ЛАБОРАТОРНАЯ БИСЕРНАЯ МЕЛЬНИЦА
LAB'S BEAD MILL

Изобретение относится к области измельчения твердых материалов и может быть использовано для сверхтонкого измельчения твердых материалов, в том числе взрывчатых веществ в лабораторных условиях. Для повышения эффективности смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) требуется применение перхлората аммония с среднемассовым размером частиц (СМРЧ) 0,5-1,0 мкм. На стадии разработки композиций СТРТ необходимо лабораторное оборудование, обеспечивающее получение перхлората аммония с указанными размерами частиц при относительно малом времени измельчения.
Известно распространенное применение быстроходных диспергаторов (бисерных мельниц) для обработки пигментов (П.И.Ермилов Диспергирование пигментов. М.: Химия, 1971 г.). Известны аналоги: бисерный двухроторный измельчитель - патент RU 2299874, МПК С06В 21/00, В02С 17/16 и мельница лабораторная для тонкого помола материалов - патент RU 2206399, МПК В02С 15/16. Однако бисерная двухроторная мельница разработана для промышленного применения. Недостатком мельницы лабораторной является недостаточная эффективность, так как предназначена для увеличения тонкости размола с 0,25 мм до 0,08 мм.
При изготовлении ультрадисперсной фракции перхлората аммония в промышленном производстве также используются бисерные мельницы - патенты RU 2246472, С1 МПК С06В 21/00, 29/22, 45/30, С06D 5/00, RU 2247101, C2 МПК С06В 21/00, В02C 17/16.
В каталоге «Размольное оборудование», ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1976 г. содержатся сведения о серийно изготавливаемых бисерных мельницах с объемом размольного контейнера от 5 до 125 л.
Приведенные в каталоге типы бисерных мельниц предназначены для работы по схеме с непрерывной подачей суспензии снизу насосом и выводом самотеком из верхней зоны контейнера. На практике возникает необходимость отработки параметров по измельчению новых материалов на малообъемных модельных лабораторных мельницах периодического действия, то есть загрузкой в объеме размольного контейнера. Близким по объему размольного контейнера к лабораторным аппаратам относится бисерная мельница МБС 5КВ2, которая принята в качестве прототипа, из каталога «Размольное оборудование», ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1976, стр.5-7.
Прототип - бисерная мельница МБС 5 КВ2 состоит из размольного контейнера с электропроводом, насосной станции, приводимой в движение мотор-вариатором. Размольный контейнер представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с рубашкой для охлаждения, внутри которого размещен вал - ротор с насаженными на него дисками. Все узлы и агрегаты смонтированы на станине. Измельчение производят по следующей схеме: исходный продукт в виде суспензии из бункера через входной клапан и нижнее отверстие в донной части размольного контейнера подают насосом. Предварительно размольный контейнер заполняют мелющими телами - стеклянными шариками. При вращении ротора частицы материала при прохождении суспензии снизу вверх размольного контейнера измельчаются в результате трения и соударения мелющих тел. Далее суспензия самотеком выходит из контейнера. Степень измельчения регулируют за счет времени пребывания суспензии в контейнере, а именно путем изменения производительности подачи суспензии насосом. Однако применение бисерной мельницы МБС 5КВ2 приемлемо в основном при выпуске продукции малыми партиями по отработанным режимам. Использование ее для отработки параметров измельчения новых материалов в лабораторном масштабе имеет определенные недостатки:
1. Требует много испытуемого материала, так как предусмотрена схема измельчения с проходом потока значительного объема суспензии через размольный контейнер.
2. Применение этой мельницы в лабораторном варианте с разовой загрузкой в контейнер осложнено тем, что возникает необходимость в многократной разборке и сборке контейнера, связанных с выгрузкой суспензии с бисером, с отделением его от суспензии, промывкой и сушкой как контейнера, так и бисера.
3. Многократная сборка и разборка мельницы связана с выполнением механических работ, что небезопасно при работе с взрывчатыми веществами из-за их чувствительности к механическим воздействиям: трению и удару.
Технической задачей является создание эффективной лабораторной бисерной мельницы для сверхтонкого измельчения и безопасное в эксплуатации конструктивное исполнение.
Технический результат заключается в том, что лабораторная бисерная мельница содержит размольный контейнер с рубашкой охлаждения и крышку, ротор с дисками, привод вращения ротора, причем размольный контейнер с рубашкой охлаждения установлен соосно ротору на чашеобразный поддон, жестко соединенный со штоком пневмоцилиндра, поджимающим размольный контейнер к крышке, а на уровне размольного контейнера смонтирован датчик.
На фиг.1 показан общий вид лабораторной бисерной мельницы.
Лабораторная бисерная мельница включает:
1) размольный контейнер,
2) рубашку охлаждения,
3) ротор,
4) диски,
5) привод вращения ротора,
6) пневмоцилиндр,
7) стойку,
8) чашеобразный поддон,
9) шток,
10) крышку;
11) датчик.
Работу на лабораторной бисерной мельнице осуществляют следующим образом. На чашеобразный поддон 8 устанавливают размольный контейнер 1 с рубашкой охлаждения 2. Путем подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр 6 посредством штока 9 размольный контейнер 1 с рубашкой охлаждения 2 поджимают к крышке 10. При этом датчик 11 дает сигнал о том, что размольный контейнер 1 прижат к крышке. Через отверстие в крышке 10 загружают заданное количество стеклянных шариков (бисера) диаметром 1,6-2,0 мм. Затем через это же отверстие загружают предварительно приготовленную навеску суспензии измельчаемого материала. Включают подачу охлаждающей воды в рубашку охлаждения 2. Включают привод 5, вращение которого через клиноременную передачу передается ротору 3 с дисками 4. Вращение дисков 4 приводят в интенсивное движение стеклянные шарики. Частицы измельчаемого материала, попадая между стеклянными шариками, подвергаются удару и трению, за счет этого происходит измельчение. При измельчении взрывчатых веществ процесс ведут дистанционно. По истечении заданного времени измельчения выключают привод вращения ротора 5, отключают подачу охлаждающей воды в рубашку 2 контейнера 1. Переключают подачу сжатого воздуха через верхний штуцер пневмоцилиндра 6, размольный контейнер 1 с рубашкой охлаждения 2 опускают в нижнее положение. Размольный контейнер 1 с рубашкой охлаждения 2 снимают с чашеобразного поддона 8 и содержимое размольного контейнера выливают на сито, установленное на приемный сосуд. При этом происходит отделение бисера от суспензии.
Преимуществом этой мельницы является простота осуществления подсоединения и отсоединения контейнера с рубашкой к крышке. Наличие датчика, сигнализирующего о прижатии контейнера с рубашкой к крышке, и блокировка его с приводом позволяет избежать преждевременного выключения привода и опускания контейнера с рубашкой при работающем приводе, так как преждевременное включение привода до прижатия контейнера с рубашкой к крышке и опускания его до выключения привода приведет к выбросу бисера с суспензией из мельницы. Примененная в заявке герметизация путем прижатия контейнера к крышке особенно необходима при работе с взрывчатыми веществами, так как исключается выполнение ручных операций с соединительными элементами.
Среднемассовый размер частиц измельчаемого материала зависит от продолжительности измельчения.
На фиг.2 в качестве примера приведена зависимость среднемассового размера частиц (СМРЧ) перхлората аммония от продолжительности измельчения на лабораторной бисерной мельнице. Из фиг.2 следует, что на лабораторной бисерной мельнице достигнута поставленная задача, а именно среднемассовый размер частиц перхлората аммония получен на уровне 0,65 мкм за относительно непродолжительное время измельчения 8 часов.
Приведенные данные получены в условиях опытно-химического завода ФГУП «НИИПМ».