 60o 60o 60o 60o 60o 60o 设备质量(kg) 170 470 661 1366 1172 2020 1722 3245通过式选粉机结构简单，操作方便，没有运动部件，不易损坏。
不过使用这种选粉机时，必须另设通风机来产生气流，以将粉料带入选粉机；另外还需设置收尘设备回收细粉，使设备复杂通过式选粉机宜配用于风扫式磨机系统 第二节 离心式选粉机 一、离心式选粉机的构造及工作原理 通常使用的离心式选粉机，其构造如图11—2所示选粉机由外壳5和内壳4套装而成，壳体上部为圆柱形，下部为圆锥形内壳用支架3和7固定在外壳内部，内外壳之间形成环形空间，内壳的中部有一垂直漏斗，物料经此漏斗送入选粉机内漏斗中心的垂直轴上装有转子，转子由撒料盘10、小风叶2和大风叶1组成在大小风叶之间和内壳顶部装有一圈可以调节的挡风板11，内壳中部装有一圈可以调节进风角度和空隙的回风叶6，回风叶的间隙为内外壳气流的循环通道，选粉机的顶部用盖板封闭 依靠大风叶旋转产生的循环气流，经过内壳中部切向安置的回风叶之间的间隙，进入内壳后，形成旋转上升的气流，然后又从内外壳之间的环形空间下降，再返回内壳因此在选粉机的内部形成一股循环的气流，小风叶用来帮助气流的循环，并且还形成一道旋转的栅栏，使较粗的颗粒沉下，以提高细粉的细度 粉料由加料管12送入，经漏斗落到旋转着的撒料管盘10上，受到惯性离心力的作用，甩向内壳的周壁，并在旋转气流的作用下，较粗大的颗粒撞到内壳的壁面时，失去动能，沿着壁面下滑，作为粗粉经粗粉出口8排出。
其余较小颗粒，被旋转上升的气流卷起，经过小风叶的作用区时，在小风叶的碰击作用下，又有一部分颗粒抛到内壳周壁被收下气流经过挡风板时，发生部分折流，在惯性力作用下，也有一部分颗粒被分离下来当含有细小颗粒的气流进入内外壳的环形空间时，由于运动方向急剧改变，通道截面扩大，气流速度减慢，于是气流中的细小颗粒便落下，沿着外壳内壁滑到细粉出口9，作为细粉排出而气流则受到风叶的抽吸，重新返回内壳循环使用 从上述工作过程可知.，选粉机内的颗粒是在环流气体作用力n，惯性离心力F和重力G的共同作用下进行分级的，如图11—3(根据颗粒流体力学原理，可将颗粒的运动速度分解为三个互相垂直的分速度来分析：(1)轴向速度(μр)L，这是由于颗粒的重力和上升气流对颗粒的作用力所引起的由于两力的方向相反，故(ut，)t的方向可能向上，也可能向下对于粗大的颗粒，由于所受到的上升气流的作用力不足于克服其重力，其沉降速度大于气流的上升速度(‰>坼)，产生向下沉淀而细小颗粒所受到的上升气流的作用力大于其重力，其沉降速度小于气流的上升速度(uo
)即颗粒随撒料盘和气流一起绕轴旋转的圆周速度；(3)径向速度(zc是由于颗粒绕轴旋转产生的惯性离心力所引起的显然，颗粒随同气流作圆周运动时，由于(μ，)和(μ，)，合成的结果，大小不同的颗粒将以不同的运动轨迹倾斜地向上或向下运动粗大的颗粒倾斜向下运动，细小的颗粒倾斜向上运动中等颗粒也倾斜向上运动，但斜度较小，于是形成如图11—3(6)所示的颗粒运动情况 在离心式选粉机内颗粒重力的影响可略去不计由于撒料盘的旋转作用，颗粒在水平方向所受到的剩余惯性离心力为： (11—2)式中：FcD——剩余惯性离心力，N； ‰——撒料盘边的颗粒圆周速度，m／s； ，.——撤料盘半径，m 在垂直方向上，气流对颗粒的作用为： (12—3)式中：R——垂直方向气流对颗粒的作用，N； uf——空气向上流速，m／s 合力方向决定颗粒走向，如图11—4所示 (11—4) 当颗粒的运动走向角为a时，颗粒刚能飞出内壳筒口边，这种颗粒的粒径如即为颗粒分级界限尺寸。
从上述三式可解得： (11—5)对于一定的选粉机处理一定物料时，式(11一j)尚可简化为： (11—6)式中：，z——主轴转数，r／mn； k——常数 式(11—5)及式(11—6)为离心式选粉机的分级界限公式的颗粒将碰撞于内壳的内壁或挡风板上面，在内壳空间降落，作为粗粉排出小于dp的颗粒刚被气流带出，经大风叶进入内外壳的环形空间，在重力作用下沉降，成为细粉排出因此，分级界限尺寸一定程度上也反映了产品细度显然，分级界限尺寸增大，则产品变粗；反之，产品则变细在实际过程中，由于种种原因，例如颗粒之间的撞击粘结，局部涡流，小风叶对各个颗粒的撞击机会并非均等以及细粉沉降区的收集效率不高等，小于dp的部分颗粒可能会落入粗粉中，而大于dp的部分颗粒亦可能落入细粉中，这就降低了选粉效率，使之不能达到100％实际上，由于选粉机内部气流及物料运动比较复杂，至今尚无精确的计算公式上述只是粗略的分析，公式推导过程中，尚未考虑到运动的变速过程、挡风板及小风叶的影响以及气流内部的涡流与短路等，故只能作为定性的估算使用分级界限尺寸的大小主要是通过调整气流的上升和旋转速度以及增减小风叶的作用来实现。
增加转子转速或增多大风叶，都会使上升气流速度增大，使细粉的细度下降；反之，则可提高细粉的细度改变回风叶的角度，会影响到旋转气流速度，回风叶片偏向内筒壁时，叶片之间通道缩小，旋转速度增加，则可提高细粉的细度；反之，则会降低细粉的细度增加风叶数目，旋转栅栏的作用加强，可增加撞击颗粒次数，有利于颗粒分离出来，可提高细粉的细度当增加轮子转速时，亦会使小风叶撞击颗粒的次数增加，但是大风叶所引起的上升气流速度增加较为显著，因而总的还是使得细粉的细度下降当挡风板向里推时，上升气流的折流增大，可提高细粉的细度；反之，细粉的细度则降低增减大小风叶时，必须按直径方向成对增减，以保持转子的平衡改变转子转速和大小风叶的数目，对细度调整幅度较小调整挡风板位置比较方便且效果较好至于正确的调节幅度要通过实际生产经验来确定在选粉机中，存在着两个分离区：一是在内壳中的选粉区，颗粒主要在惯性力作用下沉降；另一个是在内外壳之间的环形空间的细粉沉降区，颗粒主要是在重力作用下沉落选粉区还可细分为选粉区和细粉提升区(图11—5)，这两个区的高度比例对于选粉机有效的选粉工作具有重要的意义延长细粉在气流中的停留时问可能使物料更好地分级，故选粉空问应尽量高。
细粉提升区的细粉越过内壳的边棱，其输出速度必须尽可能快一台好的选粉机，其两个区的高度比例应相适应，选粉区的高度厶和细粉提升区的高度L：最大比大于1为了得到较好的选粉效率，一般可取L一2，当厶／L：=0.8～O.5或更小时，分级效果不好一般选粉机的各部分尺寸比例可参考采用如下数值： 6—0.1d， d，一O.7。