НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ СЫРЬЯ – ЗАЛОГ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МУКОМОЛЬНО-КРУПЯНОЙ И КОМБИКОРМОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

, д. т.н., профессор, , к. т.н., доцент

КазНИИ зерна и продуктов его переработки, г. Астана, Казахстан

Одним из показателей качества, применяемых для контроля и оценки продукции мукомольно-крупяной и комбикормовой промышленности является крупность, характеризуемая содержанием сходовых и проходовых частиц при просеивании продукта через соответствующие сита. Этот показатель коррелирует со всеми другими показателями качества и является главным при оперативном контроле производства.

Особенность структуры зерна, состоящего из различных анатомических частей с различной степенью сопротивляемости дроблению, предопределяет сложность процесса измельчения, являющегося основой технологии мукомольно-крупяного и комбикормового производства.

Проблемам измельчения посвящены многие отечественные и зарубежные исследования. Однако до настоящего времени теоретические разработки не позволяют достаточно точно объяснить сложные явления, происходящие в процессе измельчения [ 1 ].

В условиях жесткой конкуренции, присущей рыночной экономике, с возрастанием энергетических потребностей и более рациональным использованием промышленного оборудования, в частности, дробильно-измельчающих машин, увеличились требования на размеры конструкций и машин, а также стали более жесткими условия их эксплуатации. В этой связи при разработке современных конструкций дробильно-измельчающих машин нами предлагается необходимость решения двух глобальных научных проблем.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Во-первых, исследование сущности явлений механики разрушения, что тесно связано с проблемами надежности.

Развитие науки о дефектоскопии позволило установить, что в деталях машин и аппаратов или элементах конструкции, а также измельчаемых образцах (частицах или кусках) материалов содержится значительное количество микроскопических дефектов (трещины, поры, дислокации и др.). Наличие таких дефектов в частицах или кусках измельчаемых материалов при условии деформации под действием внешней нагрузки приводит к их разрушению или разрыву, что является естественным явлением, происходящим при измельчении или помоле.

В то же время разработкой научно-теоретических основ закона эволюции трещин, пор, дислокации, микротрещин и др. дефектов, присутствующих как в частицах (кусках) измельчаемых материалов, так и в элементах конструкций дробильно-измельчающих машин, специально в Республике Казахстан и странах СНГ никто не занимался.

Во-вторых, совершенствование существующих научных гипотез об энергии дробления. Данная статья посвящена этой проблеме.

Суть проблем состоит в изучении и определении в общем виде связи между затратами энергии и характеристиками измельчаемых продуктов по крупности до и после размола. Предложенные гипотезы для частных случаев (например, для процессов измельчения в пищевой, мукомольной и комбикормовой промышленностей) не позволяют достаточно точно определять расчетным путем необходимые затраты энергии на дробление в зависимости от степени измельчения и физико-механических свойств исходного продукта [ 2, 3 ].

При измельчении рабочие органы машины преодолевают силы молекулярного сцепления частиц, в результате чего образуются новые поверхности, величина которых в процессе измельчения зависит от прочности измельчаемого материала, характера воздействия окружающей среды, а также от вида и схемы приложения механической нагрузки. Существующие основные гипотезы теории Кирпичева-Кика, Афанасьева-Риттингера, Бонда, Ребиндера, Танака и др. имеют преимущественно качественный характер, не учитывающий такого многообразия явлений, протекающих в измельчаемых материалах и не могут быть использованы для количественного описания конкретных процессов [ 3 ].

С другой стороны имеющиеся гипотезы, хотели авторы этого или нет, исходили из того, что прочность материалов является физической константой, хотя она может изменяться в интервале 103порядков и зависит от свойств материала, конструкции мельницы, состояния рабочих органов. Поэтому необходимые связи устанавливаются экспериментально с учетом свойств материала, заданной степени измельчения, вида и конструкции рабочих органов.

Согласно закону Риттингера (1867) удельная энергия Е, затраченная на дробление, пропорциональна вновь образовавшейся в результате дробления поверхности измельчаемого материала. Этот закон определяется равенством

( 1 )

где х1 и х2, - линейные размеры кусков исходных параметров и частиц

конечных продуктов измельчения; k - постоянная величина.

Предполагается, что закон Риттингера справедлив для хрупких веществ, имеющих плоскости распада и характеризующихся появлением новых трещин.

Когда дробление твердого материала при достижении определенного значения напряжения происходит сразу с образованием частиц одного класса независимо от исходного размера x1 объекта измельчения, справедлив закон Кика (1885)

( 2 )

Обе формулы ( 1 ) и (2 ) показывают, что бесконечно большие затраты удельной энергии достигаются только при дроблении тел до минимального предельного размера определяемый по технологическим соображениям, то есть х2 = х min при достижении которого дальнейшее дробление становится нецелесообразным (рис.2).

Эффективность

процесса

 

0 х1 х2=хmin крупность частиц

Рис.2 - Изменение эффективности измельчения в зависимости

от крупности частиц

В связи с этим, Т. Танака предложил следующий закон дробления

( 3 )

где S - удельная поверхность материала;

S∞- предельная поверхность, при достижении которой дробление практически прекращается.

Высказанные соображения позволили проф. (1992) предложить некоторую коррекцию законов Риттингера ( 1 ) и Кика Суть этой коррекции сводится к следующему. Законы ( 1 ) и ( 2 ) сформулированы на основе гипотезы о том, что затраты удельной энергии на дробление зависит только от линейных размеров предмета и продукта дробления, то есть E=f(x1, х2).

С учетом последнего утверждения, нами представляется более естественным считать удельную энергию, зависящей от отклонений линейных размеров (х1 и х2) от их минимального (хmin)значения. В таком случае законы Риттингера и Кика приобретают следующие виды

( 4 ) ( 5 )

где ∆х1 = х1- х min ; ∆х2= х2- х min ;

х min - минимальное значение крупности частиц

Из двух последних формул ( 4 ) и ( 5 ) видно, что с ростом х, удельная энергия разрушения возрастает со скоростью ve = k/x12 до значения k/x2 и не более. Вместе с тем, опыт показывает, что неограниченное количество увеличение линейного размера продукта измельчения требует неограниченного увеличения величины затрат удельной энергии дробления до размера х2= х min. По этой причине было бы разумно предложить такую формулу зависимости удельной энергии от размеров х1 и х2, которая отражала бы наличие линейных затрат энергоемкости. Среди таких математических зависимостей по нашему утверждению представляется более подходящей зависимость вида [ 2, 3].

, ( 6 )

которая и является новой научной гипотезой об энергии дробления.

где k* , а* , β* - параметры, зависящие от вида измельчаемого материала, их физико-

механических и прочностных характеристик, которые определяются

экспериментальным путем;

- поправка проф к существующей научной гипотезе.

Значения составляющих зависимости ( 6 ) колеблются в следующих диапазонах

( 8 )
 

( 7 )
 

По величинам параметров k*, а*, β* можно подобрать значения x1 и x2, при которых удельная энергия Е достигает минимума в диапазоне Этим самым появляется возможность разработки рекомендации наиболее рационального (эффективного) использования измельчающих машин конкретной целевой конструкции и методики их универсальной классификации.

ЛИТЕРАТУРА

1. , Остапчук теории и моделирования процессов измельчения пищевого сырья и кормов. Алматы, «Ѓылым»,1992, 224 с.

2. , Глебов зерна и продуктов его переработки. Алматы, «Мектеп», 1998, 177 с.

3. , Тлегенов эффективного измельчения и механики разрушения. Алматы, 2000, 107 с.