BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 1/8 PROCESY MECHANICZNE I URZĄDZENIA. Ćwiczenie L6

Transkrypt

1 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH /8 PROCESY MECHANICZNE I URZĄDZENIA Ćwiczenie L6 Temat: BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH Cel ćwiczenia: Poznanie metod pomiaru wielkości charakteryzujących proces rozdrabniania i sposobu obliczania energochłonności procesu.

2 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 2/8. Podstawy teoretyczne 2. Opis stanowiska laboratoryjnego Rys.. Schemat stanowiska do badania procesu rozdrabniania materiałów ziarnistych: - młynek, 2 watomierz, 3 lej zasypowy(zasobnik surowca), 4 - odbieralnik produktu przemiału Elementy na wyposażeniu stanowiska ćwiczeniowego: a) młynek bijakowy b) układ pomiaru mocy elektrycznej (czynnej) c) stoper ręczny d) suwmiarka e) waga laboratoryjna (w=240g, d=0,g) f) pojemnik z surowcem do rozdrabniania g) pudełka kartonowe (na próbki, jednorazowe - wykonane podczas ćwiczenia) 3. Przebieg ćwiczenia W celu wykonania ćwiczenia należy: a) Zestawić stanowisko pomiarowe; b) Wyznaczyć moce pobierane podczas rozruchu młynka bez surowca (P RJ ) i biegu jałowego (P PJ moc pobierana przez silnik młynka pracującego z pustą komorą rozdrabniania); c) Zmierzyć wielkość cząstek surowca; d) Przygotować próbki surowca do rozdrabniania; e) Wykonać proces rozdrabniania surowca stosując dwa różne czasy rozdrabniania (t P i t P2 ) dla każdego procesu rozdrabniania pomiary wykonać w dwóch powtórzeniach,

3 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 3/8 rejestrując moc rozruchu młynka (P RP ) i moc pobieraną podczas pracy ustalonej (P PP ). Równocześnie należy rejestrować rzeczywisty czas trwania procesu rozdrabniania (t P ). f) Produkty przemiału przekazać następnemu zespołowi w celu wykonania analizy sitowej. g) Zmierzyć i obliczyć niezbędne wielkości, uprzątnąć stanowisko ćwiczeniowe i opracować sprawozdanie. 4. Opracowanie wyników pomiarów i obliczeń Obliczanie reprezentatywnego rozmiaru cząstek surowca (nadawy) Średni rozmiar (średnia średnica zastępcza) cząstek składnika mieszaniny wyznacza się na podstawie pomiaru wielkości cząstek próbki reprezentatywnej materiału. Jeżeli ziarna materiału mają kształt zbliżony do kulistego mierzy się jeden wymiar i traktuje jako średnicę zastępczą. Średni rozmiar cząstek oblicza się jako średnią arytmetyczną z wielkości n mierzonych cząstek: d n Sr d i n i. () W sytuacji gdy kształt cząstek znacząco odbiega od kuli (np. ziarna ryżu, płatków lub zbóż), rozmiar cząstki oblicza się na podstawie trzech wymiarów ją charakteryzujących: długości (l), szerokości (s) i grubości (g). W takiej sytuacji średnica zastępcza pojedynczej cząstki d i obliczana będzie jako d i 3 li si gi. (2) Średni zastępczy rozmiar takich cząstek oblicza się z wzoru (). Obliczanie charakterystycznego rozmiaru cząstek produktu przemiału Charakterystyczny rozmiar (średnica zastępcza) cząstek produktu przemiału wyznacza się na podstawie jego składu granulometrycznego. Jako wymiar charakterystyczny przyjmuje się parametr d 80 (osiemdziesiąty percentyl rys. 2). Wartość tą dla każdego z rozdrabnianych materiałów należy wyznaczyć na podstawie analizy sitowej mlewa.

4 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 4/8 d 80 Rys. 2. Zasada wyznaczania wartości d80 z funkcji kumulacyjnej składu granulometrycznego Wyznaczanie ilości energii zużytej na rozdrobnienie surowca Podczas rozdrabniania materiału ziarnistego energia mechaniczna zużywana jest na dwa główne cele. Są to: a) Wprawienie elementów ruchomych rozdrabniacza w ruch (pokonanie sił bezwładności) oraz utrzymanie elementów ruchomych rozdrabniacza/młyna w ruchu (np. pokonanie sił tarcia, pokonanie oporów aerodynamicznych stawianych przez elementy rozdrabniacza będące w ruchu itp.); b) Wykonanie pracy rozspojenia surowca (Rys. 3). Do bilansu procesu rozdrabniania wykorzystuje się tylko wartość energii zużytej na rozspojenie surowca. Jej wartość nie może być wyznaczona bezpośrednio ocena ilości tej energii polega na pomiarze energii całkowitej, a następnie odjęciu od niej energii zużytej na wprawienie elementów rozdrabniacza w ruch i utrzymania ich w tym stanie przez cały czas pracy młyna. Wartości energii oblicza się jako iloczyny mocy pobieranej przez silnik i czasu pracy rozdrabniacza.

5 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 5/8 Ilość energii zużytej na napęd rozdrabniacza oblicza się jako iloczyn mocy pobieranej przez silnik podczas biegu jałowego i czasu rozdrabniania surowca. Całkowita ilość energii zużytej na napędzanie mechanizmów rozdrabniacza i rozdrabnianie surowca oblicza się jako iloczyn mocy pobieranej przez silnik elektryczny podczas rozdrabniania i czasu rozdrabniania. Różnica tych dwóch energii równa jest pracy technicznej rozdrabniania ( czystej energii zużytej na rozdrabnianie surowca). Moc pobierana przez silnik ma wartość zmieniającą się podczas pracy rozdrabniacza. Największą wartość osiąga podczas rozruchu energia pobierana z sieci zużywana jest na pokonanie oporów ruchu elementów rozdrabniacza i rozpędzenie ich do prędkości roboczej. Przyjmuje się, że w badanym układzie rozruch trwa ok. s. P P RP P RJ P PP P PJ t R Rys. 3. Zasada wyznaczania ilości energii zużytej na rozdrabnianie surowca t P [s] Charakterystyczny rozmiar (średnica zastępcza) cząstek produktu przemiału wyznacza się na podstawie jego składu granulometrycznego. Jako wymiar charakterystyczny przyjmuje się parametr d 80 (osiemdziesiąty percentyl rys. 2). Wartość tą dla każdego z rozdrabnianych materiałów należy wyznaczyć na podstawie analizy sitowej mlewa. Wyznaczanie stałej rozdrabniania surowca Proces rozdrabniania (drobnego) materiału ziarnistego w ujęciu energetycznym można opisać teorią Rittingera daną wzorem:

6 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 6/8 L t C R m d P d S. (3) Stałą procesu rozdrabniania wyznacza się ze wzoru (3) na podstawie znanej masy surowca (m), rozmiaru cząstek surowca (d S ), rozmiaru cząstek produktu (d P = d P80 ) i pracy technicznej rozdrabniania (L t ) obliczonej na podstawie pomiarów czasu rozdrabniania i mocy pobieranej przez młynek. 5. Pytania kontrolne. Co nazywamy techniczną pracą rozdrabniania i w jakich jednostkach ją wyrażamy? 2. Co to jest rozdrabnianie materiałów ziarnistych? 3. Wyjaśnij pojęcie stopień rozdrobnienia w odniesieniu do procesu mielenia i sposób jego obliczenia. 4. W jakich jednostkach wyraża się stałą rozdrabniania materiału ziarnistego wg teorii Rittingera? 5. Dlaczego bezpośrednio po uruchomieniu moc pobierana przez młynek jest większa niż później (podczas jego pracy)? 6. Co to jest praca właściwa rozdrabniania? 7. W jakich jednostkach wyraża się stałą rozdrabniania materiału ziarnistego wg teorii Bonda? 8. Jaką wartość ma praca właściwa rozdrabniania materiału ziarnistego jeżeli młyn w ciągu każdych 0min pracy rozdrabnia 20kg surowca pobierając przy tym 2kW mocy? Należy założyć, że cała pobierana energia przeznaczana jest na rozspojenie surowca. 9. Jakimi zaletami charakteryzuje się rozdrabnianie na mokro? 0. Wady rozdrabniania na sucho.. Wyjaśnij zasadę pracy rozdrabniacza w układzie zamkniętym i zalety z tego wynikające. 2. Zalety rozdrabniania w układzie otwartym w porównaniu z pracą rozdrabniacza w układzie zamkniętym

7 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 7/8 Tabela. Zestawienie wyników pomiarów średnic zastępczych cząstek surowca i l S [mm] s S [mm] Surowiec g S [mm] d S [mm] d Tśr =

8 BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 8/8 Tabela 2. Zestawienie wyników pomiarów procesu rozdrabniania i P 0R t P = [s] P R m P [g] P 0R t P2 = [s] P R m P [g] P Rśr = P R2śr = 6. Literatura uzupełniająca Koch R.,A. Noworyta Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wyd. 2. WNT Warszawa