Машины для тонкого измельчения

Машины данного типа работают по принципу ударно-истерающего действия (шаровые и стержневые мельницы).

Шаровая мельница. Представляет собой (рис. 18) пустотелый вращающийся барабан, в который через люк с плотно прижатой к барабану специальной скобой-крышкой загружают измельчаемый материал и мелющие тела – стальные шары диаметром от 25 до 150 мм (приблизительно 40-45 % объема барабана). Наилучший эффект измельчения в шаровой мельнице достигается, когда скорость вращения (число оборотов барабана) является оптимальной и соответствует определенному режиму ее работы.

Материал в процессе соударения с шарами измельчается в основном ударом, а также истиранием и раздавливанием. При скорости вращения меньше оптимальной шары поднимаются на незначительную высоту и скатываются параллельными слоями вниз, измельчая материал лишь раздавливанием и истиранием, без участия удара.

Значительное увеличение числа оборотов приводит к тому, что центробежная сила становится настолько большой, что прекращает падение шаров, которые вращаются вместе с барабаном, не производя измельчения.

Рис. 18. Шаровая мельница (Л.А. Иванова, 1991)

а – общий вид; б – схема работы

Получение продукта однородного гранулометрического состава после однократного измельчения обеспечивает вертикальная шаровая мельница (рис. 19). Она представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд (1) с рубашкой (2) для водяного охлаждения или нагрева. В цилиндре размещен ротор, состоящий из вала (3) с насаженными на него дисками (4). Цилиндр заполнен шариками (5) диаметром 0,8-2 мм из базальта или кварцевого стекла. Измельчаемый продукт с помощью насоса (6) подается через нижнее отверстие в цилиндре. При вращении ротора твердые частицы материала измельчаются в результате трения о мелющие тела и друг друга. Готовый продукт выходит через патрубок (7) верхней части цилиндра. Небольшие размеры мелющих тел и их большое количество обусловливают высокую эффективность измельчения, степень которого зависит от времени пребывания продукта в мельнице и регулируется изменением скорости подачи материала в цилиндр.

Рис. 19. Вертикальная шаровая мельница

(Л.А. Иванова, 1991)

Стержневые мельницы. По конструкции эти мельницы близки к шаровым, но отличаются формой мелющих тел. Они имеют короткий барабан, в который вместе с материалом, подлежащим измельчению, загружают стальные стержни диаметром 40-100 мм и длиной на 25-50 мм меньше длины барабана. При не большом числе оборотов барабана (12-30 об./мин) стержни не падают, а перекатываются в нем, измель­чая материал раздавливанием, ударом и истиранием. При этом стержни соприкасаются с материалом во многих точках и в первую очередь дробят крупные его частицы, защищая от переизмельчения мелкие, поэтому продукт в стержневой мельнице получается более равномерной крупности, чем в шаровой.

Машины для сверхтонкого измельчения

Машины данного типа работают по принципу ударно-истирающего действия (вибрационные и струйные мельницы).

Вибрационные мельницы (рис. 20). Цилиндриче­ский корпус мельницы (1) примерно на 80% объема заполнен мелющими телами-шарами, иногда стерж­нями (2). Внутри корпуса установлен вибратор (4). Это вал с дисбалансом или эксцентриковый механизм, который при работе мельницы совершает 1500-3000 колебаний в минуту при амплитуде 2-4 мм. При этом мелющие тела и измельчаемый материал приводятся в интенсивное движение. Частицы матери­ала, вибрируя во взвешенном слое, измельчаются под действием частых соударений с мелющими телами и истираются. Для предотвращения вибрации пола кор­пус мельницы установлен на пружинах (3).

Мельницы могут измельчать как сухие, так и влажные продукты. В вибрационных мельницах весь­ма быстро достигается высокая дисперсность и боль­шая однородность размеров частиц измельчаемого продукта. Недостатком их является низкая произво­дительность, быстрый износ мелющих тел.

Рис. 20. Вибрационная мельница (Л.А. Иванова, 1991)

Струйные измельчители. Метод измельчения материалов в струйных мельницах имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими, так как позволяет сочетать измельчение и классификацию с сушкой, смешиванием и другими технологическими процессами. К достоинствам метода относятся: возможность получения продукта с очень высокой степенью измельчения; при измельчении элементы мельницы практически не изнашиваются (отсутствуют вращающиеся детали и мелю­щие тела) и, следовательно, не вносят примеси в го­товый продукт; материал в процессе измельчения не изменяет своей начальной температуры, что позволяет перерабатывать термолабильные вещества. Недостатком струйных мельниц является: большой расход энергоносителя и, следовательно, высокая энергоем­кость процессов; необходимость равномерной подачи материала и поддерживания постоянного аэродинамического режима работы.

Принцип работы струйного измельчителя отечественной конструкции показан на рис. 21.

Измельчитель состоит из размольной камеры (1), защищенной изнутри материалом (2), двух расположенных друг против друга штуцеров пита­ния (3), в которые вмонтированы разгонные трубки (4) и сопло (5), прием­ной воронки (6) и отводного штуцера (7). Материал, подлежащий измель­чению, поступает через воронку (6) в приемник эжектора, откуда струёй воздуха, выходящей из сопла (5), направляется в разгонную трубку (4). Там частицы приобретают необходимую скорость, с которой они выле­тают из разгонной трубки навстречу потоку частиц, идущих из противо­положной трубки. При со­ударении частицы измельча­ются и через штуцер (7) вы­носятся на сепарацию, ко­торая осуществляется с по­мощью рукавного фильтра, придаваемого к мельнице.

Рис. 21. Струйный измельчитель (И.А. Муравьев, 1980)

В струйной мельнице с плоской помольной каме­рой (рис. 22) энергоноситель из распределительного коллектора (2), через сопла (3) отдельными струями поступает в помольно-разделительную камеру. Оси со­пел расположены под некоторым углом относительно соответствующих радиусов камеры, вследствие чего струи газа внутри камеры пересекаются. Материал на измельчение подается инжектором (струйным ком­прессором) через штуцер (1), увлекается струями газа, получает ускорение и измельчается под действием мно­гократных соударений и частично истиранием частиц в точках пересечения струй. Так как струи энерго­носителя входят в зону измельчения под некоторым углом, вся масса пылегазовой смеси приобретает вра­щательное движение в направлении струй. В резуль­тате такого движения частицы оказываются в поле центробежных сил и разделяются на фракции. При этом более крупные сосредоточиваются в периферий­ной части зоны измельчения, а мелкие оттесняются к центру. Измельчившись до определенных размеров (1-6 мкм), частицы вместе с нисходящим газовым потоком, непрерывно вращаясь, вытекают из зоны из­мельчения в корпус циклона-осадителя (4), осаждают­ся на его внутренней поверхности и удаляются в при­емник (5). Наиболее мелкие частицы, содержание ко­торых 5-10% увлекаются восходящим потоком от­работанного воздуха, уносятся через штуцер (6) и улавливаются в дополнительных циклонах или матер­чатых фильтрах.

Рис. 22. Струйная мельница с плоской помольной

камерой (Л.А. Иванова, 1991)

Вертикальная струйная мельница (рис. 23). Основными составными частями являются: инжектор (загрузочная воронка) (1); размольная камера (2); сопло (3); инерционный пылеуловитель (4); труба для измельчения материала (5).

Измельчаемое вещество через инжектор подается в размольную камеру. Частицы материала захватываются перекрещивающимися струями сжатого воздуха, поступающего через сопло, перемещаются вверх по камере. При этом каждая частица многократно сталкивается с другими частицами, стенками камеры и, таким образом, измельчается. В верхней части нисходящей ветви имеется инерционный пылеуловитель, который состоит из пластин с определенным углом наклона. Измельченные до определенного размера частицы оседают на этих пластинах и удаляются, а более крупные частицы вновь попадают в размольную камеру.

Рис. 23. Вертикальная струйная мельница

ТП-3. Просеивание (cubratio)

Порошки могут быть полидисперсными системами (если содер­жат частицы разного размера), и монодисперсными (если частицы порошка имеют одинаковый размер). Последний тип порошков практически не существует. Имеются лишь отдельные порошки, по составу приближающиеся к монодисперс­ным, например ликоподий (споры плауна).