Струйные мельницы

DjVu

Во многих отраслях промышленности вопросы измельчения материалов играют очень важную роль (при производстве лаков, красок, ядохимикатов, цемента, пищевых продуктов, синтетических волокон и др. материалов).
      Струйные мельницы, обеспечивающие очень высокую тонкость помола, позволяют сочетать различные технологические операции: сушку, разделение, смешение, увлажнение, синтез, катализ и др.
      Книга предназначена для инженерно-технических работников, конструирующих, проектирующих, изготовляющих и эксплуатирующих струйные мельницы в различных областях промышленности.
      Рецензент инж. С. Б. Хейфец Редактор инж. Н. Ю. Благосклонова
     
      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Основой технического прогресса во многих отраслях промышленности (химической, стройматериалов и др.) становится совершенствование технологических процессов, приближение их к научно обоснованной оптимальной технологии с использованием тонко- и сверхтонко измельченных материалов. При эгом одно из главных требований к измельчителям — минимальное загрязнение измельчаемого материала продуктами износа, которое в ряде случаев определяет самую возможность применения таких тонкоизмельченных материалов, как красители, пигменты, твердые смазочные материалы, ионообменные смолы, ряд металлов и их окислов, компоненты полупроводниковых материалов и многие другие.
      Предлагаемая вниманию читателей книга впервые обобщает результаты экспериментальных исследований -в области струйных мельниц, а также разработанные автором элементы теории измельчителей и методы расчета различных типов струйных мельниц.
      Перспективность применения нового типа мельниц в различных областях техники тонкого измельчения очевидна. Это подтверждается как заграничным опытом, так и быстро расширяющимся использованием отечественных струйных измельчителей, разработанных под руководством автора.
      Место струйных мельниц в ряду других измельчителей было установлено автором на основе статистического анализа существующих измельчителей при помощи предложенных им показателей удельной энергонапряженности и удельной производительности. Экспериментально показано, что принцип высокоскоростного самоизмельчения позволяет во много раз уменьшить удельный износ измельчителя. В результате увеличивается долговечность мельницы и уменьшается загрязнение измельченного материала продуктами износа — «намолом». В сотни раз повышается удельная производительность измельчителей, уменьшаются их размеры, появляется возможность использовать для футеровки высокопрочные материалы, которые из-за высокой стоимости и хрупкости не могли быть использованы в обычных измельчителях.
      Для эффективного самонзмельчения, как было показано многочисленными исследованиями, необходимы высокие скорости, порядка 400 — 500 м!сек и выше. Эти скорости могут быть легко достигнуты при условии ускорения частиц в струях сжатого газа со сверхзвуковыми параметрами истечения, направленных навстречу или под углом друг к другу. Применение газовых струй в качестве ускорителей частиц позволяет отказаться от измельчителей-машин « перейти к измельчителям-аппаратам без движущихся частей.
      Струйная мельница представляет собой аппарат с весьма сложным рабочим процессом, что обусловлено одновременным измельчением, разделением, осаждением готового продукта с очисткой отработавшего энергоносителя от пыли. Это обстоятельство осложняет не только теоретическое рассмотрение рабочего процесса, но и экспериментальное установление оптимального режима работы, при котором продукт заданной дисперсности получается с минимальной затратой энергии и средств. Как известно, количественная теория измельчения (хотя бы формально математическая) до сих пор не разработана из-за специфической сложности процесса разрушения в измельчителях.
      В помольной камере струйной мельницы происходит одновременное измельчение и разделение образующихся полидис-персных фаз в вихревых потоках. Газодинамика подобных систем только начинает развиваться.
      Особое место занимают вопросы, относящиеся к теории измельчителей, — их долговечность и надежность, удобство ремонта (восстановление) и др. Предложенный автором метод моделирования струйных мельиин, позволяет выявить закономерность образования рядов измельчителей.
      Основной частью работы являются экспериментальные исследования в области противоточных воздухо- и пароструйных мельниц, позволившие автору установить область рационального применения этих мельниц, а также основные положения технологии тонкого измельчения с их помощью. Следует также отметить разработку инженерной методики расчета струйных мельниц, получившую признание.
      Заслугой автора и организованного им коллектива сотрудников надо признать создание у нас в СССР ряда противоточных и других струйных мельниц производительностью от 0,25 до 5 т/ч. Предлагаемая книга завершает первый, но несомненно важный этап развития ряда конструкций струйных мельниц и анализа их работы в разных отраслях производства.
      Академик П. А. РЕБИНДЕР
     
      ВВЕДЕНИЕ
      Струйные мельницы для тонкого и сверхтонкого измельчения все шире внедряются в различные отрасли нашей промышленности. Многие десятки опытных установок отечественного производства успешно эксплуатируются в течение ряда лет. Вводятся в действие установки, приобретенные за рубежом.
      В Советском Союзе с 1965 г. начато серийное производстве струйных мельниц. Это производство не может успешно развиваться без разработки новых положений теории измельчения и измельчителей, газодинамики существенно запыленных потоков, теории ударного измельчения и износа, пылеразделения и т. п.
      Теория струйных мельниц еще отстает от требований практики. В советской и зарубежной литературе почти нет исследований по теории, конструированию и технологическому применению струйных мельниц. Восполнению этого пробела посвящена настоящая работа.
      Надо отметить, что первоочередной интерес представляет рассмотрение современного уровня развития теорий измельчения, измельчителей и, в частности, струйных мельниц.
      Естественно начать это рассмотрение с вопроса о закономерностях измельчения. Зависимость энергозатрат от дисперсности продукта измельчения и измельчаемого материала принято называть законом измельчения. Известно более двух десятков таких законов. Так, наряду с классическими законами Риттингера и Кирпичева — Кика, в литературе обсуждаются законы Бонда, Чарльза, Шрекенбаха и многих других исследователей. Особое место занимает закон П. А. Ребиндера. Многозначность указанных зависимостей, а также другие факторы, не учитываемые в теории измельчения, привели к тому, что ни один из известных законов измельчения практически не применяется. В промышленности удельные энергозатраты определяют обычно путем натурных испытаний измельчителей. При этом остаются неясными степень соответствия полученного результата оптимуму, вопросы о минимальной стоимости измельчения, о конструктивном соответствии измельчителя требованиям технологического процесса, о пути рационального изменения конструкции измельчителя. Все эти вопросы приходится решать эмпирически, часто в течение многих лет.
      В отличие от теории измельчения, теория измельчителей должна устанавливать оптимальные методы измельчения и наиболее рациональные конструкции измельчителей, позволяющие получить заданный продукт с минимальной затратой средств.
      Эта задача значительно шире задачи теории измельчения и требует при решении учета закономерностей износа и ценообразования. В результате для теории измельчителей должна быть разработана рациональная классификация измельчителей, однозначно определяющая зависимость конструкции измельчителя от твердости, дисперсности и других физико-механических и технико-экономических показателей измельчаемого продукта. Полностью классификация измельчителей не разработана, что затрудняет объективную оценку нового вида измельчителей — струйных мельниц, выявление областей их рационального применения и путей дальнейшего развития. Для решения этой задачи, необходима разработка теории самих струйных мельниц, что, как было указано выше, осложнено почти полным отсутствием работ, посвященных данному вопросу. Отличительной особенностью струйных мельниц является использование для разгона частиц материала потоков газа со сверхзвуковыми скоростями истечения и самоизмельчение при соударениях этих частиц. Это позволяет резко повысить удельную производительность мельниц, снизить их удельный износ <и создает другие технологические преимущества.
      Возникает необходимость решения комплекса технико-экономических вопросов, связанных с теорией измельчителей.
      Состояние теории струйных мельниц, о которой говорилось выше, определило объем и направление исследований, проведенных автором настоящей работы. Предстояло в некоторой степени восполнить пробел в теории струйных мельниц, обосновать их место в ряду других измельчителей, выявить тенденции развития конструкции этих мельниц, проанализировать существующие серийные образцы по фирменным каталогам и обзорным статьям, вкрапленным в периодическую литературу. Эта работа, так же как и систематические исследования опытных установок со струйными мельницами, была проведена во Всесоюзном научно-исследовательском институте тонкого измельчения (ВНИИТИ) и во Всесоюзном научно-исследовательском институте новых строительных материалов (ВНИИТСМ) Академии строительства и архитектуры СССР в 1956 — 1964 гг.
      В первом издании настоящей книги [11] основное внимание было уделено струйным мельницам для сверхтонкого измельчения материалов с плоской и трубчатой помольными камерами. Противоточные струйные мельницы были рассмотрены лишь в 6
      первом приближении. За последние годы, при эксплуатации опытных образцов серийной противоточной мельницы типа ЗС-06 производительностью 0,3 — 0,5 т/ч для тонкого измельчения продукта (остаток 1 — 5% на сите 0060) и опытных образцов мельниц типа 6С производительностью до 5 г/ч, были накоплены данные, свидетельствующие о перспективности проти-воточных струйных мельниц для тонкого измельчения дешевых, многотоннажных и абразивных материалов (руд, энергетического топлива, строительных материалов и т. п.). Была показана возможность также и сверхтонкого измельчения материалов на противоточных мельницах при технико-экономических показателях, приближающихся к показателям струйных мельнип г плоской «ли трубчатыми помольными камерами.
      Ввиду изложенного, а также учитывая, что в области теории и практики струйных мельниц для сверхтонкого измельчения за последние годы существенных изменений не произошло, в настоящем издании основное внимание уделено противоточным струйным мельницам.