3. Az aprításnak,

A választott témakör nemcsak az élelmiszeripari termékek feldolgozásához, hanem a vegyipari termékek előállításához, a tüzelő-és fűtőanyag előállításhoz, az építőanyag-és fémiparokhoz, valamint nem elhanyagolható módon a hulladékok újrahasznosításához is szorosan kapcsolódik. Középiskolás fiatalok már saját maguk is biztosan végeztek ilyen jellegű tevékenységet csak esetleg nem értékelték úgy, mint egy fontos előkészítő műveletet. Biztosan készítettek felcsíkozott színes lapokból füzért. Daráltak, diót vagy mákot a süteményhez. Segítettek répát, zöldséget aprítani a készülő levesbe. Segítettek fát fűrészelni, aprítani, hogy be lehessen fűteni a kályhába. Aprítottak össze levágott faágakat, hogy komposztálható legyen. Biztosan hasznos gondolatokat tudunk ébreszteni az alkotásra vágyó fiatalokban az aprítási lehetőségek sokszínű témájának boncolgatása során. Csak nézzünk egy kicsit körül a szűkebb világunkban. Mennyi követ aprítottak az úthoz, ami járunk nap, mint nap. Csak a megőrölt búzából tudunk kenyeret sütni. Hogyan tudjuk hasznosítani, feldolgozni a keletkező hulladékainkat? Mit kell tennünk az alapanyagokkal, hogy új terméket tudjunk előállítani belőlük?

Az élelmiszeripar valamennyi ágazatánál találkozunk szemcsés halmazzal, akár alapanyag, akár késztermék formájában. A búzát megőröljük, a lisztből kenyeret sütünk, majd szeletelve fogyasztjuk el. Amikor felaprítunk egy anyagot, megnöveljük a felületét. A termikus koncentrálásnak is fontos előkészítő művelete az aprítás. A gyümölcsök feldarabolása során növekszik a felület, szabaddá válik a gyümölcsben lévő víz, amely így már hatékonyan eltávolítható. A most bemutatásra kerülő szemcsés halmaz aprítási folyamata során megismerhetik a középiskolás diákok a művelethez kapcsolódó alapfogalmakat. Vizsgálni fogjuk a szemcsés halmazt egységes egészként, valamint a felépítő részek szempontjából is.

Gyakorlat célja

A mérnöki gyakorlatban gyakran alkalmazott nyers, ill. alapanyagok hatékonyabb felhasználásának érdekében a megfelelő fajlagos felület kialakítása szükséges. Az iparban általánosan előforduló aprítóberendezések, a kalapácsos daráló LINK, ill. a verőcsapos diszmembrátor egyaránt alkalmas kemény, szilárd anyagok, mint amilyen pl. a kukorica, aprítására. Jelenlegi gyakorlatunkon alkalmazott golyós malomban LINK inkább az apróbb szemcséjű kristályos anyagok tovább porítása LINK valósítható meg, mint például a kristálycukor vagy a konyhasó. A gyakorlat célja ezen berendezések megismerése, az aprítási fokot meghatározó paraméterek összefüggéseinek vizsgálata.

A gyakorlat elméleti háttere

A mono- vagy homodiszperz (azonos méretű szemcsékből álló) halmazok esetében a halmazra jellemző, átlagos szemcseméret megegyezik a szemcsék méretével, melyet egyszerű hosszméréssel, vagy egyenértékű gömbátmérő kiszámításával adhatunk meg.

Az élelmiszeriparban található polidiszperz vagy heterodiszperz (eltérő méretű szemcsékből álló) szemcsés halmazokból homodiszperz frakciókat nyerhetünk a szitálás műveletével. Ehhez több, különböző csomószámú (lyukátmérőjű) szitából álló szabványos szitasorozatot alkalmazunk. A szitákat az 1 cm2 -en levő csomószámmal jellemzik, és az un. Din számmal jelölik.

Az aprítás egyik legjellemzőbb eredménye a fajlagos felület (Af) (egységnyi tömegű részecskére vonatkoztatott felület) növekedése LINK.

Az aprítás jellemzésére, ezen kívül, az aprítási fok (n) az alkalmas mérőszám.

Az anizometrikus (nem gömb alakú és nem azonos átmérőjű) részecskék jellemző méretét a     egyenértékű gömbátmérővel határozzuk meg. Annak a képzeletbeli gömbnek az átmérője, amelynek térfogata azonos a vizsgált, nem gömb alakú részecske térfogatával.

Az egyenértékű gömbátmérőt az alábbi képlettel számolhatjuk ki.



Mivel a részecskék nem szabályos mértani testek, így rendelkezésükre álló teret nem töltik ki teljes mértékben. Egy adott térfogatot megtöltő búza szemek között adott térfogatú levegő is található. A levegő térfogatának mérése után ki tudjuk számítani a halmaz porozitását.

Porozitás () a részecskék közötti üres térfogat és a részecskék által kitöltött összes térfogat hányadosaként számolható ki, az alábbi képlettel:

Az aprítás utáni átlagos szemcseméret, azaz (mivel a nyert aprítvány többnyire heterodiszperz), szitaanalízis segítségével határozható meg.

Szitasorozat segítségével azonos méretű frakciókra bontjuk a halmazt (homodiszperz rendszereket képzünk), majd az alábbi képlet segítségével meghatározhatjuk a rendszerre jellemző átlagos szemcseméretet.

Szitaanalízis:
Heterodiszperz rendszerek vizsgálati módszere. Lényege, a halmazok szitasorozat segítségével történő, homodiszperz, vagy közel homodiszperz frakciókra történő bontása.
Az így nyert frakciók méretének és mennyiségének ismeretében megrajzolható a kumulatív diagram (R% = f(d) és a frakciódiagram (m = f(d) )

A kumulatív diagram megrajzolásánál a halmaz összes tömegét tekintsük 100 % -nak, ehhez viszonyítsuk az egyes frakciók mennyiségét, a méretük függvényében. Az összegzést elvégezhetjük az átmenet (a szitamaradék) R%, ill. az átesés (a szitán átjutott hányad) D% szerint kumulálva. A kumulatív diagramról leolvashatjuk, hogy egy adott szemcseméretnél nagyobb (R% esetében), ill. kisebb (D% esetében ) méretű szemcsék részhalmaza a teljes halmaz mekkora hányadát teszi ki. R% + D% = 100%

A frakció diagramnál az egyes frakciók tömegét ábrázoljuk a méretük függvényében. A diagram megmutatja, hogy egy adott szűk mérettartományban a halmaz mekkora hányada esik.

A szitaanalízis adataiból az RRB nomogram segítségével meghatározhatjuk a halmazra jellemző átlagos szemcseméretet ( = ), az egyenetlenségi tényezőt (n), a fajlagos felületet ().

Az őrlemények szemcse megoszlását jól le lehet írni a Rosin-Rammler-Benett (RRB) összefüggéssel



Az összefüggés használatának megkönnyítésére az ún. RRB diagramot fejlesztették ki.  A mért adatok ábrázolásával kapott pontsorra egyenest kell illeszteni. Az egyenes R% = 36,8 értékéhez tartozó szemcseméret lesz az  átlagos szemcseméret.
A diagramról a fajlagos felületet: (egységnyi tömegű szemcsés halmaz felülete) értékét is leolvashatjuk, ha az egyenest párhuzamosan eltoljuk úgy, hogy az ún. pólus-pontot metssze. Az így eltolt egyenes a segédkoordináta tengelyekről kimetszi az , szorzatértéket, amelyből a fajlagos felületet a mm-ben megadott átlagos szemcsemérettel való osztás után kapjuk meg.  A másik segédtengelyről az n egyenletességi tényező értékét lehet közvetlenül leolvasni. Minél nagyobb n értéke, annál egyenletesebb a halmaz szemcsemérete (annál nagyobb meredekségű az egyenes), azaz szűk szemcseméret tartományba esnek a szemcsék egyedi méretei.


Próbáljon válaszolni az ellenőrző kérdésekre. Amennyiben nem tud, vagy nem biztos a válaszban olvassa el a leírást, illetve nézze meg újra a kisfilmet.

  • • Mit jelent a mono-, vagy homodiszperz halmaz?
  • • Milyen paraméterek szükségesek az egyenértékű gömbátmérő meghatározásához?
  • • Egy homodiszperz halmaz aprításával milyen szemcse összetételű aprított halmazt nyerünk?
  • • Hogyan tudjuk az aprítás utáni átlagos szemcse méretet kiszámolni?
  • • Mi az aprítás egyik legjellemzőbb eredmény és miért hasznos?
  • • Milyen eszközzel, módszerrel tudjuk azonos méretű frakciókra bontani az aprított halmazt?
  • • Milyen tényezők befolyásolhatják a gyakorlatban az aprítási fok nagyságát?