Метод расчета струйной мельницы кипящего слоя Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

1140 см-1 - колебаниям С-5-О и полосы при 1027988 см-1 - деформации лактонного кольца.

В ИК-спектре органической фазы после экстракции аскорбиновой кислоты можно наблюдать характерные максимумы в области 1700-1725 см-1. Они свидетельствуют об образовании водородных связей между функциональными группами бутилового спирта и аскорбиновой кислоты. Смещение полосы 1753 см-1, характерной С=О группе аскорбиновой кислоты, в область 1724 см-1 объясняется присутствием растворителя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Надточий М.А., Мелентьева Т. А. // Хим.- фарм. журн. 2001. Т. 35. № 9. С. 49-50.

2. Чуев В. П., Белова В.М., Иванов Е.Ю. // Хим-

фарм. журн. 1991. № 2. С. 49-52.

3. Молчанов В. П. Исследование солей аскорбиновой кислоты на кинетику накопления аминокислот: Автореферат дисс... канд. хим. наук. Тверь. 2002. 20 с.

4. Мокшина Н.Я. Экстракционное выделение, разделение и спектрофотометрическое определение ароматических аминокислот в водных средах: Дисс. канд. хим. наук. Воронеж. 1995. 127 с.

5. Мелентьева Т. А. и др. // Хим.-фарм. журн. 1993. № 8. С. 60-63.

6. Коренман Я. И. Коэффициенты распределения органических соединений: Справочник. Воронеж: ВГУ. 1992. 336 с.

7. Мокшина Н.Я. и др. // Ж. аналит. химии. 1994. Т. 49. № 11. С. 1193-1196.

8. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. М.: Химия. 1990. Кн. 1. 480 с.

9. Девис М., Остин Дж., Патридж Д. Витамин С. Химия и биохимия. М.: Мир. 1999. 176 с.

Кафедра аналитической химии

УДК 66.096.5

А.В.ОГУРЦОВ, В.гЕЯОЖЫ, В.П. ЖУКОВ, H.OTWINOVSKI, в.иввшык МЕТОД РАСЧЕТА СТРУЙНОЙ МЕЛЬНИЦЫ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

(Ивановский государственный энергетический университет, Ченстоховский политехнический университет, Польша)

Разработан метод расчета струйной мельницы кипящего слоя с учетом классификации материала в слое и центробежном классификаторе, выполнены экспериментальные исследования истирания известняка, проведено сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований.

Струйные мельницы кипящего слоя используются во многих отраслях промышленности для получения особо чистых мелкодисперсных порошков. Разработка метода расчета и его использование для оптимизации и наладки промышленных установок является актуальной задачей, решение которой существенно экономит материальные и трудовые ресурсы при проектировании и освоении новых технологий. Нами ранее [1] предложен подход для описания истирания в реакторе кипящего слоя периодического действия на основе цепей теории Маркова. В данной работе этот подход применен для описания мельницы непрерывного действия, работающей в замкнутом цикле измельчения с учетом двухступенчатой классификации материала.

Технологическая схема струйной мельницы кипящего слоя показана на рис.1 а. Исходный материал загружается в реактор 1 сверху, воздух нагнетается в размольную камеру компрессором через сопла. Измельченный материал выносится воздухом сначала в гравитационную 2, а затем в центробежную 3 ступень сепарации. Крупные частицы возвращаются на повторное измельчение в реактор, а мелкие улавливаются в циклоне. Для моделирования установки рассмотрим описание процесса в каждой ступени и балансовые уравнения их связи. Расчетная схема установки с указанием направления движения потоков приведена на рис.1 б. Материал по крупности разобъем на п классов. Гранулометрический состав представим как вектор массового распределения частиц по

размерам Е = { }, где 1 = 1, п ; частицам максимального размера соответствует значение 1=1. Математическую модель установки представим матричным уравнением [2]

КхБ'=-Р0, (1)

где К - блочная матрица размера 3х3 блоков или 3пх3п элементов, определяющая структуру и состав установки, Б - блочная матрица размера 3х1 блоков или 3пх1 элементов, описывающая гранулометрический состав на входе в элементы схемы, Б0 - блочная матрица аналогичного размера, описывающая гранулометрические составы внешних потоков материала, подаваемых в установку. Каждый столбец блочной матрицы К относится к одному элементу схемы.

' П

М

а)

и и

к

1

б)

Рис.1. Технологическая (а) и расчетная (б) схема струйной мельницы кипящего слоя: 1 - реактор, 2 - гравитационная ступень классификации, 3 - центробежная ступень классификации, П - подача материала, В-подача воздуха, М - выход готового продукта (мелочи).

Матрица К для рассматриваемой установки (схема рис.1б) формируется по известным правилам [2] и имеет вид:

К =

-1 I - С2

0

Р1

0

-1 I - С3

Со

I

(2)

Для заполнения блочной матрицы (2) необходимо определить значения элементов матриц

измельчения Р и классификации для гравитационной С2 и центробежной С3 ступеней.

Матрицу истирания Р выразим через функции разрушения [2]. Селективную функцию 8 запишем в виде степенной зависимости от размера частицы [3]

8 = ахт, (2)

где а, т - коэффициенты, х - размер частицы. Разрушенные частицы при истирании могут переходить в соседний класс или в мелочь. Отношение вероятностей этих событий представим как отношение соответствующих размеров зерен в степени к [1]

Р

(

Рп

х

:+1

V

V хп /

(3)

Показатель степени при этом зависит от характера истирания и формы частиц. Матрицу переходных вероятностей Р, каждый элемент которой р ( ^ = 1,п) показывает вероятность частиц

класса j при разрушении перейти в класс 1, с помощью селективной и распределительной функций представим в виде [1]

1 - Б:,

Ру =

8 к

:Хк+1

N+1

^х

+ хп

к

N+1

+ хп 0,

1 =: 1 =: +1

1 = п 1 *+ 1,п

(4)

Матрица истирания включает два параметра идентификации а, к, для определения которых проведена серия экспериментов по истиранию известняка в струйной мельнице кипящего слоя, (рис.1 а). Опыты проводились при фиксированном расходе газа и постоянной загрузке реактора материалом в периодическом режиме. В качестве измельчаемого материала использованы фракции известняка: 500-650, 650-800, 800-1000, 1000-1250 мкм. Каждая фракция измельчалась в течение 60 минут, через 10 минут отбирались пробы для анализа крупности продукта реактора, циклона и фильтра. Идентификация модели выполнена по результатам измельчения фракции 1000-1250 мкм. На рис.2 приведены расчетные и экспериментальные результаты измельчения четырех фракций известняка, при этом параметры идентификации, найденные для одной фракции, не изменялись.

Диагональную матрицу классификации С относительно легко получить экспериментально, загрузив в реактор полидисперсный материал, содержащий все фракции, заведомо исключив его

В

П

износ (обычно для этого достаточно перерабатывать его малый промежуток времени). После анализа фракционного состава унесённого материала элементы С рассчитываются через отношение масс фракционных загрузок.

Рис.2. Сопоставление расчетных (линии) и экспериментальных (точки) гранулометрических составов измельчения фракций известняка в струйной мельнице кипящего слоя.

Для математического описания полученных результатов удобно использовать одну из формул О.Молеруса [4], например,

1 (5)

С,,=

X, S Xi 1 + — exp(--(1 --L))

Xc 2 xc

пример расчета измельчения известняка в рамках предложенного метода расчета. В частности показаны гранулометрические составы исходного и конечного продукта измельчения. Точками на рисунке отмечены результаты экспериментальных замеров. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает весьма удовлетворительное качество предложенного метода расчета.

где XJ - средний размер фракции, хс - граничный размер разделения, обеспечивающий Су=0,5 и 8 -параметр неидеальности разделения.

Предложенный метод расчета струйных мельниц кипящего слоя (1)-(5) позволяет определить для установившегося непрерывного процесса массопотоки и фракционные составы в произвольной точке установки. На рис.3 проиллюстрирован

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 х,п nn

Рис.3. Сопоставление расчетных (линии) и экспериментальных (точки) гранулометрических составов порошков при непрерывном измельчении в кипящем слое: 1-исходный продукт, 2-мельничный продукт, 3-мелкий продукт после гравитационного классификатора, 4-готовый продукт.

ЛИТЕРАТУРА

1. Огурцов А.В. и др. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2003.Т. 47. Вып.7. С. 64-66.

2. Mizonov V., Zhukov V., Bernotat S. Simulation of Grinding: New approaches. - ISPEU Press. Ivanovo. 1997.-108 p.

3. Мизонов В.Е. и др. //Цветные металлы.1984. №3. С. 57-59.

4. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков.- М.: Химия. 1989. -158с.

Кафедра прикладной математики