Введение к работе
Актуальность работы. Одними из важнейших направлений в промышленности строительных материалов и строительстве являются: применение композиционных отделочных материалов с высокой заводской готовностью; использование лаков, красок, обладающих большой покрывной способностью; применение пластмасс для изготовления широкой гаммы изделий, обладающих высокой прочностью.
Получение отделочных материалов, пластмасс, линолеума и других строительных материалов, обладающих высокими потребительскими качествами возможно на основе применения составляющих компонентов, размер частиц которых менее 5 мкм.
Как у нас, так и за рубежом в качестве таких компонентов наиболее широкое применение нашли мел, мрамор и различные пигменты с размером частиц менее 5 мкм.
В состав технологии получения таких порошков кроме сушки и измельчения обязательно входит процесс классификации.
Наибольшее распространение получили центробежные сепараторы различных модификаций. Многолетний опыт эксплуатации таких сепараторов показал, что достаточно эффективно они работают при классификации порошков с размером частиц до 20 мкм. При классификации порошков с размером частиц менее 20 мкм происходит, ввиду значительной адгезии, их агломерация, причем получаются достаточно прочные агломераты, которые требуют дополнительной операции по их дезагломерации в специальных устройствах по сухому, либо мокрому способу.
В связи с этим проблема создания сепараторов для классификации порошков особенно слипающихся пылей из мела, глины, пигментов, мрамора является весьма актуальной и сдерживает работы по производству высококачественных отделочных материалов.
Тематика работы соответствует одному из основных научных направлений Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова «Разработка технических средств и методов расчета для повышения эффективности классификации тонкодисперсных порошков в ПСМ».
Рабочая гипотеза - повысить эффективность процесса классификации мелкодисперсных слипающихся порошков в центробежном сепараторе можно путем организации в зоне разделения динамического воздушного потока с переменным полем скоростей.
Научная идея - необходимо исследовать такие режимы процесса классификации, при которых в зоне разделения сепаратора в течение одного цикла режим воздушного потока существенно изменяет свои скоростные параметры, что в целом изменяет условия процесса классификации.
-?
Цель работы - создание центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне разделения для классификации мелкодисперсных порошков размером менее 20 мкм; определение рациональных режимов его работы; разработка методики расчета основных параметров.
Задачи исследований.
-
Провести всесторонний анализ научных работ и конструкций центробежных сепараторов для классификации мелкодисперсных порошков.
-
На основе исследования физических процессов движения частиц порошка в двухфазном вихревом потоке разработать математическую модель процесса классификации в центробежном сепараторе с переменным полем скоростей в зоне классификации.
-
Разработать конструкцию центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне классификации, определить основные факторы и параметры оптимизации режимов его работы.
-
Разработать план, программу и методику проведения экспериментов; определить уровни варьирования факторов на основе поисковых экспериментов.
-
Осуществить на лабораторном стенде экспериментальные исследования центробежного сепаратора с целью установления рациональных режимов его работы при классификации порошков с размером частиц менее 20 мкм.
-
Определить влияние факторов на параметры оптимизации, осуществить оптимизацию уровней факторов при Q—»max; N-»min.
7. Внедрить результаты работы в производство и учебный процесс.
Шумная новизна.
-
Получены аналитические уравнения для построения поля скоростей потока энергоносителя в конической и цилиндрической части сепаратора, учитывающие его конструктивные и технологические параметры.
-
Установлена взаимосвязь скоростей энергоносителя в зоне диспергирования для центробежного сепаратора со смещенным ротором от его конструктивно-технологических параметров.
-
Разработана структурная схема и рассчитаны режимные параметры частицы в двухфазном потоке, позволяющие определить скоростные характеристики процесса классификации порошка методом малого параметра.
-
Получены уравнения для расчета траектории движения частицы в динамическом сепараторе со смещенным ротором с учетом режима его работы.
Практическая ценность работы. Разработана методика расчета и соответствующее программное обеспечение по определению конструктивных и технологических параметров центробежного сепаратора с переменным полем скоростей в зоне классификации.
На основании результатов исследований разработан принципиально новый центробежный сепаратор, конструкция которого защищена двумя
патентами РФ: № 40606 и положительным решением на выдачу патента по заявке №2004112121. Автор защищает.
-
Аналитические зависимости по определению скоростных параметров энергоносителя в диффузоре и цилиндрической части центробежного сепаратора.
-
Математические зависимости, устанавливающие взаимосвязь скоростей энергоносителя в зоне диспергирования, позволяющие рассчитать конструктивно-технологические параметры сепаратора.
-
Структурную схему по определению режимных параметров частицы порошка, находящейся в двухфазном потоке.
-
Уравнения для расчета траектории движения частицы в динамическом сепараторе со смещенным ротором.
-
Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных моделей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование функций отклика: производительность сепаратора, удельную поверхность и зерновой состав готового продукта; инженерную методику расчета сепаратора.
-
Патентно-чистую конструкцию центробежного сепаратора со смещенным ротором.
Реализация работы. Результаты работы внедрены в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени В Г. Шухова на кафедре механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов, а также в ХГБТУ (Харьков), МГСУ (Москва); на предприятиях ООО «Боникс», ООО «Шебекино мел» при классификации порошка мела и мрамора.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова; международных научно-технических конференциях - «Проблемы производства и использования мела в промышленности и сельском хозяйстве» в 2001г.; «Образование, наука, производство» в 2001г., 2004г.; «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в 2003 г.; международной интернет-конференции «Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных материалов и стройиндустрии» в 2004г.; на заседаниях технических советов ЗАО «Белцемент», ООО «Осколцемент», ООО «Белгородский завод ЖБК-1» в 2001-2004гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 10 печатных работ, получено два патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 112 наименований. Работа изложена на 147 страницах, в том числе 54 рисунка, 6 таблиц.
