OPERAŢII UNITARE

ÎN INDUSTRIA

CHIMICO-FARMACEUTICĂ

Operaţii unitare

Definiţie

Clasificarea operaţiilor unitare

1. operaţii mecanice2. operaţii hidrodinamice3. operaţii termice4. operaţii de difuziune (cu transfer de masă)

OPERAŢII MECANICEDivizarea (sfărâmareaDivizarea (sfărâmarea/m/măcinarea) materialelor solideăcinarea) materialelor solide

Transportul materialelor solideTransportul materialelor solide

Clasarea materialelor solideClasarea materialelor solide

Depozitarea materialelor solideDepozitarea materialelor solide

DIVIZAREA MATERIALELOR SOLIDE

TEORIA SFARÂMĂRII (MĂCINĂRII)

Divizarea în industrie reprezintă operaţia prin care se micşorează dimensiunile materialelor solide la gradul cerut de procesele tehnologice la care sunt folosite.

Termenul de sfărâmare este aplicat de obicei divizării materialelor la dimensiuni mari, iar cel de măcinare pentru divizarea materialelor la dimensiuni mai mici.

Scopul sfărâmării

• accelerarea operaţiilor fizice şi a reacţiilor chimice

• omogenizarea amestecurilor omogene

• obţinerea fineţii necesare pentru folosirea optimă a produselor

Natura forţelor

• strivire

• lovire

• frecare

• despicare

TEORIA SFARÂMĂRII (MĂCINĂRII) Principiul teoretic al sfărâmării şi măcinării constă în învingerea coeziunii

particulelor care formează corpul solid cu ajutorul unor forţe şi obţinerea unor suprafeţe noi.

După natura forţelor cu ajutorul cărora se învinge coeziunea dintre particulele materialelor, divizarea poate fi realizată prin: strivire, lovire, frecare, despicare.

În majoritatea cazurilor, forţele care provoacă sfărâmarea acţionează combinat: strivire cu frecare, strivire cu lovire şi frecare etc.

Scopul industrial al divizării este multiplu: accelerarea operaţiilor fizice (amestecare, dizolvare, uscare ş.a.), omogenizarea amestecurilor eterogene, accelerarea reacţiilor chimice etc.

Factorii care influenţează sfărâmarea

• materialul de sfărâmat

• produsul sfărâmat

• maşinile de sfărâmat

• factori tehnologici

• factori economici

proprietăţile materialului supus sfărâmării (măcinării):

• mărimea• forma• structura materialului• duritatea• elasticitatea/plasticitatea• umiditatea• sensibilitatea termică• temperatura de topire• cantitatea (debitul)

caracteristicile maşinilor utilizate:

• modul de acţionare asupra materialului• durata de acţionare asupra materialului• gradul de divizare realizat• productivitatea• temperatura de lucru• uzura suprafeţelor (pieselor) de sfărâmare

factori referitori la produsul obţinut:

• mărimea sau granulometria produsului• forma• structura produsului• suprafaţa specifică• reactivitatea pulberii

factori tehnologici:

• realizarea operaţiei în flux continuu/discontinuu (intermitent)

• măcinarea umedă (uscată)• adăugarea unor ingrediente care favorizează

operaţia

factori economici:

• productivitatea• consumul specific de energie• preţul de cost

PRINCIPALII FACTORI CARE INFLUENŢEAZĂSFĂRÂMAREA / MĂCINAREA

a. proprietăţile materialului supus sfărâmării (măcinării): mărimea, forma şi structura materialului, duritatea, elasticitatea şi plasticitatea, umiditatea, sensibilitatea termică şi temperatura de topire, cantitatea (debitul);

b. factori referitori la produsul obţinut: mărimea sau granulometria produsului, forma şi structura produsului, suprafaţa specifică, reactivitatea pulberii;

c. caracteristicile maşinilor utilizate: modul şi durata de acţionare asupra materialului, gradul de divizare realizat, productivitatea, temperatura de lucru, uzura suprafeţelor (pieselor) de sfărâmare;

d. factori tehnologici: realizarea operaţiei în flux continuu sau discontinuu (intermitent), măcinarea umedă sau uscată, adăugarea unor ingrediente care favorizează operaţia;

e. factori economici: productivitatea, consumul specific de energie, preţul de cost.

Dintre proprietăţile fizice şi mecanice ale materialelor supuse sfărâmării o importanţă

deosebită o au duritatea, structura cristalină şi umiditatea. Astfel, pentru materialele dure se recomandă sfărâmarea prin lovire sau strivire, iar pentru celelalte se recomandă strivirea şi

lovirea combinate cu frecarea etc.Din punct de vedere al structurii se

menţionează că materialele fibroase sunt mai bine sfărâmate prin smulgere decât prin presare

sau lovire.

Umiditatea are o mare importanţă la alegerea maşinilor de sfărâmat. Sfărâmarea materialelor

cu peste 4-5% umiditate se realizează greu, deoarece materialul se lipeşte de suprafeţele de sfărâmare ale aparatului, iar eliminarea este mai

dificilă putându-se produce chiar înfundarea utilajului. De cele mai multe ori, în funcţie de

structură, sfărâmarea materialelor cu peste 50% umiditate devine mai uşoară. Cantitatea mai mare

de lichid “spală” şi antrenează particulele sfărâmate, putându-se astfel evita înfundarea

aparatului.

GRADUL DE DIVIZARE(sfarâmare / măcinare)

• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat). – Unele aparate sunt realizate pentru sfărâmarea materialelor de

dimensiuni mari (concasoarele), iar altele sunt special construite pentru măcinare (morile).

• Criteriul de apreciere al sfărâmării şi totodată caracteristica principală a utilajului folosit este gradul de divizare (de sfărâmare sau de măcinare) n, care reprezintă raportul dintre dimensiunile medii ale materialului înainte (d) şi după divizare (D).

Deoarece operaţia de sfărâmare/măcinare se desfăşoară cu un consum mare de energie mecanică este necesar să se aleagă cât mai judicios, atât metoda cât şi aparatul. Tot

în scopul reducerii consumului de energie, divizarea solidelor de la dimensiuni foarte mari până la pulbere fină, când fluxul tehnologic o impune, nu se face dintr-o dată, în

aceeaşi maşină. Acest proces se realizează în trepte, în cadrul mai multor operaţii succesive, efectuate cu aparate diferite. În acest caz, fiecare operaţie îşi are gradul său de sfărâmare/măcinare, iar rezultatul final, pulberea fină, este

suma tuturor operaţiilor.

PROCEDEE DE DIVIZARE (sfărâmare-măcinare)

Procedee discontinue

Procedee continue

.Operaţia de mărunţire a materialelor solide se poate realiza prin procedee discontinue sau

continue. În procedeul discontinuu materialul iniţial este încărcat în maşina de sfărâmat, iar apoi

este supus operaţiei de mărunţire. Operaţia se repetă până când tot materialul ajunge la

dimensiunea finală dorită.

În procedeele continue materialul parcurge o singură dată maşina sau instalaţia de mărunţire,

reducându-şi contunuu dimensiunile; se obţine un produs neuniform din punct de vedere

granulometric.

Procedeele continue urmăresc obţinerea unui produs cu granulometrie cât mai uniformă, în

condiţiile unui consum de energie cât mai mic. Aceste procedee se realizează prin

introducerea unui separator care permite evacuarea din circuitul de mărunţire a

materialului care a ajuns la dimensiunea dorită. Materialul cu dimensiuni mai mari este prelucrat în continuare până la dimensiunea

dorită.

PRINCIPIILE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

La sfărâmarea materialelor trebuie avut în vedere un principiu de bază: să nu se sfărâme nimic inutil.Din această regulă rezultă următoarele:

Să nu se depăşească gradul de divizare necesar prelucrării sau utilizării ulterioare a materialelor;

Particulele trebuie evacuate din aparat imediat ce au atins granulaţia dorită; aceasta reduce consumul de energie şi micşorează procentul de material prea mărunt (“praf”) care constituie atât tehnologic, cât şi economic, o pierdere.Din acest motiv instalaţiile sunt prevăzute cu dispozitive pentru eliminarea particulelor fine în afara zonei de sfărâmare, fie prin întrebuinţarea unui curent de aer sau apă, fie prin acţiunea forţei centrifuge;

Procesul de sfărâmare trebuie să se efectueze înaintea procesului de sortare;sfărâmarea trebuie să fie pe cât posibil “liberă”, adică nu trebuie să fie însoţită de procese secundare (de exemplu frecarea, care consumă iniţial din energia necesară sfărâmării);

La grade mari de divizare (măcinare), procesul trebuie să se efectueze în câteva etape sau trepte.

CONDIŢII GENERALE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

Indiferent de natura eforturilor de sfărâmare, de gradul de divizare şi de proprietăţile materialelor iniţiale, toate maşinile de sfărâmare/măcinare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii generale:

posibilitatea reglării gradului de divizare (n) între anumite limite;

uniformitatea dimensională a produsului rezultat;

eliminarea din spaţiul de lucru a materialului sfărâmat;

formarea a cât mai puţin praf;

încărcarea şi descărcarea continuă şi automată;

posibilitatea înlocuirii uşoare şi rapide a pieselor uzate;

consum redus de energie pe unitatea de masă de material sfărâmat;

cheltuieli de întreţinere cât mai reduse.

CLASIFICAREAMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

CRITERII:

duritatea materialului de sfărâmat- maşini pentru sfărâmarea materialelor dure- maşini pentru sfărâmarea materialelor de tărie medie- maşini pentru sfărâmarea materialelor moi

felul forţei care produce sfărâmarea

dimensiunile materiei prime şi a produsului finit(gradul de divizare, n)- sfărâmare preliminară (primară, grosolană sau concasare)- sfărâmare intermediară (medie)- sfărâmare măruntă- sfărâmare fină (măcinare)- sfărâmare extrafină (măcinare coloidală)

Maşinile pentru sfărâmarea preliminară se numesc concasoare,iar toate celelalte sunt reunite sub denumirea generală de mori.

Maşinile şi instalaţiile pentru măcinat şi GRADUL DE DIVIZARE(sfarâmare / măcinare)

• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat).

– aparate realizate pentru sfărâmarea materialelor de dimensiuni mari (concasoarele)

– aparate construite pentru măcinare (morile)

. Duritatea materialului de sfărâmat

Se disting maşini pentru sfărâmarea materialelor dure, maşini pentru sfărâmarea materialelor de tărie medie şi maşini pentru

sfărâmarea materialelor moi.

Materialele dure sunt considerate cele care au o rezistenţă la sfărâmare de peste 500

kg/cm2, iar materialele de tărie medie au o rezistenţă cuprinsă între 500-100 kg/cm2 şi

materialele moi sunt cele cu o rezistenţă sub 100 kg/cm2.

În cazul materialelor dure, pentru a realiza sfărâmarea este nevoie de un efort mai mare şi de

aceea se întrebuinţează aparate de construcţie mai robustă, iar în cazul materialelor semidure şi

friabile, se folosesc alte tipuri de maşini, cu eforturi unitare mai mici, care au un consum mai redus de

energie.

Umiditatea materialelor mai puţin dure influenţează în general negativ procesul de sfărâmare. Prin tendinţa de înfundare care o

generează, aceasta are ca rezultat micşorarea randamentului utilajelor.

Felul forţei care produce sfărâmarea

Aceste forţe pot fi de presare, lovire, forfecare. Clasificarea maşinilor după acest criteriu nu se

poate face judicios; deoarece ele lucrează printr-o însumare de efecte.

Clasificarea principalelor tipuri de maşini de sfărâmat

Categoria sfărâmării

Dimensiuni maxime ale bucăţilor de material (mm)

iniţiale finale

Gradul de divizare realizat

Tipul utilajuluiEfortul principal care produce sfărâmarea

preliminară (primară)

1300-200 250-40 5 - 6 Concasor cu fălciConcasor girator (conic)

StrivireStrivire cu frecare

intermediară (medie)

250-50 40-10 5 - 6 Concasor cu cilindri netezi

Concasor cu cilindri dinţaţi

Strivire, frecare, despicareDespicare cu frecare

măruntă 50-10 10-1 5 - 20 Moară cu ciocane basculanteMoară centrifugă cu discuri

Lovire (forţă centrifugă)

Lovire (forţă centrifugă)

fină (măcinare)

25-3 0,8-0,3 10 - 30 Moară chiliană (Colergeng)Moară cu bile

Strivire cu frecareLovire cu frecare

extrafină (măcinare extrafină)

sub 0,175 sub 0,0001 peste 50 Moară coloidală acţionând prin lovireMoară coloidală acţionând prin frecare

Lovire

Frecare

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ

CONCASORUL CU FĂLCI

Componenta • Este format din două componente principale

numite fălci: una mobilă (1) şi alta fixă (2). Ambele sunt prevăzute cu plăci netede sau striate, demontabile, realizate din oţel manganos rezistent la uzură. Partea mobilă oscilează în jurul unui ax (3) executând o mişcare de tip bielă-manivelă (de du-te vino) prin intermediul unui arbore cu ax excentric (4) şi a bielei (5). Reglarea distanţei dintre fălci şi implicit a gradului de sfărâmare se poate realiza cu ajutorul unor pene (6).

• Sfărâmarea materialului se face în spaţiul dintre porţiunea mobilă şi cea fixă, iar evacuarea lui are loc în momentul când falca mobilă se îndepărtează de cea fixă.

• Printre avantajele concasoarelor cu fălci se numără: construcţia robustă, puterea mare de sfărâmare, reglarea uşoară a gradului de sfărâmare prin intermediul penelor, deservire simplă, schimbarea uşoară a plăcilor uzate, productivitatea mare, consum relativ mic de energie pe unitatea de masă de produs sfărâmat, costuri de întreţinere mici.

• Ca principale dezavantaje se pot menţiona: granulaţia neuniformă a produsului obţinut, producerea de trepidaţii in timpul funcţionării precum şi posibilitatea de înfundare

CONCASORUL CU FĂLCI

Avantaje• Construcţie robustă• Putere mare de sfărâmare • Reglare uşoară a gradului de

sfărâmare• Deservire simplă• Schimbare usoară a plăcilor• Ocupă spaţii mici• Productivitate mare• Întreţienere uşoară• Consum mic de energie pe

unitatea de greutate de produs sfărâmat

Dezavantaje • Granulaţie neuniformă• Produce trepidaţii• Posibilitate de înfundare

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ

CONCASORUL GIRATOR [CONIC]

• Este alcătuit din două trunchiuri de con: unul exterior (manta sau cameră de sfărâmare) (2) şi un altul interior, mobil (1), ambele construite din oţel cromat. Suprafeţele acestor conuri sunt canelate. Datorită aşezării celor două trunchiuri de con (baza mare a trunchiului de con interior la nivelul bazei mici a trunchiului de con exterior) distanţa dintre ele se micşorează de sus în jos.

• Conul interior având o mişcare giratorie se roteşte excentric apropiindu-se şi depărtându-se de conul exterior; prin aceasta materialul este antrenat şi supus strivirii şi frecării între cele două suprafeţe conice.

CONCASORUL GIRATOR [CONIC]

Avantaje• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi

uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic

pe tona de material sfîrâmat• Obţinerea unui material mai

omogen ca granulaţie

Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea mai

complicate• Întreţinerea şi repararea mai

scumpe• Posibilitate de înfundare, mai

ales la materialele umede

Maşini pentru sfărâmare intermediară

• Aceste maşini prelucrează de cele mai multe ori materialul rezultat la sfărâmarea preliminară pentru a-l aduce la dimensiuni de 40-10 mm. Maşinile folosite în acest scop sunt concasoarele cu cilindri (cu valţuri). În funcţie de caracteristicile materialului de sfărâmat (duritate), cilindrii se construiesc cu suprafaţa netedă, dinţată sau caneletă, din material rezistent (oţel anticoroziv, granit, porţelan etc.). Cilindri sunt netezi pentru materialele tari şi dinţaţi pentru materialele cu duritate (umiditate) medie sau mică.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]

• Este alcătuit din doi cilindrii cu diametre egale, cu suprafeţe netede, aşezaţi orizontal şi paralel. Se rotesc în sens contrar unul faţă de altul cu acelaşi număr de turaţii sau cu viteze diferite.

• Unul dintre cilindrii este aşezat pe lagăre deplasabile, pentru protejarea aparatului de deteriorări la trecerea unor bucăţi de material de dimensiuni prea mari sau foarte dure. Fiind mobil acesta se depărtează de celălalt cilindru fix, lăsând astfel să treacă materialul

• De asemenea, pentru a mări rezistenţa cilindrilor, aceştia sunt îmbrăcaţi într-o cămaşă de oţel manganos care se poate înlocui uşor.

• Materialul de sfărâmat este introdus pe la partea superioară a aparatului şi este divizat treptat cu ajutorul celor doi cilindri, după care este împins într-un colector. Gradul de sfărâmare se reglează prin lărgirea sau micşorarea spaţiului dintre cilindrii cu ajutorul unui şurub.

CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]

Avantaje• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi

uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic

pe tona de material sfîrâmat• Obţinerea unui material mai

omogen ca granulaţie

Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea mai

complicate• Întreţinerea şi repararea mai

scumpe• Posibilitate de înfundare, mai

ales la materialele umede

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

MOARĂ CU SISTEM DE 3 VALŢURI

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

CONCASORUL CU CILINDRI DINŢAŢI

• Pentru o productivitate mai mare şi o sfărâmare mai bună se construiesc concasoare cu cilindri dinţaţi a căror funcţionare este identică cu cea a morilor cu valţuri. Principalul dezavantaj pe care îl prezintă concasoarele cu cilindrii netezi, este că multe ori sfărâmă numai parţial materialul şi, în cazul materialelor moi, de multe ori îl turtesc. Suprafeţele dinţate ajută la zdrobirea mai ales a materialelor semitari şi moi. Totodată aceste concasoare pot prinde şi sfărâma bucăţi de material mult mai mari (aproape duble) decât morile cu valţuri.

• Tot pentru o mai bună sfărâmare se construiesc şi concasoare cu cilindri canelaţi (striaţi) care au pe suprafaţa cilindrilor ridicături sau adâncituri dispuse paralel sau în zig-zag pentru a prinde mai bine materialul de sfărâmat.

Pentru o uzură mică şi uniformă a cilindrilor, alimentarea acestor aparate trebuie să fie continuă, uniformă şi pe toată lungimea cilindrilor.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ

MOARA CU CIOCANE BASCULANTE

• Acest aparat este construit dintr-o carcasă metalică (1) prevăzută cu plăci dinţate din oţel manganos (2) şi un grătar (3) confecţionat din bare de diferite grosimi, tot dintr-un oţel rezistent la uzură. În interiorul carcasei se află un arbore (4) pe care sunt fixate la distanţe egale mai multe discuri de oţel (5) de care sunt prinse patru grupe de ciocane basculante (6) care la rotirea axului se dispun radiar datorită forţei centrifuge. Arborele, discurile port-ciocane şi ciocanele formează rotorul morii.

• Datorită turaţiei mari a rotorului, ciocanele lovesc, aruncă şi strivesc materialul de suprafaţa interioară a corpului morii, prevăzută cu plăci dinţate. Forţa necesară sfărâmării este dată de ciocane, ca rezultantă a energiei lor cinetice. Măcinarea materialului are loc atât sub acţiunea loviturilor ciocanelor şi a frecării particulelor una de alta, cât şi datorită frecării materialului de pereţii morii, sub acţiunea curentului de aer creat de ciocane.

• Ele se folosesc la sfărâmarea materialelor semitari şi a căror umiditate nu trebuie să treacă de 15%, deoarece astfel se produce înfundarea grătarului morii. Morile cu ciocane prezintă avantajul că au un grad mare de măcinare, produc un material omogen din punct de vedere al granulometriei şi au o capacitate de prelucrare foarte mare.

MOARA CU CIOCANE BASCULANTE

Avantaje• Un grad mare de sfărâmare• Se obţine un material omogen

granulometric• O capacitate mare de

prelucrare

Dezavantaje• Zgomot

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)

AVANTAJE:

productivitate mare, măcinarea unei game foarte variate de produse (substanţe

higroscopice sau toxice), obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea

DEZAVANTAJE:

consumul specific mare de energie, volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării

• Moara chiliană (colergangul sau moara cu tăvălugi) lucrează prin strivire (presare) şi frecare.

• Aparatul este format din doi cilindri mari, grei (A, B), construiţi din fontă sau piatră (tăvălugi), prevăzuţi cu bandaje de oţel dur şi care se rostogolesc într-o cuvă metalică rezistentă (albia morii), unde se află materialul de prelucrat. Cei doi cilindri execută concomitent două mişcări distincte de rotaţie: una în jurul axului vertical al morii (1) şi alta în jurul axului orizontal (2). Tăvălugii trecând peste materialul din cuvă îl strivesc prin presare şi frecare. Pentru a avea o acţiune mai eficientă de măcinare, tăvălugii trebuie să aibă o greutate foarte mare. Moara este prevăzută cu raclete care aduc materialul din cuvă în dreptul tăvălugilor.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)

•Moara chiliană (Colergang)

• După modelul de construcţie se deosebesc două tipuri de colerganguri:

• - cu tăvălugi mobili şi cuvă fixă;

• - cu tăvălugi ficşi şi cuvă rotativă, la care cuva mobilă exercită o mişcare de rotaţie în jurul axului orizontal, care rămâne fix.

• Ambele tipuri de aparate acţionează la fel, prin strivirea şi frecarea materialului între cuvă şi cilindri. Colergangurile care au cuvă rotativă sunt mai avantajoase deoarece la aceste aparate nu intervine forţa centrifugă care tinde să îndepărteze tăvălugul de axa principală (verticală); prin aceasta cuva poate executa un număr mai mare de rotaţii şi astfel aparatul poate avea o productivitate mai mare. Aceste tipuri de mori sunt folosite la măcinarea materialelor semitari şi moi, uscate sau umede, în mod continuu sau în şarje.

Energia de sfaramare

• Din punct de vedere al utilizari energiei, se impune crearea unor astfel de conditii in spatiul de lucru, incat fiecare bucata de material sa fie solicitata numai pana la limita de declansare a fenomenului de sfaramare in scopul eliminarii pierderilor de energie. Acest lucru necesita transmiterea directa a fortelor de la organul de lucru la bucatile de material spre a exclude stanjenirea lor reciproca si evacuarea rapida a materialului marunt.

• In cazul sfaramarii fine si foarte fine, asigurarea unui singur strat de material intre suprafetele de lucru nu este posibila, din care cauza latimea distributiei energiei de solicitare este relativ mare.Fenomenul de sfaramare a unui colectiv de bucati de material se compune din mai multe faze de solicitare simultane si succesive.

• Energia furnizata pentru sfaramare este utilizata pentru fazele de sfaramare dupa o anumita curba de distributie care tine seama atat de asa-zisele faze avantajoase cat si de cele dezavantajoase. O faza dezavantajoasa a fenomenului de sfaramare este aceea la care energia furnizata este prea mica pentru declansarea fenomenului sau prea mare, deci apar pierderi.

• Din acest motiv, functia de distributie a energiei trebuie determinata in corelatie cu rezistenta la sfaramare a materialului.Masura in care s-a reusit sa se coreleze functia de distributie a energiei de solicitare cu rezistenta la sfaramare a materialului, poate fi dedusa din distributia granulometrica a materialului sfaramat.

• Din cauza importantei pe care o are consumul de energie pentru sfaramare s-au efectuat numeroase cercetari in scopul descoperirii legaturii intre energia consumata si rezultatele sfaramarii. Esenta acestor ipoteze poate fi concretizata printr-orelatie generalizata :lucrul mecanic elementar de sframare a unei bucati de material este proportional cu variatia elementara a diametrului D al acesteia la o anumita putere. Deci energia de sfărâmare este proporţională cu cantitatea de material supus sfărâmării şi cu gradul de sfărâmare

• În morile cu tambur rotativ mărunţirea se produce prin efectul combinat de lovire şi de frecare a materialului de către corpurile de măcinare libere( bile, bare etc.) În principiu, o moară cu tambur rotativ se compune din tamburul cilindric – caracterizat prin diametrul interior D şi lungimea L – fusurile şi lagărele aferente şi o acţionare care poate fi periferică sau centrală. Tamburul este căptuşit la interior cu plăci de blindaj (cu grosimea, orientativ, de 15

• ,60 mm) executate, în funcţie de destinaţia morii, din oţel turnat sau forjat, fontă dură, silex, porţelan, plăci ceramice şi uneori din cauciuc.

• În interiorul tamburului se află corpuri de măcinare (bile, bare etc.) şi se alimentează continuu (sau discontinuu) cu material (orientativ, cu dimensiunea D <25 mm), care este supus mărunţirii, după care este evacuat.Ansamblul format din materialul de mărunţire şi corpurile de măcinare este antrenat datorită mişcării de rotaţie a tamburului până la o anumită înălţime H, de unde se desprinde şi cade, realizând măcinarea prin impact sau alunecare şi contribuie la măcinare prin frecare.

CLASIFCLASIFICAREA MORILOR CU BILE

După modul de funcţionare:

mori cu funcţionare periodică; mori cu funcţionare continuă

După modalitatea de descărcare al produsului măcinat :

mori cu descărcare periferică (prin site); mori cu separator exterior

După construcţia tamburului: mori cilindrice mori conice Morile cilindrice cu bile se construiesc în două variante: cu cilindrul

scurt (mori cilindrice propriu-zise) şi cu cilindrul lung (mori tubulare).

Sunt maşinile de măcinare cele mai larg folosite în industria chimico-farmaceutică, îndeosebi pentru măcinarea fină

• Operaţia de măcinare se realizează prin lovirea materialului, provocată de căderea unor bile (confecţionate din oţel, fontă, porţelan etc.) care formează umplutura corpului cilindric al morii, peste care se introduce materialul de măcinat. De asemenea, măcinarea se mai produce şi prin frecarea materiei de prelucrat între bilele în mişcare şi suprafaţa interioară a corpului morii. Datorită rotaţiei aparatului, prin intermediul forţei centrifuge, bilele se vor ridica în direcţia de rotaţie până la o înălţime oarecare, de unde vor cădea descriind o traiectorie parabolică, lovind şi frecând materialul de măcinat.

• În schema de mişcare a bilelor la diferite viteze de rotire a corpului morii se observă că la o viteză de rotaţie mică (a), bilele se ridică până la o înălţime mică, de unde se rostogolesc fără a lovi materialul, rezultând o măcinare neuniformă. La o viteză mai mare de rotaţie (b), bilele se ridică până la un punct considerat optim, de unde cad cu putere provocând o măcinare eficace (măcinarea are loc datorită lovirii şi frecării de bilele în cădere). Dacă viteza de rotaţie a morii devine prea mare (c), datorită forţei centrifuge, bilele rămân “lipite” de peretele interior al morii şi nu vor mai cădea, mişcându-se împreună cu aceasta.

• Corpurile de mişcare împreună cu materialul mărunţit ocupă între 20 30 şi 40% din volumul util al tamburului. Corpurile de măcinare pot avea forme  geometrice diferite (sferică, cubică, cilindrică, tronconică, elipsoidală, arc elicoidal) şise fabrică din materiale similare cu cele ale blidajelor.

• Mai des utilizate sunt bilele(din oţel forjat etc.) cu diametrul de 22-110 mm, corpurile cilindrice cu diametrul15-25 mm şi lungimea 15-30 mm. Uneori se recurge la bare de oţel cu diametrul de40-100 mm şi cu lungimea aproape egală cu lungimea camerei de măcinare (mori cu bare ).

• De exemplu, în industrie , la măcinarea umedă a materiilor prime sefolosesc mori cu două camere: prima umplută cu bare în proporţie de 40% din volumul ei util, iar a doua – cu bile de oţel. Morile cu tambur rotativ pot funcţiona cumaterial uscat (<1%H2O), semiumed (<15% H2O) sau umed (>30% H2O).

• La alimentarea cu material umed nu se produce praf, zgomotul este atenuat înschimb este necesar un consum de energie termică suplimentară pentru uscarea produsului.În morile cu funcţionare autogenă, mărunţirea se produce datorită unor bucăţi mari din materialul de mărunţit, introduse cu rolul de corpuri de măcinare (uneori se adaugă şi cantităţi mai mici de bile de oţel). Aceste mori se caracterizează prin raportul L/D relativ mic.

• Morile cu tambur rotativ pot fi incluse în diverse scheme de mărunţire şi pot funcţiona în circuit deschis sau închis. În ultimul caz, produsul mărunţit, după ieşirea din moară, este trecut printru-n separator dinamic, din care particulele cu dimensiunimari sunt reintroduse la alimentarea morii. În funcţie de construcţia tamburului, morile pot fi: cu tambur scurt sau lung,cu sau fără diafragmă (deci cu una sau mai multe camere); cu corp cilindric sau cilindro-conic

• În funcţie de modul de funcţionare morile pot fi: cu funcţionare discontinuă,cu alimentare şi evacuare periferică, cu funcţionare continuă, cu alimentare centrală şicu evacuare periferică, cu alimentare şi evacuare centrală prin fusul tubular.La unele mori tubulare alimentarea se face prin cele două fusuri tubulare, iar evacuarea se efectuează în zona de mijloc a morii, periferic.

• În funcţie de schema de acţionare, morile pot fi: cu acţionare periferică unilaterală; cu acţionare periferică bilaterală; cu acţionare centrală de la un motor saude la două motoare; cu două motoare de curent alternativ asincron sau sincron lent.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)

•Moara cu bile

•   Mori cu bile. În prezent cea mai răspândită categorie de utilaje de măcinare sunt morile cu bile. În acestea, măcinarea se produce ca urmare a acţiuni corpurilor de măcinare(bile), aflate în interiorul unui tambur rotativ, care prin cădere sau rostogolire macină bucăţile de material.

• Morile cu bile se clasifică în funcţie de :-natura alimentării:

• -cu alimentare/functionare continuă;• -cu alimentare/functionare discontinuă;• -modul de evacuare :• -cu evacuare prin fus tubular • -cu separator exterior (separarea produsului finit de

materialul incomplet măcinat se face în afara tamburului morii);

• -cu evacuare periferică;• -mediul în care are loc măcinarea :• -cu măcinare uscată;-• cu măcinare umedă;

• Moară cu funcţionare discontinuă

• Alimentarea se face prin capac, fie cu material umed fie uscat. Se foloseşteîn industria ceramică şi chimică, pentru măcinarea unor cantităţi mici de material.

Partea de alimentare• Partea de alimentare constă din alimentatorul

propriu-zis şi din fusul tubular  prevăzut cu nervuri elicoidale interioare, care preiau materialul de la alimentator şi-l introduc în moară.Alimentatoarele pentru mori cu bile sunt de trei feluri:

• -tip tambur;

• -tip lingură;

• -tip combinat;

• Alimentatorul tip tambur se utilizează pentru alimentarea morilor cu material uscat.

• Alimentatoarele tip lingură se compun dintr-o spirală cu capăt deschis, un cioc demontabil şi o gură laterală prin care materialul ajunge în moară.Pentru încărcarea simultană a materialului din siloz şi a refuzului clasorului,care lucrează în circuit închis cu moara se utilizează alimentatoare combinate. Acestea constau dintr-un alimentator tip tambur la care se ataşează lingura spirală.

Partea de evacuare• Evacuarea produsului măcinat din morile cu

bile cu măcinare umedă se face lacapătul opus alimentării printr-o cameră de evacuare sau direct prin fusul tubular.Camera de evacuare constă dintr-un ciur cu ochiurile alungite prin care trecematerialul măcinat, de unde este ridicat de liftiere şi cade pe piesa de formă biconică,ajungând o parte la tubul de evacuare iar o parte este redirijat în moară pentruremăcinare

• Morile cu cameră de evacuare realizează o măcinare mai uniformă, datorităcirculaţiei mai rapide a materialului prin moară, permiţând în acelaşi timp să selucreze cu o încărcătură mai mare de bile, întrucât peretele despărţitor nu permiteieşirea bilelor.În cazul evacuării axiale directe, diametrul interior al fusului este mai maredecât a celui de alimentare, pentru a asigura o înclinare a nivelului tulbureli ce trece prin moară.

• Tubul de evacuare are de obicei o spirală interioară proeminentă, inversă faţăde sensul de rotaţie, cu sensul de transport îndreptat înspre interiorul morii, pentru aîmpiedica evacuarea din moară a granulelor minerale mari.

• Tamburul

• Se realizează în construcţie sudată din tablă de oţel cu grosimea 15 – 25 mm,iar la capătul de evacuare se fixează flanşat pe tambur coroana dinţată pentruacţionarea acestuia, dacă acţionarea nu se realizează prin intermediul unui motor inelar.

Căptuşeala morilor cu bile•   În prezent căptuşirea interioară a morilor

se realizează cu plăci de blindaj dinmetal şi din cauciuc. Tipul şi modul de realizare a căptuşeli are un rol deosebit înrandamentul şi economicitatea morii

Căptuşeala metalică

• La morile cu bile se utilizează mare varietate de forme constructive ale plăcilor de blindaj, rezistente la uzură şi uşor de înlocuit.

• Pentru măcinarea fină se utilizează plăci de blindaj netede, care favorizează alunecarea bilelor şi deci măcinarea prin frecare, iar pentru măcinarea grobă sefolosesc plăci ondulate sau cu proeminenţe paralele cu axa morii, favorizând măcinarea prin căderea bilelor. Pereţii frontali se căptuşesc cu păci netede.

• În scopul măririi duratei de funcţionare a căptuşelii, s-au încercat şi căptuşelicombinate de metal şi lemn, executate din bare de fontă specială alternate cu lemn. După uzura parţială a lemnului, între bare se împănează bile mici, care protejează în continuare lemnul de uzura ulterioară

• În afara plăcilor de blindaj prezentate s-au mai utilizat şine de cale ferată,amplasate longitudinal faţă de axa morii, cu s-au fără umplutură de beton între ele.Asupra uzuri căptuşeli acţionează următori factori :

• -energia de lovire a corpurilor de măcinare;

• -alunecarea încărcăturii pe căptuşeală;

• -abrazivitatea materialului măcinat

• Plăcile de blindaj se montează cu interstiţii de 8 – 12 mm între ele, ţinând seama că în procesul de lucru ele se împănează. Interstiţiile sunt decalate între ele dela un rând de plăci la altul. Pentru micşorarea zgomotului de funcţionare între plăcilede blindaj şi tambur se intercalează o garnitură de cauciuc cu grosimea de 5 – 8 mm în funcţie de dimensiunile morii.

Căptuşeala de cauciuc• In ultimul timp s-a trecut la folosirea

blindajelor de cauciuc de 30 – 40 cmgrosime, care micşorează masa morii, reduce uzura bilelor şi consumul de energie

• Din experimentările realizate de firmele suedeze SKEGA şi TRELLEBORGau rezultat următoarele concluzii :

• -costul căptuşelii de cauciuc sa redus în medie de 2,5 ori faţă de căptuşealade oţel;

• -durata înlocuiri este mai redusă, circa 35% din durata de înlocuire acăptuşelii metalice;

• -masa căptuşelii de cauciuc este de 80% mai mică decât a căptuşelimetalice la aceeaşi moară, ceea ce dă naştere unor forţe mai mici în lagăre

• .-se atenuează simţitor zgomotul de funcţionare, îmbunătăţind considerabilcondiţiile de lucru pentru personalul de deservire.

• Căptuşeala de cauciuc are unele dezavantaje :

• -plăcile de blindaj de cauciuc pot fi folosite economic doar până la undiametru al bilelor de 85mm, deoarece peste această dimensiune costu luzurii devine favorabil căptuşelii metalice ;

• -poate fi utilizată pentru viteze critice până la 80 – 83%;

• -datorită grosimii mari a plăcilor de cauciuc se micşorează volumul interior al morii şi implicit capacitatea de măcinare.

Încărcătura de bile•  Cantitatea de bile existente în interiorul

morii, trebuie să permită desfăşurarea procesului de măcinare în condiţii cât mai eficiente. Supraîncărcarea morii cu bile duce la un consum ridicat de energie şi la uzura intensă a bilelor, iar încărcarea cu o cantitate insuficientă de bile reduce capacitatea de măcinare, provocănd uzura căptuşelii.

• Diametrul bilelor se alege în funcţie de diametrul interior al morii şi oscileazăîntre 30 – 150 mm.Încărcătura iniţială de bile trebuie să cuprindă atât bile mari cât şi mijlocii şi mici. În timpul exploatării morii, completarea încărcăturii se face numai cu bile dediametru mare.Consumul de bile depinde de materialul din care sunt confecţionate acestea(fontă, oţel), de duritatea materialului măcinat, de granulaţia iniţială şi finală a acestuia.

• Viteza la care bilele încep să nu mai cadă este numită viteză critică şi este dată de numărul de rotaţii al tamburului morii, numit număr critic.

• În mod practic, viteza de rotaţie a morii trebuie să fie de 70-80% din viteza critică. Se observă că numărul de rotaţii optim pentru măcinare depinde de diametrul tamburului morii.

• Efectul de măcinare depinde în afară de viteza de rotaţie şi diametrul tamburului, de numărul, dimensiunile şi greutatea bilelor, ca şi de raportul dintre lungimea (L) şi diametrul (D) tamburului. Dimensiunea şi greutatea bilelor trebuie să fie destul de mari pentru a putea sfărâma prin lovire bucăţile cele mai mari de material supus măcinării.

• . Pentru o bună măcinare este necesar ca bilele să nu aibă toate acelaşi diametru; în acest caz, bilele mici au tendinţa de a ocupa spaţiul dintre cele mari, iar lovirea şi frecarea materialului este maximă. Bilele trebuie să reprezinte un volum de 32-40% din interiorul tamburului.

• Randamentul morilor cu bile creşte proporţional cu diametrul tamburului. Din acest motiv tipurile moderne de mori au diametre mari şi lungimea tamburului mică. Raportul optim, stabilit practic, este de L/D = 1,56/1,64.

• De asemenea, randamentul morilor creşte dacă măcinarea se face pe cale umedă sau dacă procesul de sfărâmare are loc concomitent cu sortarea, adică materialul odată ce a ajuns la gradul de măcinare dorit, este evacuat din moară, fie prin site, fie prin aspiraţie cu un curent de aer.

Moara cu bile cu bile

AVANTAJE:

productivitate mare, măcinarea unei game foarte variate de produse (substanţe

higroscopice sau toxice), obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea

DEZAVANTAJE:

consumul specific mare de energie, volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării

Maşini pentru sfărâmare extrafină (măcinare coloidală)

• În multe procese tehnologice ale industriei farmaceutice se cere o fineţe de măcinare mult superioară aceleia care se poate obţine cu morile descrise anterior. Acest efect se obţine fie cu ajutorul unor mori cu valţuri la care distanţa dintre cilindri este foarte mică (câteva sutimi de milimetru), fie cu ajutorul unor mori speciale (mori coloidale) ce pot măcina până la mărimi de ordinul fracţiunilor de microni (0,2-0,4 ). Aceste mori sunt folosite atât la măcinarea fină propriu-zisă, cât şi la obţinerea suspensiilor coloidale.

• Morile coloidale lucrează prin lovire şi frecare mai ales în mediu umed.

Moara coloidală care acţionează prin lovire

• Este formată dintr-o carcasă cilindrică (1), în care se învârteşte cu viteză foarte mare un disc (2) prevăzut cu dinţi (3). Carcasa este şi ea prevăzută cu dinţi (4) plasaţi astfel încât să se întrepătrundă cu dinţii discului. Materialul sub formă de suspensie lichidă este adus în moară prin gura de încărcare (5), este macinat fin sub acţiunea dinţilor şi iese din moară prin gura de evacuare (6). Rotorul are o viteză de 12000-15000 rot/min şi pulverizează materalul prin lovire.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)

•Moara coloidală acţionând prin lovire

• Aceste mori lucrează în circuit închis. Materia primă măcinată parţial este sortată cu ajutorul unei site şi îndrumată la un rezervor, iar fragmentele mai mari sunt readuse în circuit.

. Moara coloidală care acţionează prin frecare

• Este formată dintr-un corp de formă tronconică (1) în interiorul căruia se învârte rotorul (2) cu viteză foarte mare (20000 rot/min). Distanţa dintre rotor şi corpul morii este foarte mică, de circa 0,025 mm şi poate fi reglată cu ajutorul unui şurub micrometric (5).

• Datorită turaţiei mari, rotorul lucrează ca o pompă centrifugă, aspirând suspensia lichidă prin orificiul (3), trecând-o printre cele două suprafeţe conice ale corpului şi rotorului foarte apropiate şi apoi evacuând materialul măcinat prin gura de ieşire (4). Suprafeţele locaşului tronconic şi ale rotorului pot fi netede sau cu mici asperităţi. Moara mai poate fi prevăzută cu o manta de încălzire sau răcire.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)

•Moara coloidală acţionând prin frecare

Morile centrifuge cu discuri (dezintegratoare şi dezmembratoare)

• Se folosesc pentru sfărâmarea măruntă a materialelor de duritate mijlocie, servind în acelaşi timp şi pentru omogenizare. Construcţia acestor aparate este foarte variată, de unde şi diferitele denumiri sub care se întâlnesc în practică.

• Una din cele mai utilizate mori centrifuge cu discuri şi care are un mare randament pe unitatea de timp este moara cu coroane dinţate. Sfărâmarea la acest aparat se face cu ajutorul a două discuri, unul mobil (1), situat în corpul morii şi altul fix (2), pe capac.

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ

MOARA CU COROANE DINŢATE

• Pe discuri sunt fixate în cercuri concentrice, un număr de dinţi (cuie) din oţel foarte dur. Discurile sunt aşezate, astfel încât dinţii unui disc se întrepătrund cu ai celuilalt. Prin învârtirea discului mobil materialul de sfărâmat este aruncat de forţa centrifugă spre periferia aparatului, intrând în spaţiile dintre dinţii ficşi şi mobili, unde se mărunţeşte treptat prin lovire repetată. Pulberea rezultată părăseşte aparatul printr-o sită situată la partea inferioară.

• Numărul dinţilor ca şi rândurile de dinţi de pe discuri variază cu natura materialului de măcinat şi cu gradul de măcinare dorit (un număr mai mare de dinţi aşezaţi pe rânduri dese produce o măcinare mai fină). Sub influenţa forţei centrifuge, aparatul acţionează prin presare, lovire, frecare. Este util pentru materialele uscate care se sparg uşor.

• Datorită turaţiei mari a discului mobil, materialul se încălzeşte, fiind necesară de multe ori răcirea cu apă a carcasei prin intermediul unei cămăşi de răcire. De aceea, aparatul nu se poate folosi pentru materialele care se înmoaie prin încălzire, deoarece se pot înfunda sitele de evacuare.

• La dezintegratoare, datorită turaţiilor mari (1000-3000 rot/min) şi a vitezelor periferice mari (20-30 m/s), pătrunderea printre dinţi a obiectelor tari (metalice) poate provoca distrugerea întregului aparat. Din acest motiv este necesar ca pâlnia de intrare în aparat a materialului de măcinat să fie prevăzută cu site şi separatoare magnetice. Pentru buna funcţionare a acestor mori este necesar ca alimentarea cu material să se facă uniform şi continuu, numai după ce aparatul a atins numărul de rotaţii prescris.