Физико-механические свойства сырья и готовой продукции

Тема № 2

Получение и оценка помольных характеристик измельчения зерна дроблением

 Скачать документ в формате MS Excel "Получение и оценка помольных характеристик измельчения зерна дроблением"

В нём находится программа «Получение и оценка помольных характеристик измельчения зерна дроблением», используемая при рассмотрении темы № 2.

 Скачать архив MS Word  "Тема № 2"  

 
2. ПОЛУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА ПОМОЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА ДРОБЛЕНИЕМ

В процессе проведения лабораторной работы на анализируемой дробилке проводится пробное дробление небольшой партии зерна. Полученный продукт анализируется на классификаторе с целью получения данных о его фракционном составе. По эмпирическим данным строится теоретическая кривая помольной характеристики, оценивающая эффективность применения дробилки данного конструктивного исполнения в режиме на данном продукте измельчения.

1. Цели и задачи работы

1.1. Изучение рабочего процесса анализируемой дробилки.

1.2. Анализ исходного продукта.

1.3. Определение и анализ состава продуктов измельчения.

1.4. Получение эмпирических данных о фракционном составе и теоретической кривой помольной характеристики.

1.5. Определение процента эффективного усвоения корма данного помола основными видами сельскохозяйственных животных.

1.6. Привитие навыков применения компьютерных технологий и специально разработанного программного обеспечения [4] для оценки работы анализируемой дробилки.

Общие сведения

Измельчение зерна, т.е. разделение его на частицы различной крупности, достигается воздействием рабочих органов на продукт. В зависимости от вида вызываемой при этом деформации измельчение осуществляется ударом на молотковых дробилках, размолом на вальцовых и жерновых мельницах, плющением на плющилках, раскалыванием и другими способами.

В рабочей камере молотковой дробилки материал измельчается за счёт ударного импульса - разбивания «влет» и истирания о решета и деки машины. В современных дробилках окружная скорость концов молотков находится в пределах 60...100 м/с.. В таких условиях происходит безопорное разрушение материала при его контакте с молотком. Исследованиями установлено, что в процессе измельчения зерна имеет место многократное воздействие молотков на материал.

Конечный продукт, полученный при измельчении зерна неоднороден по фракционному составу. Распределение фракций по размерам частиц составляет помольную характеристику и приближённо может оцениваться средневзвешенным диаметром частиц, который называется модулем помола.

Помол считается тонким, если величина модуля лежит в пределах 0,2...1,0 мм, средним - 1,0...1,8 мм и крупным - 1,8...2,6 мм.

Дробильные машины, проходящие испытания, в первую очередь оцениваются по приведенным выше характеристикам. Кроме того, к дробильным машинам предъявляются следующие требования:

- машина должна быть универсальной, т.е. способной                 измельчать с требуемой степенью дробления как зерно, так и другие виды продуктов (жмыхи, гранулы, брикеты, кукурузу в початках и т.д.);

- при работе машина не должна давать большого количества пылевидного продукта;

- измельчение зерновых при повышенной влажности (18...20%) должно обеспечиваться без нарушения качества работы, без значительного снижения производительности;

- в рабочей камере продукт не должен излишне нагреваться;

- удельные энерго- и трудозатраты на процесс должны быть минимальными.

2. Оборудование

2.1. Молотковая дробилка (ДБ-5 или КДУ-2).

2.2. Лабораторный классификатор с набором сит.

2.3. Кюветы.

2.4. Весы ВЛК-500.

2.5. Мерный цилиндр 100 см³.

2.6. Керосин 100 см³.

2.7. Зерно (пшеница, кукуруза, ячмень) - 3, 0 кг.

2.8. Компьютер (компьютерный класс).

2.9. Медиапроектор.

3. Определение показателей, характеризующих исходный продукт

Измельчение зерна можно рассматривать как процесс получения более мелких частиц с сильно развитой суммарной поверхностью. Приращение удельной площади поверхности при измельчании является показателем эффективности процесса измельчения.

Определение удельной площади поверхности частиц неправильной формы базируется на понятии эквивалентного диаметра  D_э.

3.1. На практике эквивалентный диаметр D_э исходного зерна, согласно ГОСТ 3040-01, находится по следующей методике:

- из партии исходного продукта отбирается проба массой 0,5 килограммов, из которой выделяется три навески по 5 граммов.

- из каждой навески отбирается по 100 зерен и после взвешивания определяется средняя масса одного зерна Р_з (г);

- в наполненный керосином мерный цилиндр помещают 100 отобранных зерен с целью определения их суммарного объема. По полученным данным находят средний объем одного зерна V_з в мм³) путём определения объёма вытесненной жидкости ста зёрнами;

- опыт по определению V_з повторяют на второй и третьей выборке из 100 зёрен и окончательно находят средний объем зерна по трем выборкам, значение которого заносят в зону I программы (см. рис.2.1);

- по полученному значению V_з определяется эквивалентный диаметр зерна  D_э по формуле

(мм).

3.2. Объёмная удельная площадь поверхности исходного продукта (зерна) определяется выражением

(мм^-1).

3.3. Массовая удельная площадь поверхности исходного продукта (зерна) определяется выражением

(мм²/г),

где r-плотность продукта,  г/мм³; D_{э. -} эквивалентный диаметр исходного продукта (зерна).

4. Определение параметров процесса измельчения

О параметрах процесса измельчения можно судить по гранулометрическому составу измельченного продукта, получаемого дроблением зерна, модулю помола, объёмной удельной площади поверхности, массовой удельной площади поверхности продуктов размола и их приращению, степени измельчения продукта.

Гранулометрический (фракционный) состав измельченного продукта характеризует распределение частиц в соответствии с их размерами по классам (фракциям), т.е. показывает, какая часть дерти принадлежит к тому или иному классу.

Относительное содержание частиц тех иди иных размеров (фракций)  в данной работе определяется методом ситового анализа, который выполняется по следующей методике.

Из пробы измельчённого продукта массой 1 кг отбирается навеска в 100 г и на лабораторном классификаторе проводится её рассев в течение 5 мин. На лабораторных весах взвешиваются остатки измельченного продукта на каждом сите с точностью до 0,01 г. Результаты опытов заносят в табл.2.1, которая используется для дальнейших расчётов с использованием прилагаемой программы (см. рис.2.1. Зона III).

Обработка результатов ситового анализа даёт возможность вычислить следующие показатели процесса дробления.

4.1. Модуль помола - средневзвешенный диаметр частиц измельченного продукта определяется по формуле

где Pi - массовый остаток на i-м сите, г; i - порядковый номер сита в классификаторе; d_i - размер отверстий i- го сита.

4.2 Объёмная удельная площадь поверхности измельчённого продукта определяется выражением

 (мм^-1).

4.3. Массовая удельная площадь поверхности измельчённого продукта определяется выражением

(мм²/г).

Результаты ситового анализа

Показатели		i-й номер сита в классификаторе
		1	2	3	4	5	6	7	Дно
Диаметр отверстий сит di,мм
Массовый остаток Pi на сите i, г.	1-я повторность
	2-я повторность
	3-я повторность

 4.4. Приращение величины объёмной удельной площади поверхности, полученное в результате измельчения продукта:

DS_уд.об.=S_уд.об.И –S_уд.об.З .

4.5. Приращение величины удельной площади поверхности, полученное в результате измельчения продукта:

DS_уд.м..=S_уд.м.И –S_уд.м.З .

4.6. Степень измельчения продукта

5. Анализ фракционного состава измельчённого продукта

Для определения гранулометрического, или фракционного, состава измельчённого зерна строится помольная характеристика. Она может быть представлена в виде графика, по оси абсцисс которого откладываются средние размеры частиц на сите i - x_i, а по оси ординат - суммарные остатки на ситах включая I -е сито - Rx_i.

Средний размер частиц на сите равен среднему размеру отверстий двух смежных сит (данному и верхнему) и определяется по зависимости

x_i=(d_i+d_i-1)/2.

 Суммарным «по плюсу» остатком на сите i называется сумма остатков на всех ситах, расположенных в наборе выше данного, включая остаток на данном сите Rx_i. Таким образом, суммарный выход «по плюсу» показывает, сколько имеется в пробе материала с размерами частиц крупнее данного размера.

По значениям x_i и Rx_i строится эмпирическая кривая помольной характеристики, а по значениям x_i и Pi строится гистограмма, представляющая собой эмпирически определённый вариационный ряд, или полигон распределения, размеров частиц по классам. Следует отметить, что для построения гистограммы – эмпирической дифференциальной кривой - в качестве ординаты берётся не остаток Pi на том или ином сите, а относительная частота, т.е. частное от деления Pi на длину Dx_i  классового промежутка.

Кроме того, эти эмпирические данные могут быть обработаны статистическими методами, а точки данной кривой могут быть сглажены, и она может быть описана аналитической зависимостью.

Как показывают результаты научных исследований, дробление материала носит стохастический характер, и при описании функции распределения частиц по размерам можно применять вероятностно-статистические методы. Установлено также, что при аппроксимации эмпирических распределений измельчённых частиц по классам наилучшие результаты дают экспоненциальное уравнение Розина-Раммлера и логарифмически-нормальный закон.

Наиболее простым для обработки и поэтому чаще применяемым является уравнение Розина-Раммлера, которое для кривой «по плюсу» имеет вид

где Rx – суммарный «по плюсу» остаток по массе на сите с размером отверстий x ,%; x – средний размер отверстий двух смежных сит, мм; b,n - постоянные эмпирические коэффициенты.

Для построения теоритической кривой помольной характеристики по уравнению Розина-Раммлера необходимо найти значения коэффициентов b и n. Это делается по следующей методике. Из результатов ситового анализа пробы берут два суммарных остатка Rx₁ и Rx₂   на   ситах   x₁   и   x₂ ,   относительно  удаленных друг  от  друга.

Рис.2.1. Коптура программы «Получение и оценка помольных характеристик измельчения зерна дроблением»

В результате получается система из двух уравнений:

 и  по которой находят коэффициенты b и n:

           

Коэффициент b - это характеристика размера частиц. Он является мерой крупности дробления и для грубых помолов будет меньше, чем для тонких.

Коэффициент n - константа распределения - характеризует дисперсию ряда, т.е. рассеяние частиц по их крупности. Чем больше n , тем более однороден по гранулометрическому составу измельченный материал, и при n =¥ все частицы имеют одинаковый размер.

6. Отчёт по работе №2

По окончанию работы студенты в индивидуальном порядке сдают преподавателю оформленный протокол лабораторной работы, который должен включать (см. соответствующие зоны на рис.2.1):

- цель работы;

- функциональную схему анализируемой дробилки;

- результаты расчёта значений показателей V_з (зона I), D_э (зона II), S_уд.об.з (зона VIII), λ (зона VI), d_ср.и. (зона V), S_уд.об.И (зона VII), S_{уд.м.з ,} S_{уд.м.И ,} ΔS_уд.об , ΔS_уд.м  и другие;

- гистограмму распределения частиц по размерам, построенную по эмпирическим данным;

- графическое изображение эмпирической кривой, построенной «по плюсу», определяющую помольную характеристику продуктов дробления (гранулометрический состав или характеристику крупности);

- построенные по результатам ситового анализа (эмпирическим данным) расчётные значения коэффициентов b и n (зона IV);

- рассчитанную и нанесенную на график теоретическую кривую помольной характеристики по уравнению 

Розина-Раммлера;

- анализ полученных характеристик и оценку показателей работы дробильного агрегата;

- распечатку расчетов. Коэффициенты кривой Розина-Раммлера (зона IV), гистограмму, теоретическое распределение размеров частиц и процент эффективного усваивания корма данного помола, рассчитанные по прилагаемой программе (зона IX);

- выводы.