Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор 13
1.1 Нетрадиционные виды сырья и перспективные технологии производства комбикорма 13
1.1.1 Технология производства комбикорма на основе нетрадиционного сырья для сельскохозяйственных животных и птицы 16
1.1.2 Азотсодержащая добавка для комбикормов и технология ее приготовления. 19
1.2 Механическая активация. Теоретические основы и технологические возможности 21
1.3 Классификация измельчителей – механоактиваторов 25
1.4 Классификация гетерогенных процессов по целевому назначению 28
1.5 Критический анализ электромагнитных механоактиваторов 31
Выводы 52
Глава 2 Теоретические исследования физико-механических процессов в магнитоожиженном слое электромагнитного механоактиватора дискового исполнения (ЭДМА) 54
2.1 Физическая сущность процесса формирования диспергирующего усилия в магнитоожиженном слое ЭДМА 54
2.2 Оптимизация коэффициента объемного заполнения рабочего объема магнитоожиженным слоем 63
2.3 Исследование строения магнитоожиженного слоя в рабочем объеме ЭДМА при формировании диспергирующих усилий 65 Выводы 67
Глава 3 Математическое моделирование электромагнитного способа механоактивации 69
3.1 Моделирование сил и моментов, действующих на ферромагнитные элементы магнитоожиженного слоя в рабочей камере ЭДМА 69
3.2 Определение работы дискового электромагнитного измельчителя-механоактиватора при статическом и ударном воздействии 73
3.3 Определение вероятности измельчения частиц продукта в дисковом электромагнитном измельчителе-механоактиваторе 77
3.4 Математическое моделирование динамики рабочего процесса при формировании диспергирующего усилия 80
Выводы 85
Глава 4 Разработка методики экспериальных исследований электромагнитного способа механоактивации витаминизированной кормовой биологически активной добавки з
4.1 Разработка методики исследования магнитной системы измельчителя -активатора с использованием программных комплексов 87
4.2 Разработка экспериментального стенда и методик проведения экспериментальных исследований 93
4.3 Методика определения дисперсности измельченных компонентов 96
Выводы 97
Глава 5 Анализ результатов экспериментальных исследований электромагнитного способа механо актив ации витаминизированной кормовой биологически активной добавки 98
5.1 Разработка технологии производства высокопитательной биологически активной кормовой добавки (БАД-К) с пролонгированным высвобождением небелковых азотистых соединений 98
5.2 Анализ трехмерного стационарного поля электромагнитной системы ЭДМА в интерактивном режиме программы ANSYS 99
Математическое описание и оптимизация процесса измельчения смеси компонентов комбикорма в электромагнитном механоактиваторе ЭДМА 113
5.4 Кинетические и энергетические закономерности процесса механоактивации в ЭДМА 122
5.5 Анализ эффекта намола в измельчителях с электрофизическими методами 142
активации
Выводы 146
Глава 6 Технико-экономическое обоснование внедрения способа 148
Электромагнитной механоактивации в производственный процесс приготовления кормовой добавки..
6.1 Определение конкурентоспособности витаминизированной биологически активной кормовой добавки БАД-К 148
6.2 Расчет срока окупаемости капитальных затрат 150
Выводы 153
Выводы по диссертационной работе 154
Список литературы
- Технология производства комбикорма на основе нетрадиционного сырья для сельскохозяйственных животных и птицы
- Оптимизация коэффициента объемного заполнения рабочего объема магнитоожиженным слоем
- Определение работы дискового электромагнитного измельчителя-механоактиватора при статическом и ударном воздействии
- Методика определения дисперсности измельченных компонентов
Введение к работе
Актуальность и степень разработанности проблемы исследования
Обеспечение качественными кормами животноводческих, птицеводческих и рыбных хозяйств является одним из приоритетных направлений в системе производства сельскохозяйственной продукции и определяющим фактором при формировании ценовой политики. В рецептурных смесях комбикормов, производимых по традиционным технологиям, от 60 до 80% составляют зерновые компоненты, которые сопоставимы с продуктами, пригодными для питания человека. Наряду с этим во всех странах имеются также и постоянно накапливаются запасы малоиспользуемых или вообще не используемых отходов пищевых и других производств, которые после соответствующей обработки могут приобретать свойства в 1,5 – 3 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества, а также обладают рядом полезных свойств для нормального функционирования организма животных. Потенциально возможные доходы от реализации продукции, полученной из различных отходов, могут многократно превосходить доходы от продажи основного продукта и позволят поднять общую рентабельность производства на 300 – 400%. Что касается отходов пищевой промышлености, то они богаты питательными веществами, легко поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии, различным видам переработки. Эти ресурсы рассматриваются как наиболее перспективные для развития альтернативных технологий кормопроизводства.
В соответствии с приоритетными направления развития науки и техники в Российской Федерации «Рациональное природопользование», «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», утвержденными Указом Президента Российской Федерации 7 июля 2011 года, а также в соответствии с Федеральным законом «Об энеросбережении и о повышении энергетической эффективности» от 23 ноября 2009 г. № 261 – ФЗ и распоряжением правительства РФ «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.» для обеспечения роста экономики и повышения качества жизни населения страны необходимо максимально эффективно использовать ее энергетические и сырьевые ресурсы. При этом одним из главных приоритетов «Энергетической стратегии» является снижение удельных затрат энергетических ресурсов путем рационализации их потребления и применения энергосберегающих технологий.
Агропромышленный комплекс Российской Федерации является одним из крупнейших потребителей топливно-энергетических ресурсов, в том числе электроэнергии, которая часто используется нерационально. Данное явление обусловлено множеством факторов, одним из которых является завышенная энергоемкость различных технологических процессов, в том числе одного из основополагающих процессов в кормопроизводстве – процесса измельчения.
Энергоемкость процесса измельчения главным образом зависит от типа применяемого оборудования. В кормопроизводстве это, в основном, аппараты механического принципа действия – молотковые дробилки. Отличительной их особенностью является низкая энергоэффективность.
Одним из перспективных направлений интенсификации процесса измельчения является внедрение в его аппаратурно – технологические системы методов физической механоактивации с применением электромагнитных полей.
Целью исследований является решение проблемы рационального использования вторичных ресурсов в кормопроизводстве путем создания энергоэффективного способа механоактивации витаминизированной биологически активной кормовой добавки (БАД-К) с разработкой оборудования нового типа, обеспечивающего интенсификацию процессов, улучшение качественных показателей перерабатываемой продукции при одновременном повышении энергоэффективности и ресурсосбережения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Установить механизм и провести теоретическое обоснование способа формирования диспергирующего усилия, основанного на использовании энергии постоянного по знаку электромагнитного поля;
-
Оценить эффективность способа по энергонапряженности силовых нагрузок и регулированию механических воздействий;
-
Изучить энергетику и динамику физико-механических процессов электромагнитного способа механоактивации и на основании полученных данных разработать математические модели силовых и энергетических воздействий между магнитным полем, рабочими органами и обрабатываемым материалом;
-
Выявить принципы и условия реализации способа в аппарате нового типа -дисковом электромагнитном механоактиваторе (ЭДМА). Разработать методику расчета устройства, основанную на использовании современных компьютерных технологий и создать конструкцию ЭДМА для кормопроизводства;
-
Установить технологические возможности ЭДМА и области его практического применения;
-
Внедрить ЭДМА в технологию производства БАД-К с использованием нетрадиционного вторичного сырья – какаовеллы, карбамида и интенсифицировать классические схемы производства комбикорма.
Объектом исследования является электромагнитный способ механоактивации БАД-К в технологической схеме переработки вторичного сырья кормопроизводства и устройство, его реализующее. Предметом исследования является механизм формирования диспергирующих нагрузок в магнитоожиженном слое ферротел ЭДМА и процесс электромагнитной механоактивации компонентов смеси БАД-К в аппаратурно-технологических схемах кормопроизводства.
Научная новизна. Разработан ресурсосберегающий и энергоэффективный способ электромагнитной механоактивации вторичного сырья в технологии производства комбикорма, в основу построения которого положено применение магнитоожиженного слоя, создаваемого в слое ферромагнитных размольных элементов под действием постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля.
Электромагнитный способ механоактивации реализован в аппарате нового типа – электромагнитном механоактиваторе дискового исполнения (ЭДМА), принцип действия которого и конструктивное исполнение защищено патентом РФ на изобретение.
Исследованы физико-механические процессы, происходящие в магнитоожиженном слое ферротел и установлен механизм формирования управляемых энергонапряженных силовых и энергетических взаимодействий между магнитным полем, размольными элементами и перерабатываемым материалом.
Исследовано строение магнитоожиженного слоя при формировании диспергирующих нагрузок при различных (до предельно допустимых) скоростных режимах работы ЭДМА. Получена математическая зависимость, позволяющая в процессе проектирования, расчета и эксплуатации типовых рядов ЭДМА устанавливать оптимальное соотношение между режимами его работы, обеспечивающими оптимизацию степени измельчения рецептурной кормовой смеси и выравниванию гранулометрического состава продуктов помола.
На основании моделирования структуры магнитоожиженного слоя установлен оптимальный коэффициент заполнения рабочего объема электромагнитных механоактиваторов размольными ферротелами.
На основании математического моделирования динамики рабочего процесса формирования диспергирующего усилия определены условия целенаправленной и регулируемой переориентации ферроэлементов в средней части магнитоожиженного слоя, обеспечивающие заданные технологией производства силовые и энергетические параметры процесса механоактивации компонентов БАД-К.
Разработана и апробирована методика построения трехмерного стационарного поля электромагнитной системы ЭДМА в интерактивном режиме программы ANSYS.
Составлена математическая модель процесса диспергирования смеси компонентов БАД-К в электромагнитном механоактиваторе дискового исполнения, на основании которой определены оптимальные режимы работы аппарата и разработана ресурсосберегающая технология переработки вторсырья в готовую продукцию кормопроизводства.
Получено уравнение кинетики, положенное в основу моделирования процессов промышленного диспергирования в лабораторных условиях и определения относительных затрат энергии на обработку продуктов до установленной технологией степени измельчения компонентов БАД-К в ЭДМА.
Практическая ценность. Изготовлен опытный образец дискового электромагнитного механоактиватора для переработки вторичного сырья в аппаратурно-технологических системах производства высококачественного корма (БАД-К) для сельскохозяйственных животных.
Методика построения трехмерного стационарного поля электромагнитной системы аппарата нового типа в интерактивном режиме программы ANSYS может быть использована при расчете, проектировании и эксплуатации типовых рядов электромагнитных механоактиваторов различного целевого назначения.
Алгоритм расчета и проектирования электромагнитного механоактиватора, построенный на базе результатов теоретических исследований и разработанных математических моделей, может быть использован при проектировании новых конструкций аппаратов с магнитоожиженным слоем.
Основные положения, выносимые на защиту:
– механизм формирования электромагнитного способа механоактивации в магнитоожиженном слое ферромагнитных размольных элементов, создаваемым постоянным электромагнитным полем и его теоретическое обоснование;
- кинетические и энергетические закономерности процесса механоактивации компонентов смеси витаминизированной биологически активной кормовой добавки электромагнитным способом.
Внедрение результатов работы. Опытный образец ЭДМА внедрен в технологический процесс производства комбикорма в «Комбикормовый завод Кирова» -Филиал ОАО «ЛКХП Кирова», что подтверждается соответствующим актом. Срок окупаемости внедряемых мероприятий по механической активации витаминизированной биологически активной кормовой добавки (БАД-К) составляет 2,7 года.
Разработан и внедрен в учебный процесс кафедры «ЭОП и ЭТ в АПК» Института технических систем, сервиса и энергетики СПбГАУ экспериментальный стенд ЭДМА.
Материалы исследования ЭДМА опубликованы в методических указаниях и учебных пособиях и используются в процессе обучения студентов специальностей 110302.65 и 140106.65, а также магистрантов направления 110800. 68 «Агроинжененрия».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных научно – практических конференциях ФГБОУ ВПО СПбГАУ: на секциях энергетического (2007 – 2012 гг.), инженерно – технологического (2007 – 2008 гг.) факультетов, а также секции «Энергоэффективности и электротехнологий» Института технических систем, сервиса и энергетики (2013-2014 гг.). Материалы работы
доложены и обсуждены на конференциях различного уровня: Международной научно – практической конференции молодых ученых «Аграрная наука XXI века» на секции «Технические науки» (2013 г.); Международной научной конференции « Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» 10 – 17 апреля 2012 г. Италия (Рим – Флоренция);Международной научной конференции «Современные наукоемкие технологии» 13-22 апреля 2012 г. Доминиканская республика; Международной научной конференции «Актуальные вопросы науки и образования» 21 – 23 мая 2012 г. Москва; Международной научной конференции «Современные наукоемкие технологии» 28 июля – 4 августа 2012 г. Испания – Франция. Основные тезисы работы представлены в программе международного агропромышленного конгресса «Агрорусь» (2007, 2008, 2009, 2010, 2013 гг.), Санкт – Петербург, ВЦ. «Ленэкспо».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 47 научных работ, в том числе 4 монографии , 42 научные статьи, 11 из которых опубликованы в рецензируемых журналах ВАК. Научная новизна работы подтверждена патентом РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа выполнена на 179 страницах машинописного текста, содержит 67 иллюстраций и 17 таблиц. Список литературы включает 280 наименований, в том числе 8 на иностранных языках.
Технология производства комбикорма на основе нетрадиционного сырья для сельскохозяйственных животных и птицы
В ряде случаев при производстве комбикормов от физико-химического состояния вводимых в корм компонентов (и в частности дисперсности) зависит безопасность получаемого продукта для животных. Так, например, в настоящее время актуальной проблемой является обеспечение животных кормами с высоким содержанием протеина. Из небелковых азотистых соединений наибольший интерес представляет карбамид (мочевина) [6]. Карбамид обычно применяется в смеси с концентрированными кормами. Применение карбамида сдерживается его высокой растворимостью и быстрым гидролизом в пищеварительном тракте животных. Образующийся аммиак не успевает утилизироваться микрофлорой преджелудков и значительная его часть попадает в кровяное русло, что приводит к хроническим или острым отравлениям и к падежу. Проблему можно решить строгим соблюдением особого режима при скармливании синтетических азотистых веществ, заключающегося в постепенном приучении к ним животных, начиная с небольших доз.
Для безопасного и эффективного использования мочевины в кормлении животных необходимо создать условия замедленного растворения и гидролиза мочевины.
Учреждением Российской академии наук Сибирского отделения РАН Институтом химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ СО РАН) и Государственным научным учреждением Сибирским ордена «Знак почета» научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом животноводства Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибНИПТИЖ СО Россельхозакадемии) разработана азотсодержащая добавка для комбикормов и способ ее получения [215]. Задача замедленного растворения и гидролиза мочевины в данном случае решается подбором дополнительных компонентов и строгим соблюдением массового содержания их в смеси.
В состав добавки входят следующие компоненты (в массовых процентах): - карбамид - 10-20; зерна злаков - 10-65; солома - не более 50; бентонит-остальное.
Из перечисленных компонентов создается механохимически активированный композит, который позволяет уменьшить поступление карбамида в желудочно-кишечный тракт животных при его использовании.
Согласно рекомендации разработчиков, механическая активация компонентов производится воздействием на компоненты добавки в мельницах-активаторах при ускорении мелющих тел 200-400 м/с2 в течении 60-120 с. При этом используются мельницы и активаторы АГО-2, АПФ, ВЦМ. Анализ работы этого оборудования указывает на его высокую энергоемкость и низкую управляемость, что затрудняет получение частиц компонентов смеси в оптимальном для технологии диапазоне дисперсности.
Полученный таким образом композит добавляется в корм и скармливается животным. При скармливании добавки бычкам увеличивается продуктивность подопытных животных на 3-27%, снижаются затраты кормов на 1 кг прироста на 7-9%, исключается падеж.
Например [215], карбамид, зерно, солому, подсолнечник и бентонит, взятые в соотношении 10:30:40:10:10 мас. % смешивали и подвергали механохимической обработке в мельнице-активаторе АПФ или АГО-2 разработки ИХТТМ СО РАН, г. Новосибирск. Обработка происходила при ускорении мелющих тел 200 и 400 м/с2, загрузка исследуемого продукта 15 и 50 г., размольных органов (шаров) - 250 и 150 г., время обработки 60-120 сек. При этом полное растворение в контрольной смеси (без механической активации) составляло несколько секунд, механически активированная смесь растворялась более одного часа.
При скармливании полученной добавки животным (бычкам) среднесуточный прирост массы (привес) составил 905 г. Приведенный в данном примере состав кормовой добавки является оптимальным по качеству и цене. Использование карбамида в смеси в количестве менее 10% экономически невыгодно. Применение концентраций более 20% приводит к появлению в смеси несвязанного карбамида.
Согласно данному техническому решению, механической активации подвергается смесь какаовеллы и арахисовой шелухи, в конце помола в механоактиваторе в смесь добавляется карбамид. При этом происходит размол основных компонентов, поверхность частиц которых покрывается мелкими частицами карбамида. Исследования показали, что равномерное рассеивание энергии шаров [148] не приводит к разложению карбамида, который в дальнейшем за счет частичного плавления скрепляет композит и способствует образованию сложных по строению частиц.
Оптимизация коэффициента объемного заполнения рабочего объема магнитоожиженным слоем
Под действием сил магнитного поля рабочие тела приходят в интенсивное движение, которое из-за многочисленных взаимных столкновений имеет хаотический характер. Образуется магнитоожиженный (вихревой) слой ферромагнитных элементов. Характер движения ферромагнитных элементов в ВЭА определяется комплексом приложенных к ним сил и моментов: вращающим моментом, вызванным воздействием на ферромагнитные элементы равномерного вращающегося магнитного поля; силами и моментами, действующими на ферромагнитные элементы со стороны других (соседних) элементов во время их соударений и трения; центробежными силами инерции; силой Кориолиса и др. В результате ферромагнитные элементы в ВЭА совершают как поступательное движение с частым изменением скорости и направления, так и вращательное с переменной угловой скоростью. Сталкиваясь с частицами обрабатываемого продукта, они обмениваются с ними ударными импульсами и производят механическую работу измельчения. При этом на продукт действует комплекс факторов, ускоряющих процесс его диспергирования: силы трения и ударов размольных тел друг о друга с большим числом производственных контактов, высокие акустические колебания среды, электромагнитная обработка, электролиз, перемешивание. Подводимая извне энергия, локализуясь в отдельных зонах (в местах соударения феррочастиц), обеспечивает высокие значения удельной мощности с достижением контактной силы удара порядка 800 Н. Исследования
Гоникберга показывают, что в местах соударений размольных элементов возникают давления до тысячи Паскаль, что вызывает в объеме частицы продукта микросдвиговую деформацию и приводит к увеличению в них запаса энергии, которая расходуется на образование новых поверхностей. Высокая энергонапряженность в ВЭА силовых взаимодействий между ферромагнитными элементами и наличие высокочастотных воздействий с их стороны на частицы продукта позволяет интенсифицировать процесс измельчения и значительно сократить время обработки (до 2...5 мин при тонине помола порядка 50 мкм) . При этом, как показывают исследования Косяковой [181, 182] , удельные показатели тонкого измельчения в ВЭА продуктов значительно лучше. Так, по сравнению с шариковыми мельницами типа МБЛ-40 и ударно-отражательными мельницами УДУМ-7 металлоемкость ВЭА снижается на порядок (9 кг на I кг измельчаемого продукта до одинаковой тонины помола) при одновременном уменьшении затрат энергии (в 1,5 раза) на образование удельной поверхности при измельчении фракций от 500 до 100 мкм.
Одним из основных недостатков ВЭА является потеря его работоспособности при определенном, критическом заполнении рабочей камеры ферромагнитными размольными элементами, когда наступает явление "останова" их хаотического движения. В этом случае вся масса рабочих элементов разделяется на поперечные слои - диски из плотно прилегающих друг к другу цилиндров, которые образуют сплошное "паркетное" покрытие поперечного сечения камеры. Явление "останова" зависит от размеров рабочих элементов, их количества, плотности материала, магнитных свойств, индукции в рабочей камере и устанавливается визуально, что затрудняет выбор режимных параметров ВЭА для эффективного измельчения продуктов .Опираясь на опыт практического применения в промышленности вращающегося магнитного поля в устройствах типа ВЭА, можно сделать следующие выводы, указывающие на их существенные недостатки: частота вращения размольных тел ограничена частотой питающего напряжения; циркуляция измельчаемого материала в рабочем объеме недостаточна; система многофазных обмоток, создающих вращающееся магнитное поле, потребляет значительную энергию; на изготовление таких обмоток расходуется большое количество дефицитного стратегического материала - меди, а на корпус - стальных ферромагнитных и немагнитных материалов; вращающееся магнитное поле не позволяет осуществлять тонкое регулирование силовыми нагрузками на частицы обрабатываемого материала, что затрудняет создание рациональной и экономичной автоматической системы управления процессом измельчения.
В патентных материалах представлены различные конструктивные решения мельниц с движущимся магнитным полем, в которых отражены попытки усовершенствования всех основных частей ЭМИ и ВЭА. Основными направлениями интенсификации являются: совершенствование систем индуцирования магнитных полей, использование в одном аппарате магнитных полей различной природы, усложнение геометрической формы рабочей камеры и мелющих тел. Технологические эффекты обеспечиваются в них созданием наиболее предпочтительных для разрушения материалов силовых и энергетических условий за счет активизации движения мелющих тел, сообщения им наиболее рациональной скорости и траектории перемещения в объемах обработки продукта.
Достаточно широко представлены устройства, в которых диспергирующее усилие формируется воздействием на размольные элементы противоположно направленных бегущих магнитных полей, полей с изменяющейся по ходу движения продукта интенсивностью и чередующейся в смежных зонах рабочей камеры полярностью магнитного потока [61]. Процесс измельчения интенсифицируется в них в результате увеличения числа и силы прямых ударов, введения дополнительных процессов перемешивания и гомогенизации, повышения турбулентности потоков в камере измельчения, а также усиления нагрузок по мере масштабного упрочнения частиц.
В связи с отсутствием методик проектирования создаются устройства, в которых аналогичные технические эффекты достигаются различными сочетаниями их конструктивных признаков. Так, активизация движения мелющих тел в осевом направлении обеспечивается в измельчителе расположением электромагнитов по винтовой линии вокруг рабочей камеры. Аналогичная траектория перемещения ферромагнитной загрузки может быть достигнута в мельнице за счет чередования источников магнитных полей с противоположным направлением вращения.
Определение работы дискового электромагнитного измельчителя-механоактиватора при статическом и ударном воздействии
При достижении v = vкр вся энергия деформации цепочки переходит в кинетическую энергию, которая расходуется на ударное воздействие на продукт. При этом работа, совершаемая при измельчении частиц ударом, будет определяться на основании формулы (m- 1)2 Np
При этом следует учитывать, что формула (3.15) характеризует работу одного ферромагнитного размольного элемента, совершаемую при единичном разрушении структурной цепочки. Для того, чтобы определить работу всех элементов, находящихся в камере в течение всего времени обработки, необходимо определить число разрушений цепочек за один период обращения подвижного диска. При повороте одного из дисков структурная цепочка деформируется (рисунок 3.1). Если в некоторый условно - начальный момент времени прямая, соединяющая ферроэлементы была параллельна силовым линиям поля, то спустя время ДУпрямая отклонится от первоначального положения на угол v = vKp. Сила притяжения, действующая между шарами, сменится на силу отталкивания, а потенциальная энергия, накопленная в деформированной цепочке, перейдет в кинетическую энергию.
Процесс деформации структурной цепочки при повороте подвижного диска на угол : h1 междисковое расстояние; i – расстояние, пройденное окончанием структурной цепочки при повороте диска до разрушения. В связи с многочисленностью факторов, влияющих на траекторию движения ферроэлементов в камере измельчителя - механоактиватора, для упрощения расчетов делается предположение, что ферроэлементы, находящиеся в структурной цепочке, после её разрушения вернутся на свое первоначальное место (т.е. выстроятся в новую цепочку по прямой, расположение которой соответствует условно – начальному моменту времени). Если период одного обращения подвижного диска обозначить Т, то время, по прошествии которого произойдет деформация и разрушение цепочки, будет определяться по формуле Dt = h1 tgjkp , (3.23) w2pr где – текущий радиус (т.е. расстояние от центра диска до прямой, проходящей через любую из цепочек); – угловая частота вращения диска.
Поскольку на разных расстояниях от центра диска линейная скорость различна, а, именно, при увеличении растёт и линейная скорость, то, чем ближе к периферии дисков находится цепочка, тем раньше угол достигнет критического значения. Тем раньше произойдет разрушение цепочки.
Количество разрушений (и, естественно, новых построений), претерпеваемых цепочкой за один период обращения диска, можно найти из выражения q= 2pr . (3.24) h1 tgjkp Если принять во внимание, что количество размольных элементов во внутренней и внутренней частях камеры различно и определяется из условий, П2 "2" "2" "2" "2" Я2 ; N=N-N;NP= (N - N )
Полученная формула описывает фактическое число соударений ферроэлементов, но не раскрывает при этом количество попавших под удары частицсмеси. На вероятность измельчения частиц продукта между размольными элементами в камере механоактиватора влияет целый ряд факторов, определению которых посвящёны следующие исследования.
Воспользовавшись методикой [134], разработанной для барабанных мельниц, можно предположить, что процесс измельчения в дисковом измельчителе – механоактиваторе носит одновременно как случайный, так и статический характер. По аналогии с барабанными мельницами, в дисковом механоактиваторе случайность проявляется в столкновении частиц с размольными элементами, а статичность – в том, что в процессе участвует бесконечное множество частиц и, при этом, они весьма разнообразны по своим физико – механическим свойствам. Предполагается также, что частицы зерна имеют сферическую форму.
Из уравнения видно, что число частиц Ne сравнительно нечувствительно к изменению коэффициентов вероятности к/к2, по этой причине, ими можно пренебрегать в дальнейших расчетах.
На основании вышеизложенного, Л.Ф. Биленко выводит формулу [134], позволяющую определить скорость измельчения продукта в барабанной мельнице с шаровой загрузкой (при этом скорость измельчения пропорцианальна числу частиц в зоне удара, вероятности раздробления частицы, попавшей в зону хотя бы один раз, фактору, ограничивающему свободу движения размольных элементов, когда материала в мельнице много)
Функция (т2/А)2+ \-(т2/Af(i-e-7Я)- определяет вероятность зажатия одной частицы между любым типом поверхностей (вероятность появления одного из двух несовместимых событий равна сумме их вероятностей). И поскольку твердость стальных размольных элементов гораздо больше твердости зерновых продуктов, то Н»\ и тогда функция примет значение равное единице.
Функция [e k N) определяет вероятность дробления частицы, попавшей в зону удара (причем, при увеличении числа частиц в камере она уменьшается). Выражение IpWMl Щ определяет число размольных элементов измельчителе механоактиваторе ( где 1р - доля заполнения камеры размольными элементами, а WM - объем камеры измельчителя ). Функция е"011/2 есть вероятность ограничения свободы движения размольных элементов присутствием материала.
Методика определения дисперсности измельченных компонентов
Структурно-механические свойства характеризуют поведение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжения, деформации или скорости деформаций в процессе приложения усилий. Они не являются «чистыми» константами материала и существенно зависят от формы и размеров тела, скорости нагружения, состояния поверхности, влияния окружающей среды, температуры и множества других факторов.
Из рассмотрения существа процесса, происходящего в ЭДМА, можно заключить, что размольные элементы под действием двух потоков энергии создают достаточно однородное поле силового воздействия на частицы продукта. С увеличением времени обработки все большее число частиц смеси попадает под действие размольных элементов. В результате они разрушаются и переходят в область более мелких фракций. По мере уменьшения среднего размера частиц их прочность и сопротивляемость разрушению возрастает. Одновременно сокращается и вероятность попадания частиц в зону силового взаимодействия. Совместное воздействие этих факторов уменьшает скорость механоактивации материала с течением времени обработки. Для прогнозирования качественного изменения гранулометрического состава продукта в процессе его обработки и ввиду сложности физической картины процесса возникает необходимость проведения экспериментальных исследований.
С целью выявления зависимости изменения гранулометрического состава измельченного компонента кормопроизводства по контролируемым фракциям 10 и 30 мкм от времени измельчения были проведены серии опытов по обработке частиц смеси в аппаратах ЭММА – С, ЭММА – К и ЭДМА [патенты РФ № 2045195 и № 84263] при различных режимах работы. Математической обработкой
На основе принципа независимости измельчения компонентов, зная кинетику измельчения этих компонентов, можно определить уравнение кинетики механоактивации их смеси. «Остатки» фракций размером более 30 и менее 10 мкм при измельчении компонентов определены как сумма «остатков» отдельных компонентов с учетом их доли в смеси. Для двухкомпонентной смеси выражение примет вид
Относительное возрастание затрат энергии при измельчении от степени измельчения D3o= х (0 х 90%) до заданной технологией степени измельчения D3o = 90% определяется только отношением времени измельчения до 90% ко времени измельчения до D3o = х, так как мощность рабочего процесса в ЭДМА при делении сократится.
Из анализа таблицы 5.10 следует, что относительное возрастание затрат энергии при снижении крупности компонентов смеси в типовых рядах аппаратов имеют одинаковые значения, что позволяет моделировать промышленное измельчение в лабораторных условиях (рисунок 5.44) .
Определяющими факторами, характеризующими процесс измельчения кормовых компонентов электромагнитным способом, являются затраты энергии на проведение этого процесса в экспериментально определенном оптимальном режиме работы ЭДМА, при котором выход готового продукта имеет установленную технологическими требованиями степень измельчения при высоком показателе однородности его гранулометрического состава.
Зависимость относительных затрат энергии при измельчении компонентов кормовой добавки электромагнитным способом от содержания готового класса (30 мкм): 1 -смесь компонентов кормовой добавки; 2 - арахисовая шелуха; 3 - какаовелла В качестве характеристики дисперсности продукта целесообразно принять его удельную поверхность, а в качестве характеристики активатора - энергию, передаваемую им единице массы материала, или расход энергии на образование единицы удельной поверхности измельченного продукта. Согласно проведенным исследованиям, если относить затраты энергии, идущей непосредственно на измельчение (энергия, потребляемая ЭДМА с измельчаемым материалом, за вычетом энергии, потребляемой на организацию измельчающего усилия), то зависимость удельной поверхности твердой фазы компонентов от затрат такой полезно затраченной энергии не зависит от массы измельчаемого продукта. Между тем, отсутствие этой зависимости имеет место лишь в том случае, если силовое воздействие размольных элементов превосходит некоторую, характерную для измельчаемого материала величину, минимально необходимую для разрушения самых крупных частиц, т.е. если ЭДМА работает в оптимальных скоростных и электромагнитных режимах.
