Тема 1. Обладнання для механічних процесів.

ПЛАН

1. Сипкі грудкові матеріали, вплив їх фізико-механічних властивостей на вибір обладнання для подрібнення.

2. Машини для крупного, середнього і дрібного подрібнення.

3. Дробарки роздавлюючої дії. Щокові, конусні та валкові дробарки. Устрій, конструктивні особливості. Розрахунок кута захоплення, продуктивності.

4. Млини. Млини з тілами, що мелють. Кульові млини. Розрахунок оптимального числа обертів та розмірів тіл, що мелють. Млини вібраційні і бісерні. Устрій, конструктивні особливості. Розрахунок споживаної потужності.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Основна література:

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 8-е изд., перераб. и дополн. – М.: Химия, 1971. – 784 с. ftp://lib.localnet/ebooks/BNB_2/125.djvu

2. Врагов А.П. Гідромеханічні процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв. – Суми: Алан-Екс. - 2003. – 232 с.

3. Врагов А.П. Теплообмінні процеси та обладнання хімічних та нафтопереробних виробництв. – Суми: Вид-во СумДУ, 2005. – 208 с.

4. Машины и аппараты химических производств. П/р И.И.Чернобыльского. Изд. 3-е, перераб. – М.: Машиностроение. – 1975. – 454 с.

Додаткова література:

5. Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С. Машины и аппараты общехимического назначения. – Воронеж: Изд. ВГУ. - 1981. – 304 с.

6. Хуснутдинов В.А., Сайфуллин Р.С., Хабибуллин И.Г. Оборудование производств неорганических веществ. – Л.:Химия, 1987. – 248 с.

7. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. Изд. 2-е, переработ. – М.: Химия. – 1977. – 368 с.

8. Врагов А.П., Михайловський Я.Е., Якушко С.І. Матеріали до розрахунків процесів та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008. ­– 170 с. ftp://lib.sumdu.edu.ua/Books/Vragov.rar

9. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов. – М.: Металлургия. – 1968. – 499 с.

10. Лукьяненко В.М., Таранец А.В. Центрифуги: Справ. изд. – М.: Химия. – 1988. - 384 с.

11. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.-Л.:Энергия. – 1966. – 288 с. ftp://lib.localnet/ebooks/Pohnv_knigi/Holodilnue mashunu.djvu

12. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М.: Химия. – 1989. – 512 с.

13. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. – М.:Химия. – 1982. – 272 с.

1. Сипкі грудкові матеріали, вплив їх фізико-механічних властивостей на вибір обладнання для подрібнення.

На попередній лекції ми розглянули структуру курсу «Машини та апарати хімічних виробництв», визначили місце та призначення кожної групи машин та апаратів для підготування та забезпечення процесу, а також для виділення та підготування продуктів.

Почнемо цей курс з вивчення машин для проведення механічних процесів, а саме, з вивчення машин для проведення процесів подрібнення.

Процес подрібнення матеріалів в хімічній промисловості має велике значення. Подрібненням розкривають цільову речовину, яка міститься у твердій породі, збільшують поверхню фазового контакту діючих мас. Тільки у тонкодисперсному стані використовують такі матеріали, як пігменти та наповнювачі.

Подрібненню підлягають природні матеріали, сировина, напівфабрикати та товарна продукція. По різноманітності твердих матеріалів, які подрібнюються, ступеню подрібнення, типам та розмірам подрібнювачів хімічна промисловість не знає собі рівних.

Матеріали, що подрібнюються, можуть бути твердими, м’якими, крихкими, в’язкими, липкими, термічно нестійкими, нейтральними, хімічно активними, вогне- та вибухонебезпечними, шкідливими або нешкідливими для оточуючих, тощо.

В хімічній технології застосовують усі види подрібнення, починаючи з самого крупного, коли розмір кусків матеріалу, який ми одержуємо після подрібнення, досягає 250-300 мм, и закінчуючи колоїдним, коли розмір часток складає мікрони.

Різноманітність типів та розмірів подрібнювачів пояснюється масштабами та характером хімічних виробництв. Існують невеликі подрібнювачі, потужність яких складає декілька кілограмів на годину, і подрібнювачі-гіганти потужністю 1000-1500 т/год. Для цього розроблена велика кількість подрібнювачів: щокові, конусні, валкові та молоткові дробарки; барабанні, шарові, стержневі, жорнові, вібраційні, струмінні та колоідні млини, і багато інших спеціальних типів подрібнювачів.

Характер вихідної сировини і необхідний ступінь подрібнення визначають число ступенів подрібнення і тип обладнання для подрібнення. В залежності від крупності вихідної сировини та вимог до кінцевого продукту, подрібнення матеріалів проводять або в одну стадію (в одному подрібнювачі), або в декілька стадій (у подрібнювачах, встановлених послідовно).

Процес подрібнення вимагає великих енергетичних витрат і пов’язаний з втратами металу при зношенні робочих елементів подрібнювача.

Для проведення різноманітних хімічних процесів використовується природна сировина. Її добувають в кар’єрах за допомогою різних машин, завантажують у вагони або машини, і в такому вигляді вона поступає на хімкомбінати. Така сировина представляє собою куски різної форми і розміру, а також різної твердості. Тому перед подачею в зону контакту її треба подрібнити. Для проведення процесу подрібнення застосовують різні машини для грубого, середнього та тонкого помелу.

Насамперед розглянемо, що таке сипкий матеріал.

Сипкий матеріал представляє собою полідисперсну систему, в якій разом знаходяться великі та дрібні частки. Для оцінювання дисперсності використовують такі характеристики:

• розмір: максимальний (δ_max), мінімальний (δ_min) та середній (δ_сер); м (мм)

• питома площа поверхні (F_пит, м² /м³), яка представляє собою відношення поверхні частки до її об’єму;

• функції розподілення маси часток по їх розмірам R(δ): функція розподілення дорівнює відношенню маси часток, розмір яких більше δ, до загальної маси часток (у частках).

В залежності від розміру кусків вихідної сировини і кінцевого продукту, подрібнення умовно поділяють на декілька класів:

Клас подрібнення	Розмір кусків:		Машини, що використовуються
	до подрібнення, dп, мм	після подрібнення, dк, мм
ПОДРІБНЕННЯ: велике середнє дрібне	1000 250 20	250 20 1-5	ДРОБАРКИ: - щокові - конусні - валкові - молоткові
ПОМЕЛ: грубий середній тонкий колоїдний	1 – 5 0,1 – 0,04 0,1 – 0,04 - 0,1	0,1 – 0,04 0,005 – 0,015 0,001 – 0,005 - 0,001	МЛИНИ: - барабанні - шарові - стержневі - жорнові - вібраційні - струменеві - колоїдні

Відношення розмірів кусків до та після подрібнення називають ступенем подрібнення.

Розрізняють лінійну та об’ємну ступінь подрібнення.

Розмір кусків зазвичай визначається отвором сита, через яке проходить сипкий матеріал. Існує ГОСТований ряд сит.

Крупність кускового та порошкоподібного матеріалів з вказівкою лінійного розміру найбільшого та найменшого кусків може бути охарактеризована одним з наступних способів:

1. Нижня (+d) та верхня (-d) межа крупності. Верхня межа крупності (-d) означає «не більше d», а нижня межа крупності (+d) означає «не дрібніше за d».

При цьому вказуються розміри найбільшого та найменшого кусків матеріалу, а характеристика записується таким чином: (+d_н –d_н).

2. Фракційний склад матеріалу, виражений в долях або у відсотках.

3. Питома поверхня матеріалу, тобто поверхня часток, що приходиться на одиницю маси або одиницю об’єму матеріалу, м²/кг або м²/м³

Матеріал можна також охарактеризувати допустимим відсотковим вмістом якійсь фракції: крупної, середньої або дрібної. Розроблені спеціальні прилади і методи визначення фракційного або, що теж саме, гранулометричного складу, а також питомої поверхні кускового та порошкоподібного матеріалів.

Сипкі матеріали визначаються фізико-механічними властивостями.

До них відносяться:

1. Насипна щільність сипкого матеріалу ρ_н – це відношення маси сипкого тіла до об’єму, яке воно займає. Це значення пов’язане із щільністю матеріалу твердих часток ρ_м залежністю

ρ_н = ρ_м (1 – ε),

де ε – порознось, яка дорівнює відношенню об’єму пор (пустот) до всього об’єму сипкого тіла. Порознось показує, як щільно матеріал заповнює даний об’єм.

В промислових умовах матеріал може бути як під своєю вагою, так і під навантаженням. Для кускових та зернистих матеріалів порознось мало залежить від ущільнюючого навантаження σ_у. Для порошкоподібних матеріалів ця залежність суттєва і її слід враховувати при визначенні насипної щільності.

Насипна щільність вологого матеріалу

ρ_н = ρ_м (1 – ε) (1 + w),

де w – вологість, яка представляє собою відношення маси вологи, яка міститься у сипкому тілі, до маси сухого сипкого тіла.

2. Кут природного укосу φ_п – це кут у вертикальній площині перерізу конуса, сформованого при висипанні матеріалу на горизонтальну площину, між твірною конуса і його основою. Зазвичай це значення знаходиться в межах 30 – 40⁰.

Опір сипкого матеріалу руху визначають чотири кута тертя:

φ – ефективний кут внутрішнього тертя, який обумовлює тертя між частками матеріалу;

φ_τ - статичний кут внутрішнього тертя, який відрізняється від ефективного кута внутрішнього тертя φ тим, що його визначають після деякого часу витримки зразка сипкого середовища під ущільнюючим навантаженням;

φ_с - кут зовнішнього тертя спокою;

φ_р - кут зовнішнього тертя руху.

В залежності від фізико-механічних властивостей сипких матеріалів вибирають відповідне обладнання для їх переробки.