1各类管线式湿法粉碎乳化设备的应用
1 1高效湿法分散粉碎机
高效湿法分散粉碎机是上海市化工装备研究所（以下简称装备所）在20世纪90年代初开发的用于对物料的分散粉碎处理的设备。当时，染料行业较普遍地是使用搅拌釜或球磨机，用于对物料的分散和粉碎。如北京一家染料企业在生产酞菁兰的生产工艺过程中就使用了球磨机。由于球磨机消耗功率大，生产周期长，且是间隙式生产，针对这些不足，装备所开发研制出了一种新型高效的用于分散粉碎的设备，解决了高效、快速、均匀地对颗粒物料、悬浮液等进行粉碎细化、分散混合、乳化均质的处理问题，在一定程度上替代了球磨机。该设备配有多个粉碎腔，每个腔内装有成对相互嵌套的定、转子。定、转子上分布有一定宽度的齿槽。工作时，转子带动腔中液体高速旋转，以极大的离心力产生真空，使不均匀的或较大颗粒的多相物料吸入工作腔，在通过定、转子网栅形的通道及定转子间极小的间隙时，受到极高线速度下的机械和液力剪切、离心挤压、撞击撕裂、液层互磨和湍流冲击，从而使较大的颗粒得到粉碎、细化，不同相的物料在*短的时间内得到均质、乳化、分散，*终得到精细、稳定的产品。高效湿法分散粉碎机的主要特点是：处理量大，生产效率高，*大机型的清水处理量达到了80t/h；定、转子的齿形结构可有多种变化，转子的线速度*低为18m /s，*高达35m /s，以适应不同物料的粉碎、分散、均质和乳化；磨腔级数根据物料要求可从1 4级选配；物料经过磨腔时没有死角；配用多级磨腔时，物料一遍通过就经过了多次的处理。但是，由于高效湿法分散粉碎机机理上的原因，在粉碎细度上受到了一定的限制。
1 2湿法粉碎研磨机
湿法粉碎研磨机是为了更好地解决对物料的超细湿法粉碎的需要而开发的，在一些领域可以替代砂磨机对物料的分散粉碎处理。该设备不使用研磨介质、采用密闭式操作，故不会对物料造成污染；且产能大、效率高、使用方便，可在较短的时间内对颗粒、聚合体或悬浊物等进行粉碎、分散处理。
经对比试验，湿法粉碎研磨机比湿法分散粉碎机在颗粒物料粉碎的细度方面，有着更佳的效果，处理后的产品粒度可达几微米甚至亚微米级，而且处理后的物料细度分布均匀，如对PTFE、烧结云母片等颗粒物料的粉碎细化处理都取得了良好效果，满足了工艺生产要求。湿法粉碎研磨机的关键部件为一对相配合的有锥度的转、定子，转、定子上分布有一定角度的细齿槽。由于转子的高速旋转使得物料在转、定子磨齿的狭窄空间内受到高速剪切、反复研磨、冲击和高频振动，从而达到粉碎、分散和微粒化。转子和定子的两磨体之间的间隙在不停机的情况下在线可调，*小间隙可调至0 02mm，因此易于控制产品粒度，保证物料的粉碎研磨细度达到工艺规定的要求。经粉碎研磨过的物料，在转、定子的出料端受到高速旋转的增压叶轮的作用，使得该处产生负压，驱使物料加快强行通过转、定子磨体狭窄间隙的速度，高速旋转的增压叶轮同时提高了物料的出料扬程，从而适用于粘度大流动性不佳的物料并提高工作效率。
1 3重油分散乳化机
当今世界石油价格不断攀升，而我国石油资源相对短缺，因此燃油消耗企业一方面迫切需要利用劣质重油替代部分清洁燃油；另一方面又利用我国煤资源相对丰富的长处，迫切需要用劣质重油和煤粉经新能源装置粉碎均质后用于企业生产，以降低企业生产的经济运行成本。劣质重油是燃油消耗大户常规使用燃料，其粘度大、流动性差、杂质水分多。未经分散乳化的劣质重油进入燃烧系统时，会造成喷嘴堵塞，雾化状态恶化，燃烧不充分不稳定，使燃油耗量增加并产生大量废气，污染环境，增加企业生产成本。重油分散乳化机是用于处理重油、渣油、沥青等物料的专用设备。适用于劣质重油和两种以上不同品质重油的分散、均质和乳化，还适用于重油中添加煤粉等固体物料时的固体物分散粉碎和固液混合均质乳化。重油粉碎乳化机高切线速度和高频机械能的剪切、挤压、震荡，使上述物料中的悬浮物、芳香烃、胶质、固体颗粒和水分通过粉碎乳化室能得到重复、多次的分散、粉碎、均质、乳化，使之成为稳定细致均质的燃油。重油分散乳化机能满足高达150高温条件下24h全天不停机连续工作的生产要求；密封装置确保设备长时间连续工作无泄漏，而且可以承受管线系统内物料压力0 1 0M Pa范围间的激烈波动；适应添加高达40%煤粉的重油分散乳化生产工艺。经查新分析，重油分散乳化机综合技术在国内处于**，并达到国际先进水平。该设备已广泛用于重油乳化、重油混合、重油改性、油水乳化、沥青均质、煤粉添加等重油应用领域。
1 4乳化炸药专用乳化机
乳化炸药专用乳化机是民爆行业乳化炸药生产过程中的关键设备。民爆行业对民爆生产的关键设备有其特殊的安全管理要求，因此专用于乳化炸药生产的乳化机就必须把设备的本质安全放在首位，同时还必须满足生产工艺要求和符合乳化炸药的生产标准。国内民爆行业乳化炸药生产线上曾经使用或正在使用的乳化机有不同的结构形式，主要有：一是采用搅拌罐的形式来完成乳化炸药的乳化，这是一种传统的乳化设备，间隙生产，效率低，不符合现代工业发展的要求；二是采用胶体磨形式的乳化机，国内也有几家企业在生产，但是产能小，安全性差，不能适应民爆行业乳化炸药规模生产的要求；三是采用管线式的专用乳化机，这是近几年开发生产的*新的专用乳化设备，是由装备所自主研发、创新的产品，具有设计结构新颖、合理，乳化效率高，产能大，综合技术性能居国内**，并达到国际先进水平，已被认定为上海市高新技术成果转化项目。现经用户试验结果证明：用乳化炸药专用乳化机生产的乳化炸药各项爆轰指标均符合国家标准。乳化炸药专用乳化机主要是通过乳化腔内的特殊形状的转子对乳化炸药的各组分进行有效的分散、均质和乳化。为适应不同类型的乳化反应要求，装备所已经研究开发出了能满足不同乳化要求的乳化机型。乳化炸药专用乳化机与胶体磨相比较的主要优点是：设备结构新颖，采用密闭、连续管线式生产，产能*大可达7t/h，特殊形状的转子间隙远大于国家标准，采用联轴器方式连接乳化机主机与电机，能消除电机轴向窜动，整台设备的运动部件无任何机械摩擦，工作过程中的物料温升仅2左右，尤其是轴封采用非金属非接触性密封，无机械摩擦，无需冷却水，从而提高了设备的本质安全性。
2管线式湿法粉碎乳化设备的结构和特点
2 1管线式湿法粉碎乳化设备的结构
管线式湿法粉碎乳化设备的基本结构是由电机、机座、腔体外壳、主轴、转定子、密封装置等组成。腔体外壳的前端装有进口，后端装有出口，主轴上装有转子及密封装置，安置在机座上的电动机驱动带有转子的主轴高速旋转，从而驱使物料从进口端进入经过转定子分散粉碎或均质乳化处理后向出口端输出。从形式上可分为有轴承座机型和无轴承座机型，有轴承座的机型是在轴承座上装有由轴承支撑的主轴，电动机通过联轴器驱动带有转子的主轴；无轴承座的机型则是省去了轴承座，主轴直接与电动机的轴连接。这两种机型都各有特点，无轴承座的机型结构比较紧凑，但对轴的连接方式要求比较高，否则会带来转子的同心度等问题，如果直接利用电动机轴安装转子，在某些情况下则会对电动机产生损害；有轴承座的机型，可以承载转子高速旋转时的各方面受力，大型的管线式湿法粉碎乳化设备均采用有轴承座方式。腔体内的转定子是管线式湿法粉碎乳化设备的核心部件，不同形式结构的转定子对物料处理会有不同的结果和效果，因此，对不同行业的各种不同性质的物料必须使用不同结构形式的转定子。目前已应用的转定子结构形式大致有三类：一是齿形结构。齿在圆周上均布，可有不同形状和层数，齿与齿之间有间隙，根据物料的处理要求，齿的长短、齿的宽度、齿的形状、齿的层数、齿与齿以及转子齿与定子齿啮合的间隙都可有多种组合变化，以适应不同物料的处理要求，一般来说，对需要分散粉碎的物料，齿的层数要多、齿形要密、间隙要小、转子的线速度要高，以求得*佳的效果。二是锥形结构。圆锥体表面刻有细槽，细槽可有交叉直线形、棱形、波纹形等各种形状，转子与定子之间的间隙可以调节，当需要获得*佳的分散粉碎细度时，可将间隙调至*小，从而对物料进行更有效的处理。在对物料分散粉碎方面，这种锥形结构比齿形结构更为有效。三是棒梢形结构。在转子及定子上装有棒梢，通过转子的高速旋转，棒梢对物料进行混合、均质和乳化，这种棒梢形结构一般不适用于对物料的细化粉碎，大多数仅是用于特殊工况条件下对物料的乳化均质方面。管线式湿法粉碎乳化设备的结构组成中还有一个相当重要的部件，就是密封装置系统。这也和特种泵一样，成为密封装置选型及研究的难点和重点。目前应用的密封装置有四种类型。
（ 1）机械密封
机械密封已经被广泛地使用在管线式湿法粉碎乳化设备中。机械密封由动环、静环、压紧元件、密封元件等组成。动环靠密封腔中液体的压力和压紧元件的压力，使其端面贴合在静环的端面上，形成微小的轴向间隙而达到密封的目的。机械密封密封效果好，泄漏量极少，耐高温，耐腐蚀，使用寿命长，一般能连续运转1 2年，但是存在零件多、精度高、结构复杂、安装维修不便的缺点。机械密封分为单端面和双端面机械密封。装置单端面机械密封的管线式湿法粉碎乳化设备严禁开空车，开车前需先打开物料阀门，让物料充满腔内；装置双端面机械密封的管线式湿法粉碎乳化设备则不受此限制，且适用于强腐蚀、高温、贵重和有毒介质。在一些特殊的危险的工况领域，如使用在溶剂作为介质物料时，双端面机械密封可配置自冷却装置，冷却罐内的冷却液使用同质溶剂物料作封液冷却，通过自带的输送泵使之循环，具有不外接冷却液、温度显示、低液位或冷却液未开通自动停机等功能。
（ 2）动力密封
动力密封即称为副叶轮动力密封。它可以克服填料密封和机械密封的某些不足，尤其适合于其它密封难以胜任的场合，如高速、高温以及具有强烈腐蚀性或有悬浮固体颗粒等的介质。动力密封具有结构简单、密封可靠、使用寿命长、点滴不漏的优点。但是动力密封要消耗一些附加功率，一般需增加5% 10%的功率，且密封封压较低。由于停车时，副叶轮不起作用，所以应配停车密封装置。停车密封的种类很多，各有其特点。装备所开发的非接触式停车密封有三种，分别是橡胶圈停车密封、离心式停车密封和内置式停车密封，这三种停车密封都申请了国家专利，也都曾在管线式湿法粉碎乳化设备上应用过。尤其是内置式停车密封在2006年获得国家发明专利，其主要特点是开车时打开动作稍滞后、停车时封闭动作稍超前，保证了开停车时点滴不漏，而且静封压可达1 0M Pa.
（ 3）唇口密封
在某些特定的危险工况条件下，禁用金属密封部件及摩擦，因此选择非金属的唇口密封也是一个较好的方案。唇口密封通过控制唇口与轴的配合面之间的过盈量，在动态和静态条件下阻止物料泄漏。随着新材料的出现，如一种碳纤维增强聚四氟乙烯材料制造的唇口密封较好地解决了在特定场合的应用。这种密封具有非常优异的自润滑性能、耐高低温性能和耐磨损性能等。这种密封在唇口膜层上还利用流体力学的原理设置有双向螺旋线，起到向内推进物料的作用；还可以用多个密封组合成一组密封，以增强密封效果。但是这种密封对轴的圆度、偏心度、跳动量、硬度、表面光洁度、径向摆动量、冲击负荷以及对基准轴线的安装垂直度等等有较高的要求，必须控制在限度之内，否则容易发生泄漏或缩短使用寿命，而且使用这类密封，管线式湿法粉碎乳化设备腔体内的压力不能过高，否则容易导致唇口损坏，造成物料泄漏。
（ 4）磁性联轴器。磁性联轴器看似是个联轴器，是解决电动机和轴的动力连接传递问题，但实质上主要是解决其密封问题。磁性联轴器主要由内磁转子、外磁转子、隔离套组成。内磁转子外缘、外磁转子内缘分别装有数个瓦形磁块， N、S磁极交替排列。粉碎乳化设备转子装在内磁转子轴上，外磁转子装在动力轴上。内、外磁转子之间用隔离套隔开，形成两个空间，靠磁力联系起来，构成磁性联轴器。由于工作机械传动轴不伸出机体，因此取消了轴封装置，变动密封为静密封，只要将隔离套与机体静密封连接就可以实现绝对密封，彻底解决了泄漏问题。装有磁性联轴器的粉碎乳化设备有其更好的安全性能和长工作寿命的特点，可用于有毒、有害、易燃、易爆等需要均质乳化的场合，但是不适合用于硬质颗粒物料的粉碎。装备所开发的被称之为磁力驱动重油粉碎乳化机就是应用了这种技术，*大功率已经可达到37kW.
2 2管线式湿法粉碎乳化设备的基本特点
（ 1）管线式安装，全密闭生产，物料不会与外界产生交叉污染，满足清洁、环保要求；（ 2）在线连续生产，便于生产过程的自动控制，满足现代化生产要求；（ 3）处理后的物料品质均一，效果显著，满足工艺生产要求；（ 4）处理量大，节能省时高效，满足工业化生产要求；（ 5）具有泵送能力，无需另设输送设备，满足物料循坏或输送要求。
3管线式湿法粉碎乳化设备的展望
3 1新型材料的应用
管线式湿法粉碎乳化设备面世以来，一般所用的材料大多为304不锈钢，有些工况条件也使用合金钢，并经热处理以增加表面硬度和机械强度，从而提高设备的使用寿命。随着管线式湿法粉碎乳化设备在各行业的广泛应用，遇到的各种工况条件也越来越复杂，尤其在化工领域，对防腐蚀耐磨损的要求也越来越高。因此，对材料的选用研究也变得越来越重要。有些非金属如陶瓷材料由于具有优异的耐腐蚀性、耐磨损性和耐高温性，应加强其在管线式湿法粉碎乳化设备上的应用性研究，以适应某些特定的工况场合使用。
3 2机理研究的深化
管线式湿法粉碎乳化设备发展到今天，已经开发出了不少机型，但是市场用户针对具体的应用技术条件，在物料处理方面越来越需要个性化的技术，因此，加强和深化对其机理及技术理论方面的研究，并提出一些理论计算模型就显得更为必要。
如各种转定子形态、结构与物料处理效果的关系研究、功率与效果及产能的优化设计研究、对基本类型的物料分散、粉碎、均质、乳化的特性研究等等，通过这些基础性的机理研究，可以指导开发出具有更高效率和更能满足用户个性化需要的机型。
3 3替代机型的探索
在某些工况条件下，对各种不同特性物料的处理，也可选择应用其它的方法，以弥补粉碎乳化机的不足。目前，在替代机型方面已有一些探索。例如，利用超声波的机械效应、空化作用、热效应等，对物料进行分散、粉碎处理；利用高压、高速射流通过各种结构的喷嘴及导流体对物料进行均质、乳化处理等等，均可有满意的效果，但需作更深入的探索研究。而究竟选择何种方式，主要是看其的效果、效率、性价比及工况条件。
4结语
管线式湿法粉碎乳化设备从1990年装备所首个专利获得以来，已有近20年的发展历史。从单一类型的湿法分散粉碎机发展到了用于特定工况条件下的功能各异的各类专用粉碎乳化机，其功能和用途更为专业化，而且已越来越趋于满足不同岗位的个性化要求。因此，我国的粉碎乳化设备制造行业应加强基础性研究，不断开发和完善粉碎乳化技术，以满足现代化工业发展的要求。
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