Дробилки и мельницы для сверхтонкого размельчения

При увеличении частоты воздействий внешних сил на материал все меньшее количество трещин, образующихся в кусках или зернах, успевает смыкаться («самозаживляться») и процесс измельчения ускоряется. Поэтому с наименьшей затратой энергии тонкое измельчение может быть осуществлено путем вибрационного (высокочастотного) воздействия на материал, т. е. посредством весьма частых, но сравнительно слабых ударов по его зернам. При таком воздействии происходит усталостное разрушение зерен измельчаемого материала.

 

III Классификация (сортировка) материалов

Разделение сыпучих материалов по размеру кусков или зерен называется классификацией. Путем классификации сыпучая смесь разделяется на классы, или фракции, ограниченные определенными пределами размеров кусков или зерен.

Применяются три вида классификации материалов:

1) грохочущие — механическая классификация на ситах; через отверстия рабочей поверхности грохота проходят куски меньше определенного размера, а остальные задерживаются на поверхности и удаляются с нее;

2) гидравлическая классификация — разделение смеси на фракции (классы) зерен, обладающие одинаковой скоростью падения в воде;

3) воздушная сепарация — разделение смеси на фракции зерен, обладающие одинаковой скоростью падения в воздухе.

Грохочение — наиболее универсальный способ классификации, применяемый для разделения материалов различной крупности (примерно от 250 до 1 мм). При помощи гидравлической классификации и воздушной сепарации можно разделять только зерна крупностью менее 2 мм. Классификация применяется как вспомогательная операция для предварительной подготовки материала к дроблению (удаление мелочи) или для возврата слишком крупного материала на повторное измельчение, а также как самостоятельная операция для получения готового продукта с заданным зернистым составом. В последнем случае процесс классификации называется сортировкой.

Классификация широко используется для ситового анализа — определения зернистого состава материала.

 

 

Лекция 2

Гидромеханические процессы

I Основы гидравлики

В химической промышленности широко распространены процессы перемещения жидкостей, газов и паров по трубопроводам (или через аппараты), процессы перемешивания, а также процессы разделения смесей путем отстаивания, фильтрования и центрифугирования. Все эти процессы связаны с движением потоков, которое описывается законами механики жидкостей гидромеханики. Поэтому перечисленные выше процессы химической технологии называют гидромеханическими процессами.

Основные физические свойства жидкостей

Движение жидкостей и газов характеризуется одними и теми же законами при условии, что скорость газа меньше скорости звука. Поэтому в гидравлике жидкостями называют как жидкости, так и газы.

При исследовании различных вопросов гидравлики вводят понятие о реально не существующей, идеальной жидкости. Такая жидкость абсолютно несжимаема и не обладает внутренним трением между частицами (т.е. вязкостью) В действительности жидкости в той или иной мере сжимаемы и обладают вязкостью; они называются реальными (вязкими) жидкостями.

Реальные жидкости делятся на собственно жидкости, называемые капельными, и упругие жидкости – газы, обладающие сжимаемостью, или упругостью, т. е. способные изменять свой объем с изменением давления.

Жидкости характеризуются следующими основными физическими свойствами: плотностью (и удельным весом), вязкостью и поверхностным натяжением.

 

Плотность и удельный вес

Масса жидкости, заключенная в единице ее объема, называется плотностью и обозначается ρ:

[кг/м³]

где т — масса жидкости, кг;

V — объем жидкости, м³.

Удельным весом называется вес единицы объема жидкости и обозначается γ:

,

где G – вес жидкости, Н.

Плотность капельных жидкостей незначительно увеличивается с повышением давления и обычно несколько уменьшается с возрастанием температуры.

Плотность газов значительно изменяется в зависимости от температуры и давления. Зависимость между температурой, давлением и объемом газов определяется уравнением состояния:

где р — давление, Н/м²;

V — объем газа, м³;

т — масса газа, кг;

R — универсальная газовая постоянная, дж/кмоль∙град;

Т — температура, К;

М — молекулярная масса газа.

 

Вязкость

При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению. Свойство жидкости оказывать сопротивление движению называется вязкостью.

Вязкость капельных жидкостей с повышением температурыуменьшается, вязкость газов увеличивается. Изменение вязкости в зависимости от давления незначительно и обычно не учитывается (исключая область весьма высоких давлений).

Поверхностное натяжение

В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение – это сила, действующая на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.

Давление жидкостей

Жидкость оказывает давление на поверхность погруженного в нее тела, а также на дно и стенки сосуда, в котором она заключена.

Давление жидкости на единицу поверхности называется гидростатическим давлением или просто давлением. Гидростатическое явление представляет собой отношение

где Р – сила давления жидкости на поверхность F.

Материальный баланс потока

Скорости движения частиц жидкости неодинаковы по течению ее потока. Поэтому вводят понятие о средней скорости потока всех частиц жидкости в сечении. Допустим, что в сечении I-Iтрубы (рис. 1а)

все частицы имеют среднюю скорость w, тогда за единицу времени они пройдут путь, равный w, и переместятся в сечение II-II. Объем жидкости, протекающей в единицу времени через сечение I-I,будет равен объему V,заключенному между сечениями I-Iи II-II, т.е.произведению средней скорости w на площадь поперечного сечения S потока.

Это произведение представляет собой объемный расход жидкости:

V = w ∙S [м³/сек]

Откуда средняя скорость

Это уравнение носит название уравнения расхода. Скорость, входящая в это уравнение, – линейная скорость, т.е. путь, проходимый жидкостью в единицу времени.

Если скорости частиц жидкости не изменяются во времени, ее движение считается установившимся. При установившемся движении в каждом сечении потока постоянны скорость, расход, температура, давление и плотность жидкости. Вместе с тем при установившемся движении скорости потока могут изменяться в пространстве, при переходе жидкости от одного сечения к другому.

Рассмотрим установившееся движение жидкости, ограниченной стенками любой формы, например движение в трубе переменного сечения (рис. 1б). Движущаяся жидкость сплошь заполняет трубу, в которой нет пустот и разрывов потока. При переходе от сечения S₁ к сечению S₂ скорость жидкости будет изменяться, но по закону сохранения вещества количество жидкости, поступающей в единицу времени через сечение S₁, будет равно количеству ее, протекающему через сечение S₂, т.е. расход жидкости останется постоянным. В том случае, если эти количества не были бы равны (например, если поступающее через сечение S₁ количество жидкости превышало бы ее количество, проходящее через сечение S₂), жидкость накапливалась бы в трубе, между сечениями S₁и S₂, и здесь происходило бы возрастание ее плотности и давления, что при установившемся движении невозможно.

Принимая массовые скорости жидкости в сечениях S₁ и S₂ равными соответственно W₁ и W₂ можно написать:

или

Эти уравнения представляют собой материальный баланс потока жидкости и называются уравнениями неразрывности потока.

Согласно этим уравнениям, средние скорости жидкости в различных сечениях трубопровода обратно пропорциональны площадям этих сечений. Произведение скорости на сечение, т.е. расход жидкости при установившемся движении, есть величина постоянная.