1. 研究目的与意义
当下，随着工业技术的发展，超细粉体广泛应用。目前工业生产、科学研究对粉体粒度大小及分布的要求越来越高。当前的粉碎方法生产出的粉体均存在有粒度分布宽、无法满足工业需求的问题，需要进一步分级方可使用。市场上现有的分级设备老旧，存在有因粗细粉粘合、静电吸附、“鱼钩效应”等问题而导致的分级速率过慢、效率不高的问题，尤其在超细粉体（粒径范围介于纳米级至微米级的微固体颗粒）方面有较大欠缺。本课题研究的基于离心力场和流化场作用下的粉体精细分级系统，可利用粗细粉体在流体介质中受力的不同而产生不同的运动轨迹，从而实现不同粒度颗粒的分离。通过离心场、流化场的作用，大大提高分级的速率和效率，将粉体粒度精准控制在满足使用要求的一定范围之内。该课题对于粉体的工业生产有一定的现实意义。
2. 课题关键问题和重难点
1、解决在粗细粉的互相吸附的情况下实现的的有效分级。设计分级轮、二级分级室的两层分级装置，从粉碎装置进入分级装置后，粉体先过一次分级轮，将其中大多数粒径小、质量轻的粉体颗粒通过分级轮叶片间隙，进入输出管道被分选出来。粒径大的粉体颗粒被分级轮叶片甩向筒体内壁，进入分级室下部的二级进风室中。在二级分级室的离心场中，大颗粒紧贴筒壁下落，残余的小颗粒由于质量较小，逐渐脱离筒壁，跟随中心上升气流再次进入分级轮，达到二次分级、精细分级的作用。
2、实现工业生产中对于不同粒径粉体的需求。通过调整分级轮转速、引风机风量、二次进风量等工艺参数，能够对多种粒径分布范围的粉体颗粒进行精密分级。分级装置可进行串联使用，即可生产出各粒径分布的粉体。
3. 国内外研究现状（文献综述）
当下，随着工业技术的发展，对于粉体的要求向着颗粒小、分布范围窄的方向发展。粉体技术对于化工、制药、生物医学、新能源技术等多个前沿工业部门均有着十分重要的意义。
目前，常见的机械粉碎技术分为干法粉碎、湿法粉碎，其中干法又包括锤击式粉碎、气流式粉碎、自磨式粉碎等，湿法又包括均质机粉碎、胶体磨等。由于粉碎是一个概率过程，直接粉碎后得到的颗粒都有粗细参杂、分布范围大的特点，无法直接用于工业生产，所以为得到特定分布的颗粒，必须要使用分级系统。相对于粉碎常见的分级方法亦有干法、湿法之分，由于有不受干旱缺水、严寒等恶劣条件影响、不需要后续脱水等优点，干法分级的研究对于粉体工业的发展就显得尤为重要。随着现代工业对于粉体的各项要求逐步的提高，对粉体分类的困难度也在逐步增加，粉体分级技术也逐渐成为了粉体技术发展的关键。
目前，随着工业发展的要求，国内外对于粉体分级的研究也取得了很大的进展。目前常见的干式分级的方法有：惯性分级、重力沉降、分级筛、离心沉降等方法。惯性分级的主要原理是当粉体颗粒改变其运动方向时，不同大小、不同质量的的颗粒会发生不同程度的偏离从而实现颗粒的分级。重力沉降主要是利用了不同质量的物体沉降速度不一致从而实现的分级。分级筛是通过高速震动的、有一定筛孔大小的细筛完成颗粒的分级，此类分级对于细粉的分离精度较高，但效率较低。离心沉降与重力分级类似，也是利用了不同质量的物体沉降速度不一致，为提高效率和速度加入了离心运动。
4. 研究方案
为满足工业发展要求，达到高效、精细分级的效果，计划设计该基于离心力场和流化场作用下的粉体精细分级系统。在本设计方案中，该系统包括有粉碎装置、分级装置、出料装置、粉尘净化装置，利用离心场和流化场作用，结合其他部件协作，完成精细化分级。
本课题所设计的粉体精细分级系统将离心力场和流化场有机结合。粉碎机首先对物料进行多次粉碎和研磨，得出较细的粗、细混合粉体。从粉碎机中产生的粗、细粉的混合物由负压作用，切向吸入分级装置，接触到分级轮。分级轮高速旋转，配合分级装置的补风口形成强迫涡旋流场，粉体颗粒在该旋流场内受到风阻力和分级轮叶片高速旋转而产生的离心力作用，粒径小、质量轻的粉体颗粒通过分级轮叶片间隙，进入输出管道被分选出来成为细产品。粒径大的粉体颗粒被分级轮叶片甩向筒体内壁，旋转进入分级室下部的圆锥形二级进风室中。进入二级进风室的颗粒中绝大多数为粒径较大无法通过分级轮的粗颗粒，但仍有一些细颗粒吸附、参杂其中。在进入二级进风室后，其中粒径较大的粉体颗粒由于受到离心力作用，紧贴二级进风室的锥型内壁旋转而下，成为粗产品。粒径较小的粉体颗粒在二次流化作用下，由于其粒径、质量均较小，在离心场中逐渐浮于颗粒流表面，被二次分级室底二次进风再次经分级装置中部吹回分级室内，通过分级轮形成细产品，达到了二次分级的效果，实现了精细分级。该粉体精细分级系统通过调整分级轮转速、引风机风量、二次进风量等工艺参数，能够对多种粒径分布范围的粉体颗粒进行精密分级。该系统内产生的强烈的涡流离心场和二次进气流化场可对已团聚性粉体进行有效分散与分级，高效地分级出粗粉与细粉，提高分级效率。通过对于该分级装置的串联，即可得出所需的各粒径分布的颗粒。在分级装置之后，安装有旋风分离器、布袋除尘器以完成对于细粉进行出料和除尘，该分级系统全封闭负压作业，无粉尘污染。
通过查阅资料，当前对于使用分级轮、离心场进行粉体分级均有成功先例，经过流体力学模型模拟的计算，该分级装置的运行模式具有较高的可行性，能够达到通过离心场、流化场进行二次分级的要求。粉碎机、旋风分离器、布袋除尘器也均属于较成熟的机械。故该基于离心力场和流化场作用下的粉体精细分级系统整体可行性较高。
5. 工作计划
2022.12.1-2022.12.31查阅相关文献、专利，了解行业发展状况，熟悉工作原理、工艺流程。分析现有产品、方案的不足，结合指导老师建议，确定该系统主要优化、设计方向。同时复习机械设计、机械原理等专业知识，为后续设计作准备。
2023.1.1-2023.1.15查阅资料结合计算，完成基于离心力场和流化场作用下的粉体精细分级系统各个部件的主要工艺参数设置，并进行结构设计。
2023.1.16-2023.1.31完成粉碎系统结构设计：了解粉碎机工作原理，确定结构参数。
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