Вопросы и ответы фармтехнология. Непрерывный и периодический технологический процесс
 Скачать 6.32 Mb.
|
|
1. 12. Принцип работы измельчающих машин: для среднего и мелкого измельчения (корнерезки, траворезки, валковые дробилки, мельницы ударно- центробежного действия, «эксцельсиор», молотковые); для тонкого измельчения (шаровые и стержневые барабанные мельницы); для сверхтонкого измельчения (струйные и вибрационные). Виды измельчения в зависимости от начальных и конечных размеров частиц. Вид измельчен ия Размер частиц, мм начал ьный кон ечный Среднее 150— 25 25 —5 Мелкое 25—5 5— 1 Тонкое 5—1 1- 0,075 В зависимости от характера прилагаемой силы различают измельчение объемное и поверхностное. При объемном измельчении приложенные силы перпендикулярны к поверхности измельчаемого тела, при этом оно испытывает деформации сжатия, растя- жения, изгиба, кручения и др. Измельчение — сложный процесс, протекающий через ряд последовательных стадий. Под влиянием приложенной силы тело подвергается упругой деформации, которая (при достижении предела упругости) переходит в пластическую. Когда превзойден предел прочности тела, напряжение в материале превышает внутренние силы сцепления частиц, наступает стадия его разрушения. При поверхностном дроблении в основном используется деформация сдвига. В этом случае на тело действуют две силы: одна перпендикулярно, другая — параллельно его поверхности, при этом разрушение проходит через те же стадии, что и при объемном из- мельчении. В стадии разрушения с поверхности тела срываются тонкие пластинки и измельченный продукт имеет вид мелкого порошка. На практике не удается осуществить отдельно каждый вид измельчения, поэтому продукт получается неоднородным. В измельчающих машинах используют разные виды воздействия на материал. Поскольку виды деформации и прочность тел различны, большое значение имеет правильный выбор измельчающих машин. См 13 вопрос 13. Измельчающие машины. Классификация и характеристика. Принцип работы. Выбор измельчающих машин в зависимости от структуры материала и требуемой дисперсности. Особенности измельчения материалов с клеточной структурой. Измельчающие машины могут быть классифицированы по различным признакам: степени измельчения материала, которую можно достичь с помощью машин (для среднего и мелкого измельчения) и мельниц (для тонкого и коллоидного измельчения); способу измельчения — машины изрезывающие, истирающие, раздавливающие, ударные, ударно- истирающиеся. Машины для среднего(5-25 мм) и мелкого (1-5 мм) измельчения Изрезывающие машины. ДЛЯ ЛРС,которое изрезывается до paзмepa частиц 2—8 мм (для получения сборов или производства экстракционных препаратов) Состоит: нож или система ножей, совершающих возвратнопоступательное или вращательное движение. В не- которых случаях машина имеет две системы ножей. Один нож в этих системах двигается, другие смонти- рованы неподвижно. Траво- и корнерезки. В зависимости от строения ножей различают траворезки дисковые и барабанные В дисковых траворезках ножи имеют изогнутое лезвие и насажены на спицы рабочего колеса), в барабанных ножи помещаются на боковой поверхности барабана, вращающегося вокруг своей оси. Для измельчения плотных частей растений применяются корнерезки. Отличительной их особенностью является наличие гильотинных ножей. Растительное сырье подается с помощью транспортера (2), представляющего собой брезентовую ленту или металлическую сетку, натянутую на два валика, из которых один совершает вращательное движение, обеспечивающее перемещение ленты. Транспортер помещается в глубоком лотке (1) для создания направления движения материала. Прессующие и направляющие валики с рифленой поверхностью (3), которых бывает две или три пары, вращающиеся навстречу друг другу, создают компактный слой материала и продвигают его на определенную длину. Электродвигатель ъ) приводит во вращение маховик (5) кривошипного вала (4). Кривошипом приводится в движение гильотинный нож (6), совершающий возвратно- поступательное движение; растительное сырье подается между нижним неподвижным (7) и верхним (6) падающим ножом, разрезается на куски определенной регулируемой величины. Раздавливающие машины. Валковая дробилка состоит из двух параллельных цилиндрических валков, которые, вращаясь навстречу друг другу, измельчают материал главным образом путем раздавливания. Валки размещены на подшипниках в корпусе, причем валок (1) вращается в неподвижно установленных, а валок (2) — в скользящих под- шипниках, которые удерживаются в заданном положения (в зависимости от требуемой ширины зазора) с помощью пружины (3). При попадании в дробилку куска материала чрезмерной твердости пружины ее сжимаются, подвижный валок отходит от неподвижного и кусок выпадает из дробилки, при этом устраняется возможность ее поломки. Наибольший размер кусков измельчаемого в валковой дробилке материала зависит от диаметра валков и зазора между ними. Для того чтобы куски измельчаемого материала вследствие трения втягивались между гладкими валками, их диаметр должен быть приблизительно в 20 раз больше диаметра максимального куска измельчаемого материала. Поэтому гладкие валки применяются только для среднего и мелкого измельчения. Для хрупких материалов (соли и др.) применяют зубчатые валковые дробилки, которые измельчают их раскалыванием и частично раздавливанием и могут захватывать куски размером '/ 4 —'/г диаметра валка. Ударно-центробежные мельницы. Дисмембратор и дезинтегратор. Рабочими частями д и с м е м б р а т о р а (рис. 7.5) являются диски: вращающийся — со скоростью до 3000 об/мин (1) и неподвижный (3). Роль последнего выполняет внутренняя стенка корпуса. На внутренней поверхности дисков укреплены по концентрическим окружностям пальцы. При этом диски поставлены один против другого так, что пальцы (2) вращающегося диска входят в свободное про- странство между пальцами (4) неподвижного диска. Число пальцев в концентрических окружностях увеличивается по направлению от центра к периферии. Материал, подлежащий измельчению, через загрузочный бункер (5) поступает в центр дисмембратора, в зону между вращающимися и неподвижными пальцами, где и происходит его измельчение. Под действием центробежной силы частицы перемещаются от центра к периферии рабочего органа дисмембратора, многократно ударяются о пальцы, поверхность дисков, испытывают взаимные удары и разрушаются. Измельченные частицы отбрасываются в улитку (6), откуда, ударяясь о корпус дисмембратора (7) и вращающийся диск, падают вниз и выводятся из машины. Для предотвращения попадания в зоны измельчения механических предметов исходное сырье проходит предварительно через магнитный сепаратор (8), который устанавливается в нижней части бункера. К дисмембраторам относится мельница «Эксцельсиор». Рабочей частью являются 2 диска, один из которых вращается, а другой неподвижен. На поверхности обоих дисков рядами расположены зубья. Измельчение материала в этой мельнице происходит не только за счет удара, но и за счет разрывания, истирания. Д е з и н т е г р а т о р (рис. 7.6) конструктивно отличается от дисмембратора тем, что его рабочие части состоят из двух входящих друг в друга, вращающихся со скоростью до 1200 об/мин в противоположном направлении дисков (1) и (2) с пальцами (9). Каждый диск (ротор) закреплен на отдельных валах (3) и (7), которые приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей через шкивы (4) и (6). Материал подается в машину сбоку через воронку (8) вдоль оси дисков, отбрасывается к периферии, подхватывается пальцами и, подвергаясь многочисленным ударам, измельчается и удаляется через разгрузочную воронку (5) в нижней части корпуса. Машины для тонкого измельчения Барабанные мельницы. В зависимости от вида мелющих тел различают шаровые и стержневые мельницы..Шаровые мельницы. пустотелый вращающийся барабан, в который через люк с плотно прижатой к барабану специальной скобой-крышкой загружают измельчаемый материал и мелющие тела — стальные шары диаметром от 25 до 150 мм на 40—45% объема барабана). Наилучший эффект измельчения в шаровых мельницах достигается, когда скорость вращения (число оборотов барабана) является оптимальной и соответствует определенному режиму ее работы. В этот период на шар, находящийся во вращающейся мельнице действует центробежная сила Р и вес шара G, равные: Материал в процессе соударения с шарами измельчается в основном ударом, а также истиранием и раздавливанием. При скорости вращения меньше оптимальной шары поднимаются на незначительную высоту и скатываются параллельными слоями вниз, измельчая материал лишь раздавливанием и истиранием, без участия удара. Значительное увеличение числа оборотов приводит к тому, что центробежная сила становится настолько большой, что прекращает падение шаров, которые вращаются вместе с барабаном, не производя измельчения. К недостаткам относится неоднородность конечного продукта (гранулометрического состава). Это требует проведения дополнительных операций — просеивания и измельчения. Получение продукта однородного гранулометрического состава после однократного измельчения обеспечивает вертикальная шаровая мельница (рис. 7.8). Она представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд (1) с рубашкой (2) для водяного охлаждения или нагрева. В цилиндре размещен ротор, состоящий из вала (3) с насаженными на него дисками (4). Цилиндр заполнен шариками (5) диаметром 0,8—2 мм из базальта или кварцевого стекла. Измельчаемый продукт с помощью насоса (6) подается через нижнее отверстие в цилиндре. При вращении ротора твердые частицы материала измельчаются в результате трения о мелющие тела и друг о друга. Готовый продукт выходит через патрубок (7) в верхней части цилиндра. Небольшие размеры мелющих тел и их большое количество обусловливают высокую эффективность измельчения, степень которого зависит от времени пребывания продукта в мельнице и регулируется изменением скорости подачи материала в цилиндр. Стержневые мельницы. По конструкции эти мельницы близки к шаровым, но отличаются формой мелющих тел. Они имеют короткий барабан, в который вместе с материалом, подлежащим измельчению, загружают стальные стержни диаметром 40—100 мм и длиной на 25—50 мм меньше длины барабана. При небольшом числе оборотов барабана (12—30 об/мин) стержни не падают, а перекатываются в нем, измельчая материал раздавливанием, ударом и истиранием. При этом стержни соприкасаются с материалом во многих точках и в первую очередь дробят крупные его частицы, защищая от переизмельчения мелкие. Поэтому продукт в стержневой мельнице получается более равномерной крупности, чем в шаровой. Для сверхтонкого измельчения Вибрационные мельницы Цилиндрический корпус мельницы примерно на 80% объема заполнен мелющими телами — шарами, иногда стержнями. Внутри корпуса установлен вибратор Это вал с дебалансом или эксцентриковый механизм, который при работе мельницы совершает 1500— 3000 колебаний в минуту при амплитуде 2—4 мм. При этом мелющие тела и измельчаемый материал приводятся в интенсивное движение. Частицы материала, вибрируя во взвешенном слое, измельчаются под действием частых соударений с мелющими телами и истираются. Для предотвращения вибрации пола корпус мельницы установлен на пружинах Мельницы могут измельчать как сухие, так и влажные продукты. В вибрационных мельницах весьма быстро достигается высокая дисперсность и большая однородность размеров частиц измельчаемого продукта. Недостатком их является низкая производительность, быстрый износ мелющих тел. Струйные мельницы. Измельчение материала происходит в струе энергоносителя (воздух, инертный газ, перегретый пар), подаваемого в мельницу со скоростью, достигающей нескольких сотен метров в секунду. В струйной мельнице с плоской помольной камерой энергоноситель из распределительного коллектора (2), через сопла (3) отдельными струями поступает в помольно-разделительную камеру. Оси сопел расположены под некоторым углом относительно соответствующих радиусов камеры, вследствие чего струи газа внутри камеры пересекаются. Материал на измельчение подается инжектором (струйный компрессор) через штуцер (1), увлекается струями газа, получает усконение и измельчается под действием многократных соударений и частично истиранием частиц в точках пересечения струй. Так как струи энергоносителя входят в зону измельчения под некоторым углом, вся масса пылегазовой смеси приобретает вра- щательное движение в направлении струй. В результате такого движения частицы оказываются в поле центробежных сил и разделяются на фракции. При этом более крупные сосредоточиваются в периферийной части зоны измельчения, а мелкие оттесняются к центру. Измельчившись до определенных размеров (1—6 мкм), частицы вместе с нисходящим газовым потоком, непрерывно вращаясь, вытекают из зоны измельчения в корпус циклона-осадителя , осаждаются на его внутренней поверхности и удаляются в при- емник (5). Наиболее мелкие частицы, содержание которых 5—10 % увлекаются восходящим потоком отработанного воздуха, уносятся через штуцер и улавливаются в дополнительных циклонах или матерчатых фильтрах. Метод измельчения материалов в струйных мельницах имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими, так как позволяет сочетать измельчение и классификацию с сушкой, смешиванием и другими технологическими процессами. К достоинствам метода относится: возможность получения продукта ,с очень высокой степенью измельчения; при измельчении элементы мельницы практически не изнаши- ваются (отсутствуют вращающиеся детали и мелющие тела) и, следовательно, не вносят примеси в готовый продукт; материал в процессе измельчения не изменяет своей начальной температуры, что позволяет перерабатывать термолабильные вещества. Недостатком струйных мельниц является большой расход энергоносителя и, следовательно, высокая энергоемкость процессов, необходимость равномерной подачи материала и поддерживания постоянного аэродинамического режима работы. 14. Способы разделения измельченного материала. Характеристика ситового разделения, материал и виды сеток. Стандарты и нумерация сит. Конструктивные особенности и принцип работы механизированных сит (качающихся, вращательно- вибрационных, вибрационных). Разделение измельченного материала на фракции (классы) осуществляется по размеру частиц. Известны следующие способы разделения: механическое — на ситах; гидравлическое — в зависимости от скорости осаждения частиц в воде; воздушное (се- парация) — по величине скорости их осаждения в воздухе. В химико-фармацевтической промышленности преимущественно используют ситовое разделение. С этой целью применяют механизированные сита, представляющие собой сочетание сеток и специальных механизмов, обеспечивающих их движение. По характеру сетки различают сита плетеные, штампованные и колосниковые Плетеные сита. Их получают переплетенем тонких нитей или проволок. Используют натуральный шелк, синтетические материалы (капрон), специальные сорта нержавеющей стали, латунь, фосфористую бронзу. Переплетение ведется в строго определенном порядке, в соответствии с так называемой «формулой сит», по которой ширина отверстий сетки составляет 6 /п, толщина нитей — 4 /п, где п — число нитей, приходящихся на 1 см (по длине). Согласно этой формуле ширина отверстий сетки должна быть в 1,5 раза больше толщины нити (6:4). Плетеные сита малопрочны. Их сетки легко вытягиваются, нити сдви- гаются, в результате чего нарушается первоначальная правильность размеров отверстий. Для повышения прочности проволочные сетки подвергают прессованию под большим давлением, благодаря чему в местах перекрещивания проволока сминается и закрепляется. В некоторых случаях тонкую проволоку и шелковые нити подкрепляют более прочной, с более крупными отверстиями металлической сеткой. Штампованные сита. Это сита (рис. 7.11, в), которые представляют собой металлические листы толщиной 2—12 мм, с проштампованными (пробивными) отверстиями круглой, овальной или квадратной, формы. Они отличаются прочностью и широко применяются в промышленности, однако имеют довольно крупные отверстия — не менее 0,3 мм. Колосниковые сита. Применяются редко, в основном устанавливаются в мельницах, работающих по принципу удара. Они представляют собой сочетание металлических (чугунных, стальных) пластин (рис. 7.11, г); отличаются исключительной прочностью. В зависимости от конструкции механизмов, приводящих в движение рабочую поверхность сита и просеиваемый материал, различают сита качающиеся и вибрационные. Качающиеся сита (трясунки). Эти механизмы совершают принудительное качание сита, которое обеспечивается жесткой связью коленчатого вала, шатунно-кривошипного или эксцентрикового механизмов с корпусом сита. Сито устанавливается в горизонтальном или наклонном положении (7—14°) на роликах, двигающихся по направляющим, иногда они крепятся на шарнирных или кривошипных опорах или же их подвешивают на шарнирных подвесах. Число качаний в минуту составляет от 50 до 400, а амплитуда коле- баний от 5 до 200 мм. Устройство качающегося сита представлено Материал, подлежащий просеиванию, насыпается на рабочую поверхность (3) через воронку (1). Просеянный порошок ссыпается в воронку (7), а оттуда в тару (8). Во избежание распыления материала во время работы тара устанавливается в специальный кожух, прикрепленный к корпусу (2) и закрываемый дверцами (9). Короб сита установлен на четырех роликах (5), двигающихся по направляющим (4). Сито приводится в движение электродвигателем (10) посредством шкива (11) и коленчатого вала (6). Многоярусные качающиеся сита. Многоярусные сита имеют несколько сеток, расположенных одна над другой, причем верхняя имеет наибольшие отверстия, а нижняя — наименьшие. Такие сита позволяют разделить просеиваемый материал по крупности частиц на отдельные фракции. Вибрационные сита. При помощи специального механизма (вибратора) вибрационные сита совершают частые колебания с небольшой амплитудой. При высокой частоте колебаний сита его отверстия почти не забиваются, так как сортируемый материал непрерывно подбрасывается на сетке. Поэтому вибрационные сита пригодны для просеивания разнообразных материалов (в том числе влаж- ных), обеспечивают высокую производительность и точность просеивания. Вращательно-вибрационное сито. Просеиваемый материал засыпают в бункер (5), откуда он поступает на сито (1), где за счет работы двух грузов вибратора (3) создается такое колебание, которое приводит всю массу порошка во вращательное движение по ситу и конусу приемника (2).. Частоту колебаний регулируют ременной передачей привода (4), а их амплитуду — углом раствора грузов вибратора. Сито в процессе работы герметизируется крышкой. Готовый продукт просев и отсев поступают в разные лотки, с которых ссыпаются в заранее приготовленную тару. Производительность сита составляет 80—300 кг/ч. Вибрационное сито. Устройство вибрационного (электромагнитного) многоярусного сита представлено на рис. 7.14. В корпусе (1) размещено сито (3), имеющее три сетки, расположенные одна над другой, причем верхняя имеет наибольшие отверстия, а нижняя наименьшие. Просеиваемый материал из бункера (2) непрерывно подается на рабочую поверхность сита, которая установлена с наклоном, регулируемым в пределах 20—40°. Привод сита в движение осуществляется посредством электромагнитного генератора колебаний (4), расположенного под его рабочей поверхностью. Ситовая ткань и генератор колебаний соединены между собой по форме замыкания через толкатель, что обеспечивает возбуждение отдельных точек ткани сита. Каждая просеивающая поверхность имеет несколько точек возбуждения. Сито разделяет просеиваемый материал по крупности частиц на три фракции (5), (6), (7). Электромагнитное сито в результате быстрого ускорения ткани обеспечивает высокую производительность и повышенную точность разделения. |