Изучение процессов смешивания сыпучих материалов в аппарате с подвижной лентой и гибкими рабочими элементами Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.867.4-492.2

М.Н. Бакин, А.Б. Капранова, А.И. Зайцев

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В АППАРАТЕ С ПОДВИЖНОЙ ЛЕНТОЙ И ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

(Ярославский государственный технический университет) e-mail: bmn-town@yandex.ru. kap@yars.free.net, zaicevai@ystu.ru

На опытном стенде с подвижной лентой и гибкими рабочими элементами проведены исследования по установлению влияния режимных и конструктивных параметров аппарата на коэффициент неоднородности смеси при порционном (постепенном) внесении в смесь одного из компонентов.

Ключевые слова: смеситель. сыпучий материал. подвижная лента. гибкие рабочие элементы. коэффициент неоднородности смеси. деформация. гибкие билы

Принцип действия опытной установки для смешения сыпучих материалов с использованием подвижной ленты и эластичных рабочих элементов основан на порционном (постепенном) внесении одной зернистой среды, содержание которой значительно больше (1:10 и более), в другую. Такой способ позволяет равномерно распределить частицы меньшего компонента в объеме смеси, а также эффективно смешивать склонные к слипанию материалы, в том числе влажные и склонные к сегрегации [1]. Как показали ранее проведенные исследования при порционном (постепенном) внесении второго компонента в смесь становится возможным улучшить коэффициент неоднородности смеси от 14,6 до 8,7 % в зависимости от частоты вращения смесителей.

Рабочие элементы в виде гибких бил расположены по спирали с шагом = 16 мм на поверхностях барабанов. С помощью указанных бил смешиваемые компоненты переходят в разреженное состояние и отбрасываются по ходу движения ленты с образованием факела. Хаотичное движение частиц сыпучих компонентов характеризуется различными скоростями составляющих элементов, как по модулю, так и по направлению, и приводит к перемешиванию сыпучих материалов в их разреженных потоках в форме факелов, а также на поверхности транспортерной ленты. Частицы компонентов приобретают сложное движение, которое можно качественно описать взаимным перемещением макроскопических объемов смешиваемых компонентов и хаотическим движением отдельных частиц. Кроме того, смесительный эффект усиливается за счет соударений частиц, как взаимных между собой, так и с элементами устройства в его рабочем объеме.

Вследствие того, что навивка эластичных элементов смесительных устройств выполнена по спирали, перемешивание сыпучих компонентов на

ленте транспортера происходит сразу в двух направлениях (в продольном и поперечном), что повышает степень однородности смеси. При этом навивка эластичных элементов на цилиндрическую поверхность второго смесительного устройства имеет направление спирали противоположное первому, что также способствует повышению качества получаемой смеси благодаря тому, что ее компоненты отбрасываются в противоположные стороны после ударного взаимодействия с билами в поперечном направлении по отношению к осям вращения барабанов.

Схема опытной установки для изучения указанного процесса смешивания сыпучих материалов представлена на рис. 1.

>2 1 Рис. 1. Схема опытной установки для изучения смешивания сыпучих материалов: 1 - подвижная лента; 2 - электропривод; 3. 4 - бункеры с дозаторами; 5 - смесители с гибкими

элементами; 6 - устройство выгрузки Fig. 1. Scheme of the experimental device for investigation of mixing the bulk materials: 1 - moving tape; 2 - electric drive; 3, 4 - silos with dispensers; 5 - mixers with flexible elements;

6 - discharging device

Процесс смешивания в опытной установке является периодическим и осуществляется следующим образом. Вся порция первого компонента смеси загружается в бункер 3. а порция второго компонента. приблизительно равная объему первого компонента. загружается в бункер 4. Первый компонент из бункера 3 после открытия его заслонки поступает на движущуюся ленту транс-

портера и распределяется по ее поверхности тонким равномерным слоем. При подходе этого слоя к рабочей зоне бункера 4 открывают его заслонку, и второй компонент смеси наносится поверх первого равномерным слоем. Далее компоненты на ленте подаются в зону смесительного устройства 5 и после смешивания лентой транспортера подаются в приемное устройство 6. Из приемного устройства смесь вновь загружается в бункер 3, а новая порция второго компонента загружается в бункер 4, после чего процесс смешивания повторяется необходимое количество раз до полного расхода второго компонента при его постепенном добавлении и до получения смеси с требуемым соотношением компонентов. Устройство выгрузки 6 в данном случае представляет собой ловушку, разделенную на несколько ячеек, в которые попадает смесь. Из каждой ячейки после завершения смешивания берутся пробы для определения коэффициента неоднородности.

Применяемый в исследовании способ оценки однородности смеси основан на анализе изображений проб смесей трудноразделимых материалов, частицы которых отличаются по цвету [2]. Сначала исходные смешиваемые материалы и отобранные пробы смеси распределяют равномерным слоем на гладкой поверхности и фотографируют. После этого производится компьютерная обработка полученных изображений при помощи программы ш1хап с получением распределения пикселей изображения по оттенкам серого в отношении к их общему количеству и аппроксимация распределения степенным многочленом.

На лабораторной установке определялось влияние режимных и конструктивных параметров на коэффициент неоднородности смеси. В ходе эксперимента определены зависимости коэффициента неоднородности смеси УС от частоты вращения смесителей п и величины деформации бил ^-Ь. В качестве исходных компонентов смеси применялись манная крупа (ГОСТ 7022-97) и речной песок (ГОСТ 8736-93) после его просева через сито с номинальным размером отверстий 0,67 мм. Опыты проводились при расходе сыпучих материалов Q = 8-10"3 м3/ч. Объемное соотношение компонентов (манная крупа и речной песок) в опытах составляло 1:10.

Зависимость УС(п) показана на рис. 2. С увеличением частоты вращения смесителей от 1,0-102 до 5,0-102 мин-1 наблюдается существенное снижение коэффициента неоднородности от 14,3 % до 3,7 %, что, предположительно, объясняется тем, что при увеличении скорости движения частиц в потоке растет и хаотичность их движения. При дальнейшем увеличении частоты не наблю-

дается снижение УС, но возрастает энергопотребление на привод смесителей. Зависимость УС(£0-Ь) показана на рис. 3.

12 8 4 0

0 200 400

п, мин1

Рис. 2. Зависимость коэффициента неоднородности смеси от частоты вращения смесителей при f0-h = 1,510-2 м; точки -экспериментальные данные, линия - регрессионная кривая 2-го порядка

Fig. 2. The dependence of the heterogeneity coefficient of mixture on the rotary speed of mixers at f0-h = 1.510-2 m; points - experimental data, line - regression curve of the second order

12 8

4 -0

-0,005 0,005 0,015

f„-h, м

Рис. 3. Зависимость коэффициента неоднородности смеси от величины деформации бил при n =5,0Т02 мин-1; точки - экспериментальные данные, линия - регрессионная кривая 2-го порядка

Fig. 3. The dependence of the heterogeneity coefficient of mixture on the strain beats at n =5.0102 min-1; points - experimental data, line - regression curve of the second order

С увеличением величины деформации бил от 0 до 0,015 м наблюдается снижение коэффициента неоднородности от 10,4 % до 3,5 % вследствие повышения хаотичности движения порций сыпучих материалов из-за повышения скорости потоков. Также возникает эффект «дробления» объемов материалов на более мелкие объемы, которые движутся совместно. Дальнейшее увеличение деформации от 1,5 •Ю"2 до 2,5 •10-2 м не ведет к снижению коэффициента неоднородности смеси Vc, даже наблюдается его некоторое увеличение, предположительно за счет возрастания трения бил друг о друга и о поверхность транспортерной ленты.

Таким образом, экспериментально подтверждена эффективность предлагаемого устройства с подвижной лентой и гибкими смесительными элементами, позволяющего получать смесь компонентов надлежащего качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Капранова А.Б., Бакин М Н., Лебедев А.Е., Зайцев А.И. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. Вып. 6. С. 83-86;

Kapranova A.B., Bakin M.N., Lebedev A.E., Zaitsev A.I.

// Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 6. P. 83-86 (in Russian).

2. Петров А.А., Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Капранова А.Б.// Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 8. С. 88-90;

Petrov A.A., Lebedev A.E., Zaitsev A.I., Kapranova A.B.

// Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 8. P. 88-90 (in Russian).

Кафедра теоретической механики

УДК 66.074.2

М.А. Юровская, Д.Е. Смирнов, А.В. Сугак, В.К. Леонтьев

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ-КЛАССИФИКАТОРА

(Ярославский государственный технический университет) e-mail: barashevama@ystu.ru. sugakav@ystu.ru

Экспериментально исследована работа нового пылеуловителя-классификатора. Установлено влияние геометрических параметров аппарата и условий эксплуатации на эффективность пылеулавливания.

Ключевые слова: пылеуловитель-классификатор, эффективность пылеулавливания, медианный размер улавливаемых частиц

На предприятиях химической, металлургической, строительной, деревообрабатывающей и пищевой промышленности при проведении технологических операций в отходящих газовых потоках образуется значительное количество мелкодисперсной пыли, непосредственный выброс которой пагубно влияет на окружающую среду. Кроме этого, часто возникает ситуация, когда выбрасываемая пыль является ценным продуктом производства (например в процессах производства пигментов, цемента, керамзита, катализатора, доломита, топливных пеллет и др.).

Существующие системы пылеулавливания не всегда справляются с поставленной задачей эффективной очистки пылегазового потока, а уловленная пыль не разделяется по фракциям и нуждается в дальнейшей классификации на специальном оборудовании [1, 2].

Авторами предложена конструкция пылеуловителя-классификатора, позволяющая осуществить высокоэффективную очистку пылегазового потока и одновременно классифицировать уловленную пыль по фракциям. Конструкция аппарата представлена на рис. 1.

В корпусе 1 с диаметром цилиндрической части ^=0,35м размещены три ступени выделения твердых частиц из газового потока (I, II, III). Газ, содержащий взвешенные частицы, через спиральный входной патрубок 2 поступает на первую ступень, где происходит отделение крупных частиц за счет сил, возникающих во вращающемся потоке. Крупная фракция пыли выводится из аппарата через патрубок 3. Поток газа со средней и мелкой фракцией поступает на вторую ступень очистки, расположенную в пространстве между приемным цилиндром 6 и экраном 7. На второй ступени очистки за счет изменения направления движения потока происходит отделение частиц средней фракции, которые выводятся через патрубок 5. Поток газа с мелкой фракцией огибает наружную поверхность приемного цилиндра 8 и поступает на третью ступень очистки, на которой за счет неподвижных лопастей 9 происходит закрутка вращения пылегазового потока, повышается действие центробежной силы, в результате чего происходит отделение мелкодисперсных частиц от газового потока. Очищенный газовый поток выводится из аппарата через выходной патрубок