Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

АНАЛИЗ КЛАССИФИКАЦИИ МЕЛЬНИЦ ПО СПОСОБУ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСПЕРГИРУЮЩЕГО УСИЛИЯ

Беззубцева М.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
Выявлено, что сложность при подборе помольных агрегатов, отвечающих требованиям производства, объясняется отсутствием общепринятой классификации, определяющей место измельчителей в различных областях диспергирования с учетом физико-механических свойств обрабатываемого продукта и комплекса технико-экономических показателей. 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 и их конструкцию, способ измельчения материалов и позволяет установить виды и интенсивность воздействий, а также области применения мельниц и тип обрабатываемого в них продукта. Представлена классификация по технологическому назначению механоактиваторов с магнитоожиженным слоем.
способ создания измельчающего усилия
классификация
электромагнитные механоактиваторы
1. Беззубцева М.М. Электромагнитные измельчители для пищевого сельскохозяйственного сырья (теория и технолог. возможности): Дис. ... д-ра техн. наук – СПб., 1997.
2. Беззубцева М.М. Энергосберегающие технологии диспергирования сырья растительного происхождения // Инновации – основа развития агропромышленного комплекса материалы для обсуждения Международного агропромышленного конгресса / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Комитет по аграрным вопросам ГосДумы РФ, Правительство Санкт-Петербурга, Правительство Ленинградской области, С.-Петербургский государственный аграрный университет, ОАО «Ленэкспо». – 2010. – С. 65–66.
3. Беззубцева М.М. Научное обоснование внедрения импортозамещающего способа электромагнитной механоактивации в аппаратурно-технологические системы шоколадного производства // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 5–3. – С. 351–352.
4. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. анализ, инновации, изобретения (монография) // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5–1. – С. 182–182.
5. Беззубцева М.М. Прикладные исследования энергоэффективности электромагнитных механоактиваторов // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 9–1. – С. 83.
6. Беззубцева М.М., Волков В.С. Классификация электромагнитных механоактиваторов по технологическому назначению // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8–1. – С. 25–27.
7. Беззубцева М.М., Платашенков И.С., Волков В.С. Классификация электромагнитных измельчителей для пищевого сельскохозяйственного сырья // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2008. – № 10. –С. 150–153.
8. Беззубцева М.М., Волков В.С., Ружьев В.А. Классификация электромагнитных мельниц // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 9. – С. 103–104.
9. Беззубцева М.М. Энергоэффективный способ электромагнитной активации // Международный журнал экспериментального образования. – 2012. – № 5. – С. 92–93.
10. Беззубцева М.М. Способ измельчения шоколадных масс // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 1993. – № 5–6. – С. 65–67.

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.


Библиографическая ссылка

Беззубцева М.М. АНАЛИЗ КЛАССИФИКАЦИИ МЕЛЬНИЦ ПО СПОСОБУ ФОРМИРОВАНИЯ ДИСПЕРГИРУЮЩЕГО УСИЛИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-2. – С. 185-189;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10803 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252