CC BY
8
6. Gorelov A.S., Preis V.V., Morozov V.B. // Design principles for integrated automated statistical quality-control systems in manufacturing // Russian Engineering Research. 2008. Т. 28. № 3. С. 251-254.
7. Gorelov A.S., Preis V.V., Savvina E.A. Automated Statistical Monitoring of Manufacturing Products, Russian Engineering Research. Vol. 27, No. 11, 2007. P. 791-795.
8. Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. The elements of statistical learning: data mining, inference and prediction, 2nd ed. (Springer series in Statistics), Springer Science+Business Media, LLC, 2009.
9. Montgomery D.C. Introduction to Statistical Quality Control, 6th edition. John Wiley & Sons, New York, 2009.
10. Neubauer D.V., Luko S.N., Statistical standards and astm. Part 2, Quality Engineering. Т. 23. № 1, 2011. P. 100-104.
Морозов Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент, qtay@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Горелов Александр Стефанович, канд. техн. наук, доцент, asgorelov@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
NEW PLAN CCSP-1 CONTINUOUS STATISTICAL CONTROL V.B. Morozov, A.S. Gorelov
A new plan of statistical continuous selective quality control of the «flow» of products is proposed. The analysis of the new plan in comparison with the known ones is carried out.
Key words: continuous sampling, frequency of monitoring, storage volume, maximum average level of defect.
Morozov Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, qtay@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gorelov Alexander Stefanovich, candidate of technical sciences, docent, asgore-lov@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.926.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-373-378
ТРУБА РЕЦИКЛА Д.В. Богданов, С.С. Латышев, А.Ф. Веретельник
В статье рассмотрена конструкция трубной шаровой мельницы открытого цикла измельчения, оснащенной внутримельничным классифицирующим устройством, представляющая собой цилиндрическую трубу с лифтерами, которая устанавливается во второй камере мельницы. Приведены уравнения, позволяющие рассчитать конструкцию внутримельничного устройства и характеризующие параметры лифтёров.
Ключевые слова: шаровая мельница, цикл измельчения, камера мельницы, параметры лифтёров, устройство.
На (рис. 1) представлена схема предлагаемой нами конструкции ТМ с трубой рецикла и подпорными кольцами.
50
15 и 13 12 11 Ю
Рис. 1. Процесс измельчения в ТМ с рециклом: а - схема мельницы; б - диаграмма помола
Характерной особенностью процесса измельчения материала в ТМ открытого цикла измельчения является то, что уже в первой камере барабана мельницы, в соответствии с диаграммой помола (рис.1 б) находится около 50 % готового продукта, имеющего размер частиц менее 80 мкм. Причём скорость снижения остатка R008 в первой камере составляет около 8% на один метр длины камеры. Во второй камере остаток на сите 008 снижается с 50% до 10%, т.е. скорость убывания остатка Яоов снижается до 4,4% на метре длины второй камеры мельницы. По мнению наших и зарубежных специалистов, это объясняется следующими обстоятельствами. В первую камеру ТМ подаются куски измельчаемого материала размером минус 50 мм, имеющие дефекты структуры: трещины, раковины, поры, острые грани и т.п. Попадая под ударные нагрузки мелющих тел, работающих в водопадном режиме, они мгновенно разрушаются на мелкие части. При этом скорость убывания Яоов на первых двух метрах камеры грубого помола достигает 10- 12 %. Далее, когда размер частиц становится менее 1 мм и они практически не имеют дефектов структуры, интенсивность уменьшения их размера существенно снижается, а скорость убывания остатка Яоов снижается до 5-6%. При этом доказано, что частицы размером менее 0,5 мм наиболее эффективно измельчаются под воздействием истирающих нагрузок. Известно, что при попадании частиц клинкера размером 1-2 мм во вторую камеру мельницы они выходят из нее неизмельченными, а размер частиц с 500 мкм снижается только до 150-200 мкм.
Во второй камере мелющие тела работают в каскадном (истирающем) режиме измельчения. Частицы измельчаемого клинкера практически не имеют дефектов структуры. Уже в начале второй камеры в материале находится 50% готового продукта (рис. 1б), который снижает эффективность измельчения демпфируя взаимодействие между мелющими телами и частицами измельчаемого материала. Г.Грисоргоно доказал, что при толщине демпфирующего слоя мелющими телами равном 200 мкм производительность ТМ снижается на 50% и более. Дальнейшее пребывание частиц готового продукта во второй камере ТМ приводит к их агломерации, наклёпу. Из мельницы выходит готовый продукт, размер частиц которого больше, чем он был в средней части второй камеры ТМ.
Для повышения эффективности процесса измельчения в ТМ открытого цикла измельчения необходимо удалить байпасом готовый продукт из загрузки.
В соответствии с диаграммой помола даже на выходе из барабана мельницы находится около 10 % частиц, размер которых более 80 мкм (рис, 1 б). На первом участке барабана мельницы таких частиц - 50 %,
Линия 15 на рис. 1 б разделяет грубомолотый и готовый продукт по длине барабана мельницы.
Линия 6 на рис. 2 разделяет грубомолотый (б) и готовый продукт (а) в поперечном сечении барабана мельницы.
Известно [1] и нами в наших экспериментах подтверждено, что в поперечном сечении барабана мельницы более мелкие частицы измельчаемого материала находятся в верхней части загрузки (рис. 2, а), а грубые в нижней (рис. 2, б).
Очевидно, что в рецикл необходимо возвращать только грубомолотый материл.
Это осуществляется следующим образом. В камере Б (рис. 1 а) тонкого помола устанавливается труба 7 рецикла, снабжаемая лифтерами 10,12,14. В каждом из лифтеров имеются загрузочные отверстия 9,11,13, высота которых по ходу процесса измельчения убывает в соответствии с диаграммой помола (рис. 1 б). Для удержания грубомолотого материала и более эффективного его отбора за каждым лифтером установлены подпорные кольца 3,4,5.
Высота подпорных колец по ходу процесса измельчения убывает: Причем,
высота подпорных колец больше высоты отверстий в лифтерах, за которым устанавливается подпорное кольцо. Например, высота Ы подпорного кольца 3 больше высоты отверстия 13 в лифтере 14.
Рис. 2. Поперечное сечение ТМ: 1 - корпус мельницы; 2 - подпорное кольцо; 3 - труба рецикла; 4 - лифтер; 5 - загрузочное отверстие лифтера; 6 - линия раздела готового и грубомолотого продукта; Нз - высота слоя загрузки; Нк - высота подпорного кольца; Н0 -высота отверстия в лифтере; а - зона готового продукта; б - зона грубомолотого продукта
Процесс измельчения в камере Б тонкого помола осуществляется следующим образом.
Измельчаемый материал из камеры А грубого помола через отверстия в межкамерной перегородке 2 поступает в камеру Б тонкого помола. Частицы готового продукта, имеющего размер менее 80мм располагаются над линией 15 (рис. 1) и беспрепятственно перемещаются в сторону разгрузочной решетки 6 над отверстиями 13,11,9 в лифтерах 14,12,10 и над подпорными кольцами 3,4,5. Грубомолотые частицы, находящиеся под линией 15 удерживаются соответствующими подпорными кольцами через отверстия поступают в лифтеры высыпаются в трубу рецикла 7 и возвращаются в сторону межкамерной перегородки 2 на доизмельчение. Процесс рецикла повторяется до тех пор, пока частицы измельчаемого материала не уменьшаться до требуемого размера, и они займут положение в загрузке над линией 15.
Такое техническое решение позволяет существенно повысить тонкость помола материала в ТМ открытого цикла измельчения.
Существенное влияние на рецикл грубомолотого материала оказывает высота загрузочного отверстия лифтера и высота подпорного кольца. Причем, как было показано выше, высота отверстия и высота подпорного кольца зависят от места их установки, т.е. расстояния от межкамерной перегородки. Очевидно, что чем ближе к выходной решетке, тем меньше высота отверстия в лифтере и высота подпорного кольца. Хотя, казалось бы, что высота подпорного кольца может быть и больше высоты отверстия в лифтере и выше линии 15 (рис. 1, а). Однако, если высота подпорного кольца будет выше линии 15, то в зоне перед подпорным кольцом будет удерживаться готовый продукт, который, в конечном счете, будет попадать в лифтеры и направляться в рецикл. Это приведет к переизмельчению и агломерации частиц измельчаемого материала.
Поэтому нам необходимо определить рациональную высоту подпорных колец и высоту отверстий в лифтерах.
Известное уравнение кинетики процесса измельчения В.В. Товарова, характеризующее убывание остатка продукта измельчения во времени можно записать в следующем виде
Я = Я0е~к1т, (1)
где Я^, Я - исходный и конечный суммарный остаток продукта измельчения на контрольном сите (008) через расстояние 1 во второй камере ТМ; к, т - параметры, характеризующие свойства измельчаемого материала и условия процесса измельчения.
Другое уравнение кинетики измельчения (Розена-Раммлера), связывающее убывание размера d измельчаемой частицы в зависимости от размера d исходной частицы имеет вид:
Яа = 100е"^Т (2)
где Rd - остаток измельчаемого материала на контрольном сите, например, Я008, %; d - характеристический размер частицы, мкм, соответствующий 36,8 % остатка на сите размером d (в нашем случае 80 мкм); d' - требуемый характеристический размер частиц готового продукта, мкм; п - дисперсия распределения фракций, которая тем больше, чем меньше значение п.
Параметр п определяется как тангенс угла а (рис.1, б) наклона прямой зернового состава в координатах 1п1п Яо/Я^- 1nd2 (рис. 3).
Исходя из расчетной схемы, представленной на рис. 2.3 можно записать
tga= Н3/Ь2, (3)
или
Hз=L2tg а, (4)
то Нв^2П. (5)
6 7 Ь Э
--
---/
а_I т
Рис. 3. Схема к расчету высоты Нк подпорного кольца: 1 - барабан мельницы; 2 - труба рецикла; 3- уровень загрузки (мелющие тела и измельчаемый материал); 4 - готовый, а и грубый б продукты измельчения;
5 - подпорное кольцо; 6 - лифтер; 7 - отверстие лифтера
Вывод. Если принять, что процесс измельчения в ТМ осуществляется стабильно, т.е. в мельницу подается шихта, имеющая неизменный средневзвешенный размер частиц; масса и размер мелющих тел по ходу процесса измельчения не изменяются; аспирационный режим работы ТМ является стабильным, то на основании априорной информации и проведенных нами многочисленных измерений, с достаточной для практических расчетов точностью можно принять 0,10 < п < 0,15.
Величина п = 0,10 соответствует максимальной длине L2 второй камеры ТМ, а величина п = 0,15 минимальной длине L2 второй камеры мельницы.
Из рис. 3 следует
Hз=Dф, (6)
где D - внутренний диаметр барабана мельницы в свету (с учетом толщины футеровки), м; ф -коэффициент загрузки барабана мельницы мелющими телами; ф - 0,24 0,27, для мельниц, оснащенных трубой рецикла.
Тогда
Н 01 =Нз -1 п itgа =Бф-¡ж п, где Н01; - высота отверстия в 1-ом лифтере, м; 1Ш - расстояние от загрузочного днища до 1-го лифтера, м; Н3- высота слоя загрузки, м.
Расстояние Lлк между подпорным кольцом и лифтером должно быть минимальным, чтобы более эффективно отбирался недоизмельченный материал. При этом необходимо учесть следующие условия. Если подпорное кольцо устанавливать вплотную к лифтеру, т.е. Lлк=0, то образуется лопасть, которая будет захватывать мелющие тела, удерживаемые лифтером и подпорным кольцом; мелющие тела будут отбрасываться на трубу рецикла и на футеровку разрушая их. Если расстояние Lлк между лифтером и подпорным кольцом будет большим, например, Lлк=(5-10) ^ш., то в отверстие лифтера будет попадать готовый продукт и возвращаться на до-измельчение. Наши эксперименты показали, что должно быть 2dш<1лк<2,5dш , т.е. 1лк не
375
должно быть кратным размеру мелющего тела. Если lлк=dш, то происходит заклинивание мелющих тел между лифтером и подпорным кольцом. Наиболее эффективно процесс рецикла осуществляется при 2dш < 1лк <2,5din с учетом износа мелющих тел с достаточной для практического применения точность можно применять
L™=2,5 di (8)
Подпорное кольцо в нашем случае должно иметь определенную высоту, которая, исходя из расчетной схемы (рис. 3) равна:
Hki=H3-lkitga, (9)
т.к.
lki (ln i+d л /2 + ln k)
то
Hki=H3-(ln i + d л /2 + 1ж k) ■ tga (10)
или
Hki= Df-(Lni + 0.5dn + 2,5dm\n (11)
Например, для мельницы 3,2x15 м, длина второй камеры равна 8 м; коэффициент загрузки ф= 0,25; диаметр лифтера dл=0,2м; диаметр средневзвешенного шара dш=75мм. Необходимо определить высоту подпорных колец. Принимаем решение установить в мельнице три ряда лифтеров и три подпорных кольца. Первый лифтер устанавливаем на расстоянии 3 м от межкамерной перегородки, последующие через 2 м, т.е. на расстоянии 5 м и 7 м. Тогда, используя предложенное уравнение имеем, соответственно, для первого, второго и третьего ряда лифтеров и подпорных колец:
высота отверстия, Но(м): 0,45; 0,25; 0,05; расстояние, 1лк(м): 0,188; расстояние, 1к(м): 3,29; 5,29; 7,29; высота колец, Нк(м): 0,42; 0,22; 0,05
Список литературы
1. Пат. 2329361 Российская Федерация, МПК7 Е 04 С 3/08. Трубная мельница с внут-римельничным классифицирующим устройством / Богданов В.С., Фадин Ю.М., Латышев С.С., Шишков В.В., Хлудеев В.И., Гунько А.И., Неростенко В.З., Брик А.А., Лузгин А.Ф.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. № 2003132214/03, заявл. 03.11.2003; опубл. 20.02.2005, Бюл. № 5. 9 с.
2. Богданов В.С., Булгаков С.Б., Ильин А.С. Технологические комплексы и механическое оборудование предприятий строительной индустрии. СПБ, Проспект науки, 2010. 624с.
3. Богданов В.С., Богданов Д.В., Семикопенко И.А. Процессы в производстве строительных материалов. Старый Оскол: ТНТ, 2018. 436с.
4. Богданов В.С., Шарапов Р.Р., Фадин Ю.М. Основы расчета машин и оборудования предприятий строительных материалов и изделий. Старый Оскол: ТНТ, 2013. 680с.
5. Казаринов Л.С., Хасанов Д.Р. Оптимизация степени загрузки мельницы для производства цемента // Вестник ПНИ ПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019. 30 с.
6. Дуда В. Цемент / Ппер. с нем. Е.Ш. Фельдмана; под ред. Б.Э. Юдовича. М.: Стройи-здат, 1981. 646 с.
7. Пироцкий В.З. Цементные мельницы: технологическая оптимизация. СПб.: Издательство Центра профессионального обновления «Информация образования», 1999. 145 с.
8. Богданов В.С., Фадин Ю.М., Латышев С.С. Определение производительности трубной мельницы, оснащенной внутримельничным классифицирующим устройством // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. №6. С. 98-101.
9. Катырхин Г.С., Кузнецов Л.Н. Интенсификация работы мельниц. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская форма, 1993. 240 с.
10. Deniz V. A study on the specific rate of breakage of cement materials in a laboratory ball mill // Cement and Concrete Research. 2003. T. 33. № 3. P. 439-445.
Богданов Василий Степанович, д-р техн. наук, профессор, veretelnikanastasi-ya@mail.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
Латышев Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, lat.sergej@mail.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
Веретельник Анастасия Федоровна, аспирант, veretelnikanastasiya@mail.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
RECYCLE PIPE D.V. Bogdanov, S.S. Latyshev, A.F. Veretelnik
The article discusses the design of a tube ball mill of an open grinding cycle, equipped with an in-mill classifying device, which is a cylindrical tube with elevators, which is installed in the second chamber of the mill. Equations are given that make it possible to calculate the design of the in-mill device and characterize the parameters of the elevators.
Key words: ball mill, grinding cycle, mill chamber, parameters of elevators, device.
Bogdanov Vasily Stepanovich, doctor of technical sciences, professor, veretelnikanastasi-ya@mail.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhova,
Latyshev Sergey Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, lat.sergej@mail.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.I. V.G. Shukhov,
Veretelnik Anastasia Fedorovna, postgraduate, veretelnikanastasiya@mail.ru, Russia, Belgorod, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhova
УДК 663.672
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССА НАГРЕВА НА СВОЙСТВА ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
С.П. Ледовский
В статье рассмотрено влияние процесса нагревания, на свойства пищевого продукта, а также построена математическая модель, которая показывает влияние изменения температуры теплоносителя на температуру продукта.
Ключевые слова: механизм переноса теплоты, теплопроводность, турбулентный режим, ламинарный режим, насыщенный водяной пар.
Тепловые процессы - это неотъемлемая часть в процессе производства пищевых продуктов [1,2]. Диапазон используемой тепловой энергии в пищевом производстве очень велик. Например, нагрев, охлаждение, выпаривание, сушка, конденсация и многие другие биохимические процессы.
Движущие силы теплопередачи (теплового потока) является наличие разности температур - градиент температуры.
Тепло от одного тела к другому переносится механизмом передачи тепла по средствам теплопроводности, конвекции или излучения.
На пути превращения сырья в продукты питания существенное место занимает тепловая обработка, в результате которой изменяется пищевая ценность продуктов, улучшаются их вкусовые качества. Иногда нагревания и осаждения требуют последующие операции, например, растительное масло подогревают перед фильтрованием для уменьшения вязкости.
Целый ряд массообменных, химических и биохимических процессов для обеспечения их скорости протекания требуют поддержания определенной температуры, т.е. сопровождаются подогревом или охлаждением. В пищевой промышленности наиболее распространены сушка, сорбция и десорбция газов жидкостями (процессы сатурации), растворение твердых веществ и кристаллизация. Наконец, к тепловым процессам относятся процессы фазового превращения - выпаривание и конденсация, также широко применяемые в пищевых производствах. Перенос теплоты осуществляется двумя способами: теплопроводностью, конвекцией.
377
