Тема 2.1. Измельчение

Раздел 2. Механические процессы и аппараты

Тема 2.1. Измельчение

Измельчение.  Процесс механического деления обрабатываемого продукта на части с целью лучшего его технологического использования называют измельчением.

В зависимости от вида сырья и его структурно-механических свойств используют в основном два способа измельчения: дробление и резание.

Дроблению подвергают продукты с незначительной влажностью (зерна кофе, некоторые пряности, сухари), резанию -- продукты, обладающие высокой влажностью (овощи, плоды, мясо, рыба и др.).

Измельчение осуществляется под действием внешних сил, преодолевающих силы

взаимного сцепления частиц материала. При дроблении куски твердого материала сначала

подвергаются объемной деформации, а затем разрушаются по ослабленным дефектами

(макро- и микротрещинами) сечениям с образованием новых поверхностей. Куски

продуктов дробления, ослабленные трещинами, значительно мельче исходных. Поэтому с

увеличением степени измельчения возрастает расход энергии на измельчение.

Теоретические основы измельчения

Измельчение пищевого продукта заключается в его деформировании до момента разрушения или разрыва (дробление, помол, резание). Кроме того, измельчение применяют при обработке жидкостей, например при образовании эмульсий путем диспергирования одной жидкости в другой.

Характер поведения твердого материала под действием прилагаемой нагрузки зависит от механических характеристик материала и схемы приложения нагрузки. К механическим характеристикам относят предел упругости, предел прочности на разрыв, предельные напряжения сдвига и область пластичности материала .

Механические характеристики материалов:

1 – твердый, прочный и хрупкий; 2 – твердый, прочный, пластичный; 3 – твердый, непрочный, хрупкий; 4 – мягкий, непрочный, пластичный;

5 – мягкий, непрочный, хрупкий;

Е – предел упругости; Y – предел текучести;

В – предел прочности; EY – неупругая деформация; YB – область пластичности

Способы измельчения

Класс

D,мм

Крупное (дробление)

d,мм

1000-200

Среднее (дробление)

250-40

250-50

Мелкое (дробление)

40-10

50-25

Тонкое 

Коллоидное (размол)

10-1

25-3

(размол)

1-0,4

0,2-0,1

До 0,001

В зависимости от размера кусков исходного материала и конечного продукта различают 2 типа измельчения:

1) Размол (порошкование) и

2) Дробление

Крупное, среднее и мелкое дробления осуществляют в дробилках сухим способом, а тонкое и коллоидное измельчение – сухим и мокрым способом.

Способы измельчения

а – раздавливание; б – раскалывание; в – разламывание;

г – резание; д – распиливание; е – истирание;

ж – измельчение стесненным и свободным ударами

Твердый, хрупкий

Раздавливание, удар

Твердый, вязкий

Раздавливание, распиливание

Хрупкие, средней твердости

Удар, раскалывание, истирание

Вязкий, средней твердости

Истирание, истирание + удар, распиливание

При мокром дроблении уменьшается пылеобразование и получаются частицы более однородные по размерам и облегчается выгрузка материала. Дробление материалов осуществляется раздавливанием, истиранием, ударом, раскалыванием, распиливанием, разрезанием, разламыванием.

Для достижения оптимальной степени измельчения процесс осуществляют постадийно на последовательно соединенных дробильно-рамольных машинах. Изрезывающие машины применяют для измельчения растительного материала. Раздавливающие применяют при крупном и среднем измельчениях, истирание – при тонком измельчении.

Степени измельчения

Измельчение осуществляется по двум основным схемам – в открытом или замкнутом циклах.

Если измельчение проводят по первой схеме, то материал проходит через мельницу только один раз. При работе в замкнутом цикле основная часть материала проходит через мельницу многократно, т.е. материал с размерами частиц больше допустимого возвращается на повторное измельчение.

Измельчающие машины

Машины для измельчения (дробления и размола) подразделяются на дробилки и мельницы. В технике мельницами называют машины для тонкого и сверхтонкого помолов, дробилками машины для крупного, среднего и мелкого измельчений.

Дробильные машины:

а – щековая дробилка; б – конусная дробилка; в – валковая дробилка;

г – молотковая дробилка; д – шаровая мельница; е – жернова; ж – бегуны;

з – дезинтегратор; и – терка; к – струйная мельница

Пути интенсификации процесса измельчения

Анализ уравнений показывает, что для уменьшения энергозатрат следует стремиться к уменьшению упругих деформаций рабочих органов дробилок и повышению

их износостойкости, к уменьшению числа циклов деформаций частиц измельчаемого материала и к снижению разрушающих напряжений измельчаемого продукта. Процессы измельчения связаны с затратами большого количества энергии.

Расчет основных параметров процесса измельчения

Для разрушения материала внешние силы должны преодо­леть силы взаимного сцепления частиц материала. При этом затрачивается работа, определение величины которой является одной ив главных проблем в теории измельчения. Работа, затрачиваемая на дробление, слагается из нескольких величин:

работы на объемную деформацию разрушаемых кусков материала;

работы на создание новых поверхностей, образуемых при уменьшении размера кусков;

работы на создание тепла, возникающего при работе дробильных машин и бесполезно теряемого в окружающее пространство.