Химическая технология неметаллических и силикатных метериалов

1 – корпус; 2 – привод; 3 – диафрагма

В центробежно-шаровых мельницах, используемых для помола талька, мела, шары из вращающейся чаши отбрасываются центробежными силами к отбойной поверхности статора, измельчая материал действием стесненного удара, а затем снова падают в чашу (Рисунок 7). Материал увлекается воздушным потоком, создаваемым вентилятором, при этом в чашу на доизмельчение падают наиболее крупные куски и зерна, отраженные соответственно решеткой и сепаратором. Основное достоинство - высокая удельная производительность. Недостатки: сильный износ рабочих органов, высокий уровень шума. Степень измельчения 5-100.

Рисунок 7 – Центробежно-шаровая  мельница:

1 – привод; 2 – корпус; 3 – чаша; 4 – отбойная поверхность статора; 5 – отражательная решетка; 6 – воздушный сепаратор; 7 – воздухопровод; 8 – вентилятор; 9 – шары; 10, 11 - штуцеры для подачи соответственно исходного материала и воздуха; 12 – привод

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 (Рисунок 8). 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 натрия, сурик, охру, пигменты, кварц, графит.

Рисунок 8 – Вибрационная мельница:

1 – корпус; 2 – дебалансы; 3 - электродвигатель

 

В планетарных мельницах  несколько барабанов смонтировано на общем водиле (Рисунок 9). 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, а также в качестве быстродействующих лабораторных устройств (подготовка проб для экспресс-анализов). Степень измельчения 20-300.

Рисунок 9 – Планетарная  мельница:

1 – привод; 2 – зубчатое  колесо; 3 – малая шестерня; 4 –  барабан; 5 - водило

 

К машинам с закрепленными  мелющими телами (ролики, катки, вальцы) относятся:

1) среднеходовые мельницы - бегуны (для грубого и среднего помола), кольцевые, жернова, краскотерки и другие (для среднего и тонкого помола);

2) быстроходные центробежные мельницы - ножевые, штифтовые, дисмембраторы, дезинтеграторы и другие (для грубого, среднего и тонкого помола).

В бегунах, служащих в основном для измельчения вязких материалов (часто в сочетании с перемешиванием), например, в горнохимимичесой и коксохимической отраслях промышленности, при вращении вала катки, которые свободно сидят на полуосях, катятся по дну чаши, раздавливая и истирая находящийся в ней материал (Рисунок 10). Под действием центробежных сил его куски перемещаются к наружному борту чаши, откуда возвращаются на катки с помощью специальных скребков. Основное достоинство - простота конструкции. Недостатки: низкая производительность, ограниченная степень измельчения (10-40).

Краскотерки позволяют диспергировать или перетирать материал (в производствах красок, полимерных паст и других) в регулируемом узком зазоре между параллельно установленными валками, вращающимися навстречу друг другу с разной скоростью (Рисунок 11). Готовый продукт удаляется через лоток, снабженный скребковым устройством. Основное достоинство – удобство регулирования степени измельчени (20-300). Недостатки: ограниченная производительность, неравномерный износ валков.

Рисунок 10 – Бегуны:

1 – каток; 2 – полуось  катка; 3 – водило; 4 – центральный  вал; 5 – чаша; 6 - привод

 

Рисунок 11 – Краскотерка:

1 – корпус; 2 – валок; 3 – загрузочная воронка; 4 – разгрузочный  лоток

 

Дезинтеграторы (Рисунок 12) служат преимущественно 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 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.

Рисунок 12 – Дезинтегратор:

1, 2 – роторы с рабочими  пальцами; 3 – станина с подшипниками; 4 - привод

 

К машинам без мелющих  тел относятся:

1) барабанные мельницы самоизмельчения (для грубого, среднего и тонкого помола);

2) воздухо-, паро- и газоструйные мельницы (для тонкого и сверхтонкого помола);

3) пневматические мельницы (для среднего и тонкого помола);

4) кавитационные мельницы (для переработки суспензий);

5) коллоидные, ультразвуковые, электрогидравлические мельницы (преимущественно для тонкого и сверхтонкого помола).

В струйных противоточных  мельницах измельчение происходит за счет энергии потока компримированного газа, например, воздуха, или перегретого пара (Рисунок 13). Два встречных потока, несущих с большой скоростью исходный материал в виде мелких кусков, пройдя сопла, которые установлены в разгонных трубах, соударяются, и частицы измельчаются. Восходящие потоки увлекают материал в зону предварительной сепарации грубых фракций и далее в сепаратор, где отделяется тонкая готовая фракция, улавливаемая сначала в циклоне и окончательно в фильтре. Грубые фракции непрерывно возвращаются из сепаратора в размольную камеру. Основное достоинство - возможность диспергирования термолабильных материалов. Недостаток - необходимость установки дополнительного оборудования (компрессора, газогенератора, мощной пылеулавливающей системы). Такие машины предназначены для измельчения кокса, слюды, известняка, пластмасс, инсектицидов. Степень измельчения 20-120.

Рисунок 13 – Струйная противоточная  мельница:

1 – сопло; 2 – разгонная  труба; 3 – размольная камера; 4 –  воздушный сепаратор

 

Кавитационные мельницы (Рисунок 14) работают в системе с напорными баками, что обеспечивает многократную циркуляцию и высокую степень диспергирования материала. Действуя как насос, мельница прокачивает диспергируемую суспензию через кольцевой зазор между ротором и статором, причем благодаря наличию на их поверхностях продольных канавок сечение прохода то возрастает, то уменьшается, что вызывает значительные колебания давления и, как следствие, кавитационный эффект. В результате суспензия интенсивно измельчается и по окончании цикла переработки отводится через специальный кран в нижние части машины. Основное достоинство - высокая гомогенность получаемых суспензий. Недостатки: интенсивный износ рабочих органов, малая производительность. Эти измельчители применяют для приготовления резиновых смесей в лакокрасочных и других производствах. Степень измельчения 5-40.

 

Рисунок 14 – Кавитационная мельница:

1 – ротор; 2 – статор

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

 

2.1 Общие сведения

Выбор способа и технологической  схемы измельчения, типоразмеров, материалов рабочих органов и режима работы измельчителей зависит от прочности, твердости, упругости, липкости, термостойкости, химической активности, токсичности, склонности к загоранию и взрыву измельчаемых материалов, а также от гранулометрического состава, необходимой формы частиц, чистоты, белизны, насыпной массы, текучести продукта измельчения.

Процессы измельчения  связаны со значительным расходом энергии. Для выражения зависимости между затратами энергии и результатами измельчения, то есть размерами кусков продукта, предложен ряд теорий, гипотез и эмпирических соотношений, которые могут быть использованы, однако, лишь с целью качественного сопоставления измельчающих машин. Практически для выбора типов и размеров машин, а также расчета их производительности, продолжительности процесса и дисперсности продуктов экспериментально изучают в равных условиях кинетику измельчения исследуемого и эталонного материалов и определяют так называемый коэффициент измельчаемости, который характеризует сопротивляемость материала измельчению в конкретной машине. Далее выбирают тип измельчителя и с использованием соответствующих таблиц параметры и режим его работы. Повышению эффективности измельчения, наряду с совмещением его с классификацией и проведением процесса в несколько стадий, способствует рациональный выбор удельных энергетических затрат, механических усилий и частот их воздействия на материал, соотношений твердое - жидкое при мокром помоле и другие факторы. Для получения высокодисперсных продуктов из материалов, склонных к агрегированию, их подвергают сначала сухому, а затем мокрому помолу с добавками ПАВ. Последние препятствуют агрегированию мелких частиц и позволяют получать тонкие порошки с модифицированной (гидрофобизированной или гидрофилизированной) поверхностью. Одновременно ПАВ облегчают возникновение и развитие в измельчаемом материале пластических сдвигов и трещин, что снижает его сопротивляемость измельчению. Перспективен также метод так называемого упругодеформационного измельчения, заключающийся в совместном воздействии на материал температуры, давления и деформации сдвига. С помощью этого метода на модифицированных экструзионных и вальцевальных машинах получают сверхтонкие порошки из вторичных полимерных материалов, например, изношенных резин или полиэтиленовой пленки. Для поддержания заданных характеристик продуктов измельчения необходимо контролировать и корректировать параметры процесса (влажность, крупность, измельчаемость, другие свойства исходных материалов, производительность машин). Для этого мощные дробильные и помольные установки оснащают системами автоматического регулирования. С целью уменьшения износа оборудования при измельчении абразивных материалов ограничивают скорость движения рабочих органов, применяют быстросъемные узлы и детали, подвергаемые легкому изнашиванию, футеруют рабочие поверхности. В ряде случаев осуществляют совместную обработку абразивного и мягкого компонентов композиции, при которой первый способствует измельчению второго, а мягкий полирует твердый, снижая его абразивность. Для уменьшения износа машин при мокром измельчении в жидкость вводят ингибиторы коррозии. При измельчении пожаро- и взрывоопасных материалов необходимо соблюдать правила техники безопасности.

 

2.2 Безопасность жизнедеятельности  на производствах с технологией  измельчения

Установки и помещения  для измельчения необходимо проектировать и эксплуатировать с учетом нижних концентрационных пределов и температур воспламенения, а также способности исходных материалов к электризации. Должны быть обеспечены прочность и герметичность корпусов измельчителей и коммуникаций, установлены разрывные предохранительные мембраны. Для изготовления мелющих тел и корпусов измельчителей необходимо использовать материалы, исключающие возможность искрообразования при соударениях. Установки для измельчения следует заземлять и оснащать защитой от статического электричества, вместо пневматического транспорта применять механический с изготовлением его деталей (например, ковшей элеватора) из цветных металлов. Электрооборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении, а категория помещений выбрана в соответствии с санитарными нормами и правилами. Пылеулавливающие устройства (циклоны, фильтры) следует монтировать в отдельном помещении, анализ пылесодержания воздушной среды и мокрую очистку трактов, оборудования и помещений от осевшей пыли необходимо проводить строго по графику. Эффективны также замена сухого измельчения на мокрое, измельчение в среде азота, оснащение установок системами автоматического дистанционного контроля, управления и сигнализации.

 

2.3 Технология измельчения на примере автоматической линии для измельчения отощающих материалов при производстве плиток

Отощающие материалы - кусковой кварц пли кварцевый песок, полевой шпат или пегматит поступают на заводы тонкой керамики без предварительного обогащения и помола, поэтому в массозаготовительных цехах используют разнообразное, небольшой мощности дробильно-помольное оборудование для обработки отощающих материалов.

На реконструируемых заводах  измельчение отощающих материалов выполняется в автоматической, а  приготовление жидкой массы - в механизированной линиях (Рисунок 14).

Отощающие и пластичные материалы  по эстакаде подаются в вагонах на склад сырья, где разгружаются из открытых вагонов грейферным краном, а из закрытых - машиной МВС-3 по отдельным отсекам, при этом исключается возможность загрязнения сырья при разгрузке и хранении. Отощающие материалы (пегматит, полевой шпат) другим грейферным краном подаются через бункер, лотковый питатель в щековую дробилку. Дробленый пегматит при помощи ленточного транспортера через ковшовый элеватор поступает в бункер, а затем через дисковый питатель в бегуны крупного помола. Отощающие материалы из бегунов подаются ковшовым элеватором, ленточными транспортерами в бункер 8. Кварцевый песок проходит через трубную сушилку, молотковую дробилку (для разбивания плотных комков) и подается ковшовым элеватором и ленточным транспортером в бункер.