1低温粉碎的作用
材料的超细粉碎技术是高科技发展的必然产物。现代工业需要将许多材料制成粉末作为工业原料。它们具有极细的粒度、严格的粒度分布和极低的杂质含量。超细粉体广泛应用于各行各业。然而，有许多材料在室温下很难粉碎或其质量难以保证。因此，材料在低温下的冲击韧性和伸长率降低，即变硬变脆。低温粉碎适用于:(1)常温下不能或极难粉碎的热塑性、热敏性、粘性物质的粉碎，如塑料、聚酰胺(尼龙)、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂等高分子材料，以及化妆品原料、有机无机染料、铁合金、粉末冶金原料等。低温粉碎产品粒度分布窄，立方颗粒多，粉体流动性好。并且降低了破碎时的异味、高温损伤和爆炸的风险。(2)粉碎易受热、变质、变软的动植物，保持其营养成分和色、香、味。
药品和食品在低温下利用其冷脆的特性，可以粉碎成极细的颗粒，对于药品和食品来说，可以最大程度地保留原物质的分子结构和药物成分或营养成分。保存药物和食品的活性物质，使其易于被人体吸收，提高各种药物成分或营养成分及微量元素的吸收率。(3)粉碎废弃物。如废橡胶的处理。橡胶是高分子聚合物，即使埋得很深，也能坚持几十年，很难腐烂。橡胶弹性高，储能大，常温下不易压碎。而当它破裂时，会产生大量的热量，使橡胶老化，质量变差。而利用橡胶在低温下易脆的特性，可以将回收的废轮胎在低温下粉碎，得到非常细小的冷冻胶粉颗粒进行回收利用。目前，西方发达国家已经实现了工业化。
2低温粉碎的发展现状和趋势
低温粉碎在国外是上世纪50年代发展起来的，尤其是美国、日本等发达国家。许多工厂使用液氮冷却和压碎废轮胎来回收橡胶。在我国，低温粉碎已应用于中药材和甲鱼的加工。比如福寿仙保健品，用低温粉碎加工甲鱼，制成甲鱼丸。此外，有些药物，如珍贵的中药材，也必须低温粉碎。低温粉碎可以粉碎常温下难以粉碎的物料，可广泛应用于各个领域。
目前低温粉碎的方法有:(1)首先将原料低温冷却至低温脆化状态，然后放入常温粉碎机中粉碎。(2)原料为常温，粉碎机内部温度为低温。(3)将原料冷冻至液氮(-196℃)的温度，同时保持粉碎机内部温度在适宜的低温下进行粉碎。这个过程的核心是粉碎，关键过程是冷冻，因为物料只有在足够低的温度下，经过充分的热交换，使其弹性大大降低后，才能被有效粉碎。
低温粉碎通常采用液氮喷雾冷冻冷却。例如，西方发达国家在20世纪70年代开始使用液氮生产橡胶粉，即利用液氮在-196℃常压下汽化温度低的特点，将橡胶颗粒冷冻，使其达到脆性温度，然后输入冲击式破碎机进行精细破碎。日本长期使用液氮冷冻药品、抗生素、中草药、海藻、甲壳素、蔬菜、调味品等。，然后将它们放入粉碎机中粉碎。液氮冷源用于保持固定温度，微粒尺寸可高达100μm以下，但是液氮冷源在国内的应用有一个很大的问题，就是成本高。不纯液氮的市场价也是3元/斤。将1kg低密度聚乙烯粉末粉碎至D50 = 200μ；m消耗液氮约1 ~ 1.2公斤，粉碎1公斤聚乙烯粉需3 ~ 3块6。这是附加值低的产品难以接受的。
同时，当液氮用于粉碎药物和生物制品进行超细化时，由于液氮含有其他成分，会污染制品。提高液氮的纯度，成本很高，更大程度上限制了应用。
低温破碎设备多采用锤式破碎机和针式破碎机，破碎粒度有限。机械锤式破碎机的产品粒度一般小于80目，破碎时还存在局部过热的问题，影响被破碎物料(尤其是药品和食品)的质量。例如，用机械锤磨机加工聚乙烯胺，达到的细度为60μ；60亩以上；m的含量极低。粉碎的环氧树脂的细度为30μ；m以上，粉碎后的橡胶细度达到150μ；m .而实际市场所要求的粒度远远低于上面所能达到的细度。同时锤式粉碎机和针式粉碎机会产生大量的粉碎热以及极高的局部冲击和摩擦热，需要通过极低的温度来消除。
因此，有必要开发一种粒度控制装置，能够快速消除物料粉碎过程中产生的热量，避免冷却粉碎过程造成的污染，将粒度控制在44μ以下。M-fine新型低温粉碎机是工业发展的必然要求。
3低温破碎的冷却
低温粉碎需要低温条件。蒸汽压缩制冷，单级压缩受压缩比限制(一般不超过8 ~ 10)，多级压缩也受蒸发压力低(系统密封性能减弱)和制冷剂凝固点限制。然而，多制冷剂复叠蒸汽压缩制冷循环非常复杂，维护和维修困难，并且所用制冷剂价格昂贵。所以低温和快冷冻速度需要用低温制冷剂来实现，现在唯一的选择就是液氮。目前，国外的传统观点是& ldquo柔软的弹性材料只有在低温下达到脆化程度时才能被有效地粉碎。因此，低温粉碎采用液氮喷雾冷冻法。近年来，一些研究机构采用空燃气轮机制冷代替液氮制冷。这是个好主意，但结果并不令人满意。低温粉碎采用空气体制冷循环模式，冷空气体可以直接进入需要冷却的环境中直接冷却粉碎后的物料，不仅省去了换热器或风机设备以及与这些设备运行维护相关的部件，还提高了整个制冷系统的性能。同时空燃气轮机制冷温度范围宽，空燃气制冷循环可满足空调节温度在-100℃以下的温度要求，温度越低，相比其他制冷方式COP值越高。但如果低温粉碎的冻结温度要控制在物料的脆性温度以下，如聚乙烯在-100℃以下，轮胎橡胶在-70℃以下；由于空燃气轮机的制冷温度远低于液氮，如果要将物料控制在脆性温度以下，就需要大幅度增加冷气量，增加辅助制冷设备，增加制冷深度。虽然总成本比液氮低，但仍难以工业化应用。
而且橡塑材料冷却到极低的温度，不会像玻璃一样易碎，容易粉碎。与常温粉碎相比，脆性粉碎可能不容易粉碎，虽然粉碎质量和形状明显不同。这种影响取决于低温引起的脆化程度与强度增加的比率。
低温冷冻目的:(1)可以抵消破碎时产生的局部热量和温升，保持低温状态；(2)能降低材料的冲击韧性和断裂伸长率，使其容易被压碎；(3)大大降低破碎热，提高破碎产率。是否必须将材料冷冻到脆性温度才能有效粉碎，经过实验研究，答案是否定的。那什么温度最适合冷冻呢？实验表明，在这两个温度之间可以冻结到一定温度，即弹性明显减弱，破碎时局部加热引起的温升不影响破碎效果和完全硬化。实现这种方法的关键是必须大大消除破碎时的局部冲击和摩擦热。
4低温粉碎机
利用空燃气轮机制冷机替代液氮，将新型低温超细粉碎系统与流态化气流磨相结合。该系统不仅可以有机地利用空燃气轮机制冷机中具有一定背压的冷空气作为动力，而且省略了机械转动部件，解决了许多部件在高速冲击和低温下的机械性能和工作可靠性问题。而且利用气流通过喷嘴的冷却作用和物料的相互碰撞实现瞬间粉碎，容易解决粉碎过程中的局部发热问题，大大消除粉碎热量，控制粉碎温升。
流化床粉碎机原理:将净化干燥后的压缩空气体引入几个专门设计的喷嘴，喷嘴相对放置，形成超音速气流进入粉碎室。物料由料斗送入破碎室，在喷射气流中加速碰撞，实现破碎。破碎后的物料随气流进入涡轮分级室，根据颗粒大小进行分级。将合格的物料分拣出来，不合格的粗料返回破碎室进一步破碎。
流化床粉碎是压缩空气体通过超音速喷嘴，形成超音速气流带动物料加速，在相交区域相互碰撞，实现粉碎。因此，超音速喷嘴的出口速度是最重要的参数之一。在设计工况下，压缩气体经过超音速喷嘴后，应充分膨胀到与喷雾腔背压相同的状态。压缩空气体通过超音速喷嘴后的出口速度，根据理想流体绝热稳定流动并忽略空气体的入口速度。
C = 2 K K-1 R T 1(1-P b P 1)K- 1 K其中:P-喷嘴入口侧气体的绝对压力，M pap——喷雾室内的背压，M paK―空气体的热比，对于双子分子，取K = 1.4t1——喷嘴入口侧的气流温度，k；r-气体常数，j/kg·k .
4.1涡轮机分类
涡轮的分类主要是根据不同粒径的不同颗粒在旋转流动中受到的离心力不同的原理。
根据前人的研究结果，细颗粒在分级流场中运动的径向粘性阻力符合斯托克斯阻力定律。假设(1)颗粒的圆周运动方向没有滑移，(2)颗粒在分级室的径向运动中只受离心力和粘性阻力的影响，(3)分级机内的颗粒流动符合单颗粒动力学模型。那么，在分级机结构固定的情况下，分级切割粒度为:d c = k n Q & rho其中:k是与空气体粘度、转子、叶片形状等相关的常数。n-分级轮的速度；q-气体流速；PS-颗粒材料的密度。
与其他类型的分级设备相比，涡轮不会产生太多热量。粉碎后的合格物料与冷空气流形成气溶胶，分级叶片避免了温升。是对低温、高粘弹性、热塑性、热敏性和粘性物料进行分级的理想设备。且结构简单，单位功耗处理能力大。
5实验研究
本研究由于没有空燃气轮机制冷机，所以设计了如图所示的实验系统。高压空气体(0。8Mpa)从螺杆空压缩机1排出，经过储气罐2和低温冷冻干燥3，再节流进入冷冻室4冷却物料。合格的冷却物料通过进料口进入流化床破碎室。5.背压空气体(约为0。2Mpa)引入粉碎喷嘴，形成高速气流进入粉碎室5，带动物料相互碰撞，实现瞬间粉碎。破碎后的物料随气流进入涡轮分级室6，按粒度分级，粒度合格的物料被分拣出来收集在高效脉冲袋式除尘器7中；不合格的粗料将被送回破碎室进行进一步破碎。本发明采用流化床结构，均匀性好，物料与空气接触充分，气流稳定易控制，冷热交换好。
通过该系统，聚四氟乙烯、聚葡萄糖、环氧树脂、橡胶和聚乙烯粉末被粉碎，并分别获得D97 = 10。m、D97 = 74 & mum、D97 = 25 & mum、D97 = 85 & mum细分产品。或将花粉、可可、葡萄糖、熟地黄、枸杞等粉碎。实验表明，该系统:
(1)可以避免常规的液氮制冷，只需要将物料冷却到脆化程度，冷却到硬化状态就可以有效地将物料细碎。(2)将硬化材料超细加工至100 μm；m～5 & mu；(3)与液氮深冷相比，能耗大大降低，并保证避免产品污染。
6结论
6.1低温粉碎可以粉碎常温下难以粉碎、热敏、受热易变质分解的物料。具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。
6.2使用空燃气轮机制冷可以避免常规的液氮制冷，只需要将材料冷却到脆化的程度，通过冷却到硬化状态就可以有效的粉碎材料。
6.3利用空燃气轮机制冷和流态化气流磨形成新的低温超细粉碎系统。利用气流通过喷嘴的冷却作用，很容易解决破碎过程中的局部加热问题。物料相互碰撞，实现瞬间破碎，可大大消除破碎热，控制破碎温升。
6.4理论分析和实验验证表明，新型低温制粉系统换热效率高，温度要求低，制粉效率高。冷却到低于硬化状态的某一温度的材料可以经济地超精加工到100μ。m～5 & mu；m之间。
6.5由于冷冻成本是影响低温粉磨系统的主要成本，因此选择最佳的粉磨温度非常重要。通过对比研究，优选出适宜的低温粉碎温度，即能保证冷脆度和降低成本的最佳冷冻温度。
