Мельница

Мельница – это оборудование для тонкого измельчения пластмасс. Под измельчением понимается дробление исходных кусков загруженного в бункер сырья до заданного потребителем размера с цель гомогенизации потока сырья. При измельчении происходит изменение объемной массы за счет уменьшения размера частиц и межзернового пространства.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Промышленные мельницы для тонкого измельчения пластмасс должны обеспечивать равномерное дробление материала при минимальном уровне пылеобразования (влажный помол), быструю выгрузку полученного сырья в автоматическом режиме, возможность регулирования степени помола. Для измельчения твердых полимерных материалов используют такие методы воздействия, как резание, раздавливание, раскалывание, распиливание, удар, разламывание, истирание или комплексное воздействие этих методов в различных комбинациях.

Посмотреть объявления о продаже мельниц, вы можете на нашем сайте.

Выбор измельчителя определяется видом полимера, формой и размером изделия, поступающего в зону измельчения. Независимо от способа воздействия в полимере возникают внутренние напряжения. Когда под их действием достигается предел прочности, материал разрушается.

Конструкция и принцип работы мельницы для полимеров

В связи с большим разнообразием видов мельниц для полимеров существуют существенные отличия в конструкции каждого из них. Однако можно выделить общие узлы и принцип работы устройств.

Конструкция

В основу мельниц роторного типа входят два важных конструктивных элемента: статор и ротор. Они изготавливаются из инструментальной стали, обладают высоким запасом прочности и износостойкости. При работе мельницы статор остается неподвижным, вращается закрепленный на валу ротор. Куски полимера попадают между ротором и статором с вспомогательными элементами (канавками, билами), отталкиваются от них и ударяются о стальные элементы, неподвижно закрепленные на корпусе. Более подробно конструкция рассмотрена при описании каждого вида мельницы для полимеров.

Корпус производственной мельницы выполняют из нержавеющей стали и футеруют резиной или рифлеными плитами. Футеровка представляет собой дублирование внутренней поверхности изогнутыми по форме плитами из упругих или жестких материалов. В шаровых мельницах футеровку выполняют из бронебойных плит, при требовании к отсутствию металлических включений в примеси используют прорезиненные плиты.

Для загрузки материала используют специальную загрузочную воронку, через которую он подается в зону измельчения. В процессе помола корпус и другие конструктивные узлы могут сильно нагреваться, оказывая негативное влияние на полимер. Для этого выполнят систему внешнего охлаждения.

Установка мельницы осуществляется на пол или на возвышенность. Дополнительного упрочнения фундамента не требуется. Измельчающее устройство может быть смонтировано в составе производственной линии или как самостоятельное оборудование.

Принцип работы

Для тонкого и сверхтонкого (коллоидного) измельчения в воронку загружают материал соответствующих фракций. Размер зерен исходного материала для тонкого помола составляет 3-25 мм, для коллоидного 0,2-0,1 мм. При измельчении в мельницах фракция частиц полимера на выходе составляет 1-0,4 мм для тонкого помола и 0,2-0,1 мм для коллоидного.

Далее полимерный материал поступает в зону измельчения, где мелющие элементы перемалывают полимер до требуемой фракции. При влажном помоле в корпус устройства также подается суспензия или жидкость. Мокрое измельчение позволяет избежать пылеобразования, улучшить качество помола и равномерность фракций частиц.

Калибровка полученного вторичного сырья производится в сепараторах, куда оно подается потоком воздуха. Измельченные частицы нужной фракции отбираются из корпуса мельницы и выгружаются в накопительные емкости. Крупные частицы требуют дополнительного измельчения, потому они повторно отправляются в рабочую зону.

Классификация

Для получения порошкообразного материала (частиц тонкого и очень тонкого помола) используются различные конструкции мельниц, которые можно классифицировать по следующим параметрам:

-Хрупкость и вязкость полимера.

-Возможность сухого и влажного измельчения.

-Способ подвода энергии.

-Непрерывность цикла.

-Тип воздействия.

Хрупкость и вязкость полимера

Такие свойства, как хрупкость, твердость, вязкость определяют тип воздействия на материал. Для твердых и хрупких полимерных материалов принято использовать мельницы ударного или раздавливающего воздействия. Твердые и вязкие полимеры чаще измельчают раздавливанием или распиливанием. Хрупкие полимеры средне твердости могут перемалываться в устройствах ударного, раскалывающего или истирающего действия. Вязкие полимеры средней твердости измельчают за счет истирающего, распиливающего или истирающе-ударного воздействия.

Сухое и влажное измельчение

Для крупного, среднего и мелкого дробления применяют дробилки сухого типа.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

При тонком и сверхтонком (коллоидном) измельчении образуется достаточно много пыли. Потому его зачастую производят с добавлением жидкости.

При мокром дроблении в цилиндр с измельчаемым полимером подается вода или заранее приготовленная суспензия, состоящая из пигмента и связующего. Такой способ размола позволяет существенно снизить уровень пылеобразования и получить материал с одинаковым размером частиц.

Способ подвода энергии

По способу подвода энергии к рабочим органам все существующие мельницы делятся на механические и струйные. В механических мельницах фрагменты измельчаемых полимеров приводятся в движение за счет вращения барабана или вибрационного воздействия. В струйных устройствах для подачи энергии используется инертный газ, воздух или перегретый пар.

Непрерывность цикла

Процесс измельчения полимеров может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме. Данный критерий определяется масштабом производства, типом полимера и фракцией на выходе.

Периодическое измельчение

Измельчители периодического действия чаще всего применяются в условиях производства малого и среднего масштаба. Они малоэкономичны, потому при постоянном использовании приведут к неизбежным повышенным затратам энергии. Кроме того, в процессе дробления материал находится в замкнутом пространстве и достаточно сильно нагревается. Потому не все виды полимеров подходят для измельчения на мельницах периодического действия.

Периодическое измельчение предполагает прохождение материала через мельницу только один раз. Получить на выходе сырье узкого гранулометрического состава (с небольшим разбросом фракций минимальных и максимальных по размеру частиц) бывает достаточно сложно. В общей массе при периодическом измельчении будут встречаться частицы мелкого и тонкого помола, поскольку выполняется только один прогон. Чтобы уменьшить фракцию полимера, требуется выгрузка и возвращение материала обратно в зону измельчения вручную.

Непрерывное измельчение

Для тонкого измельчения практически всегда применяют мельницы непрерывного действия. Они работают по замкнутому циклу, обеспечивая оптимальное качество помола. При этом сырье нужной фракции постоянно отбирается из зоны измельчения, а более крупные частицы повторно и многократно возвращаются в нее. По соотношению производительности к энергетическим затратам устройства непрерывного цикла работы выигрывают.

Тип воздействия

К основным способам воздействия на полимер различают следующие типы мельниц:

-раздавливающие;

-раскалывающие;

-разламывающие;

-истирающие;

-ударные (свободный или стесненный удар).

В большинстве моделей измельчителей объединены несколько моделей воздействия рабочего органа на полимер. В отдельную категорию стоит выделить мельницы для сверхтонкого (коллоидного) помола.

Мельницы ударного воздействия

При ударном воздействии полимерный материал распадается на части под действием динамической нагрузки вследствие высокоскоростного удара частиц материала о рабочий орган измельчителя или друг о друга (свободный удар). Также используется стесненный удар, когда тело разрушается между двумя рабочими органами. Сила разрушения прямо пропорциональна скорости тел в момент столкновения.

К устройствам ударного действия относятся молотковые мельницы, дисковые мельницы, дисмембраторы, дезинтеграторы. Ударные мельницы компактны, обеспечивают измельчение до мелкодисперсного порошка.

Молотковые мельницы

Основное направление применения молотковых мельниц – переработка вторичного сырья из термореактивных хрупких полимерных материалов. Конструктивно молотковая мельница представляет собой корпус с шарнирно подвешенными стальными молотками и рифлеными боковыми плитами. Подача сырья осуществляется сверху. Оно дробится на лету ударами молотков, одновременно сталкиваясь с боковыми плитами и друг с другом. Скорость вращения молотков 30-70 м/с.

Дисковые измельчители

Мельницы дискового типа относятся к устройствам непрерывного действия и обеспечивают тонкий помол ПВХ, ПНП, линейного полиэтилена, ПП и иных полимеров. Степень измельчения материала может составлять 400-100 мкм. Как правило, для измельчения в мельницах используется дробленка, ранее измельченная на шредере или дробилке.

Фото заимствовано с сайта granula.pro

В основе конструкции два диска, установленных вертикально. Одни из них вращается со скоростью около 250-300 об/мин, второй является неподвижным.

Диски имеют рифленую поверхность (выступы в виде ударных молотков или режущих элементов). Материал подается в междисковое пространство, где происходит его измельчение зубцами определенной конструкции. При этом поверхность дисков сконструирована таким образом, что зубцы одного диска попадают в пространство между зубьями другого диска. Под действием зубцов полимер подвергается истиранию, раздавливанию и одновременному разрезанию за счет острых граней зубцов.

Диаметр диска варьируется в зависимости от модели и фракции помола. При диаметре дисков 400 мм средняя производительность составляет 50 кг/час.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Дезинтегратор

Дезинтегратор представляет собой устройство для измельчения хрупких малоабразивных материалов. В его конструкцию входит два ротора, вращающихся в противоположные стороны. Каждый ротор установлен на отдельный вал с соосным расположением. Роторы помещены в металлический кожух. На дисках роторов по окружности расположены цилиндрические пальцы втулочного типа (билы) в 2-4 ряда так, что каждый ряд одного ротора входит в свободное пространство между рядами пальцев на втором роторе. Пальцы-билы изготавливаются из износостойкой стали и крепятся на роторе при помощи винтовых соединений.

Материал для дробления помещают в пространство между роторами, где он измельчается, подвергаясь многократным ударам бил. Скорость вращения роторов составляет 500-1000 об/мин. При первоначальном размере кусков материала порядка 60-90 мм они измельчаются до фракции 1-0,5 мм. Важной особенностью данного устройства считается возможность одновременного измельчения и перемешивания частиц при одновременной загрузке нескольких видов сырья. Смешивать можно как сухие, так и влажные компоненты.

Дисмембратор

Дисмембратор – измельчающее устройство, схожее с дезинтегратором по конструкции. Отличие в том, что вместо второго ротора используются неподвижные пальцы, закрепленные винтовыми соединениями на откидной крышке кожуха. Частота вращения ротора составляет 2300-3800 об/мин. В дисмембратор загружают сырье с размером зерен 3-5 мм, а на выходе получают порошок с размером частиц 200-100 мкм.

В дисмембраторах осуществляют сухое измельчение до тонкой фракции. Сырье подается непрерывно в пространство между ротором и неподвижными пальцами. Качественному помолу в дисмембраторах подвергаются даже пластичные материалы с малым показателем пластической деформации. В процессе измельчения развиваются напряжения такой величины, что они превышают внутренние силы сцепления частиц между собой и разрушают их.

Мельницы истирающего и раздавливающего воздействия барабанные

К данному типу устройств относятся шаровые, галечные и стержневые измельчители барабанного типа, внутри которых расположены броневые плиты и измельчающие элементы (стержни, окатанная галька или шары). Барабан вращается, мелющие тела внутри барабана начинают движение под действием центробежных сил.

Отличие мельниц барабанного типа друг от друга заключается в наполнении и в форме барабана, которая определяется соотношением его длины к диаметру. Если соотношение составляет 1,5-2,0, речь идет о коротких барабанах. В трубных барабанах данное соотношение соответствует величине 3,0-6,0.

Шаровые, стержневые и галечные мельницы используются в производстве достаточно часто. Однако не более 20% от потребляемой ими энергии расходуется на измельчение, остальная энергия тратится на преодоление сил трения, образование тепла, вибраций.

Шаровые мельницы

В шаровых мельницах во внутреннюю полость барабана помещают стальные шары диаметром 25-150 мм, заполняя ими свободный объем на 40-45%. При вращении барабана мелющие элементы поднимаются вверх и скатываются вниз, в процессе перемещения разрушая полимер. На куски материала дробится без участия силы удара - только истиранием и раздавливанием при падении на них шаров.

В шаровых мельницах важно выбрать оптимальную скорость вращения барабана. При определенных условиях центробежная сила может оказаться настолько большой, что шары начнут вращаться вместе с барабаном без падения вниз. При таких условиях измельчение прекращается.

Стержневые измельчители

Конструкция стержневого устройства максимально схожа с конструкцией шаровых мельниц. Отличие только в форме мелющих тел: вместо шаров здесь используются стальные стержни диаметром 40-100 мм, длина которых на 25-50 мм меньше длины барабана. При этом длина барабан меньше, чем в шаровых устройствах.

Скорость вращения барабана составляет 20-30 об/мин. При таком медленном вращении стержни не поднимаются вверх и не опускаются, а просто перекатываются внутри барабана, измельчая материал. На выходе можно получить вторично сырье с более узким гранулометрическим составом, чем в шаровых устройствах.

Мельницы истирающего воздействия кольцевые

Кольцевые мельницы работают по принципу истирающих устройств. Материал попадает между кольцом и роликами или шарами, где одновременно с истиранием раздавливается мельчащими телами. Ролики или шары под действием центробежной силы или пружин прижимаются к кольцу. Кольцевые мельницы бывают маятниковыми, валково-пружинными, пружинными, центробежно—шаровыми.

Маятниковые устройства

В маятниковых роликах ролики закреплены на маятниках, закрепленных при помощи крестовины на вращающемся валу. Под действием центробежной силы ролики прижимаются к кольцу и движутся по нему, измельчая поданный на это же кольцо полимерный материал. Далее струя воздуха захватывает измельченный материал и перемещает его в сепаратор, где калибруется (мелкие частицы улавливаются циклоном). Частицы крупного калибра вновь возвращаются в зону измельчения.

Валково-пружинные мельницы

Валково-пружинные мельницы работают по тому же принципу, что и маятниковые устройства, но вместо маятников предусмотрены пружины. Материал подается на вращающееся кольцо, по которому движутся ролики. В пространстве между роликами и кольцом материал измельчается и пересыпается через край чаши. Поток воздуха подхватывает мелкие частицы и отправляет их в сепаратор, где калибруется. Крупные частицы повторно отправляются в измельчитель для домалывания.

Мельницы для сверхтонкого измельчения

Коллоидное измельчение – это самый мелкий помол, при котором размер зерна может достигать 0,00075 – 0,0001 мм. Для его реализации используют вибрационные, бисерные, струйные мельницы.

Вибрационные мельницы

В вибрационной мельнице измельчение происходит за счет вибрационных колебаний, созданных корпусом. Корпус опирается на пружины, смонтированные на раме. Корпус приводится в движение валом, а тот получает движение от электродвигателя через эластичную муфту. Скорость вращения вала 1000 до 3000 мин^-1.

В зависимости от типа вала различают гирационные мельницы (эксцентриковый вал) и мельницы ирационного типа (вал с дебалансом). Если на выходе необходимо получить полимерный порошок без металлических включений, внутреннюю часть корпуса и вибратор покрывают резиной.

В корпус загружают измельчающие элементы в виде шаров или стержней. При работе мельницы создаются вибрационные колебания, передающие импульс шарам. В свою очередь шары начинают движение по сложным траекториям, интенсивно измельчая полимерное сырье. Разрушение полимеров происходит за счет частых ударов шаров о куски материала и одновременного растирания.

В вибрационных мельницах возможно как сухое, так и мокрое измельчение в периодическом или непрерывном режиме. Размер частиц может составлять 60 мкм и менее.

Бисерные мельницы

Принцип работы бисерных мельниц базируется на разрушении полимеров путем воздействия на него кварцевым бисером, заполняющим рабочий бункер на 2/3 объема. Такой измельчитель подходит для разрушения ПВХ и его производных. Вращающийся дисковый ротор приводит в движение бисер, который и разрушает полимер до требуемой фракции. При высокой гомогенности получаемого материала мельницы бисерного типа требуют частой замены мелющих тел.

Струйные мельницы

При помоле полимеров средней прочности используют струйные мельницы, которые обеспечивают измельчение до 2-5 мкм. В основе их работы лежит использование энергоносителя (сжатого газа, перегретого пара или воздуха). Энергоноситель подается через сопла, где расширяется и приобретает скорость до нескольких метров в секунду. Под действием энергоносителя частицы начинают движение с высокой скоростью, соударяются друг о друга при пересечении потоков, а также о стенки камеры. Важной особенностью струйных мельниц является возможность получить материал мелкой степени помола без загрязнения продуктами износа (металлическими абразивными частицами).

Струйная мельница может иметь противоточную или плоскую помольную камеру. В противоточной камере сопла для подачи энергоносителя располагаются с противоположных сторон. В плоской помольной камере измельчителя подача пара или газа осуществляется через кольцевой коллектор с соплами. Расположение сопел обеспечивает пересечение струй энергоносителя внутри камеры. В обоих случаях поток носителя увлекает измельчаемые куски полимера в движение, которое приводит к их столкновению и разрушению связей между частицами. Измельченный материал подается в сепаратор, где частицы нужной фракции отбираются, а крупные возвращаются обратно для повторного измельчения.

Коллоидные мельницы

В коллоидных мельницах выполняют измельчение до размера в несколько микрометров. Чтобы предотвратить слипание частиц, измельчение проводят в диспергирующей среде. Это может быть жидкость или реже газ.

Измельчение осуществляется либо ротором с билами и неподвижно закрепленными на корпусе контрударниками (в роторно-бильных мельницах) либо роторам и статором с нанесенными на поверхность продольными канавками (в виброкавитационных мельницах). В обеих конструкциях суспензия через штуцер подается в корпус. Средняя скорость вращения роторного вала достигает 18000 об/мин. Суспензия, двигаясь между билами и контрударниками или между канавками ротора и статора, измельчается и гомогенизируется одновременно. Средняя производительность коллоидных мельниц достигает 500-700 кг/час.