15 Mletí. I Základní vztahy a definice. Oldřich Holeček (aktualizace v roce 2014 Michal Přibyl & Marek Schöngut)

Transkript

1 15 Mletí Oldřch Holeče (atualzace v roce 2014 Mchal Přbyl & Mare Schöngut) I Záladní vztahy a defnce I.1 Úvod Rychlost mnoha chemcých a fyzálních procesů závsí na velost mezfázového povrchu. Je-l v nch zúčastněna pevná fáze, zvětšueme často eí povrch rozmělňováním. Rozmělňováním rozumíme zmenšování rozměrů tuhých částc, tím se zvětší celový povrch materálu a změní rozdělení velost částc (granulometrcé složení). V chemcém a hutním průmyslu e rozmělňování často edna z nenáladněších operací, neboť se př ní spotřebue mnoho eletrcé energe. Proto volba vhodného rozmělňovacího zařízení e závažnou úlohou. Vzhledem tomu, že dosavadní znalost o povaze procesu sou převážně emprcé povahy, lze pro daný případ zvolt vhodný drtč nebo mlýn edně na záladě mlecích pousů. Závěry z těchto pousů mohou osvětlt vlv různých fatorů na průběh a výsledy rozmělňování, a tím na eho hospodárnost. Mlecí pousy v laboratoř se prováděí na ulovém mlýnu. Kulových mlýnů se používá emnému rozmělňování. Podobně ao v ostatních rozmělňovacích zařízeních dochází tu mlecímu účnu ombnací v podstatě tří fatorů: tlau, nárazu a roztírání. Otáčeící se plášť předává svů moment vrstvě oulí, terá e s ním ve styu. Tyto oule sou vynášeny až do určté výšy a pa se sutáleí (otáčí-l se mlýn pomalu), nebo sou vymrštěny a dopadnou do spodní část mlýna. Pohyb vněší vrstvy se přenáší dále do vntřních vrstev oulí, taže vlastně oule cruluí olem určté osy rovnoběžné s osou mlýna. Jestlže se frevence otáčení mlýna zvyšue, dochází naonec tomu, že odstředvá síla působící na oule e větší než síla tíže a mlýn přestane fungovat. Provozní frevence otáčení se proto volí nžší než tato rtcá frevence otáčení. Vztah pro přblžný výpočet rtcé frevence otáčení snadno odvodíme následuící úvahou. Nechť průměr oulí e zanedbatelný ve srovnání s průměrem mlýna, pa těžště oulí leží přímo na plášt mlýna. Krtcá hodnota frevence bude ta, př níž odstředvá síla právě zabrání pádu oule v nevyšším bodě eí dráhy, de vetory síly tíže a odstředvé síly leží v téže přímce a sou opačného smyslu. Je-l vntřní průměr pláště mlýna d, hmotnost oule m,f t a F o vetor síly tíže a odstředvé síly, platí F t = - m g (15-1) F o = 2 m d / 2 (15-2) de e úhlová frevence, terá souvsí s frevencí otáčení f vztahem = 2 f (15-3) Protože př rtcé frevenc otáčení f r platí F t + F o = 0 (15-4) dostaneme ombnací vztahů (15-1) až (15-4) 15-1

2 f r g / 2 d / (15-5) Z popsu pohybu oulí v mlýnu plyne, že ve spodní část mlýna, v prostoru mez vněší vrstvou oulí a pláštěm, dochází rozmělňování tlaem. Koulem padaícím z horní část mlýna se částce rozmělňuí nárazem a onečně v prostoru mez oulem se materál rozmělňue roztíráním. Dosud není známa dostatečně vyhovuící metoda, terou by se dala určt účnnost rozmělňovacích zařízení. Je totž poměrně málo známo o množství energe spotřebované na zvětšení povrchu. Zhruba lze říc, že tvoří pouze něol procent z celové energe dodané rozmělňovacímu zařízení. Práce taového zařízení se dá charaterzovat spíše přírustem povrchu zpracovávaného materálu přpadaícím na ednotu dodaného množství energe. Množství dodávané energe se dá snadno zstt, obtížněší e stanovení přírůstu povrchu. Ja bude dále uvedeno, lze za určtých předpoladů vypočítat z výsledů prosévacího rozboru velčnu úměrnou povrchu materálu. I.2 Stanovení měrného povrchu Prosévací rozbor spočívá v tom, že vzore zoumaného materálu proseeme vhodně sestavenou sadou sít a frace, teré se zachytly na ednotlvých sítech a msce pod nm, zvážíme. Jsou-l rozměry zrn v ednotlvých fracích vymezeny vždy dvěma sousedním síty v dost úzém ntervalu velostí, dále maí-l všechna zrna stenou hustotu a alespoň přblžně stený tvar, můžeme uvažovat tato: Označme ndexem velčny týaící se frace částc zachycených na -tém sítě (počítáme e zdola nahoru). Indexem = 0 značíme zbytovou frac, terá zůstává na msce umístěné pod nenžším sítem, t. frac propadaící sítem = 1. Protože rozměry částc v téže frac se od sebe lší en málo, můžeme nahradt reálnou frac frací myšlenou, složenou z částc o vhodném středním rozměru, teré sou všechny steně velé, přesně steného tvaru a ech počet e n. Pa platí A = K A l 2 n (15-6) m = K V l 3 n p (15-7) de l e charaterstcý lneární rozměr částc myšlené frace a p ech hustota. K A a K V sou tvarové fatory, (upříladu u ulových částc, zvolíme-l za charaterstcý rozměr průměr částce, e K A = a K V = /6). Dělením rovnce (15-6) rovncí (15-7) obdržíme vztah pro výpočet měrného povrchu frace Hodnotu výrazu KA / K V p K V p 1/l /l a A /m K / 1 A (15-8) neznáme, ale můžeme předpoládat, že e pro všechny frace stená. Celový povrch analyzovaného vzoru zísáme ao součet povrchů všech frací = 0 = 0 = 0 A A a m m / l (15-9) a velčnu úměrnou měrnému povrchu vzoru obdržíme dělením vztahu (15-9) hmotností vzoru 15-2

3 a A/m 0 a m /m 0 a x x / l a (15-10) de x e hmotnostní zlome - té frace. Za charaterstcý lneární rozměr považueme střední prosevný průměr, tedy l = I.3 Výpočet charatersty mlýna D, de D D D / (15-11) Charaterstou mlýna nazýváme velčnu A/E zmíněnou v úvodu této aptoly. Pro pratcý výpočet nahrazueme sutečný přírůste povrchu mletého materálu přírůstem velčny podle rovnce (15-10). Rozeznáváme a) charaterstu ntegrální a a a / b) charaterstu dferencální 0 m0 E m a a 1 / E (15-12) (15-13) Index značí stav po uončení -tého období mlecího pousu a ndex 0 surovnu před mletím. Velčna E v posledních dvou defncích znamená množství dodané energe do mlýna. I.4 Grafcé znázornění granulometrcého složení částc Kromě charatersty mlýna nás zaímá př mlecím pousu eště granulometrcé složení produtu, neboť bývá rozhoduícím rtérem pro posouzení technologcé vhodnost užtého mlecího postupu. Znázorňueme ho obvyle grafcy v podobě tzv. umulatvního dagramu, de vynášíme x prot D pro = -1, 0,1, 2,... n, n 1 (15-14) přtom e celový počet zísaných frací ( = 6). Ftvní frace -1 slouží e znázornění počátečního bodu umulatvního dagramu, terý značí, že hmotnostní zlome částc s nulovou velostí e nulový, tedy x -1 = 0 a D -1 = 0. D +1 e maxmální možný průměr zrna, terý nelze zstt sadou sít, ež máte dspozc, a proto se zadává před začátem práce. Z umulatvního dagramu můžeme tedy zstt, aý podíl částc e menších nebo nevýše steně velých než daný rozměr. II Cíl práce 1. Zštění závslost dferencální a ntegrální charatersty mlýna na době mletí. 2. Grafcé znázornění umulatvního dagramu rozdělení velost částc pro surovnu a rozemletý materál. 15-3

4 III Pops zařízení Vlastní mlýn (obr.15-1) e ocelové válcové těleso 1 o průměru a délce přblžně 250 mm, teré má vío s uzávěrem 2 zaštěným dvěma šrouby. Aby bylo oolí chráněno před prachem a hluem, e olem mlýna ryt 3, terý má nahoře odlopné vío. Pod víem rytu e umístěn bezpečnostní spínač 4, terý přeruší přívod proudu do motoru př odlopení vía Obr Mlýn pohled pod ryt mlýna, 1 těleso mlýna, 2 vío mlýna, 3 ryt mlýna, 4 bezpečnostní spínač. Spodní část rytu (obr.15-2) tvoří výsypa 5, níž se přstavue dřevěná rabce se zasouvacím sítem z děrovaného plechu 6, teré slouží oddělení oulí od mletého materálu. Mlýn e poháněn motorem 7, ehož vysoé otáčy se snžuí převodem línovým řemenem 8. Zařízení se ovládá z ovládacího panelu (obr.15-3). Na něm e nstalován dgtální otáčoměr 9, terý udává frevenc otáčení mlýna v mn -1. Dále e na panelu wattmetr 10, na terém lze odečíst oamžtý příon motoru P. Ovládací panel se zapíná vypínačem 11 a motor mlýna vypínačem 12. Pro mletí sou dspozc oule, echž množství e dáno úlohou. Prosévací rozbor se provádí na vbračním prosévacím zařízení se sadou sít. Dále mlýnu náleží vartovací zařízení, teré se sládá z ruhové podložy na nožách se čtyřm výsypným otvory a plechového dělcího říže. 15-4

5 Obr Mlýn celový pohled, 5 výsypa, 6 dřevěná rabce se sítem, 7 motor, 8 línový řemen Obr Ovládací panel mlýna, 9 dgtální otáčoměr, 10 wattmetr, 11 vypínač ovládacího panelu, 12 vypínač motoru. IV Postup práce IV.1 Naváža mlecích oulí Dle zadání spočtěte hmotnost oulí, teré budete vládat do mlýna. Mlýn e válcová nádoba o vntřním průměru 255 mm a výšce 267 mm. Mlecí oule sou ocelové o průměru 12,7 mm a přblžné hustotě g m -3. Odvažte taové množství oulí, aby byl dosažen předepsaný obemový zlome oulí ve mlýně, vz zadání. Vypočtenou hmotnost oulí nechte zontrolovat asstenta. 15-5

6 IV.2 Příprava zařízení Zontrolueme, e-l vypnut přívod proudu do motoru vypínačem 12 a otevřeme vío rytu. Mlýn ručně natočíme ta, aby vío mlýna bylo přístupné. Povolíme ruou zašťovací šrouby uzávěru, odlopíme háy uzávěru a vío sememe. Mlýn a výsypu pečlvě vyčstíme štětcem od zbytů starého vzoru. Do čstého mlýna nasypeme odvážené množství oulí. Navážíme zadané množství mletého materálu a uděláme prosévací rozbor. IV.3 Prosévací rozbor Aby byly výsledy prosévacího rozboru spolehlvé, e především třeba zísat vzory, echž vlastnost odpovídaí průměrným vlastnostem mletého materálu. V laboratoř vzore surovny odebereme ta, že celé množství materálu nasypeme na vartovací podložu do užele a pa rozestřeme do nepřílš vysoé ruhové vrstvy a rozdělíme pomocí plechového říže na čtyř stené výseče. Dvě protlehlé výseče, t. ty, teré se dotýaí pouze ve středu ruhu, odstraníme a zbylé dvě smísíme dohromady ta, že vznne užel. Ten opět rozestřeme do ruhu, rozčtvrtíme atd., až dospěeme množství, terého užeme prosévacímu rozboru. Tento způsob odebírání vzoru se nazývá čtvrcení (vartování). Sestavíme sadu prosévacích sít ta, aby nehrubší síto bylo zcela nahoře a aby velost o sít odshora dolů monotónně lesala (obr. 15-4). Vybraný vzore materálu nasypeme na horní síto sestavené sady. Př sestavování sady 13 ontrolueme neporušenost a čstotu sít. Sadu sít 13 upevníme na talíř vbračního prosévače 14 a proséváme zadanou dobu. Po uplynutí této doby sadu rozebereme. Jednotlvé frace (včetně frace zbytové) nasypeme násypou do předem zvážených nádobe a zvážíme. Po sítování přpoíme analyzovaný vzore materálu oddělenému vartací. 14 Obr Vbrační prosévač, 13 sestava sít, 14 vbrační zařízení. IV.4 Vlastní mletí Mlecí pous e rozdělen na dvě po sobě následuící období o předepsané délce, ve terých sledueme změnu charatersty mlýna a granulometrcého složení materálu s časem. Na začátu aždého období vpravíme dovntř materál určený mletí, ehož sítovou analýzu sme předem provedl podle odstavce IV.3. Vío mlýna dobře uzavřeme a zavřeme vío rytu. Znovu zontrolueme, e-l vypnut přívod proudu do motoru vypínačem 12, pa zapneme vypínač ovládacího panelu 11, naonec zapneme vypínač motoru 12. Během mletí pětrát odečteme oamžtý příon motoru P. Na onc aždého období mletí zastavíme mlýn vypínačem motoru. Po zastavení mlýna postavíme pod výsypu síto z děrovaného plechu, sememe vío mlýna a ručně vysypeme rozemletý materál spolu s oulem do výsypy. Na sítě oddělíme oule od materálu, zbyty mletého materálu smeteme štětcem ze všech ploch, se terým 15-6

7 přšel do styu. Poté odebereme vzore sítové analýze (postupem popsaným v odstavc IV.3) a zbyte materálu buď vsypeme zpět do mlýna, nebo (na onc pousu) do nádoby na rozemletý materál, ndy vša do nádoby, ze teré sme odebíral vzore! V Bezpečnostní opatření 1. Mlýn e třeba provozovat př zavřeném rytu, aby bylo oolí chráněno před hluem a prachem a aby nedošlo úrazu otáčeícím se částm mlýna. 2. Před spuštěním e třeba se přesvědčt, zda e vío mlýna dobře uzavřeno. 3. Př otevírání rytu mlýna e bezpodmínečně nutné vypnout přívod proudu do motoru vypínačem Síta čstíme opatrně štětcem, abychom nepošodl struturu pletva. 5. Za žádných oolností se nedotýáme línového řemene a dalších pohyblvých součástí eletromotoru. VI Zpracování naměřených hodnot VI.1 Výpočet dodané energe Vypočteme střední příon P za celé -té období ao artmetcý průměr naměřených příonů. Z toho určíme množství dodané energe za -té období mletí podle vztahu E P de e déla -tého období. Energ dodanou od počátu mletí určíme ze vztahu E E 1 (15-15) (15-16) VI.2 Výpočet charaterst Ze stanovených hmotností frací m vypočítáme ech hmotnostní zlomy podle vztahu x = m / m (15-17) de m e hmotnost frace a m celová hmotnost vzoru použtého sítování. Pro aždou frac taé určíme hodnotu podílu a x / D 0 x / D. Na záladě těchto hodnot určíme de x e hmotnostní zlome -té frace v -tém období pousu a e počet frací. Pro aždé období zstíme: 1. Integrální charaterstu, t.hodnotu (15-18) pro celovou dobu mletí od počátu pousu do odebrání vzoru (srovnáváme produt -tého období se surovnou) z rovnce (15-12). 2. Dferencální charaterstu - pro dané období (srovnáváme produt daného období s produtem předcházeícího období) z rovnce (15-13). 3. Grafcé znázornění umulatvního rozdělení velost zrn; tzv. umulatvní dagram. Graf musí začínat od počátu souřadnc, neboť na by musela exstovat zrna záporné velost. Graf zpracueme ve formě polygonu četností (vz obr.15-5). 15-7

8 Obr Přílad umulatvního dagramu dstrbuce velostí částc. 4. Naměřené a vypočtené hodnoty vyplníme do formuláře. VII Symboly a měrný povrch materálu podle (15-8) m -1 a velčna úměrná měrnému povrchu materálu podle (15-10) m -1 D prosevný průměr m d vntřní průměr pláště mlýna m K A tvarový fator pro povrch částce K V tvarový fator pro obem částce l charaterstcý lneární rozměr částce m m hmotnost oulí g hodnota dferencální charatersty m -1 W -1 hodnota ntegrální charatersty m -1 W -1 úhlová frevence mlýna s -1 Indexy dolní označue frac (síto) označue období mletí označue oul o označue odstředvou sílu t označue tíhovou sílu 15-8

9 VIII Kontrolní otázy 1. Co e cílem práce, aé velčny budete měřt. 2. Popšte postup práce přípravu mlýna před mletím. 3. Co e vartace a čemu slouží? 4. Ja sou v síovacím zařízení posládána síta? 5. Ja zísáte dstrbuc velost částc př této prác? 6. Jaá má být frevence otáčení mlýna? 7. Popšte postup před a po sítové analýze vzoru. 8. Jaá sou záladní bezpečtnostní opatření př prác s mlýnem? 9. Jaou hmotnost budete prosévat, a dlouho a olrát budete provádět sítovou analýzu? 10. Jaou hmotnost budete mlýt, a dlouho a olrát budete spouštět mlýn? 15-9