С развитием наноиндустрии процессы тонкого и сверхтонкого измельчения стали занимать значительную долю в общем объеме производства (на их осуществление затрачивается 10% всей вырабатываемой в мире энергии) [1,2,3]. Поэтому интенсификация мельниц тонкого и сверхтонкого измельчения является одной из самых актуальных научных и практических проблем, от которой зависит развитие важнейших отраслей промышленности. Решается эта проблема в направлении создание новых более эффективных и экономичных способов измельчения и формирования диспергирующего усилия, использующих нетрадиционные виды энергии [4,5]. Причем в связи с особенностями развития теории измельчения в каждой из отраслей промышленности создаются мельницы применительно к собственным нуждам, со «своей» теорией и «своей» классификацией. В этой связи появились самостоятельные направления, разрабатывающие механоактиваторы для материалов в строительной, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Между тем, такой подход к решению проблемы является нецелесообразным. Так, задачи диспергирования рассматриваются в них с единых позиций, имеющих общую цель – повышение качества и снижение энергоемкости продукции. В связи с однотипностью сырьевых материалов, подлежащих переработке, в этих областях часто проводятся параллельные исследования с конечными результатами, дублирующими или взаимно дополняющими друг друга. Используемое в них оборудование построено на аналогичных принципах действия и его выбор осуществляется по классификациям, заимствованным в большинстве случаев из других производств.
Целью исследования является разработка универсальной классификации электромагнитных механоактиваторов.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования является причинно-следственная взаимосвязь между конструктивными особенностями и целевым назначением ЭММА.
Результаты исследования и их обсуждение
Всесторонний анализ механоактиваторов и их классификаций показал, что основным критерием, определяющим одновременно их технико-экономические показатели и основные различия, является способ передачи энергии к частицам обрабатываемого материала или способ формирования диспергирующего усилия [6,7].
Способ создания диспергирующего усилия определяет механизм, стадии и степень преобразования подводимой к механоактиватору внешней энергии в энергию разрушения материалов, позволяет установить виды и интенсивность механических воздействий, а также области применения мельниц и тип обрабатываемого в них продукта. Этот признак использован при создании классификации механоактиваторов для тонкого диспергирования, оценке технико-экономических показателей, выявлении тенденций развития и направлений интенсификации. От этого признака зависит механизм воздействия рабочих органов на обрабатываемый продукт, что в свою очередь определяет принцип действия мельниц, их конструкцию и способ измельчения материалов [8,9,10].
Классификация ЭММА позволяет осуществлять выбор аппаратов для обработки продуктов различного целевого назначения в зависимости от их прочностных свойств и консистенции, технологических условий переработки сырья и полуфабрикатов в готовую продукцию [11,12], а также объемов производства и выходных параметров процесса помола (таблица).
Для проведения раздельных и совмещенных средних и тонких стадий диспергирования материалов средней твердости и мягких продуктов различной консистенции (вязкой, жидкой, сухой порошкообразной) целесообразно использовать конструкции аппаратов первой группы – ЭММА цилиндрического исполнения. Эта группа мельниц является наиболее распространенной, имеет широкую область применения и отличается универсальностью. Цилиндрические ЭММА могут быть внедрены в производственные линии промышленных предприятий, не нарушая технологических схем переработки сырья в готовую продукцию (на кондитерских фабриках и пищеконцентратных комбинатах), а также использованы на малых предприятиях, специализирующихся на выпуске небольших партий готовых изделий (в микропекарнях, аптеках и т.д.). Применение ЭММА на химических и фармацевтических предприятиях целесообразно при производстве препаратов, качественные показатели которых регламентированы стандартом, контролирующим степень измельчения частиц твердой фазы и их распределение по фракционному составу.
Технологическое назначение ЭММА
|
Показатели |
Группа 1 (цилиндрические) |
Группа 2 (дисковые) |
Группа 3 (унифицированные) |
|
Стадии диспергирования |
Средняя, тонкая, средне – тонкая |
Тонкая, коллоидная, тонкая, сверхтонкая |
Средняя, тонкая, сверхтонкая, средне-тонкая, тонкая-коллоидная |
|
Показатели |
Группа 1 (цилиндрические) |
Группа 2 (дисковые) |
Группа 3 (унифицированные) |
|
Тип материала |
Средней твердости, мягкие, вязкие, жидкие, сухие порошкообразные |
Высокопрочные, твердые скалывающиеся, твердые хрупкие, сухие порошкообразные |
Частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде: твердые скалывающиеся, хрупкие, средней твердости, упругие мягкие |
|
Сопутствующие процессы |
Перемешивание, пластификация, тепловая обработка, возможна аэрация |
Перемешивание |
Обработка продукта в тонком слое, перемешивание, гомогенизация |
|
Области применения |
поточно-механизированные линии на предприятиях перерабатывающей промышленности. Малые предприятия (микропекарни, аптеки и т.д.), специализирующиеся на выпуске небольших партий изделий широкого ассортимента |
Линии производства средней и малой производительности. В сельском хозяйстве рекомендуются для измельчения костей, виноградных косточек, специй и т.д. Перспективны для порошковой металлургии |
Переработка сельскохозяйственного сырья на предприятиях, специализирующихся на выпуске продуктов детского и диетического питания, лекарственных препаратов и косметических средств |
|
Технологические особенности |
Обеспечивают научно-обоснованную технологию указанных типов продуктов |
||
|
Обработка многокомпонентных смесей. Получение продукта со стандартизованным фракционным составом |
Обработка высокопрочных материалов без процесса намола. Получение продукта в оптимальном диапазоне дисперсности |
Разрушение микробных и растительных клеток с извлечением ферментов, белков и т.д.Улучшение сенсорных показателей пищевых продуктов и увеличение стойкости масел |
|
Дисковые ЭММА (механоактиваторы второй группы) наиболее предпочтительны при переработке материалов высокой прочности (твердых скалывающихся, твердых хрупких), имеющих порошкообразную сыпучую консистенцию. Их рекомендуется использовать в линиях производства средней и малой производительности для получения тонкого и сверхтонкого продукта в узком диапазоне дисперсности. Рационально применение ЭММА второй группы в агропромышленных комплексах для измельчения костей, виноградных косточек, специй, удобрений и другого сельскохозяйственного сырья. Подгруппа многодисковых аппаратов представляет новый перспективный тип мельниц для предприятий металлургической промышленности. С их помощью может быть решена одна из наиболее актуальных современных проблем порошковой металлургии – рациональное использование отходов сырьевых материалов.
ЭММА третьей группы предназначены для измельчения дисперсной фазы в дисперсионной среде при одновременном перемешивании и гомогенизации технологических сред. Они реализуют способ обработки материалов в тонком слое и позволяют осуществлять как раздельные, так и совмещенные стадии среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения частиц с различными свойствами: твердых скалывающихся, хрупких, средней твердости, упругих мягких. Рекомендуются для использования на предприятиях, специализирующихся на выпуске продуктов детского и диетического питания, лекарственных препаратов и косметических средств.
Заключение
На основании анализа теоретических исследований и практического опыта работы разработана классификация ЭММА, позволяющая осуществлять выбор аппаратов для обработки продуктов различного целевого назначения в зависимости от их прочностных свойств и консистенции, технологических условий переработки сырья и полуфабрикатов в готовую продукцию, а также объемов производства и выходных параметров процесса помола. Практическая значимость классификации и правомерность ее использования при выборе механоактиватора, отвечающего требованиям производства, подтверждена промышленными испытаниями отдельных конструкций ЭММА на предприятиях перерабатывающей промышленности АПК.