Методические указания к лабораторным работам, самостоятельной работе и курсовому проектированию по курсу «Основы проектирования и оборудование заводов тнсм» направления подготовки бакалавра 240100 (стр. 1 из 5)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ХТФ

__________________Погребенков В.М.

«_____»_____________________2005 г.

основы проектирования и Оборудование заводов тугоплавких неметаллических и СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (часть II)

Методические указания к лабораторным работам, самостоятельной работе и курсовому проектированию

по курсу «Основы проектирования и оборудование заводов ТНСМ»

направления подготовки бакалавра 240100

«Химическая технология и биотехнология»

и специальности 240304 «Химическая технология тугоплавких

неметаллических и силикатных материалов»

дневной и заочной форм обучения

Издательство ТПУ

Томск 2005

УДК 666.1.01

Основы проектирования и оборудование заводов тугоплавких неметаллических и силикатных материалов (часть II): Методические указания к лабораторным работам, курсовому проектированию и самостоятельной работе по курсу «Основы проектирования и оборудование заводов ТНСМ» направления подготовки бакалавра 240100 «Химическая технология и биотехнология» и специальности 240304 «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов » дневной и заочной форм обучения. - Томск: Изд. ТПУ, 2005 г. - 24 с.

Составители ст. преп., к.т.н. Митина Н.А.,

доц., к.т.н. А.А. Громов.

инж. А.Т. Добролюбов.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры технологии силикатов 29 июня 2005 г.

Зав. кафедрой ТС,

проф., д.т.н. Верещагин В.И.

Введение

Выполнение расчетов основных аппаратов технологии ТНСМ производится студентами 4 и 5 курсов, ознакомленными с технологическими процессами, физико-химическими расчетами шихт и смесей на всех стадиях производства. Расчеты выполняются в рамках выполнения лабораторных работ по дисциплине «Оборудование заводов и основы проектирования» направления подготовки бакалавра 240100 «Химическая технология и биотехнология» и курсового проекта по дисциплине «Оборудование заводов ТНСМ» для специальности 240304.

Перед студентами, выполняющими расчеты аппаратов в рамках лабораторных работ, ставятся задачи:

- углубление и закрепление теоретических знаний по технологии ТНСМ и оборудованию заводов путем более подробного ознакомления с конструкцией и эксплуатацией отдельных видов специального оборудования;

- овладение методикой расчета аппаратов, включая детальные знания по компоновке ходовой части аппарата, теории и технологии измельчения, анализа основных показателей работы аппарата и оптимизации его рабочих характеристик.

Общие сведения об измельчении материалов

Процесс уменьшения размеров кусков твердых материалов механическим путем – путем преодоления силы сцепления частиц – называют процессом измельчения. Обычно процесс измельчения крупных кусков называют дроблением, а процесс измельчения мелких кусков –помолом (табл.1).

Измельчение широко применяется в силикатной промышленности, так как использование измельченных твердых тел позволяет значительно ускорить химическое взаимодействие, обжиг, сушку и другие процессы, протекающие тем быстрее, чем больше поверхность участвующих в них твердых тел.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения – отношением среднего размера куска до измельчения

к среднему размеру куска после измельчения :

,

где i – степень измельчения.

Куски исходного материала или частицы, получаемые в результате измельчения, не имеют правильной формы. Поэтому на практике размеры кусков (

и ) характеризуются размером отверстий сит, через которые просеивают сыпучий материал до и после измельчения.

Процесс измельчения в зависимости от размеров кусков или частиц конечного продукта подразделяют на дробление и помол. Кроме этого выделяют следующие виды дробления и помола:

Таблица 1

Классификация способов дробления и помола

Дробление	Крупное	Среднее		Мелкое		Тонкое
Размер кусков после дробления, мм, более	100	30		3		0,5
Помол	Грубый		Тонкий		Сверхтонкий
Размер частиц, мм, менее	0,5		0,1		0,05

Крупное и среднее дробление проводится, как правило, сухим способом, а тонкий и сверхтонкий помол - как сухим, так и мокрым способами (в воде или другой жидкости). При мокром способе измельчения частицы получаемого продукта имеют более равномерную величину; кроме того, при этом уменьшается пылеобразование и облегчается выгрузка готового продукта.

В существующих дробильно-помольных машинах распространенными способами измельчения материала являются: раздавливание, истирание, изгиб, удар или комбинирование перечисленных способов − раздавливание и истирание, раздавливание и изгиб, удар и истирание (рис.1).

Способы измельчения выбирают в зависимости от физических свойств материала, начальной величины кусков и необходимой степени измельчения.

Основным физико-механическим свойством, определяющим выбор того или иного способа измельчения материала, является механическая прочность материала (предел прочности при сжатии и растяжении). Все материалы по прочности можно разделить на:

- твердые материалы прочность более 50 МПа (прочные известняки, гранит, базальт, серный колчедан, медные и железные руды, мрамор, кварц, фосфориты и др.);

- материалы средней прочности – 10-50 МПа (сланцы, слабые известняки и песчаники и др.);

- мягкие материалы − менее 10 МПа (глина, каменный уголь, торф, комкующиеся соли).

На выбор метода измельчения большое влияние также оказывают склонность материала к комкованию, его влажность и другие свойства.

При выборе дробильно-помольных машин необходимо учитывать: эксплуатационные расходы, удельный расход энергии, степень измельчения, свойства материалов, в частности, материалы должны иметь наименьшие сопротивления возникающих в машинах усилиям в виде удара, истирания, изгиба или их комбинации. Процесс измельчения материалов является весьма сложной операцией и зависит от их однородности, плотности, вязкости, твердости, формы кусков, влажности и.т.д.

Рис. 1 Методы измельчения материалов

а) раздавливание; б) истирание; в) раскол; г) удар; д) раздавливание и истирание; е) раздавливание, истирание, изгиб; ж) удар и истирание

Отечественные ученые В.Л.Кирпичев, Л.Б. Левенсон, З.Б. Канторович, П.А. Ребиндер и другие внесли значительный вклад в создание теории и разработку конструкций дробильно-размольных машин.

Теории измельчения

Поверхностная теория основана на гипотезе, что работа А_S, затрачиваемая на измельчение тела, пропорциональна величине вновь полученных поверхностей тел, т.е.

А_S=δ₁^.S , Дж

где δ₁−коэффициент пропорциональности.

Отношение работ при больших степенях измельчения − m и n может быть выражено уравнением А_n/A_m=n/m, которое показывает, что работы затрачиваемые на измельчение, прямо пропорциональны степеням измельчения или вновь образованным поверхностям. Гипотеза справедлива до определенной степени измельчения − тонкости частиц, соответствующей приблизительно ситу № 006, т.е. в пределах тонкости помола строительных материалов.

Объемная теория проф. В. Л. Кирпичева основана на том, что материал деформируется под действием внешних сил, вызывающих в нем напряжения. Когда напряжения в материале становятся равными пределу прочности при сжатии, материал разрушается (дробится).

По объемной теории работа, требуемая для производства аналогичных изменений в очертании геометрически подобных тел одинакового состава, изменяется пропорционально их объемам и отвечает уравнению

А= δ₂·V, Дж

где δ₂ − коэффициент пропорциональности.

Обобщающая теория акад. П. А. Ребиндера основана на том, что работа А, затраченная на разрушения тела, соответствует формуле

А= δ₁S+ δ₂V, Дж

Где δ₁, δ₂ − коэффициенты пропорциональности, Н/м и Н/м²;

S − вновь образующаяся поверхность, м²;

V − часть объема тела, подвергшаяся деформации, м³.

При измельчении, связанном с образованием больших поверхностей, первый член δ₁S уравнения значительно больше второго δ₂V, и работа измельчения почти пропорциональна вновь образованной поверхности. При больших размерах тела и малой величине вновь образующейся поверхности первый член уравнения значительно меньше второго δ₂V > δ₁S, и работа дробления почти пропорциональна объему дробимого тела, т.е. его деформируемой части.

Теория академика П.А. Ребиндера обобщает поверхностную и объемную теорию измельчения материалов. Существенным недостатком теории является то, что еще нет научно обоснованных способов для определения δ₁ и δ₂, в результате чего она, как и предшествующие ей теории, имеет небольшую практическую ценность.