rozdrabnianie

ZAKŁAD TECHNIKI
WODNO-MUŁOWEJ
I UTYLIZACJI ODPADÓW
INSTRUKCJA DO LABORATORIUM
INŻYNIERIA PORCESOWA
ROZDRABIANIE
BADANIE WPŁYWU CZASU ROZDRABIANIA
KOSZALIN 2016
INŻYNIERIA PROCESOWA
ROZDRABIANIE
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU
W większości przypadków schematy technologiczne operacji przeróbczych
wymagają zmniejszenia wymiaru ziaren materiału surowego, wynikające z charakterystyki technologicznej tego materiału lub też wynika ono z wymagań odbiorców stawianych dla uziarnienia końcowych produktów procesów przeróbczych. Rozdrabianie
polega na podzieleniu ciała stałego na mniejsze części, przez miejscowe zniszczenie
spójności międzycząsteczkowej wskutek działania sił zewnętrznych. Skuteczność i
praca rozdrabiania zależy przede wszystkim od stopnia niejednorodności wewnętrznej budowy materiału rozdrabianego, w mniejszej natomiast mierze od twardości poszczególnych minerałów wchodzących w skład tego materiału. Przy minerałach krystalicznych ważnym parametrem jest również łupliwość. Rozdrabianie jest jednym z
najbardziej kosztownych procesów przeróbczych zarówno pod względem zużycia
energii napędowej, jak i pod względem kosztów napraw części wymiennych. Dlatego
należy pamiętać aby nie rozdrabiać nic co zbędne.
Sposoby rozdrabiania






Przy rozdrabianiu wykorzystuje się następujące sposoby działania fizycznego:
zgniatanie,
ścinanie,
ścieranie,
uderzanie,
zginanie (łamanie),
rozrywanie.
O wyborze sposobu rozdrabiania decyduje charakter materiału wyjściowego:
materiał bardzo twardy rozdrabia się najlepiej przez zgniatanie (klasy grubsze) lub
przez uderzanie (klasy najdrobniejsze), materiał kruchy przez ścinanie lub uderzanie,
materiał zawierający składniki lepkie i materiał wilgotny przez zgniatanie w połączeniu ze ścieraniem. Natomiast materiały plastyczne jak np. tłuste gliny rozdrabia się
przez skrobanie i cięcie. W zależności od największych wymiarów ziaren rozróżnia
się rozdrabianie:
 grube (50–100 mm),
 średnie (10–25 mm),
 drobne (2–5 mm),
 miałkie (poniżej 2 mm).
Rozdrabianie grube, średnie i drobne określa się zwykle nazwą kruszenia,
przy czym w urządzeniach do kruszenia, tj. kruszarkach wszystkie podane działania
fizyczne występują przeważnie łącznie, a od rodzaju kruszarki zależy, które działania
przeważą.
Rozdrabianie miałkie, polegające na sproszkowaniu materiału wyjściowego,
w tzw. młynach przez uderzanie, zgniatanie i ścinanie nazywa się mieleniem.
Wskaźniki technologiczne oceny wyników rozdrabiania
Wskaźniki technologiczne oceny wyników rozdrabiania można podzielić na
następujące grupy:
1. wskaźniki określające zmiany najważniejszych własności materiału w procesach
rozdrabiania,
2. wskaźniki oceny jakości produktu rozdrabiania,
3. wskaźniki charakteryzujące procesy pod względem wydajności bądź zużycia
energii.
2
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
INŻYNIERIA PROCESOWA
ROZDRABIANIE
Do wskaźników pierwszej grupy należy stopień rozdrabiania S. Jest to bezwymiarowy wskaźnik określający krotność pomniejszania wielkości ziaren rozdrabianego materiału w danym procesie rozdrabiania.
S
d(r n )
d(r p )
(1)
gdzie:
d(r n ) - wielkość ziarna reprezentatywnego nadawy,

d(r p ) - wielkość ziarna reprezentatywnego produktu.

W zależności od sposobu określenia wielkości d(r n ) i d(r p ) rozróżnia się kilka rodzajów stopni rozdrabiania. Do ważniejszych należą:
 stopień średni,
 stopień graniczny,
 stopień n-procentowy.
Średni stopień rozdrabiania oparty jest na wielkościach reprezentatywnych
ziaren nadawy i produktu określonych jako średnie ważone średnich ziaren poszczególnych klas ziarnowych:
n
d 
( j)
r
 d
i 1
i i
100
; j  p, n
(2)
gdzie:
 i - wychód i-tej klasy ziarnowej,

di - średnia wielkość ziarna tej klasy, określona jako średnia arytmetyczna wiel
kości granicznych,
 p – produkt,
 n – nadawa.
Jeżeli stopień rozdrabiania może być obliczony z niniejsza dokładnością,
przyjmuje się za d(r n ) i d(r p ) pewne wielkości zastępcze dz, odczytywane z krzywych
składu ziarnowego nadawy i produktu rozdrabiania. Gdy za d z przyjmiemy maksyn)
p)
malne ziarna nadawy d(max
i d(max
, wówczas obliczony przy ich pomocy stopień rozn)
p)
drabiania nosi nazwę stopnia granicznego. Wartości d(max
i d(max
można również wyznaczyć pobierając po kilka największych ziaren z nadawy i produktu kruszenia, a
następnie obliczyć ich średni wymiar liniowy wg wzoru:
n
( j)
max
d

d
i 1
n
i
; j  p, n
(3)
W przypadku ziaren o nieregularnych kształtach i znacznych różnicach pomiędzy wymiarami pomierzonymi w układzie trzech osi układu prostokątnego, mierzy
się wymiary ziarna a, b, c i oblicza wymiar średni wzorem:
j)
d(max
 3 a  b  c ; j  p, n
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
(4)
3
INŻYNIERIA PROCESOWA
ROZDRABIANIE
Ponieważ maksymalne ziarna z reguły najsłabiej odzwierciedlają właściwości
ziaren rozpatrywanego zbioru, a ponadto wielkości ich wyznacza się na ogół przez
ekstrapolację krzywych składu ziarnowego,. dlatego częściej stosuje się jako ziarna
zastępcze dz tzw. ziarna n-procentowe dn. Iloraz d(nn ) i d(np ) daje nam wówczas nprocentowy stopień rozdrabiania. Jest to stosunek teoretycznego wymiaru kwadratowych otworów sita, przez które przesiewa się n-procent całego materiału wyjściowego, do teoretycznego wymiaru kwadratowych otworów sita, przez które przesiewa
się 80% całego produktu.
d(n )
(5)
Sn  (np )
dn
Wartości d(nn ) i d(np ) odczytuje się z wykresu krzywych składu ziarnowego
nadawy i produktu kruszenia. Najczęściej stosowany (zwłaszcza w literaturze zachodnioeuropejskiej i amerykańskiej) jest 80-procentowy stopień rozdrabiania.
Do rzadziej stosowanych wskaźników należy stopień wzrostu powierzchni,
który określony jest wzorem:
p( p )
(6)
Sp  (n)
p
p( p ) , p(n ) - powierzchnie właściwe nadawy i produktu.

Spośród wskaźników drugiej grupy często stosowany w praktyce jest tzw.
uzysk granulometryczny. Jest to udział ciężarowy w produkcie rozdrabiania takiej
klasy ziarnowej, w którą chcielibyśmy przeprowadzić cały rozdrabiany materiał.
Uzysk granulometryczny odczytuje się bezpośrednio z krzywej składu ziarnowego.
Do wskaźników trzeciej grupy należy wydajność urządzenia rozdrabiającego.
Jest to ilość materiału jaką może rozdrobić dane urządzenie w pewnych ustalonych
warunkach pracy. Wydajność podawana jest zwykle w t/h (Mg/h). Praktyka projektowa wymaga ściślejszego sprecyzowania tego pojęcia. Stąd w literaturze spotyka się
kilka określeń wydajności: teoretyczna, techniczna, znamionowa (grawitacyjna),
praktyczna, względna, itp.
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
Cel i zakres ćwiczeń
Celem ćwiczenia jest analiza wpływu czasu rozdrabiania na stopień rozdrabiania.
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
Analiza sitowa surowego materiału:
1. Zestawić w układzie nadsobnym sita o średnicy oczek:
 6,30 mm,
 4,00 mm,
 2,00 mm,
 1,25 mm,
 0,50 mm,
 0,315 mm.
2. Wstrząsać 40 g materiału surowego przez 3 minuty.
3. Zebrać poszczególne frakcje, zważyć i zanotować.
4
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
INŻYNIERIA PROCESOWA
ROZDRABIANIE
Analiza sitowa rozdrobionego materiału:
1. Przygotować 40 g surowego materiału.
2. Rozdrobnić przygotowaną porcję w młynku krzyżowym w czasie 5 s.
3. Rozdrobniony materiał zsypać na sita ustawione w układzie nadsobnym o następujących średnicach oczek:
 4,000 mm,
 2,000 mm,
 1,250 mm,
 0,500 mm,
 0,315 mm,
 0,125 mm.
4. Wstrząsać przez 3 minuty.
5. Zebrać poszczególne frakcje i zważyć.
6. Powtórzyć punkty od 1 do 5 dla czasu rozdrabniania 10 i 20 sekund.
Sposób opracowania ćwiczenia
1. Wyniki doświadczeń zestawić w tabelach:
Tabela 1. Analiza sitowa surowego materiału
KLASA
ZIARNOWA
d
[mm]
MASA
FRAKCJI
q
[g]
WYCHÓD

[%]
SUMA
WYCHODU

[%]
…
…
…
…
Tabela 2. Analiza sitowa produktów rozdrabiania w zależności od czasu rozdrabiania
CZAS
ROZDRABIANIA
t
[s]
KLASA
MASA
MASA
SUMA
WYCHÓD
ZIARNOWA FRAKCJI NADAWY
WYCHODU
d
Q
q


[mm]
[g]
[g]
[%]
[%]
5
10
20
2. Narysować krzywe składu ziarnowego surowca i rozdrobnionych materiałów.
3. Wyznaczyć średnice reprezentatywne nadawy i trzech produktów według wzoru (2) a następnie za pomocą wzoru (1) obliczyć średni stopień rozdrabiania S
dla poszczególnych czasów t rozdrabiania.
4. Uzyskaną zależność S=f(t) przedstawić na wykresie.
5. Opisać uzyskane zależności oraz wnioski wynikające z przeprowadzonego
ćwiczenia.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
5
INŻYNIERIA PROCESOWA
ROZDRABIANIE
LITERATURA
[1]. Piecuch T.: Utylizacja odpadów przemysłowych. Podręcznik Politechniki Koszalińskiej, Wydanie 2, 2000.
[2]. Blaschke J.: Procesy technologiczne w przeróbce kopalin użytecznych, skrypt
uczelniany nr 1058 AGH Kraków, 1987.
6
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW