RU33123U1 - Коническая мельница - Google Patents

Description

6D21D1/22, J , , , , , .

КОНИЧЕС1САЯ МЕЛЬНИЦА

Изобретение относится к устройствам для размола волокнистых, гранулированных, трубчатых материалов, а также смешения систем «жидкость-жидкость, «жидкость - твердое вещество и получения устойчивых гомогенных масс (эмульсий, суспензий). Изобретение может быть использовано:

в целлюлозно-бумажной промышленности;

в производстве бездымных порохов различного вида, в том числе при утилизации морально устаревших, списанных и снятых с вооружения пироксилиновых и баллиститных порохов;

при измельчении полимеров (например, полиэтилена, «Сэвилена, полипропилена и т.д.);

при переработке отходов птицеводства и животноводства, в частности, куриного помета;

при утилизации нефтешламов и получении тошшв на их основе;

при переработке осадков сточных вод для их гомогенизации и изменения структуры;

в пищевой промышленности, в том числе для измельчения пищевых отходов.

В настоящее время в связи с конверсией на базах оборонного комплекса скопилось большое количество артиллерийских боеприпасов, требующих разработки специальных технологий утилизации. Вместе с тем, начальной стадией утилизации любого материала является его подготовка к переработке, в большинстве случаев заключающаяся в измельчении. Данная технология применяется, например, при утилизации устаревших порохов для получения из них пороховой крошки с размерами частиц в пределах от 0,1 до 4мм.

2001129793

IfflllllplilRllieillliiniiW . Известны следующие технические решения для измельчения волокнистых материалов и твердых гранул. Например, в целлюлознобумажной и пороховой промышленности размол целлюлозы производится в дисковых мельницах типа МД или конических мельницах. Нитропроизводные целлюлозы измельчаются в голландерах (роллах) и дисковых мельницах типа ДМК. Устаревшие пироксилиновые пороха и твердые отходы при их производстве измельчаются на вальцах, мельницах ДМК грубого и тонкого помола, конических мельницах. Основными недостатками голландеров и дисковых мельниц МД являются: низкая производительность (100-150 кг/час), громоздкость и высокая энергоемкость (500-1000 кВт/час). При этом получается значительная неоднородность измельченного продукта. Следует отметить низкую степень надежности работы мельниц ДМК при измельчении порохов, так как в виду высокой плотности пороховых зерен (1,65-1,67 г/см3) очень часто из строя выходят дисковые ножи, изготовление и установка которых является очень сложной и трудоемкой операцией. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе разделенные по высоте на секции поперечными перегородками ротор и статор, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними. При этом перегородки ротора и статора выполнены с возможностью обеспечения дополнительной турбулизации потока. Канавки ротора и статора в смежных секциях смещены относительно друг друга, перекрыты ножами и имеют изменяющиеся по ходу движения массы ширину - от большей к меньшей, количество - от меньшего к большему и форму - от прямоугольной до неравнобедренно трапецеидальной, причем угол между кромками ножей статора и ротора в плоскости развертки составляет 10-60°. Данное изобретение (патент № 2109869 Россия) принимается за прототип.

Однако при эксплуатации такой мельницы на операциях измельчения нитропроизводных целлюлозы, твердых отходов производства порохов и гранулированных полимеров выявлены недостатки, обусловленные зависимостью работы мельницы от геометрических размеров материалов, поступающих на измельчение. В частности, наблюдается:

неравномерность поступления измельчаемого материала в заборную часть мельницы, из-за чего происходит забивка канавок ротора и статора на входе в зону измельчения;

невозможность применения мельницы при измельчении крушюзерненых материалов, линейные размеры которых превышают 9 мм.

Это влечет за собой усложнение процесса измельчения крупнозерненых и полидисперсных материалов. В частности, требуется введение в технологический процесс дополнительных стадии: сортировки, дробления, предварительного измельчения и др. Поэтому увеличивается время технологического процесса переработки материалов, растут энергозатраты.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в устранении указанных недостатков и создании универсальной установки, позволяющей качественно измельчать волокнистые, твердые материалы различного фракционного состава, в том числе те, линейные размеры которых более 9 мм, а также получать агрегативно- и седиментационно-устойчивые гомогенные массы (типа суспензий и эмульсий). Технический эффект, полученный в результате решения данной задачи, заключается в расширении функциональных возможностей конической мельницы.

Поставленная цель достигается тем, что коническая мельница содержит

соосно смонтированные в корпусе и разделенные по высоте на секции

изменяющие по ходу движения массы ширину - от большей к меньшей и количество - от меньшего к большему, при этом согласно изобретению, угол между кромками ножей ротора и статора в плоскости развертки составляет от О до 180°, а угол наклона ножей статора и ротора относительно оси вращения в плоскости развертки меняется на каждой последующей ступени в диапазоне от -80 до 80°.

Для обеспечения равномерного распределения поступающего на измельчение полидисперсного материала, а также при измельчении крупнозерненых материалов конусность ротора заборной секции меняется на величину от 0 до 50° по сравнению с конусностью последующих секций.

На фиг.1 представлена коническая мельница, продольный разрез; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 схема взаимного расположения ножей ротора и статора в секциях в плоскости развертки по линии контакта; фиг. 5 - схема взаимного расположения заборной и измельчающих секций.

Коническая мельница (фиг.1) содержит соосно смонтированные в корпусе 1 статор 2 и ротор 3, выполненные в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи 7, 9 и канавки между ними 6, 8 (фиг.2, 3). Статор 2 и ротор 3 разделены по высоте на секции 4 поперечными перегородками 5. Канавки 6 и 8 статора 2 и ротора 3 в смежных секциях смещены друг относительно друга, перекрыты ножами 7, 9 и имеют изменяющиеся в секциях по ходу движения массы ширину - от большей к меньшей, количество - от меньшего к большему и форму - в зависимости от назначения мельницы. Угол а между кромками ножей 7 и 3 ротора 3 и статора 2 в плоскости развертки составляет от 0 до 180° (фиг. 4). Угол р наклона ножей 7 и 5 статора 2 и ротора 3 относительно оси вращения в плоскости развертки меняется на каждой последующей ступени 4 в диапазоне от - 80 до 80° (фиг. 4). Конусность у ротора заборной секции меняется на величину от О до 50° по сравнению с конусностью 5 последующих секций (фиг. 5). Мельница снабжена входным 10 и выходным И патрубками (фиг. 1). , Коническая мельница работает следующим образом. Волокнистый или твердый гранулированный материал в виде водной суспензии поступает по входному патрубку 10 в загрузочную полость мельницы и попадает в заборную секцию. Для измельчения крупнозерненных материалов ротор 3 заборной секции имеет конусность, изменяющуюся в диапазоне от 0 до 50°, по сравнению с конусностью последующих секций. Это позволяет повысить всасывающий эффект мельницы и эффект гидроразмола. В заборной секции из-за различной конусности ротора 3 и статора 2 происходит предварительный грубый помол и равномерное распределение измельчаемого материала по живому сечению мельницы. Попадая в сужающийся рабочий зазор между ротором 3 и статором 2, измельчаемый материал захватывается ротором 3 и проходит зигзагообразный путь, перемещаясь вдоль поверхности контакта подвижных ножей 7 ротора 3 и неподвижных ножей 9 статора 2, попадая под их воздействие. Под действием центробежных сил измельчаемый материал движется в сторону большего диаметра ротора, с переходом с ротора на статор и обратно. Такому движению способствуют как установленные перегородки 5 на роторе и статоре, так и взаимное расположение ножей, при котором угол наклона ножей 7 и 3 ротора и статора относительно оси вращения в плоскости развертки меняется на каждой последующей ступени в диапазоне от - 80 до 80°. Изменение конусности заборной части мельницы и угла наклона ножей статора и ротора относительно оси вращения в плоскости развертки на каждой последующей ступени позволяет увеличить дробящий эффект мельницы при одновременном увеличении силы всасывания и эффекта гидроразмола. Предварительно подготовленный в заборной секции материал поступает в зону измельчения, где на образующих поверхностях секций под углом к изготовлении и позволяет изменить количество режущих кромок по ходу движения измельчаемой массы, что значительно увеличивает режущую способность мельницы при сохранении относительно малых габаритов самого аппарата. По мере продвижения материала в измельчаемых секциях центробежная сила возрастает. Центробежная сила направляет измельчаемую массу из канавок 6 ротора 3 в канавки 8 статора 2, многократно перекрывая их ножами 7 и 9, что сопровождается возникновением кавитационных эффектов вследствие зарождения в суспензии импульсов сжатия и разряжения. Кольцевые перегородки 5, установленные между секциями 4, позволяют исключить проскок неизмельченных частиц. Обеспечивая дополнительную турбулизацию потока, перегородки 5 создают его прорывное движение, что благоприятно сказывается на однородности частиц после измельчения. В результате распределение частиц по размерам соответствует нормальному (гауссовскому) с узким пиком графика, что указывает на относительно высокую степень монодисперсности получаемой твердой фазы. Таким образом, измельчение материала в конической мельнице происходит в результате механического воздействия за счет ножничного эффекта (расчесывания, раздавливания и режущего действия на частицы) и эффекта гидроразмола в сочетании с пребыванием частичек в кавитационных областях. Измельченный материал через выходной патрубок 11 выводится из мельницы. Производительность конической мельницы при прочих равных условиях зависит от числа перекрытия канавок ножами, т. е. от числа ножничных воздействий на частицу. По мере приближения расположения ножей ротора и статора относительно друг друга как к перпендикулярному (угол от 60 до 120°), так и параллельному (угол от 0 до 10° и угол от 170 до 180°) направлениям, в одинаковой мере уменьшается ножничный эффект. Это ведет к уменьшению производительности мельницы. С другой стороны, при данном расположении ножей происходит торможение движущегося потока в канавках, в результате чего возрастает его турбулизация и усиливается навигационный эффект. Увеличивается время пребывания материала в зоне измельчения. Все это способствует лучшей гомогенизации измельчаемого материала и получению более однородного фракционного состава смеси на выходе из мельницы. Изменение угла наклона ножей ротора и статора относительно оси вращения в плоскости развертки в каждой последующей ступени создает дополнительную турбулизацию потока, что способствует дополнительной гомогенизации смеси и получению на данной установке агрегативно- и седиментационно-устойчивых суспензий и эмульсий. В результате значительно расширяются функциональные возможности конической мельницы. Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет: измельчать крупнозерненые материалы без их предварительной подготовки (сортировки, дробления, рассева); снизить энергозатраты на фазе подготовки сырья за счет исключения из технологического процесса аппаратов сортировки и возврата крупной крошки на стадию повторного измельчения; получать однородный фракционный состав измельчаемого материала; получать агрегативно- и седиментационно-устойчивые суспензии и эмульсии; расширить область применения данной установки.

изготовлении и позволяет изменить количество режущих кромок по ходу движения измельчаемой массы, что значительно увеличивает режущую способность мельницы при сохранении относительно малых габаритов самого аппарата.

По мере продвижения материала в измельчаемых секциях центробежная сила возрастает. Центробежная сила направляет измельчаемую массу из канавок 6 ротора 3 в канавки 8 статора 2, многократно перекрывая их ножами 7 и 9, что сопровождается возникновением навигационных эффектов вследствие зарождения в суспензии импульсов сжатия и разряжения.

Кольцевые перегородки 5, установленные между секциями 4, позволяют исключить проскок неизмельченных частиц. Обеспечивая дополнительную турбулизацию потока, перегородки 5 создают его прорывное движение, что благоприятно сказывается на однородности частиц после измельчения. В результате распределение частиц по размерам соответствует нормальному (гауссовскому) с узким пиком графика, что указывает на относительно высокую степень монодисперсности получаемой твердой фазы.

Таким образом, измельчение материала в конической мельнице происходит в результате механического воздействия за счет ножничного эффекта (расчесывания, раздавливания и режущего действия на частицы) и эффекта гидроразмола в сочетании с пребыванием частичек в кавитационных областях. Измельченный материал через выходной патрубок 11 выводится из мельницы.

Производительность конической мельницы при прочих равных условиях зависит от числа перекрытия канавок ножами, т. е. от числа ножничных воздействий на частицу. По мере приближения расположения ножей ротора и статора относительно друг друга как к перпендикулярному (угол от 60 до 120°), так и параллельному (угол от 0 до 10° и угол от 170 до 180°) направлениям, в одинаковой мере уменьшается ножничный эффект. Это ведет к уменьшению производительности мельницы. С другой стороны, при данном расположении ножей происходит торможение движущегося потока в

канавках, в результате чего возрастает его турбулизация и усиливается навигационный эффект. Увеличивается время пребывания материала в зоне измельчения. Все это способствует лучшей гомогенизации измельчаемого материала и получению более однородного фракционного состава смеси на выходе из мельницы.

Изменение угла наклона ножей ротора и статора относительно оси вращения в плоскости развертки в каждой последующей ступени создает дополнительную турбулизацию потока, что способствует дополнительной гомогенизации смеси и получению на данной установке агрегативно- и седиментационно-устойчивых суспензий и эмульсий. В результате значительно расширяются функциональные возможности конической мельницы.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет:

измельчать крупнозерненые материалы без их предварительной подготовки (сортировки, дробления, рассева);

снизить энергозатраты на фазе подготовки сырья за счет исключения из технологического процесса аппаратов сортировки и возврата крупной крошки на стадию повторного измельчения;

получать однородный фракционный состав измельчаемого материала;

получать агрегативно- и седиментационно-устойчивые суспензии и эмульсии;

расширить область применения данной установки.

еЈад0ЭДЗ

Claims (2)

1. Коническая мельница, содержащая соосно смонтированные в корпусе и разделенные по высоте на секции поперечными перегородками ротор и статор в виде усеченных конусов, рабочие поверхности которых имеют ножи и канавки между ними, в смежных секциях смещенные относительно друг друга, перекрытые ножами и изменяющие в секциях по ходу движения массы ширину - от большей к меньшей и количество - от меньшего к большему, отличающаяся тем, что угол между кромками ножей ротора и статора в плоскости развертки составляет от 0 до 180°, а угол наклона ножей статора и ротора относительно оси вращения в плоскости развертки меняется на каждой последующей ступени в диапазоне от -80 до 80°.

2. Коническая мельница по п.1, отличающаяся тем, что конусность ротора заборной секции меняется на величину от 0 до 50° по сравнению с конусностью последующих секций.