Все измельчители можно разделить на следующие основные группы: 1) колющего и разламывающего действия, 2) раздавливающего действия, 3) стирально-раздавливающего действия, 4) ударного действия, 5) резальные машины, 6) коллоидные измельчители. В основу этой классификации положен главный способ, которым измельчается материал в измельчители.
В литературе часто встречается классификация измельчителей по крупности получаемых частиц (дробилки крупного, среднего и мелкого дробления и мельницы тонкого и коллоидного измельчения). Недостатком такой классификации является отсутствие указания на способ измельчения, который является основой работы измельчителя, а также то, что дробилку одного и того же типа в зависимости от ее размеров можно отнести к дробилок крупного, среднего и мелкого дробления, то есть к разным классам. — Подрібнювальна техніка
Дробилки розколювальної и розламувальної действия. Эти дробилки оказались особенно эффективными при крупном и среднем измельчении. К ним относятся щековые и конусные дробилки.
Щековые дробилки можно использовать для измельчения горных пород, угля, известнякового камня, а также других строительных материалов. Схему щечной дробилки приведен на рис. 4.2. Рабочими элементами щековых дробилок являются две щеки: неподвижная 1 и подвижная 2, качающийся на оси 3. Щеки образуют пасть. Материал поступает в пасть сверху.
При сближении щек куски материала разрушаются, а при расхождении измельченный материал выпадает через нижнюю щель в пасти. Приводит в действие подвижную щеку шатун 5, соединенный с эксцентриковым валом 6. Шатун соединен шарнирно с подвижной щекой через распорные плиты 4. Тяга 9 и пружина 8 создают натяжение в движущейся системе и способствуют холостом ходу подвижной плиты. Ширину выпускной щели регулируют взаимным перемещением клиньев 7.
Основные достоинства щековых дробилок: простота и надежность конструкции, широкая зона применения, компактность и простота
обслуживание. К недостаткам следует отнести: периодический характер воздействия на материал (только при сближении щек) и неуравновешенность движущихся масс, что вызывает шум и вибрацию во время
дробление. Степень измельчения возрастает с увеличением угла захвата 
. Однако для того, чтобы куски материала не виштовхувались из дробилки под давлением щек, угол захвата не должен превышать двойного угла 
ртертя материала. Конечно = (15…22)°.
Конусные дробилки. В конусной (гіраційній) дробилке (рис. 4.3) материал измельчается непрерывным розчавлюванням его между двумя конусами. Внешний конус 4 неподвижно связан с рамой дробилки, а внутренний С закрепленный на валу 2. Вал підвишено вверху на шаровой опоре 1, которая жестко соединена с корпусом. Нижний конец вала эксцентрично закреплен в стакане 5, который приводится в движение через коническую зубчатую передачу. Во время вращения вала внутренний конус дробилки приближается к одной стороны неподвижному конусу, разрушая материал, а с другой стороны измельченный материал выпадает сквозь выходную щель, которая в это время расширяется. Следовательно, в отличие от щековых дробилок в конусной процесс разрушения материала и удаления его из зоны измельчения происходит непрерывно.
Дробилки роздавлювальної (розчавлювальної) действия. Основным способом измельчения в машинах этого типа является раздавливания материала между двумя рабочими поверхностями. При этом одна из поверхностей или обе должны быть подвижными. К наиболее распространенным в промышленности дробилок роздавлювальної действия относятся валковые дробилки. их используют для среднего и тонкого измельчения зерна на мельницах и крупорушках, солода на пивоваренных заводах, плодов и овощей на консервных заводах и т.д. Рабочей частью валковых дробилок служат горизонтальные валки, количество которых может быть разной. Простейшая дробилка имеет один валок, который вращается вокруг горизонтальной оси параллельно неподвижной рабочей щеке. В этом случае дробление происходит между неподвижной щекой и валком, который вращается. Однако чаще дробилки имеют пару или несколько пар валков. Парные валки вращаются навстречу друг другу и измельчение происходит между валками. Схему валкової дробилки изображен на рис. 4.4. Дробилка состоит из валков 2 и 3. Подшипники валка 3 неподвижны, а валка 2 — подвижные. Последние удерживаются с помощью пружины 1, что дает возможность валку 2 запаздывать, когда в дробилку попадают слишком крепкие посторонние предметы. Размер кусков продукта определяется шириной щели между валками.
Валковые дробилки компактны и надежны в работе. Гладкие валки для измельчения зерна имеют диаметр (250… 350) мм, скорость
Рис. 4.4. Схема вальцовых дробилки
вращения валков (2,5…5) м/сек. Для размола зерна используют валки с рифленой поверхностью. Рифлі образуют некоторый угол с образующей вала. Такие валки не только раздавливают, но и раскалывают материал. Размер кусков материала, поступающего на дробление, должно быть в (20…25) раз меньше диаметра гладких валков и в 10… 12) раз меньше диаметра рифленых валков. Дробилки розтирально-роздавлювальної действия. В машинах этого типа материал дробится комбинированно под действием прямого раздавливания с растиранием. Чтобы иметь розтиральний эффект, поверхности, которые раздавливают материал, должны в соответствующих точках иметь разность линейных скоростей движения. Это и предусмотрено во всех конструкциях дробилок розтиральної действия. К ним относятся жернова, бегуны и дисковые мельницы. Эти дробилки используют для мелкого и тонкого измельчения. Рассмотрим их действие подробнее на примере бегунов (рис. 4.5). В этой дробилке материал дробится под действием двух тяжелых катков 2, которые катятся по дну чаши 4, в которую загружают измельчаемый материал. Катки вращаются вокруг вертикальной оси 5 зубчатой передачей. Вокруг горизонтальных осей 3 катки вращаются благодаря трению между Цилиндрической поверхностью катков и материалом в чаше. Накочую-
Рис. 4.5. Схема бегунов
ясь на большие куски очень прочного материала, катки могут подниматься кривошипами 1, что предотвращает поломку машины.
До появления барабанных мельниц были очень распространенными дробилки во многих отраслях промышленности. Теперь их роль несколько уменьшилась, но там, где измельчают вяжущие материалы и дробление сочетается с перемешиванием, их еще используют.
Дробилки ударного действия. В этих дробилках материал дробится ударным нагрузкам, которое может возникнуть во время падения подрібнювальними органами в полете, столкновение в полете самих частей материала друг с другом. До дробилок ударного действия относятся молотковые, барабанные, дезинтеграторы.
Молотковые дробилки (рис. 4.6) применяют для дробление зерна, картофеля, солода, костей, шквари и других материалов. Рабочими органами дробилки служат молотки 1, свободно насаженные на стержни 2 дисков 3, смонтированных на валу 4. Во время вращения вала молотки становятся в радиальное положение и ударяют куски материала, который загружают в питатель. Материал выгружают через сито 5, величина отверстий которого определяет степень измельчения материала. Круговая скорость на концах молотков дробилки должна быть достаточной, чтобы обеспечить разрушение материала в момент удара. Во время дробление зерна она составляет (70…90) м/сек. Число оборотов ротора (вала с дисками) дробилки для зерна — 2100 об/хе, дробилки для костей — (2800…3000) об/мин. Производительность молотковых дробилок определяют экспериментально.
Мощность на валу молотковой дробилки можно приближенно вычислить по эмпирической формуле
N=(0,1-0,15)iQ,kBm.
Барабанные мельницы (рис. 4.7) широко используют для тонкого помола материалов для многотонных производств угля, цемента, и др. Рабочими элементами этих мельниц является защищенный бронированными плитами барабан 2 и загруженные в него измельчительний органы 4 (шары, стержни, морская галька и т.д.). Во время вращения барабана тела центробежной силой прижимаются к его стенке, поднимаются на некоторую высоту, а затем падают или скатываются вниз. Если в барабане будет находиться подрібнювальний материал, то перемелювальні органы измельчат его биением при падении, раздавливанием и растиранием во время скатывания.
Подается материал в мельницу и выводится из него через полые цапфы барабана и 1. Перемещается материал под действием разности его уровней на входе и выходе, а также под действием вращения барабана. Измельченный материал выгружается через цапфу 1 под действием собственного веса или с потоком воздуха, висмоктуваного вентилятором.
Резальные машины применяются для измельчения полимеров, свеклы, моркови, картофеля, мяса, трав. Во время резки уменьшается их суммарная поверхность, которая активно участвует в следующих массо-обменных процессах, меняются свойства обрабатываемой продукции. Рабочим органом в резательных машинах есть чем. Ножам в риза-
Рис. 4.7. Схема барабанной мельницы
ных машинах оказывают вращательного, поступательного, возвратно-поступательного, планетарного и вибрирующего движения. По степени измельчения резки может быть крупным, средним, мелким и тонким. В режущих машинах применяют дисковые, серповидніе и прямоугольные ножи. Если рабочая кромка ножа имеет зубчатую форму, ножи называют пилами. Наибольшее распространение в промышленности получили дисковые и центробежные різалки, волчки и куттерах.
На рис. 4.8. изображены схемы многодисковых машин для резки мяса и мясопродуктов. Салорізка (рис. 4.8, а), предназначена для предварительного измельчения жира-сырца, состоит из корпуса 7, загрузочного бункера 4 и двух параллельных валов С и 5. На первом закреплены дисковые ножи 2 с промежуточными шайбами 1 и по-тягувальними гайками; на втором — полый барабан б с кольцевыми рівчаками для лезвий ножей.
Рис. 4.8. Схема многодисковых режущих машин
Круговая скорость ножей во много раз больше окружной скорости барабана, который служит питателем. Эта разница скоростей обеспечивает перерізування сырья. Для очистки рабочих поверхностей от прилипших кусочков сырья установлены скребки.
Многодисковые м’ясорізки (рис. 4.8, б) используют для разрезания кусков мяса на полосы определенной ширины. В корпусе 1 с загрузочным бункером смонтированы вал с дисковыми ножами 2 и направляющий гребень 4. Если многодисковые машины измельчают мясо, которое подает транспортер 2 (рис. 4.8, в), то в них монтируют штаба 1, которая не дает возможности мясу выноситься ножами.
Волчки предназначены для измельчения мяса, хлеба, картофеля и других продуктов. В большинстве этих машин предусмотрена механизированная подача сырья. Конструкцию промышленных волчков заимствовано от бытовых мясорубок, только увеличены геометрические размеры рабочих органов. За основную характеристику волчка принимают диаметр дисковой сетки: для промышленных типов — (80..300) мм\ число оборотов червяка (100…200) по 1 мин для тихоходных, (200…300) для средних и более 300 для быстроходных машин.
Куттерах предназначены для измельчения мяса и мясопродуктов, превращения их в однородную массу определенных структурно-механических свойств. Мясо в кутерах измельчается серповидными и прямыми ножами, установленными комплектно на одном, двух или четырех валах, причем одинарные ножи погружаются в продукцию, предварительно поданной в резервуар (чашу, барабан, желоб и тому подобное).
Перемешивание
Перемешиванием называют процесс взаимопроникновения и распределения частиц одного вещества в другом в результате их свободного и вынужденного относительного движения. Свободное перемещение может происходить в результате молекулярной диффузии, разности плотностей или температур в различных слоях жидкости или под воздействием нескольких из этих факторов одновременно. Во время молекулярной диффузии вещество перемещается в том направлении, где концентрация ее меньше, и таким образом будет выравниваться концентрация во всем объеме. Это явление объясняется тем, что молекулы веществ находятся в постоянном движении, наталкиваются друг на друга и меняют направление движения. Они пытаются двигаться туда, где меньше столкновений, то есть в ту сторону, где меньше концентрация вещества. Молекулярная диффузия всегда ведет к медленному перемешиванию.
На практике целесообразнее применить перемешивание за счет переноса элементарных частиц одной жидкости в другую в процессе турбулентной диффузии во время вынужденного движения компонентов перемешиваются.
Перемешивании системы могут быть либо жидкостями или сыпучими веществами, причем могут перемешиваться как вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, например, две или более жидкостей, так и в разном — жидкости и твердые тела и т.д.
Жидкости подразделяют на сжимаемые (газы) и нестискувані (капельные). При этом среди собственно жидкостей различают ньютонівські (то есть такие, в которых в ламінарній течения существует прямая пропорциональность между коэффициентом трения и градиентом скорости) и не ньютонівські (пасты и тестообразные тела). Движение газов и ньютоновских капельных жидкостей описывается одинаковыми законами, которые, однако, не применяют для описания течения неньютоновских жидкостей. Законы движения твердых сыпучих масс отличаются от двух предыдущих.
В различных отраслях промышленности перемешивание материалов применяют с целью: равномерного распределения одной фазы в другой; поддержания дисперсной фазы во взвешенном состоянии; увеличение и обновление поверхности контакта между компонентами системы, которые реагируют, для ускорения химических и физико-химических процессов; создание организованного потока жидкости вдоль поверхности теплопередачи для интенсификации теплоотдачи; подогрев жидкой системы в случае подачи в нее острого пара; проведения физико-химических процессов, например процессов сатурации, кристаллизации; проведение оксидаційних процессов при подачи в систему воздуха или кислорода и т.и.; получение суспензий, эмульсий, и тому подобное; интенсификации биохимических, химических и других процессов.
Перемешивание осуществляется либо в специальных аппаратах, которые называют смесителями, или непосредственно в аппаратах, где происходят процессы массо — или теплообмена, биохимические, химические и др. Такие аппараты имеют соответствующие устройства для перемешивания — мешалки или перегрібачі. В зависимости от способа перемешивания и технологических требований к проведению процесса соответственно отличаются конструктивно и мешалки.
Мешалки для перемешивания газов и жидкостей во время транспортировки их в трубах. В этом случае самым простым устройством является Y-образное соединение труб, по которым подводят газы или жидкости в общий трубопровод. Целесообразность применения перемешивания в трубопроводе обусловлена дешевизной и простотой этого способа.
При достаточной длине трубопровода и скорости движения компонентов обеспечивается хорошее перемешивание. Для увеличения местной турбулентности в трубопровод монтируют вставки (перегородки) различного профиля, которые должны обтекать газ или жидкость.
Чаще для перемешивания жидкостей в трубопроводе применяют инжекторный способ. При этом один компонент подают через сопло по оси трубопровода, по которому течет второй компонент. Эффективность перемешивания в таких устройствах можно повысить, монтирующие простые винтовые вставки. Инжектор также можно использовать для подачи одной из жидкостей в трубопровод.
Перемешивание в сосудах осуществляют, применяя соответствующие перемішувальні устройства, устанавливаемые внутри этих сосудов. К простейшим устройствам такого типа относятся сопла. их применяют для перемешивания нескольких газов, а также для смешивания жидкостей с газом или пылевидных веществ. У сопли есть узкое устье (выход), сквозь которое газ или жидкость поступает в пространство, заполненное другим газом или жидкостью. Сопло можно установить также в широкой трубе, открытой или с отверстиями со стороны, противоположной направлению потока газа или жидкости. Сквозь эти отверстия газ, который поступает в трубу через сопло, подсасывает из окружающего пространства другой газ (чаще всего воздух). Простейшим примером такого устройства может быть бун-зенівський горелка. Так же, как в случае смешения газов, можно разбрызгивать жидкость, которую подают в сопло под давлением (0,1…25) МПа). Для улучшения рассеивания жидкости в пространстве, заполненном газом, перед устьем сопла устанавливают спиральную насадку, которая придает жидкости вращательного движения.
Разбрызгивание жидкости в воздухе (газе) чаще всего применяют во время обработки воды в сорбционных процессах. В случае необходимости более эффективного перемешивания жидкой смеси применяют простое устройство для циркуляционного перемешивания, который состоит из всасывающей трубы, расположенной у дна сосуда, насоса и нагнетательной трубы, которая подает поток к поверхности жидкости в аппарате, например через розбризкувальну головку над уровнем жидкости.
В дисковых, конусных и шариковых мешалках рабочим органом является соответственно диск, полый конус и шар, которые вращаются на оси. В вибрационных мешалках рабочий орган — это плоский перфорированный диск, закрепленный на валу, перемещается то вверх, то вниз. Направление потока жидкости обеспечивают профилированные отверстия в диске. Энергетически эти смесители очень экономичны, пригодны для пе-
ремішування жидких смесей и суспензий. Особенно целесообразно их использовать в аппаратах, работающих под давлением, поскольку вал, который движется в вертикальном направлении, уплотнить значительно легче, чем вращающийся. Мешалки этого типа можно использовать как эмульгаторы или збивалки. По сравнению с вращающимися мешалками, действие которых определяется до некоторой степени также трением жидкости о стенки сосуда, их преимущество в том, что они создают вертикальный знакопеременный движение частиц, при котором нет потребности как-то направить движение потока. К тому же в случае вибрационного перемешивания не образуется лійкоподібна углубление. Время, необходимое для растворения, гомогенизации или диспергирования, при вибрационном перемешивании существенно сокращается. Поверхность перемішувальної жидкости, если мешалку установлено правильно, даже при значительных амплитудах колебания остается спокойной и ровной; нет ни аэрографа, ни повышенного испарения с поверхности. Из конструктивного стороны мешалки ограничиваются длиной вала, которая не должна превышать 2,5 м.
Рис. 4.9. Перемішувальні устройства для сыпучих и пластичных тел: а — лопастной смеситель; б — пнековип; в — пнековип с подвижной осью (перегрібач); г — смеситель ударного типа; д — барабанный
На рис. 4.9. приведены специальные типы перемешивающих устройств, которые используют для перемешивания сыпучих и пластичных тел. Строение и принципы действия каждого из них понятны из рисунка, а назначение обусловлено конструктивными особенностями. Некоторые из них, где рабочим органом является шнек, одновременно перемешивают материал и транспортируют его.