WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ БЕЗ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ _ МОСКВА «ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1» 2004 УДК 539.319.001.24 ББК В 251.64-я 73-5 С29 Рецензенты:

Президент ООО «НПФ ЛИОНИК», лауреат премий правительства СССР и России, кандидат технических наук Е.А. Мандрыка Заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор МГУИЭ Ю.И. Макаров Селиванов Ю.Т., Першин В.Ф.

С29 Расчет и проектирование циркуляционных смесителей сыпучих материалов без внутренних перемешивающих устройств. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004. 120 с.

Разработан единый подход к отношению процессов движения и перемешивания в смесителях циркуляционного типа для переработки сыпучих материалов. Приведены математические модели процесса движения и взаимодействия сыпучих материалов в рабочем объеме аппарата. Разработаны методики расчета геометрических и режимных параметров работы циркуляционных смесителей.

Предназначено для инженерно-технических работников, занимающихся переработкой сыпучих материалов, и может быть полезно преподавателям, аспирантам и студентам машиностроительных и технологических специальностей.

УДК 539.319.001.24 ББК В 251.64-я 73-5 ISBN 5-94275-146- © Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин, 3 2004 © «Издательство Машиностроение1», 2004 Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ БЕЗ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ МОСКВА «ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1» 2004 Научное издание СЕЛИВАНОВ Юрий Тимофеевич, ПЕРШИН Владимир Федорович РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ БЕЗ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ Монография Редактор Е.С. Мордасова Инженер по компьютерному макетированию И.В. Евсеева Подписано к печати 14.06.2004 Гарнитура Тimes New Roman. Формат 60 84/16. Бумага офсетная Печать офсетная. Объем: 6,87 усл. печ. л.; 6,92 уч.-изд. л.

Тираж 400 экз. С. 618М «Издательство Машиностроение-1», 107076, Москва, Стромынский пер., Подготовлено к печати и отпечатано в издательско-полиграфическом центре Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ …………………………………………………….

Глава Современное состояние проблемы ………… 1.

1.1 Способы периодического и непрерывного. смешивания и устройства для их реализа- ции …………… 1.2 Основные подходы к моделированию. процесса смешивания сыпучих материа- лов ………………… 1.3 Стратегия повышения интенсивности и. эффективности процесса смешивания за счет рационального регламента загрузки компонентов ……...

Глава МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГО- 2. ТОВЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ В ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИ- ТЕЛЯХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ……………………………………………… 2.1 Механизм процесса сегрегации много-. компонентной смеси …………………………………………… 2.2 Ячеечная модель процесса смешивания. …………..

2.3 Послойная модель процесса приготовле-. ния многокомпонентных смесей …………………………… Глава МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИ- 3. ВАНИЯ В ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИ- ТЕЛЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ……………………………………… 3.1 Моделирование процесса смешивания с. учетом влияния осевого движения мате- риала во вращающемся барабане ……………………………………..

3.2 Использование численных экспериментов. для оптимизации процесса смешивания сыпучих материалов ……………………………………………..

Глава ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВА- 4. НИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ В ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИ- ТЕЛЯХ ………………………………………………… ….

4.1 Описание лабораторной установки для. исследования процесса смешивания в периодическом режиме и методики экс- периментального исследования …………..………………………………… …..

4.2 Методика экспериментального определе-. ния склонности к сегрегации …………………………...

4.3 Экспериментальное исследование влия-. ния режимных и геометрических пара- метров на процесс смешивания в перио- дическом режиме …………… 4.4 Экспериментальное исследование харак-. тера движения и осевого смешивания сы- пучих материалов в барабанном смесите- ле непрерывного действия Глава РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И РЕЖИМ- 5. НЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ … 5.1 Методики расчета параметров процесса. приготовления многокомпонентных сме- сей в циркуляционных смесителях перио- дического и непрерывного действия ………………………………………….

5.2 Новые конструкции и способы получения. многокомпонентных смесей сыпучих ма- териалов ……...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……….…………………………………..

ПРЕДИСЛОВИЕ Вопрос смешивания зернистых и порошковых материалов всегда имел большое прикладное значение. Это связано, в первую очередь, с тем, что очень широк круг производств, в которых используется процесс смешивания, особенно при крупнотоннажных производствах, таких, как переработка пластмасс, сложных удобрений, резинотехнических изделий, красителей, гербицидов, моющих веществ, строительных материалов, комбикормов, пищевых концентратов, медикаментов. Выбор типа смесителя во многом определяется свойствами компонентов смеси. Этим, в частности, вызвано появление целого ряда различных типов смесительного оборудования, например: планетарно-шнековые, ленточные, шнековые, пневматические, барабанные и др. Особенно возрос интерес к исследованию процесса смешивания сыпучих материалов в устройствах различных типов в нашей стране и за рубежом в последнее время.

Данная монография посвящена изучению циркуляционных смесителей и к тому имеется ряд оснований. К основным достоинствам этого типа смесителей относится простота и надежность конструкции, невысокая потребляемая энергия. Но их широкое применение в промышленности ограничено и основной причиной тому является недостаточно высокое качество получаемой смеси, особенно при смешивании компонентов, склонных к сегрегации. Упорядоченный характер движения частиц в циркуляционных смесителях дает возможность, в результате моделирования протекающего в смесителе процесса, прогнозировать получаемый результат, а также выдать рекомендации по проведению процесса смешивания и характеру загрузки смешиваемых компонентов, что довольно трудно сделать для других типов смесителей, из-за неупорядоченного характера движения частиц. Большой интерес представляет использование циркуляционных смесителей в порошковой металлургии, например, при производстве порошковых проволок.



Глава СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 1.1. СПОСОБЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО И НЕПРЕРЫВНОГО СМЕШИВАНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ Общая классификация смесителей сыпучих материалов представлена в работах [1, 2]. Классификация производится по следующим признакам: 1) физическое состояние рабочей среды; 2) протекание процесса смешивания во времени; 3) природа силового воздействия на частицы; 4) механизм перемешивания частиц; 5) конструкция; 6) способ управления.

На практике для классификации смесителей используют каждый из этих признаков, причем чаще всего комбинацию тех признаков, которые для данных условий расчета, конструирования, эксплуатации наиболее важны.

Классификация основных процессов химической технологии приводится в работе [3]. В разделе механических процессов, скорость которых определяется законами твердого тела, представлены следующие группы: 1) разделение твердых тел; 2) измельчение; 3) смешение;

4) формообразование; 5) дозирование. Все группы, кроме смешения, подразделяются на подгруппы, число которых изменяется от двух до семи.

По механизму перемешивания частиц смесители подразделяются на циркуляционные, а также объемного и диффузионного смешивания [2]. Для циркуляционных смесителей характерно движение основного потока смешиваемого материала по замкнутому контуру. Соединение отдельных зон рабочего объема смесителя потоком материала в циркуляционный контур может быть последовательным, параллельным или сложным (с рециркуляцией, разветвлением, байпасом и т.д.). Движение материала через зоны обеспечивают либо перемешивающий орган, либо специальные транспортеры.

Несмотря на большое разнообразие конструкций с точки зрения механизма процесса смешивания все типы смесителей можно разделить на две большие группы [4]. Первая включает в себя смесители, которые максимально обеспечивают стохастический характер движения частиц смешиваемых компонентов. Вторая предполагает превалирование детерминированной составляющей. В отличие и в дополнение к используемой в настоящее время классификации смесителей предлагается в качестве циркуляционных выбирать аппараты с максимально детерминированным характером движения компонентов.

Существуют типы смесителей, например, центробежные лопастные, которые относят к циркуляционным [2], однако вследствие превалирования стохастической составляющей в характере движения частиц, мы не относим их к группе циркуляционных смесителей.

К циркуляционным смесителям можно отнести барабанные смесители периодического и непрерывного действия, V-образные, цилиндрические со смещенной осью вращения («пьяная бочка»), вибрационные смесители [5], вибрационные барабанные с возможностью свободного вращения барабана [6], вибровращательные с принудительным вращением барабана [7], одновальные лопастные [8] и др.

Анализ требований, предъявляемых к смесительному оборудованию, показывает, что в настоящее время на первое место выходит обеспечение стабильно высокого качества готовой смеси. Циркуляционные смесители полностью отвечают этим требованиям, что объясняет их широкое распространение в различных отраслях промышленности.

Качественный анализ показывает, что движение сыпучего материала в данных смесителях имеет детерминированный характер. Более того, при смешивании двух компонентов, отличающихся размерами или удельными плотностями частиц, наблюдается целенаправленное движение «мелких» или «тяжелых» частиц в определенные зоны смесителя, которые обычно называют центрами сегрегации. В частности, в работе [9] было показано, что если в вертикальную цилиндрическую емкость загрузить сначала крупные частицы, а затем мелкие, то после вибрации емкости мелкие частицы «утонут», а крупные «всплывут». Наблюдается целенаправленное движение мелких частиц в нижнюю часть емкости. В поперечном сечении гладкого вращающегося барабана мелкие частицы целенаправленно движутся к центру циркуляции, в результате чего образуется ядро сегрегации. Аналогичные эффекты наблюдались при вибрации трехкомпонентной смеси ( d2 / d1 = 1,5; d3 / d1 = 2) [10]. В данном случае наблюдалось целенаправленное движение частиц с диаметрами d1 и d2 в нижнюю часть емкости. Однако частицы d1 совершали указанное движение и в среде из частиц d2 и в среде из частиц d3, а частицы d2 только среди частиц d3, в конечном итоге образовалось три зоны. На дне емкости сконцентрировались частицы d1, над ними расположились частицы d2, а на самом верху – частицы d3.

Конструкция вибрационного смесителя, описанная в работе [6] изображена на рис. 1.1. Он состоит из горизонтального осесимметричного корпуса 1, снабженного торцевыми крышками 2 и установленного на опорах 3, с возможностью свободного вращения. Опоры 3 соединены с виброприводом 4.





Работает смеситель следующим образом. Сыпучий материал с заданным соотношением компонентов предварительно загружают в корпус 1, например, через одну из торцевых крышек 2. Вибрационное воздействие от вибропривода 4, через опоры 3 передается на корпус 1 с сыпучим материалом. Параметры вибрации (амплитуда и частота) должны обеспечивать переход сыпучего материала в виброожиженное состояние. Виброожиженый материал переходит в упорядоченное циркуляционное движение, приводя во вращение корпус 1. При завершении процесса смешивания вибропривод 4 отключают и производят выгрузку готовой смеси.

В процессе работы корпус смесителя совершает вращательное и колебательное движения. Траектории движения частиц изображены на рис. 1.2.

Конструкция вибросмесителя отличается простотой, позволяет повысить эффективность смешивания и уменьшить энергозатраты, так как вибрация и вращение корпуса производится от одного привода.

В работе [7] описана следующая принципиальная схема работы установки: цилиндрический барабан в подшипниковых опорах с возможностью вращения вокруг собственной оси снабжен отдельным приводом, соединенным с виброплитой, которая устанавливается на пружинящих опорах на неподвижном основании. Внизу виброплиты крепится вибратор для создания вибрационных колебаний.

В такой конструкции ликвидируются застойные зоны, так как материал, благодаря вращению вокруг собственной оси, распределяется по рабочему объему. Возможно использование установки в периодическом и непрерывном режимах.

Конструкция, описанная в [8], содержит корпус 1, внутри которого расположен полый вал 2, имеющий привод 3 (рис. 1.3). На валу 2 радиально по двум параллельным винтовым линиям жестко установлены втулки 4, в которых расположены оси 5, имеющие винтовые канавки 6. Оси лопастей в соседних рядах имеют противоположное направление винтовых канавок, т.е. оси диаметрально противоположных лопастей имеют одинаковое направление. Втулки 4 снабжены уплотнительными устройствами 7. К осям 5 жестко закреплены лопасти 8. Втулки имеют штифты 9, взаимодействующие с винтовыми канавками осей 5. Смеситель имеет механизм изменения угла поворота лопастей 8, выполненный в виде установленной в полости вала 2 штанги 10 с упорами 11, размещенными по винтовым линиям, совпадающим с линиями установки втулок 4 и взаимодействующим с торцами осей лопастей. Упоры выполнены коническими, а их длина соответствует длине винтовых канавок хода осей 5 лопастей 8.

Штанга 10 установлена в направляющих втулках 12 с возможностью возвратно-поступа-тельного перемещения. Наружный конец штанги 10 соединен с реверсивным исполнительным механизмом 13. Лопасти 8 на периферии выполнены скругленными.

Процесс смешения в лопастном одновальном смесителе сыпучих материалов складывается из следующих элементарных процессов:

1) перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, скольжением слоев (процесс конвективного смешивания); 2) постепенное перераспределение частиц различных компонентов через свежеобразованную границу их раздела (процесс диффузионного смешивания); 3) сосредоточение частиц, имеющих одинаковую массу в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (процесс сегрегации). При перемешивании сыпучих материалов в смесителе одновременно протекают все три элементарных процесса.

Очевидно, что определяющим фактором в принятой классификации смесителей является характер движения материалов. Рассмотрим механизм движения сыпучего материала в поперечном сечении вращающегося барабана. При описании движения сыпучего материала используется либо «одночастичный» подход [11], при котором рассматривается равновесие отдельной частицы, либо метод «вязких течений» [12], согласно которому в первом приближении движение сыпучего материала рассматривается как течение вязкопластичной среды.

С использованием подхода, изложенного в работе [11], были получены аналитические зависимости для описания движения отдельной частицы в гладком вращающемся барабане, и затем эти зависимости использовались при описании всей массы материала. Однако данный подход имеет существенные недостатки: 1) с использованием этого подхода движение вдоль оси барабана может быть описано только в том случае, когда его ось наклонена к горизонту; 2) в полученные зависимости входит коэффициент заполнения барабана материалом, но определение его численного значения требует проведения экспериментальных исследований.

При использовании метода, изложенного в работе [12], получены зависимости для описания симметричной относительно центра циркуляции границы раздела поднимающегося и скатывающегося слоев, что в общем случае не соответствует действительности. Кроме этого, при использовании данного метода принимается допущение о неразрывности среды, что препятствует моделированию процесса смешивания частиц и описанию сегрегации полидисперсного материала.

При описании движения сыпучего материала в поперечном сечении барабана [13] делали допущение о том, что скатывающийся слой имеет постоянную толщину, причем в результате обработки экспериментальных данных была получена зависимость для определения его толщины. Однако реальная картина технологических процессов, реализуемых во вращающемся барабане, существенно отличается от разработанной физической модели движения материала.

Основой метода для описания движения в поперечном сечении гладкого вращающегося барабана являются аналитические зависимости для определения границ раздела движущегося и неподвижного слоев [14].

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.