气流分级作为一种干法分级技术，采用气体为流体介质，成本低，操作方便易行，后期无需进行繁琐的脱干、干燥、分散、废水处理等步骤，是工业上常见的分级技术之一。该技术的基本原理是利用颗粒在气流中的不同沉降速度进行颗粒的分级操作。具体来说，通过降低流速、改变方向等方法，悬浮在气流中的颗粒会受到气流曳力与重力、离心力、浮力等，若颗粒很小，则气流曳力占主导地位，颗粒将跟随气流一起运动而被细分；反之，粗颗粒则沉降被粗分。一般来说，空气分级机按是否具有运动部件可划分为两大类，静态分级机和动态分级机。接下来，一起和小编结合原理，看看该如何选型？

静态分级机

静态分级机是一类不包含运动部件的分级设备，通常用于对颗粒物料进行初步分级，在操作上相对简单，维护成本低，但通常需要较高的气流速度，使颗粒产生更大的作用力，实现更有效的分级，并防止物料在分级机内部堆积。根据与气流曳力方向相反的合力，有重力分级机和惯性分级机、旋风分离器等几种类型。

1、重力分级机

重力分级机是最早出现的分级机，是利用不同粒径的颗粒所受重力和沉降速度不同，以及颗粒和流体之间的相互作用进行分级，具有压降小、散热性好以及处理量大等优点，可用于较大颗粒物料（200-2000μm）的前处理和不要求精细分级的物料，如矿石、建筑材料领域等。根据气流方向的不同，有垂直流型和水平流型两种。

（1）垂直流型重力式分级机

垂直型重力分级机原理

传统的垂直流重力分级机主体一般为圆柱形的垂直腔室，物料从顶部或侧面进入，气流则自下而上流动与物料接触，由于粗颗粒重力较大，沉降速度会大于气流速度，做与气流方向相反的运动；而细颗粒则随着气流向上运动，从而完成粗细颗粒的分级。

但由于进料时，颗粒会打破气流的均匀性而产生湍流（不规则运动），从而使部分细颗粒夹杂在粗颗粒中，为了提高重力分级机的精度，可采用由几个截面为矩形的管道以固定的角度相互联接构成的垂直锯齿形通道，每个通道都会反复进行粗细颗粒的分级，通过增加通道数量可提升分级精度，但是气流压力损失和处理时间也会增加、能耗增大，因此，锯齿形垂直流重力分级机的选型需要根据不同物料的特性和分级要求，仔细权衡分级精度、成本、气流压力损失、处理时间和能耗等因素，以确定合适的通道级数。

锯齿形重力分级机

（2）水平流型重力分级机

水平重力分级机原理

水平流型重力分级机的气流是以水平方向进入，颗粒则以竖直方向零初速度进入腔室内，受到自身重力和的作用下呈抛物线下落，由于颗粒的重力不同，沉降速度也不同，粗颗粒下落的位置也在水平方向比细颗粒要近，一些更细的颗粒则被气流带走。

由于水平流型重力分级机是基于颗粒轨迹进行分级的，分级过程中受随机因素影响较大，分级效率较低，通常可在腔体内安装挡板，未通过挡板的颗粒被留在上一级，以此实现多种粒度的分级。

加装挡板的水平重力分级机结构

2、惯性分级机

惯性分级机也是一类构造简单的分级器，其特点是无需动力、处理量大。其原理是将含原料的气流通入分级室内，利用挡板或导流叶片等使气流突然改变方向，细颗粒的惯性较小，无法维持其原有轨迹，在气流曳力的作用下随气流一起运动，与粗颗粒分离。由于惯性力场受到的干扰因素较多，故分级精度也并不高，一般在10-250微米之间。但随着技术发展，以惯性分级机为基础的新型分级机在精度有了较大的提升。

惯性分级机原理

射流分级机就是近年来迅速发展的一种精度较高（0.5-50μm）的惯性分级机，该设备的技术核心是康达效应。在射流分级机中，物料随压缩空气经射流喷嘴射入分级室，在康达效应的作用下，射流沿与气流方向平行的康达块曲线表面流动。小粒径颗粒惯性小，随着气流贴着康达曲线表面流入细粉收集箱；而大粒径颗粒惯性大，从而以抛物线状态进入粗粉收集箱，实现颗粒分级。在这个过程中，可通过调整分级刀的位置来控制粗、中、细粉的粒度范围。由于采用了高压气体在原料喷料管中对粉体进行了预分散处理，所以特别适用于超细、粘性、易团聚物料的分级，可分级球状、片状、及不规则形状的颗粒，也可对不同密度的颗粒进行分级。

康达效应：当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，只要曲率不大，流体会有随着凸出的物体表面流动的倾向。如图水柱接近调羹表面后，因康达效应会“抵抗”重力而吸附到调羹表面，沿表面运动。

射流分级机及原理示意图（来源：洛阳纳微机电设备有限公司）

3、旋风分离器

旋风分离器及其原理

旋风分离器利用离心力的作用将尘粒从气体中分离出来，从而达到分级目的的分级设备，分级精度在5-50微米之间。一般由分散区、锥形分级区、进气区组成，携带物料的空气从顶部进料端进入后，沿器壁由上而下做旋转运动，形成外涡旋。当气流到达椎体底部时，会转而沿轴心向上旋转形成内漩涡，粗颗粒由于重力、惯性较大，会沿着原来方向从底部出料口排出，而细颗粒则会随着内漩涡从顶部出气口排出。

二次进风结构旋风分离器

旋风分离器的占地面积小、结构简单，可通过改变进料方式、增加二次风、增加内构件等，提升分级精度和效率，内壁一般采用耐磨、耐腐蚀的内衬，故常用于回收尾气中的有用物质，是矿山、水泥等行业生产中的常用设备。但在高浓度分级的情况下，颗粒物料会在旋风分离器内积聚得更加密集，容易导致旋风分离器的出口或底部出现阻塞。

动态气流分级机

动态气流分级机中具有运动部件，通常通过在分级区内建立较强的离心力场，利用物料本身的重力、所受的气流阻力以及离心力的作用，可以达到精细分级目的。自第一台动态空气机发明以来，经过百年发展，历经离心式、旋风式和涡流分级三代技术。

1、第一代：离心式空气分级机

也称内部循环式分级机，它是通过下部撒料，利用空气和粉体在机内循环来实现粗细粉的分离和收集的，粗粉受到重力较大，留在内壳体力，从粗粉出口排出，细粉则随气流向上运动至外壳体，从细粉出口排出。一般可通过调整气流的上升和旋转速度以及增减小风叶的作用来实现分级粒度的控制，相比静态的空气分级机，采用了散料盘等部件，改善物料在选粉机内的分布状况，提高在气流中的分散性。

2、第二代：旋风式空气分级机

由于第一代离心式选粉机仍具有具有降低选粉效率、磨损大等缺点，设计了外部循环气流的旋风式选粉机诞生了，其采取了下部切向进风，利用回风管，从旋风筒出来的干净气流可以再进入风机进行循环形成外部循环气流，使得在空气进入和上升的过程中会穿过撒料料幕，再经过旋转风叶或锥形转笼实现分级，相比第一代离心空气分级机减少细粉随回风的循环，也降低选粉室内的选粉浓度。

旋风式空气分级机结构图

3、第三代：涡流空气分级机

第三代涡流分级器全面改进了各分级功能区结构，分级效率和分级精度高（<10μm），操作弹性大，是目前主流的动态分级设备。其内部设有高速旋转的转笼，以此形成稳定均匀的涡流场。首先，待分级的物料从进料口下落到撒料盘上，随撒料盘一起旋转并沿切线方向抛向四周，当物料碰撞到反击板后发生反弹，并在重力作用下落入转笼外边缘和导流叶片内边缘间环形区。同时，一次风和二次风切向进入分级器，由于转笼高速旋转，其下部存在负压区，使得气流在竖直和水平方向上都存在一定的粉速度，此时颗粒受到气流拽引力、重力、离心力等相互作用，细颗粒重力较小随气流穿过转笼后从细粉出口流出，粗颗粒则壳壁相碰后下沉至底部粗粉排出口。

作为涡流空气分级机中唯一运动的部件，转笼的速度对分级性能有显著的影响，转笼速度的提高，会增强其离心力场的强度，气流流线曲率也会随着改变，除此之外，风量和进料速度对于颗粒分级的精度也有一定的影响，因此，分级时可按需调整这三个参数，实现精细分级。

德国Alpine公司ATP型、日本细川公司MSS型、日本小野田水泥公司O-sepa型

小结

近年来，随着超细粉体市场的不断扩充和生产规模的扩大，空气分级机在朝着精细化、大型化、自动化的方向发展，在化工、医药、矿物分选、食品加工等领域得到广泛应用。静态空气分级机中重力分级机和惯性分级机有着结构简单、处理量大的优点，常用于粗粒的分级。离心式分级机则利用离心力作用，大幅提高了分级效率和精度，目前在矿山、水泥等大规模生产中应用较广泛。动态空气分级机因其内部具有转动部件，相比于静态空气分级机分级效率和分级精度都得到更大的提升，可通过内部流场的优化实现精细的分级，其中涡流空气分级机以其分级粒径可调及适应面较广等优点，广泛应用于建筑、矿物加工、精细化工、特种陶瓷等工业领域。

参考文献：

1.卢道铭,范怡平,卢春喜.颗粒空气分级技术研究进展[J].中国粉体技术,2020,26(06):11-24；

2.付敏,曹众,陈效庆等.空气分级技术及设备研究进展[J/OL].化学工业与工程:1-15[2023-10-18]

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