Гипотезы Риттингера и Кика в приложении к зерну

09.05.2015

Переходя от исследования прочности отдельных зёрен к теоретическим предпосылкам процесса дробления зерновой массы с последующим тонким измельчением, совершенно не затронутым в приведенных выше исследованиях, нужно констатировать, что в этой области сделано ещё очень мало. Если обратиться к другим производствам, в которых процесс дробления играет большую роль (например уголь, руда, цемент и т. д.), то и здесь нужно констатировать бедность теоретической мысли.
Первые попытки дать теорию дробления относятся ко второй половине прошлого столетия, когда появились работы Риттингера и Кика, выдвинувших свои рабочие гипотезы относительно энергетического фактора в процессе дробления.
Гипотеза Риттингера, опубликованная им ещё в 1867 г. и значительно позднее (через 35 лет) видоизмененная Ричардсоном, говорит о том, что работа, затрачиваемая при дроблении тела, пропорциональна приращению поверхности вновь образовавшейся при этой операции. По Риттингеру, при достаточно большой степени дробления работа прямо пропорциональна степени измельчения. Для технологов-мукомолов гипотеза Риттингера представляет определённый теоретический интерес, так как степень измельчения, характеризующаяся крупнотой муки, является одной из основ характеристики процесса измельчения зерна. Величину крупноты мы определяем условно, при помощи так называемого ситового анализа, устанавливающего количественную характеристику отдельных фракций, но не дающего измерения частиц и их поверхности. В мукомольном производстве положение Риттингера находит подтверждение в повышении удельного расхода энергии при переходе от грубых помолов к тонким.
Наиболее показательная картина получается при переработке зерна на одиночных агрегатах — молотковых дробилках, которые, несмотря на относительную примитивность конструкции рабочего органа (пластинчатые молотки), довольно чувствительно реагируют на влажность зерна изменением удельного расхода энергии.
Опыты Куприн и Братухина, выполненные при испытании молотковой дробилки МД-510 в августе 1943 г. на Московски-Казанском элеваторе при переработке ржи, показали, что при одной и той же влажности (В=14,8%) для одного и того же зерна, в зависимости от крупноты помола, удельная мощность при дроблении на одном и том же агрегате даёт колебание с разницей более чем на 100% (табл. 7).

Гипотезы Риттингера и Кика в приложении к зерну

Аналогичная картина наблюдается, если от одиночного агрегата перейти к комплексной мельнице. Опытные помолы ржи при получении муки 99%-ного выхода с отбором 10% сеяной муки, выполненные на экспериментальной мельнице (ВНИИЗ) в конце 1942 г., показали, что удельный расход энергии претерпевает изменения на 70% в зависимости от крупноты помола, причём относительное снижение расхода энергии примерно одинаковое — при средней влажности (14—16—17%) зерна составляло около 30% — и, по-видимому, в меньшей степени зависит от влажности зерна, а в большей, как видно из табл. 8, определяется коэффициентом Риттингера.
Гипотезы Риттингера и Кика в приложении к зерну

Рассматриваемое обстоятельство нашло отражение в существующих нормах, принятых, например, для ведения технологического процесса на мельницах Главмуки. По этим нормам удельная величина мощности, отнесённая на 1 т суточной производительности при переработке пшеницы, колеблется в пределах от 0,9 до 2,7 л. с. при переходе от грубого обойного помола с проходом муки через сито № 24 к тонкому сортовому помолу с мучными ситами № 9 и 10. Таким образом, при сравнительном изменении размеров отверстий в сите от 200 до 900 микрон, что в подавляющей части соответствует и размеру частиц, расход энергии колеблется — если взять среднюю величину — с диапазоном от 1 до 3.
Практика работы мельниц подтвердила указанное положение. Опыты автора, выполненные в 1942 г. на мельницах Томска, подтвердили, что при переходе от обойного помола к упрощенному сортовому па одной и той же мельнице, на одном и том же технологическом оборудовании, главным образом на нарезных станках, при переработке одной и той же пшеницы удельный расход энергии возрастает на 80—100%.
Опытные помолы, выполненные летом 1942 г. на одной из ярославских мельниц, дали аналогичные результаты: размол ржи с В=14% при переходе от тонкого помола (сход 5% с сита № 24) к более грубому (сход 15—17%) при одном и том же проходе через сито № 9 (20—25%) показал уменьшение удельного расхода энергии на 15%, несмотря на увеличение производительности на 25—30%.
Эти величины были получены при переработке обычного зерна. Если же взять рожь, обладающую большой вязкостью, т.е. свойством, отягощающим размельчение благодаря возникновению пластинчатых частиц («лепёшек»), то разница становится ещё большей, достигая 20—22%.
Этот привходящий фактор вносит поправочный коэффициент, при наличии которого в данном случае удельный расход энергии уменьшается в 1,75, даже в 2 раза при переходе на так называемый укрупненный помол.
Таким образом ясно, что нельзя в вопросе удельного расхода энергии при дроблении искать закономерности только в геометрической характеристике продукта, базируя выводы на законах подобия. Нужно, наоборот, учесть и другие факторы, особенно вязкость, которая связана с влажностью. Поэтому гипотеза Риттингера в применении к зерну нуждается, безусловно, в введении поправочных коэффициентов.
Кик, являющийся автором капитального труда по технологии переработки зерна, ещё в 1885 г. выдвинул другое положение, генованное на рассмотрении деформаций, происходящих в теле при его дроблении. Кик провёл много опытов с различными материалами, в том числе и с зерном, и предложил свою гипотезу, согласно которой в формулировке Стадлера работа, затрачиваемая на дробление, пропорциональна объёму или весу данного тела.
Нужно отметить, что по отношению к измельчению зерна гипотеза Риттингера, несмотря на свою пригодность (так как она связана, как уже указывалось, с показателями крупноты получаемого продукта), всё же в практическом применении наталкивается на трудности измерения частиц продуктов измельчения и тем более на трудности предварительного определения увеличения поверхности при размельчении. Впрочем, в последние годы для указанной цели пользуются сравнительно простым методом, предложенным Ричардсоном, Спальдингом и Кент-Джонсом, основанным на применении закона Стокса, связывающего диаметр оседающей сферической частицы со скоростью её оседания, её плотностью, а также с плотностью и вязкостью среды.
Однако при изучении крупного дробления зерна представляется более целесообразным применить гипотезу Кика, тем более, что эта теоретическая предпосылка позволяет вместо объёма пользоваться весом зерна, что, как мы видели, использовали некоторые исследователи, например Махов, проверявший правильность гипотезы Кика на первом цикле разрушения зерна — до появления Трещин.
Спор между сторонниками Риттингера и Кика не потерял в известной степени своей актуальности до сих пор, причём, с одной стороны, указывается на то, что Риттингер не учёл расхода работы) на деформацию тела до разрушения, что подмечено и рядом советских исследователей, работавших с зерном (Врасский, Тарутин, Махов), с другой стороны, Кику бросается упрёк в том, что он ограничился изучением только этого фактора, что также является односторонним приёмом.
В настоящее время преобладает мнение, что гипотезы эти не противоречат, а скорее дополняют друг друга, причём теория Кика относится к грубому, предварительному, дроблению, а теория Риттингера — к последующему, более тонкому, измельчению.
Ребиндер предлагает поэтому работу разрушения деформируемого тела рассматривать в диференцированной форме, характеризуя её двучленом:
А = KV + σΔS,

где первый член КV представляет работу упругих и пластических деформаций в объёме тела V, пропорциональную этому (деформированному) объёму, а второй член σΔS является работой, превращающейся в свободную поверхностную энергию образовавшейся поверхности разрыва ΔS.
Для переработки зерна такая формулировка тем более приемлема, что ступенчатый процесс помола состоит именно из двух этапов: предварительного грубого дробления — дранья на нарезных валках и последующего тонкого измельчения — размола на гладких размольных системах.
Всё же до сих пор нет ещё признанной и вполне надёжной теории процесса дробления и измельчения в целом, что, как уже указывалось, в значительной степени объясняется сложностью явлений, имеющих место при размоле зерна, явлений как механического, так и технологического порядка, тесно переплетающихся между собой. Этого обстоятельства не учли ни Риттингер, ни Кик, предложившие свои гипотезы для геометрически подобных тел, механические и технологические свойства которых неизменны, что, понятно, не имеет места и производственных условиях. И Риттингер, и Кик прошли мимо фактора и физико-механического, и технологического, что особенно даёт себя чувствовать при рассмотрении процесса дробления зерна.
Известно, что при оценке показателей процесса размола зерна в том виде, как это имеет место на производстве, т. е. когда мы имеем дело не с отдельными зёрнами, а с зерновой массой, большую роль играют именно факторы, не учтённые Риттингером и Киком: 1) физическая структура отдельных зёрен, связанная с особенностями, присущими данному сорту, в частности с твёрдостью и вязкостью; 2) технологические показатели, в первую очередь влажность зерна и окружающей среды—воздуха, в которой происходит переработка зерна; 3) специфические условия измельчения зерна в массе — наличие внутреннего трения зёрен между собой, и, наконец, 4) механические условия измельчении характеристика рабочих органов размалывающих машин, в первую очередь их профиль, скорость движения и состояние рабочего органа.
Нам предстоит подвергнуть изучению отдельные этапы процесса, в зависимости от того, какой фактор превалирует — механический или технологический, чтобы накопить постепенно материалы для будущего обобщения и выводов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: