Мельница для дробления. Мельница для измельчения древесной муки. Ручная мельница для зерна

Отношение линейных размеров кусков до измельчения (D) и после него (d) называется степенью измельчения. В равной степени можно говорить и об объемной степени измельчения, имея в виду в этом случае отношение объема кусков до измельчения (V) и после него (v).

Теоретические основы измельчения

В фармацевтическом производстве по ходу технологического процес-са часто возникает необходимость в измельчении материалов. Измель-чению может подвергаться самое разнообразное сырье.

Рис. 23. Способы измельчения.

а — раздавливание; б, в — раскалывание; г — разламывание; д — резание; е — распиливание; ас — истирание; а — жесткий удар; и — свободный удар.

Могут измельчаться неорганические и органические препараты в виде кристаллов или кусков большего или меньшего размера, а также лекарственное расти-тельное сырье разной морфолого-анатомической природы . Измельчение может осуществляться ручным и машинным способами. Ручное измель-чение типично для аптечного производства, где оно производится пести-ками в ступках и другими простыми инструментами (резаки, терки и пр.). Машинное измельчение, единственно рациональное в лаборатор-ных и заводских условиях, выполняется на разнообразных по своему устройству машинах-измельчителях.

Основные принципы измельчения

Несмотря на разно образие, во всех известных измельчителях использованы следующие ос-новные принципы: раздавливание, раскалывание, разламывание, изрезывание, распиливание, растирание (истирание) и удар.

Раздавливание (рис. 23, а). Механическая сила прикладывается сверху прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя обычно плоские. Измельчаемое тело деформируется во всем объеме и, когда внутреннее напряжение в нем превысит предел прочности, тело разрушается — получаются кусочки разных размеров и формы.

Раскалывание (рис. 23, б, в). Сила прикладывается сверху и снизу внезапно или прогрессивно с помощью клинообразных рабочих элемен-тов измельчителя. Ввиду того что тело распадается на части только в местах концентрации наибольших нагрузок, получающиеся кусочки могут быть более или менее однородны по размерам, но не по форме.

Разламывание (рис. 23, г). Измельчаемое тело разрушается под влия-нием изгибающихся сил, действующих навстречу друг другу, с приложе-нием одной верхней силы между двумя нижними. Размеры и форма ку-сочков примерно такие же, как и при раскалывании.

Изрезываиие (рис. 23, д). Механическая сила прикладывается сверху, обычно рывком; рабочие элементы измельчителя острые, режущие (ножи). Управляемый процесс, позволяющий разделить тело на части требуемых размеров, а при необходимости и формы.

Распиливание (рис. 23, е). Сила прикладывается со стороны прогрес-сивно; рабочие элементы измельчителя с острой зубчатой поверхностью. Так же как и при изрезывании, можно получить кусочки нужных раз-меров, а при необходимости — и формы.

Растирание (рис. 23, ж). Сила прикладывается сверху и со стороны прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя сфериче-ские или плоские. Тело измельчается под действием одновременно сжи-мающих, растягивающих и срезающих сил, в результате чего получа-ются порошкообразные продукты.

Удар. Тело разрушается на части под влиянием динамично (внезап-но) действующих сил.

Удар может быть осуществлен двояко:

1) по из-мельчаемому телу производится удар рабочими элементами измельчи-теля— молотками, падающими шарами и др. (рис. 23, з);

2) измель-чаемое тело само сталкивается с рабочими элементами измельчителя или другими телами в полете (рис. 23, и).

В первом случае (при огра-ниченном ударе) эффект измельчения будет зависеть от кинетической энергии ударяющегося тела, во втором (при свободном ударе) — в ос-новном определяется скоростью столкновений разрушаемого тела и его частей с рабочими элементами измельчителя.

Какую выбрать машину для измельчения? Этот вопрос решают, исхо-дя из физического состояния и свойств обрабатываемого материала, а также той степени мелкости, которую необходимо достигнуть. Для ма-териалов, отличающихся большой твердостью, целесообразно использо-вать измельчители, работающие на принципе раздавливания или удара. Для материалов вязких, волокнистых эффективнее будет истирание, для длинноволокнистых — изрезывание, для деревянистых и очень твер-дых — распиливание, для хрупких — раскалывание и т. д. Практически в большинстве машин эти измельчающие усилия действуют в сочетании друг с другом: например, раздавливание с истиранием, удар с раздав-ливанием и истиранием и т. д.

Предложенные гипотезы измельчения

Несмотря на ши-рокое распространение машин для измельчения и большое значение этого процесса в производстве, теории, которая подвела бы под процесс измельчения объединяющее математическое выражение, до сих пор не предложено. В теории измельчения основным является определение ве-личины энергии, затрачиваемой на измельчение (работа измельчения).

Первая попытка решить этот вопрос была сделана Риттингером еще в 1867 г. Он предположил, что работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом мате-риале.

Как известно, измельчаемый материал обладает определенной проч-ностью, под которой понимают свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Подвергаемое воздействию внешних сил твердое тело испытывает деформацию, которая может быть упругой и пластической. Упругая деформация исчезает пос-ле снятия нагрузки без заметного ущерба для прочности тела. При пластической деформации размеры и форма тела после снятия нагрузки не восстанавливаются. Практическим следствием пластиче-ской, или необратимой, деформации является нарушение прочности тела, сопровождаемое изменением его формы.

По гипотезе Риттингера, при измельчении твердых тел на первом месте стоят такие деформации, при которых материал разрушается по плоскостям раскола. Поэтому и работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется в основном на об-разование трещин раскола. В своих расчетах Риттингер опускает рас-ход энергии на упругие деформации тел. Следующей условностью в гипотезе Риттингера является допуск кубической формы кусков до и после измельчения. Поэтому при расчете работы в формулу Риттингера вводят специальный коэффициент на неправильность формы кусков, имеющую место в действительности.

В. Н. Кирпичев в 1874 г., а позднее Кик предложили «объемную» гипотезу дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала при прочих равных условиях (в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава) прямо пропорцио-нален его объему или весу. По В. Н. Кирагачеву, работа дробления может быть выражена следующим уравнением:

А ^ лг,

где А — работа дробления; б — величина разрушающих напряжений; V — объем дробимого тела; Е — модуль упругости измельчаемого мате-риала.

Обе гипотезы были предметом многолетней дискуссии. Одно время склонялись к тому, что сферы их практического применения различны: гипотеза Риттингера больше приемлема для определения энергетиче-ских затрат при тонком измельчении, а гипотеза Кирпичева — Кика — для характеристики мелкого, среднего и крупного дробления. Однако большее признание получила точка зрения, что ни одна из предложен-ных гипотез (и их последующие вариации), взятые порознь, непримени-мы ко всем видам измельчаемых материалов, различным методам дроб-ления и разным типам измельчителей. Такой точки зрения придержива-ется и П. А. Ребиндер, основоположник новой области науки — физико-химической механики. Он считает, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится где-то в середине между предложениями Риттинге-ра и Кирпичева — Кика.

По наблюдениям П. А. Ребиндера, энергия, затрачиваемая на измель-чение материала, представляет собой сумму работ, идущих на дефор-мацию дробимого тела и на образование новых поверхностей.

Эта энер-гия может быть выражена следующей формулой:

А = - 2£/CAF.

Первое слагаемое уравнения — формула Кирпичева — Кика, второе слагаемое — формула Риттингера, где К — коэффициент пропорциональ-ности, a AF — вновь образованная поверхность при разрушении тела.

Таким образом, работа измельчения пропорциональна как вновь об-разованной поверхности, так и объему измельчаемого материала.

Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводительных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидаемый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» — таково основное правило дробления. С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сферы помола.

Большое разнообразие существующих измельчителей затрудняет их систематизацию, тем более что поиски более совершенных конструкций машин не прекращаются. Авторы части руководств по химической и фармацевтической технологии останавливаются на классификации по той степени измельчения, которой можно достигнуть с помощью какой-либо машины. В этом случае все измельчители применительно к усло-виям фармацевтического производства можно разделить на машины для предварительного измельчения и машины для окончательного измель-чения.

Наряду с этим в новейших отечественных руководствах измельчители предпочитают классифицировать по способам измельчения.

В этом слу-чае все измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно было бы разделить на следующие группы:

1) изрезывающего и распиливающего действия;

2) раскалывающего и разламывающего дей-ствия;

3) раздавливающего действия;

4) истирающе-раздавливающего действия;

5) ударного действия;

6) ударно-истирающего действия;

7) коллоидные измельчители.

В дальнейшем изложении мы будем придерживаться обеих классифи-каций, хорошо дополняющих друг друга. Вначале мы будем исходить из задач производства (какое нужно измельчение: предварительное или окончательное), а затем будем описывать соответствующие группы измельчителей.

Предварительное измельчение

Предварительное измельчение применяется для сырьевых материалов, поступающих на фармацевтическое производство в крупных или длин-ных кусках. Смысл предварительного измельчения заключается в по-лучении материала в таком виде, в котором он при необходимости был бы удобен для дальнейшего измельчения. В предварительном измель-чении нуждаются корни и кора, заготовляемые в виде длинных кусков (например, солодковый корень, корни элеутерококка, алтейный корень, кора крушины, дубовая кора и др.), а также некоторые длинностебельные травы (горицвета, водяного перца, термопсиса и др.) - В предвари-тельном измельчении нуждаются такие корни, как мыльный корень тур-кестанский, ревень, девясил, куски которых могут достигать значитель-ных размеров, а также многие другие виды растительного сырья (плоды, семена, кожистые листья и пр.).

В условиях фармацевтического производства предварительное измель-чение в основном охватывается классами измельчения, которые по при-нятой нами классификации (см. табл. 1) определены как среднее и мелкое дробление с той лишь разницей, что исходная длина измельчае-мых корней и трав может быть значительно длиннее 25 см.

Среднее и мелкое дробление сырьевых растительных материалов мо-жет быть осуществлено измельчителями двоякого типа:

1) изрезываю-щего и распиливающего действия;

2) раскалывающего и разламываю-щего действия.

Измельчители изрезывающего и распиливающего действия

Изрезывание растительного лекарственного сырья произ-водится с помощью машин, носящих общее название траво- или корне-резок. Основной деталью в этих машинах являются ножи, устройством и характером движения которых обусловливаются тип и конструкция траво- и корнерезок.

Рис. 25. Корнерезка с гильотинными ножами.

/ - лоток; 2 — подающие валы; 3 — шкив; 4 — кривошип; 5 — шатун;

5 — верхний нож; 7 — нижний нож; 8 — лоток; 9 — транспортер.

Траворезки-соломорезки

Простейшими по устройству траворезками являются соломорезки, широко применяемые при измельчении грубых кормов (солома, стебли кукурузы и др.). Различают соломорезки дис-ковые и барабанные. В дисковых соломорезках массивные ножи, имею-щие криволинейное лезвие, прикреплены к спицам маховика. Маховик с ножами приводится во вращательное движение вручную. Лекарственное сырье (травянистое), собранное в пучки, подается под ножи по лотку.

В барабанных соломорезках (рис. 24) ножи изогнутые с лезвиями, расположенными по винтовым линиям с углом подъема до 30°. Травя-нистое сырье подается по лотку-транспортеру 1, в конце которого уста-новлены питающие валики 2, подающие сырье к ножевому ба-рабану 4. Изрезанное сырье выгружается по лотку 6. Установка смон-тирована на станине 7 и приводится в действие от электромотора при помощи шкива 5. На одном валу со шкивом посажена зубчатка, при-водящая в действие большую шестерню 8, вращающую питательные валики.

С другой стороны на валу посажен маховик 3 для обеспечения плавности работы соломорезки. Габариты выпускаемой нашей промыш-ленностью соломосилосорезки РСБ-3,5: длина с лотком 187 см, ширина 91 см, высота 126 см. Число оборотов ножевого барабана 350-400 в минуту 1 . Производительность, например, при резке сухой травы ланды-ша 300 кг/ч.

Корнерезки

Для изрезывания плотных и деревянистых частей расте-ний (корни, корневища, кора) чаще всего применяются корнерезки и сходные с ними табакокрошильные машины с гильотинными ножами, устройство которых показано на рис. 25. Нож в этой машине весьма массивный, и, падая вниз, своей массой усиливает режущий эффект. Нож совершает поступательно-возвратное движение вверх и вниз при помощи кривошипного механизма или коленчатого вала.

В описанных траво- и корнерезках (кроме ручной соломорезки) дви-жение ленточного транспортера, питающих валиков и ножей происходит согласованно, так что растительная масса выступает вперед на опреде-ленную длину в соответствии с заданной степенью измельчения. Нужно учитывать, что номинальную длину обычно имеют только кусочки изре-зываемой травы. Что касается корней и травы, то, поскольку они хруп-ки, при падении на них ножа выступающие участки могут обламывать-ся. В результате этого получается значительное количество кусочков меньшего размера и крупного порошка.

При изготовлении сборов возникает необходимость придания кусоч-кам коры квадратной, а кусочкам корней и корневищ — кубической фор-мы. Резка на кубики у нас применяется пока в отношении очищенного солодкового и алтейного корней. Производится она на специальных ма-шинах.

Машины с дисковыми пилами

Среди растительного сырья имеются особо твердые объекты (например, корни элеутерококка), для измельче-ния которых оказались пригодными малогабаритные дисковые пилы. Корни, подаваемые под вращающуюся пилу, распиливают на дольки, которые затем уже удается измельчить на дробилках. При распиливании одновременно получаются ценные опилки — крупный порошок измель-ченных корней.

Окончательное измельчение (порошкование)

Измельчение в порошки разной степени тонкости достигается с по-мощью измельчителей различных конструкций.

По системе единиц СИ угловая скорость измеряется в радианах в секунду. Нами применяется размерность обороты в минуту как более.наглядная, чаще исполь-зующаяся в технической литературе. 1 об/мин = 0,105 рад/с.

Измельчители раздавливающего действия

Гладковалковые дробилки (вальцовые мельницы). По своему устройству гладко-валковые дробилки отличаются от зубовалковых отсутствием зубьев на валках. Обычно валки имеют одинаковое число оборотов, но есть конструкции, в которых валкам придают разные окружные скорости. В ре-зультате к раздавливающему действию валков присоединяется еще истирание. Непрерывная и равномерная подача сырья достигается с помощью загрузочных воронок, длина которых одинакова с длиной вал-ка и питающих валков, вращающихся со скоростью, близкой к окруж-ной скорости валков. Кроме того, диаметр поступающих на дробление кусков (г) должен быть примерно в 20 раз меньше диаметра валков /?ж20 г. Зубчатые валки обеспечивают захват более крупных кусков; для них #«5—10 г.

Гладковалковые дробилки могут иметь одну или две пары валков. Из двухвалковых для измельчения растительных материалов пригодна дро-билка ДВГ-2 с диаметром валков 40 см и длиной 25 см. Скорость вра-щения ведущего валка 220 об/мин, ведомого — 190 об/мин. Из четырех-валковых дробилок интерес представляет дробилка БДА-7м, предназна-ченная для дробления солода. Между первой и второй парами валков установлено вибросито. На вторую пару валков поступает сырье, пред-варительно измельченное на первой паре валков. Производительность 1000 кг/ч. Диаметр валков 25 см, длина 50 см. Число оборотов в минуту верхней пары валков (ведущего/ведомого) 240/238, нижней пары — со-ответственно 268/254.

Поверхность валков может быть как гладкая, так и нарезная (рифле-ная); в последних истирающая способность выше, чем в гладких.

Измельчители истирающе-раздавливающего действия

На сочетании раздавливания с истиранием построен принцип работы жерновых мельниц, бегунов и дисковых мельниц. В качестве ил-люстрации приводим краткое описание дисковой мельницы.

Дисковые мельницы

Основной деталью являются два вертикально ус-тановленных диска. Вращается обычно один из них. Поверхность дис-ков имеет режущие или ударные выступы той или иной конструкции. Исходный материал поступает в просвет между дисками, где он измель-чается.

Одной из наиболее простых дисковых мельниц является мельница типа «Эксцельсиор», широко применяющаяся в фармацевтическом про-изводстве. В мельнице (рис. 26) диски установлены вертикально. Один диск неподвижный, другой вращается со скоростью 250—300 об/глин. Поверхность дисков покрыта мелкими зубцами, расположенными по окружности в таком порядке, чтобы зубцы движущегося диска попада-ли в промежутки между зубцами неподвижного диска. Помимо истира-ния, к раздавливающему эффекту присоединяется срезывающее дейст-вие от острых зубцов. Производительность при диаметре дисков 400 мм до 50 кг/ч.

Измельчители ударного действия

К измельчителям удар-ного типа относятся молотковые мельницы, дезинтеграторы, дисмембра-торы и струйные мельницы.

Молотковые мельницы

В этих мельницах (рис. 27) на центральном валу ротора укреплено несколько дисков один возле другого. На этих дисках висят на шарнирах молотки, представляющие стальные плитки. Ротор с молотками вращается в массивном корпусе, стенки которого защищены броневыми плитами. Дно корпуса представляет собой подо-вую решетку (сито). Вследствие большой скорости вращения ротора (500-1500 об/мин) и развивающейся центробежной силы молотки от-брасываются по радиусу.

Поступающий через загрузочную воронку ма-териал попадает под действие этих молотков, куски его отбрасываются на стенки корпуса, на подовую решетку, ударяются друг о друга и, до-стигнув определенного размера, проходят через решетку. Область при-менения молотковых мельниц обширна. В химической и фармацевтиче-ской промышленности применяются для измельчения хрупких материалов (соли, растительное сырье). Неболь-шие молотковые мельницы, изготовляе-мые в СССР, имеют размер ротора 60/45 см (С-218) и 80/40 см (ДМ-2).

Дезинтеграторы и дисмембраторы

Для измельчения хрупких материалов, таких как сода, квасцы, сахар и др., удобны мельницы ударно-центробежного дейст-вия, называемые дезинтеграторами и дисмембраторами. Измельчение в них основано на принципе свободного удара. У дезинтеграторов (рис. 28) вра-щаются оба диска, причем в противопо-ложных направлениях, со скоростью в зависимости от размера дисков 500-900 об/мин. Оба диска несут на своей поверхности ударные приспособления в виде пальцев, штифтов (отсюда другое название — штифтовая мельница), рас-положенных в 2-4 ряда кольцами. Ди-ски поставлены один против другого так, что пальцы одного диска входят в сво-бодное пространство между пальцами второго диска.

Материал подается из загрузочной воронки в центр между ди-сками и при вращении их центробежной силой отбрасывается к периферии. При этом частицы подвергаются бесчисленным ударам о пальцы, поверхность дисков, испытывают вза-имные удары и, по достижении необходимой степени мелкости, высыпа-ются из мельницы. У некоторых дезинтеграторов отечественной конст-рукции валы расположены с одной стороны. Один из валов, внутри ко-торого вращается в противоположную сторону сплошной вал, полый. Благодаря этому мельница имеет небольшие габариты.

Похожи на дезинтеграторы мельницы, называемые дисмембрато-рами. Они отличаются от первых тем, что наружный диск у них неподвижен. В силу этого для достижения той же тонкости размола подвиж-ный диск должен вращаться с большей скоростью (до 3800 об/мин). Разновидностью дисмембраторов являются нособойные мельницы «Пер-плекс» (рис. 29) и кулачные мельницы, различающиеся по виду и рас-положению ударных выступов.

Рис. 29. Мельница «Перплекс».

/ — загрузочная воронка; 2 — лоток; 3 — воронка; 4 — штифты; 5 — неподвижный диск; 6 — подвижный диск.

Рис. 30. Струйный измельчитель. Объяснение в тексте.

Струйные измельчители. Принцип работы струйного измельчителя отечественной конструкции показан на рис. 30.

Измельчитель состоит из размольной камеры /, защищенной изнутри материалом 2, двух расположенных друг против друга штуцеров пита-ния 3, в которые вмонтированы разгонные трубки 4 и сопло 5, прием-ной воронки 6 и отводного штуцера 7. Материал, подлежащий измель-чению, поступает через воронку 6 в приемник эжектора, откуда струей воздуха, выходящей из сопла 5, направляется в разгонную трубку 4. Там частицы приобретают необходимую скорость, с которой они выле-тают из разгонной трубки навстречу потоку частиц, идущих из противоположной трубки. При со-ударении частицы измельча-ются и через штуцер 7 вы-носятся на сепарацию, ко-торая осуществляется с.по-мощью рукавного фильтра, придаваемого к мельнице.

Рис. 31. Шаровая мельница. Объ-яснение в тексте.

Струйные измельчители описанного типа.(двухструйные, противоточ-ные) пригодны для измельчения частиц с крупностью исходного сырья около 10 мм до частиц размером 50-80 мкм. Они испытаны на многих объектах (уголь и рудные материалы, красители, инсектициды, фунги-циды и др.) и, несомненно, весьма перспективны для получения очень тонких порошков в фармацевтическом производстве.

Измельчители ударно-истирающего действия

На смешанном принципе удара (преобладающее действие) и истирания работают широко применяемые барабанные или шаровые мельницы и некоторые другие специальные измельчители (например, вибромель-ницы).

Шаровые мельницы

Шаровые мельницы — наиболее простые по свое-му устройству машины для порошкования. Эти мельницы (рис. 31) представляют собой барабан, в который загружают материал и дробя-щие тела — шары. Барабан приводится во вращение. Под действием трения и центробежной силы шары и материал поднимаются до опре-деленной высоты, откуда они падают вниз. В результате ударов и исти-рающего действия при перекатывании шаров материал измельчается. Необходимо иметь в виду, что при вращении барабана поведение шара будет различно в зависимости от числа оборотов барабана.

Так, при медленном вращении шар, прижимаясь к барабану под действием сво-ей массы, силой трения будет увлекаться на небольшую высоту и оттуда сползать по стенке барабана вниз. При быстром же вращении шар будет настолько сильно прижиматься центробежной силой к стенке ба-рабана, что не сможет оторваться от нее и будет вращаться вместе с барабаном. Дробления при этом происходить не будет. Нужно подо-брать такую скорость вращения, чтобы под влиянием центробежной силы шар смог подняться на максимальную высоту, оторваться от стен-ки и обрушиться на материал. Иначе говоря, масса шара должна быть больше силы, прижимающей шар к поверхности барабана. То число оборотов, при котором прекращается обрушивание шаров, принято называть критическим. Совершенно естественно, что рабочее число обо-ротов барабана должно быть меньше критического (75%).

Оно рассчитывается по формуле:

«раб = у~ Об/МИН,

где D — диаметр барабана мельницы. Однако эта формула исходит из условия наивыгоднейшей работы лишь одного крайнего слоя шаров.

Формула, определяющая оптимальное число оборотов с учетом всех слоев шаров, имеет следующий вид:

"раб = -у=г об/мин.

Таким образом, оптимальное количество оборотов зависит от диамет-ра барабана. При излишне низком числе оборотов шары будут слиш-ком рано отрываться от стенки, высота полета будет незначительна и сила удара шаров о материал невелика.

Загрузку мельницы необходимо производить шарами одинакового размера, так как иначе шары малого размера будут мешать работе больших шаров, поскольку они будут находиться между ними и измель-ченным материалом. Размер шаров, загруженных в мельницу, зависит от механического состава, твердости и вязкости раздробляемого мате-риала. Обычно применяются шары диаметром 50-150 мм. Одновре-менно подбирается и оптимальное количество шаров, поскольку про-изводительность мельницы зависит от числа и силы ударов шаров.

Производительность шаровой мельницы повышается с увеличением ее диаметра. Все новейшие типы шаровых мельниц конструируются короткими и большого диаметра, который варьирует в пределах 800-2300 мм. Скорость вращения 20-40 об/мин. Барабаны мельниц дела-ются из железа, шары — из стали. Лабораторные мельницы фарфоро-вые. В шаровых мельницах можно получить порошки высокой тонко-сти. В данном случае тонкость порошка зависит от времени измельче-ния. Шаровые мельницы вполне применимы для приготовления слож-ных порошкообразных смесей (одновременное измельчение и сме-шение).

Вибромельницы. Вибрационные мельницы применяются для тонкого и сверхтонкого измельчения. Исходная крупность частиц 1-2 мм, окон-чательная степень мелкости может достигать 1-5 мкм. Частота коле-баний мельницы составляет 1500-3000 в минуту и соответствует ско-рости вращения электродвигателя. Вибрационные мельницы подразде-ляются на инерционные и гирационные (эксцентриковые). Большее распространение получили инерционные измельчители с дебалансным валом. При вращении этого вала корпус мельницы вибрирует, переда-вая колебание шарам. Измельчение находящегося в корпусе материала происходит за счет соударения колеблющихся шаров и их взаимного перемещения.

Вибрационная мельница инерционного типа изображена на рис. 32. Корпус мельницы 1, в который помещаются шары и измельчающийся материал, опирается на пружины 2, закрепленные на раме 3, которая в свою очередь покоится на резиновых амортизаторах 4. Внутри корпу-са проходит труба 5, в которую помещен дебалансный вал 6, вращаю-щийся в подшипниках 7 со сферическими роликами. На этом же валу закреплены дополнительные дебалансы 8, с помощью которых регули-руется частота колебаний. Вал получает вращение от электродвигате-ля 9 через эластичную муфту 10. При вращении дебалансного вала корпус мельницы приводится в качательное движение по эллиптиче-ской, приближающейся к круговой траектории. Материал, подлежащий измельчению, в вибромельницах подвергается многократному воздей-ствию.

Щековые дробилки

Обрабатываемый материал подается в щековые дробилки сверху. После подачи в устройство материал раздавливается между статичной и двигающейся щекой. Конечный продукт дробления высыпается сквозь выпускную щель между щеками.

Самым распространенным типом щековой дробилки является устройство с верхней осью подвеса подвижной щеки.

Щековая дробилка

Внутри чугунной или отлитой из стали станины располагается статичная щека в виде рифленой плиты. Такая щека выполняется из износостойкого материала. Идентичная плита крепится на подвижной щеке, которая качается. По бокам рабочая зона дробильного аппарата ограждена гладкими плитами.

Подвижная щека качается за счет шатуна, который закреплен на главном валу. Шатун и подвижная щека соединяются посредством шарниров за счет распорных плит. В результате образуется коленчатый рычаг, благодаря которому наибольшее усилие возникает в верхней части щек. Там же и происходит раздавливание наиболее крупных кусков материала. Натяжение в движущейся системе и возвратное движение щеки осуществляются посредством тяги и пружины. Размер выпускной щели регулируется. Концы главного вала оснащены маховиками.

В качестве предохранения рабочих частей дробильного аппарата от поломки одну из распорных плит изготавливают из двух частей. Части плиты соединяются болтами, которые срезаются, если нагрузка превышает допустимый уровень давления.

Конусные дробилки

Конусная дробилка оснащена дробящей головкой, которая имеет форму усеченного конуса и совершает эксцентричные вращательные движения. Такая головка непрерывно раздавливает и изламывает куски обрабатываемого материала.

В момент, когда дробящая головка приближается к корпусу, раздробленный материал свободно выпадает сквозь часть кольцевой щели, которая располагается между корпусом и головкой.

Схема конусной дробилки

Конусные дробилки делятся на два основных типа:

1. предназначенные для крупного и среднего дробления (устройства, оснащенные головкой в форме крутого конуса)
2. предназначенные для среднего и мелкого дробления (устройства, оснащенные головкой в виде пологого конуса или «грибовидные дробилки»).

В дробильных устройствах первого типа, дробящая головка имеет форму крутого конуса и крепится на главном валу, который в свою очередь, подвешен сверху на крестовине и закреплен на шаровой втулке. Ширина выпускной щели регулируется. Стакан-эксцентрик приводится во вращение при помощи конической зубчатой передачи. Нижний конец вала свободно входит в данный стакан.

На холостом ходу вал с дробящей головкой совершает вращательные движения вокруг оси эксцентрика, описывая коническую поверхность. Параметры угла при вершине составляют от 8 до 12 0 . В результате действия сил трения в процессе дробления, вал и головка вращаются в направлении противоположном вращению эксцентрика. Материал, заполняющий пространство между головкой и броневыми плитами, покрывающими поверхность корпуса, непрерывно обкатывается. В дробильных устройствах данного типа, достигается степень измельчения равная i= 5—6.

Валковые дробилки

Данные устройства оснащены двумя параллельными цилиндрическими валками, вращающимися навстречу друг другу. Материал измельчается валками посредством раздавливания.

Устройство валковой дробилки помимо гладких валков включает станину. Один валок подвижен (установлен в подвижных подшипниках), второй валок статичен. Подвижный валок удерживается в определенном положении посредством пружин. Если в дробильную установку попадает излишне твердый материал, пружины сжимаются, раздвигая валки, и этот кусок материала пропускается без поломки. Зачастую, валки имеют индивидуальный привод от ременного шкива.

Гладкие валки используются только для среднего и мелкого дробления. Основными характеристиками валка являются диаметр и ширина.

Валковая дробилка с гладкими валками.

Зубчатые валковые дробилки используются для дробления хрупких материалов средней твердости (уголь, соль и т.п.). Такие валки измельчают материал путем раскалывания и раздавливания, т.к. способны захватывать куски с поперечником ¼ - ½ диаметра валка.

Зубчатая дробилка оснащена тихоходными зубчатыми валками, которые вращаются с одинаковой скоростью (1-1.5 м/сек.). Ведущий валок приводится в движение от ременного шкива посредством зубчатой передачи. Затем, движение передается ведомому валку.

Быстроходные валки приводятся в движение ременной передачей. Недостатком быстроходных валков является излишнее измельчение материала.

Ударно-центробежные дробилки и мельницы

К ударно-центробежным дробилкам относится молотковое дробильное устройство, в которое обрабатываемый материал подается сверху и подвергается дроблению молотками на лету. Молотки крепятся к ротору на шарнирах, а ротор совершает быстрые вращательные движения. Молотки отбрасывают материал, в результате чего он разбивается о плиты корпуса. Помимо этого, материал раздавливается и истирается на колосниковой решетке. Интенсивность измельчения можно откорректировать посредством изменения окружной скорости молотков или размера щелей решетки. Такие дробилки используются для крупного и среднего дробления.

Для мелкого дробления применяются острые легкие молотки, которые вращаются с высокой скоростью (до 55 м/сек).

Основные элементы конструкции (молотки, плиты, решетки) производятся из высокопрочной углеродистой стали, наплавленной сталинитом.

По количеству роторов, молотковые дробилки могут быть однороторными (степень измельчения i= 10-15, размер продукта дробления 10-15 мм) или двухроторными (степень измельчения i= 30-40, размер продукта дробления 20-30 мм). По принципу расположения молотков в одной или нескольких плоскостях вращения, данные устройства бывают однорядными или многорядными.

Для мелкого измельчения материалов, характеризующихся невысокой твердостью (фосфориты, известь, охра и т.п.) используются молотковые дробильные устройства без колосниковой решетки или молотковые мельницы, которые сообщаются с воздушным сепаратором. Функция сепаратора состоит в отделении недообработанного продукта и возвращении его в мельницу.

Молотковая дробилка.

Дезинтеграторы и дисмембраторы

Дезинтегратор представляет собой ударное дробильное устройство, оснащенное двумя вращающимися роторами, между которыми измельчается обрабатываемый материал. Ротор выполнен в виде кольцевого диска и имеет соединение со стальными кольцевыми пальцами. Ряды пальцев на одном роторе свободно входят в ряды пальцев на другом роторе. Пальцы на роторах располагаются по форме концентрической окружности. Оба ротора имеют индивидуальный привод и совершают вращательные движения на встречу друг другу на высокой скорости.

Дезинтегратор.

В корпус устройства материал подается посредством воронки, расположенной вверху. Ударами пальцев и дисков, материал мелко измельчается. Переработанный материал выгружается через решетку, которая фильтрует куски определенного размера.

Т.к. дезинтегратор работает на высоких скоростях, большое внимание уделяется вопросам попадания посторонних материалов в устройство, а также установке и балансировке роторов дробилки.

Показатель производительности такого устройства напрямую связано с равномерностью подачи материала.

Дисмембратор оснащен одним ротором и статичным диском. В качестве неподвижного диска выступает крышка мельницы, на внутренней стороне которой концентрически закреплены ряды пальцев. Пальцы выполнены в форме ножей, что позволяет измельчать материал срезом либо разрывом волокон.

Барабанные мельницы

Главным элементом барабанной мельницы является барабан, заполненный дробящими телами (стержнями, шарами, окатанной галькой). Барабан совершает вращательные движения, а тела находящиеся внутри, увлекаются силой трения о стенки на определенную высоту, после чего падают и таким образом, измельчают материал. В данном случае измельчение происходит путем истирания и ударов.

Различают барабанные мельницы короткого, трубного и цилиндро-конического типа. В коротких барабанных мельницах L:D = 1.5 - 2, в трубных L:D = 3 - 6 (где L - длина барабана, D - диаметр барабана).

Типы барабанных мельниц

Наиболее распространенный вариант барабанных мельниц это устройства с центральной разгрузкой через полую цапфу или с торцевой разгрузкой через диафрагму. Реже встречаются устройства с периферической разгрузкой через щели в барабане.

Барабанные устройства короткого типа часто имеют замкнутый цикл работы и оснащены классификатором, фильтрующим куски материала, которым необходимо дополнительное измельчение. Замкнутый цикл работы позволяет увеличить показатель производительности и сократить расходы электроэнергии.

Барабанные мельницы могут осуществлять как сухое, так и мокрое измельчение. Измельчение материала соответствует i = 50 -100.

Ролико-кольцевые мельницы

В мельницах данного типа материал измельчается роликами или шарами (мелющими телами), которые катятся по внутренней поверхности кольца и прижимаются к ней центробежной силой.

Ролико-кольцевая мельница маятникового типа.

Сверху на валу на крестовине в свободном состоянии подвешены маятники с вальцами. Маятников может быть от 2 до 6 штук. Вращаясь, вальцы прижимаются к вкладышу, который является неподвижным. Поступающий материал транспортируется межу вальцами и кольцевым вкладышем. На дне камеры мельничного агрегата оседает фракция, которая остаётся крупной и неразмельчённой, откуда она подбрасывается скребком наверх перед набегающими вальцами.

В нижний отсек камеры подаётся воздух, который разрыхляет измельчённый материал и подаёт его в сепаратор. Оттуда размельчённый продукт поступает в циклон. Крупная фракция повторно поступает в мельницу на дополнительный размол. Маятниковые мельницы имеют производительность до 20 тонн в час.

Данный тип устройств используется для тонкого измельчения пигментов и наполнителей (тальк, мел и т.п.).

Кольцевые мельницы характеризуются компактностью и широким диапазоном степеней измельчения.

Дробилки и мельницы для сверхтонкого измельчения

Чем чаще внешние силы воздействуют на обрабатываемый материал, тем меньше трещин успевают «самозаживляться». Наиболее экономичным способом тонкого измельчения является вибрационное воздействие на материал. При таком способе усталостное разрушение материала происходит из-за частых, но относительно слабых ударов по частицам материала.

В процессе эксплуатации таких устройств, следует учитывать, что упругой деформации и разрушению подвержено и само дробильное устройство.

Вибрационные мельницы

Вибрационная мельница инерционного типа имеет цилиндрический корпус, заполненный обрабатываемым материалом, и мелющими телами на 80-90%. Корпус вращается на валу, вал оснащен дебалансом. Дебаланс располагается эксцентрично относительно оси вращения мельницы, вследствие чего, во время вращения неуравновешенной массы вала с дебалансом, возникают центробежные силы инерции, которые вызывают вибрации корпуса дробильной установки. В процессе вращения корпус со всем содержимым внутри колеблется в плоскости, перпендикулярной к оси вибратора, по практически круговой траектории.

Вибрационная мельница инерционного типа.

Частота колебаний корпуса соответствует числу оборотов вала, которое находится в диапазоне 1000 - 3000 об/мин. Амплитуда колебаний варьируется от 2 до 4 мм. В данных устройствах происходит интенсивное измельчение материала.

Для того чтобы уменьшить вибрацию в производственном помещении, корпус мельницы опирается на пружины и деревянные подкладки, кроме того, электродвигатель соединяется с муфтой эластичным валом.

Для контроля над температурой внутри мельницы вибраторы время от времени охлаждают водой, циркулирующей через рубашку.

Данный тип устройств, осуществляет помол сухим и мокрым способом, а также способен работать периодически или непрерывно. Мельницы, работающие непрерывно, функционируют в замкнутом цикле вместе с воздушным сепаратором.

В таких устройствах целесообразно измельчать материалы с диаметром крупиц d н не более 1-2 мм до конечного диаметра d к менее 60 мкм.

Вибрационные (отражательные) дробилки оснащены фильтрующей решеткой, сквозь которую проходит обрабатываемый материал. Решетка отсеивает мелкие элементы, после чего материал поступает в валок, который быстро вращается (12-70 м/сек). Валок оснащен лопатками, которые захватывают материал и отбрасывают его на щиток. Элементы материала взаимно ударяются друг о друга, щиток, корпус и лопатки валка, в результате чего происходит окончательное измельчение материала. Степень измельчения достигает i = 20 - 30.

К достоинствам данных типов устройств, принято относить высокую эффективность, малый удельный расход энергии, несложность устройства и небольшой вес, легкость установки.

Коллоидные мельницы

Для сверхтонкого измельчения, помимо вибрационных установок, широко используются коллоидные мельницы. По принципу действия, они похожи на ролико-кольцевые или ударно-центробежные мельницы. В таких устройствах материал измельчается посредством прохождения сквозь зазор между быстро вращающимся ротором (роликом конической формы) и статором (кольцом, расширяющимся кверху). Зазор может находиться также между пальцами диска-ротора, которые расположены по концентрическим окружностям и корпусом мельницы. Такие устройства работают при очень высоком уровне скорости ротора (до 125 м/сек) и применяются, в основном, для мокрого измельчения.

Чтобы осуществить помол высокой тонкости и получить частицы величиной менее 1 мк, размельчение выполняют в мельницах коллоидного типа. Материал измельчают в этих мельницах благодаря трению или ударам методами сухого или мокрого помола.

Мельница такого типа включает корпус с выемкой посередине. Выемка имеет коническую форму и в ней расположен и вращающийся ротор. Между выемкой и ротором очень маленький зазор (мин. 0,05 мм). Через отверстие в выемке материал поступает в зазор между выемкой и ротором, который можно регулировать микрометрическим винтом; твердые частицы истираются, выходя через выходное отверстие вместе с жидкостью. Ротор приводит во вращение электродвигатель с помощью шкива.

Существует и другой тип коллоидных мельниц. Такие мельницы функционируют по принципу ударов пальцев по суспензии. Состоят они из корпуса цилиндрической формы, в котором на большой скорости вращается диск. По обеим сторонам диска расположены пальцы. Через патрубок суспензия поступает в мельницу, где подвергается ударам пальцев, и выходит через патрубок.

Насос подаёт суспензию из сборника через трубопровод в мельницу. Материал в мельницу следует подавать на небольшой скорости, чтобы она сильно отличалась от окружной скорости ударных пальцев. Как правило, скорость при загрузке материала в мельницу равна 0,7 метров в секунду, а окружная скорость диска - 190 метров в секунду.

Метод мокрого помола наиболее распространен и доступен при приготовлении коллоидных растворов. Сухой же метод помола не обеспечивает получение достаточной степени тонкости, чтобы получить частицы коллоидных размеров. Для тонкого сухого помола служат центробежно-шаровые мельницы коллоидного типа. В них используется большое количество шаров диаметром 8 - 15 мм. Шары разбрасываются с большой скоростью, разбивая материал, проходящий тот же путь, что и сами шары. Готовый размельчённый продукт выходит после прохождения через воздушный сепаратор.

Истирающие мельницы

Истирающие мельницы, к примеру, роликовые, оснащены вращающейся чашей, внутри которой непрерывно катятся два или более обкатных элемента цилиндрической формы.

Цилиндрические обкатные элементы, плотно прижимаемые упругими пружинами к бегунной дорожке, измельчают куски подаваемого по центру материала путем их сильного сжатия и истирания. При этом продукт перемещается под роликами к краям чаши, после чего скребками и направляющими лопатками снова подвигается к ним и измельчается повторно.

Измельченный продукт сдувается к верху мощным потоком воздуха, поступающего по краю чаши, и попадает вместе с ним в воздушный, а затем и центробежный сепаратор, находящийся за пределами мельницы, где и осаждается. Крупные частицы продукта задерживаются в воздушном сепараторе машины и затем снова попадают на бегунную дорожку, где повторно подвергаются измельчению. Все истирающие мельницы могут выполнять грубое и тонкое измельчение самых различных материалов, от твердых до весьма мягких.

Струйные мельницы

Устройство спирально-струйных мельниц выполнено таким образом, что подаваемый в них из сопел сжатый воздух на высокой скорости (до 600 метров в секунду) подхватывает загружаемый материал и несет его в плоскую цилиндрическую камеру. Внутри нее образуется мощный быстро вращающийся поток, который идет от периметра по спирали к расположенному по центру выходному отверстию. Исходный материал, попадая в камеру на высокой относительной скорости, сталкивается там с мощным спиральным потоком, либо же со стеной, разбиваясь тем самым на мельчайшие частички.

Стригально-режущие мельницы

Стригально-режущие мельницы способны измельчать самые различные вещества: мягкие, упругие и вязкие. Они одинаково хорошо измельчают макулатуру, куски пластика, резины (старые шины) и текстиля, а так же отходы древесины, которые потом идут для изготовления ДСП. Существует несколько вариантов исполнения данных машин.

Роторные режущие мельницы оснащены ротором с ножевым ободом, который вращается в корпусе машины относительно закрепленных на его внутренней верхней части неподвижных ножей. Загружаемый сверху исходный материал, попадая в рабочее пространство машины, разрывается на части вращающимися ножами и измельчается в пространстве между неподвижными и подвижными ножами путем резки. Мелкий продукт выходит из агрегата через мелкую сетку, крупные же куски материала будут оставаться в мельнице и кромсаться ее ножами до тех пор, пока они не достигнут достаточной для прохождения через отверстия сетки степени измельчения.

Сравнение и выбор дробильно-размольных машин

Выбор дробилок зависит от двух основных аспектов: вида измельчения и физико-механических свойств обрабатываемого материала.

Для крупного дробления наиболее удобны щековые дробилки. Конусные дробилки также применяются для крупного дробления, но вследствие их сложной конструкции и большого веса такие устройства целесообразно применять на крупных производствах, т.к. одна конусная дробилка способна заменить две и более щековые машины.

Грибовидные дробилки значительно превосходят по производительности валковые дробилки, однако последние отличаются компактностью, простотой и надежностью, вследствие чего они применяются чаще. Для работ с хрупкими материалами лучше всего подходят зубчатые валковые дробилки.

Дезинтеграторы являются оптимальным решением для измельчения влажных материалов небольшой твердости.

Шаровые мельницы используются для тонкого измельчения. Ролико-кольцевые применяются для работы с материалами небольшой твердости.

Вибрационные мельницы производят высокодисперсный измельченный продукт, при условии предварительного измельчения материала в дробилках других типов до 2 мм.

Струйно-вибрационные мельницы распространены мало, но наиболее оптимальны для работы с такими материалами как каменный уголь, сухие красители, двуокись титана и т.п.

В.Я. БОРЩЁВ

ОБОРУДОВАНИЕ, ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ:

ДРОБИЛКИ И МЕЛЬНИЦЫ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ

В.Я. БОРЩЁВ

В. Я. Борщев Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы:

учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004. 75с.

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор С. Н. Сазонов Доктор технических наук, профессор Е. Н. Малыгин

В учебном пособии, составленном в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта 2000 г., изложены основы теории процесса измельчения. Описаны схемы устройства и наиболее распространенные конструкции дробилок мельниц, применяемых для измельчения материалов в химических производствах. Приведены методики и примеры расчета дробилок и мельниц.

Учебное пособие подготовлено на кафедре «Машины и аппараты химических производств» для студентов специальности 170500 «Машины и аппараты химических производств» и магистров по направлению 551800 «Технологические машины и оборудование», и может быть полезно студентам и специалистам в инженерной практике химической и других отраслей промышленности.

В.Я. БОРЩЁВ

ВВЕДЕНИЕ

Процессы измельчения материалов широко применяются в химической промышленности. Темпы развития химической и других смежных отраслей промышленности требуют совершенствования конструкций оборудования для измельчения, повышения его надежности и работоспособности. Кроме того, остро стоит проблема снижения себестоимости продукции, повышения ее качества и увеличения рентабельности производства. Данная проблема может быть решена путем широкого внедрения новой техники и повышения эффективности использования действующего оборудования.

Необходимая интенсификация процесса измельчения может быть достигнута только на основе глубоких знаний как принципа действия и конструкции соответствующего оборудования, так и особенностей его эксплуатации.

Целью настоящего учебного пособия является ознакомление с основными конструкциями оборудования для измельчения материалов, теоретическими основами процесса измельчения, а также методиками расчета дробилок и мельниц. Пособие предназначено для студентов специальности 170500, изучающих дисциплины «Машины и аппараты химических производств», «Биотехника», а также может быть полезным при курсовом и дипломном проектировании.

В.Я. БОРЩЁВ

Настоящее пособие соответствует требованиям, изложенным в государственном образовательном стандарте, к уровню подготовки студентов по специальности 170500.

При изучении машин для измельчения материалов следует уяснить необходимость применения в химической промышленности большого разнообразия типов и размеров дробильно-размольных машин, реализующих различные способы измельчения материалов. Необходимо научиться решать задачу выбора способа измельчения твердых материалов и типа дробильно-размольного оборудования, а также уметь обосновывать применение соответствующих конструкций. При выборе способа и типа машин для измельчения материалов студенты должны руководствоваться нормативными материалами. Выбор рациональной конструкции машины для измельчения материалов базируется на анализе свойств материала как объекта измельчения с учетом размеров измельченного материала и различных требований к крупности готового продукта. К основным физико-механическим свойствам исходного материала относятся прочность, хрупкость, абразивность. Необходимо обратить внимание на основные свойства и назначение дробилок и мельниц; кроме того, следует усвоить специфические особенности различных схем организации процесса измельчения, а также многостадийного измельчения; объяснить целесообразность применения предварительной и промежуточной сортировки материалов при их измельчении.

В связи с большой энергоемкостью процесса измельчения следует внимательно изучить основные энергетические гипотезы дробления. При этом необходимо обратить особое внимание на непроизводительные затраты значительной части энергии вследствие несовершенства дробильных машин и приводных систем. Именно по этой причине мощность двигателя дробилок обычно назначают на основе практических данных.

При изучении конструкций дробильно-размольного оборудования необходимо акцентировать внимание на достоинствах и недостатках дробилок и мельниц и областях их применения. Студенты должны знать и уметь объяснить принцип действия щековых, конусных и вал-

В.Я. БОРЩЁВ

ковых дробилок и дробилок ударного действия (молотковые и роторные дробилки, дисмембраторы и дезинтеграторы). Необходимо научиться формулировать условия, соответствующие критическому числу качаний подвижной щеки щековой дробилки и критической частоте вращения дробящей головки в конусной дробилке, проводить сравнительный анализ щековых дробилок, различающихся по кинематическому и конструктивному решению (например, дробилок с верхним и нижним подвесом подвижной щеки).

При знакомстве с конструкциями валковых дробилок необходимо учитывать, что их применяют для среднего и мелкого дробления материалов высокой и средней прочности, а также для измельчения пластичных и хрупких материалов. Следует выяснить условие определения частоты вращения валков. Необходимо рассмотреть особенности измельчения вязких и влажных материалов в валковых дробилках.

При изучении процесса измельчения материалов в дробилках ударного действия следует обратить внимание на особенности механизма разрушения частиц, позволяющего получать высокую степень измельчения и уменьшить число стадий дробления.

В крупнотоннажных производствах широко распространены барабанные мельницы. При изучении принципа действия мельниц следует выяснить влияние режима движения мелющих тел в барабане на эффективность помола. Необходимо научиться правильно выбирать форму мелющих тел, их вес и размеры. Уметь объяснить физический смысл критического числа оборотов барабана шаровой мельницы. Необходимо рассмотреть особенности мокрого помола, его преимущества и область предпочтительного применения. Требуется изучить приемы, используемые при интенсификации процесса измельчения в мельнице.

Значительное внимание следует уделить изучению машин для тонкого измельчения. Необходимо познакомиться с конструкциями, принципом действия, достоинствами и недостатками вибрационных и струйных мельниц.

Особое внимание следует уделить рассмотрению методик технологического расчета дробилок и мельниц. При этом необходимо учитывать, что, по причине аналогичных условий захвата и дробления

В.Я. БОРЩЁВ

материала в щековых и конусных дробилках, их расчеты базируются на одинаковых исходных данных и осуществляются с использованием подобных расчетных зависимостей.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

1.1 ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Измельчением называют процесс разрушения кусков твердого материала при критических внутренних напряжениях, создаваемых в результате какого-либо нагружения и превышающих соответствующий предел прочности. Напряжения в материале могут создаваться механическим нагружением, температурными воздействиями, ультразвуковыми колебаниями и др. Наибольшее применение в современном производстве имеют механические способы измельчения.

Измельчение делят на дробление и помол, а машины, применяемые для этих целей, называются дробилками и мельницами. В зависимости от размеров частиц продукта различают следующие виды измельчения: дробление крупное (d к = 100…350 мм), среднее (d к =

40…100 мм), мелкое (d к = 5…40 мм), помол грубый (d к = 0,1…5 мм),

0,1 мм), тонкий (d к = 0,001…0,05 мм), сверхтонкий (d к < 0,001 мм).

Основной характеристикой процесса измельчения является степень измельчения, которая определяется соотношением средневзвешенных размеров частиц материала до и после измельчения:

i = dн / dк .

Степень измельчения отражает технологию и определяет параметры измельчителей.

В.Я. БОРЩЁВ

С целью обеспечения эффективности измельчение материала от исходной до конечной крупности осуществляется, как правило, в несколько приемов, с последовательным переходом от крупного дробления к более мелкому и к помолу с постадийным разделением материала по классам. Следовательно, процесс измельчения целесообразно осуществлять последовательно на нескольких измельчителях. Каждый отдельный измельчитель выполняет часть общего процесса, называемую стадией измельчения .

Число стадий измельчения определяется требуемой степенью измельчения. Например, если в исходном твердом материале содержатся куски размером до 1200 мм, а готовый продукт должен содержать частицы с максимальным размером до 40 мм, то общая степень измельчения i o = 1200 / 40 = 30 .

Степень измельчения, достигаемая на одной машине, для большинства видов дробильного оборудования не превышает 3…7. Поэтому для обеспечения i = 30 необходимо применить несколько стадий дробления, например: i 1 = 3, i 2 = 3, i 3 = 4 . Тогда i o = i 1 i 2 i 3 = 3 3 4 = 36, т.е. требуется минимум три стадии измельчения.

В то же время следует отметить, что увеличение стадий дробления приводит к повышению капитальных затрат на строительство заводов, переизмельчению материала и к удорожанию эксплуатации завода. Поэтому выбор схемы измельчения следует осуществлять из условия обеспечения минимального числа стадий дробления. Однако, в ряде случаев только применение многостадийных схем (четырех- и пятистадийных) обеспечивает получение готового продукта в необходимом объеме и высокого качества.

Энергозатраты, нагрузки на элементы измельчителей и качество продукта зависят от прочности, хрупкости, твердости, упругости, абразивности и плотности твердых материалов.

Прочность – свойство твердого материала сопротивляться разрушению при возникновении внутренних напряжений, появляющихся в результате какого-либо нагружения. Обычно прочность твердых материалов оценивается пределом прочности при сжатии σ c . По вели-

чине σ c измельчаемые материалы делят на мягкие (σ c < 80 МПа), средней прочности (σ c = 80...150 МПа), прочные (σ c = 150...250 МПа) и очень прочные (σ c > 250 МПа) .

В.Я. БОРЩЁВ

При других видах деформаций прочность твердых материалов существенно ниже. Например, предел прочности известняка, гранита составляет при растяжении 2…5 %, при изгибе 8…10 % и при сдвиге 10…15 % предела прочности при сжатии.

Хрупкость – свойство твердого материала разрушаться без заметных пластических деформаций. Она определяется на специальном копре числом ударов мерного груза. По числу ударов, выдерживаемых образцами, твердые материалы делят на очень хрупкие (до 2), хрупкие (2…5), вязкие (5…10), очень вязкие (более 10).

Абразивность – способность перерабатываемого материала изнашивать рабочие органы машины. Ее оценивают в граммах износа эталонных бил, отнесенных к одной тонне измельченного материала.

1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В зависимости от назначения и принципа действия в машинах для измельчения могут использоваться различные виды нагрузок: раздавливание (сжатие куска), излом (изгиб), раскалывание (эквивалентно растяжению), истирание и удар (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Способы механического разрушения материалов, реализуемые

в дробилках и мельницах:

---- – преобладающие; - - - - - – сопутствующие

В.Я. БОРЩЁВ

Как правило, перечисленные виды силовых нагрузок в процессе измельчения действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин вызвана многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов и различными требованиями к крупности исходного материала и готового продукта. Однако при работе измельчителей в зависимости от их конструкций преобладает тот или иной способ измельчения.

Имеются практические рекомендации по использованию соответствующих видов нагрузок в зависимости от типа измельчаемого материала. Так, дробление прочных и хрупких материалов целесообразно осуществлять раздавливанием и изломом, а прочных и вязких – раздавливанием и истиранием. Крупное дробление мягких и хрупких материалов предпочтительно выполнять раскалыванием, среднее и мелкое – ударом. В промышленности дробление материалов проводят, как правило, сухим способом. Реже применяют мокрое дробление, когда в загрузочные устройства машин разбрызгивают воду для уменьшения пылеобразования.

Помол твердых материалов осуществляют ударом и истиранием. Также как и дробление, помол может быть сухим и мокрым. По сравнению с сухим, мокрый помол экологически более совершенен и более производителен. Однако мокрый помол может применяться только тогда, когда допускается контакт измельчаемого материала с водой.

По способу воздействия на измельчаемый материал различают дробилки, разрушающие материал сжатием (щековые, конусные и валковые дробилки) и ударом (роторные и молотковые дробилки).

В щековых дробилках измельчение материала происходит, в основном, раздавливанием в камере между щеками при периодическом их сближении. При отходе подвижной щеки от неподвижной измельченный материал выпадает из дробилки. Одновременно при сжатии кусков имеет место их относительное перемещение, вследствие чего куски истираются. При рифленых рабочих поверхностях щек измельчение кусков материала может сопровождаться также раскалыванием

и изломом.

В конусных дробилках разрушение материала происходит раздавливанием, изломом и истиранием при обкатывании подвижного кону-

В.Я. БОРЩЁВ

са внутри неподвижного. При этом происходит периодическое сближение и отход от рабочих поверхностей конусов, в принципе, как в щековых дробилках.

В валковых дробилках материал измельчается в сужающемся пространстве между вращающимися навстречу друг другу валками путем раздавливания. При использовании рифленых и зубчатых валков материал измельчается также раскалыванием и изломом.

В роторных и молотковых дробилках ударного действия измельчение материала происходит за счет удара по кускам вращающихся бил или молотков, а также соударения отброшенных кусков с отражательными элементами машин.

В шаровых барабанных мельницах материал измельчается во вращающемся барабане путем удара мелющих тел, падающих с некоторой высоты. Кроме того, при относительном движении мелющих тел и частиц материала происходит истирание последних.

В вибрационных мельницах измельчение материала осуществляется в барабане, заполненном мелющими телами, ударом и истиранием при высокочастотных колебаниях корпуса.

В струйных мельницах измельчение материала происходит истиранием при соударении частиц между собой и со стенками рабочей камеры при хаотическом движении частиц в газовом потоке высокой турбулентности.

Машины для измельчения делят на дробилки и мельницы.

По конструктивным признакам различают дробилки: щековые, валковые, конусные, ударного действия (роторные и молотковые). Пальцевые измельчители и бегуны занимают промежуточное положение между дробилками и мельницами, так как их можно применять как для мелкого дробления, так и для крупного помола.

Мельницы делят на барабанные (тихоходные), роликовые, маятниковые, кольцевые и другие (среднеходные), молотковые, вертикальные, шахтные (ударные), вибрационные и струйные.

1.3 ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Основной вопрос теорий измельчения состоит в установлении связи между затратами энергии и размерами конечных и начальных кусков материала, их формой, взаимным расположением, физикомеханическими свойствами и т.п. В связи с многочисленностью влияющих факторов существующие теории измельчения характери-

Бывалые домохозяйки знают, насколько полезной в домашних условиях может оказаться прибор для помола муки. Бытовая мельница для зерна дает возможность быстро восполнять продуктовые запасы, идеально подходит для дробления всевозможных круп, сушеных ингредиентов блюд, измельчения специй.

Ручная мельница для зерна

Сегодня на выбор потребителю представлены ручные и электрические приборы. Первые крайне удобны в транспортировке. Например, незаменимой ручная мельница для зерна может стать на даче, во время отдыха, в любом месте, где ограничен доступ к электросети.

Если хозяева нуждаются в регулярном пополнении запасов муки, стоит рассматривать такой вариант, как габаритная, стационарная бытовая мельница. Эксплуатировать подобные устройства чрезвычайно просто. Единственное, что следует иметь ввиду - это размеры жерновов. Чем больше последние, тем легче вращать ручку приспособления в процессе помола.

Электрическая мельница

Если присутствует необходимость в помоле внушительных объемов зерновых, в бытовых условиях удобнее использовать электрическое устройство. Большинство приспособлений данной категории обладают системами регулировки скорости вращения жерновов и дают возможность определять грубость помола.

В целом же, электрические мельницы для зерна имеют одно очевидное преимущество перед устройствами ручного типа - отсутствие необходимости в затрате собственных сил. К тому же эксплуатация таких приборов дает значительную экономию времени.

Материал изготовления жерновов

Домашняя может обладать жерновами, выполненными из гранита, корундовой керамики либо базальтовой породы. Особым спросом среди домохозяек пользуются устройства с гранитными вращающимися элементами. Наличие последних делает агрегаты экологически безопасными. В то же время натуральный гранит выступает прочнейшей, крайне твердой породой, что обеспечивает продолжительную службу жерновов.

Корпус

Мельницы для зерна бюджетной категории производятся из пластика и металла. Пластмассовые модели, ввиду низкой устойчивости материала к механическим воздействиям, отличаются не слишком высокой надежностью. Несмотря на устойчивость к повреждениям, металл нельзя назвать экологически безопасным решением.

Идеальным вариантом выступает домашняя мельница для зерна с деревянным корпусом. Древесина, что применяется при изготовлении устройств данной категории, обрабатывается натуральными маслами и воском. Применение таких пропиток обеспечивает материалу защиту от внешних воздействий. При этом за деревянной мельницей для помола зерна не требуется абсолютно никакого ухода.

Производительность

Отдельные бытовые мельницы для зерна обладают различной производительностью, что выражается в способности к переработке определенного количества крупы в течение минуты. Показатель напрямую зависит о мощности установленного мотора (электрические устройства). В случае с ручными мельницами на производительность влияет характер зерновых, которые поддаются помолу, а также материал изготовления жерновов.

Для удовлетворения потребностей небольшой семьи в свежей муке подходят мельницы, способные перерабатывать порядка 125 г зерновых в минуту. Если приспособление планируется эксплуатировать в небольшой пекарне, в таком случае внимания заслуживают устройства с производительностью от 220 г/мин.

Величина помола

Мелкость измельчения крупы для приготовления муки определяется общепринятым промышленным стандартом DIN 10 765, согласно которому порядка 80% помола должно просеиваться сквозь сито. Некоторые бытовые мельницы превосходят указанное требование, перетирая зерно гораздо мельче.

Цена вопроса

Во сколько может обойтись бытовая мельница для зерна? Самые дешевые - устройства, корпус которых выполнен из шпона или пластика. Приспособления, изготовленные из экологически чистого, цельного массива липы, бука или сосны стоят порядка 200 у. е.

Сегодня на рынке также присутствуют комбинированные мельницы для помола зерна со встроенными плющилками зерновых, которые становятся незаменимыми при необходимости самостоятельного приготовления мюслей. Цена подобных моделей стартует от 500 у. е.

Наиболее ценятся домашние мельницы для измельчения зерновых с каменными жерновами. Последние обладают низкой способностью к истиранию, не нуждаются в тщательном уходе и обслуживании и поэтому считаются практически вечными.

Мельница для зерна своими руками

Отличной идеей для изготовления самодельного устройства для переработки зерновых выступает применение в качестве основы старой стиральной машины. Такой агрегат способен функционировать по принципу кофемолки, перемалывая крупу в значительных объемах.

Что требуется для того, чтобы была изготовлена мельница для Для этого не нужно особых знаний в области либо умений, касающихся проведения сварочных работ. Помимо старой стиральной машины с вертикальной загрузкой, придется отыскать следующее:

• дополнительный электрический двигатель;
• несколько стальных пластин незначительной толщины (требуются для изготовления ножей);
• крепеж в виде болтов и гаек;
• жестяные банки;
• молоток, дрель с набором сверл, ключи.

Каждая стиральная машина обладает отдельным пусковым механизмом, отличается различными габаритами барабана. Поэтому для изготовления зернодробилки важно понять основной принцип работы такого самодельного устройства.

Ход работ

Степень измельчения зерновых будет зависеть от размеров ячеек сита, а производительность - от мощности мотора и остроты вращающихся ножей.

Режущие элементы в виде стальных пластин прочно привинчиваются к центральной втулке стиральной машины, что соединена с валом электрического двигателя. Чтобы защитить движок от мусора, мелких семян и загрязнений, поверх режущих ножей устанавливается жестяная банка.

Валы базового и дополнительного двигателя, установленного в верхней части корпуса, должны вращаться в противоположных направлениях. Располагать их рекомендуется под углом примерно в 25 о по отношению друг к другу. Только в таком случае можно рассчитывать на максимальный выход раздробленных зерновых.

Чтобы получить возможность для регулировки подачи сырья, в корпусе стиральной машины достаточно проделать отверстие, оборудовав его заслонкой, что будет отодвигаться вручную. Для предотвращения разбрасывания готового продукта на выходе, в конструкции необходимо предусмотреть специальный рукав. Выполнить его можно в виде пластикового, металлического либо резинового желоба.

Помимо экономии средств на покупку, самодельная мельница для помола даст и другие преимущества. Поскольку основными функциональными элементами устройства выступают электродвигатели, обслуживание агрегата нуждается лишь в периодической проверке их работоспособности.

Собственноручно изготовленные мельницы для зерна легко переделать в зависимости от изменяющихся нужд. Например, приспособить такие устройства можно под дробление овощей и фруктов, перемалывание картофеля.

Применение – Мельница для измельчения древесной муки:
Наша мельница используется в основном для сверхтонкого помола из волокнистого материала, опилок и т.д. Мельница также может быть использована для измельчения нерудных материалов, кормов, сельскохозяйственной продукции, химической продукции и т.д. (Примечание: твердость по Моосу этих материалов, должна быть ниже 6).

Особенности - Мельница для измельчения древесной муки:
1.Энергосбережение: наши мельницы могут сэкономить до 30%-40% энергии по сравнению с традиционными мельницами.
2. Сверхтонкий помол: качество готовой продукции может быть размером 600, мельница оборудована с высокой точностью классификатора.
3. Регулируемый размер материала.
4. Срок службы: износостойкие материалы принимаются для изготовления изнашивающихся частей.
5. Удобная конструкция позволяет удобное обслуживание.

Рабочий принцип - Мельница для измельчения древесной муки LHK:
После подачи материалов в фрезерную камеру, происходит дробление поперечной силы и силы экструзии, между шлифовальными роликами и кольцами. Классификатор распределяет порошок по размеру.

Технические параметры – Мельница для измельчения древесной муки:

Производительный процесс - Мельница для измельчения древесной муки:

Процесс производства I