CC BY
18ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Бакин И.А. ([email protected]), Иванец Г.Е.
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
В химической и ряде смежных отраслей промышленности одной из основных стадий технологии является процесс смешивания сыпучих дисперсных материалов с их одновременным увлажнением. К числу таких производств относятся гранулирование порошков, получение минеральных удобрений, комбикормов, строительных и шихтовых.
В промышленной практике наибольшее распространение получила периодическая схема смесеприготовления, когда композиции готовят в червячно-лопастных смесителях периодического действия. При этом как качество композиций, так и интенсивность процесса не удовлетворяют современным требованиям. В данной работе рассмотрена возможность использования разработанного нами смесителя непрерывного действия (СНД) для данных технологических процессов, на примере подготовки стекольной шихты.
Важной стадией стекольного производства является приготовление стекольной шихты, представляющей собой однородную смесь подготовленных сырьевых сыпучих материалов, отдозированных по заданному составу и тщательно перемешанных [1]. Допустимые отклонения от заданного содержания компонентов в шихте регламентируются отдельно для каждого вида стекла. Состав шихты должен быть постоянным как в отдельных отвесах, так и во времени. От точности и тщательности подготовки исходных материалов и их смешивания зависит качество сваренной стекломассы. Нарушение однородности шихты является причиной пороков стекла, в результате чего увеличивается бой и брак, уменьшается выход готовой продукции. В подготовку шихты входят следующие операции: взвешивание и дозирование компонентов; смешивание; увлажнение смеси.
Увлажнение шихты необходимо для повышения реакционной способности кварцевых зерен и увеличения сцепления между частицами разнородных материалов, а также для предотвращения расслоения и пыления. Влажность шихты, в зависимости от вида изготавливаемого стекла, нормируется на уровне 5 - 7%. При этом не допускается образование переувлажненных участков и комков.
В настоящее время на стекольных заводах шихту получают следующим образом. Весовыми дозаторами порции сырьевых материалов в заданном соотношении выдаются на сборную ленту конвейера. Материалы, собранные на ленточном конвейере поступают в смеситель периодического действия. Предусматривается предварительное смешивание сульфата с углем и подача этой смеси в смеситель особым конвейером. Наиболее распространены ленточные и барабанные смесители. На каждой дозировочно-смесительной линии обычно устанавливается два смесителя. Воду в смеситель подают одновременно с материалами шихты, либо после того, как смешали сыпучие материалы, распыляя жидкость над отводящим ленточным конвейером. Длительность цикла смешивания 10-12 минут. После смешивания шихта контейнерами перевозится в цех выработки стеклоизделий. В качестве недостатков существующей схемы можно отметить высокие материалоемкость и энергопотребление; значительные производственные площади, занимаемые оборудованием; невысокое качество смеси вследствие явления сегрегации в результате многократного пересыпания шихты при ее транспортировании, хранении в расходных бункерах, загрузке в печь и др.
Вышесказанное, а также недостатки, выявленные в отделении приготовления шихты АООТ "Сибстекло" г. Анжеро-Судженск, послужило основанием для проверки возможности перевода стадии процесса смесеприготовления шихты на непрерывную основу, с использованием разработанной в КемТИПП конструкции смесителя непрерывного действия [2] для смешивания сыпучих материалов с добавками жидкости. Нами была предложена следующая схема полу-
чения стекольной шихты [3]. Исходные сыпучие компоненты непрерывно подаются дозаторами объемного типа в первую ступень СНД. Далее приготовленная композиция увлажняется до 4-5% на второй ступени смесителя, после чего шихту подают к загрузочным бункерам печи.
Разработанная конструкция СНД (рис. 1) служит для смешивания сыпучих компонентов и ввода добавок жидкости с вязкостью до 1 мПа*с. Внутри цилиндрического корпуса 1 на приводном валу 2 закрепляется пакет конусных та-релей 3 для сыпучих материа-
Рис. 1. Центробежный СНД для сыпучих материалов с добавками жидкости.
лов с центральными отверстиями и дисковый распылитель жидкости 4 с рабочей поверхностью параболоидной формы. Жидкая добавка подаётся на распылитель 4 через полость приводного вала 2, а сыпучие материалы через патрубки 5. В результате совместного движения жидкой добавки и части сухой композиции, прошедшей через отверстие в пакете 3, по поверхности распылителя 4 происходит проникновение жидкости в сыпучее. Дальнейшее смешивание сухой и увлажнённой композиций до получения готового продукта с заданным качеством, а также разрушение образующихся конгломератов происходит в накопителе 6 и нижней части аппарата с помощью ножей 7.
Для выявления закономерностей процесса смешивания и нахождения рациональных режимных и конструктивных параметров смесителя спланирован и реализован ортогональный центральный композиционный план второго поряд-
ка. На основе предварительных экспериментов выявлены факторы, оказывающие наиболее значимое влияние на качество получаемой смеси. К ним относятся: Х1 - частота вращения ротора, п, с-1; Х2 - производительность смесителя, 0, г/с; Х3 - соотношение сыпучей композиции и жидкости, Сжд, %. Опыты проводились на сыпучих компонентах, входящих в состав стекольной шихты: песок 70% и сода 30%. В композицию на второй ступени вводилась жидкая добавка (вода) в количестве от 5 до 15%. Интервалы варьирования и основные уровни факторов приведены в таблице 1. Матрица планирования и результаты ее реализации приведены в таблице 2. В качестве критерия оценки качества смеси принята равномерность распределения жидкости по объему смеси, оцениваемая коэффициентом вариации Усжд.
Таблица 1.
Уровни и интервалы варьирования
Наименование фактора Х1 Х2 Х3
К, с-1 0, г/с С % жд
Нулевой уровень 16.67 30 10
Интервал варьирования 3.33 5 5
Верхний уровень 20 35 15
Нижний уровень 13.33 25 5
Таблица 2.
Матрица планирования и результаты эксперимента
Система опытов Номер опыта Х1 Х2 Х3 Усжд,%
1 -1 -1 -1 7.41
2 1 -1 -1 3.16
Полный факторный эксперимент 3 -1 1 -1 7.64
4 1 1 -1 5.47
5 -1 -1 1 10.75
6 1 -1 1 6.87
7 -1 1 1 12.74
8 1 1 1 8.87
Опыты в центре 9 0 0 0 5.77
плана 10 0 0 0 5.87
Опыты проводились с учетом рандомизации их во времени во избежание
систематических ошибок. Для проверки гипотезы об адекватности модели ставились параллельные опыты. Результаты статистической обработки опытных данных, в виде выборочных коэффициентов регрессии, приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Результаты регрессионного анализа
параметр оценки Стандартн. ошибка Т - статистика Р- значение
константа 7.45 0.370 20.10 0.001
х1 -1.77 0.414 -4.271 0.005
х2 0.816 0.414 1.968 0.096
х3 1.943 0.414 4.687 0.003
Таким образом, уравнение линейной множественной регрессии имеет вид: Уе=7.45 - 1.77-Х1 + 0.816«Х2 + 1.943-Х3 (1)
Б - отношение равно 14.75, его уровень значимости 0.0036. Величина коэффи-
2 2 циента детерминации Я равна 88.02 %, скорректированное значение Я равняется 82.03 %. Полученные Р-значения свидетельствуют о том, что все оценки отличаются от нуля и статистически значимы на уровне 90 % или более.
Полученные результаты можно интерпретировать следующим образом: равномерность распределения жидкой добавки по объему композиции, оцениваемая коэффициентом вариации, в значительной степени зависит от частоты вращения рабочего органа и количества вводимой жидкости; меньшее влияние оказывает производительность аппарата; с увеличением частоты вращения СНД качество композиции улучшается, а при увеличении содержания жидкости -ухудшается.
Эффективность работы предложенного СНД, с целью его практического применения, оценивалась также с точки зрения энергетических затрат. На рис.2 представлены результаты исследования энергозатрат, проведенные на материалах, входящих в состав стекольной шихты. Из данных зависимостей видно, что при увеличении содержания жидкой добавки Сжд в смеси происходит значительный рост потребляемой мощности. При концентрации жидкой фазы более 15% энергозатраты превышают 300 Вт (удельные энергозатраты 0.47 кВтч/м ),
что делает его несопоставимым по этому показателю с существующими смесителями периодического действия. В связи с этим, и проведенными исследованиями на качество смеси, содержание вводимой жидкой добавки в СНД для увлажненных сыпучих материалов не рекомендуется превышать 15%.
Рис. 2. Зависимость энергозатрат СНД от частоты вращения ротора
В результате проведенных экспериментов в центробежном СНД получена смесь, соответствующая техническим требованиям (Ус=3-10%). При этом отклонение влажности смеси от нормы не превышало 1-1.5% (при нормируемом отклонении до 3%), что свидетельствует о соответствии смеси техническим условиям. Анализ приведенных данных показывает, что рассматриваемый СНД отличается сравнительно небольшими энергозатратами и лучшим качеством смесей, полученных в нем, что позволяет сделать заключение о целесообразности и эффективности практического применения предлагаемого смесителя в различных отраслях промышленности.
Литература
1. Артамонов М.А., Асланова М.С. и др.; под ред. Павлушкина Н.М. Химическая технология стекла и силикатов // -М.:Стройиздат,1983.-432с.
2.Патент РФ № 2117525, кл.В 01 Б 7/26, В 28 С 5/16 Центробежный смеситель Иванец В.Н., Батурина С.И., Бакин И.А. Опубл. 20.08.98, Бюл. № 23 (96115718/25 от 29.07.1996).
3.Бакин И.А. Разработка смесительного агрегата для переработки сыпучих материалов с небольшими добавками жидкости: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Кемерово, 1998.-17с.
