超微粉碎技術是近20年來發展起來的新技術。所謂超微粉碎,是指利用機械或流體動力的方法克服固體內部凝聚力使之粉碎,從而將3毫米以上的物料顆粒粉碎至10-25微米的操作技術,是20世紀70年代以后,為適應現代高新技術的發展而產生的一種物料加工高新技術。超微細粉末是超微粉碎的最終產品,具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質,如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學反應活性等。因此超微細粉末已廣泛應用于食品、化工、醫藥、化妝品、農藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領域。
一、技術特點
速度快,可低溫粉碎:超微粉碎技術是采用超音速氣流粉碎、冷漿粉碎等方法,與以往的純機械粉碎方法完全不同。在粉碎過程中不會產生局部過熱現象,甚至可在低溫狀態下進行粉碎,速度快,瞬間即可完成,因而最大限度地保留粉體的生物活性成分,以利于制成所需的高質量產品。
粒徑細且分布均勻:由于采用超音速氣流粉碎,作用在原料上力的分布相當均勻。分級系統的設置,既嚴格限制了大顆粒,又避免出現過粉碎,得到粒徑分布均勻的超細粉,同時很大程度上增加了微粉的比表面積,使吸附性、溶解性等相應增大。
節省原料,提高利用率:物體經超微粉碎后,近納米細粒徑的超細粉一般可直接用于制劑生產,而常規粉碎的產物仍需要一些中間環節,才能達到直接用與生產的要求,這樣很可能造成原料浪費。因此,該技術尤其適合珍貴稀少原料的粉碎。
減少污染:超微粉碎是在封閉系統下進行,既避免了微粉污染周圍環境,又可防止空氣中的灰塵污染產品。故在食品及醫療保健品中運用該技術,微生物含量及灰塵得以有效控制。
二、粉碎方法
磨介式粉碎:磨介式粉碎是借助與運動的研磨介質(磨介)所產生的沖擊以及非沖擊式的彎折、擠壓和剪切等作用力,達到物料顆粒粉碎的過程。磨介式粉碎過程主要為研磨和摩擦,即擠壓和剪切,其效果取決于磨介的大小、形狀、配比、運動方式、物料的填充率、物料的粉碎力學特性等。磨介式粉碎的典型設備有球磨機、攪拌磨和振動磨3種。
球磨機是用于超微粉碎的傳統設備,產品粒度可達20-40微米。當要求產品粒度在20微米以下,則效率低、耗能大、加工時間長。攪拌磨是在球磨機的基礎上發展起來,主要由研磨容器、攪拌器、分散器、分離器和輸料泵等組成。工作時在分散器高速旋轉產生的離心力作用下,研磨介質和顆粒漿料產生沖擊性的剪切、摩擦和擠壓等作用,將顆粒粉碎。攪拌磨能達到產品顆粒的超微化和均勻化,成品的平均粒度最小可達到數微米。振動磨是利用磨介高頻振動產生的沖擊性剪切、摩擦和擠壓等作用將顆粒粉碎的,所得到的成品平均粒度可達2-3微米以下,而且粉碎效率比球磨機高得多,處理量是同容量球磨機的10倍以上。
氣流超微粉碎:氣流磨可用于超微粉碎,是以壓縮空氣或過熱蒸汽,通過噴嘴產生的超音速高湍流氣流作為顆粒的載體,顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發生沖擊性積壓、磨擦和剪切等作用,從而達到粉碎的目的。現已有圓盤式、循環管式、靶式、對撞式、旋轉沖擊式、流化床式6大類氣流不銹鋼粉碎機。與普通機械式超微不銹鋼粉碎機相比,氣流不銹鋼粉碎機可將產品粉碎得很細(粉品細度可達2~40微米),粒度分布范圍更窄,即粒度更均勻。又因為氣體在噴嘴處膨脹可降溫,粉碎過程沒有伴生熱量,所以粉碎溫升很低。這一特性對于低熔點和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。但是氣流粉碎能耗大,能量利用率只有2%左右,要高出其他粉碎方法數倍。
值得指出的是,一般認為產品粒度與喂料速度成正比,即喂料速度愈大,產品粒度也愈大這種理解不全面。當喂料速度或不銹鋼粉碎機內顆粒濃度達到一定值后,這個說法是合理的。因為喂料速度增大,不銹鋼粉碎機內顆粒濃度也增加,發生顆粒擁擠現象,甚至顆粒流動像柱塞一樣,只有在"柱塞"前沿的顆粒,才有發生有效碰撞的可能,在后面的顆粒只有相互之間低速的碰撞和摩擦、發熱。但是,這并不是說顆粒濃度愈小,產品粒度愈小,或者粉碎效率愈高。恰恰相反,當顆粒濃度低到一定程度,顆粒之間將缺少碰撞機會而降低粉碎效率。
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