ЛЕКЦИЯ №12

Измельчение

1. Классификация способов измельчения

2. Теория измельчения (дробления) твердых тел

3. Измельчение зерна в вальцовых станках

4. Измельчение зерна в машинах ударно истирочного действия.

5. Технологическая эффективность процесса измельчения.

6. Расчет машин для измельчения сырья.

1.Классификация способов измельчения

Измельчение –процесс разделения твердых тел под действием механических сил.

Если уменьшить размеры кусков без придания определенных форм,то процесс измельчения называется дроблением;

Если же одновременно с уменьшением размеров кусков ни придается определенная форма, процесс измельчения называется резанием.

По характеру применяемых усилий, способы измельчения могут быть классифицированы как измельчение при помощи удара, сжатия (раздавливания),раскалывания, истирания, разрыва ,изгиба, сдвига.

Выбор того или иного типа (принципа) воздействия определяется размерами и механическими свойствами измельчаемых материалов, а также конечными задачами процесса.

Различают измельчение крупное, среднее, мелкое и тонкое, а также коллоидный размол табл.1.

Табл.1 Зависимость размеров кусков измельчаемого материала от типа дробления.

Тип измельчения	Размер кусков материалов, мм
	Поступающих на измельчение	После измельчения
Крупное	1000-200	250-40
Среднее	250-25	40-10
Мелкое	50-25	10-1
Тонкое	25-3	1-0,4
Коллоидный размол	0,2-0,1	0,001

Такое разделение, хотя и условное лежит в основе классифицировании измельчающих машин на следующие основные группы: Щековые, или челюстные ,измельчители, раздавливают куски материала между неподвижной щекой 1 и подвижной 3,катающиеся на оси 2,(для известкового камня, строительных материалов).

Конусные измельчители (дробилки) работают по принципу раздавливание материала между двумя конусами. Наружный конус 1 неподвижен, внутренний 2 вращается.

Вальцовые измельчители (дробилки) работают при непрерывном нажатии и стирании(для среднего, тонкого, и мелкого измельчения)

Ударные (молотковые) измельчители (дробилки) работают по принципу удара и истирание(для не слишком твердых тел)

Шаровые и стержневые мельницы работают при непрерывном нажатии и истирании, а если валок зубчатый, материал дробится путем раскалывания (для мелкого и тонкого помола)

Вибрационные измельчители- производят измельчение вследствие круговых колебаний корпуса мельницы. При этом шары, находящиеся в мельнице, многократно взаимодействуют с материалом и измельчают его(для тонкого и сверх тонкого измельчения)

Мельницы с вращающимися частями

а)жернова

б)бегуны

в) терка

Одной из важных проблем измельчения является получение конечного продукта, возможно более однородного по гранулометрическому составу. Это обусловлено необходимостью стабилизации показателя качества продукции ,а также требованиям снижения удельной энергоемкости ее получения.

2.Теория измельчения(дробления)твердых тел.

Существуют две основные гипотезы дробления и разрушения твердых тел:

Объемная –предложенная В.Л.Кирпичевым

Поверхностная- выдвинутая Риттингером.

Согласно объемной теории, работа разрушения прямо пропорциональна объему дробимого тела т.е А=V*Hм

где V объем деформируемого тела см³, Нм постоянная величина для данного тела т.е свойства тела.

Сдругой стороны, из теории упругости известно, что абсолютная величина работы деформации (кг*см): А=δ²·V/2E где δ - напряжение, ктс/см²;Е - модуль упругости при линейной деформации, кгс/см². Таким образом, объемная теория учитывает упругие и пластические деформации, происхо­дящие в теле при его разрушении. Согласно поверхностной теории, работа разрушения прямо пропорциональна величине об­разовавшейся при деформации поверхности, так как она затрачивается на разрыв связей между частицами материала, т.е.А=Hs·∆S Н_s - некоторая постоянная, характерная для данного тела и пропорциональная свободной поверхностной энергии; ·∆S-приращение поверхности.

П.А. Ребиндер предложил объединить эти две гепотизы в один общий закон. В общем виде он может быть выражен так: А=V*Нм+ ∆S* Hs

Из уравнения видно, что работа измельчения складывается из двух частей. Первая из них, - это работа, расходуемая на упругую и пластическую деформацию тела. В момент разрушения часть этой работы превращается в тепло. Величина этой части работы зависит от разрушающего напряжения и модуля упругости. Вторая часть - это работа, расходуемая на образование! новых поверхностей.

Применительно к дроблению зерна необходимо отметить следующее: при грубом и среднем дроблении величина \/*Нм намного превышает второе слагаемое (∆S *Нs), которое можно не учитывать. Следовательно, работа будет расходоваться на дробление (деформацию) тела При тонком измельчении работа дробления\/*Нм (деформации) незначительна. Более развернуто обобщенный закон измельчения для «идеальных» твердых тел описывают так:

A=K+n* +Kz*∆S*a

где К - энергия, расходуемая на процессы деформации и образование продуктов;

п - число циклов деформации частиц измельчаемого продукта;

а - разрушающее напряжение измельчаемого продукта;

V - объем разрушаемого продукта;

Е. - модуль упругости измельчаемого продукта;

К_z - энергия, расходуемая на образование 1 см² новой поверхности для данного продукта;

∆s - вновь образованная поверхность; а - безразмерный множитель, характеризующий для машины данной конструкции процесс образования новой поверхности и тип измельчения (крупное, среднее, мелкое, тонкое, колло­идное).

Анализ обобщенного закона измельчения показывает, что для уменьшения затрат энергии на процессы деформации и образование продуктов следует:

-уменьшать величину К, т.е. уменьшать упругие деформации;

-уменьшать число п циклов деформации частиц разрушаемого продукта; -снижать разрушающие напряжения а измельчаемого продукта, что в определенной сте­пени достигается процессами подготовки зерна к помолу (например, кондиционированием);

- размалывать продукт до крупности, диктуемой технологией производства, так как слишком бопьшое измельчение ведет к увеличению вновь образованной поверхности и безразмерного множителя, следовательно, к дополнительным затратам энергии.

Помимо влажности ( рис.6) на процесс дробления оказывают влияние физико - механические свойства зерна, в т.ч. стекловидность и температура (рис.7)

( рис.6)

Принципиальные кривые разрушения зерна различной влажности при сжатии:W1<W2<W3

Р ис.7 Изменение расхода энергии на единицу вновь образованной поверхности в зависимости от температуры зерна.