Определение производительности пневмосмесителя сухих строительныхсмесей с учётом анализа устройств смесительных агрегатов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Орехова Т. Н., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПНЕВМОСМЕСИТЕЛЯ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ С УЧЁТОМ АНАЛИЗА УСТРОЙСТВ СМЕСИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

nefact@mail.ru

В статье приведен математический аппарат для определения производительности пневмосме-сителя для производства сухих строительных смесей с учётом анализа устройств смесительных агрегатов. Установлено, что использование пнемосмесителя обеспечивает непрерывное производство с гарантированным качеством сухих строительных смесей.

Ключевые слова: производительность, пневмосмеситель, смесь, качество.

Производство современных строительных материалов предъявляет особые требования к используемому смесительному оборудованию. От качества получаемой смеси, главным образом, от их однородности и производительности напрямую зависят потребительские свойства производимых из них изделий.

Повышение требований к однородности и производительности смесей вызывает необходимость создания новых конструкций смесителей, которые необходимо осуществлять на базе внедрения прогрессивных технологий и оборудования для их реализации [1].

Широкое распространение и применение не только в нашей стране, но и за рубежом получили лопастные смесители (рис. 1). В лопастных смесителях сыпучие строительные смеси перемешиваются лопастями, закрепленными, как правило, на горизонтальном валу. Лопастные смесители бывают непрерывного и периодического действия.

В лопастных смесителях непрерывного действия лопасти закрепляются на валу по винтовой линии, что обеспечивает одновременное перемешивание и перемещение продукта вдоль вала. Однако, вследствие небольшой скорости

вращения смесительных валов (п=10-15 мин- ) процесс смешения в аппаратах с вращающимися лопастными рабочими органами относительно продолжителен. К недостаткам следует отнести: невысокое качество смешения, длительность цикла, высокие энергозатраты.

Рисунок 1. Лопастной смеситель

Схема смесителя непрерывного действия GCM500, выпускаемого компанией GERICKE, Швейцария, и его основные размеры показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Схема и основные размеры смесителя ОСМ500 компании вепске: 1- корпус; 2- патрубок загрузочный; 3- рамка; 4- лопасти; 5- спираль; 6- лопасти разгрузочные; 7- устройство разгрузочное; 8 - патрубок разгрузочный

Традиционное использование червячно -лопастных смесителей при изготовлении новых композиционных материалов, сухих строительных смесей не удовлетворяет современным требованиям, поскольку серийно выпускаемые смесители не способны эффективно смешивать компоненты или делают это с большими затратами энергии и времени [2].

На основании анализа существующих типов смесительного оборудования можно сделать вывод о том, что перспективными направлениями при производстве сухих строительных материалов являются разработки специализированного оборудования, обладающего малыми энергозатратами, невысокой стоимостью оборудования, простотой обслуживания, надежностью и высокой производительностью.

Пневмосмеситель непрерывного действия (рис. 3) для производства сухих строительных

смесей позволяет повысить степень гомогенизации смеси и обеспечить непрерывное производство сухих строительных смесей с гарантированным качеством [3]. Сопоставительный анализ, проведенный на основе имеющихся источников, позволяет сделать вывод, что для производства сухих строительных смесей необходимо использовать смесители непрерывного действия.

Во - первых повышение качества однородности смеси возможно достичь лишь в новых конструкциях смесителей. Во - вторых непрерывность производственного процесса не требуют применять дорогостоящее оборудование для регулирования цикла производства. Кроме того, пневмосмеситель обеспечивает достаточное давление готовой смеси, для того чтобы отказаться в технологической линии от использования перемещающую готовую смесь шнека.

Рисунок 3. Пневмосмеситель непрерывного действия: 1- труба подающая; 2 - корпус; 3 - патрубки ввода; 4 - торец; 5 - сопла; 6 - крышка; 7 - люк подвода;

8 - патрубок; 9 - отверстия

При движении газа в сужающемся объеме камеры смешения, выполненной в виде конфу-зора, происходит увеличение давление по длине, а также увеличение скорости и плотности движущегося газа в зависимости от нелинейно уменьшающегося радиуса стенок камеры [4].

Установившееся изотермическое движение газа в камере смешения описывается системой трёх уравнений:

1. Уравнение движения:

Ф п^З , „<±с32

-£- + 3 — + &-Л—— gp

- 0

(1)

где р - давление воздуха в объеме; g - ускорение свободного падения; р - плотность воздуха в потоке; 3 - скорость потока в трубопроводе;

z - энергия поглощения; 1 - диаметр сечения; X - коэффициент гидравлического сопротивления при течении газа по трубопроводу рекомендуется определять по формуле:

X- 0,067

'158 2к^0,2 —+——

Яе 1

(2)

Здесь к - эквивалентная шероховатость

труб.

2. Уравнение состояния:

р — рКг т

(3)

где -универсальная газовая постоянная, T -

температура.

3. Уравнение баланса количества газа или массового расхода:

Умножим левую и правую части на р , получим:

pdp -Лз2рр2 Сх-зс3р

отсюда

G — рЗБ — const,

рБ

(4)

(5)

21

2

(7)

Подставив в последнее выражение вместо 3 его значение из уравнения баланса, получим:

рсСр —

Х42йх ЗсСЗр2

Первый член в уравнении (1) - потенциальная энергия давления газа, второй - кинетическая энергия движущегося газа, третий - энергия положения; четвёртый - потерянный напор.

При выводе формул для расчёта производительности третьим членом пренебрегаем, т.е. считается, что увеличение скорости движения воздуха в трубопроводе переменного сечения происходит за счёт нелинейно уменьшающегося диаметра (объема).

При указанных допущениях уравнение движения может быть записано так:

Я 2 21 2

а из уравнения состояния выразив р , как

Р

р —

Т

(8)

(9)

и подставив (9) получим:

рйр _ 2 Сх ЗйЗр'

гКгТ 2Я21 2

(10)

йр _ СхЗ2 ССЗ

gp

21g 2g

(6)

Возьмём интеграл от данного уравнения в пределах от начального давления до конечного в газопроводе (рис. 4) длиной от 0 до Ь и с изменяющейся скоростью:

Рисунок 4. К определению объемного расхода воздуха в камере смешения

,2 „2\ /о2 л2\ ,..2

Р

Ь

З2

1/2ЯГТ /рйр — Ж2 ЦБ2!]сХ-р2 /2 ¡ЗСЗ, (11)

р -рГ)_ Х42ь (З -з2)Р

21ЯгТ 2Б 21

.(12)

Р

0

31

Получаем выражение:

2

Вместо площади подставляем её значение, получим окончательно

2ЛО2L_ (Р__ -Р_) + G^^p (13)

52 q2\ _2

ж2 D5

2zRr T

2

Выражая из выражения (13) массовый расход G получим:

G =

ж2 D 5

(р_ - р_) + 0%2 -&_)р'

i2 а2\„2

2zRr T

2

2XL

. (14)

для осуществления процесса перемещения частиц сухих сыпучих материалов в камере смешения пневмосмесителе предлагаемой конструкции.

В различных зонах пневмосмесителя распределенную плотность смешиваемого материала в воздушной среде можно определить по формуле [5]:

1

X 1 - X -+-

Р Рп

Ре,

(16)

Объемный расход газа Q = ^ может быть выражен следующим образом:

Q = ■

5/ tTD/ 2 k,,

ж D

(р2 - Р2) -512)р2

2zRjT

2

Р

2XL

(15)

где к 0 =

ж

4R

4р

- адиабатический коэффициент.

Таким образом, выражение (15) позволяет рассчитать объёмный расход газа необходимого

D2 kn (Xp +р (1 - X))

Q __°v ^st Итву "

Р Р

те st

где рмв - плотность смешиваемого материала, кг/м3;

pet - плотность воздуха при средней темпе-

t +1

t _ вх вых

2 , кг/м3;

ратуре воздуха

X - массовая доля твердого вещества в воздухе, кг/кг.

Подставляя выражение (16) в (15) получаем выражение для расчёта производительности пневмосмесителя для сухих строительных смесей:

(р2 - р2)+ (*22-фрПв p2

2 zRrT

2 Xp + 2p (1 - X)

'et тву '

2AL

>

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохло-ва. Процессы смешивания сыпучих материалов: моделирование, оптимизация, расчёт / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина», Иваново, 2008. -116 с.

2. Песцов В.М., Большаков Э.Л. Современное состояние и перспективы развития производства ССС в России // Строительные материалы.- 1999.№3. С. 3-5.

3. Пат. на полезную модель 102533 Российская Федерация, В 01Б5/00. Пневмосмеси-тель непрерывного действия для производства сухих строительных смесей / Т.Н. Орехова, В.А. Уваров, А.Е. Качаев; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова, опубл. 10.03.11.

4. Демидович Б.П. Сборник задач и упражнений по математическому анализу. М.: Наука, 1977.- 527 с.

5. Савилова Н.Г. Штукатурные смеси общего и специального назначения // Строительные материалы.-1999.-№11.- С. 22-23.