Основні теоретичні положення. Мета роботи – здійснити ситовий аналіз подрібненого матеріалу;

Лабораторна робота № 15

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ПОДРІБНЕННЯ

Мета роботи – здійснити ситовий аналіз подрібненого матеріалу;

побудувати диференційні та інтегральні криві розподілу

за розмірами частинок подрібненого матеріалу;

визначити середній та середньозважений розміри

частинок, коефіцієнт відхилення (ступінь відхилення від

однорідності розмірів частинок) та питомі витрати

енергії на подрібнення.

Основні теоретичні положення

Сипкі матеріали залежно від розмірів їхніх частинок поділяють на п’ять груп: Кускові (d_max > 10 мм); крупнозернисті (2-10 мм); дрібнозернисті (0,5-2 мм ); порошкоподібні (0,05-0,5 мм); пилоподібні (d_max < 0,05 мм).

Подрібнений матеріал піддається ситовому аналізу, тобто послідовним просіюванням крізь сита, отвори яких поступово зменшуються, внаслідок чого одержують кілька фракцій з різними розмірами частинок.

Середній розмір частинок фракції d_{і сер} розраховують як середнє арифметичне між розмірами отворів d_і сита, на якому фракція затрималася, і розмірами отворів d_{і -1} попереднього сита, тобто

d_{і сер} = 0,5(d_і + d_{і -1}). (15. 1)

За розмір отворів сита (розмір отворів називають просто «розмір сита») беруть або діаметр круглих отворів, або сторону квадрата, якщо отвори квадратні.

Диференціальну криву розподілу подрібненого матеріалу показано на рис.15.1. На горизонтальній осі – середні розміри частинок, на вертикальній – кількість фракцій, що затрималася на кожному із сит ( ця кількість називається «схід»), % (мас) від загальної маси матеріалу.

Інтегральні криві розподілу подрібненого матеріалу показано на

рис.15.2. Горизонтальна вісь – розмір сита, вертикальна – кількість матеріалу в усіх фракціях, частинки в яких менші ( прохід – крива 1) або більші ( схід – крива 2) від розміру кожного із сит.

Середньозважений розмір частинок визначають за рівнянням

d_{і сер.зв.}= (15. 2)

де m_i - масова частка кожної фракції подрібненого матеріалу, %;

n - кількість фракцій.

Рис. 15.1. Диференціальна крива розподілу Рис. 15.2. Інтегральна крива розподілу подрібненого матеріалу подрібненого матеріалу

Коефіцієнт відхилення – це ступінь відхилення розмірів частинок від їх середнього розміру. Коли розраховують цей коефіцієнт, то за допомогою рис. 15. 2. від загальної маси подрібненого матеріалу відкидають по 16 % найбільших і найменших частинок, при цьому визначають d₈₄ і d₁₆, а також d₅₀. Коефіцієнт

(15. 3)

Питома витрата енергії на подрібнення. Під час тонкого подрібнення витрата енергії, Дж,

A = ΔSN_пит, (15. 4)

N_пит – питома витрата енергії (на утворення 1 м² нової поверхні), Дж/м².

ΔS – додаткова площа поверхні, яка утворилася під час подрібнення, м²,

ΔS= S_К – S_П (15.5)

де S_К – загальна площа поверхні частинок після подрібнення, м²;

S_П – площа куска матеріалу до подрібнення, м²;

Щоб полегшити визначення S_П . Кусок матеріалу беруть простої форми (кулястої, кубічної і под.), тоді

для кубічної форми S_П = 6а²;

для циліндричної форми S_П = πdh + 2 ;

для кулястої форми S_П = πd²;

для зерна S_П = Z φ πd²,

де а, в, h – геометричні розміри

S_К =S₁ +S₂ +…+S_n = , (15.6)

де S_і – загальна площа поверхні частинок,

( f_{i –} площа поверхні однієї частинки, м²; Z_i – кількість частинок фракції; n – кількість фракцій).

Якщо частинки кулясті, то

f_i = πd²_{і сер}; (15. 8)

Z = G_i/q_i , (15. 9)

де G_i – маса і-ї фракції,кг; q_i – маса однієї частинки, кг,

; (15. 10)

де ρ – густина матеріалу частинок, кг/м³.

Із сумісного розв’язання рівнянь (15. 7) - (15. 10) маємо

S_і = 6G_i φ/d_{і сер}ρ, (15. 11)

де φ – коефіцієнт, що враховує відхилення форми частинок від кулястої, φ = 1,2…1,5.

Опис установки

Схему установки показано на рис.15.3. На масивній основі 1 встановлено трубчатий корпус 2, що забезпечує безпечність процесу подрібнення і пластини 3, для підтримування вантажу 4. На основу укладається матеріал 6, що необхідно подрібнити. Коли з- під вантажу 4 вилучаються пластини 3, він падає і подрібнює матеріал. Огорожа 5 не дає змоги частинкам матеріалу розсипатися.

Рис. 15.3. Схема лабораторної

установки

Методика проведення роботи

Прилади, обладнання, матеріали та хімічні реактиви:

1. Лабораторна установка з вантажем

2. Набір сит УК СЛ 200

3. Ваги лабораторні

4. Щтангельциркуль

5. Лінійка

6. Мірний циліндр

4. Матеріал для подрібнення: - цукор рафінад, ρ = 1600 кг/м³

- гречка зерниста;

- пшениця зерна;

- овес зерна;

- ячмінь зерна, ρ = 1350 кг/м³

- крейда кускова, ρ = 2200 кг/м³

- бентоніт, ρ = 2250 кг/м³

Хід роботи

1. Матеріал підготовлений для подрібнення зважуємо і обміряємо за допомогою штангельциркуля, лінійки або мірного циліндру, для отримання даних для розрахунку площі його вільної поверхні.

2. Матеріал укладаємо на основу установки 1 (Рис. 15.3).

3. Встановлюємо на основу трубчатий корпус 2 і огорожу 5, так, щоб матеріал для подрібнення розмістився в центрі.

4. Вантаж 4 розміщаємо на пластинки 3. Масу вантажу попередньо зважуємо.

5. Пластинки 3 розсуваємо так, щоб вантаж, що падає подрібнював

матеріал. Цю операцію повторюємо до одержання бажаного ступеню подрібнення. Кількість повторів фіксуємо.

6. Подрібнений матеріал збираємо і робимо ситовий аналіз. Визначаємо масу кожної фракції. Результати записуємо у таблицю.

Таблиця

Опрацювання результатів

1. Розраховуємо середній розмір d_{i сер} частинок кожної фракції (сходу). Для першої фракції, тобто сходу першого ( з максимальними отворами) сита, d_{i сер} можна взяти таким, як розмір цього сита, або більшим на половину різниці між верхнім і нижче розміщеним ситами. Значення d_{i сер} записуємо в таблицю.

2. Будуємо диференціальну криву (див. рис. 15.1).

3. Розраховуємо кількості сходу і проходу по ситах і записуємо їх у таблицю(стовпці 6 і 7).

4. Будуємо інтегральні криві (див. рис. 15.2).

5. Розраховуємо R, % і d _сер.зв.

6. Визначаємо загальну площу матеріалу до подрібнення S_П в залежності від форми матеріалу, що іде на подрібнення.

Визначаємо площу поверхні частинок після подрібнення S_К з використанням рівняння (15.6), площу поверхні частинок кожної фракції S_i за рівнянням (15. 11).

Визначаємо додаткову площу поверхні, що утворилась ΔS - за рівнянням (15. 5).

7. Розраховуємо витрати енергії А на подрібнення. Для установки, яку показано на рис. 15. 3, ці витрати визначаємо за рівнянням

А = Рg На, (15.12)

де Р – маса вантажу 4 на рис. 15.3, кг; g- прискорення вільного падіння, м/с²; Н – відстань між вантажем у верхньому положенні та матеріалом, що подрібнюється, м; а – кількість повторень операцій подрібнення.

8. Розраховуємо питомі витрати енергії на подрібнення даного матеріалу N_пит за рівнянням (15.4).

Приклад розрахунку m_i, d_сер, сходу і проходу наведено в таблиці. Криві 16.1 і 16.2 побудовано за даними таблиці.

Контрольні питання

1. Якими величинами характеризується дисперсність подрібненого матеріалу?

2. Назвіть межі розмірів сит.

3. Як будують диференціальну та інтегральну криві розподілу частин матеріалу за розмірами?

4. Як розрахувати додаткову поверхню, що утворилась?

5. Як розрахувати витрати енергії на подрібнення?

Література

1. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / За ред. проф. І.Ф. Малежика. – К.: НУХТ, 2003.- 400 с.: іл.

2. В.Н. Стабников, В.Д. Попопв, В.М. Лысянский, Ф.А. Редько Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Пищевая промышленность, 1976. – 663 с.

3. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств: Учебное пособие / Под ред. В.Н. Стабникова. – К.: Вища школа, 1982. – 199 с.

4. Процеси і апарати харчових виробництв. Лабораторний практикум: Навч. посіб. / за ред. проф. І.Ф. Малежика. – К.: НУХТ, 2006. – 224 с.

5. Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств / С.М. Гребенюк, А.С. Васильева, А.С. Гинсбург и др.; / Под ред. С.М. Гребенюка. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. – 152 с.

6. Процеси і апарати харчових виробництв. Лабораторний практикум: Навч. посіб. / За ред. В.Н. Стабнікова. – К.: Вища школа, 1971. – 197 с.

7. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии / Под ред. П.Г. Романкова. – Л.: Химия, 1979. – 256 с.