Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ANALYSIS OF THE CLASSIFICATION OF MILLS ACCORDING TO THE METHOD OF FORMING THE DISPERSING EFFORTSAN

Bezzubceva M.M. 1
1 St.-Peterburg agrarian university
1327 KB
It is revealed that complexity in the selection of the grinding units, meet the requirements of production, due to the lack of generally accepted classification, defining the place of shredders in various areas of dispersion taking into account the physico-mechanical properties of the treated product and complex technical and economic indicators. The article analyzes the principles of systematization mills for fine and ultrafine grinding of materials for various purposes. Justified basis underlying the establishment of the classification – is a way to create chopping effort. This characteristic determines the mechanism of action of the working bodies on the processed product, the principle of operation of mills and their design, method of grinding of materials and allows you to set the types and intensity of impacts, and the scope of the mills and the type of the processed product in them. The classification according to technological purpose of mechanoactivation with magnetic liquefied layer.
method create chopping effort
classification
electromagnetic mechanoactivation

Тонкий помол является неотъемлемой частью различных технологических процессов в широком диапазоне промышленных производств. Использование тонкого и сверхтонкого помола позволяет в значительной степени изменить и повысить качество различных добавок, присадок, красящих пигментов, огнеупоров, строительных и абразивных материалов, покрытий, лекарств, топлива, продуктов шоколадного и хлебопекарного производства, детского питания и др. [1, 2, 3]. Между тем, тонкий и сверхтонкий помол является наиболее энергоемким процессом промышленного производства. В большинстве случаев высокие энергозатраты на тонкое и сверхтонкое измельчение продуктов вызваны тем, что выбор мельниц и оптимальных режимов их работы до сих пор производится эмпирически и теория носит качественный характер. Сложность при подборе помольных агрегатов объясняется отсутствием общепринятой классификации, определяющей место измельчителей в различных областях диспергирования с учетом физико-механических свойств обрабатываемого продукта и комплекса технико-экономических показателей. Несмотря на значительные расхождения существующих классификаций, можно наметить общие принципы систематизации и выявить несколько вполне определенных классов мельниц и направлений их развития.

Целью исследования является анализ принципа систематизации мельниц для тонкого и сверхтонкого измельчения материалов различного целевого назначения и обоснование наиболее объективного признака для формирования классификации, позволяющей установить с ее использованием виды и интенсивность воздействий, а также области применения мельниц и тип обрабатываемого в них продукта.

Материалы и методы исследования

Исследованы классификации мельниц и обоснован наиболее объективный признак ее формирования – способ создания измельчающего усилия.

Результаты исследования и их обсуждение

К самому распространенному классу измельчителей относятся мельницы, в которых материал разрушается воздействием на него мелющих тел или кусков того же материала. К таким устройствам относятся: вращающиеся, вибрационные, молотковые, струйные, шаровые, электромагнитные и другие мельницы. В этих мельницах разрушение осуществляется созданием в частицах предельных напряжений путем сдавливания, удара, истирания и раскола, причем главному способу измельчения всегда сопутствуют другие, второстепенные. Измельчители отличаются друг от друга скоростями нарастания напряжений, обусловленными соответствующими скоростями приложения нагрузок. Различия в процессах разрушения следует искать прежде всего в способе передачи энергии или в механизме воздействия рабочего органа на диспергируемый материал. В зависимости от способа измельчения к рабочим телам могут относиться мелющие тела (шары, цилиндры) различных размеров или измельчающие элементы (валки, лопасти, вращающиеся била, роторы, дезинтеграторные элементы). Способ создания диспергирующего усилия определяет механизм, стадии и степень преобразования подводимой к измельчителю-механоактиватору внешней энергии в энергию разрушения материалов, позволяет установить виды и интенсивность механических воздействий, а также области применения мельниц и тип обрабатываемого в них продукта. Этот признак использован при создании классификации механоактиваторов для тонкого диспергирования, оценке технико-экономических показателей, выявлении тенденций развития и направлений интенсификации. От этого признака зависит механизм воздействия рабочих органов на обрабатываемый продукт, что в свою очередь определяет принцип действия мельниц, их конструкцию и способ измельчения материалов [4].

По способу создания измельчающего усилия мельницы подразделены на три группы: с механическим, струйным и электромагнитным подводом энергии. Схема классификации представлена на рис. 1 [5].

В первом случае энергия двигателя подводится или непосредственно к рабочим органам (молотковые, валковые, ударно-центробежные, дезинтеграторы) или к корпусу мельницы, от которого она передается свободным мелющим телам или кускам материала посредством трения, центробежного эффекта и с использованием сил тяжести (вращающиеся шаровые, стержневые, мельницы самоизмельчения, отражательные), инерционных сил (вибрационные и планетарные). Мельницы этой группы нашли широкое применение практически во всех отраслях народного хозяйства и являются классическим вислом измельчающего оборудования в пищевой промышленности. Отличительной их особенностью является высокая энерго- и металлоемкость, небольшая производительность, сложность конструкции.

Традиционные механические способы организации измельчающего усилия практически исключают возможность тонкого управления силовыми нагрузками по частицам обрабатываемого материала и затрудняют создание автоматической системы управления селективностью измельченных материалов. Переработанный продукт обладает широким диапазоном дисперсностей, что в некоторых случаях ухудшает его качественные и экономические показатели.

В струйных мельницах процессы разрушения осуществляются при ударе и истирании частиц, разогнанных струей газа, друг о друга либо об отбойную плиту из твердого материала (отражательные). Достоинства струйных мельниц – высокая эффективность измельчения, отсутствие вращающихся деталей, возможность сочетания процесса измельчения с другими одновременно протекающими процессами: сушкой, экстракцией и др. Однако струйное измельчение требует значительных затрат энергии и создания устойчивого аэродинамического режима работы. В пищевой промышленности предложено использовать их при обработке эфиромасличного сырья с одновременным извлечением из него летучих компонентов.

В электромагнитных аппаратах (мельницах) электрическая энергия непосредственно превращается в энергию движения размольных ферромагнитных элементов без передаточного устройства и специального рабочего механизма [6]. Размольные элементы в силу своей магнитотактивности, преобразуют энергию магнитного поля в кинетическую энергию своего движения и в столкновении с частицами обратываемого материала обмениваются с ними энергией, производя и этом механическую работу и измельчая продукт. Электромагнитные мельницы представляют собой новый перспективный тип оборудования, выгодно отличающийся меньшим количеством ступеней преобразования энергии, высокой энергонапряженностью и частотой силовых воздействий по частицам обрабатываемого продукта, что значительно интенсифицирует процесс измельчения и сокращает время обработки [7, 8, 9, 10]. Технологическое назначение электромагнитных механоактиваторов (ЭММА) представлено в табл. 2.

Таблица 1

Классификация мельниц

Показатели

1 группа

Способ формирования диспергирующего усилия

Механический

Тип мельниц

С закрепленными рабочими органами

Со свободными мелющими телами

Валковые

Дисковые, бегуны, катково-тарельчатые, шаро-кольцевые, ролико-кольцевые

Молотковые дезинтеграторы, дисмембраторы, бильные

Шаровые, стержневые, вибрационные, планетарные, самоизмельчения, (центробежные

Способы измельчения материалов: основной

вспомогательный

Раздавливание

Истирание

Раздавливание, истирание

Размалывание

Прямой удар

Скалывание

Прямой и отраженный удары, истирание

Разламывание, скалывание

Стадия диспергирования

Тонкая

Тонкая, сверхтонкая

Тип материала

Выбирается по способу измельчения

Сопутствующие процессы

Пластификация

__

Перемешивание

Показатели

2 группа

3 группа

Способ формирования дисперги-рующего усилия

Аэродинамический

Электромагнитный

Тип мельниц

Струйные

С переменным электромагнитным полем

Прямоточные

Противоточные

Отражательные

Вихревые аппараты (ВЭА), электромагнитные мельницы (ЭМИ)

Способы измельчения материалов: основной

вспомогательный

Прямой удар

Скалывание, истирание

Отраженный удар

Истирание

Прямой и отраженный удар

Истирание, скалывание

Стадия диспергирования

Тонкая, сверхтонкая

Тонкая и сверхтонкая (совмещенные)

Тип материала

Выбирается по способу измельчения

Сопутствующие процессы

Сушка, аэрация, перемешивание, экстракция

Акустическая и электромагнитная обработка, электродиализ, перемешивание

Таблица 2

Технологическое назначение ЭММА

Показатели

Группа 1 (цилиндрические)

Группа 2 (дисковые)

Группа 3

(унифицированные)

Стадии диспергирования

Средняя, тонкая, среднетонкая

Тонкая, коллоидная, тонкая, сверхтонкая

Средняя, тонкая, сверхтонкая, средне-тонкая, тонкая-коллоидная

Тип материала

Средней твердости, мягкие, вязкие, жидкие, сухие порошкообразные

Высокопрочные, твердые скалывающиеся, твердые хрупкие, сухие порошкообразные

Частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде: твердые скалывающиеся, хрупкие, средней твердости, упругие мягкие

Тип материала

Средней твердости, мягкие, вязкие, жидкие, сухие порошкообразные

Высокопрочные, твердые скалывающиеся, твердые хрупкие, сухие порошкообразные

Частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде: твердые скалывающиеся, хрупкие, средней твердости, упругие мягкие

Сопутствующие процессы

Перемешивание, пластификация, тепловая обработка, возможна аэрация

Перемешивание

Обработка продукта в тонком слое, перемешивание, гомогенизация

Области применения

поточно-механизированные линии на предприятиях перерабатывающей промышленности. Малые предприятия (микропекарни, аптеки и т.д.), специализирующиеся на выпуске небольших партий изделий широкого ассортимента

Линии производства средней и малой производительности. В сельском хозяйстве рекомендуются для измельчения костей, виноградных косточек, специй и т.д. Перспективны для порошковой металлургии

Переработка сельскохозяйственного сырья на предприятиях,специализирующихся на выпуске продуктов детского и диетического питания, лекарственных препаратов и косметических средств

Технологические особенности

Обеспечивают научно-обоснованную технологию указанных типов продуктов

Обеспечивают научно-обоснованную технологию указанныхтипов продуктов

Обеспечивают научно-обоснованную технологию указанныхтипов продуктов

Обработка многокомпонентных смесей. Получение продукта со стандартизованным фракционным составом

Обработка высокопрочных материалов без процесса намола. Получение продукта в оптимальном диапазоне дисперсности

Разрушение микробных и растительных клеток с извлечением ферментов, белков и т.д.Улучшение сенсорных показателей пищевых продуктов и увеличение стойкости масел

Заключение

В статье проанализированы принципы систематизации мельниц для тонкого и сверхтонкого измельчения материалов различного целевого назначения. Обоснован признак, положенный в основу создания классификации – это способ создания измельчающего усилия. Этот признак определяет механизм воздействия рабочих органов на обрабатываемый продукт, принцип действия мельниц, способ измельчения материалов и позволяет установить виды и интенсивность воздействий, а также области применения мельниц и тип обрабатываемого в них продукта.

Получение механоактивированных тонких и сверхтонких порошков с минимальной энергоемкостью открывают новые возможности в области создания новых материалов и технологий, принципиально новых приборов и устройств в различных отраслях промышленности.