Дипломная работа: Теоретические основы измельчения твердых тел
Тогда при одинаковой крупности кусков исходного материала получим для различной степени дробления:
І1
А1 dн І1
= 
= (6)
А2 І2 І2
dн
т. е. работа, затрачиваемая на дробление, пропорциональна степени измельчения маиериала.
Несмотря на то, что обе теории не отражают в полной мере всех явлений, происходящих при дроблении, исследования В. А. Баумана показали, что теория Кирпичева хорошо согласуется с опытными данными при крупном и среднем дроблении, осуществляемом главным образом раздавливанием и ударом. Поверхностная теория более соответствует процессам мелкого дробления и тонкого измельчения, связанным с истиранием и иногда с раскалыванием материала.
Таким образом, обе гипотезы близки в определенной степени к истине и, следовательно, дополняют друг друга. Это нашло отражение в единой теории дробления, предложенной П. А. Ребиндером.
По Ребиндеру, работа, затрачиваемая на дробление, в общем случае равна сумме двух слагаемых:
А=σΔF+kΔV (7)
Первый член данного выражения представляет собой энергию, расходуемая на образование новых поверхностей при разрушении твердого тела. Эта энергия равна удельной поверхностной энергии σ (приходящейся на единицу поверхности тела), умноженной на поверхность ΔF, образующуюся при разрушении. Второй член уравнения выражает энергию деформации. Она равна работе k упругой (и пластической) деформации на единицу объема твердого тела, умноженной на часть объёма тела ΔV, подвергшуюся деформации.
Уравнение (7) является частным случаем закона сохранения энергии, согласно которому процесс дробления характеризуется переходом одного вида энергии твердого тела в другой. До разрушения тело обладает потенциальной энергией, т. е. находится под действием внешних сил в состоянии упругой деформации. В результате разрушения потенциальная энергия переходит в кинетическую, причем энергия деформации превращается в тепло и рассеивается в окружающую среду.
При крупном дроблении величина вновь образующейся поверхности, в следствии больших размеров исходного материала, сравнительно невелика. Поэтому в данном случае второй член kΔV уравнения (7) значительно превышает первый член σΔF и расход энергии на дробление приблизительно пропорционален обыему твердого тела.
При тонком измельчении вновь образующаяся поверхность очень велика, поэтому в уравнении (7), описывающем этот процесс, первый член во много раз больше второго. В связи с этим расход энергии на измельчение приблизительно пропорционален вновь образовавшейся поверхности.
Теория Ребиндера хорошо согласуется с опытом, а описанные выше объемная и поверхностная теории основываются на ней и могут рассматриваться как частные случаи. (Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Изд – во хим. Лит – ры, 19682. С.51 – 54)
Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводительных 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 зоны помола.
Фактический расход энергии на измельчение определяется экспериментальным путем с учетом свойств материала и степени измельчения.
Все измельчители применительно к условиям фармацевтического производства можно разделить на
1. машины для предварительного измельчения;
2. машины для окончательного измельчения.
В новейших отечественных руководствах измельчители предпочитают классифицировать по способам измельчения. В этом случае все измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно условно разделить на следующие группы:
1. Изрезывающего и распиливающего действий (траворезки-соломорезки, корнерезки, машины с дисковыми пилами).
2. Раскалывающего и разламывающего действий (щековые дробилки).
3. Раздавливающего действия (гладковалковые дробилки – вальцовые мельницы, валковые дробилки с нарезной рифленой поверхностью).
4. Истирающе – раздавливающего действия (дисковые мельницы – эксцельсиор).
5. удоарлного действия (молотковые мельницы, дезинтеграторы, дисмембраторы, струйные мельницы).
6. Ударно – истирающего действия (шаровые мельницы, вибромельницы).
7. Коллоидные измельчители (струйные, вибрационные).
Для крупного дробления применяют щековые и конусные дробилки, в которых материал с размером кусков не более 1500 мм измельчается под действием на него в основном раздавливающих и раскалывающих усилий до кусков размером около трехсот ста мм.
После крупного дробления материал подвергают в случае необходимости измельчению в дробилках среднего и мелкого дроблений, в которых измельчение осуществляется приблизительно от 100 мм (размер наиболее крупных кусков исходного материала) до 10 – 12 мм. Для среднего и мелкого дроблений используют валковые и ударно – центробежные мнльницы.
Для тонкого измельчения от кусков с размером 10 – 12 мм до частиц размером 2 – 0,0075 мм применяют барабанные и кольцевые мельницы. В них материал измельчается под одновременным действием раздавливающих, ударных и истирающих усилий.