Математическое моделирование режимов стадий процесса непрерывного приготовления дисперсных композиций

• Автор: Шебуков, Андрей Витальевич
• Шифр специальности: 05.18.12, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ и ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ В

СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

1.1 Основные вопросы в изучении процесса смешивания сыпучих материалов

1.2 Обоснование выбора объекта исследования

1.3 Моделирование процессов непрерывного смешивания

1.4 Влияние флуктуаций питающих потоков на процесс непрерывного

смешивания

1.5 Проблема нестационарности в описании процессов непрерывного

смесеприготовления

1.6 Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ
СТАДИЙ СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ.
2.1 Структурнотопологические модели смесеприготовительной системы.
2.1.1 Описание системы с помощью аппарата передаточных функций.
2.1.2 Формирование структурной схемы системы.
2.1.3 Топологическое описание системы.3
2.2 Частотный анализ смесеприготовительной системы.
2.3 Временной анализ смесеприготовительной системы.
2.4 Разработка математических моделей смесеприготовительного агрегата
методом пространства состояний
2.5 Концепция синтезирования модели смесительного агрегата в терминах
пространства состояний
2.5.1 Синтез системы путем размещения полюсов
2.5.2 Оценка состояния.
2.5.3 Синтез наблюдателя.
2.5.4 Наблюдатели пониженного порядка
2.6 Времячастотный анализ и модели на базе вейвлетпреобразований.
2.6.1 Основы теории вейвлетанализа.
2.6.2 Дискретное вейвлетпреобразование.
2.6.3 Алгоритм вейвлетпоиска соответствия
2.7 Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1 Описание лабораторноисследовательского стенда
3.2 Дозировочное оборудование.
3.2.1 Шнековый дозатор
3.2.2 Спиральный дозатор
3.2.3 Порционный дозатор
3.3 Центробежный смеситель непрерывного действия
3.4 Физикомеханические свойства исследованных материалов.
3.5 Частотноиндуктивный преобразователь для измерения концентрации
ключевого компонента в смеси сыпучих материалов.
3.6 Аппаратнопрограммный управляющий мониторинговый комплекс для
регистрации, обработки материалопотоковых сигналов и управления смесеприготовительным агрегатом.
3.6.Ь Первичные измерительные преобразователи для регистрации
матсриалопотоковых сигналов.
3.6.1.1 Тензометрические преобразователи
3.6.1.2 Пьезоэлектрические преобразователи
3.6.2 Система минимизации уровня пульсаций материалопотока на
предсмесительной стадии.
3.6.3 Система управления исполнительными механизмами дозирующих
устройств.
3.7 Методика определения качества смесей
3.8 Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ.
4.1 Расчетная электронная структурная схема агрегата
4.2 Временной анализ смесеприготовительной системы в пространстве
состояний.
4.3 Результаты частотного исследования смесеприготовительного агрегата.
4.3.1 Исследование зависимости коэффициента пульсации сигнала совокупного предсмесительного материалопотока от параметров блока дозирующих устройств1 1
4.3.2 Исследование зависимости сглаживающей способности смесительного устройства от параметров смесеприготовительного агрегата.
4.3.3 Определение рациональных параметров смесеприготовительного агрегата
4.4 Мониторинг и управление режимами работы смесеприготовительного
агрегата на базе вейвлетпреобразований
4.5 Практическое использование смесеприготовительного агрегата с управляемыми режимами рециркуляции и дозирования при получении смесей сыпучих компонентов в производстве печенья.
4.6 Выводы по четвертой главе
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В.
ПРИЛОЖЕНИЕ Г.
ПРИЛОЖЕНИЕ Д.
ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Актуальность


Диффузионное смешивание предполагает перемещение микрообъемов и отдельных частиц различных компонентов относительно друг друга. В этом случае снижение неоднородности смеси происходит значительно медленнее, чем при конвективном смешивании. В силу этого время проведения диффузионною смешивания практически и определяет продолжительность всего процесса. Сегрегация это процесс, обратный смешиванию. Он заключается в сосредоточении частиц одинаковой массы в соответствующих зонах смесителя под влиянием гравитационных, инерционных и других сил. В какойто момент скорости процессов смешивания и сегрегации уравниваются, и наступает динамическое равновесие. Поэтому дальнейшее проведение процесса смешивания не приводит к улучшению качества смеси. Альтернативой периодическому способу смешивания служит непрерывное смесеобразование. В этом случае совмещаются случайный и упорядоченный методы смешивания. Упорядоченный метод смешивания имеет место при подаче исходных компонентов в смеситель дозирующими устройствами. Непосредственно в смесителе смешивание поступающих в него компонентов носит случайный характер. Вследствие сравнительно небольшого времени пребывания материала в активной зоне смешивания, в конструкциях смесителей с принудительным механическим перемешиванием, как правило, преобладает конвективная составляющая процесса. Однако, в смесителях непрерывного действия СНД с тонкослойным движением материалов скорость диффузионного смешивания существенно возрастает. Это обстоятельство приводит к улучшению качества смеси. Поэтому подобные конструкции СНД заслуживают положительной оценки. Качество смеси, получаемой как при непрерывном смесеобразования, так и при периодическом способе проведенияпроцесса, обусловленоналичием в ней микро и макронеоднородностей. Микронеоднородности в смеси образуются в силу незавершенности диффузионного смешивания, а так же изза явления сегрегации. Их наличие в смеси также зависит и от соотношения исходных компонентов, которые, к тому же, могут иметь различный гранулометрический состав. Нужно полагать, что при малом соотношении компонентов примерно 1 и ниже, более качественная смесь получится в том случае, если их гранулометрические составы будут примерно одинаковы. Если же соотношение смешиваемых компонентов составляет, например, , а их гранулометрические составы различны, то в этом случае смесь хорошего качества получить трудно. Поэтому, при большом соотношении смешиваемых компонентов, ингредиенты, которые входят в состав смеси в малом количестве, должны быть более дисперсными . При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что большое различие гранулометрических составов исходных компонентов будет в процессе смешивания способствовать проявлению сегрегации. Незавершенность процесса смешивания, сегрегация, флуктуации входных питающих потоков при непрерывном смесеприготовлении обуславливают наличие макронеоднородностей в готовой композиции, когда средняя концентрация компонентов в различных местах смеси не равна их рецептуре. Особенно остро эта проблема возникает при смешивании сыпучих материалов в СНД, когда соотношение компонентов смеси составляет 1 и более. Как было отмечено ранее, в этом случае трудно обеспечить непрерывную, согласованную и равномерную подачу исходных компонентов. Достаточно часто некоторые компоненты приходится подавать в СНД порционными дозаторами. Это, в первую очередь, и вызывает непостоянство состава готовой смеси на выходе из смесителя в разные моменты времени, т. Поэтому конструкция СНД должна обеспечивать хорошее сглаживание флуктуаций входных потоков. Боурн Д. Достаточно часто возникает необходимость получения смесей сыпучих материалов с небольшими добавками жидкости. В этом случае процесс смешивания имеет еще одну характерную особенность. Она заключается в том, что смешиваемые частицы компонентов способны соединяться друг с другом и образовывать достаточно прочные конгломераты. Это явление обусловлено межмолекулярными вандерваальсовыми, электростатическими, адсорбционными, химическими, капиллярными и механическими силами сцепления .