CC BY
18
ALGORITHM FOR SEARCHING FOR A MATHEMATICAL MODEL OF THE FLOW OF PARTICLES OF LOOSE MATERIAL IN A CONTINUOUS MIXER
V.M. Vasin
An algorithm for searching for a mathematical model of the flow of particles of loose material in a continuous mixer is proposed, which consists in checking the stationary flow, establishing its structure and choosing an adequate model.
Key words: loose materials, continuous mixing, mathematical models of particle flows.
Vasin Vjatheslav Mihailovich, candidate of technical science, docent, vasin.21101948@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.23.05
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-378-382
ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТОМ ВИХРЕВОГО СЛОЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ
Г.В. Селиверстов, С.А. Мотевич, Ю.О. Вобликова
При рассмотрении процесса обработки и подготовки торфяных и сапропельных грунтов с помощью аппарата вихревого слоя возникает вопрос о выборе параметров, которыми можно управлять для достижения требуемого результата. После выбора параметров необходимо дать количественную оценку их рациональным значениям. Таким образом, можно говорить об управлении процессом обработки и подготовки грунтов, варьируя значениями выбранных параметров в аппарате вихревого слоя.
Ключевые слова: аппарат вихревого слоя, торф, окислительно-восстановительный потенциал, диспергация, ферромагнитные элементы.
Аппараты вихревого слоя известны достаточно давно и как технологические машины по обработке сырья и интенсификации различных физико-химических процессов применяются достаточно широко [1, 2]. В своем большинстве используются аппараты классической конструкции, в которых внешний индуктор создает вращающееся электромагнитное поле, а находящиеся внутри реактора ферромагнитные элементы вращаются этим полем.
При этом обрабатываемая среда пропускается через кипящий слой ферромагнитных элементов, которые оказывают на нее ряд воздействий: кавитационноое, механическое, магни-тострикционное, электрическое [3-6].
Современные аппараты также используют внешний индуктор, но при этом дополнительные обмотки позволяют получать не только вращающееся электромагнитное поле, но и перекрещивать поля. За счет такого решения интенсивность указанных воздействий значительно увеличивается, так как вращающиеся ферромагнитные элементы начинают совершать колебания и относительно собственного центра симметрии.
Таким образом возникает вопрос о необходимости управления этими воздействиями для получения необходимых характеристик сырья на выходе из аппарата [7-10].
Если рассмотреть комплекс параметров, которые влияют на конечный результат, то можно выделить следующие две группы.
Первая группа - это параметры обрабатываемого сырья. К ним можно отнести отношение массы сухого торфа к массе воды; температуру исходной смеси; ее кислотность; окислительно-восстановительный потенциал; массу.
Вторая группа - это параметры самой машины. К ним отнесем время нахождения продукта в реакторе аппарата; наклон самого реактора; частоту полей; удельную подводимую мощность на единицу массы смеси.
Очевидно, что некоторые параметры первой и второй группы зависимы друг от друга, например, масса обрабатываемой смеси и удельная подводимая мощность на единицу ее массы.
При этом, как отмечает ряд исследователей [2], некоторые параметры также оказывают влияние на конечный результат, хотя они не столь очевидны. Например, наклон реактора относительно горизонта.
На примере подготовки торфяных пелоидов для лечебных учреждений опишем управление каждым из перечисленных параметров.
Масса торфа к массе воды регулируется с помощью настраиваемых дозаторов, каждый из которых подает свой компонент. При этом учитывается исходная влажность грунта, которая также влияет на этот параметр. Если обработка ведется в колбе, а не в потоке, то можно воспользоваться следующими рекомендациями.
Соотношение т сух/тв=0,6^0,9 выбирается в зависимости от требуемой вязкости конечного продукта. Рекомендуемая масса смеси (шсм), загружаемого в колбу составляет 1 кг. Для точного определения массы воды и сырья, которое необходимо загрузить, можно воспользоваться следующей формулой:
тв „ ,тт сух ,1
1+-¿—Ш-Г—+1)
где тсм - суммарная масса смеси, кг; тт сух - масса сухой части обрабатываемого сырья, кг; тв - масса воды, кг; w - влажность сырья, доли.
В случае необходимости измеряется температура смеси. Проведенный эксперимент показал, что для подготовки пелоидов температура существенного влияния не оказала, но в ряде случаев может возникнуть необходимость по ее контролю и подогреву или охлаждению обрабатываемой среды.
Кислотность и окислительно-восстановительный потенциал при подготовке пелоида, как правило, проверяется перед обработкой в аппарате вихревого слоя. Если необходимо получить конечный продукт с высоким отрицательным значением окислительно-восстановительного потенциала, то этот параметр проверяется обязательно, так как максимальная разница между начальным и конечным потенциалом более 600 мВ труднодостижима.
Масса обрабатываемой смеси регулируется или подачей в аппарат, или, если обработка ведется в колбе, взвешиванием смеси, помещаемой внутрь колбы.
Время нахождения продукта в реакторе аппарата определяется скоростью подачи материала, то есть настройкой питателя или временем нахождения колбы с пелоидом внутри реактора.
Наклон реактора выбирается заранее и является подготовительной операцией. Как показал эксперимент, существенного влияния при подготовке пелоидов он не оказал, поэтому вся обработка велась при горизонтальном положении аппарата.
Частота полей и удельная подводимая мощность на единицу массы смеси являются параметрами зависимыми. При этом для управления частотами электромагнитных полей в обмотках применяются частотные преобразователи INSTART с доработанным программным обеспечением. На рис. 1 можно увидеть зависимости подаваемой на обмотки индуктора мощности в зависимости от питающей частоты.
|Э0.в :)».0 |«.о |«.0 :««.о |ю.« _
I Я.Д [?3 0 ?П.О 17.0 Ц.0 I
с М
м-
(С-
»'
4-
3026-
30"
*
2
Рис. 1. Зависимость мощности, подаваемой на индуктор от частоты питающего напряжения
Видно, что с увеличением частоты питающего напряжения, мощность на обмотках монотонно уменьшается.
Удельная подводимая мощность на единицу массы смеси определяется не только мощностью на обмотках, но и массой смеси, находящейся в реакторе. При обработке пелоидов удельной мощности достаточно, если она составляет не менее 3кВт/кг. Как правило, частота и мощность определяются заранее, и аппарат вихревого слоя работает на фиксированных значениях этих параметров.
Если рассматривать обработку торфяных грунтов именно с точки зрения приготовления пелоидов, то показателем готовности продукта будет достижение значений окислительно-восстановительного потенциала порядка -500 мВ, при начальном значении в 100 мВ.
Таким образом, последовательное изменение времени нахождения смеси в реакторе аппарата с фиксацией значений окислительно-восстановительного потенциала показало, что зависимость носит практически линейный характер. При нахождении смеси в реакторе в течение 180 с значение окислительно-восстановительного потенциала составило -226 мВ. При последовательном увеличении экспозиции потенциал последовательно изменялся до значений -537 мВ. Графически это показано на рис. 2. На вертикальной оси отложены значения окислительно-восстановительного потенциала, а по горизонтальной - время нахождения смеси в реакторе.
150
400
-200 -3001 -400 -500 -600
Рис. 2. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала от времени нахождения смеси в реакторе
Была проведена аппроксимация экспериментальных данных линейной зависимостью, которая позволяет получать требуемое значение окислительно-восстановительного потенциала, управляя временем нахождения смеси в реакторе аппарата вихревого слоя.
Итоговые значения параметров, на которых проводился эксперимент, приведены в
таблице.
Параметры аппарата вихревого слоя при обработке торфа
Масса торфа к массе воды Время обработки, с Частота поля, об/мин Удельная мощность, кВт Температура смеси, °С Наклон реактора, градусы Масса смеси, кг Начальное значение ОВП, мВ Итоговое значение ОВП, мВ
0,8 180 2800 3 19 0 1 137 -226
0,8 240 2800 3 19 0 1 137 -365
0,8 300 2800 3 19 0 1 137 -443
0,8 360 2800 3 19 0 1 137 -537
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что приготовление пелоидов из торфяных грунтов с требуемым значением окислительно-восстановительного потенциала является управляемым технологическим процессом, причем это достигается с помощью системы управления параметрами аппарата вихревого слоя.
Список литературы
1. Иванов С.И. Современные малоотходные технологии переработки техногенного сырья // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2017. №4(41). С. 2-93.
2. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Киев: Изд. «Техника», 1976. 144 с.
3. Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. №2. С. 96-101.
4. Головейко А.Г. Электромагнитное поле и его взаимодействие с веществом. Минск: Белорус. нац. техн. ун-т, 2006. 82 с.
5. Войтович В.А. и др. Эффективность применения аппаратов вихревого слоя в процессах измельчения порошковых материалов // Новые огнеупоры. 2017. №10. С. 48-53.
6. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. М.: Наука, 1964. 347 с.
7. Бухгольц Г. Расчёт электрических и магнитных полей. М.: Изд. иностр. литер, 1961.
712 с.
8. Винокуров Б.Б. Измерение параметров магнитных полей и характеристик магнитных материалов. Томский политехн. ин-т. Томск 1990. 111 с.
9. Ибрагимов Р.А. и др. Оптимальные параметры и картина магнитного поля рабочей камеры в аппаратах с вихревым слоем // Строительные материалы. 2018. №7. С. 64-67.
10. Данилина Э.М., Володин Г.И., Бреславец В.П. Потери энергии на вихревые токи в электромагнитных аппаратах вихревого слоя и способы их снижения // Известия вузов. Электромеханика. 2014. №1. С. 43-47.
Селиверстов Григорий Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, s456789@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мотевич Светлана Анатольевна, магистрант, veta.m231@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Вобликова Юлия Олеговна, канд. техн. наук, доцент, инженер-технолог, crazv.girl.yuliya@mail.ru, Россия, Донской, АО «Электромашиностроительный завод»
TECHNOLOGY FOR CONTROLLING THE VORTEX LAYER APPARATUS IN THE TREATMENT OF PEAT SOILS
G.V. Seliverstov, S.A. Motevich, Yu.O. Voblikova
Considering the process of processing and preparation of peat and sapropel soils using the vortex layer apparatus, the question arises about the choice of parameters that can be controlled to achieve the desired result. After selecting the parameters, it is necessary to quantify their rational values. Thus, we can talk about managing the process of processing and preparing soils by varying the values of the selected parameters in the vortex layer apparatus.
Key words: vortex layer apparatus, peat, redox potential, dispersion, ferromagnetic elements.
Seliverstov Grigory Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, s456789@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Motevich Svetlana Anatolyevna, master's, veta.m231@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yulia Olegovna Voblikova, candidate of technical sciences, docent, engineer-technologist, crazy.girl.yuliya@mail.ru, Russia, Donskoy, JSC «Electric Machine-building Plant»
