異なる気源タイプに基づく円盤式気流粉砕機の特性研究

一、紹介

本文は気流粉砕機の応用特別テーマに属し、全文は12000字で、読むのに約20分かかります。

サマリー

本研究は実験を通じてヘリウム、蒸気、空気及び二酸化炭素の4種類の異なる分子量ガス源が円盤式ガス流粉砕機の微粉砕技術に与える影響を検討した。研究結果によると、ガス源タイプは生成物の粒度分布形態に顕著な影響を与えないが、分子量の小さい軽量ガス源は研磨限界を著しく低下させることができる。各ガス源の研磨効率は分子量の増加に応じて逓減傾向を呈している：ヘリウムガス、蒸気次、空気再、二酸化炭素最弱、この現象はガス源の音速と運動エネルギー特性と密接に関連している。さらに研究により、粉砕チャンバ内に安定、高速、対称な回転気流構造（臨界気体固体質量比に対して約2）が形成された場合、内蔵分級システム側は生成物の上限粒度の有効な制御を実現できることを発見した。比エネルギー消費は、限界値そのものを変更することなく、研磨限界に達する速度に主に影響する。本研究は気流粉砕機のエネルギー効率とプロセスパラメータを最適化するために重要な理論的根拠を提供した。

キーーワード

ディスク式気流粉砕、ガス源タイプ、粉砕するふんさいげんかい

二、全体フレーム

三、はじめに

本研究は異なる気源タイプが円盤式気流粉砕機の粉砕性能に与える影響を検討することを目的とする。円盤式気流粉砕機は内蔵分級機能、構造が簡単で清掃しやすいなどの特徴を備えているため、製薬とファインケミカル業界におけるミクロン級粉砕技術に広く応用されているしかし、その内部の流場構造は複雑であり、流体力学的挙動は設備の幾何学的形態と操作パラメータに顕著な影響を受け、微細な変化は性能の差を招くことができる。本文は先人の気流粉砕機の流体力学特性と分級機構の研究に基づいて、重点的に気源性質の粉砕限界とエネルギー効率に対する作用メカニズムを分析して、高性能粉砕設備の最適化設計に理論支持を提供することを期待する。

四、基本的な流れ

おんきょうそくど

式に示すように、音速（Vs）はガス分子量（MW）とガス温度（T）の関数である。

式中、kは気体比熱容量比、Rは気体定数

温度が高い条件下では、分子量がより小さいガスはより高い音速を生成することができ、さらに高い運動エネルギーを有する。そしてガス速度とその発生する運動エネルギーは、粉砕性能を決定する重要な要素である本実験は異なる分子量の気体を選択することによって、気体速度の研究範囲を拡大し、選択した気体はヘリウム、蒸気、空気と二酸化炭素を含み、その分子量範囲は4-44 g/molである。このうち、過熱蒸気の温度は200℃に制御され、残りの3種類のガスはいずれも周囲温度（35℃）下にある。実際の動作条件及び式に基づいて算出された対応する音速を表1に示す。

運動エネルギーと比エネルギー消費量

ガス運動エネルギー（KE）は総エネルギー入力の測定指標とみなされ、ガスの比熱容量比（k）、分子量（MW）、温度（T）と圧力（P）によって、式（2）と（3）から計算することができる。

式中、Mgはガス質量流量、Aは流通面積、

式（1）から分かるように、ガスの音速は圧力とは関係がない、一方、ガス質量流量は圧力に比例するため、総運動エネルギー入力もガス圧力に比例する。実際の動作では、ガス圧力を高めることはガス速度を変えることはなく、ガス流量と総エネルギー入力を増やすだけです。より高いガス圧は粒子をより細かく粉砕することができるが、この現象はエネルギー効率の向上と誤解されがちであり、エネルギー効率は比エネルギー消費によって評価されるべきである。比エネルギー消費（SEC）の定義は、単位質量物の粒径を供給粒径から製品粒径に減少させるために必要な消費エネルギーとする。実験過程において、ガス流量を一定に維持し、固体供給速度（F）を変化させることにより、比エネルギー消費量を容易に調整することができ、計算式は以下の通りである：

比エネルギー消費量と製品粒子径との関係曲線を描くことにより、粉砕エネルギー効率の評価に根拠を提供することができる.

五、結果と討論

りゅうどぶんぷ

レーザー散乱法を用いて粉砕製品の粒度分布を測定し、図2-図5はそれぞれヘリウムガス、二酸化炭素、蒸気と空気を駆動ガスとして用いた場合の粒度分布曲線族であり、変数は比エネルギー消費である。

実験により、異なる気体タイプの粒度減少過程は類似性があることが観察された：比較的低いエネルギー消費（または比較的低い気体固体比）条件下で、微粒子が発生するが、供給材料中の原始的な粗粒子の一部は依然として保持され、これは気流粉砕過程中の典型的な現象である。比エネルギー消費（または気固比）を高めることは製品をより細くするだけでなく、粗粒子含有量を減らすことで粒度分布を狭くすることができ、これは気固が比較的低い場合、粒度減少が主導的な過程であり、分級作用が製品の粒度分布に与える影響が小さいことを示している。比エネルギー消費量が約1000 kWh/t（二酸化炭素、空気、蒸気、ヘリウムガスに対応する気固比範囲は8-100）に達すると、臨界比エネルギー消費レベルに達し、その時製品の粒度分布が狭くなり始め、切断粒径は約30ミクロンである。各ガスに対応する分子量で臨界ガス固比を正規化処理すると、臨界ガス固比指数を表す汎用数値が得られ、すべての試験ガスのこの指数は2である。この臨界ガス固体比指数は、粉砕チャンバ内に十分に発展した流動状態が形成されており、この状態は分級作用が効果的に発揮される前提であることを示している。

ふんさいげんかい

粉砕限界は、比エネルギー消費量が増加し続けると、製品の粒度分布が変化しなくなる最細状態と定義される。気流粉砕機の粉砕限界を2種類の異なる実験方法によって研究することができる：1つは気体エネルギーを一定に維持する情況の下で、絶えず固体供給速度を下げて、粉砕限界に達するまで；もう1つは、ガス固形比を固定した条件下で、粉砕製品を粉砕限界に達するまで粉砕機に繰り返し送り込んで複数回粉砕することである。前の方法は実施が難しく、供給速度を下げるには正確な供給制御が必要であるだけでなく、操作条件を実際の応用範囲を迅速に超えるため、本研究は後の方法（繰り返し粉砕）を採用して粉砕限界を確定する。

図6は、空気をガス源とするタイプの場合の実験結果を示す。選択された固体供給速度の下で3群の実験を行い、粉砕製品を繰り返し粉砕（通過回数を増やす）することにより比エネルギー消費を向上させた。興味深いことに、3つのグループの実験は最終的に同じ粉砕限界に達したが、唯一の違いは気固比が高いほど粉砕限界に達する速度が速いことである。本実験では、このバッチシリカ砂の粉砕限界は平均粒径4ミクロンであり、材料によって粉砕限界が異なる。

粉砕限界を観察するもう1つの方法は、粒子径が粉砕極に近づくと、比エネルギー消費曲線の傾きが異常に急峻になる（図7に示す）ことである。このとき、比エネルギー消費は指数関数的に増加し、エネルギー効率は極めて低いため、実際の操作では粉砕機を粉砕限界に近い状況で運転してはならない。

注目すべきは、気源タイプが粉砕限界に影響を与えることです。分子量の小さいガスほど実現できる粉砕限界は細く、その順序はヘリウム＞蒸気＞空気＞二酸化炭素である。平均粒径5〜80ミクロンの通常の粉砕区間において、どのようなガス源や操作条件を用いても、特定の製品粒径を得るために必要な比エネルギー消費量はほぼ同じ、すなわち粉砕エネルギー効率は近い。

六、結論

• 気源タイプが製品の粒度分布の形態に与える影響は顕著ではなく、同じ比エネルギー消費入力の下で、製品の細さはほぼ同等である、
• 分子量がより小さいガス源タイプは、より細い製品を生成する能力があり、すなわち粉砕効果：ヘリウム＞蒸気＞空気＞二酸化炭素、
• 粉砕チャンバ内に十分に発展した流動状態が形成された場合にのみ、内蔵気流分級機能が製品の最大粒径を効果的に制御することができる、

研究結果により、安定、高速、対称の回転気流構造を形成するために必要な臨界気体固体比は約2であり、すなわち1 kg/h当たりの固体供給には2 kg/hの気体流量を組み合わせる必要があり、この気体固体比に対応する比エネルギー消費レベルは約1000 kWh/tである、

吸入粒子の製造全体的なソリューション

参考文献

[1] Zhao Q Q, Schurr G.運動ガスの流体エネルギー工場における微流粉磨の影響[J]。粉末技術、2002年、122（2）：129-135。DOI:10.1016/S0032-5910（01）00408-9。