Теоретические основы измельчения твердых тел
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕФЕРАТ
По теме: «Теоретические основы измельчения твердых тел»
Работа
Студентки группы 3 – Ф – 68
Сомовой Юлии
Процесс измельчения широко применяется в химико-фармацевтическом производстве, особенно в фитохимических цехах. Измельчение представляет собой процесс механического деления твердых тел на части. В результате измельчения увеличивается поверхность обрабатываемых материалов, что позволяет значительно ускорить растворение, химическое взаимодействие, выделение биологически активных веществ из измельченного материала.
Переработка материалов в измельченном виде позволяет значительно ускорить экстрагирование и тепловую обработку материалов, провести указанные процессы с незначительными потерями действующих веществ и меньшим расходом тепла [1]. (
Применение твердых материалов, раздробленных на мелкие куски (путем дробления) или измельченных в порошок (путем размола), позволяет значительно ускорить растворение, обжиг, химическое взаимодействие, т.е. различные процессы, протекающие тем быстрее, чем больше поверхность участвующего в них твердого вещества.
В настоящее время для измельчения материалов применяют машины различных типов, начиная от крупных щековых дробилок, дробящих глыбы материала объемом до 2м3, и кончая коллоидными мельницами, измельчающими продукты на частицы размером до 0,1мк.
Дробление и размол характеризуются степенью измельчения – отношением диаметра dк кусков после измельчения:
dн
i= (1)
dк
Куски исходного материала и куски или зерна, получаемые в результате измельчения, не имеют правильной (симметричной) формы поэтому на практике размеры кусков (dн и dк) определяют размером отверстий сит, через которые просеивают сыпучий материал, т.е. с помощью ситового анализа. (Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Изд – во хим. Лит – ры, 19682. С.49.)
Для расчета среднего характерного размера кусков материал разделяют с помощью набора сит на несколько фракций. В каждой фракции находят средний характерный размер как полусумму характерных размеров максимального dmax и минимального dmin кусков:
dmax + dmin
dср= . (2)
2
Практически размер максимальных кусков определяется размером отверстий сита, через которое проходит весь материал данной фракции, а размер минимальных кусков – размером отверстий сита, на котором данная фракция остается.
Средний характерный размер куска в смеси вычисляют по уравнению
dср1*а1+ dср2*а2+…+ dср* аn
d = . (3)
а1+ а2+…+ аn
где dср1, dср2, … dсрn – средние размеры кусков каждой фракции; а1, а2, …, аn – содержание каждой фракции, % мас.
Найденные таким образом средние характерные размеры кусков D исходного и dизмельченного материалов используются для расчета степени измельчения по формуле (3).
В зависимости от размера кусков исходного материала и конечного продукта различают два типа измельчения: 1) дробление ;2) размол (порошкование).
Приблизительная характеристика классов дробления и размола приведена в табл.1:
Таблица 1
|
Классы измельчения |
D,мм |
d,мм |
|
Крупное (дробление) Среднее (дробление) Мелкое (дробление) Тонкое (размол) Коллоидное (размол) |
1000÷200 250÷50 50÷25 25÷3 0,2÷0,1 |
250÷40 40÷10 10÷1 1÷0,4 до 0,001 |
Крупное, среднее и мелкое дробления осуществляют в дробилках сухим способом, а тонкое коллоидное измельчения – сухим и мокрым способом. При мокром дроблении уменьшается пылеобразование и получают частицы, более однородные по размеру, облегчается также выгрузка материала.
Дробление материалов осуществляется раздавливанием, ударом, истиранием, раскалыванием и распиливанием, резанием, разламыванием.
Для достижения оптимальной степени измельчения процесс осуществляют постадийно на последовательно соединённых дробильно-размольных машинах.
Изрезывающие машины используют для измельчения растительного материала (корней, стеблей, цветков и др.).
Раздавливание применяют при крупном и среднем измельчениях, истирание – при тонком измельчении.
В зависимости от физико-математических свойств исходных материалов используют следующие способы измельчения (табл.2):
Таблица 2
|
Материал |
Способы измельчения |
|
Твердый и хрупкий Твердый и вязкий Хрупкий, средней твердости Вязкий, средней твердости |
Раздавливание, удар Раздавливание, распиливание Удар, раскалывание и истирание Истирание или истирание и удар, распиливание |
(Чуешов В. И. Промышленная технология лекарств. Т.1. – Х.: МТК – Книга,2002. С.32 – 34)
Виды измельчения Типы машин
По современным воззрениям, процесс деформации твердых тел заключается в том, что под действием внешних сил в наиболее слабых местах тела образуются замкнутые или начинающиеся на поверхности мельчайшие трещины. При прекращении внешнего воздействия трещины под действием молекулярных сил могут смыкаться ( «Самозаживляться»); при этом тело подвергается лишь упругой деформации. Разрушение тела происходит в том случае если трещины на столько увеличиваются, что пересекают твердое тело по всему его сечению в одном или нескольких направлениях. В момент разрушения деформирующегося тела напряжение в нем превышает некоторое избыточное значение, упругая деформация сменяется деформацией разрушения и происходит измельчение.
Процессы измельчения связаны с значительным расходом энергии на образование новых поверхностей, на преодоление внутреннего трения частиц при их деформации во время разрушения и на преодоление внешнего трения между материалом и рабочими частями машины.
Теория процесса измельчения устанавливает зависимость между энергией, затраченной на измельчение твердого тела, и результатом измельчения, т. е. размером кусков ( зерен ) продукта измельчения.
Теория измельчения основывается на двух гипотезах: объемной и поверхностной.
Объемная теория. Эта теория была впервые предложена и доказана Л. В. Кирпичевым в 1874 г.
Согласно объемной теории, расход энергии на дробление пропорционален объему тела и, следовательно, отношение работ А1 и А2, затраченных на дробление двух тел, имеющих объемы V1 и V2, равно
А1 V1
= (4)
А2 V2
Работа равна произведению силы P на деформацию и по закону Гука пропорциональна линейному размеру l тела, т. е. А = Pal (a – коэффициент пропорциональности). Объем тела пропорционален его линейным размерам и может быть выражен зависимостью V=bl3 (b – коэффициент пропорциональности). Соответственно выражение (4) принимает вид:
P1al1 bl31
=
P2al2 bl32
откуда
P1 l21
= (5)
P2 l22
Таким образом по теории Кирпичева для однородных твердых тел усилия дробления пропорциональны квадратам их сходственных линейных размеров или поверхностям тел, а произведенная работа пропорциональна объемам или весам этих тел.
Поверхностная теория. Согласно этой теории, работа, затраченная на дробление, пропорциональна поверхности кусков, образующихся при дроблении. Поверхность материала при дроблении возрастает обратно пропорционально конечному размеру кусков dk, который, согласно зависимости (1) равен dн/і.
Тогда при одинаковой крупности кусков исходного материала получим для различной степени дробления:
І1
А1 dн І1
= = (6)
А2 І2 І2
dн
т. е. работа, затрачиваемая на дробление, пропорциональна степени измельчения маиериала.
Несмотря на то, что обе теории не отражают в полной мере всех явлений, происходящих при дроблении, исследования В. А. Баумана показали, что теория Кирпичева хорошо согласуется с опытными данными при крупном и среднем дроблении, осуществляемом главным образом раздавливанием и ударом. Поверхностная теория более соответствует процессам мелкого дробления и тонкого измельчения, связанным с истиранием и иногда с раскалыванием материала.
Страницы: 1, 2
