Моделирование и оптимизация процессов смешивания сыпучих материалов

• Автор: Баранцева, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.17.08, 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 262 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Современное смесительное оборудование и его основные

производители.

1.1.1 Общая классификация смесителей.

1.1.2 Смесители непрерывного действия

1.1.3 Смесители периодического действия

1.2. Различные критерии оценки качества смеси сыпучих материалов

1.3. Процесс смешивания как объект математического моделирования

1.4. Постановка задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРИИ

ЦЕПЕЙ МАРКОВА К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ СМЕШИВАНИЯ
2.1. Общая характеристика процессов смешивания сыпучих
материалов
2.2. Дискретный случайный процесс и цепь Маркова
2.3. Вектор состояния и матрица переходных вероятностей
2.4. Абсорбирующая ячейка и ее роль в цепи
2.5. Цепь с порождением частиц
2.6. Асимптотические состояния
3. ОДНОМЕРНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СМЕШИВАНИЯ
3.1. Кинетика микромасштабного и макромасштабного
перемешивания и их взаимодействия
3.2. Кинетика лопастного перемешивания, роль сегрегации
3.3 Процессы непрерывного смешивания. Подавление
неравномерности подачи компонен тов
3.4. Процесс в проходном статическом поворотном смеси теле
3.5 Оптимальное управление подачей сегрегирующего ключевого
компонента в смеситель периодического действия.
3.6. Нелинейные модели процесса
4. МНОГОМЕРНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ СМЕШИВАНИЯ
4.1 Двухмерная ячеечная модель и ее параметры
4.2 Процесс в периодическом лопастном смесителе
4.3. Влияние поперечной неоднородности потока на распределение
времени пребывания
4.4. Лопастное перемешивание в двухмерной модели
4.5. Оптимальное управление подачей сегрегирующего ключевого
компонента в смеситель непрерывного действия
4.6. Процесс в цепи с ячейками разного объема
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
СМЕШИВАНИЯ
Общие замечания по методике проведения экспериментальных исследований процессов смешивания Взаимодействие лопасти со слоем сыпучего материала Схема экспериментальной установки и методика проведения экспериментов
Экспериментальное исследование разгрузочных характеристик смесителя
Экспериментальное исследование распределения времени пребывания компонентов в смесителе Процесс в статическом поворотном смесителе ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Разработка новых конструкций смесительного оборудования Модернизация промышленного смесительного оборудования Использование разработанных моделей и программноалгоритмического обеспечения ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕГ1АЦИИ Список использованных источников Приложения
ВВЕДЕНИЕ


Вал приводится во вращение с помощью клиноременной передачи от электродвигателя, установленного на станине смесителя. Корпус смесителя опирается на восемь пар цилиндрических пружин 4. Рис. Смешиваемые компоненты загружают через патрубок 9, вваренный в одном конце корпуса, а выгружают через патрубок 6, вваренный в другом конце корпуса. Смесь имеет продольное движение и перемешивание вследствие разницы высот слоев в местах загрузки и выгрузки. При вибрации корпуса смесителя между сыпучим материалом и вибрирующими органами внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой трубы 2 образуются серповидные зазоры. Центробежный прямоточный смеситель конструкции А. М. Ластовцева представляет собой рис. По оси корпуса проходит вал 2, на котором укреплены конусы 3 и радиальная лопасть 4. Конусы 3 сочетаются с коническими пересыпными течками 5, закрепленными жестко внутри корпуса. Сыпучая масса непрерывно подается через штуцера 6 в верхней крышке корпуса смесителя, а выгружается через люк 7 с помощью лопасти 4. Работает центробежный прямоточный смеситель следующим образом. Подлежащие смешению сыпучие компоненты после дозирования вводятся через патрубки 6 непрерывным потоком в корпус смесителя, откуда они попадают внутрь первого конуса. Под действием центробежных сил инерции материал поднимается но внутренней поверхности конуса и сбрасывается с его края в виде пылевидного факела. Рис. Схема центробежного прямоточного смесителя конструкции Л. В кольцевом пространстве между конусами и корпусом смесителя образуются вращающиеся вихри из взвешенных в воздухе частиц материала. Смешение частиц разных компонентов протекает на вращающихся конусах, в вихре и при сползании по течкам. Однородность получаемой смеси зависит от многих факторов точности дозирования, числа секций, производительности, скорости вращения вала, физикомеханических свойств смешиваемых компонентов. Количество одновременно находящегося в смесителе материала невелико, поэтому его сглаживающая способность весьма низкая. Подобная характеристика смесителя значительно повышает требования к дозаторам погрешность не должна превышать 2. Сглаживающая способность центробежного прямоточного смесителя может быть повышена установкой в его верхней части секций накопителя с определенным запасом материала. Материал в секции может перемешиваться лопастной мешалкой, устанавливаемой на проводном валу смесителя. Излишек материала из секциинакопителя в нижние секции с конусами может перетекать через трубы, устанавливаемые внутри корпуса смесителя. На рынке смесительного оборудования продолжают удерживать хорошие позиции барабанные лопастные смесители, производимые, например, компанией СЕШСКЕ. В этих смесителях внутри неподвижного барабана вращается рамка с лопастями, осуществляющая поперечное и продольное перемешивание и транспорт материала. Эти конструкции обладают высокой надежностью и обеспечивают комфортные условия труда по сравнению, например, с вибрационными смесителями. Высокий уровень их автоматизации позволяет практически непрерывно изменять скорость вращения лопастей, что в сочетании с регулируемым сечением разгрузочного устройства позволяет легко адаптировать режим перемешивания к свойствам смешиваемых материалов от сухих сыпучих материалов до твердых частиц в высоковязких средах. Смесители периодического действия. Барабанные смесители с вращающимся корпусом относятся к наиболее распространенным, применяемым для смешения сыпучих материалов. Различаются они формой корпуса и его расположением по отношению к оси вращения. В промышленности используются следующие типы барабанных смесителей цилиндрический горизонтальный с осью вращения, совпадающей с осыо цилиндра рис. Уобразным рис. Барабанные смесители относятся к тихоходным машинам, так как окружная скорость вращения их корпуса невелика и составляет 0,1 м. Рабочая скорость вращения, обеспечивающая оптимальное качество смеси, зависит в основном от типа смесителя и физикомеханических свойств перемешиваемых компонентов. Устанавливается она экспериментально.