Оборудование для тонкого измельчения пластмасс

Для получения порошкообразного состояния как свежего сырья, так и отходов переработки пластмасс используются мельницы различных конструкций. Наибольшее распространение получили мельницы ударного действия. В этих мельницах материал разрушается высокоскоростным ударом частиц о рабочие органы или друг о друга. Преимущества таких мельниц: компактность, относительно малая металлоемкость, возможность получения тонкодисперсных порошков при относительно малых энергозатратах, высокая степень механохимической активации продуктов помола. Общим недостатком мельниц этой группы является быстрый абразивный износ мелющих органов, что ограничивает межремонтный ресурс, а в ряде случаев делает их неприменимыми, если в продуктах измельчения недопустимо содержание намола металла [12].

По способу подвода энергии к материалу эти мельницы можно разделить на механические и пневматические (струйные). Наиболее простым и широко распространенным является механический способ.

Известно большое количество механических ударных мельниц, но наиболее употребительны при тонком измельчении отходов полимеров и компонентов полимерных материалов шаровые, вибрационные, бисерные, молотковые, ударно-отражательные мельницы.

Шаровые и аналогичные им мельницы считаются в настоящее время наиболее известными агрегатами тонкого помола Их рабочие элементы — броневые плиты барабана и загруженные в него мелющие тела — шары, стержни, диски. Вращение барабана вызывает подъем мелющих тел, которые, достигнув определенной высоты, падают и скатываются вниз (рис. 2.24).

Разрушение материала в шаровых мельницах происходит как в результате медленного раздавливания — истирания при скатывании шаров, так и быстрого сжатия от ударов при их падении.

Схема движения шаров в барабане шаровой мельницы

Рис. 2.24. Схема движения шаров в барабане шаровой мельницы

При этом шаровым мельницам присущи серьезные недостатки. Только от 2 до 20% всей потребляемой энергии расходуется непосредственно на измельчение [2], а остальная ее часть идет на преодоление сил трения, образование тепла, звуковых колебаний, вибрации и др.

И если грубый помол с получением частиц размерами в сотые доли миллиметра не вызывает серьезных затруднений, то при более тонком помоле КПД шаровой мельницы снижается настолько, что ее дальнейшее использование становится экономически не целесообразно.

Вибрационные мельницы используют для тонкого и коллоидного помола материалов, которые измельчаются шарами благодаря вибрационным колебаниям корпуса.

Вибрационная мельница (рис. 2.25) состоит из корпуса 1, опирающегося на пружины 2, устанавливаемые на раме 8, которая монтируется на резиновых амортизаторах 4.

Вибромельница

Рис. 2.25. Вибромельница:

  • 1 — корпус; 2 — пружины; 3 — рама; 4 — резиновые амортизаторы;
  • 5, 6 — трубы; 7, 8 — патрубки для ввода и вывода охлаждающей воды;
  • 9 — дебалансный вал; 10 — подшипники; 11 — дебалансы; 12 — разрезные конусные кольца; 13 — электродвигатель; 14 — эластичная муфта; 15 — резина

В корпусе мельницы расположен вибратор, состоящий из труб 5 и 6, между которыми имеется полость для прохождения охлаждающей воды, поступающей через патрубок 7 и выходящей через патрубок 8. В трубе 6 расположен дебалансный вал 9, который вращается в подшипниках 10 со сферическими роликами. На выступающих шейках вала закреплены дополнительные дебалансы 11, при помощи которых регулируется амплитуда колебаний. Вибратор закрепляется в корпусе мельницы при помощи двух разрезных конусных колец 12. Вал получает движение от электродвигателя 13 через эластичную муфту 14. В случае измельчения материалов, не допускающих примесей железа, корпус мельницы с внутренней стороны, а также вибратор футеруются резиной 15.

При вращении дебалансного вала с определенной частотой корпус, опирающийся на пружины, совершает частые круговые колебания, и шарам сообщаются импульсы, в результате они движутся по сложным траекториям, интенсивно измельчая и перемешивая материал, находящийся в межшаровом пространстве. Основные достоинства: возможность получения высокодисперсных продуктов (степень измельчения 20—200), малая продолжительность помола, компактность; недостатки: ограниченная производительность, высокий уровень шума [13].

Бисерные мельницы (рис. 2.26) широко применяются, например, в подготовительных производствах пластифицированных материалов на основе ПВХ. Они примерно на 2/3 или 3/4 объема заполнены специальным кварцевым бисером, диаметр которого 1—2 мм.

Бисерная мельница

Рис. 2.26. Бисерная мельница:

  • 1 — корпус; 2 — цилиндр; 3 — кожух; 4 — вал; 5 — диски; 6 — мелющие тела; 7 — сито; 8 — приемник переработанной суспензии; 9 — дисковый ротор;
  • 10 — электродвигатель; 11 — станина; 12 — кран

Предварительно подготовленная суспензия, например, из пигмента и связующего, подается насосом (на рис. 2.26 не показан) в цилиндр, поднимается вверх, проходит через слой бисера, подвергаемый действию вращающегося дискового ротора, интенсивно измельчается, перетирается, фильтруется через сито и выводится из нижней части мельницы.

Степень измельчения на этих мельницах равна примерно 200—300 [3]. Основное достоинство бисерных мельниц — высокая гомогенность получаемых в них продуктов, а основные недостатки — ограниченные габариты и производительность, необходимость частой замены мелющих тел.

Молотковые мельницы (рис. 2.27) применяют для грубого и тонкого помола хрупких материалов, преимущественно отходов переработки термореактивных полимерных материалов.

Молотковая мельница

Рис. 2.27. Молотковая мельница:

  • 1 — молотки; 2 — наковальня; 3 — сито; 4 — патрубки; 5 — диски; б — ось (палец); 7 — вал; 8 — шкив клиноременной передачи; 9 — корпус мельницы;
  • 10 — откидная крышка; 11 — шарнир; 12 — болты; 13 — маховик; А — отверстие для подачи измельчаемого материала

В ударно-отражательных мельницах размалываемый материал ускоряется вращающимся с высокой скоростью ротором (ударным механизмом) и выбрасывается на ребристую отбойную плиту. При соответствующем исполнении размалывающих сегментов на отбойной плите материал претерпевает механические сдвиговые деформации. Выгрузку помола проводят через фильтр или разгрузочную щель.

Высокая кинетическая энергия преобразуется в работу разрушения (хрупкое разрушение). При измельчении скорость удара должна быть не менее 20 м/с. Материалы большей плотности размалываются легче, чем менее плотные. Удельное потребление энергии при тонком помоле очень велико.

Ударно-отражательные мельницы расходуют много воздуха, который служит не только для транспортировки, но и для охлаждения материала [12].

К этому виду относятся нижеперечисленные мельницы.

Дисковые мельницы (рис. 2.28), в которых измельчение происходит, благодаря эффекту резания, между зубчатыми сегментами дисков. Дополнительное увеличение степени помола достигается при помощи регулирования расстояния между дисками и скорости их вращения. Дисковые мельницы этого типа могут быть использованы для тонкого помола от хрупких до вязко-эластичных продуктов с малой остаточной влажностью. Их применяют для измельчения таких полимеров, как, например, полиэтилен низкой плотности, линейный полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, получения порошков для ротационного формования и т.д. Степень измельчения продукта — меньше 400 микрон.

Дисковая мельница

Рис. 2.28. Дисковая мельница:

а — общий вид; б — ротор

Мельницы с диском ударного действия (рис. 2.29), в которых измельчение частиц, ускоряемых при помощи центробежного ротора, происходит в результате ударно-перетирающего действия в высокочастотном потоке воздуха до сверхтонкого и тонкого помола. Дисковые мельницы этого типа могут быть использованы для помола от хрупких до вязкоэластичных продуктов с консистенцией от сухих до средней влажности.

Мельница с диском ударного действия

Рис. 2.29. Мельница с диском ударного действия:

а — общий вид; б — ротор

В результате высокой скорости вращения ротора в машинной камере мельниц с воздуходувным ротором (рис. 2.30) происходит подача большого объема воздуха. Вследствие этого становится возможным перемалывание продуктов, чувствительных к температуре. Изменение степени помола происходит за счет изменения линейной скорости и (или) различных типов статоров.

Воздуходувный ротор

Рис. 2.30. Воздуходувный ротор

Тип статора выбирается в зависимости от свойств продукта и желаемой степени измельчения. В мельницах с центробежным и воздуходувным роторами в качестве статоров могут использоваться:

  • • для кристаллических полимеров — корзина-сито, охватывающая ротор на 360°, просеивающим ситом, где просеивающий элемент выполняет функцию разделения частиц по степени измельчения;
  • • для чувствительных к температуре полимеров — размалывающая корзина, в которой выход измельченного продукта происходит через узкую разгрузочную щель на задней стенке отбойной плиты.

Дисковые мельницы этого типа могут быть использованы для тонкого помола продуктов от хрупких до вязко-эластичных, а также кристаллических с консистенцией от сухих до влажных. Степень измельчения продукта — меньше 100 микрон.

Необходимая фракция материала достигается за счет размера отверстий установленного сита и применения различных профилей сегментов. Окончательный размер материала определяется установленным ситом [6].

Стержневые мельницы ударного типа (рис. 2.31), в которых измельчение материала до сверхтонкого помола происходит за счет соударения и вихревого потока между рядами стержней, расположенных концентрически друг против друга на роторном и статорном дисках.

Стержневые мельницы ударного типа

Рис. 2.31. Стержневые мельницы ударного типа:

а — общий вид; б — ротор

Для размалывания жестких и хрупких полимеров, особенно наполненных, хорошо подходят двухпоточные компрессорные мельницы, принцип работы которых основан на измельчении материала в двойном воздушном потоке с установкой сит по обе стороны от размольной дорожки. Предварительно дробленый и просушенный материал затягивается через входную шахту и далее через центральное отверстие в машину. Вращающееся с высокой скоростью ударное колесо (било) создает между ударными планками и ребрами сегментов интенсивный воздушный поток, так называемую зону завихрения, при прохождении которой материал потоком воздуха неоднократно ударяется о ребра сегментов, от профиля которых зависит скорость прохождения материала через зону измельчения.

На таких мельницах возможно измельчение смеси различных сухих, плохо измельчаемых и влажных материалов. Тонина помола регулируется посредством числа оборотов ротора и расположения стержней. Степень помола — меньше 50 мкм.

К этой группе измельчителей по конструкции относятся дезинтеграторы и дисмембраторы, которые применяются для коллоидного измельчения пластмасс и красителей.

Дезинтегратор (от дез- и лат. integer — целый) — стержневая дробилка, машина для мелкого дробления (грубого измельчения) хрупких малоабразивных материалов. Состоит из двух вращающихся в противоположные стороны роторов (корзин), насаженных на отдельные соосные валы и заключенных в кожух (рис. 2.32). На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены 2—4 ряда круглых цилиндрических пальцев (бил) таким образом, что каждый ряд одного ротора свободно входит между двумя рядами другого.

Принципиальная схема дезинтегратора

Рис. 2.32. Принципиальная схема дезинтегратора:

1, 4 — приводные валы; 2, 3 — роторы с пальцами

Дробимый материал подается в центральную часть ротора и, перемещаясь к периферии, подвергается многократным ударам пальцев, вращающихся (500—1000 об/мин) во встречных направлениях

(рис. 2.33). Размер загружаемого в дезинтегратор материала составляет обычно 60—90 мм, а измельченного продукта — 0,5—0,1 мм.

Схема движения материала в дезинтеграторе

Рис. 2.33. Схема движения материала в дезинтеграторе

Особенность дезинтегратора — хорошее перемешивание измельчаемых материалов. При одновременной обработке нескольких компонентов в дезинтеграторе, независимо от их количественного и качественного соотношения, удельного веса, влажности, образуются гомогенные смеси. Высокая однородность смеси достигается также при одновременной обработке жидких и твердых компонентов.

Дезинтегратор способен обработать такое количество материала, которое может пройти через внутренний ряд пальцев-бил. Расстояние между соседними пальцами-билами первого ряда при условии их одинаковой высоты является первой составляющей практической производительности дезинтегратора. Пропускная способность, а следовательно, и производительность агрегата повышается при увеличении расстояния между пальцами-билами.

Вторая важная составляющая, определяющая количество обработанного материала за единицу времени, — частота вращения ротора.

Центробежные силы, действующие на частицы обрабатываемого материала, тем выше, чем быстрее вращается ротор дезинтегратора. Таким образом, на практическую производительность дезинтегратора основное влияние оказывают следующие параметры:

  • • длина пальцев-бил внутреннего круга;
  • • расстояние между пальцами-билами внутреннего круга;
  • • число оборотов ротора, на котором установлен внутренний ряд пальцев-бил.

Размольная мощность дезинтегратора (или эффект помола в дезинтеграторе) определяется приростом удельной поверхности обрабатываемого материала.

При обработке материалов, имеющих поликристаллическое строение, размольная мощность дезинтегратора в большей степени определяется скоростью свободного удара, нежели частотой ударных воздействий. Поэтому наиболее рациональным способом увеличения дисперсности продукта, получаемого с использованием дезинтегратора, является не увеличение рядности помольных органов, а повышение частоты вращения роторов. Учитывая, что прочность связей внутренних слоев материала обычно выше, чем верхних или наружных, частицы материала разрушаются при ударе на более мелкие части по местам спаянности только при условии, что скорость свободного удара достаточна для преодоления внутренних связей.

Однако, значительное увеличение частоты вращения помольных органов вызывает ускоренный износ последних, уменьшая сроки безремонтной эксплуатации дезинтегратора.

Естественным пределом для данного вида оборудования можно считать производство порошков с удельной поверхностью до 2000 см2/г включительно.

Помольными органами дезинтегратора служат цилиндрические пальцы-билы втулочного типа, которые изготавливаются с использованием износостойких сталей или высокопрочных композиционных материалов.

Пальцы-билы крепятся на рабочих дисках посредством болтов. В зависимости от типа ротора применяется два способа установки пальцев-бил: консольное крепление или крепление с дополнительной фиксацией кольцом.

В зависимости от вида решаемых задач измельчения-смешивания используются рабочие диски с различной рядностью, размерностью и количеством бил.

Промышленный дезинтегратор (рис. 2.34, а) состоит из корпуса 1 и крышки 2, соединенных шарниром 3. Материал из бункера 4 в дезинтегратор загружается вибрационным питателем 5, который приводится в движение от ременной передачи 6. Материал, подлежащий измельчению, пройдя зону магнитного сепаратора 7, поступает через патрубок 8 во внутреннюю камеру крышки 2 и затем подается через полую ступицу 9 вместе с воздухом в рабочую камеру мельницы. На ступице 9 смонтирован контрдиск 10 с тремя рядами бил (пальцев) 11. В центральной части корпуса установлен основной рабочий диск 12, также с тремя рядами бил 13.

Материал измельчается между билами быстро вращающегося диска 12 и медленно вращающегося диска 10. Диск 12 и контрдиск приводятся во вращение от электродвигателей через ременные передачи. Крышка к корпусу прижимается винтовыми механизмами 14.

На рис. 2.34, б показаны траектории полета частиц в процессе измельчения. Готовый продукт через отверстие в дне корпуса выносится в приемник под ним.

Машина, имеющая один ротор, а вместо другого — неподвижные пальцы, укрепленные на откидной крышке кожуха, называется дисмем- братором (рис. 2.35), который работает аналогично дезинтегратору, но частота вращения ротора значительно выше (2300—3800 об/мин).

Дезинтеграторы и дисмембраторы называют иногда «бильные мельницы».

Дезинтегратор

Рис. 2.34. Дезинтегратор:

пояснения в тексте

Дисмембратор

Рис. 2.35. Дисмембратор

Дисмембраторы предназначены для непрерывного тонкого сухого измельчения различных материалов средней твердости. Различают дисмембраторы с вертикальным и горизонтальным валом ротора.

Размеры загружаемого в дисмембратор материала обычно 3—5 мм, а измельченного продукта — 100—200 мкм.

Исходный продукт непрерывно подается через течку к центру дисков, где под действием центробежных сил проходит между пальцами и, ударяясь о них, измельчается.

В настоящее время к наиболее эффективным машинам для тонкого помола сыпучих материалов относятся измельчители, реализующие высокоскоростное ударное нагружение. Высокая скорость деформирования материала в подобных измельчителях приводит к хрупкому разрушению даже пластичных материалов, которое характеризуется малой величиной пластической деформации, большой скоростью распределения трещин и малой энергией, необходимой для их разрушения. К машинам данного типа относятся мельницы центробежно-ударного действия, которые используются для измельчения фторпластов.

В основе процессов измельчения материалов на центробежных мельницах ударного типа лежит способ последовательного приложения статических или динамических нагрузок на материал с целью создания в нем таких напряжений, которые превышали бы внутренние силы сцепления частиц между собой и разрушали бы их. Известно, что для измельчения пластичных материалов необходимо не статическое приложение нагрузок — сжатие, а динамическое — удар. В момент приложения динамических нагрузок в вязкоупругом полимере протекают одновременно два процесса: накопление потенциальной энергии деформации и рассеяние накопленной энергии. Для измельчения полимера необходимо, чтобы скорость накопления энергии деформации во много раз превышала скорость ее рассеяния, это становится возможным при высокоскоростных деформациях полимера, реализуемых в мельницах ударного действия.

Мельница такого типа имеет цилиндрический корпус, в котором на подшипниках качения смонтирован установленный консольно на валу трехступенчатый ротор с тремя последовательно увеличивающимися дисками, на которых закреплены билы, а на внутренней периферии корпуса расположены отбойные плиты. Частота вращения ротора достигает 5000 об/мин. Вращение ротора осуществляется от электродвигателя через повышающую клиноременную передачу. Корпус мельницы и узел подшипника качения охлаждаются водой. В мельнице имеются загрузочный и разгрузочный патрубки, она может быть снабжена сепарирующим устройством для классификации измельченных частиц.

Быстро вращающийся ротор создает эффект воздушной эжекции, под воздействием которой измельчаемые частицы переходят со ступени на ступень вращающегося ротора. Включается разгрузочный циклон- фильтр, и через выгрузочный патрубок в крышке мельницы измельченные отходы полимера отсасываются в приемный бункер.

Среди мельниц ударно-отражательного действия широко распространены мельницы с внутренней классификацией. К их достоинствам следует отнести возможность получения очень тонких порошков при относительно невысоких энергозатратах.

На рис. 2.36 [12] в качестве примера представлена трехступенчатая мельница, с центробежной классификацией в каждой ступени. Мельница состоит из корпуса 1 с загрузочным патрубком исходного материала 2, вала 3 с ротором 4, на котором закреплены диски 5 с ударными элементами 6 разгрузочного патрубка 7. Размалываемый материал через патрубок 2 попадает под ударные элементы 6 в первой ступени и измельчается. Из пространства между дисками первой и второй ступени материал попадает в зону центробежно-противоточной классификации, причем мелкие частицы потоком воздуха, создаваемым вентилятором 8, выносятся через окна 10 ротора 4 и центральное отверстие 9 в патрубке 7 и поступают в готовый продукт, а крупные частицы отбрасываются центробежными силами на ударные элементы 6 второй ступени, и процесс повторяется. Крупные, не разрушенные в последней ступени частицы по трубе 11 возвращаются на дополнительное измельчение в первую ступень.

Схема мельницы ударно-отражательного действия с внутренней классификацией

Рис. 2.36. Схема мельницы ударно-отражательного действия с внутренней классификацией:

пояснения в тексте

Увеличение окружной скорости ударных элементов по ходу измельчения позволяет повышать скорость нагружения частиц по мере уменьшения их размеров и сохранять тем самым высокую эффективность размола. Этому же сопутствует и вывод мелких частиц из каждой ступени.

Типичной областью применения дисковых измельчителей является измельчение в порошок пластиковых профилей, трубок, обрезков, обрезков пленки.

Для многих продуктов необходимая тонкость измельчения достигается за время одного цикла. В этом случае процесс измельчения может быть представлен технологической схемой, приведенной на рис. 2.37.

Схема измельчения полимера на ударной мельнице без классификации

Рис. 2.37. Схема измельчения полимера на ударной мельнице без классификации:

  • 1 — система подачи материала; 2 — главная мельница; 3 — вихревой циклон;
  • 4 — импульсный пылесборник; 5 — вытяжной вентилятор

При необходимости дисковый измельчитель может быть дооснащен машиной просеивания, оборудованной в разгрузочном секторе измельчителя. В этом случае после просеивания материал крупной фракции автоматически возвращается в измельчитель (рис. 2.38).

Измельчение полимера на ударной мельнице с классификацией

Рис. 2.38. Измельчение полимера на ударной мельнице с классификацией:

  • 1 — система подачи материала; 2 — измельчитель материала (дисковая ударная мельница); 3 — система классификации (вибросито); 4 — вихревой циклон;
  • 5 — роторный питатель; 6 — вытяжной вентилятор; 7 — рукавный фильтр

Такой процесс в виде технологической схемы представлен на рис. 2.39. В качестве примера практической реализации этой схемы на рис. 2.40 приведена технологическая схема измельчения отходов оконных профилей из поливинилхлорида.

Схема измельчения полимера на ударной мельнице

Рис. 2.39. Схема измельчения полимера на ударной мельнице

с классификацией:

  • 1 — система подачи материала; 2 — система измельчения полимера;
  • 3 — шнековый конвейер для обратной связи; 4 — система классификации; 5 — импульсный пылесборник; 6 — вытяжной вентилятор
Утилизация отходов оконных профилей из ПВХ

Рис. 2.40. Утилизация отходов оконных профилей из ПВХ:

А — дробленка измельченного ПВХ; В — тонкий порошок ПВХ; С — пыль/ защитная пленка; D — металлические включения; 1 — подача отходов; 2 — ножевой гранулятор; 3 — дисковая мельница; 4 — система удаления пыли из дробла ПВХ; 5 — бункер; 6 — фильтр; 7 — вибросито; 8 — вентилятор

Струйные мельницы применяются для измельчения материалов средней прочности с получением частиц до 2—5 мкм.

Принцип действия струйных мельниц основан на использовании энергии сжатого газа или пара. Энергоноситель при расширении в соплах приобретает большую скорость, достигающую иногда нескольких сотен метров в секунду. Частицы материала измельчаются вследствие соударения между собой при пересечении потоков струй, а также ударов и истирания о стенки камеры.

Одним из достоинств струйных мельниц является возможность практически полного исключения загрязнения измельчаемого материала продуктами износа.

В зависимости от вида энергоносителя различают воздухо-, газо- и пароструйные мельницы, в которых энергоносителем является сжатый воздух, инертный газ и перегретый пар, соответственно.

По конструкции помольной камеры различают мельницы с противо- точной камерой, используемые для тонкого измельчения материалов, с плоской и трубчатой камерой, применяемые для сверхтонкого (коллоидного) измельчения (рис. 2.41).

Струйные мельницы

Рис. 2.41. Струйные мельницы:

пояснения в тексте

Струйная мельница с противоточной камерой (рис. 2.41, а) состоит из помольной камеры 1, футерованной износостойким материалом. В камере с противоположных сторон установлены разгонные трубки 2 с размещенными в них соплами 3 для подачи энергоносителя. В разгонные трубки по рукавам 4 подается измельчаемый материал. Потоком газа или пара материал направляется в камеру 1, в которой происходит измельчение за счет соударения частиц. Измельченный материал через трубу 5 попадает в сепаратор б, где происходит отделение крупной фракции. Последняя возвращается на повторное измельчение, а мелкая фракция через штуцер 7 выводится из измельчителя. Питатель 8 служит для подачи исходного материала.

Струйная мельница с плоской помольной камерой (рис. 2.41, б) состоит из камеры 9, коллектора 12 и циклона-сепаратора 14. Измельчаемый материал через штуцер 13 подается в камеру 9, в которую из кольцевого коллектора 12 через сопла 10 поступает сжатый газ или пар. При этом сопла располагаются так, чтобы струи пересекались внутри камеры. Вследствие этого частицы материала, увлекаемые струями газа, соударяются и разрушаются. При вращении пылегазовой смеси в камере более тяжелые частицы оттесняются к ее периферии, где вновь захватываются потоком энергоносителя, подаваемого через штуцер 11.

Поток газа с более мелкими частицами поступает в циклон-сепаратор 14, в котором большая часть твердой фазы отделяется от газа и попадает в сборник 16. Отработанный газ через трубу 15 направляется на окончательную очистку.

Струйная мельница с трубчатой камерой (рис. 2.41, в) состоит из двух труб 20 и 24, соединенных снизу подковообразной помольной камерой 19, а сверху — дугообразной сепарационной трубой 21. В помольную камеру снизу через два ряда сопел 18, расположенных наклонно одно к другому, из коллектора 17 подводится энергоноситель. Измельчаемый материал из воронки 25 вводится в рабочую зону эжектором 26, воздух к которому подводится через трубку 27. Частицы материала, увлекаемые пересекающимися струями энергоносителя, измельчаются в результате взаимных соударений, а также ударов о стенки и истирания. Энергоносителем частицы перемещаются вверх по трубе 20. В сепараторе за счет поворота пылегазового потока более крупные частицы отходят к периферии и с нисходящим потоком по трубе 24 возвращаются на повторное измельчение. Очищенный газ с мелкими частицами проходит через жалюзийную решетку 23 и через патрубок 22 направляется на дальнейшую очистку в фильтры. При этом из отходящего потока с помощью жалюзийной решетки удаляются более крупные частицы.

Противоточная эжекторная струйная мельница (рис. 2.42) состоит из размольной камеры 5, защищенной изнутри износостойкими элементами 8, двух расположенных друг против друга разгонных трубок 4 и 9. Материал из бункера 2 поступает в разгонные трубки 4 и 9, подхватывается сжатым воздухом, подаваемым по трубкам 3 и 10, и выносится в помольную камеру 5.

Измельчение материала происходит за счет соударений частиц во встречных вихревых потоках. Измельченный материал отработанным воздухом по трубе 6 выносится в сепаратор, присоединенный к фланцу 7. Люки 1 служат для ревизии состояния сопел и их регулирования.

Противоточная эжекторная струйная мельница

Рис. 2.42. Противоточная эжекторная струйная мельница:

пояснения в тексте

Широкое применение струйных мельниц (при их несомненных эксплуатационных преимуществах) сдерживается относительно высоким расходом дорогостоящего энергоносителя.

Технология тонкого помола на вихревых мельницах относится к ударным способам измельчения материалов. Известно, что наименьшие затраты энергии непосредственно на разрушение материала достигаются в измельчителях ударного действия. Это качественно иллюстрируется классическим графиком зависимости затрат энергии на образование единицы новой поверхности от скорости соударения частиц с преградой (измельчаемый материал — стеклянные шарики) (рис. 2.43).

График зависимости затрат энергии на образование единицы новой поверхности от скорости соударения частиц с преградой

Рис. 2.43. График зависимости затрат энергии на образование единицы новой поверхности от скорости соударения частиц с преградой

Для каждого материала имеется своя пороговая скорость соударения, ниже которой частица данного размера не разрушается, и имеется близкая к пороговой оптимальная скорость, обеспечивающая минимум затрат энергии на создание новой поверхности.

Обычно ударные измельчители работают при больших скоростях, при которых помол происходит за одно-два соударения.

В отличие от них в вихревых мельницах типа ВМ (газодинамические мельницы, в которых разгон материала осуществляется сжатым воздухом) и типа ВМЭ (электрические, с механическим разгоном материала) реализуется механизм низкоскоростного каскадного измельчения, обеспечивающий минимальные затраты энергии на разрушение.

Особенность вихревых мельниц типов ВМ и ВМЭ состоит в том, что частицы в них разгоняются лишь до тех пор, пока не превышается пороговая скорость, после чего при скорости удара, близкой к оптимальной по затратам энергии, происходит деление на два-три осколка, и процесс возобновляется (каскадный механизм).

Основные преимущества применения вихревых мельниц:

  • • малые габариты и материалоемкость;
  • • высокая надежность;
  • • простая конструкция;
  • • отсутствие в мельницах типа ВМ или минимизация в мельницах типа ВМЭ нагрева при измельчении;
  • • возможность измельчения материалов, помол которых невозможен или затруднителен на других видах мельниц.

Низкоскоростной каскадный механизм измельчения выделяет вихревую мельницу типа ВМ из класса струйных мельниц, открывая для нее отдельную нишу применения — измельчение материалов, не допускающих даже локального кратковременного разогрева (термопластичные полимеры).

Благодаря каскадному измельчению в мельницах типа ВМ обеспечивается основное отличие от струйных мельниц — более низкое давление на входе: от 0,3 до 0,6 МПа вместо 0,7—1,4 МПа, характерного для использования струйных мельниц.

Однако применение газодинамических мельниц ограничено из-за необходимости обслуживания компрессорного оборудования. Кроме того, оборудование типа ВМ, несмотря на низкие затраты энергии собственно на разрушение материалов, отличается высокими удельными затратами на помол в целом, связанными с применением для ускорения частиц в помольной камере сжатого воздуха.

Поэтому наибольший интерес представляют ударные мельницы с механическим способом первоначального разгона частиц, который осуществляется с помощью титанового ротора, вращающегося внутри вихревой помольной камеры. На периферии помольного объема обеспечивается скорость соударения частиц с боковой поверхностью, оптимальная для помола измельчаемого материала. Этот же ротор обеспечивает питание мельницы воздухом, необходимым для восстановления скорости частицы после ее соударения с преградой и для разгрузки мельницы с классификацией [14].

Измельчение материала от исходного до конечного размера осуществляется, как правило, в несколько приемов, с последовательным переходом от крупного дробления к более мелкому и к помолу с поста- дийным разделением материала по классам. Следовательно, процесс измельчения целесообразно осуществлять последовательно на нескольких измельчителях (рис. 2.44). Каждый отдельный измельчитель выполняет часть общего процесса, называемую стадией измельчения [1].

Число стадий измельчения определяется требуемой степенью измельчения.

Степень измельчения, достигаемая на одной машине, у большинства видов дробильного оборудования не превышает 3—7.

Принципиальная схема участка двухстадийного измельчения пластмасс

Рис. 2.44. Принципиальная схема участка двухстадийного измельчения пластмасс:

  • 1 — однороторный шредер; 2 — конвейер от шредера к измельчителю;
  • 3 — подвесной магнит для улавливания черных металлов; 4 — металлодетектор для остановки конвейера в случае обнаружения существенных кусков металла, способных повредить измельчитель; 5 — магнитный барабан на конце конвейера для отсеивания черных металлов; 6 —дробилка (измельчитель пластмасс);
  • 7 — вентилятор для транспортировки дробленого сырья; 8 — соединительный трубопровод; 9 — система фильтрации пыли; 10 — циклон для осаждения дробленого материала с выводом воздуха через систему фильтров; 11 — заслонка; 12 — сепаратор пыли и мелких частиц; 13 — металлосепаратор для отсеивания любых типов металлов от основного сырья; 14 — станция для наполнения одного, двух или трех биг-бегов (мешков) с возможностью одновременного или поочередного наполнения; 15 — вентилятор для сепарации пыли и мелких частиц; 16 — платформа; 17 — контейнер для отсортированного металла;
  • 18 — контейнер для отсортированной пыли и мелких частиц; 19 — контейнеры для чистого дробленого материала

В то же время следует отметить, что увеличение стадий дробления приводит к повышению капитальных затрат на строительство, пере- измельчению материала и к удорожанию эксплуатации оборудования. Поэтому выбор схемы измельчения следует производить из условия обеспечения минимального числа стадий дробления. Однако в ряде случаев только применение многостадийных схем обеспечивает получение готового продукта в необходимом объеме и высокого качества.

При измельчении пожаро- и взрывоопасных материалов необходимо соблюдать правила техники безопасности. Установки и помещения для измельчения необходимо проектировать и эксплуатировать с учетом нижних допустимых пределов концентрации пыли в воздухе и температур воспламенения, а также способности исходных материалов к электризации и т.п. Должны быть обеспечены прочность и герметичность корпусов измельчителей и коммуникаций, установлены разрывные предохранительные мембраны. Для изготовления мелющих тел и корпусов измельчителей необходимо использовать материалы, исключающие возможность искрообразования при соударениях.

Установки для измельчения следует заземлять и оснащать защитой от атмосферного и статического электричества, вместо пневматического транспорта применять механический с изготовлением деталей из цветных металлов. Электрооборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении, а категория помещений выбрана в соответствии с санитарными нормами и правилами. Пылеулавливающие устройства (циклоны, фильтры) следует монтировать в отдельном помещении; анализ пылесодержания воздушной среды и мокрую очистку оборудования и помещений от осевшей пыли необходимо проводить строго по графику [3].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >