Механические процессы. Измельчение твердых материалов. Энергоемкость процесса измельчения. Машины для измельчения материалов

ЛЕКЦИЯ 45

Механические процессы

45.1. Общие сведения

В химической технологии достаточно широко применяются процессы с участием твердых сыпучих материалов.

Под сыпучим материалом (или сыпучим телом) подразумевают дисперсную систему, состоящую из твердых частиц произвольной формы, находящихся в контакте. Пространство между частицами в сыпучем материале заполнено газом, а иногда частично и жидкостью.

В зависимости от размера частиц, например от эквивалентного диаметра х, мм, сыпучий материал может быть в следующих состояниях: пылевидном (х < 0,05); порошкообразном (0,05 < х < 0,5); мелкозернистом (0,5 < х < 2); крупнозернистом (2 < х < 10); кусковом (х > 10).

Сыпучие материалы либо добывают из естественных карьеров, шахт, либо получают измельчением твердых веществ, выделением из суспензий, сжиганием газов, кристаллизацией. Обладая целым рядом свойств твердого материала, например, возможностью воспринимать внешние сжимающие нагрузки, деформироваться под их действием, по некоторым свойствам они аналогичны жидкости: сыпучий материал принимает форму заполняемого им сосуда, движется потоком. Однако, несмотря на эти сходства, сыпучий материал значительно отличается по совокупности свойств и от твердых тел, и от жидкостей.

Скорость химических и диффузионных процессов, протекающих с участием твердой фазы, повышается при увеличении ее поверхности. Увеличить поверхность обрабатываемого твердого материала можно уменьшением размеров его частиц, т. е. путем измельчения.

45.2. Измельчение твердых материалов

Измельчением называют процесс деления твердых тел на части с образованием новой поверхности. Измельчение происходит под действием внешних сил, которые преодолевают силы молекулярного притяжения в измельчаемом теле.

Процесс измельчения материалов можно условно разделить на дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое). Твердый материал измельчают до кусков или частиц необходимого размера  раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием (см. рис. 45.1). Такое деление во многих случаях достаточно условно, так как в большинстве конструкций машин для измельчения одновременно сочетаются несколько методов, например, истирание обычно сочетается с раздавливанием, раскалывание с ударом и т. д.

При раздавливании твердое тело под воздействием нагрузки деформируется по всему объему и, когда внутреннее напряжение превышает предел прочности на сжатие, разрушается.

При раскалывании тело разрушается на части в местах максимальной концентрации напряжений, создаваемых клинообразными рабочими элементами измельчителя. Размер и форма образующихся частиц более однородны, но, как и при раздавливании, непостоянны. Раскалывание, в отличие от раздавливания, позволяет регулировать размер получаемых частиц.

При разламывании твердое тело разрушается под воздействием сил изгиба. Размер и форма частиц примерно такие же, как и при раскалывании.

При резании и распиливании тело делится на части заданных размеров