Автоматизация процессов измельчение твердых материалов

Содержание

 Введение

1 АСУ ТП процесса измельчения

2. Описание технологического  процесса

2.2 Процесс измельчения

2.3 Конструкции вращающихся барабанных мельниц

3 Концептуальная модель

3.1 Функциональная структура проектируемой системы

3.2 Описание режимов функционирования объекта

3.3 Построение функциональной системы

4 Информационно-логическая модель

4.1 Операции управления, выполняемые с использованием БД

4.2 Проверка достоверности исходных данных

5. Заключение 

6. Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Измельчению способствует: улучшению однородности смесей (напр., производство СК); ускорению и повышению глубины протекания гетерогенных химических реакций (в производстве минеральных удобрений. ультрамарина и др.); повышению интенсивности сочетаемых с ним других технологических процессов (перемешивание, сушка. обжиг. хим. реакции); снижению применяемых температур и давлений (напр., при варке стекла); улучшению физико-механических свойств и структуры материалов и изделий (твердые сплавы. бетон. керамика. огнеупоры и т. п.); повышению красящей способности пигментов и красителей, активности адсорбентов и катализаторов. переработке полимерных композиций, включающих высокодисперсные наполнители (напр., сажу. слюду. хим. и иные волокна), отходов производства, бракованных и изношенных изделий (резиновые шины, термо- и реактопласты и др.) и т. д.

Основные характеристики процесса: изменение дисперсности; степень измельчения - отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта; удельные энергетические затраты (в кВт.ч на 1 т продукта). Главные характеристики продукта измельчения - гранулометрический состав (в %) и удельная поверхность (в см2/г).

Измельчение может быть сухим (как правило, при грубом и среднем дроблении) и мокрым (часто при мелком дроблении и помоле). Сухое измельчение проводят в воздушной среде или в инертных газах (при переработке окисляющихся, пожаро- и взрывоопасных, а также токсичных материалов). Мокрое измельчение (исходный материал смешивают с жидкостью. преимущественно с водой) применяют при обогащении руд методом флотации. при последующей обработке измельченного материала в виде суспензии (например, в производстве ТiO2), при повышенной влажности материала и наличии в нем комкующих примесей, при необходимости исключить пылеобразование.

Измельчение может осуществляться периодически либо непрерывно. Периодический процесс применяют при небольших масштабах производства, т. к. он сравнительно малоэкономичен, сопровождается сильными нагреванием (Измельчение происходит в замкнутом объеме) и агрегированием обрабатываемого материала и дает возможность получать продукт только широкого гранулометрического состава, содержащий значительные количества мелких и крупных фракций. Непрерывный процесс осуществляют по двум основным схемам. При работе в открытом цикле, используемом чаще всего для грубого и среднего измельчения, материал проходит через измельчитель только один раз.

Наилучшие показатели по качеству продукта, производительности измельчителя и энергетическим затратам достигаются в случае Измельчение в замкнутом цикле с непрерывным отбором тонкой фракции. Тонкое дробление (или помол) производят, как правило, в замкнутом цикле "измельчение - классификация". В нем материал с размерами кусков больше допустимого предела многократно возвращается в машину на доизмельчение, а целевая фракция отбирается в результате послед. классификации с помощью: 1) грохотов при дроблении, 2) гидравлических либо воздушных сепараторов соответственно при сухом и мокром помоле. При содержании в исходном материале не менее 30-40% требуемого тонкого продукта Измельчение в открытом или замкнутом цикле проводят с предварительной классификацией сырья. При высокой степени измельчения резко возрастает расход энергии. С целью его снижения процесс осуществляют в несколько стадий (обычно в две, реже в три), направляя материал в установленные последовательно.

Для измельчения используют различные способы. В промышленных измельчителях чаще всего применяют следующие виды механических воздействий: свободный удар, раздавливание, истирание, а также их комбинации. Выбор усилия зависит от крупности и прочности материала. Машины для измельчения подразделяют на дробилки и мельницы. В данной статье рассмотрены измельчители, наиболее распространенные в химических и смежных отраслях промышленности, а также в химических лабораториях.

    Дробление производят в основном с помощью дробилок четырех типов: щековых, конусных, валковых, роторных. Щековые дробилки служат для грубого и среднего дробления, например, серного колчедана в производстве H2SO4. В них материал раздавливается между неподвижной и подвижной плитами, наз. щеками, рабочие поверхности которых имеют зубчатую форму; расстояние между щеками уменьшается в направлении движения материала. Основные достоинства: высокая производительность, простота конструкции, широкая область применения (в том числе для дробления крупнокусковых материалов большой твердости), компактность, легкость обслуживания; недостатки: периодичность воздействия на материал (только при сближении щек), неполная уравновешенность движущихся масс, что является причиной шума и сотрясений зданий, где работают дробилки, интенсивный износ рабочих органов; степень измельчения 3-6.

В конусных, или гирационных, дробилках предназначенных для среднего и мелкого дробления, материал подвергается раздавливанию (и частично излому) между неподвижным наружным конусом и внутренним, вращающимся в нем эксцентрично; зазор между конусами уменьшается книзу (по ходу материала). Основные достоинства: надежность работы, высокая степень измельчения; недостатки: сложность конструкции и обслуживания. Эти дробилки применяют, например, в производстве фосфоритов. степень измельчения 3-6.

Валковые используемые для мелкого дробления, например, в производстве каменноугольного пека, состоят из одной или двух пар горизонтальных зубчатых валков, которые, вращаясь навстречу друг другу, захватывают и раздавливают куски материала; при разной частоте вращения валков происходит также истирание материала. Основные достоинства: простота конструкции, равномерность измельчения материала; недостатки: малая производительность и непригодность для дробления высокотвердых материалов, неравномерный износ валков; степень измельчения 2-4. Для дробления всех видов служат роторные, или молотковые, дробилки (рис. 1, г), где материал измельчается ударами вращающихся шарнирно подвешенных молотков либо жестко закрепленных на роторе бил, а также при ударах кусков материала друг о друга и о поверхность статора или отбойных плит. Основные достоинства: компактность конструкции, высокие производительность и степень Измельчение (10-120), низкие энергозатраты; недостаток - повышенный абразивный износ. Эти машины используют, например, для дробления доломитов и известняков. Помол осуществляют с помощью мельниц со свободными и закрепленными мелющими телами и без них (рис. 1). К машинам со свободными мелющими телами (металлические, керамические и другие шары, стержни, скатанная кремневая галька и т. п.) относятся: тихоходные вращающиеся барабанные мельницы - шаровые, стержневые, галечные (для грубого, среднего и тонкого помола); быстроходные мельницы - центробежно-шаровые, вибрационные, планетарные, магнитные, бисерные и др. (для тонкого и сверхтонкого помола).

Барабанные шаровые мельницы загружены мелющими телами обычно на 35-40% объема, в межшаровом пространстве находится материал, который измельчается в результате совместного действия шаров и крупных кусков, а также взаимного истирания частиц.

 

Основные достоинства: возможность применения в многотоннажных производствах, простота конструкции; недостатки: большая металлоемкость, значительный износ мелющих тел, сильный шум, производимый при работе. Эти измельчители используют для помола различных материалов, например, в производствах барита и фосфоритной муки. степень измельчения 20-100. Барабанные бесшаровые мельницы, или машины самоизмельчения применяемые, например, в производстве асбеста, при переработке горнохимического сырья и т. п., по принципу действия аналогичны шаровым измельчителям; мелющие тела - крупные куски материала. Основное достоинство - возможность получения высокочистых измельченных продуктов; недостатки: большие габариты, возможность накапливания фракций средних размеров, которые приходится возвращать на доизмельчение; степень измельчения 180-300.

В центробежно-шаровых мельницах используемых для помола талька. мела и др., шары из вращающейся чаши отбрасываются центробежными силами к отбойной поверхности статора, измельчая материал действием стесненного удара, а затем снова падают в чашу. Материал увлекается воздушным потоком, создаваемым вентилятором, при этом в чашу на доизмельчение падают наиболее крупные куски и зерна, отраженные соотв. решеткой и сепаратором. Основное достоинство - высокая удельная производительность; недостатки: сильный износ рабочих органов, высокий уровень шума; степень измельчения 5-100.

Вибрационные мельницы заполнены шарами на 80-90% объема; под действием вращающихся дебалансов корпус, опирающийся на пружины, совершает частые круговые колебания, и шарам сообщаются импульсы, в результате они движутся по сложным траекториям, интенсивно измельчая и перемешивая материал, находящийся в межшаровом пространстве. Основные достоинства: возможность получения высокодисперсных продуктов (степень измельчения 20-200), малая продолжительность помола, компактность; недостатки: ограниченная производительность, высокий уровень шума. В этих машинах измельчают, например, гидрокарбонат Na, сурик, охру. пигменты, кварц. графит. В планетарных мельницах несколько барабанов смонтировано на общем водиле. На оси каждого барабана насажена малая шестерня, которая находится в зацеплении с неподвижным центральным зубчатым колесом. При вращении водила малые шестерни обкатываются вокруг колеса, и барабаны одновременно вращаются вокруг своих осей и центрального вала; в результате мелющие тела приобретают сложное движение при больших ускорениях, что обусловливает весьма интенсивное измельчение материала. Основное достоинство - высокая эффективность измельчения; недостатки: малая производительность, периодичность процесса, возможность использования, как правило, в малотоннажных производствах, сильный разогрев продуктов вследствие значительного выделения теплоты. Эти мельницы применяют, например, в горнохимической промышленности (при переработке руд РЗЭ и титановых), а также в качестве быстродействующих лаб. устройств (подготовка проб для экспресс-анализов); степень измельчения 20-300. Бисерные мельницы , широко применяемые в производствах красок. эмалей. грунтовок и др., примерно на 2/3 или 3/4 объема заполнены специальным кварцевым бисером (диаметр 1-2 мм) или износостойким песком. Предварительно подготовленная суспензия, например, из пигмента и связующего, подается насосом (на рис. не показан) в цилиндр, поднимается вверх, проходит через слой бисера (песка), подвергаемый действию вращающегося дискового ротора, интенсивно измельчается, перетирается, фильтруется через сито и выводится из нижней части мельницы. Основное достоинство - высокая гомогенность продуктов; недостатки: ограниченные габариты и производительность, необходимость частой замены мелющих тел; степень измельчения 200-300.

К машинам с закрепленными мелющими телами (ролики, катки, вальцы и т. п.) относятся: среднеходовые мельницы - бегуны (для грубого и среднего помола), кольцевые, жернова, краскотерки и др. (для среднего и тонкого помола); быстроходные центробежные мельницы - ножевые, штифтовые, дисмембраторы, дезинтеграторы и т. п. (для грубого, среднего и тонкого помола). В бегунах служащих в основном для измельчения вязких материалов (часто в сочетании с перемешиванием), например, в горнохимической и коксохимической отраслях промышленности (угольные шихты и др.), при вращении вала катки, которые свободно сидят на полуосях, катятся ("бегут") по дну чаши, раздавливая и истирая находящийся в ней материал. Под действием центробежных сил его куски перемещаются к наружному борту чаши, откуда возвращаются на катки с помощью спец. скребков. Основное достоинство - простота конструкции; недостатки: низкая производительность, ограниченная степень Измельчение (10-40).

Ролико-кольцевые маятниковые мельницы предназначены для измельчения мягких, хрупких и нелипких материалов (например, каолина, белых пигментов, ильменита, цементного клинкера). В них катки или ролики катятся, прижимаясь центробежными силами к внутренней поверхности размольного кольца и измельчая материал в зазоре между мелющими телами и кольцом. Измельченный материал увлекается воздушным потоком в сепаратор, где разделяется на готовый продукт и грубую фракцию, возвращаемую на доизмельчение. В зону Измельчение исходный материал перемещается посредством скребков. Основное достоинство - возможность изменения степени Измельчение в широких пределах (5-100); недостатки: интенсивный износ рабочих органов, сложность конструкции.

В жерновах применяемых главным образом в производствах красителей, а также бумаги и картона, материал через загрузочную воронку поступает внутрь верхнего (неподвижного) корундового круга-жернова, который своей тяжестью и пружинами прижимается к нижнему вращающемуся кругу. Под воздействием центробежных сил и благодаря направляющим насечкам на рабочих поверхностях кругов материал втягивается в кожух и выгружается через специальный патрубок. Основное достоинство - высокая степень помола; недостатки: низкая производительность, необходимость частой замены рабочих органов; степень измельчения 5-100.

Краскотерки позволяют диспергировать или перетирать материал (в производствах красок, полимерных паст и др.) в регулируемом узком зазоре между параллельно установленными валками, вращающимися навстречу друг другу с разной скоростью. Готовый продукт удаляется через лоток, снабженный скребковым устройством. Основное достоинство - удобство регулирования степени измельчения (20-300); недостатки: ограниченная производительность, неравномерный износ валков.

В ножевых мельницах материал подвергается рубящему и режущему действию ножей ротора и статора. Измельченный продукт выгружается из мельницы через перфорированную решетку. Основное достоинство - возможность эффективной переработки эластичных отходов (линолеума, резины) без глубокого охлаждения в отличие от др. мельниц; степень измельчения 10-50. Дезинтеграторы (рис. 1) служат преим. для сухого помола хрупких, мягких материалов с малой абразивной способностью (например, каолин, мел, литопон). Исходный материал через загрузочную воронку поступает в центральную часть одного из роторов, вращающихся в противоположных направлениях, и попадает между их пальцами. Под действием центробежных сил куски (зерна) материала продвигаются от центра к периферии роторов, многократно ускоряются, ударяясь о пальцы и сталкиваясь. Измельченный продукт отбрасывается из роторов в кожух и ссыпается через специальный патрубок. Основные достоинства: простота устройства, высокий смешивающий эффект; недостатки: интенсивный износ пальцев, большое пылеобразование, значительный расход энергии; степень измельчения 5-10.