卧式机械化学球磨装置及其成形工艺参数解析方法制造方法及图纸

卧式机械化学球磨装置及其成形工艺参数解析方法，包括筒体、主轴、叶片组、球磨盖和出料盖，所述筒体和主轴同轴设置，且相互独立转动，筒体上设有进出液口，所述叶片组由叶片组成，所述叶片为曲线型，且等间距交错分布于筒体内侧和主轴上，筒体上设有出料口，所述出料盖设于出料口上，所述球磨盖设于出料盖的上方。本发明专利技术克服了国内外原有设备在球磨过程中碰撞理论模型过于简化、体系碰撞能量低下、连续运行产生高温及设备运行噪音过大等缺点，采用筒体与轴双向旋转搅拌的方式和筒体中空的结构，在不同球磨工艺参数下，均能够增加体系的有效碰撞能量以提高机械化学反应效率。的有效碰撞能量以提高机械化学反应效率。的有效碰撞能量以提高机械化学反应效率。

【技术实现步骤摘要】
卧式机械化学球磨装置及其成形工艺参数解析方法


[0001]本专利技术属于POPs污染物非焚烧法处理领域，具体涉及到一种卧式机械化学球磨装置及 其成形工艺参数解析方法。

技术介绍

[0002]机械化学球磨法处理POPs因其简易性、高效性而逐渐引起人们的关注，其实验室研究 也在近年来飞速发展。有学者对不同有机污染物筛选出了不同的球磨药剂，例如Cagnetta等 人使用CaO球磨降解PFOS、HCB和HBCDD，宋静等人使用Fe-Zn球磨降解DDT，陈志良 等人使用CaO-Al球磨处理PCDD，他们也对常见球磨药剂(CaO,Fe,Fe-SiO2等)处理POPs的 降解机理和路径开展了研究，甚至有学者已经对球磨POPs后的产物进行资源化利用，例如 使用La2O3处理全氟化合物后的球磨产物制备发光材料等。这些研究成果都表明，机械化学 球磨法的实验室理论研究已经非常成熟，国外甚至已经有相关设备投入实际修复工程应用， 例如德国Tribochem公司利用DMCR技术成功处理了多氯联苯污染土壤和变压器油等多种污 染物；新西兰EDL公司开发的MCD技术更是在新西兰、美国、日本等多个国家开展修复工 程。然而，国内对投入实际应用的大型设备研究仍然较少，且国外设备仅依靠筒体内主轴驱 动叶片运动，这使得大量磨球紧贴筒壁随主轴运动而大幅降低了球磨体系的碰撞能量。此外， 机械化学球磨技术也普遍存在连续运行产生高温以及较大噪音等缺点。因此，如何改进球磨 设备内部结构提高体系碰撞能量，以及降低该技术产生的高温和噪音，使其能够更高效、绿 色、安全地开展商业化应用是亟待攻破的关键技术。
[0003]机械化学球磨法的本质是通过机械碰撞产生的能量诱发化学键的断裂，从而引发化学反 应。因此，研究球磨体系碰撞能量是至关重要的环节。常见的研究机械化学球磨碰撞能量模 型主要有两种，一是将磨球看作整体，考察平均碰撞速度以及碰撞频率，计算碰撞能量；二 是研究单位时间内磨球传递到物料上的能量，即比能量剂量。在这两种模型中，球磨参数对 碰撞能量的影响都有很好的预测，然而这两种模型都只考虑了球与球的碰撞，忽略了球与其 他接触面的碰撞。根据经典Hertzain接触碰撞理论，我们能够通过磨球材料性质、碰撞接触 面半径等参数，分别计算球与球的碰撞、球与叶片、球与筒体内壁的碰撞，使得球磨体系有 效碰撞能量的计算更加符合实际情况。同时，本团队前期研究发现法相碰撞能才是诱发化学 反应的有效能量。因此本研究对现有的碰撞能量模型进行优化，从而更真实、全面地预测机 械化学球磨过程中产生的碰撞能量。然而，介于球磨体系运动的复杂性，我们难以直接观察 并测量磨球的运动参数，而离散元颗粒软件(DEM)可以通过仿真模拟的方式得到磨球的运 动参数且该方法已经得到广泛、成熟的应用。因此，本研究主要通过机械设计软件(Solidworks) 自主构建任意模型，并将模型导入离散元软件(DEM)开展仿真模拟，输出磨球与不同碰撞 接触面的各项运动参数，计算体系的总有效碰撞能量。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：本专利技术针对传统卧式机械化学球磨装置存在的不足，提出一种
卧式机 械化学球磨装置及其成形工艺参数解析方法，优化现有碰撞理论模型，优化筒体内叶片的组 数和填充率，采用筒体静止或与主轴旋转方向相反的运行方式大幅提高球磨体系的碰撞能量。 此外，采用具有中空夹层的筒体结构，存放冷却液降低设备温度的同时减少噪音。
[0005]技术方案：一种卧式机械化学球磨装置，包括筒体、主轴、叶片组、球磨盖和出料盖， 所述筒体和主轴同轴设置，且相互独立转动，筒体上设有进出液口，所述叶片组由叶片组成， 所述叶片为曲线型，且等间距交错分布于筒体内侧和主轴上，筒体上设有出料口，所述出料 盖设于出料口上，所述球磨盖设于出料盖的上方。
[0006]上述主轴上设有铣槽和垫片，叶片和垫片的中心均设有与铣槽结构配合的孔结构，叶片 之间通过垫片调节间距。
[0007]上述筒体为中空夹层结构，夹层内设有冷凝液体。
[0008]上述主轴上的叶片末端与筒壁内侧间距小于磨球直径，曲线型叶片自筒壁往主轴方向由 窄变宽；筒体内侧叶片长度不小于筒体半径的二分之一，曲线型叶片自筒壁往主轴方向由宽 变窄。
[0009]上述球磨盖和出料盖均为可拆卸连接，所述出料盖呈网格或栅栏状，孔隙小于磨球直径。
[0010]优选的，上述叶片的扇环角度为30
°
。
[0011]基于叶片搅拌的卧式高能机械化学球磨装置的成形工艺参数解析方法，步骤包括：
[0012]第一步，利用经典Hertzain接触模型将体系碰撞能量分解到磨球与磨球、磨球与叶片、 磨球与筒壁等不同碰撞接触面；所述经典Hertzain接触碰撞理论分别设撞击半径为r
h
，磨球 压缩形变为δ
max
，垂直撞击压强为P
n
，均由下式可以求得：
[0013][0014][0015][0016]其中，g
r
、g
p
为几何系数，由磨球及球磨罐体的几何尺寸决定；v
N
为法相相对速度；E
eff
为 碰撞介质的弹性模量；r
b
为磨球半径；ρ
B
为磨球密度；
[0017]再利用和分别能够计算单位体积形变产生的弹性能量以及单次撞 击产生的形变体积；此外，E
e
为磨球与其他接触面单次碰撞产生的弹性碰撞能，P
e
为磨球与 不同接触面碰撞后产生的有效碰撞功率，计算公式如下：
[0018][0019]P
e
＝f
×
E
eff
[0020]将磨球与磨球、磨球与叶片、磨球与筒体碰撞的有效碰撞功率分别记作P
e1
、P
e2
、P
e3
， 计算球磨装置运行过程中的总有效碰撞功率P
e0
；
[0021]第二步，改变叶片扇环角度，在10
°-
50
°
呈梯度变换，综合工作强度、叶片材料使用量 和工作体积，选择角度合适的扇环叶片；
[0022]第三步，改变叶片组数和填充率呈梯度变换，研究叶片组数和填充率对体系碰撞
能量的 影响，选择合适的叶片组数和填充率；设置叶片填充率为2.5％，5％，10％，15％，所述叶片 填充率为叶片占筒体内部体积百分比；在每一组填充率下分别设置叶片组数为16,24,32,48； 分别计算有效碰撞功率(Pe)对叶片组数(Z)、叶片填充率(T)的一阶导数和并利 用该一阶导数分别对叶片组数(Z)、叶片填充率(T)交互求二阶偏导数和最终 将一阶偏导数和二阶偏导数都带入二元二次方程，建立有效碰撞功率对叶片组数和填充率的 非线性回归模型P
e
＝a+b
×
Z+c
×
T+d
×
Z
×
T，其中a为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卧式机械化学球磨装置，其特征在于，包括筒体(1)、主轴(2)、叶片组(3)、球磨盖(4)和出料盖(5)，所述筒体(1)和主轴(2)同轴设置，且相互独立转动，筒体(1)上设有进出液口(6)，所述叶片组(3)由叶片组成，所述叶片为曲线型，且等间距交错分布于筒体内侧和主轴上，筒体(1)上设有出料口，所述出料盖(5)设于出料口上，所述球磨盖(4)设于出料盖(5)的上方。2.根据权利要求1所述卧式机械化学球磨装置，其特征在于所述主轴(2)上设有铣槽(7)和垫片(8)，叶片和垫片的中心均设有与铣槽(7)结构配合的孔结构，叶片之间通过垫片(8)调节间距。3.根据权利要求1所述卧式机械化学球磨装置，其特征在于所述筒体(1)为中空夹层结构，夹层内设有冷凝液体。4.根据权利要求1所述卧式机械化学球磨装置，其特征在于所述主轴(2)上的叶片末端与筒壁内侧间距小于磨球直径，曲线型叶片自筒壁往主轴方向由窄变宽；筒体内侧叶片长度不小于筒体半径的二分之一，曲线型叶片自筒壁往主轴方向由宽变窄。5.根据权利要求1所述卧式机械化学球磨装置，其特征在于所述球磨盖(4)和出料盖(5)均为可拆卸连接，所述出料盖(4)呈网格或栅栏状，孔隙小于磨球直径。6.根据权利要求1所述卧式机械化学球磨装置，其特征在于所述叶片的扇环角度为30
°
。7.权利要求1-6任一所述卧式机械化学球磨装置的成形工艺参数解析方法，其特征在于，步骤包括：第一步，利用经典Hertzain接触模型将体系碰撞能量分解到磨球与磨球、磨球与叶片、磨球与筒壁等不同碰撞接触面；所述经典Hertzain接触碰撞理论分别设撞击半径为r
h
，磨球压缩形变为δ
max
，垂直撞击压强为P
n
，均由下式可以求得：，均由下式可以求得：，均由下式可以求得：其中，g
r
、g
p
为几何系数，由磨球及球磨罐体的几何尺寸决定；v
N
为法相相对速度；E
eff
为碰撞介质的弹性模量；r
b
为磨球半径；ρ
B
为磨球密度；再利用和分别能够计算单位体...

【专利技术属性】
技术研发人员：高新，宋静，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：