Технологическое оборудование для проведения технологических процессов Технологическое оборудование для механических процессов

Технологическое оборудование для перемещения твердых веществ и материалов:

• типы транспортеров и принцип их действия.

Введение.

Сырье, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки сырья.

Целью подготовки сырья является придание ему состава и свойств, обеспечивающих оптимальное протекание технологического процесса его переработки.

В процессе подготовки сырье приобретает заданную концентрацию полезного компонента, влажность, необходимую дисперсность.

Операции подготовки сырья многообразны и зависят от его агрегатного состояния.

В комплекс операций по подготовке наиболее распространенного в химической промышленности твердого сырья входят: классификация (рассев), измельчение (или в определенных условиях укрупнение) обезвоживание, обогащение.

Сегодня нам предстоит познакомиться с различными типами дробилок, принципом их действия, а также с технологическим оборудованием, необходимым для перемещения твердых веществ и материалов.

Вопрос 1. Аппараты для дробления твердых веществ и материалов

Измельчение — процесс многократного разрушения твердого тела на части под действием внешних сил, превышающих силы молекулярного притяжения в измельчаемом теле.

Процесс измельчения сопровождается многократным увеличением удельной поверхности измельчаемого материала, что позволяет резко интенсифицировать химические и массообменные процессы, скорость которых определяется площадью межфазного взаимодействия.

Поскольку исходный измельченный материал содержит частицы различного размера, для их характеристик используют следующие величины: наибольший d_max и наименьший d_min диаметры частиц в анализируемом материале, размах варьирования R = d_min/d_max, средний диаметр частиц d_cp.

Так как частицы твердого материала имеют неправильную форму, при расчетах используют их эквивалентный диаметр либо размер отверстий сит, через который они просеиваются.

Для оценки измельченного материала важное значение имеет удельная поверхность его частиц, а также гранулометрический состав, характеризующий долю или процент массы частиц каждого класса крупности в пробе.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения — отношением среднего размера твердого тела до измельчения к среднему размеру материала после измельчения.

В зависимости от крупности исходного и измельченного твердого материала различают процессы дробления и измельчения. Эти процессы в зависимости от конечной крупности получаемого материала, условно делятся на несколько стадий.

Дробление твердых материалов обычно осуществляют сухим способом, а тонкое измельчение — мокрым способом, что исключает пылеобразование и облегчает транспортирование получаемых продуктов.

Основными способами измельчения являются удар, раздавливание, истирание, раскалывание и резание (рис. 1).

При ударе (рис.1, а, б) под действием динамических нагрузок в теле возникают напряжения, приводящие к его разрушению. При этом различают разрушение при стесненном и свободном ударе.

Рис. 1. Способы измельчения твердых тел:

а — стесненный удар; б — свободный удар; в — раздавливание; г — истирание;

д — раскалывание; е — резание; Р — нагрузка; V — скорость

Стесненный удар обеспечивается наличием нескольких рабочих органов, оказывающих воздействие на тело.

Свободный удар обеспечивается столкновением с рабочим органом машины или другим измельчаемым телом.

Такой удар применяется в роторных и молотковых дробилках, молотковых и струйных мельницах, дезинтеграторах.

При раздавливании (рис. 1, в) определяющими являются напряжения сжатия под действием статической нагрузки между рабочими органами. Раздавливание применяется в щековых дробилках.

При истирании (рис. 1, г) основные разрушающие напряжения — напряжения сдвига.

Истирание в комбинации с раздавливанием применяется в валковых и шаровых мельницах, валковых и конусных дробилках.

При раскалывании (рис. 1, д) в теле создаются изгибающие напряжения, этот способ измельчения применяется в дискозубых дробилках.

При резании (рис.1, е) возникают напряжения сдвига, этот способ применяется при измельчении пластичных материалов, древесных отходов, бумаги и т.п.

Схемы измельчения

Осуществление процесса измельчения любым способом связано с затратой большого количества энергии, поэтому основной принцип, положенный в основу схемы измельчения, — «не дробить ничего лишнего».

Полученный после каждой стадии измельченный продукт подвергается рассеву (классификации).

Более крупные куски возвращаются на повторное измельчение, а куски требуемых размеров поступают на следующую стадию.

При этом, чем прочнее материал, тем меньше выбирается значение степени измельчения, а, следовательно, увеличивается число самих стадий.

Рис. 2. Схемы дробления

а — открытый цикл; б — открытый цикл с предварительным грохочением;

в — замкнутый цикл с предварительным и поверочным грохочением; г — замкнутый

цикл с грохочением.

Измельчение может осуществляться в открытом и замкнутом циклах, а также в один или несколько приемов

При измельчении в открытом цикле (рис 2, а, 6) твердый материал проходит через измельчающее устройство только один раз.

По такой схеме проводят измельчение, когда нет необходимости соблюдать четкий размер частиц в продуктах размола.

В ряде случаев для сокращения энергозатрат исходный материал классифицируют и измельчают только крупные куски, а отделенную мелочь присоединяют к конечному продукту.

При измельчении в замкнутом цикле (рис 2, в, г) измельчающая машина функционирует совместно с классифицирующими и транспортирующими устройствами, при помощи которых крупный продукт непрерывно возвращается на повторное измельчение.

Такие схемы, позволяющие рационально использовать энергию и повысить производительность оборудования, используют для получения конечного продукта однородного состава.

Измельчающее оборудование классифицируют:

• по организации процесса (периодические и непрерывные);

• по крупности измельчаемого продукта (машины крупного, среднего и мелкого дробления, тонкого и коллоидного измельчения);

• по применяемому в них способу измельчения (раскалывающего и разламывающего действия, раздавливающего действия, истирающего и раздавливающего действия, ударного действия, ударного и истирающего действия, коллоидное измельчение).

Наиболее общим является способ классификации по виду энергии, используемой для измельчения. Это механические дробилки, механические мельницы (с мелющими телами), взрывные, пневматические, электрогидравлические, электроимпульсные, электротермические размольно-дробильные аппараты, аэродинамические и пневмомеханические мельницы (струйные аппараты без мелющих тел).

Шековые дробилки (рис. 3.) применяют для дробления крупного кускового материала.

Щековая дробилка состоит из неподвижной щеки 1 и подвижной щеки 2, шарнирно подвешенной на оси 3 таким образом, что при качании она то приближается к неподвижной щеке, то удаляется от нее.

Движения эти создаются вращением вала 4, сообщающего возвратно-поступательное движение шатуну 11, соединенному с распорными плитами 10 Плиты 10 шарнирно соединены с подвижной щекой 2 и распорными клиньями 6 и 7, позволяющими изменять ширину выпускной щели, а, следовательно, и степень измельчения материала

Дробление твердого материала, подаваемого сверху, осуществляется в момент сближения подвижной щеки и неподвижной.

При прохождении между ними вниз размер частиц измельчаемого продукта уменьшается. Перемещение подвижной щеки в период холостого хода осуществляется под действием собственного веса и тяги 9 с пружиной 8

Рис.3. Схема шековой дробилки

1,2 — неподвижная и подвижная щеки; 3 — ось; 4 — вал; 5 — маховик; 6, 7 —

распорные клинья; 8 — пружина; 9 — тяга; 10 — распорная плита; 11 — шатун.

Поскольку цикл работы щековой дробилки состоит из периодов измельчения (с затратой энергии) и холостого хода (без затрат энергии), нагрузка на приводной двигатель является неравномерной.

С целью ее выравнивания вал 4 снабжен двумя маховиками 5, аккумулирующими энергию при холостом ходе и отдающими ее при рабочем ходе.

Достоинства шековых дробилок — простота и надежность конструкции, широкая область применения, компактность и легкость обслуживания.

Недостатки — периодический характер воздействия дробящего усилия и неуравновешенность движущихся масс, вызывающие шум и вибрацию.

Конусные дробилки применяют для крупного, среднего и мелкого измельчения, они отличаются постоянным воздействием на дробимый материал дробящей поверхностью.

Рис. 4. Схемы конусных дробилок:

а — с подвешенным валом и головкой в виде крутого конуса; 1 - наружный конус; 2— подвижный конус; 3- воронка; 4- сферическая опора; 5— эксцентриковый стакан; 6 — шкив; 7 — зубчатая передача; 8 — желоб; 9 — вал;

б — с консольным валом и головкой в виде полого конуса: 1 — тарелка; 2 — корпус; 3 — пологий конус; 4 — пружина; 5 — станина; 6 — шаровой подпятник.

Известны два типа конусных дробилок.

1. Конусная дробилка с подвесным валом и головкой в виде крутого конуса (рис. 4, а) состоит из наружного конуса 1, внутри которого помещен подвижный дробящий конус 2, установленный на валу 9, подвешенном на сферической опоре 4.

Нижний конец вала 9 свободно вставлен в эксцентриковый стакан 5, который получает вращение от шкива 6 через зубчатую передачу 7.

Благодаря наличию эксцентриситета геометрические оси наружного и внутреннего конусов не совпадают, а имеют лишь общую точку пересечения в месте подвеса.

Поэтому при вращении эксцентрикового стакана 5 ось вала 9 описывает коническую поверхность вокруг этой точки, т.е. совершает круговое, так называемое, гирационное качание.

Вместе с валом круговые качания совершает и дробящий конус. Он не вращается принудительно от приводного механизма машины, а только катится по внутренней поверхности наружного конуса; при приближении к нему материал измельчается, а при отдалении от него — опускается вниз к разгрузочному отверстию.

Материал загружается в дробилку через воронку 3, а измельченный продукт разгружается либо по наклонному желобу 8 сбоку, либо под дробилку, уменьшая ее высоту и предотвращая забивание ее материалом.

2. Конусная дробилка с консольным валом и головкой в виде полого конуса (грибовидная дробилка) (рис. 4, б) отличается от описанной ранее формой головки и корпуса.

Корпус 2 представляет собой конус, расширяющийся в ту же сторону, что и пологий конус 3 дробящей головки, причем их стенки на определенной длине параллельны и образуют узкую щель (зону параллельности).

Корпус 2 связан, и станина 5 амортизируется пружинами 4, расположенными по периметру корпуса.

Основной вал дробилки установлен консольно и опирается на шаровой подпятник 6; на верхнем конце вала установлена тарелка 1, с которой куски материала равномерно сбрасываются в дробилку при качаниях вала. Степень измельчения регулируется подъемом или опусканием корпуса.

В грибовидных дробилках достигаются большая производительность и высокая степень измельчения.

Достоинства конусных дробилок: высокая производительность из-за непрерывности измельчения материала одновременно раздавливанием и изгибом; спокойная, уравновешенная работа; высокая степень измельчения.

Валковая дробилка (рис. 5.) состоит из двух параллельно расположенных гладких или зубчатых цилиндрических валков 1 и 2, установленных в станине 3 машины и вращающихся навстречу друг другу. При вращении они захватывают поступающий сверху материал и дробят его раздавливанием.

Рис.5. Схема валковой дробилки: 1,2— цилиндрические валки; 3 — станина; 4 — пружина.

Для предохранения валков от аварии в случае попадания в них кусков более твердых материалов валок 1 устанавливается в подвижных подшипниках и удерживается в заданном положении силой пружин 4, которые при увеличении давления позволяют валку отходить влево.

Степень измельчения валковой дробилки не более 10 и регулируется изменением расстояния между валками

Молотковые дробилки (рис. 6.) — машины ударного действия и используются, как правило, для измельчения мало абразивных материалов.

В корпусе 1 дробилки, футерованном броневыми зубчатыми плитами 2, на горизонтальном вращающемся валу 3, насажены диски 4 с шарнирно закрепленными на них ударными молотками 5.

Исходный материал подается через загрузочное отверстие 7, подхватывается молотками, частично разбивается ими на лету, а частично измельчается ударом о плиты корпуса.

Измельченный материал высыпается из машины через колосниковую решетку 6. Конечные размеры, измельчаемого материала, определяются размерами отверстий разгрузочной решетки.

Рис. 6 Схема молотковой дробилки

1 — корпус, 2 — зубчатые плиты, 3 — вал, 4 — диск, 5 — молоток, 6 — колосниковая решетка, 7 — загрузочное отверстие.

Молотковые дробилки различают по числу роторов (одно- и двухроторные), а также по расположению молотков в одной или нескольких плоскостях вращения (одно- и многорядные).

Степень измельчения в однороторных дробилках 10…15, в двухроторных 30…40.

Вращающаяся барабанная мельница (рис 7.) представляет собой вращающийся барабан 7, в который помещены дробящие тела (шары) 2 и измельчаемый материал.

При вращении барабана шары и материал под действием трения и центробежной силы поднимаются до некоторой высоты, а затем падают и скатываются вниз.

Измельчение материала при этом происходит как от удара падающих шаров, так и от истирания его между шарами и внутренней, поверхностью мельницы.

Рис.7. Барабанная мельница

1 — барабан; 2 — шары

Вращающиеся барабанные мельницы могут работать как периодически, так и непрерывно.

Эти мельницы хорошо работают, если влажность измельчаемого материала меньше 5 %.

При влажности измельчаемого материала 8... 15 % мельница перестает работать из-за налипания материала на шары.

Однако, начиная с влажности 20... 30 % и выше, мельница вновь начинает работать, даже более эффективно по сравнению с размолом сухого вещества.

Шаровые мельницы отличаются универсальностью, постоянством степени измельчения в течение длительного периода работы, надежностью, безопасностью и простотой обслуживания.

Недостатки шаровых мельниц — громоздкость и большой вес; низкий КПД; изнашивание мелющих тел (шаров) и загрязнение материала продуктами изнашивания, шум во время работы.

Коллоидные измельчители обеспечивают величину измельчаемого продукта менее микрона.

Измельчение осуществляется чаще всего мокрым способом.

Основными частями коллоидного измельчителя являются корпус с коническим гнездом и ротор.

Между конической поверхностью корпуса и поверхностью ротора устанавливается зазор для подачи суспензии, равный долям миллиметра, в котором твердые частицы измельчаются истиранием.