- •Лекции по дисциплине «Машины химических производств» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств».
- •Часть 1 (32 лекционных часа)
- •Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации…………………………
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства
- •Машины для дробления сыпучих материалов……….
- •Машины для помола материалов……………
- •Машины для классификации сыпучих материалов………..
- •Список литературы……………………..
- •Для заметок……..
- •Список литературы………………
- •Дозаторы…………………
- •Контрольные вопросы по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов …………………………………..
- •Список литературы……………………………. Аннотация
- •Контрольные вопросы по теме «Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации»
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства.
- •Свойства сыпучих материалов.
- •Гранулометрический состав.
- •Основные физические характеристики сыпучих материалов.
- •Силы взаимодействия между частицами сыпучего материала – силы аутогезии.
- •Механические свойства сыпучих материалов и характеризующие их параметры.
- •Физические и теоретические основы процессов измельчения твердых тел.
- •Основные способы измельчения твердых тел (рис. 4):
- •Основные стадии дробления и измельчения.
- •Стадии измельчения
- •Теории измельчения.
- •Контрольные вопросы по теме «Сыпучие материалы, их физико-механические свойства».
- •Машины для дробления сыпучих материалов Общая классификация дробилок.
- •Щековые дробилки.
- •Область применения.
- •Усреднённый гранулометрический состав дроблённого продукта дробилок крупного дробления
- •Принцип действия и классификация:
- •Особенности конструкции дробилок со сложным движением щеки – щдс.
- •Конструкционные материалы деталей и сборочных единиц щековых дробилок.
- •Основные расчеты щековых дробилок.
- •Конусные дробилки. Область применения, принцип действия и классификация.
- •Конструкции дробилок.
- •Конструкционные материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц конусных дробилок.
- •Основные расчеты конусных дробилок.
- •4. Определение n – числа оборотов для дробилок ксд и ксм с пологими конусами.
- •Валковые дробилки.
- •Конструкция.
- •Материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц валковых дробилок.
- •Основные расчеты валковых дробилок.
- •Дробилки ударного действия.
- •Основные расчеты дробилок ударного действия.
- •Классификация барабанных измельчителей по различным критериям.
- •Однокамерная барабанная шаровая мельница мокрого помола.
- •Расчет барабанных измельчителей.
- •Измельчители раздавливающего и истирающего действия.
- •Шаро-кольцевые измельчители.
- •Роликомаятниковые измельчители.
- •Ударные, вибрационные и струйные измельчители.
- •Новые и перспективные методы измельчения материалов.
- •Контрольные вопросы по теме «Машины для измельчения материалов».
- •Машины для классификации сыпучих материалов.
- •Механические способы классификации.
- •Основные показатели процесса грохочения.
- •Основные типы грохотов.
- •Выбор схемы дробления с использованием грохочения.
- •Конструкции просеивающих элементов.
- •Закономерности процесса грохочения.
- •Последовательность выделения классов при грохочении.
- •Конструкции плоских качающихся и инерционных (вибрационных) грохотов.
- •Технологический и динамический расчеты инерционных грохотов.
- •Воздушная сепарация (классификация) сыпучих зернистых материалов.
- •Принципиальные схемы воздушных сепараторов.
- •Конструкции воздушных сепараторов.
- •Контрольные вопросы по теме «Классификация».
- •Смесители сыпучих материалов. Процессы смешивания. Классификация смесителей.
- •Контрольные вопросы по теме «Смесители зернистых сыпучих материалов».
- •Фактор разделения.
- •Классификация центрифуг.
- •Производительность осадительных центрифуг.
- •Производительность фильтрующих центрифуг.
- •Силовые факторы в элементах вращающегося ротора.
- •Механические колебания в центрифугах.
- •Уравновешивание вращающихся масс.
- •Энергетический расчет.
- •Область применения.
- •Рабочий цикл центрифуг периодического действия.
- •Производительность центрифуг периодического действия.
- •Конструкции центрифуг периодического действия. Вертикальные малолитражные центрифуги с нижним приводом.
- •Маятниковые центрифуги.
- •Подвесные центрифуги.
- •Подвесная саморазгружающаяся фильтрующая центрифуга фпс с гравитационной выгрузкой осадка.
- •Подвесная фильтрующая полуавтоматическая центрифуга периодического действия фпн с механической выгрузкой осадка с помощью специального ножа.
- •Горизонтальные автоматизированные центрифуги фгн и огн с ножевой выгрузкой осадка.
- •Центрифуги непрерывного действия.
- •Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка типа фвш и фгш.
- •Горизонтальные осадительные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка, тип огш.
- •Горизонтальные фильтрующие центрифуги непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка (фгп).
- •Непрерывнодействующие фильтрующие вибрационные центрифуги с вертикальным (фвв) и горизонтальным (фвг) расположением ротора.
- •Фильтрующие лопастные центрифуги с центробежной выгрузкой осадка.
- •Прецессионные центрифуги.
- •Жидкостные центробежные сепараторы, трубчатые центрифуги. Область применения сепараторов и трубчатых центрифуг.
- •Классификация жидкостных центробежных сепараторов по технологическому назначению.
- •Условные обозначения жидкостных центробежных сепараторов.
- •Конструктивные схемы жидкостных центробежных сепараторов различных типов и их приводов.
- •Конструкции сепараторов различных типов. Однокамерные сепараторы периодического действия.
- •Многокамерные сепараторы периодического действия.
- •Саморазгружающиеся тарельчатые сепараторы непрерывного действия.
- •Осветляющий тарельчатый саморазгружающийся сепаратор с непрерывной сопловой выгрузкой шлама.
- •Трубчатые центрифуги (сверхцентрифуги).
- •Приложение 2 Расчёт роторов центрифуг на прочность.
- •1. Предварительные сведения о комплексном (безмоментном и моментном) расчете тонкостенных осесимметричных оболочек вращения.
- •2. Прочностной расчет роторов центрифуг и жидкостных сепараторов с учетом краевых напряжений.
- •Числовые примеры расчета на прочность роторов центрифуг.
- •Фильтры для жидкостей. Общие положения, классификация фильтров.
- •Оценка скорости процессов фильтрования.
- •Основные режимы работы фильтров.
- •Работа фильтров при постоянном давлении.
- •Работа фильтров в режиме постоянной скорости.
- •Режим промывки осадка.
- •Определение общей продолжительности рабочего цикла фильтров периодического действия.
- •Классификация фильтров.
- •Конструкции фильтров. Фильтр-прессы рамные и камерные.
- •Камерный фильтр-пресс (конструкция).
- •Фильтр-прессы, оборудованные диафрагмами.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фпакм.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фамо.
- •Фильтр-пресс с бумажной лентой типа мб.
- •Листовые фильтры, работающие под давлением.
- •Ячейковые барабанные вакуум-фильтры.
- •Конструкция барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью.
- •Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью.
- •Конструкция дискового вакуум-фильтра.
- •Ленточные вакуум-фильтры.
- •Вакуум-фильтры карусельные. Принцип действия. Область применения.
- •Конструкция ковша.
- •Ленточные фильтрпрессы.
- •Механические расчеты фильтров. Фильтр-прессы.
- •Листовые фильтры под давлением.
- •Вакуум-фильтры барабанные.
- •Мощность привода вращающихся вакуум-фильтров.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Фильтры».
- •Общие сведения.
- •Классификация и конструкции основных типов питателей.
- •Питатели без движущегося рабочего органа. Гравитационные питатели.
- •Устройство для разгрузки мелкодисперсных сыпучих материалов с низкой газопроницаемостью слоя частиц.
- •Аэрационные питатели.
- •Камерные питатели.
- •Объемные питатели с вращающимся рабочим органом.
- •Модификации винтовых питателей.
- •Шлюзовые (секторные) объемные питатели типа ш1.
- •Тарельчатые объемные питатели типа т1.
- •Трубчатые питатели.
- •Питатели с вибрационным побуждением транспортирования сыпучего материала.
- •Ленточные питатели.
- •Лотковые питатели.
- •Качающиеся (маятниковые) питатели.
- •Дозаторы.
- •Классификация дозаторов.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов».
Закономерности процесса грохочения.
Влияние диаметра зерен d и поперечного размера ячеек в свету на эффективность процесса грохочения.
Эффективность классификации сыпучих материалов зависит от скорости движения материала по ситу, длины сита, сплошности потока материала (т.е. от производительности по питанию) и от гранулометрического состава смеси. Для конкретных материалов существуют оптимальные соотношения вышеперечисленных параметров.
Из изложенного следует, что на процесс сортирования влияет значительное число случайных факторов и даже условие прохождение единичного зерна через отверстие сита носит вероятностный характер. Допустим, что в идеализированном процессе шарообразное зерно вертикально падает на сито с квадратными отверстиями (рис.110).
Рис. 110 Схема прохождения зерна через отверстие сита.
Вероятность P прохождения зерна с поперечным размером d через ячейку с размером b определяется отношением площади F1=(b-d)², обеспечивающей беспрепятственное прохождение зерна, к общей площади сита (в пределах одной ячейки) F2=(b+δ)²(где δ – толщина проволок сита):
.
Первый сомножитель этого выражения - коэффициент светового сечения сита; следовательно, вероятность прохождения зерна прямо пропорциональна световому сечению сита.
Тогда вероятность прохождения сквозь сито зерен с относительным размером ψ=d/b составит:
где z – коэффициент светового сечения сита (в долях единицы); ψ – относительный размер зерен.
Число N отверстий, которые должны встретить зерна для полного прохождения сквозь сито за время грохочения t:
Встреча с таким числом отверстий обеспечивается при определенной продолжительности t грохочения. Если время грохочения t1<t, то зерна этого класса встретят число отверстий N1<N и сквозь сито пройдут не все зерна.
В этом случае эффективность грохочения по заданному классу:
где с – постоянный для данного режима грохочения коэффициент пропорциональности.
Для приближенных расчетов можно использовать эмпирическую формулу:
где – параметр, являющийся некоторой функцией времени t грохочения.
Эффективность грохочения тем выше, чем меньше относительный размер ψ зерен. При равенстве размеров зерен и отверстий ψ=1 и эффективность грохочения приближается к нулю.
На рис.111 показана зависимость N от отношения d/b=ψ, из которой следует, что зерна размером d≥0,75b являются трудносортируемыми, вследствие чего приходится увеличивать длину просеивающих элементов, чтобы обеспечить их прохождение сквозь сита.
Рис.111 Зависимость необходимого числа контактов зерна с ситом для прохождения его сквозь отверстие от отношения d/b.
Поскольку вероятность просеивания не зависит от абсолютных размеров зерна и ячейки, можно принять, что через каждое отверстие проходит в единицу времени определенное число зерен при сортировании как крупного материала на ситах с большими отверстиями, так и мелкого – на ситах с мелкими отверстиями. Но с увеличением крупности материала число зерен в единице объема будет уменьшаться пропорционально их диаметру в третьей степени, а число отверстий на единице площади сита – пропорционально размеру ячеек во второй степени. Следовательно, для данного объема материала как бы предлагается к использованию относительно большее число отверстий и, таким образом, производительность грохота возрастает пропорционально размеру отверстий сит. При этом необходимо принимать во внимание засоренность каждого класса частицами других классов.
Влияние угла наклона сита α к горизонту на вероятность свободного прохождения зерен сквозь сито.
При наклонном расположении сита вероятность свободного прохождения зерна сквозь сито существенно снижается с ростом α.
На рис.112 изображена схема прохождения зерна сквозь отверстие наклонного сита.
Рис. 112 Схема прохождения зерна сквозь наклонное сито.
Диаметр зерна, свободно проходящего сквозь отверстие, d=b·cosα-h·sinα, где α – угол наклона сита к горизонту, b – ширина отверстия, h – толщина сита. В качестве числового примера оценим размер отверстий сита при угле наклона α=30° по сравнению с размером отверстий горизонтального сита при получении частиц нижнего (подрешетного) класса одинаковой крупности.
Примем: h=0,5b.В соответствии со схемой рис.112 выразим: d=b·cosα-h·sinα; Для рассматриваемого примера при α=30°: cos30°=0,866; sin30°=0,5; тогда
d = b·cos30° - 0,5b·sin30° = 0,866b – 0,5·0,5b≈0,62b.
Числовой пример показывает, что при угле наклона сита α=30°, через него смогут просеяться зерна с размером d = 0,5b по отношению к зернам, которые просеются через горизонтальное сито с такими же отверстиями при прочих равных условиях. Практически на наклонном сите грохота получают нижний класс той же крупности, что и на горизонтальном сите, но при большем размере отверстий наклонного сита по сравнению с отверстиями горизонтального сита (в частности в 1,15 раза при α=20° и в 1,25 раза при α=25°).
Особенности движения сыпучего материала по наклонной поверхности сита.
Рис.113 Схема движения куска по наклонному ситу.
α-угол наклона сит;
d-диаметр зерна;
b-ширина отверстия.
При размере отверстия b, диаметре куска d, скорости движения v и угле наклона сита α (рис.113) перемещение куска материала за время t в горизонтальном (х) и вертикальном (у) направлениях можно выразить параметрическими уравнениями:
откуда:
Как следует из схемы на рис.113, в предельном случае, когда кусок материала сталкивается с нижним ребром отверстия:
Подстановка (B) и (C) в (A) дает значение скорости зерна в момент столкновения:
В частности, при α=20°; b = 6d; d = 0,05 м скорость, при которой зерно сталкивается с кромкой поверхности, υ0 = 4,2 м/с.
При горизонтальной поверхности сита (α=0) уравнение (D) упрощается:
.
При d = 0,8b предельная скорость: .
Численный расчет свидетельствует о весьма малой предельной скорости движения материала при относительно близких размерах просеиваемых кусков и отверстий. Предельную скорость можно увеличить до 4-10 м/с, если размер отверстий превышает диаметр кусков в 6-8 раз.
Изготовление и эксплуатация грохотов с высокой скоростью движения материала целесообразны при промежуточной классификации в процессе многостадийного дробления. Но необходимо учитывать, что эффективность при таком методе классификации невысока.