Лекция 17. Измельчение и аппараты для измельчения

Скорость химических и диффузионных процессов, протекающих с уча­стием твердой фазы, повышается при увеличении ее поверхности. Увели­чить поверхность обрабатываемого твердого материала можно, уменьшая размеры его кусков, т. е. путем из­мельчения.

Процессы измельчения условно подразделяют на дробление (крупное, среднее и мелкое) и из­мельчение (тонкое и сверхтон­кое). Измельчение материалов осу­ществляют путем раздавливания, раскалывания, истирания и удара (рис.7.6). В большинстве слу­чаев эти виды воздействия на мате­риал используют комбинированно; при этом обычно основное значение имеет один из них, что обусловлено конструкцией машины, применяемой для измельчения.

В зависимости от физико-механических свойств и размеров кусков (крупности) измельчаемого материала выбирают тот или иной вид воздей­ствия. Так, дробление твердых и

	Рис. 7.6. Способы измельчения материалов: а – раздавливание; б – раскалывание; в – истирание; г - удар

хрупких материалов производят раздав­ливанием, раскалыванием и ударом, твердых и вязких - раздавлива­нием и истиранием.

Дробление материалов обычно осуществляется сухим способом без применения воды, тонкое измельчение часто проводят мокрым способом (с использованием воды). При мокром измельчении пылеобразования не наблюдается и облегчается транспортирование измельченных продуктов.

Результат измельчения характеризуется степенью измельче­ния, равной отношению среднего характерного размера D куска мате­риала до измельчения к среднему характерному размеру d куска после измельчения.

Характерным линейным размером куска шарообразной формы являет­ся диаметр, куска кубической формы — длина ребра.

Способы дробления крупнокусковых материалов и размеры дробильного оборудо­вания зависят от размеров самых крупных кусков исходного и дробленого материала. Поэтому степень дробления часто определяется отношением характерного размера наиболее крупных кусков до измельчения к характерному размеру наиболее крупных кусков после измельчения.

В промышленности в большинстве случаев требуются высокие степе­ни измельчения. Часто размеры кусков исходного материала достигают 1500 мм, тогда как в технологических процессах иногда используется ма­териал, размеры частиц которого составляют доли микрона. Такие сте­пени измельчения достигаются при измельчении в несколько стадий, по­скольку за один прием (на одной машине) не удается получить продукт заданной конечной крупности.

По своему назначению измельчающие машины условно делятся на дробилки крупного, среднего и мелкого дробления и мельни­цы тонкого и сверхтонкого измельчения.

По основному способу механического воздействия на материал измельчающие машины можно разделить на следующие основные группы: раскалывающего действия, раздавливающего действия, истирающе-раздавливающего действия, ударного действия, ударно-истирающего действия, коллоидные измельчители. Рассмотрим некоторые из них.

Валковые дробилки (рис.7.7). Исходный материал поступает в валковую дробилку, затягивается парой вращающихся навстречу друг другу гладких цилиндрических валков 1, 2 в зазор между ними и дробится в основном путем раздавливания. Валки размещены на подшипниках в корпусе 3, причем валок 1 вращается в неподвижно установленных подшипниках, а валок 2 - в скользящих подшипниках, которые удерживаются в

Рис. 7.7. Схема валковой дробилки: 1 – валок с неподвижными подшипниками; 2 - валок с подвижными подшипниками; 3 – корпус дробилки; 4 – пружина.

.

заданном положе­нии (в зависимости от требуемой ши­рины зазора) с помощью пружины 4. При попадании в дробилку посторон­него предмета чрезмерной твердости подвижный валок отходит от непод­вижного и предмет выпадает из дробилки (при этом устраняется возмож­ность ее поломки).

В промышленности используются валковые дробилки, отличающиеся по числу валков (одно-, двух- и четырехвалковые), форме и скорости вращения валков, виду привода. Валковые дробилки компактны и надежны в работе; вследствие одно­кратного сжатия материал не переизмельчается и содержит мало мелочи.

В барабанных и кольцевых мельницах, широко применяемых для тон­кого измельчения (рис.7.8), материал с кусками размером 10 - 2 мм измельчается до размера наибольших его частиц 2 - 0,075 мм под одновременным дей­ствием раздавливающих, ударных и истирающих усилий.

Барабанные мельницы - это машины, в которых материал измель­чается внутри вращающегося корпуса (барабана) под воздействием мелю­щих тел или самоизмельчением. Мелющими телами служат металлические шары или стержни, окатанная галька. В зависимости от вида этих тел различают шаровые, стержневые, галечные мельницы, и мельницы само­измельчения. При вращении барабана мелющие тела увлекаются под дей­ствием центробежной силы и силы трения вместе с поверхностью стенок на определенную высоту, а затем свободно падают и измельчают материал ударом,

раздавливанием и истиранием.

	Рис.7.8. Схема барабанной мельницы: 1- барабан; 2,3 – крышки; 4 – подшипник; 5 – зубчатый венец; 6 - плиты; 7 – загрузочная цапфа; 8 – разгрузочная цапфа; 9 – диафрагма; 10 – лифтеры; 11 – шары. валковой дробилки

Измельчение проводится как мокрым (широко применяющимся в барабанных мельницах), так и сухим способом.

Благодаря этому удары мелющих тел (меньше смягчаются пульпой и эффективность измельчения повышается. Недостатками таких мельниц являются: уменьшение рабочего объема I и увеличение веса машины (за счет диафрагмы и лифтеров), возможность (забивания отверстий решетки изношенными мелющими телами.

Шаровые мельницы. В шаровой кольцевой мельнице (рис.7.9) материал измельчается между шарами 1 и вращающимся кольцом 2, к рабочей дорожке которого шары прижимаются при помощи кольца 3 нажатием пружин 4.

Мельницы для сверхтонкого измельчения. Вибрационная мельница, принципиальная схема которой приведена на рис.7.10, представляет собой цилиндри­ческий или корытообразный корпус 1, примерно на 80% своего объема загруженный шарами (иногда стержнями) 2. Корпус приводится в коле­бательное движение валом 3, снабженным дисбалансом (в мельницах инерционного типа) или эксцентриковым валом вибрационных мельницах.

При вращении неуравновешенной массы вала (вибратора) 3 со ско­ростью от 1000 до 3000 мин^-1 корпус 1 с загруженными в него шарами и измельчаемым материалом совершает качательное движение по эллип­тической траектории в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. Ме­лющие тела при этом вращаются вокруг собственных осей, а все содержи­мое корпуса приводится в планетарное движение в сторону, обратную направлению вращения вибратора. Материал интенсивно измельчается под действием частых соударений мелющих тел и истиранием. Корпус устанавливается на пружинящие опоры (рессоры или цилиндрические пружины) 4 и деревянные подкладки, предотвращающие передачу вибра­ций основанию мельницы.

Вибрационные мельницы используют для сухого и мокрого измельче­ния периодическим и непрерывным способами. Применение вибрационных мельниц наиболее эффективно для сверхтонкого измельчения материалов небольшой твердости с размерами зерен от 1—2 мм до 60 мк и менее. Виб­рационные мельницы можно использовать и для тонкого измельчения, но при этом их эффективность не превышает эффективности обычных шаро­вых мельниц.

	Рис. Схема вибрационной мельницы инерционного типа: 1 - корпус; 2 – мелющие тела; 3 – дебалансгый вал; 4 – пружинящая опора.

Измельчение в вибрационных мельницах имеет ряд существенных до­стоинств. Вследствие интенсивного ударно-истирающего воздействия на материал весьма быстро достигается высокая дисперсность продукта из­мельчения. Частицы материала в мельнице вибрируют во взвешенном состоянии, не слипаются и не спрессовываются. Этим обеспечивается большая однородность размеров частиц измельченного материала.

Относительно низкая производительность (корпус примерно на 80% заполнен мелющими телами), быстрый износ мелющих тел, тяжелые усло­вия работы (вибрация) подшипников невыгодно отличают вибрационные мельницы от мельниц других типов для сверхтонкого измельчения.