CC BY
7ректификационного типа для проведения процесса алкилирования изобутана бутиленами на твердофазном катализаторе.
Работа выполнена в соответствии с грантом №381 Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования на основании договора №14.250.31.0013 от 19.03.14 г., заключенного между Санкт-Петербургским государственным технологическим институтом (техническим университетом), Министерством образования и науки Российской Федерации и ведущим ученым Д.Ю. Мурзиным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Технический регламент «О требованиях к бензинам, дизельному топливу и отдельным горюче-смазочным материалам». Федеральный закон. 2008;
Technical regulation "On requirements for gasoline, diesel fuel". 2008. The Russian Federal Law. 2008. (in Rissian).
2. Palmer E.R., Kao, S.H., Tung C, Shipman D.R. // Hydrocarbon Processing. June 2008. P. 55-66.
3. Rao P., Vatcha S.R. // Oil & Gas. September 1996. P. 56-61.
4. Колесников С.И. Научные основы производства высокооктановых бензинов с присадками и каталитическими процессами. М: Нефть и газ. 2007. 540 е.; Kolesnikov S.I. Scientific basis of the production of high octane gasoline with additives and catalytic processes. M: Neft I gas. 2007. 540 p. (in Rissian).
5. Лавренов A.B., Богданец E.H., Дуплякин B.K. // Катализ в промышленности. 2009. Вып. 1. С. 28-38; Lavrenov A.V., Bogdanets E.N., Duplyakin V.K. // Kataliz v promyshlennosti. 2009. V. 1. P. 28-38 (in Rissian).
6. Zhang S.Y., Gosling C.D., Sechrist P.A., Funk G.A. US patent № 5489732. 1996.
7. Mukherjee M., Nehlsen J., Sundaresan S. // Oil and Gas. July 2006. P. 48 - 54.
8. Meyers R.A. Handbook of Petroleum Refining Processes. McGraw-Hill Professional. 2003. 900 p.
9. Simpson M.F., Wei J., Sundaresan S. // Ind. Eng. Chem. Res.. 1996. V. 35. P. 3861 -3873.
10. http://www.exelusinc.com.
Кафедра ресурсосберегающих технологий
УДК 621.867.4-492.2
А.Б. Капранова, М.Н. Бакин, А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев
ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТА НЕОДНОРОДНОСТИ ЗЕРНИСТОЙ СМЕСИ В ОБЪЕМЕ БАРАБАННО-ЛЕНТОЧНОГО УСТРОЙСТВА
(Ярославский государственный технический университет) e-mail: kap@yars.free.net, xe666@mail.ru, zaicevai@ystu.ru
На основе стохастического подхода предложен метод оценки коэффициента неоднородности сыпучей смеси в рабочем объеме барабанно-ленточного устройства с помощью моделируемых дифференциальных функций распределения компонентов по углу ихраспыливания после срыва с гибких элементов вращающегося барабана.
Ключевые слова: сыпучий материал, смешивание, барабанно-ленточное устройство, качество зернистой смеси, дифференциальная функция распределения, угол распыливания
Проблема получения качественных смесей зернистых материалов не теряет своей актуальности вследствие разнообразия областей применимости указанных продуктов. Согласно системно-структурному анализу для разработки эффективного смесительного оборудования требуется создание соответствующей теоретической базы, которая должна учитывать наиболее значимые эффекты при описании процесса смешивания сыпучих компонентов в рабочих объемах конкретных аппаратов. В качестве одного из предпочтительных стохастических способов формирования математиче-
ского моделирования технологической операции смешивания можно выделить теорию ударных процессов в дисперсных системах [1], что объясняется наличием хаотического характера движения составляющих смешиваемых материалов.
Настоящая работа посвящена разработке метода оценки коэффициента неоднородности зернистой смеси, получаемой в рабочем объеме барабанно-ленточного смесителя с гибкими элементами (рис. 1), расположенными по винтовым линиям на поверхностях вращающихся барабанов. Схема опытной установки для смешивания сыпу-
чих материалов представлена на рис. 1, а. Условная схема смесительного барабана с гибкими элементами приведена на рис. I, б.
Рис. 1. Схема установки для смешивания сыпучих материалов: а) 1 - подвижная лента; 2 - электропривод; 3, 4 - бункеры с дозаторами; 5 — смесители с гибкими элементами; 6 -устройство выгрузки, 6)1- слои сыпучих компонентов, 2 -
транспортёрная лента, 3 - барабан, 4 - гибкие элементы Fig. 1. Schematic diagram of the mixing drum with flexible elements: a) 1 - moving tape; 2 - electric drive; 3, 4 - bunkers with dispensers; 5 - mixers with flexible elements; 6 - discharging device, b) 1 - component layers, 2 - tape, 3-drum, 4 - flexible elements
Процесс смешивания сыпучих компонентов происходит при разбрасывании в рабочем объеме послойно распределенных зернистых материалов, движущихся на горизонтальной ленте в зазор между барабаном с гибкими элементами и указанной лентой. Подразумевается, что непрерывное смешивание зернистых сред может осуществляться постепенно, при добавлении одного из компонентов в несколько приемов малыми порциями в сравнении с полным объемом данного компонента, например, при выполнении соотношения 1:10 для соответствующих вносимых порций.
При смешивании пк сортов сыпучих материалов (/=1..... n¿) выделим ключевой компонент,
обозначаемый индексом «1». Используя известную формулу [2] для вычисления коэффициента неоднородности смеси (%) на первой ступени
смешивания из пт этапов (т=1,..., п7) добавления новых порций компонентов смеси с последующей обработкой гибкими элементами, имеем при т=1
Кю = Ю0(< с,2 > / < с, >2 -I)1 (1)
Тогда для каждой последующей стадии внесения новых порций компонентов или одного сорта материала с номером «2», или нескольких сортов — с номерами увеличении массового содержания компонентов с номерами (т=2,..., пт) справедливо следующее рекуррентное соотношение
Г(г+1)=100(<с+12>/<сг+1>^-1Г. (2)
Здесь <с 12> и <сх+1> - средние значения от квадратов массовых долей ключевого компонента с 1 и сх+1 в зависимости от угла его распыли-
вания «, в рабочем объеме устройства для ступе* 2 ней т=1 и (г+1) из набора (т=1,..., пт): <с 1> и
<С- 1> — квадраты средних значении описанных массовых долей С\ и с1+\ рассчитываются согласно аналогии из [3] по формулам: {а) при т=1
(с1) = (а,„ах + аш.п у1 £тш с1с1сс} ■
{с; ^ = («„,„ + "„„„) 1 и™ с\~с1а) (б) при (г+1)
{с, 1> = («™ + «......)
(с ;) = (а +а . ) 1 Гт"
\ г—1 / V шах шш/ ¿у .
В расчетные формулы (3)-(6) входят: а„шх. о-тт ~ максимальное и минимальное значения угла распыливания сыпучих материалов из наборов {а,,
7 = 1..... пь} с числом деформированных билов пь в
первой четверти отсчета угловой координаты полярной системы координат в поперечной плоскости вращающегося барабана.
Кроме того при вычислении в (3)-(6) применяются соотношения вида:
• <7>
^ = П* 1Л* ) [Ей "ГП* 1 /и ) +
где т/п и т/" - массы ключевого и других компонентов (верхний индекс) соответственно для ступеней (нижний индекс) г=1 и (г+1) из набора (т=1,..., п7): /,,(«,) — множество дифференциальных функций распределений по углу распыливания для /-го сорта сыпучего материала (/=1..... пк) и/го деформированного гибкого элемента (/ = 1.....пь)
(3)
(4)
(5)
(6)
/е-О "'■„ erf + +<?,)]" --crf мг. ]exp[—(2E0V) 1 (aj + (p.)"J .
(9)
Здесь введенные коэффициенты g3, и и12/, зависят от конструктивных и режимных параметров барабанно-ленточного смесителя, а также физико-механических свойств смешиваемых компонентов; к„ - угловой параметр жесткости била; - его характеристический угол при деформации.
0.02Ы)
0.0254
.1 55 д. м
СУ, с
Рис. 2. Поверхности смешивания F,.,!,(&>,(5) и Ус1т+1)((о,<5) для различных этапов получения смеси песка ГОСТ 8736-93 и манной крупы ГОСТ 7022-97: 1 - К^ц, т = 1: 2 - УсГ1 ,т = 2: 3-VcW,t = 9
Fig. 2. The mixing surfaces f ^d^o.d^and Ус(т+1)((о,^) for the different steps of the receiving the mixture of the sand of State Standard 8736-93 and semolina of State Standard 7022-97:
1 ■
Г,(1„т=1;2
Vc
c(2)
,т = 2: 3 - Vn9l, г = 9
Очевидно, что определяющее влияние на значения искомых параметров К,, и К, Ti, оказывают два режимных параметра - частота вращения указанных барабанов со и показатель деформации гибких элементов S=Ib—h0 в виде разности между длиной била 4 и высотой барабанно-ленточного зазора h(). При рассмотрении в качестве примера процесса смешивания двух сортов зернистых материалов в соотношении 1:10 (с порционной подачей в 10 приемов речного песка ГОСТ 8736-93 объемом 5,0-10~5 м3 в слой манной крупы ГОСТ 7022-97) приведем на рис. 2 семейства поверхностей смешивания. Конструктивными параметрами смесителя являются: радиус барабанов Гг,=3,0-10"2 м; длина билов /¿=4,5-10"2 м; высота зазора между барабаном и лентой /7п=2,0'10"" м; шаг винтовой линии hs = =3,0-10~~
м; длина барабанов ¿¿=1.85 "10" м; угловой коэффициент жесткости гибких элементов к„ 5.0'101 кг'м/рад.
Согласно представленным поверхностям смешения первоначально, т.е. при внесении первой порции компонента «2» в слой материала «1» с расходом, большим в 10 раз, наблюдается область падения значений коэффициента неоднородности до 7 % (поверхность 1) в интервале со = (50,0-52,0) с"1 при S=2,5 '10 2 м. Однако практически те же значения Vc, но при меньшей угловой скорости вращения барабана со = (47,0-48,0) с"1, а значит, и при меньших энергозатратах, соответствуют получению зернистой смеси после добавления в полученный продукт смешивания второй порции материала «2» (при г = 2 поверхность 2). Дальнейшее нарастание расхода второго компонента приводит к увеличению коэффициента неоднородности получаемой смеси в три раза в указанных областях изменения частоты вращения барабана. В частности, такой характер поведения функции К1Т1(7').г)) может быть вызван присутствием диссипативных эффектов различной природы - при движении составляющих смешиваемых сред в барабанно-ленточном зазоре, при контакте билов с лентой и т.п. Порционное смешивание зернистых материалов позволяет существенно сократить время получения готовой смеси требуемого качества. Для снижения показателя К. при г > 2, например, следует уменьшить значения таких параметров аппарата, как hs и показатель деформации гибких элементов S. Итак, предложений способ оценки коэффициента неоднородности сыпучей смеси при ее порционном получении может быть использован при инженерном расчете нового смесительного оборудования.
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., Zaiytsev
A.I. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.
2013. V. 56. N 6. P. 83-86 (in Russian).
2. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение. 1973. 216 е.;
Makarov Yu.I. Devices for mixing bulk materials. M: Ma-
shinostroenie. 1973. 216 p. (in Russian).
Кафедра теоретической механики
