WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 22 |
В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев, М.А. Промтов, А.С. Тимонин ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств» МОСКВА «ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1» 2006 УДК 66.047.75(075) ББК л11-5я73 О-224 Рецензенты:

Заведующий кафедрой МАХП ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» доктор технических наук, профессор В.Н. Блиничев Председатель НТС ГНУ ВИИТиН доктор технических наук, доцент С.А. Нагорнов О-224 Оборудование для переработки сыпучих материалов : учебное пособие / В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев, М.А. Промтов, А.С. Тимонин. – М. :

«Издательство Машиностроение-1», 2006. – 208 с. – 400 экз. – ISBN 594275-298-2.

рассмотрены конструкции и принцип действия современных машин для переработки сыпучих материалов, приведены методики расчета технологического оборудования.

предназначено для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» и магистров по направлению 551800 «Технологические машины и оборудование» и может быть полезно студентам и специалистам в инженерной практике химической и других отраслей промышленности.

УДК 66.047.75(075) ББК л11-5я73 ISBN 5-94275-298-2 © Боршев В.Я., Гусев Ю.И., Промтов М.А., Тимонин А.С., 2006 © Издательство «Машиностроение-1», 2006 Оглавление Введение ………………………………………………………..

4 1. Машины для измельчения твердых материалов …………………………………………………… 5 1.1. Характеристика основных способов измельчения … 5 1.2. Машины для дробления материалов ………………...

14 1.3. Машины для помола материалов …………………… 43 2. Машины для классификации сыпучих материалов …………………………………………… 59 2.1. Характеристика процессов классификации ………… 59 2.2. Машины для механической классификации ………..

2.3. Оборудование для воздушной классификации мате- риалов …………………………………………………. 2.4. Машины для гидравлической классификации ……...

3. Машины для смешения и дозирования сыпучих и пастообразных материалов …... 3.1. Характеристика процесса смешения сыпучих мате- риалов …………………………………………………. 3.2. Смесители периодического действия ……………….

3.3. Смесители непрерывного действия ………………… 3.4. Питатели и дозаторы сыпучих материалов ………… 4. Непрерывнодействующие транспортирующие машины для сыпучих материалов ….. 4.1. Транспортирующие машины: назначение, класси- фикация, выбор ………………………………………. 4.2. Ленточные конвейеры ………………………………...

4.3. Цепные конвейеры …………………………………… 4.4. Элеваторы ……………………………………………..

4.5. Винтовые конвейеры ………………………………….

4.6. Транспортирующие трубы …………………………… 4.7. Качающиеся конвейеры ……………………………… 4.8. Гравитационные транспортные устройства ………… 4.9. Пневматический транспорт …………………………..

4.10. Гидравлический транспорт ………………………….

Заключение …………………………………………………...

Список литературы ………………………………………..

ВВедение В химической и смежных отраслях промышленности широко применяются процессы измельчения, смешивания и сортировки сыпучих материалов. Темпы развития химической и других отраслей промышленности требуют совершенствования конструкций оборудования для измельчения, смешивания и классификации, повышения его надежности и работоспособности. Кроме того, остро стоит проблема снижения себестоимости продукции, повышения ее качества и увеличения рентабельности производств.

Данная проблема может быть решена путем широкого внедрения новой техники и повышения эффективности использования действующего оборудования.

Необходимая интенсификация механических процессов может быть достигнута только на основе глубоких знаний как принципа действия и конструкций соответствующего оборудования, так и особенностей его эксплуатации.

Кроме того, инженер-механик, специализирующийся в области химических и смежных производствах, должен иметь определенный объем знаний по транспортирующим машинам. Без этого невозможно осуществить правильный выбор оптимальных транспортирующих машин, рационально организовать проведение механизации погрузочно-разгрузочных работ и технологических процессов.

Целью настоящего учебного пособия является ознакомление с основными конструкциями, методиками расчета соответствующего оборудования, а также расчета отдельных узлов оборудования. Пособие предназначено для студентов специальности 240801, изучающих дисциплину «Машины и аппараты химических производств», для магистрантов по направлению 551800 «Технологические машины и оборудование», а также может быть полезным при курсовом и дипломном проектировании.

Настоящее пособие соответствует требованиям, изложенным в государственном образовательном стандарте, к уровню подготовки студентов по специальности 240802.

1. Машины для измельчения твердых материалов 1.1. Характеристика основных способов измельчения 1.1.1. Процессы измельчения.

Физико-механические свойства материалов Измельчением называют процесс разрушения кусков твердого материала при критических внутренних напряжениях, создаваемых в результате какого-либо нагружения и превышающих соответствующий предел прочности. Напряжения в материале могут создаваться механическим нагружением, температурными воздействиями, ультразвуковыми колебаниями и др. Наибольшее применение в современном производстве имеют механические способы измельчения.

Измельчение делят на дробление и помол, а машины, применяемые для этих целей, называются дробилками и мельницами. В зависимости от размеров частиц продукта (конечного размера частиц dк) различают следующие виды измельчения: дробление крупное (dк = 100…350 мм), среднее (dк = 40…100 мм), мелкое (dк = 5…40 мм), помол грубый (dк = 0,1…5 мм), средний (dк = 0,05…0,1 мм), тонкий (dк = 0,001…0,05 мм), сверхтонкий (dк < 0,мм).



Основной характеристикой процесса измельчения является степень измельчения, которая определяется соотношением средневзвешенных размеров частиц материала до (dн) и после (dк) измельчения:

i = dн / dк.

Степень измельчения отражает технологию и определяет параметры измельчителей.

С целью обеспечения эффективности измельчение материала от исходной до конечной крупности осуществляется, как правило, в несколько приемов с последовательным переходом от крупного дробления к более мелкому и к помолу с постадийным разделением материала по классам. Следовательно, процесс измельчения целесообразно осуществлять последовательно на нескольких измельчителях. Каждый отдельный измельчитель выполняет часть общего процесса, называемую стадией измельчения.

Число стадий измельчения определяется требуемой степенью измельчения. Например, если в исходном твердом материале содержатся куски размером до 1200 мм, а готовый продукт должен содержать частицы с максимальным размером до 4 мм, то общая степень измельчения io = 1200 / 4 = 300.

Степень измельчения, достигаемая на одной машине, для большинства видов дробильного оборудования не превышает 5…50. Поэтому для обеспечения i = 300 необходимо применить несколько стадий дробления, например: i1 = 5, i2 = 6, i3 = 10. Тогда io = i1i2i3 = 5 6 10 = 300, т.е. требуется минимум три стадии измельчения.

В то же время следует отметить, что увеличение стадий измельчения приводит к переизмельчению материала и увеличению эксплуатационных затрат. Поэтому процесс измельчения следует осуществлять, исходя из условия обеспечения минимального числа стадий дробления.

Энергозатраты, нагрузки на элементы измельчителей и качество продукта зависят от прочности, хрупкости, твердости, упругости, абразивности и плотности твердых материалов.

В зависимости от размера частиц, например от эквивалентного (среднего) диаметра d, твердый материал может быть в следующих состояниях:

пылевидном (d 0,05 мм); порошкообразном (0,05 мм < d 0,5 мм); мелкозернистом (0,5 мм < d 2 мм); крупнозернистом (2 мм < d 10 мм); кусковом (d > 10 мм).

Для оценки полидисперсной смеси твердых частиц используются следующие характеристики:

- наибольший dmax и наименьший dmin диаметры частиц;

- размах варьирования R = dmax dmin ;

- средний диаметр частиц d;

- гранулометрический состав;

- удельная поверхность частиц Sу.

Частицы твердого материала имеют неправильную форму, поэтому под их размером понимают диаметр шара, эквивалентного по объему dV = 6V или по удельной поверхности dS = 6V F, где V – объем частицы, м3; F – площадь ее поверхности, м2.

Гранулометрический, или дисперсный состав смеси твердых частиц материала показывает, какую долю или процент массы, объема, поверхности или числа частиц во всей массе пробы составляют определенные частицы или группы частиц.

К наиболее употребительным физическим свойствам твердых материалов относятся: плотность, влажность, гигроскопичность, температуры плавления и воспламенения, взрывоопасность и пожароопасность.

Насыпной плотностью н смеси частиц твердого (сыпучего) материала называют массу единицы объема сыпучего материала при свободном засыпании в измерительный стакан. Значения н для одного и того же сыпучего материала изменяются в зависимости от гранулометрического состава, формы частиц, способа укладки их в слое, значений влажности и уплотняющей нагрузки.

Между плотностью и насыпной плотностью н существует прямая связь:

н = (1- ), = Vсв V, где – порозность смеси частиц твердого материала, равная отношению объема свободного пространства Vсв между частицами к полному объему V, м3/м3.

Влажность u и влагосодержание U материала определяют по формулам mв - mc mв - mc u = 100 %, U = 100 %, mв mc где mв и mс – масса влажного и абсолютно сухого материала, кг.

Гигроскопичность Uп оценивает способность материала увлажняться за счет водяных паров окружающего его воздуха. Определяется по данным выдерживания пробы сыпучего материала в течение 1–2 суток в эксикаторе, на дне которого находится раствор серной кислоты:

mв - mc Uп = 100 %, mc - mб где Uп – максимальная гигроскопичность, %; mв, mс, mб – соответственно масса пробы сыпучего материала с бюксом, бюкса с высушенной пробой и отдельно бюкса, кг.

Механические свойства сыпучих материалов оценивают рядом параметров: углом естественного откоса, начальным сопротивлением сдвигу 0, углом внутреннего трения, коэффициентами: внутреннего трения f, внешнего трения fвн, бокового давления, текучести kт, размалываемости kp, модулем деформации и другими.

Углом естественного откоса называют угол наклона образующей конуса из сыпучего материала к горизонтальной подложке, на которую свободно вытекла из воронки порция этого материала. Значения колеблются от 25° до 44°.

Изменение структуры слоя под действием сжимающей нагрузки характеризуется коэффициентом уплотнения kу = н1 н2, где н1, н2 – насыпные плотности соответственно до и после прессования (уплотнения), кг/м3.





Способность сыпучего материала вытекать из отверстий оценивают коэффициентом текучести kт, который определяют по отношению времени его истечения из калиброванной воронки ко времени исчисления э эталонного материала.

Для связных сыпучих материалов существует минимальный диаметр отверстия, при котором над ним образуется устойчивый свод из частиц сыпучего материала, препятствующий их истечению из отверстия. Его значение можно рассчитать по уравнению Dc = 5,20 н(1- 0,78tg), где н – насыпная плотность материала, кг/м3; – угол внутреннего трения.

Слеживаемостью называют свойство сыпучего материала терять текучесть при длительном хранении в неподвижном состоянии с образованием конгломерата или единого монолита.

Прочность – свойство твердого материала сопротивляться разрушению при возникновении внутренних напряжений, появляющихся в результате какого-либо нагружения. Обычно прочность твердых материалов оценивается пределом прочности при сжатии сж. По величине сж измельчаемые материалы делят на мягкие (cж < 80 МПа), средней прочности (cж = 80...150 МПа), прочные (cж = 150...250 МПа) и очень прочные (cж > 250 МПа).

При других видах деформаций прочность твердых материалов существенно ниже. Например, предел прочности известняка, гранита составляет при растяжении 2…5 %, при изгибе 8…10 % и при сдвиге 10…15 % предела прочности при сжатии.

Хрупкость – свойство твердого материала разрушаться без заметных пластических деформаций. Она определяется на специальном копре числом ударов мерного груза. По числу ударов, выдерживаемых образцами, твердые материалы делят на очень хрупкие (до 2), хрупкие (2…5), вязкие (5…10), очень вязкие (более 10).

Абразивность – способность перерабатываемого материала изнашивать рабочие органы машины. Ее оценивают в граммах износа эталонных бил, отнесенных к одной тонне измельченного материала.

1.1.2. Теории измельчения Основной вопрос теорий измельчения состоит в установлении связи между затратами энергии и размерами конечных и начальных кусков материала, их формой, взаимным расположением, физико-механическими свойствами и т.п. В связи с многочисленностью влияющих факторов существующие теории измельчения характеризуют энергозатраты в общем виде с учетом лишь наиболее важных параметров процесса и измельчаемого материала.

Согласно гипотезе П. Риттингера (1867) работа при измельчении материала пропорциональна площади вновь образованной поверхности F (м2):

A = K1F, Дж, (1.1) где K1 – коэффициент пропорциональности.

Величину F можно выразить через начальные dн и конечные dк размеры кусков измельчаемого материала. Если предположить, что куски имеют форму куба с размером ребер dн до и dк = dн / i после измельчения, то можно определить площадь вновь образованных поверхностей:

2 F = Fк - Fн = 6i3(dн / i)2 - 6dн = 6dн (i -1).

При дроблении объема V (м3) материала со средним размером кусков dн (м) общее число измельчаемых частиц равно V / dн, а работа дробления в соответствии с формулой (1.1) будет равна A = 6K1V (i - 1) / d, Дж.

При массе измельчаемого материала mм (кг) величина работы примет вид A = 6K1mм (i -1) /(dн) = KRmм (i -1) / dн, Дж, где – плотность материала кг/м3; KR – коэффициент пропорциональности между затраченной работой и вновь образованной поверхностью; i – степень измельчения.

Теория П. Риттингера не учитывает изменения формы тел при измельчении. Вследствие этого она не пригодна для описания процессов дробления в случаях, когда готовый продукт имеет малую удельную поверхность.

Кирпичев В.Л. (1874) и Кик Ф. (1885) предположили, что энергия, необходимая для одинакового изменения формы подобных и однородных тел, пропорциональна их объемам, т.е.

A = K d3, Дж, где K – коэффициент пропорциональности.

При измельчении массы mм (кг) материала со средним размером кусков dн (м) общее количество измельчаемых кусков равно mм /( dн ), соответственно, работа измельчения будет равна A = K2mм /, Дж, где – плотность куска, кг/м3.

Рассмотренные гипотезы измельчения отражают только часть сложных процессов, происходящих при измельчении.

Теория Кирпичева-Кика оценивает энергию, расходуемую на деформирование материала, и не учитывает затраты на образование новых поверхностей. Ее целесообразно применять при крупном и среднем дроблении, когда влияние вновь образованных поверхностей незначительно.

В реальном процессе измельчения деформирование кусков и образование новых поверхностей происходит одновременно. В связи с этим многие ученые стремились оценить эти явления в комплексе. Так, П.А. Ребиндер (1940) и Ф. Бонд (1951) предложили определять энергозатраты при дроблении с учетом работы как деформации кусков, так и образования новых поверхностей.

На основании опытных исследований во ВНИИстройдормаше предложена эмпирическая формула для расчета мощности электродвигателя дробилок:

N = 0,13EiKмQм ( i -1) / dн, кВт, где Ei – энергетический показатель, зависящий от физико-механических свойств измельчаемого материала, кВтч/т; Kм – коэффициент масштабного фактора (зависит от dн ); dн – средневзвешенный размер кусков исходного материала, м; Qм – производительность, кг/с.

Значение Ei принимают по справочной литературе в зависимости от вида материала. Рекомендуют при расчете мощности двигателя принимать значение энергетического показателя равным Ei = 8 кВт·ч/т.

Значения коэффициента масштабного фактора в зависимости от средневзвешенного размера dн кусков материала приведены в табл. 1.1.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 22 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.