Математическое моделирование смешивания дисперсных материалов в вибросмесителях лоткового типа

• Автор: Штефан, Рудольф Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СОСТАВОВ ПА ОСНОВЕ

ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Особенности вибрационного смешивания дисперсных материалов

1.2. Вибрационные аппараты для смешивания дисперсных материалов

1.3. Лотковые вибрационные смесители

1.4. Постановка задачи исследования

2. МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ДИНАМИКИ СМЕШИВАНИЯ

ДИСПЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Эмпирические методы исследования смешивания

2.2. Анализ структуры потоков с помощью функции
распределения времени пребывания частиц потока внутри аппарата
2.3. Методы механики сплошных сред
2.4. Энтропийноинформационный подход
2.5. Статистический подход
2.6. Стохастический подход на основе уравнения
Колмогорова Фоккера Планка
3. СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕШИВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В АППАРАТАХ ЛОТКОВОГО ТИПА
3.1. Структура и описание модели перемешивание
3.2. Модели перемешивания
3.3. Вероятностная модель переноса дисперсных частиц
3.4. Диффузионная модель переноса дисперсных частиц
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАИЕ
4.1. Качество смешивания в аппаратах с вибрирующим слоем
4.2. Перенос частиц ключевого компонента по высоте вибрирующего слоя. Время смешивания.
4.3. Экспериментальная проверка адекватности модели.
4.4. Практические рекомендации по использованию результатов работы.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Удовлетворительное качество перемешивания наблюдается лишь при малых степенях заполнения камеры, что ведет к увеличению габаритов и массы смесителя. Вибрационное воздействие на перемешиваемые материалы и рабочие органы смесителя значительно увеличивает производительность процесса, снижает энергоемкость и улучшает качество смеси. В одних случаях вибрация может лишь интенсифицировать основной процесс, в других - вызывать специфические вибрационные эффекты, которые используются для перемешивания (например, цир-„ куляцнонное вибрационное транспортирование смеси внутри цилиндрического или торообразного сосуда). Перемешивание с наложением вибраций сопровождается разрушения агломератов, обнажением дополнительных поверхностей, разрушением когуляционных структур, увеличением диспергирования твердых частиц и газа, т. Смешивание органически присуще дисперсному материалу, подвергаемому вибрации. Вибрационные импульсы вызывают хаотические столкновения частичек материала, разделение их по форме, плотности и размерам, разрушение сложившихся конгломератов, уменьшение трения между частицами. Исследования смешивания в сосудах, подвергаемых вертикальной вибрации, показали, что интенсивный процесс начинается только тогда, когда ускорение дна сосуда превышает земное ускорение. Степень интенсивности зависит от параметров вибрации, размера и плотности частиц, воздухопроницаемости слоя, высоты слоя, влажности, коэффициента трения, размеров и формы рабочей камеры. Создать интенсивное смешивание тонкодисперсных порошков с размером частиц менее мкм практически не удается на реально достижимых параметрах вибрации. Это объясняется склонностью дисперсных частиц к агрегированию и сильным проявлением насосного эффекта, препятствующего отрыву частиц от дна сосуда. Для большинства дисперсных материалов с частицами размером - мкм существует определенное сочетание частоты и амплитуды, при которых начинается интенсивное перемешивание. Смешивание обусловливается пульсирующим движением газа внутри вибрирующего слоя, которое возникает в результате образования под ним вакуума и фильтрования газа через слой материала. Возникающие при этом потоки и пузыри газа увлекают частицы сыпучего материала и создают интенсивное перемещение слоев. В аппаратах небольших размеров материал у стенок, где вследствие трения частицы движутся медленнее, перемещается вниз, а в центре - вверх. В сосудах больших размеров возникает много центров циркуляции, материал у стенок также движется вниз вместе с засасываемым под слой газом. Интенсивность перемешивания при вертикальных колебаниях резко падает в вакууме, так как там не возникает насосного эффекта. Для перемешивания в вакууме используют установки, в которых процесс происходит в результате вибрационного транспортирования. Вакуум способствует хорошему перемещению и перемешиванию многих тонкодисперсных порошков при значительно меньших ускорениях, чем при атмосферном давлении. Перемешивание в условиях вертикальной вибрации протекает недостаточно интенсивно и не находит промышленного применения. Смесительную камеру выполняют цилиндрической, корытообразной или тороидальной. В этом случае возникает транспортирующий эффект, который наряду с вибрацией создает лучшие условия для смешивания. Схема движения компонентов смеси в цилиндрической камере при сообщении ей круговых колебаний в вертикальной плоскости показана на рис. Компоненты смеси, вовлеченные в вибрационное транспортирование по плоскости с переменным углом наклона к горизонту, совершают устойчивое циркуляционное движение вокруг оси, расположенной в центре тяжести слоя сыпучего материала, находящегося в камере. Рис. Угловая скорость циркуляции смеси значительно меньше угловой скорости вращения дебаланса. Направление циркуляции в тонком слое, непосредственно примыкающем к корпусу вибровозбудителя, совпадает с направлением вращения дебаланса, но в основной массе материал совершает движение в направлении, противоположном вращению дебаланса. Такая неравномерность распределения скоростей циркуляции по слоям обеспечивает хороший эффект перемешивания.