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 l к диаметру d различают короткие (l/d = 1,5 - 2,0), трубные (l/d = 3,0 - 6,0), цилиндро-конические мельницы (барабан имеет форму двух усеченных конусов, широкие основания которых соединены цилиндрической частью) и др.
Рис. 7.7. Шаровая мельница, а - общий вид; б - схема работы.
Шаровые мельницы. В химико-фармацевтической промышленности для тонкого измельчения наиболее широко применяются шаровые мельницы периодического действия. Они представляют собой (рис. 7.7) 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). Наилучший эффект измельчения в шаровых мельницах достигается, когда скорость вращения (число оборотов барабана) является оптимальной и соответствует определенному режиму ее работы. В этот период на шар, находящийся во вращающейся мельнице (рис. 7.7,б) действует центробежная сила Р и вес шара G, равные:
| P = mω2r = m ( | πn | ) 2 r, |
| 30 |
и
G = mg,
где Р - центробежная сила, Н; т - масса шара, кг; ω - угловая скорость вращения барабана, рад/с; r - радиус вращения шара (радиус барабана), м; n - число оборотов барабана в минуту, мин-1; g- ускорение свободного падения, м/с2; G - вес шара, Н.
Шары, поднявшись на максимальную высоту, падают по параболическим траекториям. Материал в процессе соударения с шарами измельчается в основном ударом, а также истиранием и раздавливанием. При скорости вращения меньше оптимальной шары поднимаются на незначительную высоту и скатываются параллельными слоями вниз, измельчая материал лишь раздавливанием и истиранием, без участия удара.
Значительное увеличение числа оборотов приводит к тому, что центробежная сила становится настолько большой, что прекращает падение шаров, которые вращаются вместе с барабаном, не производя измельчения. На рис. 7.7,б шар в точке М изображен в момент его наибольшего подъема, после чего он начинает свободно падать по параболической траектории MN. Положение шара в точке М определяется углом падения α, который можно найти из равновесия сил, действующих на шар в этой точке:
где D - внутренний диаметр барабана мельницы, м.
Определим критическое число оборотов якр1 при котором шар начнет вращаться вместе со стенкой. Очевидно, шар не сможет оторваться от стенки, если достигнет самой высокой точки в барабане, для которой угол α = 0 и cosα = 1. В этом случае
Рабочее число оборотов барабана праб в большинстве случаев принимается равным 75% от критического и находится в пределах (с учетом всех слоев шаров) от 32 / √D до 37 / √D. Достоинствами шаровой мельницы являются простота конструкции и эксплуатации, отсутствие распыления порошка при работе. К недостаткам относится неоднородность конечного продукта (гранулометрического состава). Это требует, проведения дополнительных операций - просеивания и измельчения.
Рис. 7.8. Устройство вертикальной шаровой мельницы
Объяснение в тексте.
Получение продукта однородного гранулометрического состава после однократного измельчения обеспечивает вертикальная шаровая мельница (рис. 7.8). Она представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд (1) с рубашкой (2) для водяного охлаждения или нагрева. В цилиндре размещен ротор, состоящий из вала (3) с насаженными на него дисками (4). Цилиндр заполнен шариками (5) диаметром 0,8-2 мм из базальта или кварцевого стекла. Измельчаемый продукт с помощью насоса (6) подается через нижнее отверстие в цилиндре. При вращении ротора твердые частицы материала измельчаются в результате трения о мелющие тела и друг о друга. Готовый продукт выходит через патрубок (7) в верхней части цилиндра. Небольшие размеры мелющих тел и их большое количество обусловливают высокую эффективность измельчения, степень которого зависит от времени пребывания продукта в мельнице и регулируется изменением скорости подачи материала в цилиндр.
Стержневые мельницы. По конструкции эти мельницы близки к шаровым, но отличаются формой мелющих тел. Они имеют короткий барабан, в который вместе с материалом, подлежащим измельчению, загружают стальные стержни диаметром 40-100 мм и длиной на 25-50 мм меньше длины барабана. При небольшом числе оборотов барабана (12-30 об/мин) стержни не падают, а перекатываются в нем, измельчая материал раздавливанием, ударом и истиранием. При этом стержни соприкасаются с материалом во многих точках и в первую очередь дробят крупные его частицы, защищая от переизмельчения мелкие. Поэтому продукт в стержневой мельнице получается более равномерной крупности, чем в шаровой.
