Предложение гипотезы измельчения
Несмотря на широкое распространение машин для измельчения и большое значение этого процесса в производстве, теории, которая подвела бы под процесс измельчения объединяющее математическое выражение, до сих пор не предложено. В теории измельчения основным является определение величины энергии, затрачиваемой на измельчение (работа измельчения).
Первая попытка решить этот вопрос была сделана Риттингером1 еще в 1867 г. Он предположил, что работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом материале.
Как известно, измельчаемый материал обладает определенной прочностью, под которой понимают свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Подвергаемое воздействию внешних сил твердое тело испытывает деформацию, которая может быть упругой и пластической. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки без заметного ущерба для прочности тела. При пластической деформации размеры и форма тела после снятия
нагрузки не восстанавливаются. Практическим следствием пластической, или необратимой, деформации является нарушение прочности тела, сопровождаемое изменением его формы. По гипотезе Риттингера, при измельчении твердых тел на первом месте стоят такие деформации, при которых материал разрушается по плоскостям раскола. Поэтому и работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется в основном на образование трещин раскола. В своих расчетах Риттингер опускает расход энергии на упругие деформации тел. Следующей условностью в гипотезе Риттингера является допуск кубической формы кусков до и после измельчения. Поэтому при расчете работы в формулу Риттингера вводят специальный коэффициент на неправильность формы кусков, имеющую место в действительности.
В. Н. Кирпичев1 в 1874 г., а позднее Кик2 предложили «объемную» гипотезу дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала при прочих равных условиях (в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава) прямо пропорционален его объему или весу. По В. Н. Кирпичеву, работа дробления может быть выражена следующим уравнением:
где А - работа дробления; δ - величина разрушающих напряжений; V - объем дробимого тела; Е - модуль упругости измельчаемого материала.
Обе гипотезы были предметом многолетней дискуссии. Одно время склонялись к тому, что сферы их практического применения различны: гипотеза Риттингера больше приемлема для определения энергетических затрат при тонком измельчении, а гипотеза Кирпнчева - Кика - для характеристики мелкого, среднего и крупного дробления. Однако большее признание получила точка зрения, что ни одна из предложенных гипотез {и их последующие вариации), взятые порознь, неприменимы ко всем видам измельчаемых материалов, различным методам дробления и разным типам измельчителей. Такой точки зрения придерживается и П. А. Ребиндер, основоположник новой области науки- физико-химической механики. Он считает, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится, где-то в середине между предложениями Риттингера и Кирпичева - Кика.
По наблюдениям П. А. Ребиндера, энергия, затрачиваемая на измельчение материала, представляет собой сумму работ, идущих на деформацию дробимого тела и на образование новых поверхностей. Эта энергия может быть выраженаследующей формулой:
Первое слагаемое уравнения - формула Кирпичева - Кика, второе слагаемое -формула Риттингера, где К - коэффициент пропорциональности, a ΔF -вновь образованная поверхность при разрушении тела.
Таким образом, работа измельчения пропорциональна как вновь образованной поверхности, так и объему измельчаемого материала.
Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводительных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидаемый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» - таково основное правило дробления. С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сферы помола.
Большое разнообразие существующих измельчителей затрудняет их систематизацию, тем более что поиски более совершенных конструкций машин не прекращаются. Авторы части руководств по химической и фармацевтической технологии останавливаются на классификации по той степени измельчения, которой можно достигнуть с помощью какой-либо машины. В этом случае все измельчители применительно к условиям фармацевтического производства можно разделить на машины для предварительного измельчения и машины для окончательного измельчения.
Наряду с этим в новейших отечественных руководствах измельчители предпочитают классифицировать по способам измельчения. В этом случае все измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно было бы разделить на следующие группы: 1) изрезывающего и распиливающего действия; 2) раскалывающего и разламывающего действия; 3) раздавливающего действия; 4) истирающе-раздавливающего действия; 5) ударного действия; 6) ударно-истирающего действия; 7) коллоидные измельчители.
В дальнейшем изложении мы будем придерживаться обеих классификаций, хорошо дополняющих друг друга. Вначале мы будем исходить из задач производства (какое нужно измельчение: предварительное или окончательное), а затем будем описывать соответствующие группы измельчителей.
27.06.2015