МЕХАНИЧНИ ПРОЦЕСИ

2.1. Раздробяване

Шлайфането обикновено се нарича процес на разделяне на твърдо вещество на части. Смилането се основава на действието на сили, които са склонни да преодолеят силите на сцепление между частиците, което води до образуването на нови повърхности. Механичното смилане на материала води до увеличаване на повърхността на твърдите вещества чрез раздробяване, рязане и директно смилане.

Процесът на смилане се използва широко в брашно, захарно цвекло, консервиране, нишесте, алкохол, пивоварство, вино и други индустрии. Обработката на материала в натрошен вид ви позволява да ускорите извличането на вещества, топлинната обработка на материалите.

Шлайфането може да бъде просто и селективно. При просто смилане продуктът се унищожава чрез преминаване през устройството за смилане веднъж, а при селективно смилане (като правило, многократно) се извличат частици от всяко едно вещество. При селективно смилане процесът се извършва последователно. Всеки етап от процеса на смилане е проектиран така, че да се получат частици, които се различават по определени физични свойства. Това допълнително улеснява отделянето на свободно течащата смес на фракции, всяка от които се състои от частици, повече или по-малко хомогенни по състав. Например смилането на ръж и пшеница в сортово брашно се основава на използването на разлики в структурно-механичните свойства на ендосперма и черупките. Сложната система за смилане се основава на метода за селективно смилане на зърното и неговите частици. Този метод, в комбинация с формите на шлифовъчните машини, позволява процесът да се проведе по такъв начин, че да е възможно да се сведе до минимум смачкването на черупките и да се извлече максималното количество ендосперм. След смилането материалът отива в класифициращия апарат, който избира големи частици и ги връща за повторно смилане. Производство на брашно, т.е. екстракция, нейното качество до голяма степен зависи от съвършенството на процеса на смилане на зърното. При голямо шлайфане производителността на машините намалява, разходът на енергия се увеличава, което означава, че производствените разходи се увеличават.

В зависимост от размера на парчетата (частиците) на изходния материал преди смилането и размера на частиците на смления материал, процесите се класифицират, както следва: грубо трошене, средно трошене, фино трошене, фино трошене и ултрафино трошене.

Основните критерии за оценка на ефективността на процеса на смилане на всякакви твърди тела са степента на смилане, специфичната енергийна консумация на процеса и специфичното натоварване на работното тяло на шлифовъчната машина. Степента на смилане се определя като съотношението на общата повърхност на частиците на продукта след смилането към общата повърхност на частиците на оригиналния продукт. Например в индустрията за смилане на брашно степента на смилане варира от 20 до 50 микрона, в индустрията за сушене на зеленчуци - от 300 до 400 микрона.

Смилането на материала се извършва чрез разрушаване на първоначалната му структура с различни видове деформации: смачкване, цепене, абразия, удар (Фиг. 7)

В зависимост от механичните свойства и първоначалните размери на натрошения материал се използва един от посочените методи за разделителна способност или тяхната комбинация. Грубо, средно и фино смачкване на твърди и чупливи материали е препоръчително за извършване на смачкване, удар и цепене. Твърдите и вискозни материали се унищожават главно чрез смачкване и абразия. Финото и ултрафино смилане се извършва във вода или други течности, за да се избегне образуването на прах и агломерацията на вече получените ултрафини частици. Раздробяването и смилането са енергоемки процеси.

По предназначение шлифовъчните машини обикновено се разделят на трошачки с големи, средни и фини трошачки и мелници за фино и ултрафино трошене.

За грубо трошене се използват челюстни и конусни трошачки. Основните работни тела на челюстната трошачка са неподвижни и подвижни челюсти, защитени от износване от гофрирани стоманени отливки, изработени от устойчива на износване манганова стомана. Материалът влиза за смачкване в горната част на пространството между бузите, смачква се чрез цепене и смачкване поради люлеещото се движение на подвижната буза, постепенно пада през и излиза през долната междина.

Челюстните трошачки се използват широко при приготвянето на суровини в минната, механичната, металургичната и цветната промишленост. Най-мощните машини могат да смачкат материал с размери до 1,5 м, като същевременно консумират значително количество енергия. В челюстните трошачки енергията се изразходва в почти работен ход с незабавни натоварвания.

При конусните дробилки материалът се раздробява чрез смачкване и абразия, когато повърхностите на неподвижния пресечен конус и ексцентрично въртящия се вътрешен конус се приближават една към друга. Натовареният в пространството между конусите материал се смачква между тях и навлиза в дъното на машината. Раздробяването на материала се извършва непрекъснато, което прави конусните дробилки по-ефективни от челюстните. За средно и фино раздробяване се използват ролкови, чукови дробилки, дезинтегратори. Ролковите трошачки са две ролки, въртящи се една към друга. Повърхността на ролките може да бъде гладка, набраздена или назъбена. Назъбената повърхност се използва за чупливи материали, които се смилат главно чрез цепене. За смачкване на вискозни материали се казва, че ролките имат различна скорост на въртене, за да подобрят своя абразивен ефект. При едно компресиране не се получава прекомерно смилане на материала. Ролковите трошачки са най-ефективни за смачкване на материал с умерена твърдост и малък размер.

За производството на брашно за тестени изделия и хлебни мелници се използват валцови мелници с нарязани ролки. Характерът на смилането на продуктите се влияе от формата на жлебовете, броя им на 1 см от обиколката, наклона към оста на барабана, относителното положение (върха по върха, върха по гърба, гърба по върха, гърба по гърба и т.н.) Колкото повече канали, толкова по-голяма е степента на смачкване. Най-голямото смачкване се получава, когато жлебовете са "от точка до точка", тъй като в този случай ръбовете на точките на двата валяка влияят активно на продукта. По-мек ефект се получава, когато каналите са в положение "отзад назад", тъй като краищата на върха на двата валяка са по-малко замесени в деформацията на продукта. Наклонът на пушката варира от 4 до 14%. Максималният наклон се използва при смилане на твърда пшеница, сортово смилане на ръж.

Ролкови балсами с гладки ролки се използват за производството на овесени и царевични люспи. Дробилки с пет ролки се използват за смачкване на маслодайни семена.

Чуковите дробилки (мелници) са ударно абразивни машини. Продуктът в тях се раздробява поради удара на работни тела (чукове) и абразия върху неподвижна перфорирана палуба. Чуковите дробилки се използват за раздробяване на чупливи материали с умерена твърдост (варовик, въглища). Те осигуряват относително висока степен на смилане на зърно, картофи, захар, сол и други продукти с едно движение.

Дезинтеграторите са ударни машини. Натрошеният материал през бункера навлиза в централната част на машината, смачква се от пръстите на въртящия се диск, хвърля се в периферията и се среща с въртящите се в обратната посока пръсти на обиколката на втория ротор. Частиците, които трябва да се смачкат, правят зигзагообразни движения, претърпявайки многократно смачкване.

Машини, сходни по конструкция с дезинтеграторите, се наричат ​​разглобяващи. Те имат само един ротор, въртящ се, а вторият е неподвижно монтиран на леглото. Дисковата мелница се използва за смилане на зърнени храни, сухари, какаови зърна, ядки. Ударно-центробежните шлифовъчни машини имат висока производителност и се използват в широк диапазон на смилане.

В машината за фино и ултрафино шлайфане материалът с размери на частиците 2-10 мм се довежда до висока финост на шлайфане, достигайки 1 * 10 -4 мм. За тази цел се използват мелници с различен дизайн: барабанни, вибриращи, колоидни. Материалът, който трябва да се смачка, се зарежда в мелницата заедно със смилащата среда (метални топки, пръчки, заоблени камъчета). Големите топки се използват за смилане на големи парчета материал, а средните и малките - за ожулване на малки зърна. В пръчковите мелници продуктът се смила по-равномерно, отколкото в топковите мелници. Смилането в мелници се извършва по сух и мокър метод.

Във вибрационни мелници, поради интензивното ударно-абразивно действие, се осигурява висока дисперсия на продукта и еднородност на размера на натрошения материал. Но мелниците от този тип имат относително ниска производителност поради големия обем на шлифовъчната среда. Освен това, поради високото нагряване на материала, вибрационните мелници не могат да се използват за смилане на материали с ниски точки на топене или омекотяване при нагряване.

За ултрафино смилане на скъпи материали се използват пневматични мелници, при които енергията, необходима за смилане на материала, се предава от поток въздух (прегрята пара, инертен газ), подаван със звукови и свръхзвукови скорости. В струйни мелници се постига висока хомогенност на натрошения материал, но те изискват големи енергийни разходи, консумират значително количество сгъстен газ.

Колоидните мелници се използват за мокро свръхфинно смилане на материал между статора и ротора, въртящ се със скорост 100m/s в междина, ненадвишаваща 0,05 mm. Частиците се въртят около собствената си ос с толкова високи скорости, че се разкъсват от центробежни сили. Тъй като частиците са в течността, те не се агрегират. Телата за смилане обаче могат да замърсят продуктите за смилане с материала, от който са направени.

Ако е необходимо да придадете на продукта определена форма и размер, използвайте режещи машини (консервиране, производство на захар от цвекло).

В зависимост от формата и дизайна на режещия инструмент, режещите машини се разделят на следните три основни групи:

- с дискови въртящи се крака;

- с къдрави крака (полумесец, правоъгълник и др.);

- с комбинирани крака, които режат продукта в две взаимно перпендикулярни посоки.

В зависимост от скоростта на подаване на продукта към режещите ръбове, машините се разделят на линейни, барабанни и ротационни. Работното тяло на режещите машини е нож. Процесът на рязане се характеризира с относителното движение на режещия инструмент и продукта, при което движението се извършва едновременно перпендикулярно и успоредно на острието. В хранителната индустрия най-често срещаните дискови и центробежни машини. В центробежна машина за рязане, използвана за смилане на цвекло в набраздени или люспести чипове, ножовете са монтирани по протежение на цилиндричното тяло. Охлюв с остриета се върти към режещия ръб на ножовете със скорост 100-120 об/мин. Цвеклото се улавя от остриетата, притиска се към ножовете и се натрошава на стърготини, които след това се хвърлят в пространството между тялото и кожуха.

За смилане на плодове (при производството на сокове) и картофи (във фабрики за нишесте) се използват решетъчни машини, при които основното устройство за смилане са специални зъбни триони, монтирани на барабан, въртящ се с висока скорост. Рендетата с метални скоби осигуряват високо съотношение на смачкване и имат най-ниската специфична консумация на енергия. Малките предприятия използват рендета със скоби, изработени от твърда дървесина (обикновено приклад от бреза), но те дават по-нисък коефициент на смачкване. За най-пълно разкъсване на клетките под решетъчните барабани са монтирани специални решетки. Колкото по-висока е периферната скорост на трионната повърхност на барабаните, броят триони и броят на зъбите върху тях, толкова по-висока е степента на смачкване на продукта. Степента на смилане на продукта зависи от конструкцията на режещата машина, продължителността на престоя на материала в нея, съдържанието на влага и консумацията на енергия за процеса.