1.3. Измельчители и классификаторы

Лабораторная работа № 8

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО ОФОРМЛЕНИЯ И РЕЖИМОВ

РАБОТЫ измельчителя ударного

ДЕЙСТВИЯ НА ДИСПЕРСНОСТЬ ГОТОВОГО ПРОДУКТА

Целью данной работы является проведение исследований по изучению влияния свойств измельчаемого материала, конструктивных параметров и режимов работы высокоскоростного измельчителя ударного действия на эффективность процесса измельчения. Одновременно проводится сравнение гранулометрических характеристик продуктов измельчения, рассчитанных на ЭВМ с применением предлагаемого алгоритма.

Теоретическая часть

Характеристика процессов измельчения

Измельчение материалов используется в химической и других отраслях промышленности. В химической технологии процесс измельчения включен в большинство технологических схем, т.к. от величины поверхности исходного компонента зависит интенсивность многих химических процессов.

Измельчение твердых материалов до размеров частиц 1-5 мм принято называть дроблением, а машины для осуществления этого процесса – дробилками.

Измельчение материалов до конечных размеров сотен, десятков и долей микрон осуществляют в машинах, которые обычно называют мельницами.

Грубое измельчение или дробление материалов осуществляется во всех странах мира в пяти типах дробилок: щековых, конусных, валковых, молотковых и роторных. Существующие машины для грубого измельчения – дробилки достаточно эффективно решают проблемы получения частиц размером более 1 мм. Выбор оптимального типа машины для грубого измельчения зависит, в основном, от двух факторов: а) абразивных свойств измельчаемых материалов; б) необходимой степени измельчения материалов.

Исследованиями, проведенными авторами [1-5], установлено, что интенсивность абразивного износа рабочих органов измельчающих машин очень сильно зависит от скорости нагружения измельчаемых материалов

,

где V_износа – интенсивность абразивного износа (кг металла/кг изм. материала),

V_нагр – линейная скорость нагружения измельчаемых материалов.

Поэтому для абразивных материалов (с твердостью по шкале Мооса более 5 6) рекомендуются три первых типа дробилок: щековые, конусные и валковые, у которых скорость нагружения (деформации) измельчаемых частиц не более 1,5 м/с.

Однако вышеуказанные дробилки имеют невысокую степень измельчения i= 5 9. Дробилки с разрушением частиц стесненным и свободным ударом (молотковые и роторные) имеют значительно более высокую степень измельчения i= 25 50, однако, и большую скорость ударного нагружения: 25 50 м/с, приводящую к очень быстрому износу рабочих органов (молотков, бил, отражательных плит и отбойников) при измельчении абразивных материалов.

Значительно больше вопросов возникает при выборе наилучшей мельницы для тонкого и сверхтонкого измельчения.

Известно, что удельные затраты энергии очень сильно зависят от конечного размера продуктов измельчения и способа измельчения. Например, если для дробилок удельный расход энергии колеблется в пределах от 1,5 до 9 кВт·ч/т (дробилки ударного действия имеют удельный расход 1,5 5 кВт·ч/т, щековые, конусные, валковые – 4 9 кВт·ч/т), то при тонком измельчении и конечном среднем размере продукта 50 мкм – удельный расход энергии колеблется в зависимости от типа мельницы в широких пределах от 50 до 350 кВт·ч/т, при среднем размере частиц 10 мкм удельный расход энергии составляет уже 350 1500 кВт·ч/т, а при конечном размере менее 1 мкм удельный расход – более 2500 кВт·ч/т кВт·ч/т.

Поэтому мельницы тонкого помола являются чрезвычайно энергоемким оборудованием и выбор оптимального типа машины позволяет существенно снизить удельные затраты энергии при поддержании заданного качества продуктов измельчения.

Поэтому выбор оптимального способа измельчения и конструкции мельницы должен проводиться с учетом конкретных условий: физико-механических свойств материала, исходной крупности частиц, требований к чистоте и тонкости продукта, экономичности и т.д.

Классификация мельниц Современные пути конструирования мельниц ударного действия

Рассмотрим существующие и перспективные способы измельчения, а также мельницы, работа которых основана на этих способах.

Все множество конструкций мельниц можно разделить на две группы: с ведомыми размалывающими рабочими органами и не закрепленными мелющими телами. Энергия сообщается мелющим рабочим органам или подвижным телам посредством силы тяжести или центробежными, пульсирующими и вибрационными силами.

Передача энергии, как правило, связана со стохастическим процессом, поэтому куски и частицы измельчаемого материала одновременно испытывают целую гамму нагрузок: изгибающую, растягивающую, срезающую, сдвигающую и ударную.

В настоящее время для тонкого измельчения материалов используются следующие способы измельчения:

1. Сжатие со сдвигом и истирание (шаровые и вибрационные мельницы)

2. Свободное и стесненное ударное разрушение частиц.

3. Самоизмельчение при соударении частиц измельчаемого материала (струйные измельчители).

4. Измельчение за счет ударной волны, создаваемой ультразвуковыми колебаниями, посредством механического возбуждения гидравлических ударов или возбуждаемой в жидкости искровым разрядом.

5. Измельчение за счет резкого сброса давления, при котором частицы разрушаются от вскипания жидкости, находящейся в трещинах частицы. Так называемый Снайдер-процесс.

При изобретении Снайдер-процесса к нему было приковано большое внимание. Исследование измельчения сбросом давления не дало ожидаемого результата, а для мало трещиноватых материалов и тонкого измельчения данный способ вообще оказался бесперспективным.

Измельчение за счет формирования ударной волны в жидкости посредством возбуждения гидравлического удара имеет низкий КПД, ввиду значительных потерь на деформацию жидкости. Кроме того, сами мельницы имеют низкую надежность, а продукты помола сильно загрязняются из-за кавитации, возникающей в процессе измельчения. Мельницы данного класса могут найти применение в том случае, если необходимо кроме разрушения осуществить процесс диспергирования.

В настоящее время более перспективным является свободное или стесненное ударное разрушение, а также самоизмельчение при соударении кусков или частиц материала.

Малые размеры, высокая тонина измельчения, малый намол посторонних материалов, небольшие энергозатраты обеспечивают мельницам ударного действия все большую популярность в промышленности. Все большее число работ посвящается исследованию процессов, происходящих при ударном нагружении.

Известно, что стоимость мельниц ударного действия, отнесенная к единице их производительности, в 1,55,5 раз ниже, чем в других измельчительных установках.

Обладая перечисленными выше достоинствами, мельницы ударного действия нашли широкое применение во всех отраслях промышленности, где необходимо иметь высокодисперсные порошки.

Измельчители ударного действия позволяют получить конечный продукт порядка 0,050 мм и менее, из частиц с исходным размером до 25 мм. Измельчение в данных мельницах осуществляется чаще всего в результате многократного соударения частиц дробимого материала с поверхностью твердого тела. Напряжения, возникающие в измельчаемых частицах при передаче энергии, обеспечивающие разрушение, зависят, главным образом, от относительной скорости удара, а также от упругих и прочностных свойств измельчаемых материалов. В современных мельницах для тонкого помола применяются скорости ударного нагружения от 40 до 350 м/сек.

Это стало возможным благодаря применению высокопрочных и износостойких материалов, а также благодаря созданию конструкций, в которых разгон частиц осуществляется навстречу друг другу (струйные мельницы, дезинтеграторы, центробежные противоточные и соосные противоточные мельницы).

Все мельницы ударного действия можно разделить по способу сообщения энергии, необходимой для разрушения измельчаемого материала, на 3-и класса:

1. Разгон частиц за счет сжатого воздуха или перегретого пара с целью разрушения их за счет столкновения частиц друг с другом (например, струйные мельницы).

2. Разгон частиц за счет центробежных сил с последующим разрушением их о неподвижные плиты (например, центробежные мельницы) или в противотоках (например, центробежно-противоточные мельницы).

3. Разрушение частиц непосредственным ударом рабочего органа (например, роторные мельницы).

Рассмотрим мельницы каждого класса.

Струйные мельницы относятся к I классу мельниц. Они представляют собой аппараты, в которых осуществляется разгон частиц за счет сжатого воздуха или перегретого пара с последующим нагружением их при взаимном столкновении частиц, движущихся с большими скоростями навстречу друг другу.

Струйные мельницы все шире внедряются в различные отрасли нашей промышленности. Вот уже более 25 лет как в России начато серийное производство этого типа мельниц.

Большой вклад в развитие этих мельниц внесли такие исследователи, как В.И. Акунов, П.А. Ребиндер, О.И. Поляков, Ш. Бай и многие другие.

Использование разгона частиц струей газа со сверхзвуковыми скоростями истечения и принципа противотока позволило в струйных мельницах осуществить сверхтонкое измельчение, т.е. получить продукт с размером частиц порядка микрона. Отдельные конструкции струйных мельниц позволяют достичь производительности до 10 т/час.