ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение частиц но размерам из "Физика измельчения" По той же причине зффективность применения многих поверхностно-активных веществ для интенсификации процесса измельчения определяется принципом действия и особенностями конструкции машины. В связи с этим представляется уместным краткое описание и систематизация основных приемов тонкого измельчения, применяемых в промышленности и лабораторной практике. [c.8] Обзор не претендует на полноту и касается лишь тех разделов этой обширной темы, которые необходимы для понимания рассмотренных далее приложений концепций физико-химической механики к диспергированию твердых тел. [c.8] При конструировании мельниц учитываются дисперсность, которую необходимо получить, размеры исходного материала, его механические свойства (твердость, пластичность, прочность), температурные характеристики, реакционная способность и ее изменение при измельчении, а также возможная степень загрязнения материала продуктами износа мельницы и мелющих тел, допустимая степень его окисления при взаимодействии с воздухом, взрывоопасность и ряд других показателей. Непременным условием промышленного процесса измельчения должна быть его экономичность, разумная длительность, простота устройства машины и надежность ее работы. Все много- образие требований, предъявляемых практикой к порошкам и суспензиям и к способам их получения, привело к созданию самых разнообразных типов машин для измельчения. По мере развития техники в связи с появлением новых конструкционных материалов и изменением требований к измельченным порошкам и расширением их ассортимента машины для измельчения становятся более совершенными число их типов, отличающихся размерами, производительностью и другими параметрами, все многочисленнее. Это вызвало необходимость некоторой их систематизации, связанной как с нуждами конструирования, так и предназначенной для облегчения их выбора для каждого конкретного случая промышленного использования или лабораторных нужд. Различные варианты систематизации измельчителей приведены в ряде монографий [3—101. Несмотря на значительные расхождения в деталях, можно наметить общие принципы систематизации и выявить несколько вполне определенных классов измельчителей и линий их развития. [c.9] Подавляющую часть порошков измельчают в машинах, в которых реализуется обычное механическое разрушение. Их сравнительно простое конструктивное оформление сочетается с надежностью и экономичностью. Из машин, использующих другие принципы, электрогидравличе-ский измельчитель пригоден для разрушения крупных кусков, а кавитационный и ультразвуковой, в силу сравнительно малой мощности генерируемых колебаний и малых длин упругих волн, — лишь для- разрушения мягких материалов и агрегатов уже измельченных частиц. [c.10] Мельницы различаются также назначением одни из них приспособлены для грубого измельчения, которое принято называть дроблением, другие — для тонкого измельчения — диспергирования. Резкой разницы между дроблением и диспергированием не существует. Имеется большая группа машин, на которых можно получать материал средней тонкости. Диапазон дисперсности, достижимый в каждой машине, обычно бывает велик, однако каждой из них в силу особенностей устройства свойственна некоторая дисперсность материала, при которой помол наиболее эффективен и экономичен. [c.10] Как в промышленности, так и в лабораторной практике Ъ чаще всего применяются четыре типа мельниц вращаю- 1 щиеся шаровые, вибрационные, ударные и струйные. Эффективность их работы, экономичность и область дисперсности, д которой они дают лучшие показатели, зависят от таких факторов, как материалы стенок и мелющих тел, размеры и количество шаров, в случае струйной— скорость и запыленность газа, в случае вибрационной — частота и амплитуда колебаний и т. д. Многое определяет сопряженный с мельницей агрегат загрузки и удаления измельченного материала. [c.11] Вращающиеся шаровые и стержневые мельницы состоят из пустотелого барабана, имеющего торцевые крышки, с полыми цапфами, которые установлены в подшипниках. Помольная камера заполнена мелющими телами (шары, стержни, цильпебс, кремневая галька) и измельчаемым материалом. При вращении помольной камеры мелющие тела увлекаются посредством сил трения и центробежного эффекта стенками, поднимаются на некоторую высоту и падают вниз, измельчая частицы в зоне соприкосновения шаров (или других мелющих тел). Перемещение измельчаемого материала по мельнице осуществляется за счет естественного напора при непрерывной его подаче. При мокром помоле материал увлекается жидкостью. В случае сухого помола через мельницу может продуваться поток воздуха, выносящий более легкие измельченные частицы. Подача горячего воздуха позволяет совместить помол с сушкой. [c.12] В расчетах обычно рассматривается шар, увлекаемый силами трения во вращение барабаном мельницы. При движении шара по круговой траектории в некоторой ее точке проекция силы тяжести шара на радиус его вращения вокруг оси мельницы становится равной центробежной силе. Поскольку тангенциальная сила погашается реакцией опоры и сопротивлением последующего ряда шаров того же слоя, шар получает возможность двигаться по круговой траектории под действием собственного веса как тело, брошенное под некоторым углом к горизонту. [c.12] На пара болическом участке траектории при свободном падении шар обгоняет корпус мельницы. Вследствие этого число ударов шара за единицу времени о нижнюю часть барабана превышает число его оборотов. [c.12] Работа, затрачиваемая на подъем шара, равная его кинетической энергии в точке падения, и определяет основные технические характеристики бйрабанной мельницы. Очевидно, что при надлежащем выборе скорости вращения, обеспечивающей необходимый подъем шаров, их кинетическая энергия растет с увеличением диаметра барабана. Однако расчет энергии шара в момент падения осложняется совокупным движением других шаров и измельчаемого материала и может быть выполнен только при допущении ряда упрощающих приближений. [c.12] Для мельниц различных размеров при постоянных степени заполнения шарами, скорости вращения и форме футеровки коэффициенты к , к , к и к можно заменить одним общим коэффициентом К. [c.13] Из формул (1. 1)—(1. 3) следует, что производительность вращающихся мельниц пропорциональна их геометрическим размерам, а удельная (на единицу объема) производительность — корню квадратному из диаметра помольной камеры. Высокопроизводительные вращающиеся мельницы имеют диаметры размером до 4—5 м и длины до 24—30 м. [c.13] Малая энергонапряженность вращающихся мельниц побудила к созданию машин, в которых мелющие тела движутся с ускорениями, значительно превышающими ускорение силы тяжести. Из машин такого рода наибольшее признание и распространение получили вибрационные мельницы. [c.14] Принцип действия вибрационных мельниц основан на приведении массы шаров и измельчаемого материала в круговое колебательное движение посредством вибратора, сопряженного с электромотором. Частицы материала разрушаются, попадая в пространство между шарами. Активные для разрушения зоны вокруг каж ого шара могут быть рассчитаны аналогично тому, как это было сделано для шаровой вращающейся мельницы. [c.14] Экспериментальные данные показывают, что эффективность измельчения в вибрационной мельнице определяется, кроме свойств материала, частотой и амплитудой колебаний, твердостью и размерами шаров, степенью заполнения ими объема мельницы, формой и объемом помольной камеры, степенью заполнения ее измельчаемым материалом, условиями его поступления и скоростью удаления измельченного продукта. Установлено, что эффективность измельчения пропорциональна частоте и квадрату или кубу амплитуды колебаний. Она оптимальна, когда шары заполняют около трех четвертей объема помольной камеры. Скорость измельчения растет с повышением плотности и твердости материала, из которого изготовлены шары, а наиболее выгодные их размеры определяются размерами частиц исходного и измельченного продукта и его дисперсностью. С уменьшением размеров частиц исходного продукта и увеличением требований к его дисперсности необходимо уменьшать размеры шаров. В связи с этим обычно применяют шары двух или трех диаметров, взятых в соотношении один к пяти как по размерам, так и по количеству. Степень заполнения оптимальна, когда объем измельчаемого материала составляет около одной-двух десятых долей объема камеры. [c.14] Недостатком мельниц, заполненных мелющими телами является большой удельный расход металла на конструкцию и износ (соответственно — загрязнение дисперсных порошков продуктами износа мелющих тел и корпуса). В связи с этим были созданы машины, в которых разрушение осуществляется высокоскоростньш ударом. К мельницам этого типа относятся различные конструкции струйных мельниц и дезинтеграторы. [c.15] В настоящее время известно большое количество различных типов струйных мельниц, отличающихся как по типу энергоносителя — воздухоструйные, пароструйные и газоструйные (продукты сгорания топлива), так и по давлению газа-энергоносителя перед мельницей — высоконапорные, с давлением перед соплом от 2 до 15 ати низконапорные — от 0,2—0,3 до 2 ати вентиляторные — до 0,2—0,3 ати. Наиболее распространенным типом являются двуструйные противоточные мельницы, применяющиеся либо с вынесенным классификатором, либо с совмещенной помольно-классификационной схемой. Газоструйные и, частично, пароструйные мельницы могут быть использованц для совмещенного помола и сушки. Газоструйные мельницы при повышении температуры энергоносителя могут быть использованы для совмещенного помола и обжига, т. е. для механотермической обработки. [c.16] Экспериментальные исследования, проведенные на воздухоструйных и пароструйных противоточных мельницах производительностью 300—500 кг час, показали влияние на рабочий процесс длины и диаметра разгонных трубок, а также расстояния между их срезами. Было установлено, что зависимость производительности и энергозатрат от геометрических факторов носит явно выраженный экстремальный характер. [c.17] Простота устройства, отсутствие движущихся частей и сложных подшипников обусловливают преимущества струйных мельниц по сравнению с шаровыми. Конструктивная возможность выполнить небольшие участки, подвергающиеся интенсивному локальному воздействию, из высокопрочной абразивостойкой керамики или твердых сплавов определяют малые величины загрязнения готового материала продуктами износа. Отсутствие существенных механических напряжений в конструкциях помоль--ной камеры делает эти машины весьма долговечными. [c.17] Недостатком струйных мельниц являются значительно большие по сравнению с шаровыми энергозатраты при тонком измельчении и необходимость очистки отработанного газа в фильтрах. Неизбежен также унос наиболее высокодисперсной фракции материала с отработанным газом. Возможности струйной мельницы ограничены, таким образом, с одной стороны — трудностью разгона крупных кусков материала, а с другой — необходимостью развития больших скоростей для измельчения очень мелких частиц и сложностью улавливания продуктов их измельчения. Опыт показывает, что наиболее эффективны эти мельницы в области среднетонкого измельчения (до 10—40 мкм) хрупких материалов с размерами частиц менее 5 мм. [c.17] Вернуться к основной статье