Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор 10
1.1. Использование процесса смешивания в промышленности 10
1.2. Классификация типов смесителей 11
1.3. Моделирование процесса смешивания 28
1.4. Экспериментальные методы исследования процесса смешивания и оценка качества смеси 40
ГЛАВА II. Моделирование процесса приготовления многокомпонентных смесей в циркуляционных смеси телях периодического действия ...50
2.1. Некоторые особенности использования аппарата случайных марков ских цепей для описания процесса смешивание-сегрегация 50
2.2. Механизм процесса сегрегации многокомпонентной смеси... .55
2.3. Ячеечная модель процесса смешивания 66
2.4. Послойная модель процесса приготовления многокомпонентных смесей 78
2.5. Механизм пересчета концентраций компонентов по подслоям 86
ГЛАВА III. Моделирование процесса смешивания в цирку ляционных смесителях непрерывного действия .96
3.1. Моделирование процесса смешивания с учетом влияния осевого движения материала во вращающемся барабане 96
3.2. Использование численных экспериментов для оптимизации процесса смешивания сыпучих материалов 117
3.3. Использование численных экспериментов для оптимального проектирования смесительных установок 134
ГЛАВА IV. Экспериментальное исследование процесса приготовления многокомпонентных смесей в циркуляционных смесителях 143
4.1. Использование циркуляционных смесителей в промышленности..Л43
4.2. Описание лабораторной установки для исследования процесса смешивания в периодическом режиме и методики экспериментального исследования 149
4.3. Обработка экспериментальных данных и идентификация параметров математической модели 158
4.4. Методика экспериментального определения склонности к сегрега
ции 164
4.5. Экспериментальное исследование влияния режимных и геометрических параметров на процесс смешивания в периодическом режиме 168
4.6. Исследование процесса приготовления многокомпонентных смесей в периодическом режиме 182
4.7. Экспериментальное исследование характера движения сыпучего материала вдоль оси барабанного смесителя 194
4.8. Экспериментальное исследование характера осевого смешивания в
барабанном смесителе непрерывного действия 203
ГЛАВА V. STRONG Расчет геометрических и режимных параметров циркуляционных смесителей. ..216
STRONG 5.1. Стратегия расчета смесителей периодического и непрерывного действия 216
5.2. Методы повышения эффективности работы циркуляционных смесителей 224
5.3. Методики расчета параметров процесса приготовления многокомпонентных смесей в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия 236
5.4. Новые конструкции и способы получения многокомпонентных сме
сей сыпучих материалов 266
Основные выводы и результаты работы . 286
Список использованных источников
- Классификация типов смесителей
- Ячеечная модель процесса смешивания
- Использование численных экспериментов для оптимизации процесса смешивания сыпучих материалов
- Обработка экспериментальных данных и идентификация параметров математической модели
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в химической и смежных отраслях промышленности используется множество различных типов смесителей для приготовления смесей сыпучих материалов. При создании новых производств вопрос выбора типа смесительного оборудования часто выходит на первое место.
Несмотря на большое разнообразие конструкций, не ослабевает интерес исследователей к циркуляционным смесителям, которые отличаются простотой конструкций, надежностью и высокой производительностью, однако расширение области их применения ограничено тем, что процесс приготовления смесей сыпучих материалов в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия не всегда приводит к получению продукта, отвечающего требуемому качеству, т.е. не достигается заданное значение коэффициента неоднородности смеси VS. Основной причиной низкого качества смеси является сегрегация компонентов при приготовлении смесей из полидисперсных материалов.
В результате многолетнего теоретического и экспериментального исследования процесса смешивания автор пришел к выводу, что процесс сегрегации может не препятствовать, но напротив, способствовать получению высококачественных смесей. Это связано с тем, что в машинах циркуляционного типа имеет место упорядоченный характер движения компонентов и зоны сегрегированного состояния смеси легко прогнозируемы. При длительном смешивании в рабочем объеме смесителя можно выделить две зоны с повышенной концентрацией одного из компонентов. В настоящее время подавляющее большинство работ направлено на уменьшение последствий этого эффекта. В представленной работе выбран противоположный путь решения проблемы: использование эффекта сегрегации для максимальной детерминации движения компонентов и интенсификации процесса смешивания. Было
выдвинуто предположение о том, что если в результате длительного смешивания образуются зоны А и В, причем в зоне А повышенная концентрация ключевого компонента, например мелких частиц, то в начале процесса необходимо обеспечить равномерную загрузку ключевого компонента в зону В и прекратить процесс тогда, когда этот компонент находится на полпути из одной зоны в другую.
Поскольку именно процесс движения частиц во многом определяет интенсивность и эффективность смешивания в циркуляционных смесителях, необходимо с единых позиций рассмотреть характер движения и распределения полидисперсного материала в рабочем объеме. Необходимо также создание определенного аппаратурного оформления, позволяющего управлять протеканием процесса, изменяя регламент загрузки компонентов.
Целью работы является совершенствование работы действующих и создание новых конструкций циркуляционных смесителей для получения высококачественных смесей из полидисперсных материалов. Достижение поставленной цели связано: с исследованием характера движения и взаимодействия сыпучих материалов в рабочем объеме аппарата; созданием математических моделей, адекватно отражающих процессы, происходящие в циркуляционных смесителях; с разработкой методик, позволяющих рассчитать наиболее рациональную работу комплекса дозатор-смеситель; с созданием и апробацией новых конструкций смесителей, позволяющих на практике реализовать особенности проведения процесса, предлагаемые в результате его исследования.
Научная новизна результатов работы.
Установлены общие закономерности движения полидисперсных сыпучих материалов в сложном силовом поле и предложена методология использования эффекта сегрегации для максимальной детерминации движения частиц за счет организации последовательной загрузки компонентов, что позволило с единых позиций рассмотреть процесс смешивания-сегрегации в цир-
куляционных смесителях различных конструкций. Запатентованы новые способы получения многокомпонентных полидисперсных смесей, обеспечивающие заданное качество продукта. Наиболее важными научными результатами являются:
~ физические модели и математическое описание процесса смешивания-сегрегации в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия, учитывающие эффект сегрегации частиц, отличающихся по физико-механическим характеристикам;
методика оценки влияния погрешности дозирования на качество готовой смеси, получаемой в циркуляционных смесителях;
методики расчета геометрических и режимных параметров проведения процесса смешивания компонентов, склонных к сегрегации в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия;
способы и устройства для изучения кинетики процесса смешивания в циркуляционных смесителях, которые позволяют за счет ввода нейтрального материала фиксировать распределение частиц ключевого компонента в циркуляционном контуре при остановке смесителя в заданные моменты времени;
метод и устройство для определения склонности к сегрегации компонентов смесей, отличающихся плотностью и/или размерами частиц;
методики исследования процессов движения и смешивания полидисперсных материалов, основанные на полной замене выделенного объема материала на выбранном участке частицами трассера с теми же физико-механическими свойствами, что и основной компонент, на разных стадиях процесса (в различных сечениях по длине смесителя).
Практическая ценность.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса смешивания-сегрегации в циркуляционных смесителях периодического и не-
прерывного действия, а также методики расчета основных режимных и геометрических параметров процесса, в том числе реализованные в виде математических моделей и программного обеспечения и официально зарегистрированные (свидетельство № 2002612031), позволяют обеспечить получение смеси заданного качества из компонентов, отличающихся размерами и/или удельными плотностями.
В лабораторных и промышленных условиях проверены новые способы и конструкции смесителей, реализующие предложенную концепцию использования эффекта сегрегации для интенсификации процесса смешивания, позволяющие существенно сократить время процесса и обеспечить заданное качество смеси.
Использованные при проведении экспериментов способ и устройство для исследования процесса смешивания-сегрегации (авт. свидГЖ№ 1755905 и 1722550), а. также устройство для определения склонности к сегрегации компонентов смеси (авт. свид. № 1742668) позволили в 2,5-3 раза сократить количество опытов, необходимых для идентификации параметров математических моделей.
Разработанная методика расчета регламента загрузки компонентов позволила существенно сократить время процесса смешивания при обеспечении заданного качества смеси. В частности, результаты промышленных испытаний барабанного смесителя (авт. свид. № 1599073), внедренного в АО Мичуринский завод «Прогресс» для приготовления многокомпонентных смесей из металлических порошков, показали, что время приготовления смеси сократилось с 24 часов до 1,5-4 часов в зависимости от рецептуры при увеличении объема единовременной загрузки в 10 раз. Годовой экономический эффект от внедрения конструкции барабанного смесителя составил 12 тысяч рублей (в ценах 1989 года).
Способ непрерывного приготовления многокомпонентных смесей й устройство для его реализации (патент № 2207900) прошли апробацию на уча-
стке производства «Этрол» ФГУП «Котовский завод пластмасс» и ООО «Ко-товская керамика». Время приготовления смеси сократилось в 2,3 раза. Результаты анализов, проведенных в заводской лаборатории, а также дальнейшее использование полученной смеси при производстве готовых изделий показали, что она соответствует заданному качеству.
Автор защищает:
1. Математические модели процесса приготовления многокомпонентных смесей в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия. 2. Алгоритм оптимизации процесса смешивания сыпучих материалов за счет сближения свойств части основного и ключевого компонентов. 3. Методику, позволяющую оптимизировать работу комплекса смеситель-дозатор.
Результаты экспериментальных исследований влияния режимных и геометрических параметров смесителя на эффективность процесса смешивания.
Методику экспериментального определения склонности к сегрегации для компонентов, отличающихся размерами и/или удельными плотностями частиц. 6. Результаты экспериментального исследования характера движения сыпучего материала вдоль оси барабанного смесителя непрерывного действия. 7. Результаты экспериментального исследования характера осевого смешивания в барабанном смесителе непрерывного действия. 8. Методики расчета рациональных параметров проведения процесса приготовления многокомпонентных смесей в циркуляционных смесителях периодического и непрерывного действия. 9. Новую конструкцию смесителя сыпучих материалов с регулируемой загрузкой компонентов. 10. Новые способ и устройство для непрерывного приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов.
Классификация типов смесителей
Общая классификация смесителей сыпучих материалов представлена в работах [25, 26]. Классификация производится по следующим признакам: 1) физическое состояние рабочей среды; 2) протекание процесса смешивания во времени; 3) природа силового воздействия на частицы; 4) механизм перемешивания частиц; 5) конструкция; 6) способ управления.
На практике для классификации смесителей используют каждый из этих признаков, причем чаще всего комбинацию тех признаков, которые для данных условий расчета, конструирования, эксплуатации наиболее важны.
Классификация основных процессов химической технологии приводится в работе [27]. В разделе механических процессов, скорость которых определяется законами твердого тела, представлены следующие группы: 1) разделение твердых тел; 2) измельчение; 3) смешивание; 4) формообразование; 5) дозирование. Все группы, кроме смешивания, подразделяются на подгруппы, число которых изменяется от двух до семи.
По механизму перемешивания частиц смесители разделяются на циркуляционные, а также объемного и диффузионного смешивания [26]. Для циркуляционных смесителей характерно движение основного потока смешиваемого материала по замкнутому контуру. Соединение отдельных зон рабочего объема смесителя потоком материала в циркуляционный контур может быть последовательным, параллельным или сложным (с рециркуляцией, разветвлением, байпасом и т.д.). Движение материала через зоны обеспечивают либо перемешивающий орган, либо специальные транспортеры.
Используя информационные ресурсы сети Internet, выявлен ряд ведущих производителей смесительного оборудования, предлагающих различные конструкции, созданные на основе современных исследований и разработок в данной области. Широкий диапазон барабанных смесителей различной емко сти представлен компанией FRIGMATRES ENGINEERS fhttp.www.frigmaires.com). Распространение в мире получили V-образные смесители компаний PATTERS ON-KELLEY, HARSCO COMPANY fhttp.www.patkelco.com) и SRUGO Industrial Mixers (http.www.srugo.co.il). Барабанные, V-образные и биконические смесители производит компания PHARMATECH fhttp.www.pharmatech.co.uk). Барабанные цилиндрические смесители, производимые этой компанией, выполнены с осью вращения пер пендикулярной оси цилиндра и наклоненной относительно горизонта. Широ ко представлены биконические, а также барабанные смесители различных типоразмеров компаний MUNSON MACHINERY COMPANY, Inc. (http .www.muns onmachinery. com) и KEMUTEC Group Ltd. (http.www.kemutec.com). Широкое распространение в мире получили червяч но-лопастные смесители компании FRIGMAIRES ENGINEERS fhttp.www.frigmaires.com). В частности, ленточные, плужные, с Z-образными рабочими органами и лопастные двухвальные смесители компании широко применяются в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, в производстве красок и минеральных удобрений. Все типы смесителей могут быть дополнительно снабжены устройствами для внесения жидкости. Тип смесителей с системой внесения жидкости (FDB) и разрушения агломератов в смеси (PMS) предлагает компания FORBERG AS. Для разрушения агломератов используют два вала с радиальными стержнями, размещенными над зоной псевдоожиженного смешивания, а также так называемые "ножи тюльпана", расположенные в нижней части под основными рабочими валами. Широкий диапазон червячно-лопастных смесителей производит компания Н.С. Davis Sons Manufacturing Co., Inc. (http.www.hcdavis.com). Рабочие органы в виде лопатки могут быть выполнены по периферии с зубцами для предотвращения заклинивания между краями лопатки и корпусом смесителя за счет разрушения агломератов, образующихся обычно при смешивании сыпучих материалов с жидкостями. Конструкции ленточных спиралей выполняются различными, в зависимости от свойств смешиваемых материалов и объема рабочей камеры смешения. Получили распространение ленточные и лопастные смесители компании Christy (http.www.chrity-norris.co.uk ), которые в большинстве случаев используются для смешивания вязких материалов. Компания MAP, входящая в группу Wamgroup (http.www.wamgroup.ru), предлагает двухвальные лопастные смесители типа MESC, одновальные ленточные смесители типа WN и WB, плужные и двухшнековые смесители. Отечественным производителем 000 "Стройинформ С", также входящем в группу Wamgroup (http.www.wamgroup.ru ), предлагается ленточный смеситель типа Гк. Рабочий орган этого смесителя выполнен в виде косого геликоида. Большим спросом пользуются червячно-лопастные смесители компании Lowe Industries, Inc. (http.www.lowemixers. com"). Комбинированный рабочий орган этих смесителей представляет собой вал, на котором расположена одна внешняя лента спиральной навивки и ближе к валу находятся лопатки с возможностью изменения угла поворота относительно оси вращения вала. Одним из старейших производителей ленточных и лопастных смесителей является компания HAYS&STOLS Industrial Manufacturing Co., Inc.
Ячеечная модель процесса смешивания
Ячеечная модель процесса смешивания, как впрочем, и послойная модель, начинается с разбивки слоя сыпучего материала в поперечном сечении гладкого вращающегося барабана на ряд элементарных участков.
Методика, позволяющая произвести такое деление по подслоям с определением всех параметров подслоев и ячеек, была ранее разработана для ячеечной модели процесса приготовления двухкомпонентной смеси сыпучих материалов [99, 169].
Ячеечная модель процесса приготовления многокомпонентных смесей основана на этой методике, но имеет ряд существенных отличий, особенно в части осуществления процесса смешивания и, связанного с этим, этапа формирования матриц вероятностей перехода.
Для формирования подслоев и ячеек необходимо воспользоваться зависимостями, характеризующими разделение сыпучего материала на поднимающийся и скатывающийся слои, а также рядом других зависимостей [99].
Зная толщину скатывающегося слоя CN (см. рис. 2.3), можем произвести деление всего материала на ряд подслоев. Их количество можно определить, используя следующее выражение [99] n=CNldmM, (2.8) где d максимальный из диаметров смешиваемых компонентов.
На практике применение этой зависимости в большинстве случаев, (кроме случаев кратности величин CN и dmi%), дает дробный результат. В дальнейших расчетах нельзя использовать дробное число подслоев, участвующих в процессе смешивания, поэтому в качестве числа подслоев используется целая часть полученного числа, а оставшаяся дробная часть равномерно распределяется между всеми подслоями.
Далее по известной методике рассчитываются параметры подслоев, их границы, производится деление подслоев на ячейки и определяется время одного перехода [169].
Поскольку смешивание компонентов происходит только при их движении в скатывающемся слое и носит вероятностный характер, по аналогии с математическим аппаратом случайных марковских процессов, дискретных в пространстве и времени, считаем, что состояние системы, т.е. концентрация компонентов в подслоях, изменяется скачкообразно. Время одного перехода (скачка) AT, равно отрезку времени, за который границу раздела слоев АС (рис. 2.3) пересекают по одному элементарному объему каждого подслоя. Таким образом, для того чтобы рассчитать состояние системы в момент времени Т, необходимо последовательно рассмотреть изменения концентрации ключевых компонентов за к переходов, где к = Т/АТ. Следует особо отметить, что на каждом переходе последовательно реализуются описанные выше фазы обмена частицами ключевых компонентов между всеми ячейками, а количество этих фаз зависит от числа смешиваемых компонентов.
Разработку ячеечной модели приготовления многокомпонентных смесей разберем на примере получения трехкомпонентнои смеси с использованием механизма процесса сегрегации, изложенного во втором разделе этой главы.
Для характеристики содержания всех трех компонентов в одной ячейке необходимо использовать понятие концентрации каждого из компонентов в ячейке [170]. Для трехкомпонентной смеси достаточно использовать величины концентраций двух из них С, " и С2 . Концентрацию третьего компонента в ячейке і в момент времени Т = т AT можно определить по зависимости Сз "" = 1 - (C,w + Са( -"})» (2-9) где т 1,2....
Поэтому, хотя эта концентрация и не будет представлена в формировании матриц, определяющих концентрации компонентов в каждой из ячеек, ее величину для каждой ячейки всегда будет несложно определить.
Для успешного функционирования модели потребуются также коэффициенты Р0п, Р0п, Р023, определяющие вероятность перехода одного из компонентов в ячейку, лежащую ближе к центру циркуляции и содержащую другой компонент.
Первоначальное состояние системы, т.е. содержание исходных компонентов в каждой из ячеек, определяется характером и последовательностыо их загрузки в смеситель.
Согласно данной модели, обмен компонентами может осуществляться только между ячейками, одновременно переходящими из поднимающегося слоя в скатывающийся, т.е. расположенными в поднимающемся слое, одна над другой. Этот факт может навести на мысль, что смешиваемые компоненты будут перемещаться лишь по прямым, соединяющим центр циркуляции с обечайкой в поднимающемся слое и, что отсутствует смещение ячеек, соприкасающихся между собой, в поднимающемся слое. Но вследствие того, что в каждом из подслоев имеется разное количество ячеек, (оно убывает по мере удаления от обечайки барабана к центру циркуляции), за определенный промежуток времени слои, лежащие ближе к центру циркуляции сделают больше оборотов вокруг него и, следовательно, смогут обменивать ся компонентами с различными ячейками подслоев, расположенных ближе к обечайке.
Использование численных экспериментов для оптимизации процесса смешивания сыпучих материалов
Использование циркуляционных смесителей и, в частности, барабанных, для получения смесей сыпучих материалов ограничено, в первую очередь, в связи с негативным влиянием на качество смеси эффекта сегрегации компонентов с разными размерами частиц.
В настоящее время усилия исследователей процесса приготовления смесей сыпучих материалов в основном направлены на разработку новых конструкций и способов, позволяющих уменьшить влияние эффекта сегрегации и некоторые из них, несмотря на очевидные недостатки, позволяют получать более высококачественные смеси [97, 138, 139].
Можно выделить два основных направления снижения нежелательного эффекта сегрегации. Первое - создание конструкций смесителей, позволяющих проводить длительную загрузку наиболее склонных к сегрегации ключевых компонентов, сопоставимую с длительностью проведения процесса. При этом ключевые компоненты загружаются в барабанный смеситель на открытую поверхность циркуляционного контура в процессе его работы [97]. Возможна организация различных регламентов загрузки компонентов смеси. Второе - использование способов приготовления смесей сыпучих материалов из компонентов, склонных к сегрегации [138, 139], сущность которых заключается в том, что смешиваемые компоненты вводят в смеситель в определенной последовательности, в порядке уменьшения размеров частиц или увеличения плотностей.
Использование указанных выше подходов позволяет добиться более равномерного распределения смешиваемых компонентов во внешних и средних подслоях, однако полностью исключить образование ядра сегрегации в области центра циркуляции не удается.
Наличие зоны повышенной концентрации ключевого компонента оказывает отрицательное влияние на качество готового продукта. Возможны два основных способа уменьшения влияния этого негативного эффекта на качество готового продукта.
В первом способе технологическое воздействие на процесс заключается в организации загрузки ключевых компонентов, позволяющей обеспечить получение 90-95 об. % высококачественной смеси при небольшом прогнозируемом проценте бракованной смеси. При этом возможна оценка объема некачественной смеси, расположенной в непосредственной близости от центра циркуляции. В зависимости от рецептуры смеси (особенно при малых количествах ключевого компонента в готовом продукте) объем внутренних подслоев колеблется в пределах 5-10%. Остальное количество смеси при этом имеет вполне приемлемый качественный состав. Если готовая смесь для дальнейшего использования делится на определенные небольшие объемы, например, при таблетировании в порошковой технологии [183], то можно утверждать, что 90-95 об. % готового продукта будут соответствовать требованиям качества. Остальная часть продукта не будет соответствовать качественным параметрам, но при этом объем бракованной смеси будет небольшим и его вполне можно заранее оценить.
Сущность второго способа, позволяющего уменьшить отрицательное воздействие эффекта сегрегации, заключается в отборе зоны повышенного содержания ключевого компонента с тем, чтобы она не оказывала негативного влияния на качество готового продукта. Его наиболее рационально использовать в тех отраслях промышленности, где появление некачественной смеси при дальнейшей переработке смеси недопустимо, например, при производстве таблеток в медицинской промышленности. Поскольку часть ключевого компонента образует зону повышенной концентрации в области цен тра циркуляции, то в наружных подслоях его содержание оказывается несколько заниженным. С целью увеличения концентрации ключевого компонента в наружных подслоях до процентного содержания, соответствующего требованиям регламента, производится увеличенная сверхнормативная загрузка ключевого компонента. При этом сверхнормативное количество ключевого компонента формирует зону повышенной концентрации в области центра циркуляции.
В случае если процесс проводится в периодическом режиме, отбор этой зоны технологически произвести не сложно, т.к. она равноудалена от обечайки барабана по всей его длине. Однако для того, чтобы правильно рассчитать местоположение области центра циркуляции и, особенно, величину объема сверхнормативной загрузки ключевого компонента, необходимо проведение расчетов по математическим моделям процесса смешивания. Данные модели процесса смешивания в барабанном смесителе периодического действия достаточно хорошо разработаны [82, 121]. Наиболее перспективными для описания процессов, реализуемых в циркуляционных смесителях, являются де-терминированно-стохастические модели [17, 25, 115, 167].
Однако исключение негативного влияния зоны повышенной концентрации ключевого компонента на качество готовой смеси при проведении процесса в непрерывном режиме очень сложно. Это связано с технологическими особенностями проведения процесса.
Обработка экспериментальных данных и идентификация параметров математической модели
Любую многокомпонентную смесь можно в первом приближении рассматривать как комбинацию нескольких двухкомпонентных смесей, но при этом необходимо учитывать взаимное влияние всех компонентов смеси друг на друга. Исходя из этого, на первой стадии исследования анализировались двухкомпонентные смеси при проведении процесса смешивания. Основной задачей экспериментального исследования бинарной смеси является идентификация параметров математической модели.
Если известны физико-механические характеристики смешиваемых компонентов, такие, как коэффициенты трения движения и покоя, а также плотности смешиваемых компонентов, которые можно легко определить по имеющимся методикам, то наибольшую сложность вызывает идентификация параметра РО. Это связано с тем, что идентификацию этого параметра можно осуществить, только используя экспериментальные данные, т.е. необходимо неоднократное проведение параллельных экспериментов и расчет по их результатам величины параметра РО.
Для проведения серии экспериментов по исследованию бинарных смесей использовалась лабораторная установка (рис. 4.3). Она представляет собой барабанный смеситель, имеющий максимальный диаметр 0,25 м и длину 0,2 м, в котором возможно ступенчатое изменение скорости вращения и диаметра барабана.
В качестве исходных компонентов для получения бинарных смесей использовались следующие сыпучие материалы: стеклянные шарики, кварцевый песок. Для проведения эксперимента готовилась двухкомпонентная смесь с известной концентрацией ключевого компонента. В нашем случае в качестве ключевого компонента принимался компонент с меньшим диаметром частиц. Затем эта исходная смесь загружалась в барабанный смеситель, который приводился во вращение, через определенный промежуток времени смеситель останавливался, и производилась фиксация циркуляционного контура, как показано на рисунках 4.6, 4.7. На разных расстояниях от обечайки барабана осуществлялся отбор проб точечным способом. При этом объем каждой пробы составлял 10-15 см , после отбора пробы разделялись на отдельные компоненты, которые взвешивались на весах марки ВЛК-500Г-М, с точностью до 0,01 г и рассчитывалась концентрация ключевого компонента в каждой пробе. Оставшуюся после отбора проб смесь делили методом квартования на отдельные порции, в каждой из которых также определялась концентрация ключевого компонента и по методике [194] рассчитывалась дисперсия сізксп Модельные смеси приготавливались с концентрациями ключевого компонента от 0,05 до 0,466. Коэффициент заполнения барабана материалом изменялся от 0,15 до 0,35 от его объема, а угловая скорость вращения изменялась от 0,23 й /& до 0,5 а /а) .
Для обработки экспериментальных данных использовались известные методики [194, 197]. По ним проводилась проверка результатов параллельных опытов по критерию Кохрена.
В качестве примера приведены экспериментальные данные и результаты проверки для смеси, состоящей из кварцевого песка (средний диаметр частиц 0,2 мм) и стеклянных шариков (средний диаметр частиц 0,8 мм) с концентрацией ключевого компонента (кварцевого песка) - 0,466. В данных экспериментах объемная загрузка равнялась 1500 см , а угловая скорость вращения барабана 2,07 сек"1.
Значения концентраций ключевого компонента определялись через 100, 200, 300 секунд с начала вращения барабана. Проводилось 12 серий, в каждой серии проводилось по четыре параллельных опыта. После их проведения рассчитывалось среднеарифметическое значение концентрации для каждой серии С = 1/к ±С9,0 = 1?,..Л), (4.1) где к - число параллельных опытов, проводимых при одинаковых условиях; N - число серий. Оценка дисперсии для каждой серии параллельных опытов S l/( -l) (Cff-Cj\ (4.2) ы Затем производилась проверка воспроизводимости опытов по критерию Кохрена G maxS/zj Sj2. (4.3) При GP Gmildl для уровня значимости Р=0,05, опыты считаются воспроизводимыми, а оценки дисперсии - однородными. В нашем случае (3 =0,198, W, =0,326. Аналогичная проверка на адекватность дисперсии проводилась для всех остальных серий опытов.
В дальнейшем, по результатам серий опытов, в которых смесь приготавливалась из одинаковых компонентов, по методике, изложенной в работе [81], находили оптимальное значение Р0. Для опытов, проводимых с использованием смеси кварцевого песка и стеклянных шариков значение Р0 равнялось 0,128.
Похожие диссертации на Методы расчета и совершенствование конструкций циркуляционных смесителей, обеспечивающих заданное качество смеси
