Борщёв В.Я. - Оборудование для измельчения материалов - дробилки и мельницы

В.Я. БОРЩЁВОБОРУДОВАНИЕ,ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ:ДРОБИЛКИ И МЕЛЬНИЦЫИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУВ.Я. БОРЩЁВВ. Я. БорщевОборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы:учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004. 75с.Рецензенты:Доктор технических наук, профессор С. Н. СазоновДоктор технических наук, профессор Е. Н. МалыгинВ учебном пособии, составленном в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта 2000 г., изложены основытеории процесса измельчения. Описаны схемы устройства и наиболеераспространенные конструкции дробилок мельниц, применяемых дляизмельчения 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 направлению551800 «Технологические машины и оборудование», и может бытьполезно студентам и специалистам в инженерной практике химической и других отраслей промышленности.2В.Я.

БОРЩЁВВВЕДЕНИЕПроцессы измельчения материалов широко применяются в химической промышленности. Темпы развития химической и других смежных отраслей промышленности требуют совершенствованияконструкций оборудования для измельчения, повышения его надежности и работоспособности. Кроме того, остро стоит проблема снижения себестоимости продукции, повышения ее качества и увеличениярентабельности производства. Данная проблема может быть решенапутем широкого внедрения новой техники и повышения эффективности использования действующего оборудования.Необходимая интенсификация процесса измельчения может бытьдостигнута только на основе глубоких знаний как принципа действияи конструкции соответствующего оборудования, так и особенностейего эксплуатации.Целью настоящего учебного пособия является ознакомление с основными конструкциями оборудования для измельчения материалов,теоретическими основами процесса измельчения, а также методикамирасчета дробилок и мельниц.

Пособие предназначено для студентовспециальности 170500, изучающих дисциплины «Машины и аппаратыхимических производств», «Биотехника», а также может быть полезным при курсовом и дипломном проектировании.3В.Я. БОРЩЁВНастоящее 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 промышленностибольшого разнообразия типов и размеров дробильно-размольных машин, реализующих различные способы измельчения материалов.

Необходимо научиться решать задачу выбора способа измельчениятвердых материалов и типа дробильно-размольного оборудования, атакже уметь обосновывать применение соответствующих конструкций. При выборе способа и типа машин для измельчения материаловстуденты должны руководствоваться нормативными материалами.Выбор рациональной конструкции машины для измельчения материалов базируется на анализе свойств материала как объекта измельченияс учетом размеров измельченного материала и различных требованийк крупности готового продукта. К основным физико-механическимсвойствам исходного материала относятся прочность, хрупкость, абразивность. Необходимо обратить внимание на основные свойства иназначение дробилок и мельниц; кроме того, следует усвоить специфические особенности различных схем организации процесса измельчения, а также многостадийного измельчения; объяснить целесообразность применения предварительной и промежуточной сортировкиматериалов при их измельчении.В связи с большой энергоемкостью процесса измельчения следуетвнимательно изучить основные энергетические гипотезы дробления.При этом необходимо обратить особое внимание на непроизводительные затраты значительной части энергии вследствие несовершенствадробильных машин и приводных систем.

Именно по этой причинемощность двигателя дробилок обычно назначают на основе практических данных.При изучении конструкций дробильно-размольного оборудованиянеобходимо акцентировать внимание на достоинствах и недостаткахдробилок и мельниц и областях их применения. Студенты должнызнать и уметь объяснить принцип действия щековых, конусных и вал4В.Я. БОРЩЁВковых 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 верхними нижним подвесом подвижной щеки).При знакомстве с конструкциями валковых дробилок необходимоучитывать, 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 особенностиизмельчения вязких и влажных материалов в валковых дробилках.При изучении процесса измельчения материалов в дробилкахударного действия следует обратить внимание на особенности механизма разрушения частиц, позволяющего получать высокую степеньизмельчения 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 наэффективность помола. Необходимо научиться правильно выбиратьформу мелющих тел, их вес и размеры.

Уметь объяснить физическийсмысл критического числа оборотов барабана шаровой мельницы. Необходимо рассмотреть особенности мокрого помола, его преимущества и область предпочтительного применения. Требуется изучитьприемы, используемые при интенсификации процесса измельчения вмельнице.Значительное внимание следует уделить изучению машин длятонкого измельчения. Необходимо познакомиться с конструкциями,принципом действия, достоинствами и недостатками вибрационных иструйных мельниц.Особое внимание следует уделить рассмотрению методик технологического расчета дробилок и мельниц.

При этом необходимо учитывать, что, по причине аналогичных условий захвата и дробления5В.Я. БОРЩЁВматериала в щековых и конусных дробилках, их расчеты базируютсяна одинаковых исходных данных и осуществляются с использованиемподобных расчетных зависимостей.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ1.1 ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВИзмельчением называют процесс разрушения кусков твердого материала при критических внутренних напряжениях, создаваемых в результате какого-либо нагружения и превышающих соответствующийпредел прочности. Напряжения в материале могут создаваться механическим нагружением, температурными воздействиями, ультразвуковыми колебаниями и др.

Наибольшее применение в современномпроизводстве 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),средний( dк =0,05…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.6В.Я. БОРЩЁВС целью обеспечения эффективности измельчение материала отисходной 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 целесообразноосуществлять последовательно на нескольких измельчителях. Каждыйотдельный измельчитель выполняет часть общего процесса, называемую стадией измельчения [1].Число стадий измельчения определяется требуемой степенью измельчения.

Например, если в исходном твердом материале содержатся куски размером до 1200 мм, а готовый продукт должен содержатьчастицы с максимальным размером до 40 мм, то общая степень измельчения io = 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 стадийдробления, например: i1 = 3, i2 = 3, i3 = 4 . Тогда io = i1i2i3 = 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, вряде случаев только применение многостадийных схем (четырех- ипятистадийных) обеспечивает получение готового продукта в необходимом объеме и высокого качества.Энергозатраты, нагрузки на элементы измельчителей и качествопродукта зависят от прочности, хрупкости, твердости, упругости, абразивности и плотности твердых материалов.Прочность – свойство твердого материала сопротивляться разрушению при возникновении внутренних напряжений, появляющихся врезультате какого-либо нагружения. Обычно прочность твердых материалов оценивается пределом прочности при сжатии σ c .

По величине σ c измельчаемые материалы делят на мягкие ( σ c < 80 МПа),средней прочности ( σ c = 80...150 МПа), прочные ( σ c = 150...250 МПа) иочень прочные ( σ c > 250 МПа) [2].7В.Я. БОРЩЁВПри других видах деформаций прочность твердых материаловсущественно ниже. Например, предел прочности известняка, гранитасоставляет при растяжении 2…5 %, при изгибе 8…10 % и при сдвиге10…15 % предела прочности при сжатии.Хрупкость – свойство твердого материала разрушаться без заметных пластических деформаций. Она определяется на специальном копре числом ударов мерного груза.