気流式粉砕機の秘密を探る：粉砕効率を左右する重要な要素（パート1）

I. はじめに

現代の工業生産において、気流ミルは重要な役割を果たしています。科学技術の継続的な進歩と、様々な産業におけるより微細な原材料への需要の高まりに伴い、気流ミルは独自の利点を活かして、多くの分野で広く利用されています。医薬品であっても、食べ物、化学薬品、新素材など、原材料の超微粉砕の需要が高まっており、エアフローミルはこのニーズを満たす重要な装置です。

エアフローミルは、材料をミクロンレベル、さらにはサブミクロンレベルまで粉砕することができ、様々な産業向けに高品質の超微粉末を製造します。食品業界では、エアフローミルは食品の風味と品質を向上させます。化学・新素材業界では、原料の微細さと純度に対する厳しい要件を満たしています。

これらの機能を考慮すると、気流ミルの粉砕効率に影響を与える要因を調査することが重要です。これらの要因を深く理解することで、気流ミルの動作パラメータをより最適化し、粉砕効率を向上させ、製品品質を向上させ、様々な業界の特定のニーズを満たすことができます。

II. 気流粉砕機の動作原理

気流式粉砕機は、圧縮空気を用いて粉末原料を粉砕室に送り込む装置です。原料はノズルから噴射され、粉砕室の内壁に衝突、摩擦、衝撃を与えます。このプロセスにより、最終的に粉砕されます。超微粉は回収システムによって捕集されます。
このプロセスは、圧縮空気（空気または不活性ガス）がフィードインジェクターの高速ジェットを通して負圧を発生させ、原料を粉砕室に吸い込むことから始まります。チャンバーの半径方向に対して特定の角度で配置されたノズルから、原料が超高速でチャンバー内に噴射されます。チャンバー内では、粒子が互いに衝突して擦れ合い、チャンバーの壁にも衝突して粉砕が進行します。高速ジェットは強力な渦を発生させ、遠心力によって粉末粒子をチャンバーの壁に沿って高速で移動させます。粒子が分類直径に応じて、求心気流によって中央の出口から収集システムに送られます。

2.1 超微粉気流粉砕機

例えば、超微粉気流粉砕機は、粉砕機本体、サイクロンセパレーター、集塵機、誘引通風機から構成される総合的なシステムです。圧縮空気はまず濾過・乾燥され、その後、ラバルノズル複数の高圧気流を導入することで、それらが交差し、交差部で物質が衝突、摩擦、せん断を繰り返して粉砕されます。粉砕された物質は、ファンの吸引力による上昇気流によって分級エリアに運ばれます。分級エリアでは、高速回転する分級タービンが強力な遠心力を発生させ、粗粒と微粒に分離されます。必要な粒度に達した微粉はサイクロンセパレーターと集塵機に入り、集塵されます。一方、粗粒は粉砕エリアに戻され、さらに粉砕されます。

気流粉砕機の動作原理は、その幅広い用途、高い最終製品の粒度、そして精密な分級精度を決定づけています。空気圧縮機、乾燥機、サイクロン集塵機、集塵機、誘引通風機、制御盤と組み合わせることで、完全な気流粉砕システムを構築できます。このシステムは、非金属鉱物、医薬品、食品、セラミックス、環境保護、新エネルギー、電池材料など、幅広い業界で活用できます。

III. エアフローミルの粉砕効率に影響を与える要因

3.1 粉砕室設計の幾何学的パラメータ

1) 粉砕室の直径

粉砕室の直径が異なる場合、固形物供給量と空気流量の間には特定の関係があります。例えば、粉砕室の直径が50mmの場合、固形物供給量は0.02～0.50kg/hの範囲です。これに対応する空気流量は0.28～0.45Nm³/hです。粉砕室の直径が100mmの場合、固形物供給量は0.10～1.00kg/h、空気流量は0.76～1.21Nm³/hです。粉砕室の直径が200mmの場合、固形物供給量は1.00～7.00kg/hです。これに対応する空気流量は1.80～2.70Nm³/hです。粉砕室の直径が大きくなるにつれて、固形物供給量と空気流量も比例して増加することがわかります。

直径研削粉砕室の大きさは粉砕能力に直接影響します。粉砕室が大きいほど、より多くの材料を収容でき、粉砕工程のためのスペースが広くなります。

2) 粉砕室の形状

現状のデータでは、粉砕室の形状の違いが粉砕効果に及ぼす具体的な影響について詳細な情報は得られていません。この点については、さらなる研究と実用実験が必要です。

3) ノズル角度

ノズルは粉砕室を粉砕領域と分級領域の2つの領域に分割します。ノズル角度はこれら2つの領域の大きさに直接影響し、粉砕効率に影響を与えます。ノズル角度が変化すると、室内の空気ジェットの方向も変化します。ジェットの交差部における空気流の相対速度が、粒子に伝達される運動エネルギーを決定し、ひいては衝突強度に影響を与えます。スミットとスケルトンの研究によると、供給速度が高いほど粉砕効果が最大になることが示されています。スミットの最適ノズル角度は58°、スケルトンの最適ノズル角度は52°～60°です。