Кинетика и моделирование сегрегации в сдвиговом потоке зернистой среды, разработка процесса и оборудования для сепарации

• Автор: Уколов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 383 с. : ил.

Введение
1 Анализ технологических и научных проблем сепарации зернистых материалов, различающихся по комплексу

физикомеханических свойств частиц

1.1 Анализ современных процессов и оборудования для сепарации зернистых материалов

1.2 Анализ процессов и оборудования для сепарации зернистых материалов с использованием эффекта сегрегации
1.3 Анализ проблем моделирования сегрегации в быстрых гравитационных потоках зернистых материалов
1.4 Методы экспериментального исследования сегрегации и динамики течения профилей скорости и порозности в быстром гравитационном потоке.

Выводы по главе 1

Задачи исследования

2 Кинетика сдвигового поточного разделения частиц. Моделирование процесса сегрегации, обусловленной локальной неоднородностью зернистой среды, в гравитационном потоке
2.1 Разработка метода и экспериментальной установки для определения коэффициента сегрегации в гравитационном потоке зернистой среды.
2.2 Проверка гипотезы о пропорциональности скорости сегрегации параметру локальной неоднородности зернистой среды .
2.3 Уточнение модели кинетики сдвиговой поточной сегрегации
и исследование е прогностических свойств
Выводы по главе 2.
3 Моделирование сегрегации частиц различной шероховатости и упругости при быстром сдвиге зернистой среды
3.1 Моделирование процесса разделения частиц зернистой среды, различающихся по комплексу свойств, обусловленного механизмом миграции.
3.2 Сегрегация частиц различной шероховатости и упругости по механизму сдвигового поточного разделения.
3.3 Подготовка модельной среды, исследование ее физикомеханических свойств и склонности к сегрегации.
3.4 Моделирование эффектов взаимодействия частиц различной шероховатости в гравитационном потоке.
3.5 Комбинированная Агипотеза косого удара и моделирование эффектов взаимодействия частиц в сдвиговом потоке .
Выводы по главе
4 Сепарация зернистых материалов по комплексу физикомеханических свойств
4.1 Разработка технологии сепарации частиц, различающихся по комплексу физикомеханических свойств, с использованием эффектов сегрегации
4.2 Исследование эффективности сепарации в сдвиговом гравитационном потоке зернистой среды
4.3 Сравнительный анализ эффективности разделения зернового материала в барабанном классификаторе при трех и двухзональной схемах деления гравитационного потока.
4.4 Математическая модель процесса многоступенчатой сепарации сыпучего материала с противотоком неоднородных частиц 0 Выводы по главе
5 Моделирование процесса сепарации по технологии
Мультисег в барабанном аппарате
5.1 Разработка модели барабанного классификатора, спроектированного по технологии многоступенчатой сепарации с использованием эффектов сегрегации
5.2 Результаты моделирования процесса сепарации в барабанном аппарате и проверка адекватности модели .
5.3 Исследование влияния коэффициента заполнения и его неоднородности по длине аппарата на эффективность сепарации .
5.4 Методика расчета барабанного классификатора с использованием математической модели, учитывающей неравномерное заполнение по длине аппарата.
5.5 Результаты промышленного внедрения предложенного способа сепарации зернистых материалов .
Выводы по главе
6 Оптимизация конструктивных и технологических параметров сепаратора Мультисег. Практические рекомендации
6.1 Исследование значимости конструктивных и технологических параметров методом моделирования процесса многоступенчатой сепарации в аппарате Мультисег
6.1.1 Модельная зернистая среда и се свойства.
6.1.2 Исследование влияния различных факторов на эффективность сепарации.
6.2 Постановка задачи, выбор критерия и метода оптимизации . .
6.3 Исследование оптимальных конструктивных и технологических параметров сепаратора Мультисег .
6.4 Методика определения оптимальных конструктивных и технологических параметров сепаратора Мультисег
6.5 Рекомендации по реализации результатов работы.
Выводы по главе 6.
Основные выводы и результаты
Список использованных источников


Экспериментальные и аналитические исследования сегрегации в сдвиговых потоках ,, позволили выявить три основных аспекта неоднородности 1 неоднородность физикомеханических свойств, размера и формы частиц зернистой среды 2 неоднородность среды, обусловленную примесью одного компонента к другому 3 неоднородность свойств среды по ее объему вследствие неоднородного пространственного распределения компонентов и концентрации твердой фазы. При этом следует отметить, что первые два аспекта являются отражением локальной неоднородности среды, а третий ее пространственной неоднородности. С учетом этого поток сегрегации я можно представить как сумму потоков, обусловленных локальной и пространственной 5р неоднородностью среды
Величины потоков сегрегации в уравнении 1. К на движущую силу А . При формулировании закона сегрегации вследствие локальной неоднородности среды полагали , что степень неоднородности свойств частиц с учетом условий их взаимодействия скорости сдвига, порозности среды определяет скорость перемещения частиц, т. К5 процесса. Учитывая, что при одинаковой скорости поток сегрегации пропорционален неоднородности зернистой среды, обусловленной примесью одного компонента к другому, авторы приняли в качестве движущей силы рассматриваемой составляющей потока дисперсию состава смеси зернистых частиц. Для смеси частиц с концентрацией контрольного компонента, равной с, дисперсия выражена произведением с 1 с. При формулировке закона сегрегации вследствие пространственной неоднородности среды в качестве движущей силы процесса использован показатель пространственной неоднородности в виде темпа пространственного изменения среднего расстояния между частицами. Эщ коэффициент миграции частиц, зависящий от степени неоднородности их физикомеханических свойств . В итоге общее уравнение динамики сегрегации 1. Уравнение 1. М К5с 1 ср. Лр сРнДлгас5,
негладких сферических частиц как наиболее распространенной форме течения зернистых материалов. В подобного рода потоках частицы помимо поступательной скорости движения в направлении сдвига приобретают распределенную в пространстве компоненту скорости хаотических перемещений скорости флуктуаций V, модуль которой имеет тот же порядок, что и модуль относительной скорости поступательного перемещения частиц. Уравнение динамики сегрегации для двухмерного установившегося гравитационного течения, которое существует при углах ската, близких углу естественного откоса, получают из уравнения 1. Граничные условия для уравнения 1. Начальное условие задано как с0,х,у соДля описания процессов сегрегации и перемешивания твердых частиц при такого рода течениях весьма плодотворным оказалось использование аналогии между зернистой средой при быстром сдвиге и плотным газом ,. На базе основных закономерностей молекулярнокинетической теории газов и с учетом физикомеханических свойств дисперсной среды коэффициентов трения и восстановления при столкновении частиц, различия их плотностей и размеров, а также вязкости и плотности мсжчастичной среды получены выражения для аналитического расчета кинетических коэффициентов Дц и т, входящих в уравнение динамики сегрегации 1. Адекватность модели сегрегации подтверждена многочисленными исследованиями распределений неоднородных, частиц различного размера и различной плотности в быстрых гравитационных потоках ,,. Анализ результатов моделирования позволяет объяснить причины снижения эффективности традиционной технологии сепарации Мультисег при разделении частиц, различающихся одновременно по размеру и плотности. В работе проведены исследования динамики сегрегации в двух смесях гранул силикагеля. Гранулы одной из смесей различались по размеру на , а другой по плотности на . При моделировании динамики сегрегации установлено, что для обоих случаев адекватность расчетных и экспериментальных результатов обеспечивается при существенно различных коэффициентах сегрегации в смесях. Несмотря на то, что различие частиц по размеру было значительно меньшим, чем по плотности против , коэффициент сегрегации для смеси частиц различного размера оказался почти на порядок большим, чем для смеси частиц различной плотности.