第八节　粉 碎 机 械

用机械方法或非机械方法（电能、热能、原子能、化学能等）克服物料内部的内聚力而将其分裂的过程称为粉碎。

粉碎机械是利用粉碎工作件（齿板、锤头、钢球等）对物料施力，使其粉碎变小、表面积增大的机器。固体物料进行粉碎的目的在于增大其单位质量的表面积，从而改善固体物料参与传质、传热过程的性能，加快化学反应速率，或用于提高产品质量。在化工生产中，广泛利用粉碎机械，以机械方式将固体原料、半成品或成品进行粉碎，如硫酸工业中硫铁矿须先进行粉碎再焙烧。因此粉碎机械在石油化工生产中具有重要的作用。

一、粉碎方法

石油化工生产中主要是用机械力来粉碎固体物料，常用的粉碎方法如图3-48所示。

（1）挤压破碎　物料在两个挤压平面之间，受到逐步增大的挤压力而被压碎，如图3-48（a）所示，主要用于破碎大块硬质物料。

（2）冲击破碎　物料在瞬间受到外来的冲击力作用而被破碎，冲击力的产生是由于运动的工作体对静止物料的冲击，高速运动的工作体向悬空的物料冲击，高速运动的物料向固定的工作面冲击，高速运动的物料相互冲击，如图3-48（b）所示，主要适用于破碎脆性物料。

（3）磨碎　物料在两块相对运动的硬质材料平面或各种形状的研磨体之间，受到摩擦力作用而被研磨成细粒，如图3-48（c）所示，主要用于小块物料的细磨和粉碎韧性的固体物料。

（4）劈裂破碎　物料在两个带有尖棱状的楔形工作体之间受挤压，尖棱楔入物料，使物料被劈裂而破碎，如图3-48（d）所示。利用劈裂法破碎脆性物料，功率消耗最小。

（5）折断破碎　物料在两个带有互相错开的凸棱的压板之间受挤压而发生弯曲折断，如图3-48（e）所示，主要用于破碎脆性物料。

粉碎方法应根据物料的性质、粒度和粉碎比（物料在粉碎前后平均直径之比）等来选择。实际上，任何一种粉碎机械都不是单纯利用某一种方法进行粉碎操作的，一般都是由两种或两种以上的方法联合作用进行粉碎物料。例如，对于坚硬物料，可采用挤压、劈裂破碎和折断破碎；对于脆性物料，可采用冲击和劈裂破碎；对于韧性、软质物料，可采用挤压、劈裂破碎和磨碎。如果粉碎方法选择不当，不但影响粉碎效果，还会增大能量消耗。

二、粉碎机械的分类

工业上使用的粉碎机种类很多，通常按施加的挤压、剪切、切断、冲击和研磨等破碎力进行分类；也可按粉碎机作用件的运动方式分为旋转式、振动式、搅拌式、滚动式等；按操作方式有干磨式、湿磨式、间歇式和连续操作式。实际应用时，常按粉碎要求将粉碎机械分为破碎机、磨碎机和超细粉碎机三大类。破碎机包括粗碎机、中碎机和细碎机，粉碎后的颗粒达到数毫米至数厘米或更小；磨碎机包括粗磨机和细磨机，粉碎后的颗粒度达到数十微米至数百微米或更小；超细粉碎机能将1mm以下的颗粒粉碎至数微米以下。

化学工业中常用粉碎机的主要特征如表3-25所示。

三、颚式破碎机

颚式破碎机具有破碎能力大，结构简单，制造和维修容易，生产管理和设备投资低等优点，所以颚式破碎机至今仍被广泛应用。它可以对坚硬和中硬矿石或石料进行粗碎和中碎，小型颚式破碎机也可用来细碎。

颚式破碎机主要由固定颚板、活动颚板和传动机构组成。工作时，物料块由上部送入两颚板之间的破碎腔内。在传动机构拖动下，活动颚板相对固定颚板做周期性的摆动。当两颚板靠近时，料块在破碎腔中被挤压而破碎。活动颚板离开时，破碎腔下部已破碎，颗粒尺寸小于排料口的碎块靠重力自动下落而被排出。

根据活动颚板的运动特征，颚式破碎机可分为简单摆动式、复杂摆动式和综合摆动式三类。近年来，液压技术在颚式破碎机上得到应用，出现了液压颚式破碎机。另外还出现了结构得到改进的细碎颚式破碎机。

四、辊式破碎机

辊式破碎机具有结构简单、性能可靠且过粉碎少等优点，在化工生产中广泛地用于破碎黏性物料和湿物料块，有时也用于破碎中硬料块（如煤、泥灰岩等）。

辊式破碎机的破碎部件为圆柱形辊子。按辊子的数量可分为单辊式、双辊式和多辊式。其中双辊式制造简便，结构紧凑，运行平稳，使用较多。双辊破碎机通常适用于中碎和细碎，破碎后产品的尺寸，由两辊间隙的大小决定。

五、球磨机

物料经过破碎设备破碎后的粒度大多在数十毫米左右，为达到生产工艺所要求的细度，还必须经过粉磨设备的磨细。球磨机是粉磨中广泛使用的机器。

（一）工作原理

图3-49为球磨机结构示意图。它有一圆筒形筒体，筒体两端装有端盖，端盖的轴颈支承在轴承上，电机通过减速箱拖动装在筒体上的齿圈使球磨机回转。球磨机筒体内装有许多研磨体，研磨体一般为钢球、钢柱、钢棒、卵石、砾石和瓷球等。为了防止筒体被磨损，在筒体内壁装有衬板。

当球磨机运转时，研磨体在离心力和与筒体内壁的衬板面产生的摩擦力的作用下，贴附在筒体内壁的衬板面上，随着筒体一起回转，并被带到一定高度，在重力作用下自由下落，下落时研磨体像抛射体一样，冲击底部的物料把物料击碎。研磨体上升、下落的循环运动是周而复始的。此外，在球磨机回转的过程中，研磨体还产生滑动和滚动，因而研磨体、衬板与物料之间发生研磨作用，使物料磨细。由于进料端不断喂入新物料，使进料与出料端物料之间存在着料面差能迫使物料流动，另外球磨机内气体流动也帮助物料流动。因此，球磨机筒体虽然是水平放置，但物料却可以由进料端缓慢地流向出料端，完成粉磨作业。这种球磨机称为“溢流型”球磨机。

还有一种球磨机在排料端附近有格子板，如图3-50所示。格子板由若干块扇形板组成，扇形板上有宽度为8～20mm的筛孔，物料可以通过筛板而聚集在格子板与右方端盖之间的空间内。在这一空间有若干块辐射状的举板，把这一空间内的物料向上提举。物料在下落时经过锥形块而向右折转，经右方的中空轴颈排出。

球磨机内研磨体装填量越少，筒体转速越大，则研磨体的滑动也就越小，故对物料的研磨作用也较小。球磨机内研磨体量大时，靠近球磨机筒体断面中心部分的研磨体，不足以形成抛射运动，而易产生相对的滑移，致使物料主要受到研磨作用。所以在细磨粒度较大的物料时，研磨体的尺寸要大些，装填量要少些，使冲击作用加强。反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒度物料的研磨。由此可见，研磨体装填量、尺寸大小的配合直接影响球磨机的操作质量。

（二）分类

球磨机种类很多，可按以下几种方法进行分类。

（1）按操作状态　可分为干法球磨机或湿法球磨机，间歇球磨机或连续球磨机。其中间歇球磨机多作为化验室的试验球磨机以及陶瓷磨机，化工生产一般采用大型连续球磨机。

（2）按筒体长径比　分为短球磨机（L/D<2）、中长球磨机（L/D≈3）和长球磨机（又称为管磨机，L/D≥4）。物料在管磨机中经历时间较长，粉碎比也较大，但研磨体在筒内分布与物料细磨过程不相适应的情况较严重，因而研磨体工作效率较低。为消除这一缺陷，可用隔仓板将筒体分为若干仓室，即所谓多仓管磨机。这就使物料细磨作业分段进行，各仓适当配备研磨体，可提高其细磨效率。

（3）按磨仓内装入的研磨介质种类　分为球磨机（研磨介质为钢球或钢段）、棒磨机（具有2～4个仓，第1仓研磨介质为圆柱形钢棒，其余各仓填装钢球或钢段）、砾石磨（研磨介质为砾石、卵石、瓷球等）。

（4）按卸料方式　可分为尾端卸料式球磨机、中心卸料式球磨机和周边卸料球磨机。尾端卸料球磨机是通过卸料端的空心轴颈卸料。周边卸料球磨机和中心卸料球磨机都是通过装在筒体上的卸料孔、筛网等专用卸料装置卸料。

（5）按传动方式　可分为边缘传动、中心传动和无齿轮传动三种。

球磨机特点：适应性强，生产能力大，能满足工业大生产需要；粉碎比大，粉碎物细度可根据需要进行调整；既可干法也可湿法作业，亦可将干燥和磨粉操作同时进行，对混合物的磨粉还有均化作用；结构简单，运行可靠，易于维修；但其工作效率低，单位产量能耗大；机体笨重，噪声较大；转速一般为15～30r/min左右，需配置大型昂贵减速装置。