Процесс деформации и измельчения твердых тел обязательно сопровождается затратой энергии. Она расходуется на образование упругих пластических деформаций и преодоление сил молекулярного сцепления, после чего тело разрушается и образуются новые тела с большей суммарной поверхностью. В результате упругой деформации за счет приложенных внешних сил тело накапливает энергию, которую частично возвращает после прекращения действия внешних сил.
Как при упругой, так и при пластической деформации часть полученной механической энергии преобразуется в тепловую, в результате чего повышается температура деформируемого твердого тела. Одновременно в процессе измельчения часть энергии, приложенной к твердому телу, затрачивается на электризацию частиц продукта и рабочих поверхностей измельчающих машин, на преодоление сопротивлений в измельчающей машине (трение и деформация деталей, в частности на прогиб мелющих вальцов, их нагрев и т. п.).
П. А. Ребиндер предложил учитывать взаимосвязь энергозатрат на измельчение материала, состоящего из частиц определенной крупности по следующему выражению
где Ау — энергозатраты на упругие и пластические деформации разрушаемого тела; Аs — энергозатраты на образование новых поверхностей.
Так как задачей процесса измельчения является получение новых поверхностей в результате разрушения более крупных частиц, то полезными следует считать только энергозатраты Аs. Это дает возможность условно оценить коэффициент полезного действия процесса измельчения.
П. А. Ребиндер предложил обобщенный закон измельчения записать так:
где A0 — энергия, расходуемая на процесс деформирования и износ рабочих органов измельчающей машины; mу — число циклов деформации частиц измельчаемого материала; σp — разрушающее напряжение измельчаемого материала; V — объем разрушаемого материала; Е — модуль упругости материала; ωо — энергия на образование 1 см2 новой поверхности для данного материала; ΔS=Sк—Sн — величина вновь образованной поверхности; α=(Sк/Sн)=in — безразмерный множитель, характеризующий для машины данной конструкции процесс образования новой поверхности. В этом выражении n — показатель, зависящий от условий измельчения (для тонкого измельчения n>0).
Можно определить коэффициент полезного действия процесса измельчения
Поэтому для снижения энергозатрат (повышения коэффициента полезного действия ηi) необходимо:
уменьшать упругие деформации материала, из которого изготовлены рабочие органы (повышение жесткости) измельчающей машины, оптимизировать геометрические и кинематические параметры, повышать ее износостойкость;
уменьшать число циклов деформаций mу частиц разрушаемого продукта (сокращение протяженности технологического процесса);
снижать разрушающие напряжения σр измельчаемого продукта, что может быть достигнуто в результате рациональных режимов ГТО, предварительного нарушения прочности зерновки;
получать фракционный состав готовой продукции (муки, крупы, комбикормов), необходимой для последующего целевого использования, недопущения чрезмерного измельчения частиц, что ведет к увеличению ΔS и α, на что расходуется дополнительное количество энергии.
Как при упругой, так и при пластической деформации часть полученной механической энергии преобразуется в тепловую, в результате чего повышается температура деформируемого твердого тела. Одновременно в процессе измельчения часть энергии, приложенной к твердому телу, затрачивается на электризацию частиц продукта и рабочих поверхностей измельчающих машин, на преодоление сопротивлений в измельчающей машине (трение и деформация деталей, в частности на прогиб мелющих вальцов, их нагрев и т. п.).
П. А. Ребиндер предложил учитывать взаимосвязь энергозатрат на измельчение материала, состоящего из частиц определенной крупности по следующему выражению
где Ау — энергозатраты на упругие и пластические деформации разрушаемого тела; Аs — энергозатраты на образование новых поверхностей.
Так как задачей процесса измельчения является получение новых поверхностей в результате разрушения более крупных частиц, то полезными следует считать только энергозатраты Аs. Это дает возможность условно оценить коэффициент полезного действия процесса измельчения.
П. А. Ребиндер предложил обобщенный закон измельчения записать так:
где A0 — энергия, расходуемая на процесс деформирования и износ рабочих органов измельчающей машины; mу — число циклов деформации частиц измельчаемого материала; σp — разрушающее напряжение измельчаемого материала; V — объем разрушаемого материала; Е — модуль упругости материала; ωо — энергия на образование 1 см2 новой поверхности для данного материала; ΔS=Sк—Sн — величина вновь образованной поверхности; α=(Sк/Sн)=in — безразмерный множитель, характеризующий для машины данной конструкции процесс образования новой поверхности. В этом выражении n — показатель, зависящий от условий измельчения (для тонкого измельчения n>0).
Можно определить коэффициент полезного действия процесса измельчения
Поэтому для снижения энергозатрат (повышения коэффициента полезного действия ηi) необходимо:
уменьшать упругие деформации материала, из которого изготовлены рабочие органы (повышение жесткости) измельчающей машины, оптимизировать геометрические и кинематические параметры, повышать ее износостойкость;
уменьшать число циклов деформаций mу частиц разрушаемого продукта (сокращение протяженности технологического процесса);
снижать разрушающие напряжения σр измельчаемого продукта, что может быть достигнуто в результате рациональных режимов ГТО, предварительного нарушения прочности зерновки;
получать фракционный состав готовой продукции (муки, крупы, комбикормов), необходимой для последующего целевого использования, недопущения чрезмерного измельчения частиц, что ведет к увеличению ΔS и α, на что расходуется дополнительное количество энергии.