CC BY
115. Дьяконов С.Г. // Теор. основы хим. технол. 1991. Т. 25. № 6. С. 783-795;
Dyakonov S.G. // Theor. Osnovy Khim. Tekhnologii. 1991. V. 25. N 6. P. 783-795 (in Russian).
6. Дьяконов С.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1991.Т. 34. Вып. 8. С. 3-13;
Dyakonov S.G. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 1991. V. 34. N 8. P. 3-13 (in Russian).
7. Лаптев А.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1991. Т. 34. Вып. 6. С. 97-101;
Laptev A.G. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 1991. V. 34. N 6. P. 97-101 (in Russian).
8. Кафаров А.В. Основы массопередачи: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа. 1972. 496 с.;
Kafarov V.V. Fundamentals of mass transfer. M.: Vysshaya. Shkola. 1972. 496 p. (in Russian).
9. Васильев А.С. // Теор. основы хим. технол. 1967. Т. 1. № 3. С. 349-352;
Vasiliev A.S. // Theor. Osnovy Khim. Tekhnologii. 1967. V. 1. N 3. P. 349-352 (in Russian).
10. Колтунова Л.Н. // Теор. Основы хим. технол.1982. Т. 16. № 2. С. 161 -166;
Koltunova L.N. // Theor. Osnovy Khim. Tekhnologii. 1982. V. 16. N 2. P. 161-166 (in Russian).
11. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Наука.1959. 537 с.;
Levich V.G. Physical-chemical hydrodynamics. M.: Nauka. 1959. 537 p. (in Russian).
12. Дьяконов С.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т. 46. Вып. 5. С. 143-147;
Dyakonov S.G. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2003. V. 46. N 5. P. 143-147 (in Russian).
13. Дьяконов С.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т. 46. Вып. 5. С. 148-151;
Dyakonov S.G. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2003. V. 46. N 5. P. 148-151 (in Russian).
14. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию: 3-е изд. стереотип. / Под. ред. Дытнерского Ю.И. М.: Альянс. 2007. 496 с.;
Basic processes and apparatuses of chemical technology: Textbook on design: / Ed. DytnerskyYu.I. M.: Alyans. 2007. 496 p. (in Russian).
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
УДК 621.929.6:531.3
М.В. Волков, М.Ю. Таршис, А.И. Зайцев
ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ОТКРЫТОГО ТИПА
С РАБОЧИМИ ЛОПАСТЯМИ
(Ярославский государственный технический университет) е-mail: [email protected]
Исследуется процесс смешивания в смесителе открытого типа с перемешивающими лопастями. Устанавливаются механизмы процесса. Полученные кривые смешивания аппроксимируются с помощью экспонент.
Ключевые слова: смеситель, исследование, критерий, однородность
Приготовление однородных сыпучих смесей связано с рядом трудностей. Основная из них - сегрегация частиц смешиваемых компонентов по физико-механическим свойствам: их средним размерам, плотностям и геометрическим формам. Причина сегрегации в циркуляционных смесителях в том, что более плотные частицы «тонут» в разреженном поверхностном потоке, а мелкие просачиваются через слой более крупных частиц. Таким образом, более плотные и более мелкие частицы локализуются в центре циркуляции, а остальные - в поверхностном слое и слое, прилегающем к стенке корпуса. Это приводит к появлению ядра сегрегации, имеющего форму, близкую
к эллиптической. Для подавления сегрегации используются как конструктивные методы (установка перемешивающих элементов в области сегрегации), так и технологические, например, поочередная подача компонентов по мере увеличения плотности и размеров их частиц. К устройствам, в которых могут быть реализованы оба метода, относится смеситель открытого типа [1]. Рабочая емкость смесителя (рис. 1), образована укрепленными на горизонтальном валу дисками 1 и огибающей их и ролики (натяжные 2 и приводной 3) бесконечной лентой 4. Перемешивающие лопасти 5 установлены на сосной валу спиральной ленте 6, связанной с дисками.
числом оборотов дисков при различных параметрах смесителя и смеси.
Рис. 1. Схема смесителя Fig. 1. The scheme of the mixer
В соответствии с методом системно-структурного анализа [2], этапу выбора метода математического моделирования физико-механической системы предшествуют качественные исследования механизмов процессов, происходящих в системе. Целью исследований смесителя [1] являлось установление доминирующих механизмов процесса смешивания и возможностей подавления процессов сегрегации. Исследования процесса смешивания осуществлялись бесконтактным методом [3] с использованием фотосъемки поперечного сечения смеси с последующей компьютерной обработкой фотоизображений. Применялся интегральный критерий однородности смеси Vc' [4], являющийся функцией размера пробы s в диапазоне возможных значений 0< s < S, где S - площадь поперечного сечения слоя смеси. Исследования проводились при следующих параметрах смесителя: ширина рабочей зоны камеры B = 0,05 м, радиус рабочей поверхности R = 0,117 м, число вспомогательных лопастей z=8, частота вращения дисков 30 об/мин, радиус установки лопастей r = [0,06; 0,07; 0,08; 0,1] м, высота лопасти h = [0,02; 0,03] м. Параметры компонентов: средние диаметры частиц фракций (проса и чечевицы) di=2-10-3 м, d2=3-10-3 м, отношение максимального размера семян чечевицы к минимальному: d2max/d2min = 2, насыпные плотности соответственно р1 = 850 кг/м3, р2 = 870 кг/м3, коэффициенты загрузки k3 = [0,3; 0,4], концентрация смеси с = [0,35; 0,5], число оборотов дисков Ne[1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 25, 40], об.
Результаты исследований представлены на рис. 2 - 4. На них показаны кривые, отражающие связь интегрального критерия однородности с
9080706050403020100-
3 1
2
10
25
30
35
40
15 20
N, об
Рис. 2. Зависимость критерия однородности от числа оборотов дисков с = 0.35, h = 0.02 м, 1 - r = 0.08 м, 2 - r = 0.07 м, 3 - r = 0.08 м
Fig. 2. Dependence of homogeneity factor on the number of revolutions of disks с = 0.35, h = 0.02 m, 1 - r = 0.08 m, 2 - r = 0.07 m, 3 - r = 0.08 m
50-, 454035302520151050-
0
5 10 15 20 25 30 35
N, об
40
Рис. 3. Зависимость критерия однородности от числа оборотов дисков с = 0,5, h = 0,02 м, 4 - r = 0,08 м, 5 - r = 0,07 м, 6 - r = 0,06 м
Fig. 3. Dependence of homogeneity factor on the number of revolutions of disks с = 0,5, h = 0,02 m, 4 - r = 0,08 m, 5 - r = 0,07 m, 6 - r = 0,06 m
В работе [2] процесс смешивания в аппарате с гладкой рабочей поверхностью (при доминировании диффузионных механизмов) описан с помощью кинетического уравнения типа Фоккера-Планка в изотропном приближении, без учета эффектов сноса. Решение его позволило выразить критерий однородности, как функцию параметров процесса, которая близка к экспоненциальной [5]. В целях установления доминирующих механизмов процесса смешивания полученные экспериментальные кривые также аппроксимировались экспонентой
У' = У + Ae
-N/B
V'c, %
При этом минимизировалась сумма квадратов отклонений
эксперимен-
и
тальных значений критериев однородности (УС,Э) от соответствующих им значений критериев однородности (V/), взятых с аппроксимирующей экспоненты: Q^Qmm■ На рис. 4 пунктиром нанесены также графики аппроксимирующих экспонент.
Рис. 4. Зависимость критерия однородности от числа оборотов дисков 7 - с = 0.35, 8 - с = 0.5(без лопастей), 9 -г = 0.01 м, 10 - г = 0.07 м, , 11 - г = 0.06 м, (h = 0.03 м, с = 0.5,) Fig. 4. Dependence of homogeneity factor on the number of revolutions of disks7 - с = 0.35, 8 - с = 0.5 (no blades), 9 - r = 0.01 m, 10 - r = 0.07 m, , 11 - r = 0.06 m, (h = 0.03 m, с = 0.5)
Таблица
Сопоставление экспериментальных кривых смешивания и аппроксимирующих экспонент Table. Comparison of experimental mixing curves and approximating exponents
В таблице приведены значения параметров A-, B-, V0, а также 2mm и корреляционные отношения kcor для каждой из кривых 1 - 11 (рис. 2 - 4).
По результатам исследований можно сделать вывод о доминировании в рабочем объеме смесителя диффузионных механизмов смешивания. Конвективные механизмы присутствуют в течение первых нескольких секунд и при применении лопастей, значения высот которых меньше размера поперечного сечения ядра сегрегации. При описании процесса возможно применение диффузионных моделей. Кривые смешивания исследуемого смесителя могут быть аппроксимированы с помощью экспонент, которые, в свою очередь, могут использоваться при инженерных расчетах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Таршис М.Ю. Патент РФ № 2466778. 2012; Tarshis M.Yu. RF Patent № 2466778. 2012. (in Russian).
2. Бытев Д.О. Основы теории и методы расчета оборудования для переработки гетерогенных систем в дисперсно-пленочном состоянии. Дис. ... д.т.н. ЯГТУ. 1995. 545с.; Bytev D.O. Bases of the theory and methods of calculation of the equipment for processing heterogeneous systems in a disperse-film condition. Dissertation for doctor degree on technical sciences. Yaroslavl.. YSTU. 1995. 545 p. (in Russian).
3. Королев Л.В., Таршис М.Ю. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2002. Т. 45. Вып. 1. С. 98-100; Korolev L.V., Tarshis M.Yu. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2002. V. 45. N 1. P. 98-100 (in Russian).
4. Королев Л.В., Таршис М.Ю. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2002. Т. 45. Вып. 7. С. 99-100; Korolev L.V., Tarshis M.Yu. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2002. V. 45. N 7. P. 99-100 (in Russian).
5. Таршис М.Ю., Королев Л.В., Зайцев А.И. Теория и принципы моделирования процесса смешивания сыпучих материалов и создания устройств с гибкими элементами. ЯГТУ. 2011. 102 с.;
Tarshis M.Yu., Korolev L.V., Zaiytsev A.I. The theory and principles of grain materials mixing process modeling and creations of devices with flexible elements. YSTU. 2011. 102p. (in Russian).
№ кривой на рис. 2-4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
A-10-2 1 1.2 5 1.1 14 0.67 1.25 10.5 2.45 3.64 0.42
B-10 6.4 6.2 3.8 6.2 2.3 12.8 8.1 70 7.7 6.1 21
V, 12.7 11.4 13.4 13.39 20.6 18.2 32.2 38.27 19.1 15.9 10.5
Qmin 5.7 13.4 24.8 8.2 14.4 20.0 16.5 35.7 3.7 4.4 3.65
kcor 0.92 0.86 0.89 0.88 0.78 0.88 0.92 0.62 0.99 0.99 0.98
Кафедра теоретической механики
