ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ, ПРОСЕИВАНИЕ, СМЕШИВАНИЕ. ПРИНЦИП И РЕЖИМ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ, ПРОСЕИВАНИЕ, СМЕШИВАНИЕ. ПРИНЦИП И РЕЖИМ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Общие положения

В зависимости от размера кусков исходного сырья и конечного продукта измельчение условно делят на несколько классов:

Отношение размеров кусков до измельчения и после измельчения называют степенью измельчения.

Различают линейную (i = dн/dк) и объемную (а = vн/vк) степени измельчения. Здесь d и v – размер и объем кусков до (с индексом «н») и после измельчения (с индексом «к»).

Вопрос о том, по размеру какого куска (наибольшего, среднего или наименьшего) выбирать значения dн, vн, dк и vк, остается до настоящего времени нерешенным. Чаще всего значения этих величин устанавливают по размеру наибольшего куска, но и само понятие «наибольший кусок» трудно определить, особенно когда измельчают многотоннажные материалы. Если учесть, что и понятие «степень измельчения» тоже является условным, характеризующим главным образом качественную сторону процесса измельчения, то понятие «наибольший кусок» для этой цели вполне приемлемо.

Практически размер «наибольших кусков» определяется отверстием сита, через которое проходит сыпучий материал. При этом форма отверстия сит для исходного и измельченного материалов должна быть одинаковой (круглой, квадратной, прямоугольной и т. п.).

Крупность кускового и порошкообразного материалов с указанием линейных размеров наибольшего и наименьшего кусков может быть охарактеризована одним из следующих способов.

Нижний (+d) и верхний (-d) пределы крупности. Верхний предел крупности (-d), что означает «не крупнее d»; нижний предел крупности (+d), что означает «не мельче d».

При этом указываются размеры наибольшего . и наименьшего кусков материала, а характеристика записывается таким образом: (+dб – dн).

Фракционный состав материала, выраженный в долях или процентах.

Удельная поверхность материала, т. е. поверхность частиц, приходящаяся на единицу массы или объема материала.

Материал также можно охарактеризовать допустимым процентным содержанием какой-либо фракции: крупной, средней или мелкой. Разработаны специальные приборы и методы определения фракционного или, что то жe самое, гранулометрического состава, а также удельной поверхности кускового и порошкообразного материалов. Эти приборы и методы описаны в специальной литературе, ссылки на которую приведены в конце книги.

Способы измельчения

Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием, ударом и различными комбинациями этих способов.

Раздавливание (рис. 1, а) – тело под действием нагрузки деформируется по всему объему и, когда внутреннее напряжение в нем превысит предел прочности сжатию, разрушается. В результате такого разрушения получают частицы различного размера и формы.

Раскалывание (рис. 1, б) – тело разрушается на части в1 местах концентрации наибольших нагрузок, передаваемых клинообразными рабочими элементами измельчителя. Образующиеся при этом частицы более однородны по размерам и форме, хотя форма, как и при раздавливании, непостоянна. Способ раскалывания по сравнению с раздавливанием позволяет регулировать крупность получаемых частиц.

Разламывание (рис. 1, в) – тело разрушается под действием изгибающих сил. Размеры и форма частиц, получающихся при разламывании, примерно такие же, как и при раскалывании.

Резание (рис. 1, г) – тело делится на части заранее заданных размеров и формы. Процесс полностью управляемый.

При распиливании (рис. 1, д) результаты получаются такие же, как и при резании. Процесс полностью управляем, и частицы имеют заранее заданные размер и форму.

Истирание (рис. 1, е) – тело измельчается под действием сжимающих, растягивающих и срезающих сил. При этом получают мелкий порошкообразный продукт.

Удар (рис. 1, ж) – тело распадается на части под действием динамической нагрузки. При сосредоточенной нагрузке получается эффект, подобный тому, что происходит при раскалывании, а при распределении нагрузки по всему объему эффект разрушения аналогичен раздавливанию.

Различают разрушение тела стесненным и свободным ударом. При стесненном ударе (см. рис. 1, ж) тело разрушается между двумя рабочими органами измельчителя. Эффект такого разрушения зависит от кинетической энергии ударяющего тела. При свободном ударе (см. рис. 1, а) разрушение тела наступает в результате столкновения его с рабочим органом измельчителя или другими телами в полете. Эффект такого разрушения определяется скоростью их столкновения независимо от того, движется разрушаемое тело или рабочий орган измельчителя.

Из перечисленных способов пригодными для промышленного измельчения оказались раскалывание, разламывание, раздавливание, истирание и удар. Раскалывание применяют для получения кусковых материалов; разламывание обычно сопутствует другим способам при крупном, среднем и мелком измельчении, а разрезание и распиливание применяют в тех случаях, когда нужно получить куски материала определенного размера и заданной формы.

Истирание применяют для тонкого измельчения мягких и вязких материалов. При этом его всегда комбинируют с раздавливанием или ударом. Истирание улучшает процесс тонкого измельчения и перемешивания материалов, но при этом увеличиваются, расход энергии и износ рабочих элементов измельчителя. Продукты износа попадают в измельченный материал, а это нежелательно как с точки зрения ведения самого процесса, так и получения Продуктов измельчения высокой чистоты.

Рис. 1. Способы измельчения:
а – раздавливание; б – раскалывание; в – разламывание; г – резание;
д – распиливание; е – истирание; ж – стесненный удар; з – свободный удар.

В работе подавляющего большинства современных измельчителей использованы способы раскалывания, раздавливания и удара, а также сочетание этих способов с разламыванием и истиранием.

Измельчение или разрушение кусков материала раскалыванием или разламыванием осуществляется действием на тело сосредоточенных нагрузок. При этом возникают местные разрушающие напряжения, которые и вызывают деление тела на части.

Раскалывание и разламывание по сравнению с простым раздавливанием требуют меньших усилий для разрушения кусков материала, облегчают условия работы ответственных деталей измельчителей, уменьшают выход мелких фракций, дают продукт, более однородный по гранулометрическому составу, и требуют меньших затрат энергии на единицу измельчаемого материала.

Рис. 1. Схемы измельчителей раскалывающего и разламывающего действия:
а – щековая дробилка; б – конусная дробилка; в – зубовалковая дробилка.

Измельчители раскалывающего и разламывающего действия оказались особенно эффективными при крупном и среднем измельчении, а также при получении кускового материала с минимальным выходом мелочи.

К измельчителям, работающим на принципе раскалывания и разламывания (рис. 1), относятся щековые, конусные и зубовалковые дробилки

Тонкое измельчение материалов проводят в мельницах разных конструкций, работающих путем истирания материала или одновременного воздействия ударных и истирающих усилий. Число типов и конструкций мельниц для тонкого измельчения весьма значительно; наиболее распространены шаровые и кольцевые мельницы. Очень тонкий помол проводят в коллоидных мельницах.

Экономичность процесса измельчения зависит не только от конструкции самой мельницы, но и от схемы мельничного агрегата. Поэтому рассмотрим основные схемы измельчения в мельницах.

Схемы измельчения. Для мелкого и тонкого измельчения материалов часто применяют агрегаты, работающие по замкнутому циклу. При такой схеме измельчения материал из мельницы (или дробилки) поступает в аппарат, классифицирующий зерна по крупности. Отсюда часть материала, соответствующего требуемой степени измельчения, выдается как готовый продукт, а более крупные зерна вновь возвращаются в загрузочное устройство мельницы; тем самым замыкается цикл.

При помощи замкнутого цикла удается увеличить производительность мельниц без увеличения расхода энергии на размол, так как становится возможным непрерывно отводить часть продукта, соответствующего заданной конечной величине зерен, и возвращать остальной, более крупный продукт. При работе по замкнутому циклу из мельницы может выгружаться весь продукт, несмотря на то, что размолу до заданного размера зерен подвергается только часть продукта.

Для классификации продукта применяют гидравлические классификаторы, грохоты и воздушные сепараторы.

Грохоты применяются в тех случаях, когда требуется получать продукт равномерного измельчения с относительно большим размером зерен.

Если требуется проводить тонкий помол, то применяют главным образом воздушную классификацию; она может производиться в отдельном аппарате или внутри самой мельницы.

На рис. 1 показана простейшая схема работы мельницы в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Материал поступает из загрузочного сборника 1 в воронку 2 и затем в мельницу 3. Измельченный продукт подается элеватором 4 в воздушный сепаратор 8. В сепараторе продукт, измельченный до требуемой крупности (так называемая мелочь), удаляется по трубе 6 в сборник 5 готового продукта, а более крупный (так называемые хвосты) направляется по трубе 7 обратно в загрузочную воронку 2 мельницы.

Рис. 1. Схема работы мельницы в замкнутом цикле: 1-загрузочный сборник; 2-воронка; 3-мельница; 4-элеватор; 5-сборник готового продукта; 6, 7-трубы; 8-сепаратор.

Дробление в открытом цикле без классификации зерен по крупности является более простым; при работе в открытом цикле нагрузка на мельницу (дробилку) меньше, чем в замкнутом.

Несмотря на меньшую экономичность, размол в открытом цикле во многих случаях более эффективен для получения продукта требуемого качества, например для измельчения чешуйчатых волокнистых и других материалов, когда необходим длительный размол для получения частиц нужной формы. Размол в открытом цикле производят при среднем дроблении, а также во всех случаях, когда не требуется строго равномерное измельчение.

В последние годы в промышленности строительных материалов начали применять для тонкого измельчения так называемые вибрационные мельницы, позволяющие вести как сухое, так и мокрое измельчение до высокой степени дисперсности материалов.

Схема такой мельницы представлена на рис. 1. Мельница имеет корпус 3 цилиндрической или корытообразной формы, внутри которого на шарикоподшипниках вращается от электродвигателя 1 (через эластичную муфту 2) горизонтальный неуравновешенный вал 4. Корпус мельницы установлен на фундаменте с помощью массивных клапанных пружин 7 и заполняется измельчающими телами, обычно стальными шарами.

 Измельчаемый материал загружается в корпус. При вращении неуравновешенного вала корпус мельницы при водится в круговое колебательное движение, стенки корпуса сообщают мелющим телам частые импульсы, вследствие чего материал и шары в мельнице совершают сложное движение. При малой частоте колебаний вибромельницы каждое из измельчающих тел совершает в ней л ишь ограниченные перемещения около некоторого среднего положения. По мере увеличения частоты колебаний достигается критическая зона, в которой характер движения изменяется: измельчающие тела подбрасываются, сталкиваются и совершают отраженные броски, вращаются, и, кроме того, вся загрузка перемещается вокруг центральной трубы корпуса.

Рис. 1. Схема вибрационной мельницы: 1-электродвигатель; 2-эластичная муфта; 3-корпус; 4-вал вибратора; 5-дебаланс; 6-подшипники; 7-пружины.

Высокая частота колебаний и разнообразный характер воздействий измельчающих тел на материал создают усталостный режим разрушения обрабатываемого материала. Это является главной особенностью процесса вибрационного измельчения и объясняет, почему вибрационная мельница особенно эффективна при получении продуктов высокой степени дисперсности. В результате совокупных механических воздействий высокой частоты и периодически возникающих напряженных состояний в измельчаемом материале слабые места, всегда имеющиеся в структуре твердого материала, еще более ослабляются и разрушение частиц происходит по этим местам. При измельчении материала по мере уменьшения среднего размера частиц, сопровождающегося сокращением числа дефектов, процесс измельчения замедляется. Когда размер частиц доводится примерно до 1 мм и особенно до 100 мк, измельчаемый материал как бы упрочняется, т. е. его размолоспособность резко падает.

Основными показателями режима работы вибрационной мельницы являются частота и амплитуда колебаний, форма, размеры и материал измельчающих тел, степень заполнения корпуса мельницы измельчающими телами и соотношение между количеством этих тел и загрузкой измельчаемого материала. Режим работы определяется также родом помола-сухой или мокрый, способом действия-периодический или непрерывный, с классификацией или без нее и др.

Частота и амплитуда колебаний вибрационной мельницы определяют интенсивность работы шаров, величины потребляемой энергии и усилий, действующих в механизме мельницы. Частота колебаний (или число круговых качаний) в минуту равна числу оборотов приводного электродвигателя, вал которого соединен эластичной муфтой непосредственно с валом вибратора. Амплитуда колебаний, или половина размаха колебаний, зависит от величины момента вибратора, веса корпуса с вибратором, веса измельчающих тел и загрузки измельчаемого материала, частоты колебаний и консистенции измельчаемого материала. Установлено, что интенсивность процесса значительно выше при больших частотах и меньших амплитудах колебаний, чем при меньших частотах и больших амплитудах в пределах одного и того же ускорения. Вибрационные мельницы конструкции ВНИИТИСМ имеют съемные вибраторы на 1500 и 3000 колебаний в минуту, величину амплитуды их колебаний можно регулировать в пределах до 3-4 мм при 1500 об/мин. идо 2 мм при 3000 об/мин. Установлено также, что наиболее подходящими по форме телами измельчения являются шары или цилиндры, у которых длина равна диаметру. Диаметр шаров и цилиндров для существующих вибрационных мельниц типа М200 и М400 должен быть не менее 8 мм и не более 18 мм. В качестве тел измельчения можно рекомендовать шары и ролики, забракованные на заводах шариковых подшипников и закаленные до твердости 60-64 по Роквеллу, а также и шары из любой износостойкой стали, которая может подвергнуться закалке до твердости 54-64 по Роквеллу. Могут также применяться для этих целей шары из отбеленного чугуна твердостью 550-650 по Бринеллю.

Степень заполнения корпуса мельницы телами и измельчаемым материалом, т. е. отношение объема смеси тел и измельчаемого материала к общей емкости корпуса, рекомендуется принимать при сухом помоле порядка 0,75-0,85 для корытообразных корпусов и 0,8-0,9 для цилиндрических корпусов. При диспергировании суспензии и паст принимают степень заполнения корпуса мельницы 0,7-0,75.

Установлено, что наибольшей производительности вибрационная мельница достигает тогда, когда объем измельчаемого материала равен объему межшарового пространства или когда отношение объема шаров к объему материала составляет примерно 2,5.

При измельчении до частиц размером 5-15 мк и крупнее производительность вибрационной мельницы будет больше при сухом помоле; при измельчении до меньших размеров частицы более эффективным будет мокрый помол.

Рис. 2. Схема установки для мокрого вибрационного помола: 1-смеситель; 2-привод; 3-вибрационная мельница; 4-холодильник; 5-насос.

Процесс вибрационного измельчения сопровождается переходом значительной части расходуемой механической энергии в тепловую, в связи с чем значительно повышается температура измельчающих тел и измельчаемого материала в мельнице. При периодическом режиме работы мельницы температура внутри мельницы может достичь 100° и более. Такое повышение температуры измельчаемого материала допустимо не всегда, и поэтому вибраторы вибрационных мельниц снабжаются рубашкой для охлаждения непрерывно циркулирующей водой. Если охлаждение оказывается недостаточным, то дополнительно охлаждают корпус мельницы, например, путем водяного орошения. При мокром измельчении для охлаждения устанавливают холодильники. Схема мокрого помола представлена на рис. 2.

В зависимости от размолоспособности, крупности и влажности измельчаемого материала, а также от требуемой степени дисперсности измельченного материала производительность существующих вибрационных размольных установок составляет от 300 до 500 кгс в час. Такая производительность еще недостаточна для применения вибрационных мельниц на предприятиях, перерабатывающих большие количества материалов.

Измельчение – разрушение твердых тел до требуемых размеров. По размеру (крупности) измельченного продукта измельчение разделяют на два типа:

Дробление: грубое (300-100 мм), среднее (100-25 мм) и мелкое (25-1 мм). Цель дробления – получение кускового продукта необходимой крупности, а также подготовка к помолу.

Помол: грубый (1000-500 мкм), средний (500-100 мкм), тонкий (100-40 мкм) и сверхтонкий ( < 40 мкм). Цель помола – увеличение дисперсности твердого материала, придание ему определенного гранулометрического состава и формы частиц, дезагрегирование.

Граница между измельчением (помолом) и дроблением условна.

Измельчение материалов применяется для:

·        Улучшению однородности смесей.

·        Ускорению и повышению глубины протекания химических реакций.

·        Повышению интенсивности сочетаемых с ним других технологических процессов (перемешивание, сушка, обжиг, химические реакции);

·        Снижению применяемых температур и давлений (например, при варке стекла);

·        Улучшению физико-механических свойств и структуры материалов и изделий (твердые сплавы, бетон, керамика, огнеупоры и т. п.);

·        Повышению красящей способности пигментов и красителей, активности адсорбентов и катализаторов;

Переработке полимерных композиций, включающих высокодисперсные наполнители (например: сажу, слюду, химические волокна и др.), отходов производства, бракованных и изношенных изделий (резиновые шины, термопласты и реактопласты и др.)

Основные характеристики процесса: изменение дисперсности; степень измельчения – отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта; удельные энергетические затраты (в кВт.ч на 1 т продукта). Главные характеристики продукта измельчения – гранулометрический состав (в %) и уд. пов-сть (в см2/г).

Измельчение может быть сухим (как правило, при грубом и среднем дроблении) и мокрым (часто при мелком дроблении и помоле). Сухое измельчение проводят в воздушной среде или в инертных газах (при переработке окисляющихся, пожаро- и взрывоопасных, а также токсичных материалов). Мокрое измельчение применяют при обогащении руд методом флотации, при последующей обработке измельченного материала в виде суспензии (напр., в производстве ТiO2), при повышенной влажности материала и наличии в нем комкующих примесей, при необходимости исключить пылеобразование.

Измельчение материалов может осуществляться периодически либо непрерывно. Периодический процесс применяют при небольших масштабах производства, т. к. он сравнительно малоэкономичен, сопровождается сильными нагреванием (измельчение происходит в замкнутом объеме) и агрегированием обрабатываемого материала и дает возможность получать продукт только широкого гранулометрического состава, содержащий значительные количества мелких и крупных фракций. Непрерывный процесс осуществляют по двум основным схемам. При работе в открытом цикле, используемом чаще всего для грубого и среднего измельчения, материал проходит через измельчитель только один раз, не возвращаясь в него, и также характеризуется широким гранулометрическим составом. Наилучшие показатели по качеству продукта, производительности измельчителя и энергетическим затратам достигаются в случае измельчения в замкнутом цикле с непрерывным отбором тонкой фракции.

Д       ля измельчения используют различные способы. В промышленных измельчителях чаще всего применяют следующие виды механических воздействий: свободный удар, раздавливание, истирание, а также их комбинации. Выбор усилия зависит от крупности и прочности материала. 

Оборудование для измельчения делится на дробилки и мельницы. Дробление производят в основном с помощью дробилок четырех типов: щековых, конусных, валковых, роторных. Помол осуществляют с помощью мельниц со свободными и закрепленными мелющими телами и без них.

Выбор способа и технологической схемы измельчения, типоразмеров, материалов рабочих органов и режима работы измельчителей зависит от прочности, твердости, упругости, липкости, термостойкости, химической активности, токсичности, склонности к загоранию и взрыву измельчаемых материалов, а также от гранулометрического состава, необходимой формы частиц, чистоты, белизны, насыпной массы, текучести и т. д. продукта измельчения.

Практически для выбора типов и размеров оборудования для измельчения, а также расчета его производительности, продолжительности процесса и дисперсности продуктов экспериментально изучают в равных условиях кинетику измельчения исследуемого и эталонного материалов и определяют т. наз. коэффициент измельчаемости, который характеризует сопротивляемость материала измельчению в конкретной машине. Далее выбирают тип измельчителя и с использованием соответствующих таблиц – параметры и режим его работы. Повышению эффективности измельчения, наряду с совмещением его с классификацией и проведением процесса в несколько стадий, способствует рациональный выбор удельных энергетических затрат, механических усилий и частот их воздействия на материал, соотношений твердое/жидкое при мокром помоле и др.

Для поддержания заданных характеристик продуктов измельчения необходимо контролировать и корректировать параметры процесса (влажность, крупность, измельчаемость, производительность оборудования). Для этого мощные дробильные и помольные установки оснащают системами автоматического регулирования. С целью уменьшения износа оборудования при измельчении абразивных материалов ограничивают скорость движения рабочих органов, применяют быстросъемные узлы и детали, подвергаемые легкому изнашиванию, футеруют рабочие поверхности; в ряде случаев осуществляют совместную обработку абразивного и мягкого компонентов композиции. Для уменьшения износа оборудования при мокром измельчении в жидкость вводят ингибиторы коррозии.

При измельчении пожаро- и взрывоопасных материалов необходимо соблюдать правила техники безопасности. Оборудование и помещения для измельчения необходимо проектировать и эксплуатировать с учетом нижних концентраций пределов 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. Оборудование для измельчения следует заземлять и оснащать защитой от атмосферного и статического электричества, применять механический транспорт с изготовлением его деталей из цветных металлов. Электро- оборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении, а категория помещений выбрана в соответствии с санитарными нормами и правилами.

Машины для среднего и мелкого измельчения

Изрезывающие машины. Применяются для измельчения высушенного растительного лекарственного сырья, которое изрезывается до размера частиц 2—8 мм (для получения сборов или производства экстракци­онных препаратов) с помощью траво- и корнерезок. Рабочим инструментом изрезывающих машин является нож или система ножей, совершающих возвратно-поступательное или вращательное движение. В не­которых случаях машина имеет две системы ножей. Один нож в этих системах двигается, другие смонти­рованы неподвижно.

Траво- и корнерезки. В зависимости от строения ножей различают траворезки дисковые и барабанные (рис.). В дисковых траворезках ножи имеют изо­гнутое лезвие и насажены на спицы рабочего колеса (рис. ), в барабанных ножи помешаются на бо­ковой поверхности барабана, вращающегося вокруг своей оси (рис,6).

Для измельчения плотных частей растений (корни, корневища, коры) применяются корнерезки (рис.). Отличительной их особенностью является наличиегильотинных ножей. Растительное сырье подается с помощью транспортера (2), представляющего собой брезентовую ленту или металлическую сетку, натяну­тую на два валика, из которых один совершает вра­щательное движение, обеспечивающее перемещение ленты. Транспортер помещается в глубоком лотке (1) для создания направления движения материала. Прессующие и направляющие валики с рифленой поверхностью (3), которых бывает две или три пары, вращающиеся навстречу друг другу, создают компакт­ный слой материала и продвигают его на определен­ную длину. Электродвигатель (на рис. не указан) приводит во вращение маховик (5) кривошипного вала (4). Кривошипом приводится в движение гильотинный нож (6), совершающий возвратно-поступательное дви­жение; растительное сырье подается между нижним неподвижным (7) и верхним (6) падающим ножом, разрезается на куски определенной регулируемой величины.

Раздавливающие машины. Валковая дробилка (рис.) состоит из двух параллельных цилиндри­ческих валков, которые, вращаясь навстречу друг дру­гу, измельчают материал главным образом путем раз­давливания. Валки размещены на подшипниках в корпусе, причем валок (1) вращается в неподвижноустановленных, а валок (2) — в скользящих под­шипниках, которые удерживаются в заданном поло­жении (в зависимости от требуемой ширины зазора) с помощью пружины (3). При попадании в дробилку куска материала чрезмерной твердости пружины ее сжимаются, подвижный валок отходит от неподвижногои кусок выпадает из дробилки, при этом устраняет­ся возможность ее поломки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В промышленности используются валковые дробилки, отличающиеся по  числу,  форме и  скорости вращения валков. Приводной механизм состоит из двухпеременных передач от отдельного двигателя на шкив каждого валка, ок­ружная скорость которых составляет 2—4,5 м/с. Наибольший размер кусков измельчаемого в валковой дробилке материала зависит от диаметра вал­ков и зазора между ними. Для того чтобы куски из­мельчаемого материала вследствие трения втягивались между гладкими валками, их диаметр должен быть приблизительно в 20 раз больше диаметра максимального куска измельчаемого материала. Поэтому гладкие валки применяются только для среднего и мелкого измельчения.

Для хрупких материалов (соли и др.) применяют зубчатые валковые дробилки, которые измельчают их раскалыванием и частично раздавливанием и могутзахватывать куски размером ‘Д—’/г диаметра валка. Валковые дробилки компактны и надежны в ра­боте. Вследствие однократного сжатия материал непереизмельчается. Они наиболее эффективны для ма­териалов умеренной твердости.

Ударно-центробежные мельницы. Дисмембратор и дезинтегратор. Рабочими частями дисмембратора являются диски: вращающийся — со скоростью до 3000 об/мин (1) и неподвижный (3). Роль последнего выполняет внутренняя стенка корпуса. На внутренней поверхности дисков укреплены по концентрическим окружностям пальцы. При этом диски поставлены один против другого так, что паль­цы (2) вращающегося диска входят в свободное пространство между пальцами (4) неподвижного диска. Число пальцев в концентрических окружностях уве­личивается по направлению от центра к периферии. Материал, подлежащий измельчению, через загрузочный бункер (5) поступает в центр дисмембратора, в зону между вращающимися и неподвижными паль­цами, где и происходит его измельчение. Под действием центробежной силы частицы перемещаются от центра к периферии рабочего органа дисмембратора, многократно ударяются о пальцы, поверхность дисков, испытывают взаимные удары и разрушаются. Измель­ченные частицы отбрасываются в улитку (6), откуда, ударяясь о корпус дисмембратора (7) и вращающийся диск, падают вниз и выводятся из машины. Для предотвращения попадания в зоны измельчения механических предметов исходное сырье проходит предвари­тельно через магнитный сепаратор (8), который уста­навливается в нижней части бункера.

Дезинтегратор конструктивно отличается от дисмембратора тем, что его рабочие части состоят из двух входящих друг в друга, вращающихся со скоростью до 1200 об/мин в противоположном на­правлении дисков (1) и (2) с пальцами (9). Каждый диск (ротор) закреплен на отдельных валах (3) и (7),которые приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей через шкивы (4) и (6). Материал подается в машину сбоку через воронку (8) вдольоси дисков, отбрасывается к периферии, подхватывается пальцами и, подвергаясь многочисленным ударам, измельчается и удаляется через разгрузочную воронку (5) в нижней части корпуса.

 

 

 

 

 

 

 

Барабанные мельницы. Материал измельчается внутри вращающегося корпуса (барабана) под воздействием мелющих тел. В зависимости от вида мелющих тел различают шаровые и стержневые мельницы. В зависимости от формы барабана и отношения его длины / к диаметру d различают короткие (l/d — 1,5—2,0), трубные (d–3,0—6,0), цилиндро-кони-ческие мельницы (барабан имеет форму двух усечен­ных конусов, широкие основания которых соединены цилиндрической частью)  и др.

Шаровые мельницы. В химико-фармацевтической промышленности для тонкого измельчения наиболее широко применяются шаровые мельницы периодического действия. Они представляют собой пустотелый вращающийся барабан, в который через люк с плотно прижатой к барабану специальной ско­бой-крышкой загружают измельчаемый материал и мелющие тела — стальные шары диаметром от 25 до 150 мм (приблизительно на 40—45% объема бара­бана).

 

Мельницы для сверхтонкого измельчения

Вибрационные мельницы  Цилиндрический корпус мельницы (1) примерно на 80% объема заполнен мелющими телами — шарами, иногда стержнями(2). Внутри корпуса установлен вибратор (4). Это вал с дебалансом или эксцентриковый механизм, который при работе мельницы совершает 1500— 3000 колебаний в минуту при амплитуде 2—4 мм. При этом мелющие тела и измельчаемый материал приводятся в интенсивное движение. Частицы матери­ала, вибрируя во взвешенном слое, измельчаются под действием частых соударений с мелющими телами и истираются. Для предотвращения вибрации пола корпус мельницы установлен на пружинах (3).

Мельницы могут измельчать как сухие, так и влажные продукты. В вибрационных мельницах весь­ма быстро достигается высокая дисперсность и боль­шая  однородность размеров   частиц измельчаемого продукта. Недостатком их является низкая производительность, быстрый износ мелющих тел.

Струйные мельницы. Измельчение материала происходит в струе энергоносителя (воздух, инертный газ, перегретый пар), подаваемого в мельницу соскоростью, достигающей нескольких сотен метров в секунду.

В струйной мельнице с плоской помольной камерой энергоноситель из распределительного коллектора (2), через сопла (3) отдельными струями поступает в помольно-разделительную камеру. Оси со­пел расположены под некоторым углом относительно соответствующих радиусов камеры, вследствие чегоструи газа внутри камеры пересекаются. Материал на измельчение подается инжектором (струйный компрессор) через штуцер (1), увлекается струями газа,получает усконение и измельчается под действием мно­гократных соударений и частично истиранием частиц в точках пересечения струй. Так как струи энерго­носителя входят в зону измельчения под некоторым углом, вся масса пылегазовои смеси приобретает вра­щательное движение в направлении струй. В результате такого движения частицы оказываются в поле центробежных сил и разделяются на фракции. При этом более крупные сосредоточиваются в периферийной части зоны измельчения, а мелкие оттесняются к центру. Измельчившись до определенных размеров (1—6 мкм), частицы вместе с нисходящим газовымпотоком, непрерывно вращаясь, вытекают из зоны измельчения в корпус циклона-осадителя (4), осаждаются на его внутренней поверхности и удаляются в при­емник (5). Наиболее мелкие частицы, содержание которых 5—10 % увлекаются восходящим потоком отработанного воздуха, уносятся через штуцер (6) иулавливаются в дополнительных циклонах или матерчатых фильтрах.

Метод измельчения материалов в струйных мельницах имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими, так как позволяет сочетать измель­чение и классификацию с сушкой, смешиванием и другими технологическими процессами. К достоинствам метода относится: возможность получения продукта с очень высокой степенью измельчения; при измельчении элементы мельницы практически не изнаши­ваются   (отсутствуют вращающиеся детали и мелющие тела) и, следовательно, не вносят примеси в го­товый продукт; материал в процессе измельчения не изменяет своей начальной температуры, что позволяет перерабатывать термолабильные вещества. Недостатком струйных мельниц является большой расход энергоносителя и, следовательно, высокая энергоемкость процессов, необходимость равномерной подачи материала и поддерживания постоянного аэродинамического режима работы.

РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Разделение измельченного материала на фракции (классы) осуществляется по размеру частиц. Известны следующие способы разделения: механиче­ское — на ситах; гидравлическое — в зависимости от скорости осаждения частиц в воде; воздушное (се­парация)— по величине скорости их осаждения в воздухе.

Механическое разделение (ситовое)

В химико-фармацевтической промышленности преимущественно используют ситовое разделение. С этой целью применяют механизированные сита, представляющие собой сочетание сеток и специальных механизмов, обеспечивающих их движение. По характеру сетки различают сита плетеные, штампованные и колосниковые (рис.).

Плетеные сита. Их получают переплетением тонких нитей или проволок. Используют натуральный шелк, синтетические материалы (капрон), специальные сортанержавеющей стали, латунь, фосфористую бронзу  Переплетение ведется в строго определенном порядке, в соответствии с так называемой«формулой сит

Согласноэтой формуле ширина отверстий сетки должна быть в 1,5 раза больше толщины нити (6:4). Плетеные сита малопрочны. Их сетки легко вытягиваются, нити сдвигаются, в результате чего нарушается первоначаль­ная правильность размеров отверстий. Для повышения прочности проволочные сетки подвергают прессованию под большим давлением, благодаря чему в но местах перекрещивания проволока сминается и за­крепляется. В некоторых случаях тонкуюпроволоку и шелковые нити подкрепляют более прочной, с более крупными отверстиями металлической сеткой.

Штампованные сита. Это сита (рис. в), которые представляют собой металлические листы толщиной 2—12 мм, с проштампованными (пробивными) отверстиями круглой, овальной или квадратной, формы. Они отличаются прочностью и широко применя­ются в промышленности, однако имеют довольно крупные отверстия — не менее 0,3 мм.

Колосниковые сита. Применяются редко, в основном устанавливаются в мельницах, работающих по принципу удара. Они представляют собой сочетание металлических (чугунных, стальных) пластин; отличаются исключительной прочностью.

 

 Различают сита перфорированные, изготовляемые пробиванием (штамповкой) металлического листа, и плетеные, изготовляемые плетением нитей из различного материала (шелка, капрона, стальной проволоки). Сита бывают открытые, представляющие собой полые цилиндры из металла или дерева, дно которых затянуто сеткой или пластинкой с отверстиями, и закрытые, состоящие из собственно сита, приемника, в который поступает просеиваемый материал, и крышки, предохраняющей материал от распыления. При выборе сита следует обращать внимание на то, чтобы измельчаемые вещества не взаимодействовали с материалом сита и не изменяли своего состава. В аптечной практике применяют сита с отверстиями определенного диаметра. Сита с величиной отверстий в 3 мм и более называются также грохотами. Характеристика сит, предусмотренных ГФХ. Номер сита с продолговатыми отверстиями соответствует ширине отверстия в миллиметрах, умноженному на десять

Конструкция сит

В химико-фармацевтической промышленности используют механизированные сита. В зависимости от конструкции механизмов, приводящих в движение рабочую поверхность сита и просеиваемый материал, различают сита качающиеся и вибрационные.

Качающиеся сита (трясунки). Эти механизмы со­вершают принудительное качание сита, которое обес­печивается жесткой связью коленчатого вала, шатун-но-кривошипного или эксцентрикового механизмов с корпусом сита. Сито устанавливается в горизонталь­ном или наклонном положении  (7—14°)  на роликахдвигающихся по направляющим, иногда они крепятся на шарнирных или кривошипных опорах или же их подвешивают на шарнирных подвесах. Число качанийв минуту составляет от 50 до 400, а амплитуда коле­баний от 5 до 200 мм.

Устройство качающегося сита представлено на рис. Материал, подлежащий просеиванию, насыпается на рабочую поверхность (3) через воронку (1).Просеянный порошок ссыпается в воронку (7), а оттуда в тару (8). Во избежание распыления ма­териала во время работы тара устанавливается вспециальный кожух, прикрепленный к корпусу (2) и закрываемый дверцами (9). Короб сита установлен на четырех роликах (5), двигающихся по направляющим(4). Сито приводится в движение электродвигателем (10) посредством шкива (11) и коленчатого вала (6).

Многоярусные качающиеся сита. Многоярусные си­та имеют несколько сеток, расположенных одна над другой, причем верхняя имеет наибольшие отверстия, а нижняя — наименьшие. Такие сита позволяют раз­делить просеиваемый материал по крупности частиц на отдельные фракции.

Вибрационные сита. При помощи специального механизма (вибратора) вибрационные сита соверша­ют частые колебания с небольшой амплитудой. Числовибраций сита находится в пределах 900—1500 в минуту (иногда до 3600) при амплитуде колебаний от 0,5 до 12 мм. При высокой частоте колебаний ситаего отверстия почти не забиваются, так как сортируе­мый материал непрерывно подбрасывается на сетке. Поэтому вибрационные сита пригодны для просеивания разнообразных материалов (в том числе влажных) , обеспечивают высокую производительность и точность просеивания.

Вращательно-вибрационное сито. Такое сито модели ВС-2 представлено на рис. 7.13. Просеиваемый материал засыпают в бункер (5), откуда он поступает на сито (1), где за счет работы двух грузов вибрато­ра (3) создается такое колебание, которое приводит всю массу порошка во вращательное движение по ситу и конусу приемника (2). Наличие двух дебалансов на разных уровнях вала сообщает всем точкам сетки круговые колебательные движения в вертикальной игоризонтальной плоскостях. Частоту колебаний регулируют ременной передачей привода (4), а их амплитуду — углом раствора грузов вибратора. Сито в процессе работы герметизируется крышкой.

Готовый продукт просев и отсев поступают в раз­ные лотки, с которых ссыпаются в заранее приготов­ленную тару. Производительность сита составляет 80—300 кг/ч.

Вибрационное сито. Устройство вибрационного (электромагнитного) многоярусного сита представлено на рис. 7.14. В корпусе (1) размещено сито (3), имею­щее три сетки, расположенные одна над другой, причем верхняя имеет наибольшие отверстия, а нижняя наименьшие. Просеиваемый материал из бункера (2)непрерывно подается на рабочую поверхность сита, которая установлена с наклоном, регулируемым в пределах 20—40°. Привод сита в движение осуществля­ется посредством электромагнитного генератора колебаний (4), расположенного под его рабочей поверхностью. Ситовая ткань и генератор колебаний соединены между собой по форме замыкания через толкатель, что обеспечивает возбуждение отдельных точек ткани сита. Каждая просеивающая поверхность имеетнесколько точек возбуждения. Сито разделяет про­сеиваемый материал по крупности частиц на три фракции (5), (6), (7). Электромагнитное сито в результате быстрого ускорения ткани обеспечивает вы­сокую производительность и повышенную точность разделения.

СМЕШИВАНИЕ

Смешивание — процесс, при котором несколько раз­дельно находящихся порошкообразных компонентов после тщательного перемешивания и равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме материала, образуют однородную смесь. Получение однородной смеси очень важно для обеспечения тре­бования о равномерном распределении лекарственных веществ в объеме готовой лекарственной формы. Особенно возрастают требования к качеству смешивания для препаратов с сильнодействующим веществом, со­держание которого в одной дозе менее 5 мг.

Качественное смешивание порошкообразных компонентов в производстве порошков, таблеток и драже представляет собой сложную задачу. Степень и скорость смешивания зависят от большого числа переменных факторов: физико-химических свойств отдельных компонентов (распределение частиц по размерам, форма частиц,  характеристика поверхности, насыпная плотность и плотность частиц, содержание влаги, текучесть, коэффициент трения частиц и др.)”> характеристики смешивающих устройств (размеры и геометрия смесителя, размеры возбудителя, тип и размещение загрузочных и разгрузочных устройств, кон­струкционные материалы и степень их чистоты) и ус­ловий операции смешивания (масса каждого добав­ляемого компонента, отношение объемов смеси и сме­сителя, метод, последовательность, место и скорость добавления компонентов, скорость смешивания

Смесители

Аппараты, в которых сыпучие материалы смеши­ваются между собой и с жидкостями называют смесителями.

Смесители классифицируют: по характеру процесса смешивания (конвективного или диффузионного), конструктивному признаку (барабанные смесители с вращающимся корпусом и червячно-лопастные), способу воздействия на смесь (гравитационные, центробежные), характеру протекающего в них процесса смешивания (периодический или непрерывный) и другим признакам.

По характеру протекающего процесса в отечественной химико-фармацевтической промышленности наибольшее распространение получили смесители периодического действия, которые в зависимости от типа рабочего органа подразделяются на смесители: с вращающимся корпусом, червячно-лопастные, с псевдоожижением сыпучего материала, центробежного действия с вращающимся конусом.

Смесители с вращающимся корпусом. К ним относятся барабанные смесители, применяемые для смешения сухих порошкообразных материалов. Барабанный смеситель представляет собой цилиндрический корпус (1), вращающийся на опорных роликах (2) со скоростью 6—8 об/мин. Для лучшего смешивания материала на внутренних стенках бараба­на укреплены спиральные перегородки (3), а внутри него — несколько продольных полок (4) с перегородками. Барабанный смеситель является аппаратом периодического действия. Загрузка и выгрузка осуществляется с помощью шнека (5), который при загрузке вращается в одном направлении, а при выгрузке.

Смесители

Аппараты, в которых сыпучие материалы смешиваются между собой и с жидкостями называют смеителями.

Смесители классифицируют: по характеру процесса смешивания (конвективного или диффузионного), конструктивному признаку (барабанные смесители с вращающимся корпусом и червячно-лопастные), способу воздействия на смесь (гравитационные, центробежные), характеру протекающего в них процесса смешивания (периодический или непрерывный) и другим признакам.

По характеру протекающего процесса в отечественной химико-фармацевтической промышленности наибольшее распространение получили смесители периодического действия, которые в зависимости от типа  рабочего органа подразделяются на смесители: с вращающимся корпусом, червячно-лопастные, с псевдоожижением сыпучего материала, центробежного действия с вращающимся конусом.

Смесители с вращающимся корпусом. К ним относятся барабанные смесители, применяемые для смешения сухих порошкообразных материалов. Барабанный смеситель представляет собой цилиндрический корпус (1), вращающийся на опорных роликах (2) со скоростью 6—8 об/мин. Для лучшего смешивания материала на внутренних стенках барабана укреплены спиральные перегородки (3), а внутри него — несколько продольных полок (4) с перегородками. Барабанный смеситель является аппаратом периодического действия. Загрузка и выгрузка осуществляется с помощью шнека (5), который при загрузке вращается в одном  направлении, а при выгрузке в противоположном. Барабанные смесители бывают также с призматическим, кубическим или другой фор­мы корпусом, вращающимся в цапфах на горизональном валу (рис. 7.16). Смесители просты по устройству, но требуют значительного времени для сме­шивания, исчисляемого часами. Поэтому аппараты этого типа вытесняются более эффективными смесителями.

Аппараты с псевдоожижением сыпучего материала. Данные смесители нашли широкое применение в таблеточном производстве. Они отличаются высокой эффективностью и малым временем смешивания, отсутствием вращающихся деталей, что обеспечивает высокую чистоту получаемого продукта. Кроме смешивания, в этих аппаратах выполняется ряд последующих технологических операций процесса приготовления таблеточной массы: гранулирование, сушка,опудривание.

Смесители центробежного действия с вращающимся конусом. В них достигается качественное смешивание сыпучих материалов при относительно небольшом расходе энергии, обусловленном малой длительностью смешивания и высокой производительностью единицы объема аппарата.