В решениях ХХУ1 съезда КПСС подчеркивается, что развитие науки и техники должно быть подчинено решению экономических и социальных задач советского общества, ускорению перевода экономики на путь интенсивного развития, повышению эффективности общественного производства. На основе использования достижений науки и техники предусматривается повышение в оптимальных пределах единичной мощности машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотребления и снижения стоимости на единицу конечного полезного эффекта /1/?
Большая роль в создании материально-технической базы коммунизма отводится развитию химической промышленности. Высокие темпы её развития, повышение качества химических продуктов нераз" * рывно связаны с интенсификацией производственных процессов" Одна из основных проблем, возникающих при расширении масштабов совместной переработки твердых и жидких материалов в химической и других отраслях промышленности, заключается в приготовлении одно" родных по составу композиций-&tradeСейчас в различных производствах используется большое число разных по конструкции смесителей, в каждом из которых процессы смешения протекают неодинаково в зависимости от физико-механических свойств исходных компонентов.^ Несмотря на то, что процесс смешения материалов известен и исполь"* вовался с давних времен, он и в настоящее время остается одним из самых малоисследованных физических процессов /2/*.
В изучении процессов смешения сыпучих сред исследователями в последние годы достигнут значительный прогресс, направленный на создание нового высокоэффективного смесительного оборудования"" В то же время разработка аппаратуры по переработке жидких и сыпучих компонентов идет сравнительно медленными темпами, и на производстве для этих целей часто еще используются малоэффективные аппараты с мешалками".
Расширение масштабов и объемов переработки сыпучих и жидких материалов требует создания оборудования непрерывного действия, в котором поступление компонентов на смешение, выдача готовой смеси осуществляется непрерывно*.
Смесители непрерывного действия с движением сыпучих матери" алов в тонких слоях и свободных завесах обладают целым рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами смесительных аппаратов.' Основное ив них заключается в том, что протека" ние процессов в тонких слоях сыпучего материала происходит с большой поверхностью контакта фаз* Не менее важно, учитывая современ^ ный дефицит энергии, что в таких аппаратах можно перерабатывать большие объемы материалов при низких энергетических затратах^-причем формирование тонкослойного движения, организация контактирования потоков сравнительно просто оформляются конструктивно? Такие способы переработки и аппараты, являющиеся аппаратами большой единичной мощности, особенно целесообразны в крупнотоннажных производствах (в производстве минеральных удобрений, в химичео* кой, строительной, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности) /3−5/,.
Отсутствие в настоящее время аналитического описания движе~ ния материалов в тонкослойных свободных завесах сдерживает создание новых совершенных конструкций смесителей.
Основной целью диссертационной работы является разработка, создание методов расчета и внедрение в производство смесителя о тонкослойным движением сыпучих материалов по рабочим поверхностям и в виде свободных завесу1.
Для достижения этой цели в настоящей работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала, и создана инженерная методика их расчета? Разработана конструкция нового смесителя на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов и проведены экспериментальные исследования влияния на качество смешения его основных конструктивных и режимных параметров^ Построена ма^ тематическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителе и создана инженерная методика его расчета^ Проведены опытно-промышленные испытания и осуществлено внедрение смесителя в производство.
Диссертация состоит из 5 глав и содержит 254 страницы, 77 иллюстраций, 102 литературных источника, 47 страниц приложений." '.
В 1 главе сделан обзор современных конструкций аппаратов по переработке сыпучих материалов в тонких слоях, выполнен анализ математических моделей и методов расчета разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материала, a. также механизмов и математических моделей процесса смешения сыпучих материалов*1 Обоснована актуальность исследований движения сыпучих материалов в тонких слоях и свободных завесах, направленных на разработку мето" дов расчета новых высокоэффективных конструкций смесителей*.
Во 2 главе приведены результаты теоретических и эксперимент тальных исследований движения сыпучего материала в завесах, образуемых вращающимися разбрасывателями различных конструкций. Получены выражения для скоростей и уравнения траекторий частиц, покинувших вращающиеся разбрасыватели, установлена зависимость толщины стенки завесы и объемной плотности частиц в завесе от угловой скорости вращения разбрасывателя, расхода сыпучего материала, дисперсности его частиц и расстояния от разбрасывателя-1.
Сделана оценка вероятности столкновения частиц в завесе с части" цами, проходящими сквозь завесу^ Изучено ударное взаимодействие потоков сыпучих материалов с неподвижными рабочими органами смесительных аппаратовопределена толщина слоя отраженных частиц и объемная концентрация частиц в отраженном потоке,.
В 3 главе изложены экспериментальные исследования влияния на качество смешения конструктивных и режимных параметров смесительной головки центробежного смесителя нового типа, разработана математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в аппарате, приведены результаты исследования дозирования сыпучих компонентов.
В 4 главе представлена инженерная методика расчета разбрасывателей сыпучего материала, приводятся блок-схемы и номограммы к расчету основных режимных и конструктивных параметров смесителя нового типа, приведены примеры расчета разбрасывателя и смесителя *.
В 5 главе изложены результаты опытно-промышленных испытаний смесителя применительно к производству пушновита, дражированию семян сельскохозяйственных культур и приготовлению огнетушащих составов. Даны рекомендации по разработке и эксплуатации смеси"* телей на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов-'.
На защиту выносятся:
— результаты теоретических и экспериментальных исследований движения сыпучих материалов в тонких слрях и свободных завесах;
— результаты теоретических и экспериментальных исследований ударного взаимодействия потоков сыпучих материалов с неподвижной цилиндрической поверхностью;
— конструкция нового смесителя, выполненного на принципе использования тонкослойного движения сыпучих материалов;
— результаты экспериментальных исследований по определению качества смеси, приготовленной в смесительной головке аппарата нового типа;
— математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителе;
— инженерная методика расчета и рекомендации по выбору разбрасывателей, формирующих завесы сыпучего материалаинженерная методика расчета оптимальной конструкции смесителя с тонкослойным движением сыпучих материалов, номограммы к расчету основных конструктивных и режимных параметров смесителя;
— результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения в производство смесителя нового типа.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
1. Защищенный A.c. 1 042 788 (СССР) и исследованный в настоящей работе смеситель с тонкослойным движением сыпучего материала является высокоэффективным аппаратом в силу непрерывного режима его работы, большой поверхности контакта смешиваемых фаз, низких удельных энергозатрат, простоты изготовления и эксплуатации,.
2. Экспериментально установлено и теоретически описано явление зоны «застоя» сыпучего материала на вращающихся насадках" которое справедливо для исследованных типов разбрасывателей при.
П < 250 об/мин. На основе этого факта составлена упрощенная ма* тематическая модель движения тонких слоев сыпучего материала по вращающемуся диску с радиальными ребрами*1.
Si Экспериментально установлена и теоретически обоснована пара боличность верхней части завесы сыпучего материала, создаваемой исследованными типами насадок. На основе этого факта получены зависимости, определяющие скорости и объемную плотность частиц в завесах, размеры завес и толщину их стенок, а также вероятность столкновения взаимодействующих с завесой твердых и жидких частиц с частицами завесы;
4.Теоретически и экспериментально изучено ударное взаимо*. действие потоков сыпучих материалов с неподвижными рабочими органами аппаратов. Определена толщина слоя отраженных от цилиндрической рабочей поверхности частиц и их объемная концентрация*.
5. Получены экспериментальные зависимости, связывающие коэффициент неоднородности смеси с конструктивными и режимными параметрами смесительной головки нового аппарата. Установлено, что наиболее существенное влияние на качество смешения оказывают угловая скорость вращения смесительной головки, число её ступеней и их размеры (диаметр и высота) и дисперсность смешиваемых компонентов г.
6, Экспериментально установлено и теоретически обосновано влияние шероховатости рабочих поверхностей смесительной головки на улучшение качества смесив.
7"' Разработана математическая модель процесса смешения сыпучих материалов в новом смесителеНайдены аналитические выражения коэффициента неоднородности для одно-, двухи трехступенчатой смесительных головок в зависимости от основных конструктивных и режимных параметров аппарата*.
8 $ Экспериментально подтверждена справедливость диффузионной модели процесса смешения сыпучих материалов в отдельных ступенях смесительной головки, а также гипотеза о последовательном соединении этих ступеней, учитывающая частичное разделение смеси при переходе от одной ступени к другой*.
С целью создания инженерной методики расчета, смесителей на принципе использования свободных завес сыпучего материала построены блок-схемы расчета основных параметров указанных завес и их взаимодействия с неподвижными цилиндрическими поверхностями!
10,* Для определения оптимального режима или геометрических размеров аппарата разработаны блок-схемы и номограммы к расчету смесителя с тонкослойным движением сыпучих материалов".
11*! Спроектированные по предложенной в работе инженерной методике смесители были использованы применительно к производству пушновита, дражированию семян цикория и приготовлению огнетуша-щих составов. Опытно-промышленные испытания показали высокую надежность указанной методики и эффективность созданных по ней аппаратов при проведении процессов смешения малого количества мелкодисперсных сыпучих материалов с крупнодисперсными с последующим введением в полученную смесь небольших количеств жидкости.
