Новейшие эффективные технологии и оборудование переработки биомассы

Технологии микроизмельчения растительных материалов

Если сырье изначально имеет влажность ниже 15%, или его предварительно высушили до такой влажности, - его можно беспрепятственно измельчать.

Измельчение, как технологическая операция, - один из фундаментов, на которых базируется всё современное производство. Считается, что на процессы дробления и измельчения материалов расходуется более 20% всей производимой в мире электроэнергии.

Для чего вообще нужно измельчать растительные материалы?

Как мы видим из статьи "Измельчение и сушка растительных материалов" измельчение нужно для более быстрого и эффективного протекания наиболее важного процесса - сушки. Измельчение также нужно для более эффективного и качественного осуществления дальнейших процессов получения готовой продукции: процесса прессования (гранулирования и брикетирования), экстрагирования (например, - в фармацевтике),  смешивания (в производстве древесно-полимерных композитов) и т.д. 

Научно доказано, что при сверхтонком измельчении (особенно до наноразмеров) свойства материалов существенно меняются, часто материалы при этом приобретают совершенно новые, уникальные свойства. Таким образом, микроизмельчение (сверхизмельчение) растительных материалов становится весьма интересным с экономической точки зрения.  

 Для разделения понятий измельчения и микроизмельчения необходимо определиться с размерами частиц, являющихся результатом каждого из процессов.

1. Измельчение – это такое дробление материала, при котором основная масса частиц имеет размер более 500 мкм (0,5 мм).  При этом оптимальный размер частиц для дальнейшего гранулирования – 1 … 3х1х0,5 мм, оптимальный размер частиц для брикетирования немного больше – 3 … 6х1х1 мм.
2. Микроизмельчение (тонкое измельчение) – дробление материала, при котором основная масса частиц имеет размер менее 500 мкм.

Нас микроизмельчение, прежде всего, интересует как часть технологического процесса производства древесной муки и древесно-полимерных композитов (древесной мукой считается древесина, измельченная до такой степени, когда 95% ее частиц проходит сквозь сито с ячейками 1,25х1,25 мм). 

 Существует довольно много способов сверхизмельчения материалов: - механические, криогенные, химические и др. Мы будем рассматривать только механические, т.к. остальные способы высокозатратны, сложны и неэкологичны.

При выборе механического способа микроизмельчения растительных материалов необходимо помнить следующие постулаты:
1. Растительные материалы большей частью состоят из природных полимеров - веществ, чрезвычайно упругих и стойких к разрушающим воздействиям.
2. Чем выше упругость измельчаемого материала, тем больше кинетической энергии должно быть приложено для его разрушения, тем больше должна быть скорость удара.
3. Чем больше измельчен материал, тем сильнее частицы материала стремятся снова соединиться (агломерироваться).
4. Чем выше влажность материала, тем труднее осуществить микроизмельчение, и тем сильнее его агломерация.

 Исходя из перечисленных постулатов наиболее эффективной технологией должно быть микроизмельчение в высокоскоростных мельницах – дезинтеграторах или роторно-вихревых мельницах. Скорость удара при этом должна превышать 250 м/с, при измельчении до наноразмеров скорость должна стремиться к 1000 м/с.

 Существует множество видов оборудования для тонкого измельчения материалов. Наибольшее распространение получили: шаровые мельницы (до 95% мирового объёма переработки), струйные, планетарные, валковые, вихревые, роторно-вихревые, бисерные мельницы, дезинтеграторы, дисмембраторы. У каждого из этих видов оборудования имеются свои достоинства и недостатки, соответственно, для каждого конкретного технологического решения лучшим образом будут подходить разные варианты оборудования. В 2005 году нами разработан и изготовлен агрегат  для высокоэффективного измельчения древесины до размеров 5 … 40 мкм. Этот агрегат был создан с учетом всех перечисленных выше постулатов, поэтому имеет высокую энергоэффективность. Линейная скорость рабочих органов составляет 320 м/с (один из рекордов своего времени). Однако, в настоящее время производство этого оборудования не осуществляется. Те не менее, наше предприятие имеет как большой опыт разработки и изготовления оборудования, так и опыт подбора оборудования, предлагаемого другими поставщиками. Поэтому, при наличии необходимости, мы можем создать производство микроизмельченных материалов (например – древесной муки) по принципу «под ключ».