Разработка, создание метода расчета и внедрение смесителя с тонкослойным движением сыпучего материала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.09, кандидат технических наук Копейкин, Владимир Аркадьевич
- Специальность ВАК РФ05.04.09
- Количество страниц 254
Оглавление диссертации кандидат технических наук Копейкин, Владимир Аркадьевич
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОНКОСЛОЙНОГО ДВИЖЕНИЯ СЫПУЧИХ
МАТЕРИАЛОВ
1.1. Современные конструкции аппаратов по переработке сыпучих материалов в тонких слоях.
1.1.1. Аппараты с вращающимися рабочими поверхностями
1.1.2. Аппараты с неподвижными рабочими поверхностями
1.1.3. Аппараты с комбинированным движением сыпучих материалов по рабочим поверхностям
•1.1.4. Аппараты с использованием тонкослойных свободных завес из сыпучего материала
1.2. Основные математические модели и методы расчета оборудования
1.2.1. Математические модели и методы расчета разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала
1.2.:2.: Механизмы и математические модели процесса смешения сыпучих материалов. .
1.3. Выводы по главе и постановка задач исследований ."
Глава 2.' ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА В
ЗАВЕСАХ,' ФОРМИРУЕМЫХ РАЗБРАСЫВАТЕЛЯМИ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
2.1. Описание экспериментальной установки для исследования завес сыпучего мате. риала.
2."2. Определение основных характеристик движения тонких слоев и свободных завес сыпучего материала
2.2.1.' Насадки с гладким нижним диском £
2.2.2. Насадки с радиальными ребрами
2,2^3. Насадки с ребрами сложной конфигурации
2,3. Изучение ударного взаимодействия потоков сыпучих материалов с- неподвижными рабочими органами смесительных аппаратов
2Л. Результаты исследований и выводы по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕШЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В
ЦЕНТРОБЕЖНОМ СМЕСИТЕЛЕ НОВОГО ТИПА . . ;
З.Т. Описание конструкции смесителя
3.2. Лабораторная установка смесительной головки и методика проведения экспериментальных исследований. . •
3.3. Экспериментальные исследования смесительной головки.
3.4. Математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в аппарате.'
3.5. Исследование дозирования сыпучих компонентов .'
3.6. Результаты исследований и выводы по главе.
Глава ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА СМЕСИТЕЛЕЙ С ТОНКОСЛОЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПО РАБОЧИМ ПОВЕРХНОСТЯМ Й В ВИДЕ СВОБОДНЫХ ЗАВЕС b.I. Инженерная методика расчета разбрасывателей сыпучего материала
4.I.I. Блок-схемы расчета потоков сыпучего материала, образуемых разбрасывателями различных конструкций .• • k.1.2. Блок-схемы расчета взаимодействия потоков сыпучего материала с неподвижной цилиндрической поверхностью
4.Т.З. Пример расчета разбрасывателя
4.2.: Инженерная методика расчета оптимальной конструкции смесителя с тонкослойным движением сыпучих материалов.
4.2.I.1 Блок-схемы расчета смесительных
Стр-J головок различных конструкций
4.2.2. Номограммы к инженерному расчету основных конструктивных и режимных параметров смесителя
4.2.3. Пример расчета смесителя •
4.3. Выводы по главе.*
Глава 5. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ СМЕСИТЕЛЯ С ТОНКОСЛОЙНЫМ' ДВИЖЕНИЕМ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
5Л.' Описание опытно-промышленной установки смесителя ••••.•.•.
5^2. Результаты опытно-промышленных испытаний смесителя в производстве пушновита
5.3. Результаты опытно-промышленных испытаний смесителя применительно к дражирова-нию семян сельскохозяйственных культур .7 1"
5.4.^ Результаты опытно-промышленных испытаний смесителя в производстве огнетушащих составов
5iT5. Рекомендации по разработке и эксплуатации смесителей на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов
5.6. Выводы по главе •
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств», 05.04.09 шифр ВАК
Моделирование процесса струйного смешивания сыпучих материалов в новых аппаратах центробежного типа2013 год, кандидат технических наук Шеронина, Ирина Станиславовна
Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов2009 год, доктор технических наук Таршис, Михаил Юльевич
Совершенствование методов расчета и конструкций лопастных смесителей2003 год, кандидат технических наук Демин, Олег Владимирович
Математическое моделирование процесса смешения сыпучих материалов в новом аппарате с эластичными рабочими элементами2001 год, кандидат технических наук Зайцев, Иван Анатольевич
Разработка и исследование новых конструкций смесителей непрерывного действия центробежного типа для получения комбинированных продуктов2013 год, кандидат технических наук Андрюшков, Алексей Анатольевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка, создание метода расчета и внедрение смесителя с тонкослойным движением сыпучего материала»
В решениях ХХУ1 съезда КПСС подчеркивается, что развитие науки и техники должно быть подчинено решению экономических и социальных задач советского общества, ускорению перевода экономики на путь интенсивного развития, повышению эффективности общественного производства. На основе использования достижений науки и техники предусматривается повышение в оптимальных пределах единичной мощности машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотребления и снижения стоимости на единицу конечного полезного эффекта /1/£
Большая роль в создании материально-технической базы коммунизма отводится развитию химической промышленности. Высокие темпы её развития, повышение качества химических продуктов нераз"* рывно связаны с интенсификацией производственных процессов» Одна из основных проблем, возникающих при расширении масштабов совместной переработки твердых и жидких материалов в химической и других отраслях промышленности, заключается в приготовлении одно« родных по составу композиций;™ Сейчас в различных производствах используется большое число разных по конструкции смесителей, в каждом из которых процессы смешения протекают неодинаково в зависимости от физико-механических свойств исходных компонентов.^ Несмотря на то, что процесс смешения материалов известен и исполь«* вовался с давних времен, он и в настоящее время остается одним из самых малоисследованных физических процессов /2/*
В изучении процессов смешения сыпучих сред исследователями в последние годы достигнут значительный прогресс, направленный на создание нового высокоэффективного смесительного оборудования«" В то же время разработка аппаратуры по переработке жидких и сыпучих компонентов идет сравнительно медленными темпами, и на производстве для этих целей часто еще используются малоэффективные аппараты с мешалками»
Расширение масштабов и объемов переработки сыпучих и жидких материалов требует создания оборудования непрерывного действия, в котором поступление компонентов на смешение, выдача готовой смеси осуществляется непрерывно*
Смесители непрерывного действия с движением сыпучих матери» алов в тонких слоях и свободных завесах обладают целым рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами смесительных аппаратов.' Основное ив них заключается в том, что протека« ние процессов в тонких слоях сыпучего материала происходит с большой поверхностью контакта фаз* Не менее важно, учитывая современ^ ный дефицит энергии, что в таких аппаратах можно перерабатывать большие объемы материалов при низких энергетических затратах^-причем формирование тонкослойного движения, организация контактирования потоков сравнительно просто оформляются конструктивно? Такие способы переработки и аппараты, являющиеся аппаратами большой единичной мощности, особенно целесообразны в крупнотоннажных производствах (в производстве минеральных удобрений, в химичео* кой, строительной, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности) /3-5/,
Отсутствие в настоящее время аналитического описания движе~ ния материалов в тонкослойных свободных завесах сдерживает создание новых совершенных конструкций смесителей.
Основной целью диссертационной работы является разработка, создание методов расчета и внедрение в производство смесителя о тонкослойным движением сыпучих материалов по рабочим поверхностям и в виде свободных завесу1
Для достижения этой цели в настоящей работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала, и создана инженерная методика их расчета? Разработана конструкция нового смесителя на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов и проведены экспериментальные исследования влияния на качество смешения его основных конструктивных и режимных параметров^ Построена ма^ тематическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителе и создана инженерная методика его расчета^ Проведены опытно-промышленные испытания и осуществлено внедрение смесителя в производство.
Диссертация состоит из 5 глав и содержит 254 страницы, 77 иллюстраций, 102 литературных источника, 47 страниц приложений."'
В 1 главе сделан обзор современных конструкций аппаратов по переработке сыпучих материалов в тонких слоях, выполнен анализ математических моделей и методов расчета разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала, a. также механизмов и математических моделей процесса смешения сыпучих материалов*1 Обоснована актуальность исследований движения сыпучих материалов в тонких слоях и свободных завесах, направленных на разработку мето» дов расчета новых высокоэффективных конструкций смесителей*
Во 2 главе приведены результаты теоретических и эксперимент тальных исследований движения сыпучего материала в завесах, образуемых вращающимися разбрасывателями различных конструкций. Получены выражения для скоростей и уравнения траекторий частиц, покинувших вращающиеся разбрасыватели, установлена зависимость толщины стенки завесы и объемной плотности частиц в завесе от угловой скорости вращения разбрасывателя, расхода сыпучего материала, дисперсности его частиц и расстояния от разбрасывателя;1
Сделана оценка вероятности столкновения частиц в завесе с части« цами, проходящими сквозь завесу^ Изучено ударное взаимодействие потоков сыпучих материалов с неподвижными рабочими органами смесительных аппаратов; определена толщина слоя отраженных частиц и объемная концентрация частиц в отраженном потоке,
В 3 главе изложены экспериментальные исследования влияния на качество смешения конструктивных и режимных параметров смесительной головки центробежного смесителя нового типа, разработана математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в аппарате, приведены результаты исследования дозирования сыпучих компонентов.
В 4 главе представлена инженерная методика расчета разбрасывателей сыпучего материала, приводятся блок-схемы и номограммы к расчету основных режимных и конструктивных параметров смесителя нового типа, приведены примеры расчета разбрасывателя и смесителя *
В 5 главе изложены результаты опытно-промышленных испытаний смесителя применительно к производству пушновита, дражированию семян сельскохозяйственных культур и приготовлению огнетушащих составов. Даны рекомендации по разработке и эксплуатации смеси«* телей на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов;'
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований движения сыпучих материалов в тонких слрях и свободных завесах;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований ударного взаимодействия потоков сыпучих материалов с неподвижной цилиндрической поверхностью;
- конструкция нового смесителя, выполненного на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов;
- результаты экспериментальных исследований по определению качества смеси, приготовленной в смесительной головке аппарата нового типа;
- математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителе;
- инженерная методика расчета и рекомендации по выбору разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала; инженерная методика расчета оптимальной конструкции смесителя с тонкослойным движением сыпучих материалов, номограммы к расчету основных конструктивных и режимных параметров смесителя;
- результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения в производство смесителя нового типа.
Похожие диссертационные работы по специальности «Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств», 05.04.09 шифр ВАК
Моделирование процесса струйного смешивания сыпучих материалов с последующим уплотнением в новом аппарате с подвижной лентой2009 год, кандидат технических наук Кузьмин, Илья Олегович
Повышение эффективности процесса смешивания при получении комбинированных продуктов в смесительных агрегатах центробежного типа2013 год, доктор технических наук Бородулин, Дмитрий Михайлович
Разработка новой конструкции непрерывнодействующего смесительного агрегата вибрационного типа для получения комбинированных продуктов2013 год, кандидат наук Рынза, Олег Петрович
Деаэрация сыпучих сред в совмещенных со смешением процессах2009 год, доктор физико-математических наук Капранова, Анна Борисовна
Разработка конструкций и методики расчета гравитационных смесителей для сыпучих материалов2002 год, кандидат технических наук Шубин, Игорь Николаевич
Заключение диссертации по теме «Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств», Копейкин, Владимир Аркадьевич
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Защищенный A.c. 1042788 (СССР) и исследованный в настоящей работе смеситель с тонкослойным движением сыпучего материала является высокоэффективным аппаратом в силу непрерывного режима его работы, большой поверхности контакта смешиваемых фаз, низких удельных энергозатрат, простоты изготовления и эксплуатации,
2. Экспериментально установлено и теоретически описано явление зоны "застоя" сыпучего материала на вращающихся насадках» которое справедливо для исследованных типов разбрасывателей при
П < 250 об/мин. На основе этого факта составлена упрощенная ма* тематическая модель движения тонких слоев сыпучего материала по вращающемуся диску с радиальными ребрами*1
Si Экспериментально установлена и теоретически обоснована пара боличность верхней части завесы сыпучего материала, создаваемой исследованными типами насадок. На основе этого факта получены зависимости, определяющие скорости и объемную плотность частиц в завесах, размеры завес и толщину их стенок, а также вероятность столкновения взаимодействующих с завесой твердых и жидких частиц с частицами завесы;
4.Теоретически и экспериментально изучено ударное взаимо*. действие потоков сыпучих материалов с неподвижными рабочими органами аппаратов. Определена толщина слоя отраженных от цилиндрической рабочей поверхности частиц и их объемная концентрация*
5. Получены экспериментальные зависимости, связывающие коэффициент неоднородности смеси с конструктивными и режимными параметрами смесительной головки нового аппарата. Установлено, что наиболее существенное влияние на качество смешения оказывают угловая скорость вращения смесительной головки, число её ступеней и их размеры (диаметр и высота) и дисперсность смешиваемых компонентов г
6, Экспериментально установлено и теоретически обосновано влияние шероховатости рабочих поверхностей смесительной головки на улучшение качества смесив
7»' Разработана математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителе; Найдены аналитические выражения коэффициента неоднородности для одно-, двух- и трехступенчатой смесительных головок в зависимости от основных конструктивных и режимных параметров аппарата*
8$ Экспериментально подтверждена справедливость диффузионной модели процесса смешения сыпучих материалов в отдельных ступенях смесительной головки, а также гипотеза о последовательном соединении этих ступеней, учитывающая частичное разделение смеси при переходе от одной ступени к другой*
С целью создания инженерной методики расчета, смесителей на принципе использования свободных завес сыпучего материала построены блок-схемы расчета основных параметров указанных завес и их взаимодействия с неподвижными цилиндрическими поверхностями!
10,* Для определения оптимального режима или геометрических размеров аппарата разработаны блок-схемы и номограммы к расчету смесителя с тонкослойным движением сыпучих материалов»
11*! Спроектированные по предложенной в работе инженерной методике смесители были использованы применительно к производству пушновита, дражированию семян цикория и приготовлению огнетуша-щих составов. Опытно-промышленные испытания показали высокую надежность указанной методики и эффективность созданных по ней аппаратов при проведении процессов смешения малого количества мелкодисперсных сыпучих материалов с крупнодисперсными с последующим введением в полученную смесь небольших количеств жидкости.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Копейкин, Владимир Аркадьевич, 1984 год
1.' - Mv: Политиздат, 1981.1 - 223 с.2.| Макаров Ю.;И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. -М^: Машиностроение, 1973. 214 с.
2. Ярославль: ЯПИ, 1979. 571 с.
3. Бытев Д.О. Исследование и разработка аппаратов с тонкими и разреженными слоями сыпучих материалов. Дисс;1. канд. тех.наук. - М.1: МИХМ, 1976.^ - 206 с.:
4. A.c. 709149 (СССР).1! Центробежный смеситель /А.А.Алек -сандровский, Г.:С.-К летне в, Н.1.Тайнуллин, Ф.Ф.Табитов.^ -Опубл.; в Б.И., 1980, ш 2.
5. А.с. 296579 (СССР); Устройство для смешивания твердого сыпучего материала с жидкостью /М;ГЛ1арфенопуло, Н.Е.'Караулов.- Опубл. в Б .'И «•, 1971, Р 9;24Патент Японии Р 11064, 1969 л
6. Казакова E.Ä. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений.' М.-: Химия, 1980.: - 288 е.;31.i-, Еуковский H.EV Теоретическая механика.- М^: Изд-во техн.-те орет .шит., 195 2.1 - 811 с.
7. Асеев В.И.; Теоретические основы работы и интенсификации грануляционных башен- Тула: Приокское кн.изд-во, 1969.270 с.
8. Лыков MvB.J Сушка в химической промышленности^ М.»: Химия, 1970. - 429 с.37Лыков М^'В.', Леончик Б .-И.5 Распылительные сушилки.- Основы теории и расчета.1 М.: Машиностроение, 1966.' - 332 е.;
9. Нуждов Ф.ДО.» К расчету дисковых распылительных установок.-Химическая промышленность, 1954, ^5, с, 13-16.
10. Питерских ГЛТ. Теория распыления жидкости вращающимися дисками.^ Теоретические основы химической технологии, 1981, т.15, Ш 7, с. 746-753.
11. Giffen Ev Muraszew A. The atomi-sation of liquid fuels. -London : London Chapman halt^, 1970. 2.17р.'41.; Lapple C.EX ShepfiardCB. Calculation of particle trajectories.- Institution of chemical en^meersy 1940, V. 5Zy ьР 5/ p. юг 110.
12. Fluleij "D.3. behaviour of water globules in steam.-Engineers 195^^-195,p. 26-2.9.
13. Кaqaku Kog^ku } 1964 , V. 2.8 , №5 , p.2.04-210 . 50 .i Rotcjers К . ТигЬмСепсе In m'iAlng opep-atlone. CbemicaC
14. A.M.' Построение математических моделей химико-технологических объектов.- М.1: Химия, 1970- 312 с.<54.! Стренк Ф.; Перемешивание и аппараты с мешалками.' JI.^:1. Химия, 1975.' 384 е.'
15. Maillard Mixing. Theory anJ practice. Infor- rr^ÎLons
16. Куни Ф.*МСтатистическая физика и термодинамика.' М.: Наука, 1981.' - 351 с.
17. MweCCer W. Mining for complete Су remtffomixecl mixture of part Loutate sot't^s.— CbemicciC Engineering Science, 19 6&, ; fM02-107.
18. Sommer K. Mechcinismen des PuCvermisckens.— Ghermc IngenLeur--Technic, ЛЯ??, v.49,h?4 ( s.304-'5'11,69.! Климонтович Ю.Л.' Статистическая физика.' M.': Наука, 1982. - 608 с.'
19. Смирнов H.íB.', Дунин-Барковекий И .-В." Курс теорщ вероятностей и математической статистики,- M.J: Наука, 1969.' -511 с.«
20. А.ic.« 1042788 (СССР). Смеситель /к.^.Зайцев, А.;В.Царьков, В .'А.Копейкин и др.: Опубл. в Б.И.-, 1982, i 35.
21. Миркеев А.Ю., Шуваев Н^А.' и др.- Некоторые вопросы динамики потока дроби в дробеметннх аппаратах импеллерного типа. В кн.-: Применение аналитических и численных методов в динамике жидких и сыпучих сред.1 Вып.З, Горький, 1974, е.: 40-47.«
22. Кафаров В.'В.^ Основы массопередачи.5 М.-i: Высшая школа, 1971. - 439 с.
23. Орлов С.Пи др.- Весы и дозаторы. Справочник. М.":- Машиностроение, 1972.1 - 328 о.:99Орлов С.П.1 и др. Дозирующие устройства.- 11^: Машиностроение, 1966. - 288 е.!
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.