Urządzenia do
rozdrabniania i
klasyfikacji ciał
stałych
Jakub M. Gac
Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Katedra Inżynierii Procesów Zintegrowanych
p. 325 (gmach IChiP), tel. (22) 234-65-08
Konsultacje: czwartek, g. 11:15-12:00
18.03.2010
Urządzenia do
rozdrabniania i
klasyfikacji ciał
stałych
Jakub M. Gac
Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Katedra Inżynierii Procesów Zintegrowanych
p. 325 (gmach IChiP), tel. (22) 234-65-08
Konsultacje: czwartek, g. 11:15-12:00
18.03.2010
Rozdrabnianie
• Zmniejszenie średnich
rozmiarów cząstek
• Zniszczenie struktury ciała
stałego (wymagane dostarczenie
energii)
• Rozdrobnienie na mokro lub na
sucho
• Proces okresowy lub ciągły
• Stopień rozdrobnienia
n=stopieńrozdrobnienia=
średnicaziarn przedrozdrobnieniem
średnicaziarnporozdrobnieniu
18.03.2010
Empiryczny opis
rozdrabniania ziaren
• Przyrost jednostkowej pracy
potrzebnej w celu rozdrobnienia
ziarna (Walker, 1937)
dL
0
=−C
dd
d
n
• Całkowita praca rozdrabniania
L
r
=L
0
⋅m
18.03.2010
Empiryczny opis
rozdrabniania ziaren
•
Szczególne rozwiązania:
– n = 1 (Kick)
•
Energia rozdrabniania proporcjonalna
do objętości ziarna
•
Materiały plastyczne
– n = 2 (Rittinger)
•
Energia proporcjonalna do powierzchni
powstałych ziarn
•
Materiały sprężyste (prawo Hooke'a)
– n = 1.5 (Bond)
•
Energia zależy i od objętości, i od
powierzchni
dL
0
=−C
dd
d
n
18.03.2010
Empiryczny opis
rozdrabniania ziaren
10
-04
10
-02
10
00
10
02
10
04
10
06
10
08
rozmiar ziarna,
d, mikrometrów
10
-03
10
-01
10
01
10
03
10
05
10
07
10
09
zu
ży
c
ie
e
n
e
rg
ii
,
E
o,
k
W
h
/M
g
mielenie
kruszenie
f(d) = n = 1
dE = –Cdd/d
f(d)
o
18.03.2010
ROZDRABNIANIE
siłami zewnętrznymi
– zgniatanie
– łamanie
– ścieranie
– łupanie
– ścinanie
– miażdżenie
– inne
siłami specjalnymi
– szok termiczny
– zmiana ciśnienia
– bombardowanie
cząstkami lub
fotonami
– inne
siłami chemicznymi
– roztwarzanie
– rozpuszczanie
– spalanie
– bioługowanie
– inne
MECHANICZNE
CHEMICZNE
18.03.2010
h
a
b
Rozdrabnianie
mechaniczne
a)
rozdrabniani
e siłami
zewnętrzny
mi
b)
rozdrabniani
e siłami
specjalnymi
18.03.2010
Rozdrabnianie siłami
zewnętrznymi
zgniata
nie
łamanie
zgniata
nie
ścierani
e
łupanie
ścinanie
uderzan
ie
18.03.2010
Rozdrabniarki
• Rozdrabnianie wstępne i średnie
• Ściskanie, rozłupywanie,
uderzenie, ścinanie
18.03.2010
18.03.2010
Kruszarka szczękowa
•
Jedna szczęka
ruchoma
•
Napęd –
mechanizm
mimośrodowy
•
Zabezpieczenie
szczęk przed
zniszczeniem
18.03.2010
Kruszarka stożkowa
•
Dwie
powierzchnie
stożkowe
•
Bardziej
równomierna
praca
•
Rozdrabnianie
kawałków
płaskich
18.03.2010
Gniotownik
•
Dwa walce,
obracające się w
przeciwnych
kierunkach
•
Regulowana
szerokość
szczeliny
•
Prostota
konstrukcji
•
Szybkie
zużywanie
powierzchni
walców
•
Rozdrabnianie
miękkich
materiałów
18.03.2010
Kruszarka młotkowa
•
Wirnik,
połączony
przegubowo z
młotkami
•
Mechanizm
rozdrabniania -
uderzenie
18.03.2010
Młyny
•
Rozdrabnianie do mniejszych
rozmiarów
•
Dominuje ścieranie i uderzenie
•
Młyny wolno-, średnio- i
szybkobieżne
18.03.2010
Młyn kulowy
•
Najpowszechnie
jsze
•
Praca okresowa
lub ciągła
•
Optymalna
prędkość
obrotowa
•
Stopień
wypełnienia
kulami 20-50%
•
Duże zużycie
mocy
18.03.2010
Młyn prętowy
•
Zasada działania –
zbliżona do młyna
kulowego
•
Mielenie
wywołane przez
pręty (zamiast
kul)
•
Mielenie na
mokro
(metalurgia)
•
Produkt o dość
wąskim zakresie
rozmiarów
18.03.2010
Młyn koloidalny
• Rozdrabnianie na
mokro
• Ścinanie
(zastosowanie siły
odśrodkowej)
• Rozbijanie
aglomeratów w
zawiesinie
• Zastosowanie –
przemysł
spożywczy i
pokrewne
18.03.2010
Klasyfikacja ciał stałych
• Rozdział mieszaniny na frakcje
• Otrzymanie substancji o
określonym składzie
granulometrycznym
• Metody klasyfikacji
– Klasyfikacja pneumatyczna
– Klasyfikacja hydrauliczna
– Przesiewanie
18.03.2010
Klasyfikatory
pneumatyczne i
hydrauliczne
• Wykorzystują różnicę sił
wywieranych przez
przepływający płyn na cząstki o
różnych rozmiarach
• Usunięcie cząstek zbyt grubych
lub zbyt drobnych
• Fizyczne własności cząstek
• Proces okresowy lub ciągły
• Recyrkulacja
18.03.2010
Klasyfikator rzutowy
18.03.2010
• Zasięg rzutu
zależy od
ciężaru
ziaren
• Mała
dokładność
rozdzielenia
(w przypadku
ciągłego
rozkładu
rozmiarów)
Klasyfikator poziomy
• Siła ciężkości,
bezwładności
i oporu
powietrza/wo
dy
• Lepsze
rozdzielenie,
niż w
klasyfikatorze
rzutowym
18.03.2010
Klasyfikator pionowy
• Wstępna
separacja
surowców
masowych
18.03.2010
Klasyfikator spiralny
• Wirnik
• Siła
odśrodkowa
18.03.2010
Klasyfikator ślimakowy
• Hydrauliczny
• Ślimak odprowadza osad
• Lżejsze cząstki odpływają z
cieczą
18.03.2010
Przesiewanie
• Klasyfikacja na sitach
• Frakcje
– Przesiew (podziarno)
– Odsiew (nadziarno)
• Sita
18.03.2010
Sita
• Budowa sit
– Sita rusztowe
– Płyty perforowane
– Siatki
18.03.2010
Sita
• Otwory
– Skala sit
– Liczba prześwitu (stosunek
powierzchni otworów do
całkowitej powierzchni)
– Numer sita (liczba otworów na
długości 1 cm)
18.03.2010
Przesiewanie wielokrotne
a) posobne
b) nadsobne
c)kombinowane
Przesiewacze płaskie
a) wahliwy
c) wibracyjny
b) wstrząsowy
d) wibracyjno-
rezonansowy
Przesiewacz bębnowy
• Prostota
konstrukcji
• Mała
wydajność
• Blokowanie
oczek
18.03.2010
Inne metody separacji
• Separacja elektrostatyczna
• Separacja magnetyczna
• Flotacja
18.03.2010
Separacja
elektrostatyczna
1.
Elektryzacja przez
tarcie, separacja w
powietrzu
2.
Elektryzacja przez
jonizację,
separacja w polu
powodującym
separację
3.
Elektryzacja przez
kontakt i indukcję
18.03.2010
-
+
Nadawa
Koncentrat
ele4
Odpad
-
+
Nadawa
ele2
ziarna
przewodzące
ziarna
nieprzewodzące
-
+
nadawa
ziarna
przewodzące
ziarna
nieprzewodzące
pole
elektryczne
elekt7
Separacja magnetyczna
1.
Separator indukcyjny
2.
Separator przenośnikowo-taśmowy
18.03.2010
Ziarna
magnetyczne
N
Ziarna
niemagnetyczne
Nadawa
S
Półprodukt
Bęben z
magnetyzujących się
i niemagnetyzujących
się dysków (IIIIII)
Ziarna
magnetyczne
Ziarna
niemagnetyczne
Półprodukt
Nadawa
Flotacja
• Wykorzystuje
różnice
zwilżalności
• Wytworzenie
pęcherzyków
powietrza
• Gaszenie
piany
18.03.2010
Dziękuję za uwagę
Źródła rysunków:
• A. Warych, Aparatura procesowa
• Mały poradnik mechanika
• Internet
18.03.2010