Казахский национальный аграрный университет

Оспанов А.А., Тимурбекова А.К.

ТЕХНОЛОГИЯ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Алматы 2011

УДК 664.71.012.013 (075.8)

ББК 36.82 я 73 -1

О-75

Оспанов А.А., Тимурбекова А.К.

О-75 Технология измельчения пищевых материалов: Учебное пособие. –

Алматы: ТОО "Нур-Принт", 2011. – 118 с.

ISBN 978-601-241-291-8 Рассмотрены актуальные вопросы процессов измельчения и их значение в индустриально-инновационном развитии пищевых и перерабатывающих отраслей. Приведены современные классификации технологических схем машин для измельчения. Предложены новая научная гипотеза теории измельчения и оригинальная экспериментальная база для моделирования дробильно-измельчительных процессов и аппаратов, приведены математическая модель современного процесса измельчения зерна и результаты исследований процессов приготовления какао тертого и сахарной пудры.

Для магистрантов вузов, обучающихся по специальности "Технология перерабатывающих производств" УДК 664.71.012.013 (075.8) ББК 36.82 я Рецензенты:

Чоманов У.Ч. – заведующий лабораторией "Технология переработки и хранения растениеводческой продукции" Казахского научноисследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности, академик НАН РК, доктор технических наук, профессор Алимкулов Ж.С. – директор Казахского научно-исследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности, д.т.н., профессор Рекомендовано к изданию на заседании УМС Казахского национального аграрного университета (протокол № 1 от " 14 " октября 2011 г.) © Оспанов А.А., Тимурбекова А.К., ISBN 978-601-241-291-

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.……………………...…………………………………..… ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….

СПОСОБЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПОНЯТИЕ О ТЕХНИКЕ ДЛЯ

ТОНКОГО И СВЕРХТОНКОГО ПОМОЛА……………………………. Общие сведения об измельчении……………………….…………….... О сверхтонких частицах и методах их получения…….………………. Общие понятия об ударной мельнице для тонкого измельчения….... Требования к измельчению и его продукции…………………….…… Общие требования, предъявляемые к измельчающим машинам…..…

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕЛЬЧАЮЩИХ МАШИН И

ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ…………………...…………………….. Краткий анализ существующих способов классификации….……….. Классификация способов и технологических схем измельчения материалов………………………………………..…………………….………. Классификация конструкций современных машин ударного действия для тонкого измельчения сыпучих материалов…………...………. Классификация способов разрушения, применяемых в современных измельчающих машинах ударного действия….………………….…….…….

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В

ТОНКОМ И СВЕРХТОНКОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ СЫПУЧИХ МАСС..

Валковая мельница…………………………………………….……...… Определение угла захвата продукта вальцами………….……….……. Определение минимального диаметра вальцов………………….……. Определение скоростей, диаметров и расположения питающих валиков……………….…………………………………………………….…… Определение производительности и мощности…….………………… Дисковая мельница……………………………………….……………... Дезинтеграторы и дисмембраторы……………….……………………. Бегуны……………….……………………………………………….…... Вибрационная мельница……………….………………………….…….

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

ЧАСТИЦ ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ……………………...……….…… О механике разрушения частиц пищевых материалов……………….. Краткий обзор исследований по ударному измельчению……………. Об энергии дробления………………………………..…………….……

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОВРЕМЕННОГО ПРОЦЕССА

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫПУЧИХ МАСС………………….…..……………… Операторная модель измельчения потока……………………..………. Математическая модель предметов разрушения…….…………..……. Принципиальная математическая модель потока предметов измельчения…………………………………………………………………….. Принципиальная математическая модель дробления тел в мельнице ударного действия………………………………………………………………

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ………..…….….. Законы масштабного перехода и моделирования…………………….. Экспериментальная мельница с силоизмерительным устройством..... Прибор трения с поверхностью вибрации………………….…….…… Экспериментальная установка для измельчения зерна...……………...

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ……….………………………………………………….….. Увлажнение и определение влажности зерна….…………………..….. Методика определения степени измельчения и гранулометрического состава измельченного зернового сырья………….………………………….. Методика расчета основных показателей процесса разрушения…….. Методика определения расходуемой мощности при измельчении зернового сырья…………………………………….………………………..… Методика определения производительности экспериментальной установки ЦИСМ...…………………..………………………………………....

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРОЦЕССОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Оборудование для приготовления какао тертого…..…………....……. Особенность и эффективность измельчения пищевых продуктов в Выбор целевой конструкции ударной мельницы при изготовлении сахарной пудры…………………………………………

Влияние основных конструктивно-кинематических технологических параметров ударной мельницы на эффективность процесса………………………………………………………………………… Зависимость суммарного выхода крупности классов помола частиц сахарной пудры от конструктивно-кинематических параметров….….……. Оценка эффективности работы дробилок ударного действия для измельчения зерна зерновых и зернобобовых культур……………………… СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие науки о процессах и аппаратах позволило создать научно обоснованную классификацию процессов пищевой технологии, главными из которых являются механические процессы, основанные на чисто механическом взаимодействии тел. К ним относятся процессы измельчения, классификации (фракционирования) сыпучих материалов и прессования, приводящие лишь к изменению формы материала без изменения физико-химических характеристик.

Современные знания в области теоретических основ пищевой технологии и быстрое развитие вычислительной техники позволяет перейти к новым методам исследования на базе математического моделирования.

Для проектирования рациональной конструкции измельчителей и разработки методов их расчета необходимо знать, как меняются физикомеханические свойства или измельчаемость частиц сыпучих материалов в процессе ударного нагружения.

Непрерывно перемещаясь в процессе производства, сыпучее сырье подвергается технологическим операциям, изменяющим его физикомеханические свойства, которые определяют характер взаимодействия его с элементами транспортирующих и вспомогательных машин. Поэтому при рассмотрении общетеоретических вопросов перемещения сыпучего сырья целесообразно знать коэффициенты внешнего и внутреннего трения, которые не только определяют силовое воздействие сырья с элементами обслуживающих машин, но и надежность и безотказность работы транспортнотехнологических линий.

С другой стороны для расчета выпускных отверстий бункеров и силосов, обеспечивающих свободное истечение сыпучего материала при минимальных их габаритах, металлоемкости, необходимо исследовать влияние физикомеханических свойств сыпучих материалов на способность их к сводообразованию.

В результате сравнительного анализа установлено, что между рекомендованными оптимальными и полученными в производственных условиях размерами частиц сыпучих материалов в пищевой промышленности наблюдается существенное расхождение, одной из причин такого явления является отсутствие непрерывного разделения пудр, муки и порошков на фракции.

Так, например, на предприятиях пищевой промышленности сепарация тонкодисперсных сыпучих продуктов (мука, крахмал, сахарная пудра, фруктовые порошки и другие), осуществляемая на просеивателях с ситовыми рабочими органами, обычно протекает малоэффективно, так как при больших ячейках сит не происходит полного отделения грубодисперсной фракции, а при граничных размерах ячеек вследствие значительных адгезионных и когезионных сил ситовое полотно забивается.

При ударе, эффективность которого зависит от выбора рациональных режимов, возникают силы, которые нарастают и уменьшаются в короткий промежуток времени. Причем как в рабочем органе, так и в деформируемой среде зарождаются волны напряжений, которые при определенной интенсивности способствует образованию опережающей трещины.

В этой связи вибрация, как способ интенсификации технологических процессов, нашла широкое применение в пищевой промышленности. Так, например, на предприятиях пищевой промышленности все большее распространение получают различные виды вибрационного оборудования, отличающиеся высокими показателями.

В общем случае возможны три варианта направлений колебаний (вибраций) ударного элемента по отношению к направлению подачи измельчаемого (разрушаемого) продукта:

1. Продольные колебания.

2. Поперечные колебания.

3. Направление колебаний составляет некоторый угол с направлением движения продукта.

Использование вибрирующих ударных элементов в измельчающих машинах и аппаратах позволяет интенсифицировать процесс разрушения структуры частицы измельчаемого материала, сократить потери сырья, повысить качество разделяемых поверхностей, снизить усилия резания. Однако некоторые вопросы, составляющие физическую сущность проблемы и имеющие несомненный практический интерес, и, в частности, вопросы определения оптимальных усилий виброрезания, еще не полностью изучены, что создает немалые трудности при расчете и выборе оптимальных параметров ударных режущих узлов вибрационного измельчающего оборудования.

Вместе с тем профессорами Оспановым А.А., Остапчуком Н.В. и Глебовым Л.А. (1992-1998 гг.) были обобщены результаты многолетних научных поисков и изысканий по проблеме совершенствования и интенсификации процессов измельчения пищевых и кормовых материалов в отраслях агропромышленного комплекса Республики Казахстан, России и других стран СНГ.

промышленности является комплексное использование различного по природе, структурным и реологическим особенностям сырья, такого как орехи, какао, масло-какао, сахар, зерновое сырье и др. Необходимо подчеркнуть, что исследований по изучению процессов переработки таких материалов за рубежом и в странах постсоветского пространства было проведено немало, а результаты их в научной литературе отражены фрагментарно в виде отдельных статьей и не систематизированы.

ВВЕДЕНИЕ

Использование резервов, увеличивающих продовольственный потенциал и обеспечивающих потребности населения Республики Казахстан в высококачественных продуктах питания, является актуальной задачей.

В широком ассортименте продовольственных товаров большим спросом пользуются кондитерские и хлебобулочные изделия.

В настоящее время, в условиях свободного рынка и жесточайшей конкуренции, качество продукции является главным критерием выживания как мелких, так и крупных предприятий.

Чтобы производить продукцию достойного качества, необходимо иметь высококачественное сырье. Между тем, с полным переходом Казахстана на рыночные системы взаимоотношения между поставщиками сырья, производителями и потребителями продукции, требования к отдельным звеньям технологической линии кондитерского производства, в частности, к процессу изготовления сахарной пудры, ужесточились.

Получение сахарной пудры требуемого качества, без которой не обходится производство ни одного вида кондитерских изделий, стало одной из главных задач в кондитерской промышленности. Так, при производстве всех видов драже необходимо применение сахарной пудры высокого качества, так как использование сахарной пудры более грубого измельчения и неоднородной по размерам частиц приводит к выпуску изделий с низкими вкусовыми качествами и бугристой поверхностью.

Значение сахарной пудры высокого качества при производстве вафель и шоколадных конфет с жировыми начинками трудно переоценить. Нежный и легко тающий во рту вкус жировых начинок достигается применением тонкодисперсной сахарной пудры.

Причем при производстве шоколадных и пралиновых масс типа "Хазелла" дисперсность сахарной пудры влияет не только на качество продукции, но также и на износ технологического оборудования, а при производстве печенья непрерывным способом качество сахарной пудры определяет стабильность технологического процесса.

Известно, что во всем мире множество кондитерских изделий (булочки, кексы, торты, всевозможные слоеные изделия и так далее) присыпаются тонкодисперсной однородной белоснежной сахарной пудрой, что придает им аппетитный и приятный для покупателя вид.

С другой стороны основными компонентами для производства шоколада являются масса какао, сахар и масло какао. Масло какао получается отпрессовкой его от массы какао. Получающийся при этом жмых идет на приготовление порошка какао. Масса какао получается из обжаренных бобов какао путем их дробления (с одновременным их освобождением от оболочки) и последующего размола.

Основная цель размола крупки заключается в том, чтобы разорвать клеточную ткань и клеточные стенки, и освободить содержимое этих клеток, в первую очередь масло-какао. Таким образом, чем полнее проведено разрушение и измельчение клеточной ткани, чем меньше осталось целых неразрушенных клеток, тем обильнее количество освобожденного из клеток масло-какао, тем меньше размеры твердых частичек и тем эффективнее процесс размола.

Как указывает Соколовский А.Л., при измерении микроструктуры бобов какао было установлено, что ядро состоит из отдельных клеток, в которых содержится масло какао, а также крахмальные и белковые (алейроновые) зерна.

Размеры клеток ядра лежат в пределах от 23 до 40 микрон при толщине клеточных стенок около 12 микрон. Следовательно, для обеспечения высокого качества размола крупки необходимо, чтобы размалывающие поверхности на последней стадии размола обеспечивали толщину помола не превышающую несколько десятков микрон.

Так как во время размола масса какао под влиянием трения или ударов нагревается до температуры выше температуры плавления, содержащегося в массе масло какао, то тертое какао после измельчения имеет полужидкую консистенцию. Таким образом, тертое какао, в котором содержание масло какао достигает 55 %, представляет собой суспензию, в которой жидкой фазой является масло какао, а твердой фазой – обрывки клеточной ткани, зерна крахмала и белка.

Опыт и практика показывают, что конструкции рабочих органов, кинематика и динамика существующих машин не полностью соответствуют требованиям обеспечения необходимых показателей качества продукта.

Вместе с тем, процессы изготовления сахарной пудры, размола какао крупки, измельчения других сыпучих масс в пищевой промышленности по общепринятой классификации относятся к тонкому и сверхтонкому помолу, и для получения требуемых Комитетом стандартов дисперсности (до 40 мкм), требуются большие энергозатраты.

На процесс измельчения во всем мире расходуется в среднем от 2,8 до 3, % производимой электроэнергии. Расход энергии на процесс измельчения становится существенно заметным в области тонкого и сверхтонкого измельчения (к таковым относится большинство сыпучих масс в пищевой промышленности), когда степень измельчения доходит до 100 и выше.

Высокий удельный расход энергии при тонком и сверхтонком измельчении резко изменяет условия силового воздействия на частицы малых размеров и их прочностные свойства. Чем мельче частицы, тем меньше в материале внутренних дефектов, тем они прочнее, и, следовательно, на их измельчение требуются большие затраты энергии. Кроме того, с уменьшением размера частицы ее сложнее подвергать нагружению, что способствует также увеличению удельного расхода энергии на процесс.

По данным различных производств в области крупного и среднего измельчения материалов средней прочности, расход энергии колеблется от 0, до 1,0 кВт·ч/т; при тонком и сверхтонком измельчении расход энергии достигает 30 кВт·ч/т, а иногда и больше.

Поэтому снижение расхода энергии на процесс, особенно в области тонкого и сверхтонкого измельчения, является важнейшей научной и технической проблемой. Снижение энергоемкости при одновременной интенсификации процесса может быть достигнуто лишь при условии рационального соотношения между технологическими параметрами процесса измельчения и конструктивными параметрами измельчителя. Подобную задачу научно обоснованно можно решить с помощью многофакторного математического моделирования конкретно рассматриваемого процесса измельчения.

Известно, что математические модели различных технологических процессов служат основой для решения инженерных оптимизационных задач, то есть задач рационального выбора основных технологических и технических параметров процесса и машин.

По рекомендации многих ученых СНГ и дальнего зарубежья в основу современных исследований положен вероятностный подход к описанию процесса дробления. Это связано, прежде всего, с массовостью дробления сыпучих материалов в ударной мельнице и наличием множества связанных с ним случайных событий.

СПОСОБЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПОНЯТИЕ О ТЕХНИКЕ ДЛЯ ТОНКОГО

И СВЕРХТОНКОГО ПОМОЛА

Измельчение представляет собой процесс механического разрушения твердых тел под действием внешних сил.

В зависимости от габаритов разрушаемых тел и целей организации их разрушения процесс предусматривает разрушение либо одного, либо нескольких, либо большего количества тел.

предусматривает массовое измельчение потока твердых тел. Эта особенность промышленного измельчения выдвигает на первый план поиск наиболее эффективных способов измельчения патока твердых тел.

Среди известных способов промышленного измельчения выделяются раздавливание, раскалывание, истирание, резание, удар стесненный и удар свободный.

Реализация способов промышленного измельчения предполагает преобладание одного из названных способов. Вместе с этим в любой реализации присутствуют в большей или меньшей мере все способы измельчения.

Процесс измельчения в зависимости от размера измельчаемого материала подразделяется на крупное, среднее и мелкое дробление, а в зависимости от свойств измельчаемого материала делится на измельчение твердых, хрупких, вязких, пластичных, маслянистых, легкоплавких, липких, сросшихся волокнистых, мягких и других материалов. Кроме того различают открытый и замкнутый цикл, мокрое и сухое измельчение. Обычно рассматривают практические вопросы комплексно с учетом всех вышеуказанных классификаций.

На практике часто используется измельчение ударом. Это связано, прежде всего, с экономичностью его технической реализации при массовом измельчении твердых тел. Измельчение свободным ударом предполагает организацию взаимодействия предметов и средств разрушения, а также движения входных и выходных потоков твердых тел и их частей. Кроме этого необходима локализация процесса и управление потоками твердых тел и работой средств их разрушения.

Промышленная реализация измельчения имеет ряд особенностей, среди которых можно выделить наличие таких свойств предметов разрушения, как их влажность, вязкость, упругость и тому подобное. В связи с этим, измельчение этих предметов требует разработки измельчителей специальной целевой конструкции.

О сверхтонких частицах и методах их получения К словам, содержащим приставку "сверх-" следует относиться весьма осторожно. Дело в том, что в современных условиях технического прогресса стало очень модным употреблять различные слова и выражения, содержащие приставку "сверх-". Обычно словами, содержащими приставку "сверх-" обозначали какую-то качественную или количественную характеристику предмета или явления относительно некоторого известного эталонного значения этой характеристики. Так, слово "сверхзвуковой" однозначно указывает на то, что рассматриваемая скорость превышает скорость звука. Если же мы скажем "сверхвысокая температура", то точное значение этого словосочетания дать весьма трудно. Ведь "сверхвысокая температура" сравнивается с "высокой температурой", выражающей довольно неопределенную температурную характеристику. Что касается словосочетания "сверхтонкая частица", то это выражение также относится к ряду выражений с довольно неопределенным и неясным смыслом. Словами "сверхтонкая частица" специалисты обычно обозначают частицы порошковых материалов, имеющих размеры меньше, чем размеры существующих традиционных материалов, выпускаемых промышленностью.

Речь идет о тонкозернистых материалах, являющихся исходными компонентами для получения новых керамических материалов, металлических порошков, композиционных материалов, а также неорганических веществ, таких как сахарная пудра, пищевые порошки и др. В профессиональной речи специалистов сверхтонкозернистые материалы называются "сверхтонкими порошками". В общем выражении "сверхтонкую частицу" относят к порошковым материалам, частицы которых меньше частиц традиционно выпускаемых промышленностью материалов. Несмотря на проведенный анализ значения выражения "сверхтонкие частицы", по-видимому следует дать точное определение этого словосочетания. На практике, применяя обычные технологии измельчения, получают порошковые материалы с тонкостью частиц до 3 мкм. Общепризнано, что механическим измельчением получать порошковые материалы с частицами менее 3 мкм очень трудно. Это связано прежде всего с необходимостью экономии энергии при производстве порошковых материалов. В нашей работе мы, говоря о сверхтонкозернистых материалах и сверхтонких частицах, будем иметь в виду частицы, с размерами в несколько микрон (приблизительно 10-40 мкм). Давая такое определение сверхтонким частицам, мы учитывали то, что величина частиц 3 мкм была бы слишком жесткой характеристикой, придерживаться которой в технологии получения порошков или пудры было бы исключительно сложно и непрактично.

В нашей обыденной жизни мы постоянно окружены бесчисленными тонкими частицами порошков, пудры и зернами различных материалов.

Многие технологические процессы сопровождаются образованием твердых мелких частиц и зерен материалов. Твердые тонкозернистые порошковые материалы специально получают с помощью различных технологических процессов, разработанных для этой цели. Здесь при получении тонкозернистых материалов из природного сырья измельчение является одним из обязательных технологических процессов.

Общие понятия об ударной мельнице для тонкого измельчения A. Что такое ударные мельницы? Ударная мельница – это такая мельница, где свободно движущиеся частицы материала, который должен быть измельчен, налетают на битер (било), движущийся с большой скоростью и измельчающий эти частицы. В момент измельчения частицы контактируются только с одной поверхностью. Столкновение между частицами также составляет часть ударного измельчения.

Б. Типы ударных мельниц. Имеются различные типы ударных мельниц для тонкого и сверхтонкого измельчения.

B. Почему мы выбираем ударную мельницу? Существуют четыре основные причины для использования ударной мельницы.

1. Ударные мельницы являются более экономичными.

2. Техническое обслуживание этих мельниц не представляет никаких трудностей.

3. Хорошие ударные мельницы могут также измельчать материалы с относительно высоким содержанием влаги, масла и жира.

4. Ударные мельницы очень хорошо подходят для измельчения когезионных материалов.

Г. Критерии для выбора. Материалы (продукты) должны иметь некоторые характерные особенности, чтобы их можно было измельчать ударными мельницами.

1. Измельчаемые (материалы) продукты не должны быть абразивными.

Шкала твердости Мооса показывает, что только материалы со степенью твердости до 3-4 можно измельчать с минимальными затратами. Более твердые материалы вызывают сильный износ элементов мельницы.

В этой связи следует отметить, что многие материалы не являются чистыми, то есть они могут содержать небольшие примеси других материалов.

Если эти примесные материалы будут иметь абразивный характер, использование ударной мельницы для тонкого измельчения может привести к возникновению проблем. Например, если известняк содержит свободный кварц в количестве больше, чем 0,15 %, использование ударного измельчения вызовет проблемы из-за ускоренного износа рабочих деталей мельницы.

2. Хрупкие (материалы) продукты больше подходят для тонкого измельчения в ударной мельнице, чем вязкие материалы. Характерной чертой хрупкого материала является то, что после размола отдельные куски могут теоретически перегруппироваться, чтобы образовать тело такого же самого размера и такой же самой формы тогда, как при обработке вязкого материала в точках излома происходят постоянные деформации.

Количественным критерием для хрупкого (вязкого) поведения излома является так называемое удлинение при изломе, которое определяется как относительное увеличение длины при увеличении растягивающего напряжения, которое испытывает до излома стержнеобразный кусок рассматриваемого материала.

3. Для обеспечения постоянного, точного дозирования материала в ударную мельницу тонкого измельчения, большинство материалов следует заблаговременно разбивать на более мелкие кусочки. Размер подаваемых в мельницу гранул практически не оказывает влияния на рабочую характеристику мельницы, если производится измельчение хрупкого материала. Этот факт был подтвержден для известняка в ходе многих испытаний. Нет большой разницы в том, имеет ли подаваемый материал средний размер частиц 10 микронов или 2 мм.

4. Чувствительность к теплоте. Значительно меньше, чем 1 % выхода энергии превращается в новую поверхностную энергию. Остальная энергия полностью превращается в теплоту. Следовательно, совершенно возможно в случае с продуктом, имеющим достаточно низкую точку плавления, что такая теплота может размягчить этот материал и даже расплавить его. Следует любой ценой не допускать такой уровень напряжения в мельницах, иначе полученный продукт будет находиться не в форме порошка, а в форме плавленных гранул.

5. Влажность. Влажность обычно имеет значение только тогда, когда производится измельчение органических материалов. Кристаллические материалы обычно поглощают только небольшое количество влаги. Такие материалы нельзя измельчать, когда будет повышено определенное, в большинстве случаев очень малое значение от 1 % до 2 %, поскольку в этом случае они будут прилипать к измельчающим элементам мельницы.

Органические материалы становятся более вязкими по мере увеличения в них количества влаги, и в таком случае они более трудно поддаются измельчению.

Требования к измельчению и его продукции К процессу измельчения предъявляется ряд естественных требований – реализуемости, экономичности и его эффективности. Кроме этого существенными являются требования к продукции измельчения, которые вытекают из ее назначения: для скармливания в натуральном виде или в составе кормовых смесей, для искусственной сушки в высокотемпературных сушилках или механического обезвоживания, гранулирования или брикетирования, приготовления сенажа или силоса.

В одном случае продукция измельчения должна быть однородной, в другом случае иметь допустимую дисперсность, в третьем – допустимые линейные размеры измельченных частей.

Требования к процессу и продукции измельчения существенно учитываются при выборе или разработке измельчителя.

С повышением требований чаще всего усложняется конструкция измельчителя, увеличивается его стоимость. В связи с этим существенное значение имеет поиск такой конструкции измельчителя, которая позволяла бы удовлетворить больше требований к процессу и продукту измельчения.

Конструкция измельчителя обязательно учитывает взаимодействие рабочих органов машин с технологической массой, качество и энергоемкость процессов измельчения, а также их зависимость от физико-механических характеристик технологической массы – структуры, влажности, гранулометрического состава (размеров), плотности, объемной массы, загрязненности инородными предметами, коэффициентов внешнего и внутреннего трения, угла естественного откоса, прочности частиц (зерновых), сопротивляемости стеблей и корнеплодов измельчению.

При конструировании измельчителей зерновых продуктов необходимо учитывать их влажность, от которой в значительной мере зависят качество и энергоемкость измельчения. Технологическая надежность работы измельчителей кормов также зависит от влажности. Увеличение удельной энергоемкости измельчения зерна при повышении его влажности объясняется соответствующим изменением вязкости оболочек зерна. При чрезмерном увлажнении зерно из упруго-хрупкого состояния переходит в пластично-вязкое, то есть теряет способность дробиться на мелкие части.

Общие требования, предъявляемые к измельчающим машинам Основные требования, предъявляемые к машинам для измельчения пищевого сырья, можно сформулировать следующим образом. Все механизмы измельчителей (двигательные, передаточные и рабочие) должны быть выполнены таким образом, что при обработке сырья максимально обеспечивалась требуемая степень измельчения, сохранение пищевой ценности и качества продукта и минимальные потери сырья.

Измельчение не должно сопровождаться большими усилиями сжатия, приводящими к выдавливанию клеточного сока. Температура измельченного продукта не должна быть выше допустимой по действующей технологии.

Недопустимо попадание в рабочие зоны смазочных масел, ржавчины, окалины и металлических включений от износа деталей.

Детали, соприкасающиеся с продуктом, следует изготовлять из коррозиестойких (нержавеющих) материалов. Главными причинами возникновения коррозии являются неправильный выбор марки материала или защитных устройств и низкий класс шероховатости поверхности деталей.

Конструкция рабочих механизмов должна быть удобной при разборке и сборке, легко доступной для санитарной обработки и удаления остатков сырья и продуктов.

Электродвигатели, пусковая аппаратура, электропроводка, контрольноизмерительные и регулирующие приборы должны быть выполнены в водозащищенном или герметичном исполнении, иметь специальные водонепроницаемые ограждения. Электродвигатели, электроаппаратура должны быть надежно заземлены.

Контрольно-измерительную и пусковую аппаратуру целесообразно монтировать на отдельном стенде, располагая его в зоне обслуживания машины. Для безопасной эксплуатации машины необходимо предусматривать защитные ограждения и блокирующие устройства.

Эксплуатационная надежность и долговечность машин для измельчения пищевых и мясных продуктов и кормов обусловлены рядом факторов, которые можно подразделять на конструкционные, технологические и эксплуатационные.

1. К конструкционным факторам относятся динамика и кинематика машины, жесткость всей конструкции и отдельных ее узлов, форма и конфигурация режущих инструментов и деталей измельчающего механизма, выбор марки материала для их изготовления, степени точности (квалитета в системе ISO), посадки и класса шероховатости.

2. Технологическими факторами являются технология получения заготовок, применяемых для изготовления режущих инструментов и деталей, формообразование из них полуфабрикатов, способы поверхностного упрочнения, восстановления и отделки поверхности рабочих деталей и инструментов.

3. К эксплуатационным факторам относятся правильность монтажа отдельных узлов машины и оборудования в целом, соблюдение правил и требований при установке машины по месту; наладка механизмов и устройств;

наличие вибрации и коррозирующей среды; состояние смазочных масел, устройств и периодичность смазки; качество технического обслуживания и ремонта; уровень подготовки и квалификация обслуживания и ремонтного персонала и другие.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕЛЬЧАЮЩИХ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЙ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Краткий анализ существующих способов классификации При дроблении и измельчении твердых продуктов редко удается получить продукт требуемого гранулометрического состава. Обычно продукты измельчения состоят из частиц различных размеров и форм и из них приходиться выделять нужные фракции. Разделение дробленых и измельченных частиц по крупности осуществляется двумя способами: рассевом или классификацией.

Недостатком разделения рассевом является то, что в области сверхтонкого измельчения данный способ не применяется, так как промышленность выпускает сита с отверстиями, имеющими размер 40·10-6 м и выше. Это связано с тем, что в области тонкого и сверхтонкого измельчения эффективность работы сит резко падает.

Для разделения частиц по крупности в области тонкого и сверхтонкого измельчения в основном применяют классификаторы.

Изобретение воздушного классификатора относится к прошлому столетию. Изобретателями были англичане Томас Вальям Бассет Мунфорд и Роберт Муди, которым в 1885 году в Германии был выдан патент на сортировочную машину, отделяющую в потоке воздуха более крупные частицы от мелких.

Права на изготовление воздушных классификаторов были приобретены у этих изобретателей фирмой "Машинфабрик Гербюцер Пфейфер" в Кайзерслаутерне. Эта фирма в последующие десятилетия значительно усовершенствовала первоначальную конструкцию. Уже в одном из первых вариантов в 1889 году вентиляторное колесо было сделано плоским и помещено выше загрузочного патрубка в верхней части разделительной камеры. Регулирование границы разделения измельченного продукта осуществляется изменением числа оборотов вентиляторного колеса путем замены приводных шкивов. Такое расположение вентиляторного колеса и способ регулирования границы разделения сохранились до сих пор.

В настоящее время в промышленности применяются классификаторы гравитационного, инерционного и центробежного действия. Эффективными являются центробежные классификаторы. Эффективность процесса классификации характеризуется, с одной стороны полнотой разделения измельченных частиц требуемого размера от крупных, а с другой – попаданием крупных частиц в измельченный продукт.

В идеальном случае классификаторы должны разделять все частицы, размер которых меньше требуемой величины d r, направлять их в готовый продукт, а остальные частицы размером больше, чем d r направлять в мельницу.

Однако в реальных процессах классификации из-за ряда причин такое разделение невозможно осуществить.

Существующие конструкции инерционных и гравитационных классификаторов являются неэффективными, когда требуется получить продукт с размером частиц менее 9·10-5 м.

Для получения готового продукта размером частиц менее 9·10-5 м в измельчителях, оборудованных инерционными и гравитационными классификаторами, необходимо значительное снижение расхода воздуха, что приводит к резкому повышению удельного расхода энергии на измельчение и снижению производительности.

Применение центробежных классификаторов в области тонкого и сверхтонкого измельчения позволяет значительно повысить вентиляцию воздуха в измельчителе, что обеспечивает увеличение производительности и снижение удельного расхода энергии на процесс измельчения.

В последнее время измельчители, применяемые в области сверхтонкого измельчения, работают в паре с встроенным центробежным классификатором, то есть в этих измельчителях совмещена камера измельчения и камера классификации, что в свою очередь обеспечивает повышение производительности по готовому продукту, снижение энергии на процесс и улучшение условий труда.

К основным недостаткам измельчителей, работающих совместно в паре с классификатором, можно отнести их высокую первоначальную стоимость по сравнению с измельчителями, работающими без процесса классификации.

Измельчители, работающие в паре с классификатором, независимо от его конструкции и исполнения, можно рассматривать как машины, состоящие из двух основных узлов и механизмов: измельчающего и классифицирующего.

В результате экспериментальных исследований установлено, что изменение параметров процесса классификации оказывает большее влияние на гранулометрический состав готового продукта, чем изменение параметров процесса измельчения.

Одним из условий для нормальной работы измельчителя с встроенным классификатором является то, что производительность измельчителя и классификатора должны совпадать. Если производительность измельчителя больше, чем классификатора, то классификатор не будет успевать пропускать измельченные частицы и произойдет завал измельчителя. Если, наоборот, классификатор не полностью загружен, то он работает в полухолостом режиме, что приводит к снижению производительности и увеличению удельного расхода энергии на процесс. Кроме того классификатор должен соответствовать всем предъявляемым к нему требованиям. Эти требования заключаются прежде всего в следующем:

измельченного продукта;

– отсутствие "влетающих" частиц;

– работа классификатора в жестком режиме, то есть независимость установленной границы разделения от режима работы измельчителя;

– классификатор должен приспосабливаться к специальным требованиям в отношении классификации независимо от особенностей измельчителя.

Из всех существующих конструкций классификаторов, центробежные более полно отвечают предъявляемым требованиям.

Классификация способов и технологических схем измельчения материалов Измельчением называют процесс разделения твердых тел на части под действием механических сил и теплоты.

Если требуется уменьшить размеры кусков без придания им определенной формы, процесс измельчения называют дроблением. Если при одновременном уменьшении размеров кусков им придается определенная форма, то процесс измельчения называют резанием.

Измельчение различных материалов используется практически во всех отраслях промышленности. Измельчение осуществляют раздавливанием, раскалыванием, размалыванием, истиранием, ударом, изгибом, резанием.

Кроме резания, все способы или различные их комбинации составляют основу процесса дробления.

Поэтому в большинстве случаев эти виды воздействия на материал используют комбинированно, при этом обычно основное значение имеет один из них, что обусловлено конструкцией машины, применяемой для измельчения.

Иллюстрации различных способов измельчения материалов показаны в работе. Выбор того или иного способа механического воздействия с целью измельчения материала, в основном зависит от его физико-механических свойств и технологических требований к готовому продукту.

Так, Рейс, подразделяя все материалы на десять групп в зависимости от принадлежности материала к одной из этих групп, рекомендует тот или иной способ нагружения (табл. 1).

Из этой таблицы видно, что наиболее распространенными для твердых материалов являются два способа нагружения: удар и сжатие. Оба эти способа нагружения широко применяются при переработке твердых пищевых продуктов в кондитерской, мясной, комбикормовой, мукомольной и крупяной промышленностях.

При раздавливании материал под действием нагрузки деформируется по всему объему и, когда внутреннее напряжение в нем превышает предел прочности сжатию, разрушается.

При раскалывании материал разрушается в местах наибольшей концентрации нагрузок под действием клиновидного режущего инструмента. В этом случае материал измельчается при меньших нагрузках, следовательно, и меньших затратах энергии, чем при раздавливании.

Способы механического воздействия в зависимости от свойств измельчаемых Свойства материала Условные обозначения: "" – пригодный, "" – условно пригодный, "–" – непригодный При разламывании материал разрушается в результате действия на него изгибающих сил.

При истирании материал измельчается под действием сжимающих срезающих сил, превращаясь в диспергированное вещество.

При ударе материал распадается на части в результате действия динамической нагрузки.

При резании материал разделяется на части заранее заданных размеров и формы (кубики, пластинки и пр.).

В зависимости от гранулометрического состава исходного и измельченного материала на практике различают несколько видов измельчения, которые представлены в табл. 2.

Способ воздействия определяется назначением, физическими характеристиками измельчаемого материала и необходимой степенью измельчения, под которой обычно понимают отношение средних размеров частиц до и после измельчения. Степень измельчения определяют относительным количеством прохода через сито с определенным размером отверстий, которое называют извлечением. По степени измельчения различают:

крупное, среднее, мелкое, тонкое и коллоидный размол.

Из перечисленных способов наиболее пригодным для промышленного измельчения рыбных, мясных и мясокостных продуктов и доброкачественных отходов производства являются: резание и распиливание (машины для крупного измельчения).

Виды измельчения в зависимости от размеров частиц Измельчение проводят по открытому либо по замкнутому циклу. При замкнутом цикле после разделения на сите более крупная фракция снова поступает на мельницу, а мелкая идет на дальнейшую переработку. Замкнутый цикл осуществляют в одной установке (машине) либо при многократном последовательном измельчении и разделении продуктов. Для измельчения применяют: щековые, конусные, вальцовые и ударные дробилки, шаровые, стержневые, вибрационные и другие мельницы.

Классификация конструкций современных машин ударного действия для тонкого измельчения сыпучих материалов В настоящее время имеется большое число различных вариантов классификации измельчителей ударного действия. Однако в настоящее время нет единого мнения по этому вопросу. Это связано с тем, что существует много типов измельчителей различных размеров и их классификация производится произвольно.

Например, Клушанцев Б.В. и Косарев А.И. подразделяют измельчающие машины ударного действия по конструкции и типу рабочих органов на шесть основных групп: крестовые, стержневые (дезинтеграторы, дисмебраторы), барабанные (гирационные), тарельчатые (центробежные), роторные и молотковые.

Сиденко П.М. относит к измельчающим машинам ударного действия следующие типы измельчителей: молотковые, бильные и шахтные мельницы, дезентеграторы и дисмембраторы, центробежные, барабанные и газоструйные мельницы.

Блиничев В.Н. разделяет измельчающие машины ударного действия на две большие группы: ударно-истирающего действия (дезинтеграторы, дисмембраторы); ударно отражательного действия (молотковые, роторные, ударно-центробежные и другие).

Смирнов Н.М. все измельчители ударного действия разделяет по способу сообщения энергии на три класса: разгон частиц за счет сжатого воздуха или перегретого пара с целью разрушения их о неподвижную плиту (например, струйные мельницы); разгон частиц за счет центробежных сил с последующим разрушением их о неподвижную плиту (центробежные мельницы); разрушение частиц непосредственно ударом рабочего органа (роторные мельницы).

Измельчители ударного действия по характеру осуществления ударного импульса разделяют на три группы: машины с жестко или шарнирно укрепленными на роторе билами, ударяющими по поступающему периферийно материалу; центробежные машины метательного действия, ротор которых за счет центробежных сил разгоняет поступающий центрально материал до больших скоростей с последующим ударом его об отбойные поверхности корпуса; машины, сочетающие принципы разрушения материала, характерные для первой и второй групп мельниц, с измельчением частиц при их соударении в развитых вихревых потоках воздуха.

В мясной промышленности применяется классификация измельчающих машин по назначению и по крупности получаемых частиц.

Необходимо отметить, что классификация измельчающих машин по некоторым отдельным параметрам не позволяет сделать удобный обзор всех существующих машин. При этом такая классификация не выделяет очень важные различия конструкции машин, а также такие особенности, которым потребитель уделяет особое внимание.

Для исследования мельниц тонкого помола ударного действия, рассмотрим классификацию их конструктивных особенностей с целью определения путей развития новых типов мельниц ударного действия.

Определенный вклад в решение этого вопроса сделал Беренс Д. Взяв за основу работы Румпфа Х., он предложил более удачную классификацию ударного действия по следующим конструктивным особенностям:

1) по расположению ротора;

2) по преобладающей траектории частиц при их прохождении через зону размола;

3) по регулированию тонины (дисперсности) готового продукта.

Руководствуясь перечисленными выше конструктивными особенностями мельниц ударного действия, Беренс Д. привел их в систему, представленную в табл. 3, которая позволяет сделать удобный обзор всех уже существующих компоновок рабочих элементов. Из классификации видно, что возможно регулирование тонины помола путем изменения количества воздуха, проходящего через мельницу, но так как большей частью это осуществляется в виде дросселирования, то при этом требуются большие затраты энергии.

Последняя графа таблицы, показывающая периферийный проход через вертикальную цилиндрическую зону размола, остается пустой, так как здесь нельзя ожидать какого либо удовлетворительного технического решения.

Крупные частицы под воздействием силы тяжести слишком быстро покидали бы зону измельчения, и их снова пришлось бы подавать на загрузку.

Проход размалываемого материала через зону Настройка и регулирование тонины готового где: – известные мельницы; – новые конструкции и усовершенствованные Как видно из таблицы, новые конструкции мельниц ударного действия и их модернизация создаются в настоящее время с классификаторами как выносными, так и встроенными. Это объясняется тем, что такие конструкции дают возможность получить продукт высокой тонины при минимальных затратах с узким гранулометрическим составом.

Недостатком этой классификации (см. табл. 1) является то, что в ней не учтена возможная схема расположения ротора классификатора.

Результатами экспериментальных исследований многих исследователей показано, что режимы работы и конструктивные параметры классификатора оказывают значительно большее влияние на результаты процесса, чем режимы измельчения и параметры измельчителя. Кроме того, данная классификация не дает информацию об измельчителях, работающих в открытом цикле измельчения.

В связи с этим при систематизации необходимо исходить из следующих параметров:

– схема работы измельчителя;

– расположение ротора мельницы;

– регулирование дисперсности готового продукта;

– расположение ротора классификатора;

– траектория движения частиц через зону измельчения.

По схеме работы измельчители могут работать в открытом или в замкнутом цикле. При измельчении в открытом цикле материал проходит через измельчающую машину 1 раз. Обычно в открытом цикле проводят крупное и среднее дробление, когда не требуется получать частицы определенного размера. При измельчении в замкнутом цикле материал неоднократно проходит через измельчающую машину. Измельченный продукт из измельчителя поступает в классификатор, где частицы больше допустимого размера возвращаются обратно в измельчитель.

Вал ротора измельчителя может быть установлен горизонтально или вертикально, причем у измельчителей большой производительности применяют в основном горизонтальную схему установки вала ротора.

Дисперсность готового продукта в ударных измельчителях можно регулировать изменением параметров воздушно-пылевой смеси в мельнице и совмещением процессов измельчения и классификации в одной машине.

В случае совмещения процессов измельчения и классификации возможны три варианта разделения:

– в зоне измельчения;

– преимущественно вне зоны измельчения, но внутри камеры измельчения;

классифицирующих устройств.

Разделение в зоне измельчения может происходить без сита и при помощи сита. При ситовом разделении сито ограничивает зону измельчения, а размеры ячейки сита определяют максимальный размер получаемых частиц.

Бесситовое разделение в зоне измельчения особенно наглядно осуществляется в шрифтовой мельнице.

При разделении вне зоны измельчения применяют классифицирующие устройства, встроенные в камеру измельчения. Эти устройства могут быть регулируемые (настраиваемые) только в приостановленной машине и с бесступенчатым регулированием во время работы измельчителя.

классифицирующие устройства. Эти устройства также могут быть настраиваемые и с бесступенчатым регулированием.

Вал ротора классификатора может быть установлен горизонтально или вертикально, причем при необходимости получения частиц особо малых размеров (несколько микрон) в основном применяют вертикальную установку вала классификатора над зоной измельчения.

Траектория частиц в зависимости от конструктивных особенностей измельчителя имеет следующие направления:

– радиальное – при центральной загрузке;

– осевое – при любой загрузке у роторов с большим осевым удлинением;

– периферийное, то есть вдоль периферии, причем материал загружается также в центре или по периферии.

В зависимости от крупности исходного сырья и требований к конечному продукту процесс измельчения можно производить в одном измельчителе или в нескольких измельчителях, установленных последовательно. Характер измельчаемого сырья и требуемая степень измельчения определяют количество измельчителей и тип измельчающего оборудования. Процесс можно вести в открытом и замкнутом циклах измельчения. Но процесс измельчения в последней стадии (особенно в области тонкого и сверхтонкого измельчения) целесообразно вести в замкнутом цикле. При этом обеспечивается повышение производительности, снижение удельных энергетических затрат на процесс и устранение переизмельченного материала. Поэтому в настоящее время комбинация измельчителя с классификатором рассматривается как одно целое.

Согласно имеющейся классификации ударных измельчителей, процесс замкнутого цикла измельчения можно вести с разделением измельченного продукта в зоне измельчения внутри камеры измельчения и вне измельчителя.

Выбор того или иного способа разделения зависит от многих факторов.

При разделении вне зоны, но внутри камеры измельчения получается готовый продукт в узком диапазоне крупности с требуемым размером частиц, чего нельзя добиться при разделении в зоне измельчения. Кроме того, при данном разделении уменьшаются транспортные расходы и улучшаются условия труда по сравнению с разделением вне измельчителя.

Классификация способов разрушения, применяемых в современных измельчающих машинах ударного действия Рассмотрим существующие и перспективные способы измельчения, а также мельницы, работа которых основана на этих способах.

Все множество конструкций мельниц можно разделить на две группы: с ведомыми (закрепленными) мелющими телами и не закрепленными мелющими телами. В свою очередь ведомые мелющие тела могут быть закреплены жестко и подвижно. Энергия сообщается мелющим телам посредством силы тяжести или центробежными, пульсирующими и вибрационными силами.

Передача энергии, как правило, связана со стахостическим процессом, поэтому куски и частицы, измельчаемого материала одновременно испытывают целую гамму нагрузок: изгибающую, растягивающую, срезающую, сдвигающую и ударную.

В настоящее время для разрушения материала используются следующие способы измельчения.

1. Свободное и стесненное ударное разрушение частиц.

2. Самоизмельчение при соударении частиц измельчаемого материала.

3. Электротермическое разрушение.

4. Измельчение за счет ударной волны, создаваемой ультразвуковыми колебаниями, посредством механического возбуждения гидравлических ударов или возбуждаемой в жидкости искровым разрядом.

5. Измельчение за счет резкого сброса давления, при котором частицы разрушаются от вскипания жидкости, находящейся в трещинах частицы. Это так называемый Снайдер-процесс.

При изобретении Снайдер-процесса к нему было приковано большое внимание. Исследование измельчения сбросом давления не дало ожидаемого результата, а для малотрещиноватых материалов и тонкого измельчения данный способ вообще оказался бесперспективным.

Измельчение за счет формирования ударной волны в жидкости посредством возбуждения гидравлического удара имеет низкий КПД ввиду значительных потерь на деформацию жидкости. Кроме того, сами мельницы имеют низкую надежность, а продукты помола сильно загрязняются из-за кавитации, возникающей в процессе измельчения. Мельницы данного класса могут найти применение в том случае, если необходимо кроме измельчения осуществить процесс диспергирования.

Измельчение искровым разрядом пока не вышло за пределы лабораторных исследований из-за низкой эффективности процесса разрушения и высоких требований, предъявляемых к аппарату, в котором осуществляется процесс.

Электротермическое измельчение, осуществляемое за счет подведения к образцу высокого напряжения или напряжения высокой частоты, может быть использовано только для разрушения негабаритных глыб.

В настоящее время более перспективным является свободное или стесненное ударное разрушение, а также самоизмельчение при соударении кусков или частиц материала. Это обусловлено следующими причинами.

1. Гранулометрический состав готового продукта достаточно легко регулируется изменением двух параметров: скоростью и числом нагружений.

2. В зависимости от свойств измельчаемого материала и его размера существует оптимальная скорость нагружения, что позволяет снизить удельные энергозатраты на единицу вновь образованной поверхности.

3. Получение частиц нужной формы и избирательность процесса измельчения.

4. Позволяет получать продукт повышенной активности (механохимия).

Малые размеры, высокая тонина измельчения, малый намол посторонних материалов, небольшие энергозатраты обеспечивают мельницам ударного действия все большую популярность в промышленности. Все большее число работ посвящается исследованию процессов, происходящих при ударном нагружении. Так, например, Румпф Х. отмечает существенные преимущества способа разрушения свободным ударом.

Известно, что стоимость мельниц ударного действия, отнесенная к единице их производительности, в 1,55,5 раз ниже, чем в других измельчительных установках.

Обладая перечисленными выше достоинствами, мельницы ударного действия нашли широкое применение во всех отраслях промышленности, где необходимо иметь высокодисперсные порошки.

Измельчители ударного действия позволяют получить конечный продукт порядка 0,05 мм и менее, из частиц с исходным размером до 25 мм.

Измельчение в данных мельницах осуществляется чаще всего в результате многократного соударения частиц дробимого материала с поверхностью твердого тела. Напряжения, возникающие в измельчаемых частицах при передаче энергии, обеспечивающие разрушение, зависят, главным образом, от относительной скорости удара, а также от упругих и прочностных свойств тел, принимающих участие в дроблении. В современных мельницах для тонкого помола применяются скорости нагружения от 40 до 350 м/сек.

Достоинством современных мельниц ударного действия является то, что их конструкции позволяют развивать скорости нагружения частиц до 350 м/сек.

Это стало возможным благодаря применению высокопрочных и износостойких материалов, а также благодаря созданию конструкций, в которых разгон частиц осуществляется навстречу друг другу (струйные мельницы, дезинтеграторы, центробежные противоточные и соосные противоточные мельницы).

Все мельницы ударного действия можно разделить по способу сообщения энергии, необходимой для разрушения измельчаемого материала, на три класса.

1. Разгон частиц за счет сжатого воздуха или перегретого пара с целью разрушения их о неподвижную плиту (например, струйные мельницы).

2. Разгон частиц за счет центробежных сил с последующим разрушением их о неподвижные плиты (например, центробежные мельницы) или в противотоках (например, центробежно-противоточные мельницы).

3. Разрушение частиц непосредственным ударом рабочего органа (например, роторные мельницы).

Рассмотрим мельницы каждого класса. Струйные мельницы относятся к первому классу мельниц. Они представляют собой аппараты, в которых осуществляется разгон частиц за счет сжатого воздуха или перегретого пара с последующим нагружением их о неподвижную плиту или при взаимном столкновении частиц, движущихся с большими скоростями навстречу друг другу.

Струйные мельницы все шире внедряются в различные отрасли нашей промышленности. Вот уже более 25-ти лет как в России начато серийное производство этого типа мельниц.

Большой вклад в развитие этих мельниц внесли такие исследователи, как Акунов В.И., Ребиндер П.А., Поляков О.И., Бай Ш. и многие другие.

Использование разгона частиц струей газа со сверхзвуковыми скоростями истечения и принципа противотока позволило в струйных мельницах осуществить сверхтонкое измельчение, то есть получить продукт с размером частиц порядка микрона. Отдельные конструкции струйных мельниц позволяют достичь производительности до 10 т/час.

Но наряду с перечисленными выше преимуществами есть у данных мельниц и недостатки:

1) для разгона частиц необходимо большое количество сжатого воздуха или пара;

2) высокая потребляемая энергия;

3) для выделения измельченных частиц из воздуха, особенно при тонком помоле, требуется специальное очистное устройство очень больших размеров, так как в процессе измельчения используются большие скорости нагружений.

Центробежные мельницы относятся ко второму классу. Они, как правило, состоят из диска, на котором осуществляется разгон материала и отбойных плит, где происходит разрушение частиц. Плиты закреплены по окружности на корпусе мельницы. В отличие от молотковых и роторных мельниц в центробежных происходит нагружение материала только один раз, после этого материал выводится из мельницы потоком воздуха. Для получения более тонкого материала на выходе мельницы устанавливают классификатор, который возвращает крупные частицы на повторное измельчение.

Преимущество данной мельницы заключается в том, что в ней конструктивно легче получить скорости нагружения, порядка 350-400 м/сек, которые часто определяют тонину измельчения.

Недостатком этой конструкции является то, что в отличие от молотковых и роторных мельниц в них осуществляется только одно нагружение. Второй недостаток обусловлен тем, что нагружение измельчаемого материала осуществляется на отбойной плите, поэтому готовый продукт содержит высокий процент намола.

Роторные мельницы относятся к третьему классу. В них измельчаемый материал при прохождении зоны помола подвергается многократному нагружению. В том случае, если требуемая тонина помола не достигнута, то роторная мельница агрегатируется с выносным или встроенным классификатором.

Достоинствами мельниц данного типа являются сравнительно небольшие затраты электроэнергии, достижение больших производительностей, простота конструкций, небольшой намол посторонних примесей и получение высокой тонины.

Наряду с достоинствами у роторных мельниц имеются и недостатки, самый существенный из которых, как и для всех мельниц ударного действия – быстрый износ рабочих элементов, особенно при измельчении материалов повышенной абразивности.

Имеющиеся конструкции мельниц ударного действия уже не могут удовлетворять все возрастающие запросы промышленности. Поэтому необходимо иметь мельницы как для более тонкого помола, так и для ряда новых измельчаемых материалов.

Конструирование новых типов мельниц связано, с одной стороны, со стремлением создать мельницы, которые лучше были бы приспособлены для выполнения отдельных задач по измельчению, с другой стороны, со стремлением уменьшить число новых типов мельниц с той целью, чтобы имеющиеся машины могли решать задачи, возникающие перед другими машинами подобного класса.

Так как в настоящее время измельчению подвергают все возрастающее количество материалов, и имеется для этого большое количество мельниц, то возникает вопрос: какие материалы предпочтительнее измельчать в том или ином типе мельниц? Для этого необходимо все имеющиеся типы мельниц привести в систему. Первой попыткой к решению этой проблемы была классификация мельниц, предложенная Таггартом А.Ф.

Согласно этой классификации все существующие измельчители подразделяются на три группы в соответствии со значениями относительной скорости движения мелющих тел: малой, средней и большой (табл. 4).

По мнению Таггарта А.Ф. с относительными скоростями и способами измельчения связаны типы материалов, наиболее пригодные для измельчения в данных мельницах.

Классификация, предложенная Таггартом А.Ф., ценна тем, что позволила связать конструктивные показатели измельчителей с областью их применения.

Классификация мельниц для сухого измельчения по Таггарту Способ измельчения Нажатием, ударом Нажатием, Ударом, срезыванием, Типы мельниц Шаровая, галечная, Валки, кольцевые Молотковые, трубная, стрежневая мельницы, шаровые, дисковые, струйные, Типы материалов, Твердые, абразивные, Средней твердости, Мягкие и хрупкие или затраты; во многих расходы; постепенное расходы; постепенное Основным недостатком классификации является то, что очень условно и грубо сделана разбивка существующих типов мельниц, а также то, что в классификации не приводятся численные значения для понятий "малая", "средняя" и "большая" скорость нагружения, что существенно снижает ценность классификации.

Недостатком классификации, предложенной Таггартом А.Ф., является то, что в ней не предусмотрены мельницы тонкого сухого помола ударного действия, не указывается тонина, достигаемая каждым типом мельниц, что очень важно для промышленности.

Эти недостатки были устранены в классификации, разработанной Северодонецким филиалом НИИ химмашиностроения (табл. 5).

Классификация мельниц, разработанных Северодонецким филиалом НИИ химмашиностроения Дисмембратор ДМБ 150, 250, 400, Молотковые ММЛ-