Механические процессы.

Измельчение и просеивание твердых тел.

1. Измельчение

Измельчением называется процесс уменьшения размеров кусков твердых материалов до более мелких.

В зависимости от размеров кусков исходного материала (D) и конечного продукта (d) различают 2 типа измельчения: дробление и размол (порошкование).

Характеристика видов и классов измельчения.

Таблица 2.

Вид измельчения	Класс измельчения	ММ
		D	d
Дробление Размол (порошкование)	Крупное Среднее Мелкое Грубый Средний Тонкий Коллоидный	1000 250 20 1-5 0,1-0,04 0,1-0,04 <0,1	250 20 1-5 0,1-0,04 0,005-0,015 0,001-0,005 < 0,001

Отношение линейных кусков до измельчения (D) и после него (d) называется степенью измельчения. Можно говорить и об объеме степени измельчения (отношение объема куска до измельчения (D) и после него (d)).

Основные принципы измельчения.

К ним относится: раздавливание, раскалывание, разламывание, изрезывание, распиливание, растирание и удар.

а) Раздавливание

М еханическая сила прикладывается сверху, поверхности рабочих элементов измельчителя обычно плоские. Измельченное тело деформируется во всем объеме и когда внутреннее напряжение в нем превышает предел прочности, тело разрушается – получаются кусочки разных размеров и формы.

б) Раскалывание

Сила прикладывается сверху и снизу с помощью клинообразных рабочих элементов измельчителя.

Ввиду того, что тело распадается на части только в местах концентрации наибольших нагрузок, полученные кусочки могут быть однородны по размерам, но не по форме.

в) Разламывание

Измельченное тело разрушается под влиянием изгибающихся сил, действующих навстречу друг другу с приложением одной верхней силы и двух нижних. Размеры и форма приблизительно такие, как при раскалывании.

д) Изрезывание

Механическая сила прикладывается сверху, обычно рывком, рабочие элементы измельчителя острые, режущие (ножи). При этом получаются кусочки требуемых размеров и формы.

е) Распиливание

Сила прикладывается со стороны; рабочие элементы измельчителя с острой зубчатой поверхностью.

Кусочки – нужных размеров и форм.

ж) Растирание

Сила прикладывается сверху и со стороны; Поверхности рабочих элементов измельчителя сферические или плоские. Тело измельчается под действием одновременно сжимающих, растягивающих и срезающих сил, в результате чего получаются порошкообразные продукты.

з) Удар

Тело разрушается под влиянием внезапно действующих сил. Удар может быть осуществлен двояко: 1) по измельчаемому телу производится удар рабочими элементами измельчителя: молотками, падающими шарами; 2) измельчаемое тело само сталкивается с рабочими элементами измельчителя.

В первом случаи эффект измельчения будет зависеть от кинетической энергии ударяемого тела, во втором – определяется оростью столкновений разрушаемого тела с рабочими элементами измельчителя.

Предложенные гипотезы измельчения.

В теории измельчения основным является определение величины энергии, затрачиваемой на измельчение.

1) Риттингер (нем.) в 1867г.: работа, затрачиваемая на измельчение, прямо пропорциональна вновь образующейся поверхности в измельчаемом материале.

А = К ΔF

К – коэффициент пропорциональности;

ΔF – вновь образующаяся поверхность.

По гипотезе Риттингера, работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется на образование трещин, расколов.

2) В.Н. Кирпичев в 1874году, а позднее Кик (нем.) предложили «объемную» гипотезу дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала приблизительно равен его объему или весу:

А = δ²V / 2Е

δ – величина разрушающих напряжений;

V – объем дробимого тела;

Е – модуль упругости измельчаемого материала.

Обе гипотезы были предметом многолетних дискуссий. Однако большее признание получила точка зрения, что ни одна из предложенных гипотез, взятых порознь, неприменима к объяснению природы измельчения.

Автором нового предложения является наш отечественный ученый – академик Петр Александрович Ребиндер, основоположник новой области науки – физико-химической механики. Ему принадлежит открытие, называемое «эффектом Ребиндера» – о понижении прочности твердых тел в адсорбционно-активной среде вследствие физических и химических взаимодействий в поверхностном слое (1927г.) Так вот, Ребиндер считал, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится где-то в середине предположений Риттингера и Кирпичева - Кика. По его наблюдениям, энергия, затрачиваемая на измельчение материала, представляет собой сумму работ, идущих на деформацию дробимого тела и на образование новых поверхностей. Эта энергия выражается формулой:

А = δ²V / 2Е + К ΔF

1-е слагаемое уравнения - формула Кирпичева-Кика;

2-е – формула Риттингера.

Таким образом, работа измельчения приблизительно равна как вновь образовавшейся поверхности, так и объему измельченного материала.

Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводственных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидаемый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» – таково основное правило дробления.

С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сфера помола.

Предварительное измельчение.

Предварительное измельчение применяется для сырья, поступающего на фармацевтическое производство в крупных или длинных кусках.

Смысл предварительного измельчения заключается в получении материала в таком виде, в котором он был бы удобен для дальнейшего измельчения. В предварительном измельчении

нуждаются корни и кора, заготовленные в виде длинных кусков (например, солодковый корень, корни элеутерококка, дубовая кора и др.), а также длинностеблевые травы термопсиса и др.

В предварительном измельчении нуждаются другие виды растительного сырья (плоды, семена, кожистые листья и др.).

В условиях фармацевтического производства предварительное измельчение охватывается классами измельчения, которые по принятой нами классификации (см. табл.2) определены как среднее и мелкое дробление с той лишь разницей, что исходная длина измельченных корней и трав могут быть значительно длиннее 25 см.

Окончательное измельчение (порошкование).

Измельчение в порошки разной степени тонкости достигается с помощью измельчителей различных конструкций.