Центробежный сепаратор с переменным полем скоростей в зоне классификации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Александрова, Елена Борисовна

• Александрова, Елена Борисовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Александрова, Елена Борисовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ

КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОШКОВ

1.1. Оборудование для воздушной классификации

1.2. Анализ конструкций центробежных воздушно-проходных сепараторов

1.3. Тенденции развития тонкодисперсного сепарирования

1.4. Обзор существующих методик расчета классификации порошков

1.4.1. Определение параметров движения частиц в двухфазном потоке

1.4.2. Расчет технологических параметров сепараторов

1.5. Цель и задачи исследований

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОШКОВ В СЕПАРАТОРЕ СО СМЕЩЕННЫМ РОТОРОМ

2.1. Аэродинамическое поле скоростей, формируемое в нижней части сепаратора

2.2. Определение границ зоны классификации

2.3. Определение поля скоростей энергоносителя в зоне сепарации

2.4. Поле скоростей частиц, движущихся в воздушном потоке сепаратора

2.5. Выводы

ГЛАВА 3. ПЛАН И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Основные положения экспериментальных исследований

3.2. Поисковые эксперименты

3.3. Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля

3.4. Методика проведения эксперимента

3.5. Характеристика исследуемого материала

3.6. План многофакторного эксперимента для определения эффективности процесса измельчения

3.7. Выводы

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА

4.1. Исследование влияния основных факторов на эффективность процесса классификации

4.1.1. Анализ уравнения регрессии Grn(n; е; G; Q)

4.1.2. Анализ уравнения регрессии N(n; е; G; Q)

4.1.3. Анализ уравнения регрессии S(n, е, Q, G)

4.2. Влияние режимов работы сепаратора на граничный размер и зерновой состав готового продукта

4.3. Выбор рационального режима процесса классификации

4.4. Определение КПД сепаратора

4.5. Методика расчета сепаратора

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Центробежный сепаратор с переменным полем скоростей в зоне классификации»

Актуальность работы. Одними из важнейших направлений в промышленности строительных материалов и строительстве являются: применение композиционных отделочных материалов с высокой заводской готовностью; использование лаков, красок, обладающих большой покрывной способностью; применение пластмасс для изготовления широкой гаммы изделий, обладающих высокой прочностью.

Получение отделочных материалов, пластмасс, линолеума и других строительных материалов, обладающих высокими потребительскими качествами возможно на основе применения составляющих компонентов, размер частиц которых менее 5 мкм.

Как у нас, так и за рубежом в качестве таких компонентов наиболее широкое применение нашли мел, мрамор и различные пигменты с размером частиц менее 5 мкм.

В состав технологии получения таких порошков кроме сушки и измельчения обязательно входит процесс классификации.

Наибольшее распространение получили центробежные сепараторы различных модификаций. Многолетний опыт эксплуатации таких сепараторов показал, что достаточно эффективно они работают при классификации порошков с размером частиц до 20 мкм. При классификации порошков с размером частиц менее 20 мкм происходит, ввиду значительной адгезии, их агломерация, причем получаются достаточно прочные агломераты, которые требуют дополнительной операции по их дезагломерации в специальных устройствах по сухому, либо мокрому способу.

В связи с этим проблема создания сепараторов для классификации порошков особенно слипающихся пылей из мела, глины, пигментов, мрамора является весьма актуальной и сдерживает работы по производству высококачественных отделочных материалов.

Тематика работы соответствует одному из основных научных направлений Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова «Разработка технических средств и методов расчета для повышения эффективности классификации тонкодисперсных порошков в ПСМ».

Рабочая гипотеза — повысить эффективность процесса классификации мелкодисперсных слипающихся порошков в центробежном сепараторе можно путем организации в зоне разделения динамического воздушного потока с переменным полем скоростей.

Научная идея - необходимо исследовать такие режимы процесса классификации, при которых в зоне разделения сепаратора в течение одного цикла режим воздушного потока существенно изменяет свои скоростные параметры, что в целом изменяет условия процесса классификации.

Цель работы - создание центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне разделения для классификации мелкодисперсных порошков размером менее 20 мкм; определение рациональных режимов его работы; разработка методики расчета основных параметров.

Задачи исследований.

1. Провести всесторонний анализ научных работ и конструкций центробежных сепараторов для классификации мелкодисперсных порошков.

2. На основе исследования физических процессов движения частиц порошка в двухфазном вихревом потоке разработать математическую модель процесса классификации в центробежном сепараторе с переменным полем скоростей в зоне классификации.

3. Разработать конструкцию центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне классификации, определить основные факторы и параметры оптимизации режимов его работы.

4. Разработать план, программу и методику проведения экспериментов; определить уровни варьирования факторов на основе поисковых экспериментов.

5. Осуществить на лабораторном стенде экспериментальные исследования центробежного сепаратора с целью установления рациональных режимов его работы при классификации порошков с размером частиц менее 20 мкм.

6. Определить влияние факторов на параметры оптимизации, осуществить оптимизацию уровней факторов при Q—>max; N—>min.

7. Внедрить результаты работы в производство и учебный процесс.

Научная новизна.

1. Получены аналитические уравнения для построения поля скоростей потока энергоносителя в конической и цилиндрической части сепаратора, учитывающие его конструктивные и технологические параметры.

2. Установлена взаимосвязь скоростей энергоносителя в зоне диспергирования для центробежного сепаратора со смещенным ротором от его конструктивно-технологических параметров.

3. Разработана структурная схема и рассчитаны режимные параметры частицы в двухфазном потоке, позволяющие определить скоростные характеристики процесса классификации порошка методом малого параметра.

4. Получены уравнения для расчета траектории движения частицы в динамическом сепараторе со смещенным ротором с учетом режима его работы.

Практическая ценность работы. Разработана методика расчета и соответствующее программное обеспечение по определению конструктивных и технологических параметров центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне классификации.

На основании результатов исследований разработан принципиально новый центробежный сепаратор, конструкция которого защищена двумя патентами РФ, № 40606, положительное решение на выдачу патента по заявке №2004112121.

Автор защищает.

1. Аналитические зависимости по определению скоростных параметров энергоносителя в диффузоре и цилиндрической части центробежного сепаратора.

2. Математические зависимости, устанавливающие взаимосвязь скоростей энергоносителя в зоне диспергирования, позволяющие рассчитать конструктивно-технологические параметры сепаратора.

3. Структурную схему по определению режимных параметров частицы порошка, находящейся в двухфазном потоке.

4. Уравнения для расчета траектории движения частицы в динамическом сепараторе со смещенным ротором.

5. Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных моделей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование функций отклика: производительность сепаратора, удельную поверхность и зерновой состав готового продукта; инженерную методику расчета сепаратора.

6. Патентно-чистую конструкцию центробежного сепаратора со смещенным ротором.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова на кафедре механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов, а также в ХГБТУ (Харьков), МГСУ (Москва); на предприятиях ООО «Боникс», ООО «Шебекино мел» при классификации порошка, мела и мрамора.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова; международных научно-технических конференциях - «Проблемы производства и использования мела в промышленности и сельском хозяйстве» в 2001г.; «Образование, наука, производство» в 2001г., 2004г.; «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в 2003г.; международной интернет-конференции «Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных материалов и стройиндустрии» в 2004г.; на заседаниях технических советов ЗАО «Белцемент», ООО «Осколцемент», ООО «Белгородский завод ЖБК-1» в 2001-2004гг.

Публикации. По результатам работы опубликовано 10 печатных работ, получено два патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из/#наименований. Работа изложена на 147 страницах, в том числе 54 рисунка, 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Александрова, Елена Борисовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В ходе анализа основных направлений развития техники и технологии классификации порошковых материалов установлено, что наиболее целесообразным является применение центробежных сепараторов для классификации мелкодисперсных порошков, которые находят широкое применение при производстве высококачественных отделочных материалов, красок, пластмассовых изделий, что делает актуальной проблему совершенствования конструкций центробежных сепараторов.

2. Получены аналитические зависимости для построения поля скоростей потока энергоносителя в конической и цилиндрической части сепаратора, учитывающие его конструктивные и технологические параметры, установлена взаимосвязь скоростей энергоносителя в зоне диспергирования от конструктивно-технологических параметров центробежного сепаратора со смещенным ротором, при этом расхождения между теоретическими и экспериментальными данными не превышает 18%.

3. Методом малого параметра рассчитаны режимные характеристики частицы пыли, движущейся в двухфазном потоке, учитывающие частоту вращения ротора, геометрические параметры зоны классификации, объем воздуха, проходящего через сепаратор.

4. Получены аналитические выражения для расчета траектории движения частицы пыли, составляющих ее скоростей по всей траектории движения, что положено в основу определения граничного размера частиц для сепаратора со смещенным ротором.

5. На основании реализации плана многофакторного эксперимента получены уравнения регрессии (Grn, N, S)=f(n, Q, Gn, e). Выявлено влияние исследуемых факторов n, Q, Gn, е на формирование функций отклика Gm, N, S. Дана оценка влияния, как отдельных факторов, так и эффектов взаимодействия, на уровни параметров оптимизации.

6. Решена задача оптимизации. Установлен оптимальный режим работы сепаратора, при котором выполняются эти условия: е = 12 - 16 мм; п = 1500 мин"1; QB = 120 м3/ч; G = 60 кг/ч. Удельный расход энергии при этом составил 4,16 кВт-ч/т.

7. На основе теоретических, экспериментальных исследований и промышленной апробации разработана инженерная методика расчета центробежного сепаратора со смещенным ротором, позволяющая определить его конструктивные и энергетические параметры: диаметр корпуса, высоту зоны осаждения, габариты ротора, граничный размер частиц, скорость осаждения, создаваемый напор и потеря давления, мощность привода ротора.

8. Разработана принципиально новая конструкция центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне классификации, которая защищена патентами РФ №40606; №2004112121.

9. Промышленное внедрение результатов работы на ООО «БОНИКС» в виде центробежного сепаратора со смещенным ротором позволило получить порошок микрокальцита с высокими потребительскими качествами, за счет чего экономический эффект составил около 600 тыс. руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Александрова, Елена Борисовна, 2005 год

1. 1 Hanke Е. MKT air Separator with externdl fanoperational results. «World Gement» , 1986 , 3, p.46-50

2. High performance air Separator / каталог фирмы «ONODA CEMENT CO., LTD», «ONODA ENGINEERING AND CONSULTING CO., LTD». -Япония, 6 с.

3. Keiser F. Der Zicrzak sichter - eine Windsichter nach neure Prinzip // Chem Jng. Tech, 1963. Bd. 35. №4. S. 273-282.

4. Kershaw M., Yardi J. Analysis of О SEPA Separators at Blue Gircle, Australia. «Word Gement», 1989,11, p. 400-405

5. Klumpar J.V., Zoubov N.N. New Sturtevant higt efficience SD classifier at Keystone Gement.»World Gement» , 1985, 10

6. Mayer F. Allgemeine Grungladen der T-Kurveb. Aufbereitungs Technik, 1967, teil 1 - 8, s. 429 - 440; 1967, teil 11 - 12, s. 673 - 678; 1968, will 111 — 1, s. 14-23.

7. Mayer F. Probleme der Erforlgsermittlung bei Trennungs-vorgangen an Kornigen Massengun. Chem. - Ing. - Technik, Bd 32, 1960, №3 s. 155 — 163.

8. Molerus O. Stochastisches Modell der Gleichgewichts Sichtung. - Chemie Jng. Technik, 1967, Bd. 39, p. 792-798.

9. Nagel R. Klassifizirung der Windsichter. «Staub Reinhalt. Luft», 1968, Bd 28, № 6.

10. Nagel R., Joing R. Staubabsheidung Staubaichtung (Ahnlichkeiten-Unterschiede). - Staub, 4, 1955, s. 51 - 63.

11. Onuma E., Fururova Т. O- SEPA a higt perfomance air-classifier. «World Gement», 1986 , 3, p.46-50

12. Rumpf H., Kaiser F. Der Mikroplex Spiralwindsichter eine neuere Einrichtung zur Scharfen korntrennung // Fette und Seifen Anstrichmittel. -1954. №3. S.63 - 72.13.14,15,16,17,18,1920,21