УМК МАХП - 2 ч. Жаркова, Митинов

Контрольные вопросы

1.Назовите основные компоненты резин и их функциональное на- значение.

2.Чем определяется эластичность резин. Как влияет густота сетки вулканизации на эластичность резин.

3.Назовите основные операции технологии получения резин.

4.Назовите основные способы получения заготовок из резиновых смесей.

5.Перечислите основные способы вулканизации резин.

6.Назовите методы получения формовых резиновых изделий.

7.Опишите технологию получения прорезиненных тканей.

Лабораторная работа № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ БАРАБАННОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ

Цель работы: изучение конструкции шаровой мельницы периоди- ческого действия, определение оптимальных параметров работы шаровой мельницы и сравнение их с экспериментальными значениями.

Общие сведения

Процесс измельчения материалов за счет их разрушения механиче- ским воздействием имеет большое значение в химической технологии. Развитая межфазная поверхность может обеспечить интенсивное проте- кание массообменных и химических процессов. Некоторые продукты хи- мической технологии предполагают использование только мелкодис- персных ингредиентов (пигменты и наполнители).

В зависимости от крупности исходного сырья и требований к ко- нечному продукту измельчение материала производят либо в один прием (в одном измельчителе), либо в несколько приемов (в измельчителях, ус- тановленных последовательно). Характер исходного сырья и требуемая степень измельчения определяют число ступеней измельчения и тип из- мельчающего оборудования. Процесс измельчения может осуществлять- ся в замкнутом цикле с классификатором, когда крупные частицы, не удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к размеру конечного продукта, вновь возвращаются в тот же измельчитель для дальнейшей обработки.

Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц же- лаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, реза- нием, распиливанием, истиранием, ударом (стесненным и свободным).

201

Из перечисленных способов пригодными для промышленного из- мельчения оказались раскалывание, разламывание, раздавливание, исти- рание и удар. Раскалывание применяют для получения кусковых мате- риалов. Разламывание обычно сопутствует другим способам при круп- ном, среднем и мелком измельчении, а разрезание и распиливание при- меняют в тех случаях, когда нужно получить куски материала опреде- ленного размера и заданной формы.

Истирание применяют для тонкого измельчения мягких и вязких материалов. При этом его всегда комбинируют с раздавливанием или ударом. Истирание улучшает процесс тонкого измельчения и перемеши- вания материалов, но при этом увеличиваются расход энергии и износ рабочих элементов измельчителя. Продукты износа могут попадать в из- мельченный материал, загрязняя его. Большинство современных измель- чителей сочетают раскалывание, раздавливание и удар с разламыванием

иистиранием.

Визмельчителях ударного действия измельчение материала произ- водится вследствие ударных нагрузок. Эти нагрузки могут возникнуть при падении измельчающих тел на материал, столкновении летящего ма- териала с неподвижной поверхностью, материала и измельчающих тел в полете, в полете самих измельчающихся частиц друг с другом. Различают стесненный и свободный удар. При стесненном ударе материал разруша- ется между двумя ударяющимися поверхностями, и осколки разрушаемо- го тела свободно разлетаются только в боковые стороны. В этом случае разрушающий эффект зависит от массы ударяющего тела и скорости его движения в момент удара. Кинетическая энергия E ударяющего тела в момент удара по измельчаемому материалу определяется по формуле

E = m ×v2 , 2 × g

где m – масса ударяющего тела;

v – скорость движения тела в момент удара.

На разрушение материала расходуется часть кинетической энергии. При упругом ударе часть энергии возвращается мелющему телу. Для раз- рушения измельчаемого тела энергия, поглощенная ударом, должна быть достаточной для преодоления внутренних сил сцепления между частица- ми тела.

Сопротивление разрушаемого тела ударной нагрузке можно оха- рактеризовать работой упругих деформаций этого тела при статической нагрузке.

202

Ударом измельчают твердые и хрупкие материалы. При стесненном ударе частицы материала разрушаются преимущественно в местах сосре- доточения наибольших усилий, а при свободном ударе – в основном, по наиболее слабым спаям.

К измельчителям ударного действия относятся молотковые, цен- тробежные, центробежно-шаровые, барабанные, пневматические и струйные измельчители.

Основным показателем работы дробильно-размольных машин яв- ляется степень измельчения i , представляющая собой отношение попе- речных размеров кусков исходного продукта dн к размерам кусков, по-

лученных после измельчения dк

i = dн . dк

Обычно измельчаемый и измельченный материалы полидисперсны, поэтому степень измельчения определяют по среднему диаметру кусков с применением ситового анализа. На основании анализа гранулометриче- ского состава, то есть количественного распределения зерен по крупно- сти, определяют средние размеры зерен dср :

где d1, d2 ,... – средние размеры зерен отдельных фракций ситового ана-

лиза, определяемые как полусумма размеров отверстий двух сит: ближай- шего верхнего, через которое просеяли все зерна данной фракции, и сита, на котором зерна той фракции задержались, не просеявшись через него;

x1, x2 ,... – массовые проценты каждой фракции.

Вбарабанных мельницах помол материала происходит при вра- щении барабана, внутрь которого загружен исходный продукт и мелю- щие тела, представляющие собой шары, цилиндры или стержни. При падении и перемешивании мелющие тела измельчают материал ударом

иистиранием.

Взависимости от применяемых мелющих тел барабанные мельни- цы называют шаровыми или стержневыми. Кроме собственно измельче- ния шаровые мельницы часто используются для смешения различных компонентов.

На рис. 10 представлена принципиальная схема лабораторной ша- ровой мельницы.

203

Рис. 10. Принципиальная схема лабораторной шаровой мельницы: 1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – муфта; 4 – подшипник;

5 – барабан; 6 – станина

При медленном вращении барабана шары и измельченный матери- ал поднимаются в направлении вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угла естественного откоса, после чего шары и материал ска- тываются вниз, при этом материал истирается. При чрезмерно большой скорости барабана шары и материал прижимаются центробежной силой к внутренней стенке барабана, и материал не измельчается. Поэтому необ- ходимо найти оптимальную скорость вращения барабана, при которой

высота подъема и скорость падения шаров были бы наибольшими, созда- вая так называемый «водопадный ре-

жим» работы (рис.11).

При некоторой критической уг- ловой скорости барабана сила тяже- сти шара, находящегося в верхней точке барабана, будет уравновеши-

ваться центробежной силой:

204

Угловая скорость, рад/с,

ω = 2 × π× n ,

ωкр = g .

R

Теоретически доказано, что

Оборудование и материалы: барабанная шаровая мельница; из- мельчаемый материал; емкости для сбора продуктов измельчения.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с конструкцией шаровой мельницы.

2.Сделать эскиз шаровой мельницы.

3.Определить оптимальную скорость вращения барабана.

4.Предварительно измельчить исходный материал (глина, мел) до размеров кусков в поперечнике не более 3 мм, засыпать его в шаровую мельницу и произвести измельчение материала. Время помола зафиксировать.

5.Разгрузить содержимое барабана и отделить измельчаемый ма- териал от рабочих тел для последующего анализа.

6.Сделать вывод о принципиальной возможности измельчения ис- следуемого материала в измельчителях ударно-истирающего действия.

Содержание отчета

Название и цель работы. Краткие сведения о технологии и обору- довании измельчения в машинах ударно-истирающего действия. Эскиз шаровой мельницы. Перечень оборудования и материалов. Порядок опе- раций подготовки и проведения процесса измельчения. Расчет опти- мальной скорости вращения барабана. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение процесса измельчения.

2.Перечислите известные Вам способы измельчения.

205

3.Какие мелющие тела могут использоваться в барабанных из- мельчителях?

4.Как изменится процесс измельчения в шаровой мельнице при увеличении скорости вращения выше оптимальной?

5.Как изменится процесс измельчения в шаровой мельнице при уменьшении скорости вращения ниже оптимальной?

6.Какие требования предъявляются к материалам мелющих тел?

7.Как осуществляется привод шаровой мельницы во вращение?

Литература

1.Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. . Си-

денко. – М.: Химия, 1977. – 368 с.

2.Конструирование и расчет машин химических производств / под ред. Э.Э. Коль- мана-Иванова. – М.: Машиностроение, 1985. – 408 с.

Лабораторная работа № 8 ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ ИСТИРАЮЩЕ-РАЗДАВЛИВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Цель работы: изучение конструкции и основ расчета машин для тонкого измельчения.

Общие сведения

Значительная часть процессов химической технологии и техноло- гии строительных материалов связана с использованием мелкодисперс- ных ингредиентов. Известно много способов измельчения, среди которых

– раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, распиливание, истирание, удар. Но для тонкого измельчения различных материалов обычно используют комбинацию истирания с раздавливанием или уда- ром. Истирание улучшает процесс тонкого измельчения и перемешива- ния материалов, но это достаточно энергоемкий процесс, кроме того, свя- занный с износом рабочих элементов измельчителя и загрязнением из- мельчаемого материала продуктами износа.

При раздавливании в момент, когда напряжение сжатия в теле пре- высит предел прочности материала, тело будет разрушено. При продол- жении сжатия тело еще больше сплющится, трещины увеличатся, от тела могут отделиться мелкие частицы, но его основная масса останется в компактном состоянии даже и тогда, когда раздавливающая нагрузка бу- дет снята. Дальнейшее сжатие тела может привести к спрессовыванию

206

частиц. Если одна из сжимающих поверхностей в момент разрушения материала сдавливанием сделает поворот относительно собственной оси, то возникающие при таком повороте силы разрушат оставшиеся между частицами связи, разделят тело по образовавшимся трещинам и предот- вратят их спрессовывание. Таким образом, эффект истирания достигается за счет раздавливающих сил, действующих на материал, и разности ли- нейных скоростей движения соответствующих точек, принадлежащих сжимающим поверхностям.

Для получения истирающего эффекта поверхности, раздавливаю- щие материал, должны в соответственных точках иметь разность линей- ных скоростей движения. Это и предусмотрено во всех конструкциях из- мельчителей истирающего действия. К ним относятся жернова, бегуны, катково-тарельчатые, шарокольцевые, вальцевые и бисерные мельницы.

Бегуны (рис. 12) состоят из катков 1, закрепленных на полуосях 2, шарнирно соединенных с водилом 3, центрального вала 4, опирающегося на подпятник 7 и через втулку на чашу 5. Водило 3, вращаясь, увлекает за собой катки 1, заставляя их бегать (отсюда «бегуны») по дну чаши. Сы- рье подается в чашу, где измельчается катками до нужной тонины. В процессе измельчения центробежные силы сдвигают материал к наруж- ной стенке чаши, откуда его возвращают снова под катки с помощью специальных скребков.

В бегунах материал измельчается раздавливанием и истиранием. Раздавливание происходит при попадании кусков под тяжелые катки, а истирание производится при постоянном поворачивании катков относи- тельно их вертикальной оси.

Рис. 12. Бегуны:

1 – каток; 2 – полуось; 3 – водило; 4 – вал привода; 5 – чаша; 6 – зубчатое колесо редуктора; 7 – упорный подшипник

Точки, расположенные по ширине обода относительно центрально- го вала, имеют различные скорости, которые зависят от радиуса движе-

207

ния точек. На бегунах можно получить измельченный продукт, в котором размер частиц не превышает 40 мкм, но в настоящее время значение бе- гунов в химической технологии невелико.

Диаметр катка D определяется условиями захвата куска материала. Минимально допустимое отношение диаметров катка и измельчаемого куска d должно быть таким, чтобы угол захвата не превышал двойного

Преобразования дают

ω£ g × f / R = 3,13 f / R.

Вбегунах с подвижными катками последние могут быть установ- лены на разных расстояниях от оси вала для того, чтобы перекрывать возможно большую площадь чаши и более эффективно перемешивать материал.

Производительность бегунов определяют по эмпирическим форму- лам или опытным данным.

Мощность двигателя Nдв рассчитывают по суммарной мощности,

развиваемой силами сопротивления при качении, силами трения сколь- жения, действующими на катки, и силами трения скольжения скребков, с учетом кпд привода

кН, нажатия катка на материал, коэффициента сопротивления при каче- нии k , м, угловой скорости катка ωк , рад/с, числа катков z :

N = P × k × ωк × z.

1 1

208

Приняв скорость скольжения средней части катка по чаше равной нулю, можно, используя принятые ранее обозначения, записать

ωк×D / 2 = ω× r

и, следовательно,

N = 2 × P × k × ω× r × z / D.

1 1

Мощность сил трения скольжения N2 представляет собой произве-

Мощность сил трения скольжения скребков зависит от усилия при- жима скребков P3 , числа скребков zc , коэффициента трения скребков о чашу fc и скорости скольжения скребков по чаше v = ω× R :

N3 = P3 × fc × zc × ω× R.

В формулах для N1 , N2 , N3 обычно принимают k = 0,05 ¸ 0,1 м; fc » 0,2 ; P3 = 1 кН; кпд. привода η = 0,7 ¸ 0,8 .

В гладковалковой дробилке разрушение материала происходит при однократном сжатии в зазоре между валками. Измельчению на валковых дробилках подвергают материалы с пределом прочности до 350 МПа.

На рис. 13 представлена схема двухвалковой дробилки, которая со- стоит из станины 1, валков 2, установленных в подшипниках 3, при этом корпус одного из подшипников может перемещаться по направляющим для регулирования зазора между валками и поджимается пружинами 4, обеспечивающими необходимое усилие при дроблении и выполняющими функцию предохранения от разрушения при попадании недробящегося тела. При попадании в зазор, например, металлического предмета пружи- ны сжимаются, и предмет проходит через зазор.

Рис. 13. Схема двухвалковой дробилки: 1 – станина; 2 – валок; 3 – подшипник; 4 – нажимная пружина

209

Валки обычно изготавливают составными с рабочей поверхностью из отбеленного чугуна, углеродистой или марганцовистой стали.

Привод валков может осуществляться как от индивидуальных элек- тродвигателей с редукторами, так и от одного двигателя с использовани- ем зубчатой передачи. Для усиления эффекта истирания скорость враще- ния валков делают различной. Отношение скоростей вращения валков называется фрикцией.

Для обеспечения работоспособности необходимо чтобы угол захва- та α был больше двойного угла трения ϕ

тробежные силы не отрывали части- цы материала от валка. Обычно окружная скорость валков не более 6 м/с.

Производительность валковой дробилки рассчитывают в предпо- ложении, что из выпускной щели выходит непрерывная лента измель- ченного материала толщиной dк и шириной, равной рабочей длине валка

Lр » 0,9 × L (зона подачи материала на валки ограничена загрузочной во-

ронкой).

Объем материала, покидающего дробилку при одном обороте валков,

V = π× D × Lр × dк ×ρ×µ,

производительность

Q = 1, 25×π×D × LP ×dк ×ρ×n ×µ,

где 1,25 – коэффициент, учитывающий расхождение валков при дроб- лении из-за деформации предохранительных пружин;

210