Оборудование для физико-механической обработки материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

А.В. Беляев, С.Х. Загидуллин, В.М. Беляев

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского государственного технического университета

2011

ELIB.PSTU.RU

УДК 66.022.5 Б44

Рецензенты:

канд. техн. наук Н.М. Рябчиков (ООО «УралПромБезопасность»);

канд. техн. наук Е.Р. Мошев (Пермский государственный технический университет)

Беляев, А.В.

Б44 Оборудование для физико-механической обработки материалов: учеб. пособие / А.В. Беляев, С.Х. Загидуллин, В.М. Беляев. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. – 82 с.

ISBN 978-5-398-00577-6

Даны общие сведения о процессах измельчения, классификации, смешения и гранулирования твердых материалов. Рассмотрены конструкции и принцип действия основного оборудования для осуществления перечисленных механических процессов.

Предназначено для студентов специальностей «Машины и аппараты химических производств» и «Машины и аппараты нефтегазопереработки» очной и заочной форм обучения.

УДК 66.022.5

ELIB.PSTU.RU

ELIB.PSTU.RU

4

ELIB.PSTU.RU

ВВЕДЕНИЕ

Во многих отраслях химической и нефтехимической промышленности широко применяются механические процессы, такие как: измельчение, классификация, смешение порошков, гранулирование и др.

Механические процессы используются в тех производствах, где химической переработке подвергается твердое минеральное сырье, когда процессы осуществляются в гетерогенной среде или когда готовый продукт выпускается в порошкообразной либо гранулированной формах.

В результате измельчения значительно увеличивается удельная поверхность обрабатываемого материала, что позволяет ускорить такие процессы, как растворение, сушка, выщелачивание, обжиг, химическое взаимодействие и др.

Процесс измельчения осуществляется чаще всего в замкнутом цикле с классификацией, когда крупные частицы, не удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к размеру конечного продукта, вновь возвращаются в измельчитель для дальнейшей обработки.

Измельчение в комплексе с классификацией повышает производительность оборудования, снижает расход энергии на единицу готового продукта.

Необходимость гранулирования порошковых материалов обусловлена преимуществами гранул по сравнению с порошкообразной формой веществ. Гранулы обладают хорошей сыпучестью, не налипают на поверхность бункера, не слеживаются при хранении, не пылят при транспортировании и расфасовке.

Для получения многокомпонентных порошкообразных или пастообразных смесей используются разнообразные смесители, конструкции которых в основном зависят от свойств отдельных компонентов смеси, а также от качества и интенсивности смешения.

5

ELIB.PSTU.RU

В настоящем пособии кратко рассмотрена конструкция и принцип действия основного оборудования для осуществления перечисленных механических процессов.

1. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Физические основы измельчения

Во многих случаях возникает необходимость измельчения частиц твердого материала с целью увеличения поверхности контакта при обжиге, растворении, химических реакциях, флотации и других процессах.

Измельчение – это процесс уменьшения размеров частиц, как правило, до 2 мм.

Дробление – это предварительное грубое измельчение частиц до размеров не более 2…5 мм. Цель дробления – получение кускового продукта необходимой крупности, а также подготовка к измельчению и размолу.

Размол – это тонкое измельчение частиц до порошкообразного состояния размером менее 0,1 мм.

Для измельчения используется различное разрушающее воздействие (рис. 1.1).

В большинстве случаев в машинах реализуются одновременно все эти способы, но главную роль играет один из них (тот, для которого сконструирована данная машина).

Метод измельчения выбирают исходя из физико-механиче- ских свойств материала (табл. 1.1) и требуемой степени измельчения i (табл. 1.2).

6

ELIB.PSTU.RU

ELIB.PSTU.RU

Таблица 1.2

Зависимость степени измельчения от метода измельчения

Степень измельчения (i) – это отношение средневзвешенного размера частиц материала до и после измельчения.

где Dср – средневзвешенный размер частиц до измельчения, мм; dср – средневзвешенный размер частиц после измельчения, мм.

где Dn – средний размер частиц n-ой фракции в исходном материале, мм; an – массовое процентное содержание частиц n-ой фракции в исходном материале.

9

ELIB.PSTU.RU

a1 + a2 + ... + an = 100 %.

Куски, получаемые в результате измельчения, не имеют правильной формы. Размеры частиц (D и d) определяют размером отверстий сит, через которые просеивают материал до и после измельчения (ситовой анализ).

Каждая машина может обеспечить только ограниченную степень измельчения. Например, для щековых дробилок i = = 3…6; для валковых дробилок i = 5…15. Поэтому на практике измельчение проводят в несколько стадий.

Крупное и среднее дробление, как правило, производится сухим способом, а мелкое дробление и размол – сухим или мокрым способами.

Мокрое измельчение имеет ряд преимуществ:

•уменьшается пылеобразование;

•улучшаются условия выгрузки материала (так как образуется подвижная суспензия);

•повышается равномерность помола;

•существенно сокращаются энергозатраты за счет эффекта Ребиндера (жидкость, проникая в микротрещины материала, оказывает расклинивающее действие; жидкость как бы «распирает» материал).

При измельчении совершается работа внешних сил, преодолевающих силы взаимного сцепления частиц материала. Механизм этого процесса чрезвычайно сложен. Поэтому в настоящее время существует около 100 гипотез, объясняющих в той или иной степени механизм измельчения, но наибольшее распространение получили только некоторые из них.

При измельчении куски реального твердого материала подвергаются сначала объемной деформации, а затем разрушаются

по сечениям, ослабленным различными дефектами (микро- и макротрещинами), с образованием новых поверхностей.

10

ELIB.PSTU.RU