Коллоидные мельницы мокрого помола

Коллоидными мельницами (КМ) называются размольные машины, измельчающие ТМ от начальных размеров (обычно это доли миллиметра) до конечных — порядка 10^-4-10^-6 мм. Столь мелкие частицы имеют склонность к слипанию (из-за высокой поверхностной свободной энергии); поэтому их как правило подают в мельницу в виде суспензии ("мокрый помол"). В качестве дисперсионной (сплошной) среды используются нейтральные к ТМ жидкости, причем объемная концентрация ТМ в суспензиях обычно колеблется в диапазоне от 15 до 35% (абс.).

Механизм коллоидного измельчения в настоящее время изучен слабо, поэтому ограничимся рассмотрением устройства и принципов работы одной из размольных машин данного класса.

На рис 13.15, а представлена коллоидная мельница мокрого помола. В корпусе 1 с коническим гнездом 1а вращается с высокими скоростями ( с^-1, окружная скорость — 30-125 м/с) ротор 2. Между гнездом корпуса и ротором имеется малый зазор (десятые, иногда и сотые доли миллиметра). Величину регулируют микрометрическим винтом 3. Исходную суспензию подают в КМ через входное отверстие (поток I), образующийся коллоидный раствор выводят через отверстие (поток II).

Доминирующий в КМ способ воздействия на ТМ — истирание. С целью рассмотрения на качественном уровне влияния основных факторов, воздействующих на измельчаемую частицу III, на рис. 13.15, б в укрупненном масштабе показан фрагмент рабочей зоны (на рис. 13.15, а он обозначен символом "ф"). Для удобства анализа стенки корпуса и ротора изображены вертикально, зазор — горизонтально.

Рис. 13.15. Коллоидная мельница мокрого помола: а – устройство мельницы, б – к механизму измельчения; 1 – корпус, 1а – коническое гнездо, 2 – ротор, 3 – микровинт, 4 – приводный шкив, 5 – рабочая зона мельницы (зазор); I – исходная суспензия, II – коллоидный раствор, III – измельчаемая частица

Согласно "концепции прилипания", скорость жидкости у поверхности равна скорости движения самой поверхности. Обозначим: — текущая горизонтальная координата, — окружная скорость. Тогда относительно неподвижного наблюдателя:

— скорость жидкости у неподвижной стенки корпуса (т.е. при ) равна нулю;

— ее скорость у стенки вращающегося ротора (при ) совпадает с окружной скоростью движения ротора , т.е. очень высока — на уровне 100 м/с.

Большие перепады скоростей на малых расстояниях (порядка толщины зазора) означают очень высокие градиенты скоростей в рабочей зоне. Применительно к измельчаемой частице градиент скоростей можно записать (см. рис. 13.15, б): , где — разность скоростей на боковых поверхностях частицы, — оценка ее поперечного размера. А высокий градиент скоростей приводит по формуле к большим тангенциальным (срезающим) усилиям на боковых поверхностях разрушаемой частицы: . В результате в рабочей зоне происходит диспергирование ТМ — отщепление от частицы III мельчайших частичек коллоидных размеров.

Контрольные вопросы