Газодинамическое диспергирование материалов – основа высоких технологий 1

Стратегия развития газодинамической технологии измельчения материалов

BBEДЕНИЕ

Решение противоречий между уменьшением источников сырья, особенно природного, и растущими требованиями различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины к его количеству и качеству, предопределяет необходимость интенсификации процессов поиска альтернативных их видов, источников получения, способов подготовки к технологическому переделу. Развитие способов получения и комплексного использования альтернативных видов сырья потребовали разработки и внедрения многоступенчатых и комбинированных технологических схем, в которых используются сложные, часто нетрадиционные процессы переработки материалов. Дисперсность твердофазного сырья – один из основных критериев определяющих условия эффективной его переработки. Потребность в более тонком измельчении возрастает в связи с созданием новых процессов и продуктов в химической, горнорудной, керамической, лакокрасочной, металлургической отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины. Это обусловлено имеющим место полиморфными превращениями, активацией поверхности в процессе измельчения частиц при изменении его химического и гранулометрического состава. Такое положение характерно для процессов переработки сырья как в таких ведущих отраслях промышленности как металлургия, технология силикатов, химическая промышленность, так и в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Известно, что условия и процессы обработки сыпучих (зернистых) тел в различных областях в подавляющем большинстве случаев резко различаются. adidas zx flux pas cher Требования к физико-химическим характеристикам порошкообразных масс, применяемых в порошковой металлургии и других областях техники, например, в производстве вяжущих веществ, в медицине (производство лечебных препаратов), сельском хозяйстве (приготовление комбикормов) и т. п., также неодинаковы. Кроме того, порошкообразные массы, применяемые соответственно своему назначению, характеризуются большей неоднородностью гранулометрического и химического составов, представляют собой смеси многих компонентов, свойства каждого из которых в процессе обработки меняются не однозначно. Общеизвестно также что, изменение гранулометрического состава порошкообразного тела в результате протекающих в нем процессов, соответственно меняются также его общие свойства. Этот также отличает процессы обработки порошкообразных тел в технологии силикатов, в химической и пищевой промышленностях от соответствующих процессов порошковой металлургии. Каждое зерно гранулированного или порошкообразного материала может состоять из большого количества элементарных частиц, одинаковых или различных по своему химическому составу, структуре и свойствам. Форма зерен гранулированных и порошкообразных материалов, определяемая их происхождением (для зерен искусственного происхождения — способом изготовления), может быть весьма разнообразной. По своей форме зерна различных материалов могут быть разделены на две большие основные группы: 1) приблизительно изометрические или равноосные (к которым относятся шаровидные, многогранные зерна) и 2) неизометрические или разноосные, среди которых можно различать волокнистые игольчатые и плоские (пластинчатые и т. п.). Существует также большое количество переходных форм зерен между 1-й и 2-й группами, между подгруппами 2-й группы и т. п.), в той или иной мере приближающихся к одной из перечисленных групп. Неизометричность зерен порошкообразного тела сказывается на их пространственном расположении и приводит к анизотропии (неоднородности) свойств порошков. Зерно (элементарная частица материального тела) обладает минимальным запасом потенциальной энергии (определяемой произведением веса зерна на высоту его центра тяжести под горизонтальной плоскостью), когда его наименьшее измерение ориентировано паралльно направленному действию силы тяжести. Вероятность W_t‘ того, что неизометрическое зерно при свободном падении ляжет на данную грань, можно считать в первом приближении пропорциональной площади этой грани S и обратно пропорциональной потенциальной энергии U зерна. Из этого, Бережной [54], делает вывод, что удлиненные зерна стремятся расположиться в порошкообразной массе параллельно горизонтальной плоскости; это приводит …(см. Будников П. П., Гинстлинг А. М., с. 34).

9.1. Превращения вещества при различных температурах

[Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур: Пер. с англ. Ю. А. Данилова и В.В. Белого – М. Мир, 2002. 461 с., ил.] …(с. 9) Новые материалы можно получать, избегая ограничений, налагаемых правилом фаз, в неравновесных ситуациях. …Таким образом, отклонение от состояния равновесия становится параметром, до некоторой степени аналогичным температуре. Температура >10¹⁰ К. Столь высокой была температура в первые несколько минут после Большого Взрыва. При такой температуре тепловое движение протонов и нейтронов столь интенсивно, что даже огромные ядерные силы не могут удержать эти частицы вместе. Электрон-позитронные пары рождаются и гибнут спонтанно и находятся в тепловом равновесии с излучением. (Температурный порог рождения электрон-позитронной пары составляет ~6 ^. 10⁹ К.) Диапазон температур от 10⁹ до 10⁷ К (1 000 000 000 – 10 000 000). При температуре ~10⁹ К начинается образование атомных ядер и происходят термоядерные реакции. Температура ~10⁹ К может реализоваться в недрах некоторых звезд и сверхновых, где из Н и Не синтезируются более тяжелые химические элементы. Энергия связи на нуклон (протон или нейтрон) равна (1,0 1,5)^.10^-12 Дж (6,0 9,0) • 10⁶ эВ, что соответствует (6,09,0) ^. 10⁸ кДж/моль. Диапазон температур от 10⁶ до 10⁴ К. В этом диапазоне электроны связываются с ядрами, образуя атомы, но силы, действующие между атомами, недостаточно велики для того, чтобы образовались стабильные молекулы. При температуре ~1,5 • 10⁵ К атомы водорода начинают ионизироваться; энергия ионизации 13,6 эВ = 1310 кДж/моль. Для полной ионизации более тяжелых атомов требуются более высокие энергии. Например, чтобы полностью ионизировать атом углерода, необходима энергия 490 эВ = 47187 кДж/моль.* Атомы углерода при Т5^.10⁶ К полностью диссоциируют на электроны и ядра. В этом диапазоне температур вещество существует в виде свободных электронов и ядер. Такое состояние вещества называется плазмой. Диапазон температур от 10 до 10⁴ К. В этом диапазоне происходят химические реакции. Энергии химической связи по порядку величины составляют 10² кДж/моль. Энергия связи С—Н равна ~412 кДж/моль. При температуре ~5^.10⁴ К происходит разрыв химических связей. Межмолекулярные силы, такие, как водородные связи, имеют порядок 10 кДж/моль. Энтальпия испарения воды, которая расходуется на разрыв водородных связей, равна ~40 кДж/моль. * 1 эВ/моль = 96,3 кДж/моль; Т = (Энергия, Дж/моль)/R — энергия. Дж/К.¹‘ ¹) Энергия 1 эВ/моль, выраженная в Дж/моль, численно должна совпадать с константой Фарадея F, так как 1 эВ/моль = заряд электрона (Кл) х число Авогадро (моль ^-1) х вольт (В) = F(В, а ^^ = ■&£-. Константа ^ ^ч ‘ ^ч ‘ у моль J ‘ моль моль Фарадея 96484,56 Кл/моль, поэтому 1 эВ и 96,5 кДж/моль. — Прим. ред. Теплоты пропорционален градиенту температуры.

§ 4. РОЛЬ ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ В ПРЕОБРАЗОВАНИИ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Участие жидкой и газовой фаз в реакциях между твердыми веществами существенно сказывается на условиях процесса, главным образом на величине площади и поверхности взаимодействия между реагентами. Если процесс протекает с участием газа или жидкости, то происходит омывание зерна, в связи с чем площадь реакционной поверхности равна или близка площади поверхности зерен одного из реагентов. Если процесс протекает за счет непосредственного взаимодействия твердых частиц, то величина площади реакционной поверхности может иметь иной порядок. При обычных размерах зерен реальных зернистых масс (1 — 10 ^-3 см) среднее расстояние между соседними зернами (стр. 38 и сл.), измеряемое миллиметрами или микронами, в 10⁵ — 10⁷ раз превышает значение измеряемых ангстремами радиусов действия атомных и других сил, связывающих структурные элементы кристаллической решетки. Когда роль поверхностной диффузии в таких массах несущественна, их реакционная поверхность составляет лишь 10⁷— 10^-4 доли полной поверхности зерен. В этих условиях площадь поверхности химического взаимодействия, осуществляемого за счет непосредственного контакта между твердыми частицами, в 10⁴ — 10⁷ (обычно ~ в 10⁴) раз меньше, чем при взаимодействии, осуществляемом через газовую или жидкую фазу. Значение площади непосредственного контакта между зернами при их размере /? = !-=- 10~³ см может измеряться величинами порядка 10~⁴—10~⁶ см² на 1 см³ реакционной массы (см. табл. 11). Для непосредственного взаимодействия между зернами кристаллических реагентов необходима передача массы по меньшей мере одного из них через твердый слой продукта к частицам другого. При образовании плотного слоя продукта массопередача происходит путем внутренней диффузии. Известно, что значения коэффициентов диффузии D твердого в твердом лежат в пределах 10 ^-4 – 10 ^-12 см²/сек [92, 93], а удельный вес кристаллических тел (в г/см³) и движущая сила процесса (в безразмерном ее выражении) измеряются единицами. Если учесть эти данные, то на основании несложного расчета можно заключить, что при пренебрежимо малой роли поверхностной диффузии степень превращения твердых веществ, лимитируемого диффузией описанным путем, может составить за 1 ч в зависимости от значений R см и D см² /сек величину от 10^-8 до 1 %. Однако действительная скорость многих реакций, протекающих при нагревании смесей твердых веществ, по меньшей мере, на два порядка, а значительно чаще на четыре порядка выше скорости, получаемой подобного рода расчетом. В промышленности путем нагревания кристаллических смесей достигают практически полного их химического превращения в течение 15 — 20 мин и менее. По данным Хедвала [227], многие изученные им реакции в твердых смесях протекают почти нацело за несколько секунд или даже долей секунды. Таким образом, в описанных условиях теоретическая скорость массопередачи через контактные участки в порошкообразном теле во много раз меньше скорости массопередачи, часто наблюдаемой в действительности при взаимодействии порошкообразных тел. Отсюда следует, что в этих, часто наблюдаемых на практике случаях, существенную роль играет либо поверхностная диффузия, либо массопередача осуществляется не через обычные контактные участки свободно насыпанного порошка, а преимущественно, или практически полностью, иными путями. Иначе говоря, в этих случаях наблюдается либо первый, либо второй из рассмотренных выше (стр. 70) вариантов диффузии между зернами порошкообразного тела; возможно также сочетание этих вариантов. При осуществлении любого из них в процессе массопередачи может принимать участие вся поверхность зерен порошкообразной смеси, что обеспечивает высокое значение скорости реакции. Первый вариант в принципе не требует перевода реагента в жидкое или газообразное состояние. При осуществлении второго варианта процесс выходит из условий, ограниченных действием связей между элементами кристаллической решетки, т. е. требует перехода тела из кристаллического в жидкое или газообразное состояние. Действительно, для объяснения интенсивной массопередачи от одного реагента к другому в процессе реакции между кристаллическими телами достаточно допустить участие в ней газовой или жидкой фазы. Если, например, твердые вещества А и В реагируют между собой с образованием твердого продукта АВ по схеме то частицы реагента А, возгоняющегося в этом процессе, соприкасаются со всей поверхностью зерен В и после образования на них слоя продукта А В диффундируют через всю поверхность последнего со скоростью, свойственной диффузии газа в твердом теле. Интенсивное протекание процесса обеспечивается в данном случае большими площадями рекционной поверхности и поперечного сечения диффузионного гютока и нередко высоким значением коэффициента диффузии. Возможны вообще многие другие варианты механизма_реакций в твердой смеси с участием газов и жидкостей. Однако для любого из этих вариантов разница между теоретической и действительной величинами скорости реакции при значительном среднем расстоянии между зернами исходных реагентов и ничтожной поверхности контакта между ними практически несущественна. Отсюда ясно, что роль газовой и жидкой фаз в реакциях между твердыми веществами может быть весьма значительной. Указанием на важность этой роли жидких и газовых фаз во многих таких реакциях является практически одинаковое участие в них всей поверхности зерен исходных смесей. Известно [123, 293 и др.], что при протекании многих таких реакций независимо от наличия и скорости поверхностной диффузии образование продукта происходит с самого начала до конца процесса равномерно по всей поверхности зерен «покрываемого» реагента, разные участки которой различно удалены от мест контакта с зернами другого или других реагентов. Это может быть объяснено лишь действием жидких или газообразных веществ на поверхность зерен «покрываемого» реагента. Полагая, что роль газовой и жидкой фаз в процессах химического превращения твердой смеси имеет большое значение для характеристики их механизма (механизма преобразования в процессе газодинамического диспергирования), эти процессы можно разделить на следующие группы:

1. процессы непосредственного взаимодействия между зернами твердых веществ;
   1. процессы, протекающие при участии газовой фазы;
   2. процессы, протекающие при участии жидкой фазы;
2. процессы, протекающие при одновременном участии твердой, газовой и жидкой фаз.

Механизм процессов превращения твердой смеси, протекающих при участии газовой и жидкой фаз, поддается достаточно подробному анализу и описанию [250], учитывающим сущность и последовательность основных физико-химических превращений, составляющих эти процессы. Реакции между твердыми веществами, протекающие при посредстве газовой фазы, могут представлять собой различные сочетания следующих простых превращений: — возгонка (сублимация) – переход вещества из твердого в газообразное состояние; — диссоциация — обратимое разложение молекул на атомы твердого вещества; — взаимодействие твердого вещества с газом с образованием твердого вещества, т. е. процесс, обратный предыдущему; — взаимодействие между двумя газами с образованием газа. Превращения твердой смеси, протекающие при участии жидкой фазы, могут представлять собой различные сочетания следующих явлений: — плавление твердого вещества; — взаимодействие твердого вещества с жидким с образованием твердого; — взаимодействие между жидкими веществами с образованием твердого продукта, кристаллизующегося из жидкой фазы. Исследование так называемых твердофазных реакций, в которых имеет место сосуществование и участие твердой, жидкой и газообразной фаз, практически можно свести к анализу взаимодействий: жидкости с газом в присутствии твердого вещества, и твердого с газом в присутствии жидкости. Рассмотрим вкратце основные варианты возможного механизма реакций в твердой смеси, протекающих при участии газовой и жидкой фаз. Для этого удобно принять следующие обозначения: А, В, С и т. д. — вещества, составляющие исходные или конечные соединения в данном процессе, например CaO, SO₃, SiO₂ и т. п.; АВ, AC, BD и т. п. — продукты соединения веществ А, В, С и т. д., например CaSO₄, 2CaO-SiO₂ и т. п.; индексы т, ж, г — агрегатное состояние веществ: соответственно твердое, жидкое, газообразное. Для характеристики механизма процессов, протекающих при участии газовой фазы, необходимо уяснить возможные пути перехода веществ А,В и других в газовую фазу до или во время химического взаимодействия между исходными реагентами. При этом следует иметь в виду, что, поскольку для взаимодействия при посредстве газовой фазы достаточно перейти в нее в какой-либо форме одному из исходных реагентов или отщепляемому от него веществу, второй реагент может оставаться твердым и химически неизмен ным до начала воздействия на него газа, образующегося из первогокомпонента. Приняв это во внимание, можно свести возможные состояния реагента в процессах, протекающих при участии газовой фазы,к следующим: а) неизменное (в указанном выше смысле) состояние; б) возгонка, например А_т А_г; в) диссоциация, например АВ_Т —>- А_г + В_т\ г) превращение в газообразный продукт за счет взаимодействия с третьим (газообразным) компонентом, присутствующим в системе, например А_т + С_гАС_Г. Взаимодействия между веществами, являющимися результатом состояний б, в, г, д одного компонента и а, б, в другого компонента исходной смеси, могут быть представлены табл. 19. Наиболее существенные из перечисленных в табл. 19 процессы |I, III, IV, IVa, VI, VIr, VII, Vila, IX и IXa протекают по схемам,приведенным в табл. 20. Под А, В, С и т. д. следует понимать: а) исходные реагенты, не разлагающиеся при протекании процесса, и б) вещества, на которые разлагают- ся исходные соединения в условиях процесса. Таблица 19 Схемы взаимодействий, протекающих при участии газовой фазы (см. Будников П.П., Гистлинг А. М. …, с.147

Необходимость преодоления внутренних противоречий, связанных с желанием инициатора новых технологий сохранять за собой контроль производства при нехватке собственных средств, обусловливает (диктует) необходимость разделения проекта развития технологии ГДД на три стадии: 1) завершение исследований и испытаний, включая исследование экономических аспектов производства и сбыта продукции;

1. освоение производства;

3) переход к полномасштабному производству продукции в стационарном режиме. Каждой из трех стадий инновационного проекта соответствует определенная организационная форма наиболее адекватная характеру деятельности, распределению рисков и прав, а также особый подход к оценке прав интеллектуальной собственности. В области газодинамического диспергирования материалов решению задач первой стадии способствует исследование факторов, обеспечивающих определение наиболее приемлемой, с точки зрения объема капиталовложений и эксплуатационных расходов, системы дробления и размола. Организационная форма на первой стадии развития ГД-технологии должна характеризоваться концентрацией полученных результатов, прав их использования, а также всей необходимой для этого информации у одного юридического (или физического) лица.

Анализ направлений развития измельчительного оборудования.

Общие положения.

Процесс измельчения представляет сокращение размеров твердого тела, сопровождающийся образованием новых поверхностей, путем преобразования энергии подводмой к измельчительному аппарату. Ограниченные энергетические возможности измельчительных аппаратов ограничивают их возможность по сокращению размеров измельчаемых твердых тел. Поэтому для получения требуемой крупности частиц часто прибегают к организации определенной последовательности операций — стадий сокращения размеров. В этой связи определилась и соответствующая терминология, применяющая термин «дробление» при получении крупных кусков материала и «размалывание» («помол») – при производстве порошкообразных продуктов. Дробление определяют как процесс разрушения устойчивости структуры под действием внешних сил, которые вызывают распад твердых тел на частицы требуемых размеров и свойств. Измельчение – это процесс, в котором целенаправленно вызывается распад твердых тел на частицы требуемых размеров и свойств. Применение указанных терминов способствовало разделению измельчительных агрегатов (аппаратов) на две класса – дробилки и мельницы, однако не обеспечило четкого определения границ такого важного параметра, как величины достигаемых на каждой стадии предельных размеров частиц измельченного материала. Гранулометрический состав и форма кусков дробленого или размолотого продукта в значительной степени зависит от принятого механизма разрушения в измельчительном аппарате и условий его эксплуатации. Эти факторы имеют первостепенную важность, поскольку не только определяют эксплуатационные расходы, но и оказывают решающее влияние на физико-механические и химические свойства получаемого продукта: на величину площади поверхности, химическую активность, прочность частиц, плотность материала при упаковке и т.п. Выход (процентное содержание) дробленого продукта требуемой крупности имеет важное значение, поскольку непосредственно влияет на стоимость производства, повышая её при увеличении отбракованных (не кондиционных) отходов.

Дробление

Конструктивные варианты дробилок

Для реализации первых стадий измельчения – дробления, разработан ряд способов, в основу которых положены принципы ударного, сжимающего (раздавливающего), истирающего разрушений. Для первичного измельчения (дробления) горных пород разработаны несколько модификаций щековых дробилок, конусные, валковые, зубовалковые дробилки. Все указанные типы дробилок являются дробилками раздавливающего типа и пригодны как для первичного измельчения твердых материалов, так и для промежуточных стадий измельчения. Величина фракций, получаемых в дробилках, использующих раздавливающий принцип разрушения, определяется величиной зазора выгрузочной щели дробилки в нижней части её рабочего пространства. adidas pas cher Для первичного измельчения материалов минерального происхождения хорошо приспособлены щековые дробилки, но, если требуется более высокая производительность, то конусные дробилки обладают рядом преимуществ. Щековые и валковые дробилки пригодны для получения мелких фракций при умеренном объеме производства, конусные дробилки способны перерабатывать значительно больший объем. Зубовалковые дробилки, которые также производят измельчение путем раздавливания, могут давать продукт с ещё более точными размерами фракций при условии применения дробящих зубьев требуемой формы. Степень измельчения в этих дробилках невелика, если машина не оборудована стержневыми зубьями для разбивания крупных кусков породы. Однако применение таких зубьев способствует увеличению разброса по крупности получаемых кусков.

Щековые дробилки

Из всего многообразия конструктивных вариантов щековых дробилок, наибольшее распространение получили дробилки с вертикальной или слегка наклонной неподвижной щекой и с подвижной щекой, которая изменяет размер разгрузочной щели при помощи одной или двух распорных плит. Для первичного дробления твердых, крепких и абразивных материалов наиболее пригодна щековая дробилка с двумя распорными плитами. В этом типе дробилки вал с эксцентриком приводит в движен6ие шатун. Который подымает и опускает пару распорных плит, за счет чего происходит качание подвижной щеки, подвешенной на неподвижном валу. У дробилки с одной распорной плитой подвижная щека подвешена на эксцентриковом валу. А её нижняя часть опирается на распорную плиту. Вращение эксцентрикового вала создает практически круговое движение верхнего конца подвижной щеки и движение по эллипсу её нижнего конца. В настоящее время имеется тенденция к применению дробилок с одной распорной плитой. Меньшая первоначальная стоимость дробилок с одной распорной плитой для многих условий эксплуатации перевешивает более высокие затраты на техническое обслуживание, вызываемое повышенным износом дробящих поверхностей щек из-за вертикального перемещения подвижной щеки, что является характерной особенностью дробилок с одной распорной плитой. Но эта особенность дробилок с одной распорной плитой способствует перемещению материала через рабочую камеру, благотворно влияя на режим дробления. Размер щековой дробилки определяется размерами загрузочного отверстия через которое подается материал. Загрузочное отверстие малых промышленных дробилок равно 610 х 152 мм, у более крупных первичного дробления размер загрузочного отверстия составляет 2130 х1520 мм; производительность этих дробилок колеблется от 600 до 800 тонн в час. Степень измельчения, обеспечиваемая щековой дробилкой. определяется отношением размера загрузочного отверстия к размеру выпускной щели и может колебаться от 5 : 1 до 10 : 1 в зависимости от свойств материала. Любое проскальзывание материала во время рабочего хода дробления означает потерю мощности, потерю производительности и повышение износа рабочих поверхностей щек. Примерно две трети продукта может измельчаться до размеров, меньших установленной ширины щели дробилки, но этот показатель меняется в значительной степени. Для поддержания высокой производительности важно иметь устройства, обеспечивающие регулярную подачу материала в дробилку. …(с.8).

Конусные дробилки

Факторы, определяющие степень измельчения в конусных дробилках, подобны таким же факторам у щековых дробилок. Для заданного размера выгрузочной щели конусная дробилка имеет производительность. превышающую в два раза производительность щековой дробилки, но и стоимость её выше почти в два раза. С другой стороны, как дробилку первичного дробления, конусную дробилку легче освобождать от завалов с помощью соответствующего подъемного крана. Поэтому на практике подачу материала осуществляют непосредственно в дробилку, что исключает необходимость применения тяжелых питателей с вытекающими отсюда экономическими преимуществами. Конусные дробилки также не требуют постоянного наблюдения. Размер дробилки первичного дробления в большей степени определяется размером кусков подаваемого в дробилку материала. Если более высокая производительность конусной дробилки подтверждается экономической целесообразностью, то её часто предпочитают щековой дробилке, в силу её простоты и надежности в эксплуатации.

Размольное оборудование

Для тонкого измельчения промышленностью выпускается большое количество разнообразного оборудования, приспосабливаемого для различных материалов и условий работы в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. Шаровые и трубные мельницы, молотковые мельницы, дисковые мельницы с пальцами, мельницы с кольцами, струйные мельницы – каждая их разновидность обладает характерными особенностями и может включаться в различные технологические системы для получения тонкомолотых материалов с различными физико-механическими и химическими свойствами. На базе мельниц тонкого помола созданы специализированные технологии по переработке материалов чувствительных к нагреванию, технологии, отвечающие требованиям переработки металлических и неметаллических, минеральных и органических материалов: фосфатов, серы, баритов, а также для производства пластмасс. Выбор подходящего измельчительного оборудования для конкретных технологий производится путем лабораторных испытаний измельчаемости или требуемых изменений используемого в них материала. При этом различают: — грубый помол, при котором частицы измельченного материала проходят через сито №10 (диаметр отверстий сита равен 1, 67 мм); — мелкий помол, обеспечивающий получение частиц, проходящих через сито № 200, с диаметром отверстий 0, 076 мм; — «тонкий» помол, при котором 99,9 % измельченного продукта проходит через сито №300, с диаметром отверстий 0,053 мм; — «сверхтонкий» помол характеризуется размером частиц менее 44 мкм, не укладывающимся в ситовый анализ.

Подготовка материала

Дисковая мельница

Бисерная мельница имеет вертикальную рабочую камеру, герметизация которой обеспечивается специальным уплотнением. В рабочую камеру загружаются мелющие тела из специального стекла (диаметром 1,5-4 мм), на которые воздействуют рабочие органы в виде дисков, изготовленные из специальных сталей или композиционных материалов. Подача исходного продукта осуществляется через клапан, предотвращающий попадание мелющих тел в подающий трубопровод, выход через самоочищающийся щелевой сепаратор с противоизносным покрытием. Рабочая камера снабжена рубашкой c развитой поверхностью охлаждения.

Газодинамические дезинтеграторы

Характеристика способов разрушения материалов

Относительная универсальность механических способов измельчения, материалов, принцип действия которых основан на взаимодействии мелющих тел (шаров, молотков бил и т. п.) с измельчаемым материалом, определяет их широкое использование, даже в ущерб производительности на отдельных операциях, в силу того, что в условиях производства удобнее применять традиционные однотипные механизмы, чем использовать более эффективные устройства, отличающиеся принципом действия и требованиями организации работ. Canada Goose Chateau Су щ е с т в е н н у ю роль и г р а ю т т а к ж е наличие квалифицированных кадров, ремонтной базы и определенная инертность и традиционность технического мышления. Тем не менее, общеизвестно, что развитие механических способов не идет по пути интенсификации процессов обработки и характеризуется только тенденцией увеличения усилия, прилагаемого к рабочему органу, при внедрении его в обрабатываемый материал. Увеличение мощностей привода м а шин не дает нового качественного эффекта, но сопровождается ростом массы и габаритов машины, что повышает трудоемкость, энергозатраты, металлоемкость, требует развитой и дорогостоящей ремонтной базы. Увел иче ние ус и л-и я на р абочем органе, как правило, приводит к его быстрому выходу из строя, а применение дорогостоящих и дефицитных материалов, повышающих его прочность и износостойкость, не даст достаточного эффективно и, часто, экономически не выгодно. Механический рабочий орган стал наиболее уязвимым в технологической схеме получения тонкомолотых материалов. В настоящее время интенсификация процессов измельчения обеспечивается путем применения иных, принципиально отличных технологических процессов и машин, использующих в качестве рабочего органа различные энергетические потоки и поля, вырабатываемые генераторами и направляемые на обрабатываемый объект (измельчаемый материал). Свойства этих потоков и полей таковы, что в самом материале развиваются разрушающие напряжения и изменяющие его физико-химические свойства. По видам воздействия и особенностям процесса немеханические способы обработки Е. П. Боженов (Боженов Е. П. Термогазодинамическая обработка строительных материалов. –М.: Стройиздат, 1985. –208 с.) подразделяет на: — динамические, характеризуемые высокоскоростным динамическим воздействием рабочего энергетического потока (рабочего тела) на обрабатываемый материал, ведущим к потере его целостности; — термические, характеризуемые возбуждением и развитием во времени термических процессов в теле обрабатываемого объекта под действием энергетических полей и потоков, обладающих свойствами, необходимыми для жирования этих процессов; -термогазодинамические, основанные на ударном возбуждении в среде сложного комплекса механических и термических явлений и фазовых переходов, совмещенных с эвакуацией продуктов разрушения от зоны обработки, под термогазодинамическим воздействием высоко скоростного (звукового и сверхзвукового) газового потока, К группе динамических способов относятся взрывной, гидравлический, электрогидравлический и электроимпульсный. Последние два составляют подгруппу электрогидродинамических способов. Широкое распространение получил взрывной способ, характеризующийся воздействием на измельчаемый материал ударных волн в зоне расположения взрывчатых веществ (ВВ) при их детонации. Этим способом дробят большие массивы горной породы, взрывают на выброс талые и мерзлые грунты, дробят негабариты, проходят скважины, раскалывают каменные блоки, направленным взрывом разрушают строительные конструкции и т. д. Основное его преимущество — малая энергоемкость и трудоемкость, недостатки — невозможность поточной технологи при добыче горной массы, ограниченное использование при реконструкции промышленных предприятий из-за наличия ударной воздушной волны и существенного сотрясения почвы и фундаментов. При гидравлическом способе используется динамическая энергия водяной струи, выбрасываемой из сопловой насадки под высоким давлением, что позволяет разрушать рыхлые, мягкие и скальные породы. Угли разрушаются при давлении 2—10 МПа, прочные среды (14—16 по шкале проф. Ж. М. Протодьяконова) при 100—200 МПа и скорости водяной струя 200—500 м/с Подгруппа электрогидродинамических способов использует эффект создания в ограниченном гидравлическом объеме (в шпуре) ударных волн, вызванных электрическим разрядом. Жидкость является рабочим телом и объемно воздействует на материал, вызывая в нем механические напряжения выше допустимых. Эти способы эффективно, применяют лkя разрушения монолитных объектов, выколки блоков, разрушения фундаментов и других строительных конструкций. nike magista pas cher Электрогидравлический способ основан на использовании металлического разрядника (тонкой электрической проволоки, фольги), помещаемого в шпур, заполненный водой или cуcпензией. На разрядник за короткий промежуток времени (10- 4 —10~5 с) подается электрический разpяд такой силы, что материал разрядника мгновенно переходит в газообразное плазменное состояние с температурой 104 — 105 0С. Мгновенное расширение вызывает образование ударных волн в замкнутом пространстве (в шпуре, например), Электрогидроимпульсный способ характериэуется подводом к жидкости, находящейся в емкости (шпуре ) разряда от генератора импульсов напряжения или генератора импульсов тока, которые инициируютвозвозникновение ударных гидравлических волн. Термогазодинамические способы обеспечивают одновременное динамическое и термодинамическое воздействия на материал и являются наиболее универсальными. Применение для обработки минеральных материалов скоростного горячего газового потока качественно изменило как механизм разрушения, так и условия ведения процесса. chaussure new balance Термогазодинамический метод обработки материалов лежит в основе функциионирования газодинамических дезинтеграторов.

История развития газодинамического способа измельчения

Принцип измельчения материалов энергией газовой струи был заложен теоретическими разработками …. …В Советском Союзе применение струйных мельниц началось во Всесоюзном теплотехническом институте для измельчения каменных углей …ставшей прототипом серии струйных мельниц, которыми в 19.. году было произведено … млн тонн тонкомолотых материалов. К 1975 году были накоплены солидные данные по измельчаемости горных пород: железных руд, известняка, талькомагнезита, мрамора, кварцита. Благодаря усилиям советских ученых Пешкова, Кисельгофа, В.И. Акунова, Б.К. Тельнова, В.И. Горобца, Л.Ж. Горобец и др. были заложены основы советской школы исследования и создания принципиально новой технологии струйного измельчения материалов минерального происхождения. Направленность этих работ отличалась оригинальностью научно-технических решений, которые по техническому уровню опережали зарубежные разработки. Так, в СССР с 19 65 года в качестве рабочего тела струйных мельниц широко используются продукты горения газообразных и жидких топлив в среде сжатого воздуха, а в качестве источника рабочего тела испытаны газотурбинные и турбореактивные двигатели, исчерпавшие свой летный ресурс. В этот же период начались исследования по отработке режимов газодинамического диспергирования материалов органического происхождения. В настоящее время в этом направлении успешно работает научно-исследовательский коллектив под руководством профессора, доктора экономических наук А.В. Руцкого, кандидата технических наук, доцента В.И. Горобца, инженера Б.И. Горобца и др.

Перспективы развития газодинамического диспергирования материалов

Если в начале своего развития струйный метод измельчения использовался только для сокращения размеров твердых тел., то в последующем благодаря работам советской научной школы, он стал применяться для получения цементов, … , а также в качестве активатора целого ряда материалов. Вопросы получения тонкомолотых материалов в струях газового энергоносителя подробно рассмотрены в работах (…). Газодинамический способ измельчения позволяет: — организовать производство высококачественного вяжущего; — организовать выпуск технического мела; — … Ежегодно перерабатывается …. … Высокая стоимость, низкая производительность традиционных методов …обработки…- основная причина вытеснения ( природного камня бетоном и ж.-бетоном).. В странах бывшего СССР разрабатывается более .. basket air max это наиболее трудоемкое и В год разрабатывается около … . Газодинамический способ диспергирования … Сверхзвуковая газовая струя разрушает … Газодинамический способ измельчения по количеству операций, условиям обработки и видам обрабатываемых материалов, более перспективен в сравнении с другими, традиционными, способами. Специфические свойства высокоскоростной (сверхзвуковой и дозвуковой) газовой струи, высокая концентрация тепловой и кинетической энергии, возможность изменения химического состава среды в зоне обработки и т .п.), позволяет расширить диапазон практического применения рассматриваемого способа. Изменяя соответствующим образом эти свойства можно получать материалы с заданными качествами: цементный клинкер путем обжига шихты в зоне столкновения скоростных дисперсных потоков, автоклавную обработку строительных материалов, осуществлять обжиг — спекание грунтовых поверхностей и т.п. Но, несмотря на отмеченные технико-экономические преимущества, объем внедрения газодинамического способа диспергирования не соответствует его потенциальным возможностям, поскольку требует значительных интеллектуальных усилий специалистов различных профилей: специалистов в области термо- и газодинамики, химии, технологии обработки и переработки материалов, конструкторов и организаторов производства в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. В серьезной разработке нуждаются вопросы поведения материалов минерального и органического происхождения под воздействием газовой струи, выбора оптимальных параметров струи, разработки конструкции и определения режимов работы газодинамических дезинтеграторов, а также организации производства на их основе.

Физико-химические основы термогазодинамического диспергирования материалов

Области применения газодинамических дезинтеграторов

Термин «термогазодинамическое диспергирование (измельчение)» характеризует процесс получения измельченных материалов путем преобразования кинетической и тепловой энергии газовой струи в работу разрушения материала. Газодинамический дезинтегратор состоит из источника рабочего тела Воздействие скоростной струи на обрабатываемые материалы характеризуется сложным комплексом термических, ударных, газодинамических, физико- и механохимических, акустических и др. процессов. Характер обработки материалов минерального и органического происхождения зависит от сложных и взаимосвязанных процессов, протекающих в конструктивных элементах технологической схемы дезинтегрирования – в источниках подготовки рабочего тела, в системах подачи рабочего тела и обрабатываемого материала в зону смешения, в зонах смешения и обработки материала, в зонах разделения материала по крупности и выделения его из газового потока. Струя, являясь рабочим телом в процессе газоднамического диспергирования возбуждает в измельчаемом иматериале процессы, определяющие его структуру, физико-химические свойства и характер разрушения. Необходимо выделить три основных взаимосвязанных фактора воздействия струи на обрабатываемый материал: термическое, газодинамическое и физико-химическое. Первый обусловлен уровнем теплосодержания и способностью к интенсивной теплопередаче скоростной и, особенно, сверхзвуковой газовой струи, второй – спецификой образования струи, структурой и характером её взаимодействия с материалом и, наконец, третий – спецификой химических реакций. Первые два фактора способствуют интенсивному возбуждению в минеральной и органической среде процессов, определяющих эффективное направленное разрушение, которое не наблюдается при воздействии дозвуковыми или несформированными газовыми потоками. Резкое увеличение теплопередачи от звуковой и особенно сверхзвуковой струи к материалу изменяет характер процесса разрушения и существенно повышает влияние неоднородности его физико-химических свойств. Макро — и даже микронеоднородности измельчаемого материала обусловливают термические напряжения в значительно большей степени, чем при тепловом воздействии в воздушной среде или низкоскоростным потоком. Явления поверхностной деструкции, наличие трещин, посторонних включений, особенности протекания химических реакций, выделение газа, кристаллизационной воды, образование жидкой фазы в обрабатываемом материале способствуют накоплению в нем разрушающих напряжений. Интенсивное возникновение и накопление температурных напряжений — результат термического воздействия сверхзвуковой высокотемпературной струи. В силу возможной нестационарности процессов, происходящих в устройствах подготовки рабочего тела, в них могут возникать колебания различной частоты. Эти колебания передаются струе и могут инициировать такие же колебания во всей системе. Квазипериодичность пульсаций потока приводят к соответствующим колебаниям температуры и давления в зоне взаимодействия потока с материалом, способствуя тем самым, неравномерной теплопередачи по периметру материала, обусловливая неравномерность нагрева материала. Градиенты давлений и температур способствуют возникновению разрушающих напряжений.

 УДК 621.926:621.044 

В. А. Шуляк , Г. С. Федоров , Д. И. Березюк 

АППАРАТЫ ДЛЯ СУШКИ И МЕХАНОТЕРМИЧЕСКОЙ 

ОБРАБОТКИ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Решение многих технологических задач, связанных с получением высококодисперсных порошовых материалов, лимитируется сложностью непосредственной переработки исходного сырья с высокой влажностью в механических мельницах и дробилках. В то же время такие материалы крайне плохо поддаются сушке, поскольку имеют неразвитую поверхность межфазного контакта, образуют крупные агломераты, окатыши и налипают на стенки сушильных аппаратов. 

В этом плане очень плодотворной оказалась идея совмещения процессов сушки и механической обработки в одном рабочем объеме. В основу большинства аппаратов для этих целей применен механотермический способ обработки дисперсных материалов, характеризующийся комплексным воздействием на обрабатываемый материал термических и тепловых полей, формирующихся на фоне процессов сушки, измельчения, нагрева и охлаждения материалов. Рассматриваются проблемы сушки и измельчения как хрупких дисперсных, так и пластичных вязкоупругих материалов в аппаратах с механическими ударными элементами и в аппаратах со встречно-соударяющимися труями газовзвеси. Характеризуются основные отличительные особенности различных аппаратов для механотермической обработки высоковлажных дисперсных материалов. Обосновывается эффективность применения для этих целей аппаратов со встречно-соударяющимися потоками (ВСП) газовзвеси. Приводится описание конструкции сушилок ВСП, опыт их промышленной эксплуатации и дается сравнительная характеристика аппаратов ВСП с различными аппаратами взвешенного слоя по показателю влагоэнергетическoй эффективности E = ((W/Vап) (1/(Q+N)), где W/Vап - влагонапряженность рабочего объема, выраженная через отношение производительности по испаренной влаге W к рабочему объему аппарата Vап; Q - затраты тепла на сушку; N -мощность,потребляемая на транспорт теплоносителя, включая рециркуляцию части отработанного сушильного агента и механическое 

взвешивание влажного материала. chaussures ugg pour femme 

 Разработанный показатель влагоэнергетической эффективности позволил обобщить накопившийся опыт промышленной эксплуатации и новых проектных решений сушилок взвешенного слоя в различных отраслях промышленности и провести глубокий 

сравнительный анализ их применения.  nike roshe run homme bleu marine 

 Анализ графиков зависимости показателя влагоэнергетической эффективности от производительности сушилки по испаренной влаге показывает, что функция E = f ( W ) может быть аппроксимирована простой зависимостью E = A W-1, где A - 

константа, зависящая от типа сушилки, ее типоразмера и температурного режима сушки. 

 В статье приведены значения коэффициента A для различных аппаратов взвешенного слоя: ВСП, вихревые сушилки ВНИВИ, вихревые сушилки и трубы-сушилки ИИХИММАШ, трубы-сушилки НПО "Крахмалопродуктов", аэрофонтанные сушилки, сушилки кипящего слоя ВНИВИ, НИИХИММАШ, комбинированные и барабанные сушилки НИИХИММАШ и ПКБ ММП. 

 Анализ полученных данных показывает: 1) применение аппаратов ВСП позволяет в десятки раз поднять производительность сушильной установки при высокой эффективности использования энергии; 2) основным направлением создания аппаратов с закрученными потоками большой единичной мощности, способных конкурировать по производительности с барабанными сушилками, является модульный принцип компоновки установки из параллельно работающих единичных секций малого диаметра. 

 Высокая интенсивность работы аппаратов ВСП обусловлена большой относительной скоростью движения потоков, непрерывным ударным скалыванием высохшего слоя, постоянным увеличением поверхности обрабатываемого материала и его полным контактом 

с энергоносителем. Это позволяет эффективно использовать низкотемпературные энергоносители для сушки и измельчения термолабильных продуктов. 

 Предлагаемые установки ВСП наиболее предпочтительны для использования в химической и пищевой промышленности для обработки материалов капиллярной и коллоидной капиллярно-пористой структуры, таких как соль, сахар, крахмал, молочный сахар, полистирол, резотропин, перборат натрия и другие. 

Статья депонирована в ВИНИТИ 17.03.97, рег. N 818-В97. 

Структура процесса газодинамического диспергирования материалов

Газодинамический дезинтегратор является тепловой машиной с определенным термодинамическим циклом. Для реализации указанного термодинамического цикла технологическая схема газодинамического диспергирования включает в себя: — систему подготовки рабочего тела, включающую источник сжатого воздуха и устройство подвода тепла; — систему (газодинамического) ускорения рабочего тела; — смесительные устройства с системой регулируемой подачи измельчаемого материала; — классификатора; — пылеосадительных устройств с бункерами-разгрузителями; спосос — пневмотранспортной системы. Эффективность газодинамического дезинтегратора определяется особенностью и взаимосвязью процессов, протекающих в каждом его структурном элементе и, в целом, может характеризоваться приведенной интенсивностью процесса измельчения Gп, определяемой количеством полученного измельченного продукта при затрате 1 кВт ч энергии в единицу времени (минуту, час (?). Чем выше Gп, тем лучше организован процесс измельчения: Gп = m / G_Σ^» (∑») G∑»- израсходованная энергия; m–масса полученного материала. Для оценки работоспособности ГДД, по аналогии с принципом оценки эффективности работы любой газодинамической системы могут быть использованы такие показатели, как … Тяга реактивного двигателя определяется уравнением: R* = Rдин*+ Rст* = mwс + Fc(Pc – Pн), где m – секундный расход газа, кг/с; wс — скорость газового потока на срезе сопла; Fc — площадь выходного сечения сопла; Pc, Pн – давление рабочего тела, Rдин* = mwс соответственно на срезе сопла и окружающей среды; Rст* = Fc (Pc – Pн) – статическая составляющая тяги; Rдин* = mwс – динамическая составляющая тяги. Динамическая составляющая тяги Rдин*(импульс потока), зависящая от скорости истечения газа, является основной характеристикой помольного узла ГДД. Скорость истечения, в свою очередь, определяется параметрами газа перед истечением (температурой, давлением, составом газа – молекулярной (?) составляющей), а также зависит от типа ускорителя, конструкции сопла, смесительной и помольной камеры. Для получения требуемого положительного эффекта при заданных физико-химических свойствах измельчаемого материала, необходимо менять характер термического и газодинамического воздействия, обеспечиваемое, например, путем изменения конструктивного оформления и режимов работы определенного элемента ГДД. При этом в каждом отдельном случае будет наблюдаться преобладание определенных видов нестационарных процессов в обрабатываемом материале, обеспечивающих требуемые качества получаемого продукта. В качестве сравнительных показателей работы различных конструкций газодинамических дезинтеграторов могут быть использованы значения: удельного импульса, удельных затрат энергии и рабочего тела на измельчение, удельного веса, используемого оборудования, термического кпд … Удельный импульс определяется из отношения Rуд* = Rдин*/Qг = wс / g , где Qг – секундный расход газа, кг/с; g= 9,81 м/с2 – гравитационная постоянная. Удельный вес используемого оборудования gу: gу = Му / Rдин*, где Му – масса оборудования технологической схемы газодинамического диспергирования.

Особенности процессов в элементах ГДД

В начале термодинамического цикла лежат процессы сжатия рабочего тела и его нагрев. Последующее преобразование внутренней энергии газа в работу совершения внутримельничных процессов осуществляется в соответствующих функциональных элементах – в соплах, смесительных камерах инжекторов, в помольной камере , классификаторе… (? ??) В зависимости от способа подготовки и степени нагрева рабочего тела, процесс ускорения рабочего тела может осуществляться газодинамическим, элекродинамическим …. способами . При газодинамическом способе ускорения работа расширения газа в сопле от величины давления перед истечением (в камере) — Рк до давления Рс — в сопле, аккумулируется как кинетическая энергия. В случае Рс /Ра > Ркр, (где Ра – атмосферное давление) давление на срезе сопла Рс зависит от величины отношения выходного сечения сопла fа к его критическому сечению fкр и давления перед истечением Рк. При fа / fкр = 1 Рс = Ркр = Рk (2 1+к) к / (к-1), ????? где Ркр – критическое давление; к – показатель адиабаты. Для случая идеального цикла (Рк = const) рабочее тело – газ подчиняется законам идеального газа. Уравнение первого закона термодинамики запишется: Uс — Uк + L + (wс2 – w2к) / 2 g , (2.9.) где Uс = сvТс + Uвс ; Uк = сvТк + Uвс; Uвс – внутренняя энергия газа в объеме соплового канала; сv — теплоемкость газа при постоянном объеме; wк – скорость газа перед истечением (wк =0); Тк, Тс – температура перед истечением и на срезе сопла; L = РсVc – Pk Vc = RTc – RTk — работа газа; R – газовая постоянная; Vc, Vк – объем газа соответственно в сопле и в камере. Формула (2.9.) преобразуется: сvТс — сvТк + RTc — RTk + wс2 /2 g =0. Полезная работа: Lад = w2а / 2 g = Ik — Ic = cp (Тк — Tc) = cp Тк (1 — Тс / Тк), Где Ik, Ic – энтальпия газа соответственно перед истечением и в сопле (? В его критическом сечении). Учитывая, что Ik = cp Тк = [k / (k-1)] RTk, а Тс / Тк = (Pc / Pk)(k – 1) / K, получим формулу удельной работы цикла: Lад = [k / (k-1)] RTk [1 – (Pc / Pk)(k – 1) / K] = [k / (k-1)] RTk [1- 1/(dca)] (k – 1) / K, где а = k / (k-1). Термический КПД ht =(Ik — Ic) / Ik = 1– (Tk / Тк) = 1-(Pc / Pk) = 1- 1/(dca), т.е. эффективность термодинамического цикла зависит от степени расширения газа в сопловом канале dc и численного значения показателя адиабаты, зависящего от химических свойств газа. Следовательно, основные показатели работы термогазогенератора (?) зависят от скорости истечения газа из сопла и массы истекающего газа, а показатели работы струйного аппарата – от Tk, Tс, R, зависящих от химического состава газа, а также от Рк и Pс, зависящих в свою очередь от параметров системы подачи компонентов в систему подготовки рабочего тела и геометрии сопла.

Глава 4 Харакеристика рабочего тела ГДД

Структура газовой струи.

Скоростная газовая струя, как рабочее тело газодинамического дезинтегратора, формируется газодинмическим устройством – соплом, геометрия которого определяет строение тела струи, выходящей из сопла и её скорость. Сопло рассчитывается таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная скорость истечения газа в рабочих условиях. Поскольку газовая струя в газодинамичеком дезинтенграторе является рабочим телом и определяет характер процессов её взаимодействия с измельчаемым материалом, её воздействие на материал должно являться основным объектом изучения и рассматриваться с точки зрения выявления и использования свойств, способствующих повышению эффективности обработки материала. Изучение свойств сверхзвуковой струи, вначале развития гаодинамики (конец XIX и начало XX веков), носило познавательный характер, а первые попытки практического её применения для измельчения материалов минерального происхождения не имели глубокого теоретического обоснования. В работах Кисельгофа , В.И.Акунова …рассмотрено движение отдельных частиц, … однако авторы указанных работ не уделяют должного внимания особенностям строения сверхзвуковой струи и влияния на эффективность разрушения материала.