Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние, направление развития техники и технологии классификации тонких и сверхтонких порошков
1.1 Анализ конструктивных решений воздушных сепараторов 11
1.2 Конструкция нового сепаратора 24
1.3 Анализ существующих методик расчета 27
1.3.1 Анализ методик расчета границы разделения 27
1.3.2 Анализ методики расчета к.п.д. сепаратора 30
1.3.3 Анализ методики определения эффективности разделения 34
1.4 Выводы 39
ГЛАВА 2. Математическая модель фракционирования порошков в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения
2.1 Исходные уравнения 41
2.1.1 Гидродинамическое поле 41
2.1.2 Силы, действующие на частицу 49
2.1.3 Уравнение движения частиц 50
2.2 Траектория частиц 51
2.2.1 Безразмерное уравнение движения 51
2.2.2 Решение уравнения движения 53
2.2.3 Анализ траекторий частиц 60
2.3 Разделение тонких порошков 65
2.3.1 Необходимые условия выноса мелких частиц 65
2.4 Выводы 76
ГЛАВА 3. Методика проведения экспериментальных исследований
3.1 Основные положения экспериментальных исследований 78
3.2 Экспериментальное оборудование и средства контроля 81
3.3 Характеристика исследуемого материала 91
3.4 План многофакторного эксперимента 92
3.5 Выводы 95
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения .
4.1 Многофакторный статический анализ показателей эффективности работы центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения 97
4.2 Исследование влияния основных параметров на эффективность процесса сепарации в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения 99
4.3 Определение оптимальных параметров процесса классификации в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения 121
4.4 Выводы 127
ГЛАВА 5. Апробация центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения в промышленных условиях
5.1 Разработка инженерной методики расчета центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения 129
5.2 Промышленное внедрение 132
5.3 Расчет экономической эффективности 137
5.4 Выводы 140
Основные результаты и выводы 141
Литература 143
Приложения 153
- Анализ методики определения эффективности разделения
- Необходимые условия выноса мелких частиц
- Экспериментальное оборудование и средства контроля
- Исследование влияния основных параметров на эффективность процесса сепарации в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в строительстве и в производстве строительных материалов все больше требований предъявляется к составу бетонной смеси, который должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.) за счет применения добавок.
Большое практическое значение имеет ускорение твердения бетона как в естественных условиях, так и при тепловой обработке. Это способствует сокращению энергетических и материальных ресурсов, повышению производительности. Наиболее эффективными ускорителями являются хлористые добавки, имеющие существенный недостаток, - повышение коррозии арматуры. Перспективным в данном направлении является разработка и применение безхлоридных добавок с высокой интенсифицирующей твердение способностью (например, порошок отсева дробленного щебня).
Основная» проблема получения тонкодисперсного порошка отсева дробленного щебня связана: с отсутствием высокоэффективных сепараторов. Анализ существующих конструкций сепараторов и основных направлений их совершенствования показал, что рабочий процесс в них изучен недостаточно. Не выявлено влияние определяющих режимных и конструктивных параметров на характеристики разделения. Нет теоретически обоснованной инженерной методики расчета. В тоже время опыт работы показывает, что имеются существенные резервы повышения эффективности классификации.
Таким образом разработка и внедрение нового высокоэффективного сепаратора для получения тонкодисперсного порошка отсева дробленного щебня является актуальной научной и практической задачей.
Тематика работы соответствует одному из научных направлений Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова «Разработка технических средств и методов расчёта для повышения эффективности классификации тонкодисперсных порошков в ПСМ».
Как известно, интенсивность или эффективность большинства технологических процессов, использующих материал в порошкообразном состоянии, увеличивается с ростом величины его удельной поверхности.
С изменением характерного размера порошка поведение его частиц обнаруживает качественно новые стороны. Чрезвычайно развитая удельная поверхность особо тонких порошков приводит к появлению различных форм ее активности, в частности к образованию агломератов частиц, которые появляются благодаря поверхностным силам и силам аутогезии [ 1,5,6,7,8,9]. Это приводит к снижению производительности мельничной установки и ухудшению работы классифицирующего оборудования, т.к. происходит залипание частичек на внутренней поверхности корпуса сепаратора [4]. В то же время большое содержание крупных частиц в готовом продукте, например, в химической промышленности при производстве фосфорных удобрений -ухудшает условия грануляции, в цементной промышленности — снижает марку цемента, в теплоэнергетике, использующей твердое топливо - снижает к.п.д. парогенератора и т.д. [15,16,17,18]. Таким образом, задачами сепаратора являются, во-первых, - максимально полное извлечение мелких, пригодных для использования частиц в готовый продукт, во вторых, - возврат на домол крупных частиц, засоряющих готовый (тонкий) продукт.
Несмотря на давнее и широкое применение классификаторов пыли, в частности центробежных сепараторов воздушно - проходного типа, рабочий процесс в них изучен недостаточно. Не выявлено влияние определяющих режимных и конструктивных параметров на характеристики разделения. Нет теоретически обоснованной методики расчета. В тоже время опыт работы показывает, что имеются существенные резервы повышения эффективности классификации. Перечисленное, позволяет сделать вывод об актуальности данной проблемы и определяет цель настоящей работы: совершенствование конструкции, повышение эффективности процесса классификации порошков в центробежном сепараторе, разработка методики расчета его основных параметров.
Поскольку явления в газодисперсной среде значительно сложнее, чем в однофазной жидкости, при исследовании процесса сепарации пыли эксперимент должен играть особенно важную роль.
В ряде практически важных случаев возможно создание математической модели процесса (системы дифференциальных уравнений), которая, отличаясь, в силу принятых допущений, от реального процесса позволяет получить как некоторые интегральные эффекты, так и изучить детали исследуемого процесса движения частиц в широком диапазоне изменения определяющих параметров.
Численные методы при использовании современной вычислительной техники дают возможность существенно снизить число принимаемых упрощений и повысить достоверность получаемых результатов. Надежность полученной модели к степени адекватности ее реальному процессу позволяет дополнить математическое описание и применять его для расчета оптимизации аппаратов.
Цель работы. Разработка технических средств и методов расчёта для повышения эффективности классификации отсева щебня в центробежных сепараторах.
Достижение этой цели осуществляется путем решения комплекса задач:
На основе исследования физических процессов движения частиц порошка в вихревом потоке, сепаратора разработать математическую модель процесса классификации в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения;
Разработать новую конструкцию высокоэффективного центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения;
Выполнить натурные экспериментальные исследования процесса классификации отсева дробленного щебня в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения с применением матричного планирования для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров аппарата и уточнением результатов теоретических исследований;
Разработать план, программу и методику проведения экспериментальных исследований;
Определить влияние исследуемых факторов на производительность сепаратора, удельную поверхность готового продукта и на эффективность разделения;
Апробировать в производстве патентно-новую конструкцию центробежного сепаратора центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения для классификации отсева дроблёного щебня.
Научная новизна
1.1 усовершенствована математическая модель движения частиц
классифицируемого материала в центробежном сепараторе с закруткой
воздушного потока, которое, в отличие от известных, может быть оценено на
основе детерминированных моделей последовательного движения частиц в
прямоточном циклоне и в плоском сепараторе;
1.2 получено аналитическое соотношение, определяющее траекторию
движения частиц потока в вертикальном восходящем спиральном потоке с
затухающей осевой скоростью воздуха; на основе комплекса теоретических
исследований получены результаты решения уравнений динамики частиц
КруПНОСТЬЮ d4 <, Юмкм ;
1.3 получено соотношение для определения частоты вращения ротора в
зависимости от отношения критических диаметров частиц и от конструктивных
и технологических параметров сепаратора.
Автор защищает.
Математическую модель движения частиц классифицируемого материала в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения с закруткой воздушного потока.
Аналитические соотношения, определяющие траекторию частиц потока в вертикальном восходящем спиральном потоке с затухающей осевой скоростью воздуха.
Приближенные решения уравнений динамики частиц, характеризующиеся малой погрешностью (<3% при ач <,юмкм).
Регрессионные модели, определяющие влияние основных факторов, обуславливающих протекание процесса сепарации, на производительность сепаратора, удельную поверхность получаемого продукта и на коэффициент эффективности разделения.
Инженерную методику расчета сепаратора.
Патентно - чистую конструкцию сепаратора.
Практическая ценность. Разработана методика расчета и соответствующего программного обеспечения определения основных технологических и конструктивных параметров процесса сепарации и рекомендации по выбору рационального технологического режима работы центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения для классификации отсева дробленного щебня, обеспечивающего эффективность разделения за счет замены существующего ротора сепаратора на ротор с регулируемым углом поворота лопастей в конструкции центробежного сепаратора.
По результатам работы разработана новая конструкция центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения, защищенная патентом Р.Ф. внедрение которой позволило при неизменной производительности повысить эффективность разделения на 20%.
Внедрение результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса сепарации, методики расчета рациональных конструктивных и режимных параметров, разработанный вариант центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения производительностью до 0,5 т/ч внедрены в производство на ОАО «Завод ЖБК - 1» г. Белгород.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно
- практических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова:
Международной научно - практической конференции «Проблемы производства
и использования мела в промышленности и сельском хозяйстве» в 2001 г.,
Международной научно - технической конференции «Образование, наука,
производство» в 2001 г., Международной научно - практической конференции
«Современные технологии в промышленности строительных материалов и
стройиндустрии:» в 2003 г., Международной интернет - конференции
«Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных
материалов и стройиндустрии» в 2003 г., Международной интернет -
конференции «Технологические комплексы, оборудование предприятий
строительных материалов и стройиндустрии» в 2004 г., Международной научно
- технической конференции «Образование, наука, производство» в 2004 г.
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 печатных работ, получен патент РФ.
Структура и объем работы. Работа включает 201 страниц, в том числе 152 страниц текста, 10 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 122 наименований и приложения на 49 страницах.
Анализ методики определения эффективности разделения
По сравнению с аналогами, конструкция имеет ряд преимуществ: повышенная эффективность сепарации за счет предотвращения залипання на внутренней поверхности корпуса сепаратора разнодисперсных сыпучих материалов с различной плотностью, а также разрушения скоплений пыли и агломератов в воздушном потоке. К недостаткам данной конструкции следует отнести, прежде всего то, что при работе сепаратора создается большой турбулентный поток, в результате которого нет четкого разделения материала за счет создания вихревых потоков и колебания транспортирующего (рабочего) агента.
Проведенный анализ конструкций конструктивных решений сепараторов появившихся в последнее время позволил установить, что отсутствуют высокоэффективные машины, которые были бы предназначены для малотоннажного производства, выделения сверхтонких порошков, просты по своей конструкции и не сложны в эксплуатации, на наш взгляд решить данную проблему можно путем создания ротора сепаратора с регулируемым углом поворота лопаток.
Новая конструкция центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения, работающая как в автономном режиме, так и в комплексе с помольными агрегатами защищена патентом по заявке на изобретение РФ № 2004114161 от 16.06.2004 г [54].
Конструкция относится к технике разделения тонкодисперсных материалов и может найти применение в промышленности строительных материалов, химической, горнорудной и других отраслях народного хозяйства. По сравнению с аналогами, конструкция при равной с традиционными сепараторами производительностью обладает большей эффективностью за счет замены существующего ротора сепаратора на ротор с регулируемым углом поворота лопастей, с помощью изменения угла наклона (50н-90 ) которых можно регулировать значение производительности и качество получаемого продукта.
Сепаратор работает следующим образом: исходный продукт подаётся на сепарацию через патрубки, в предполагаемой конструкции два патрубка удаленных от вертикальной оси сепаратора на расстояние, превышающее радиус ротора. Падая вниз, материал попадает в зону действия ротора. Ротор при вращении создает в замкнутом цилиндрическом корпусе, вращающийся воздушный поток. Частицы материала, попадая в воздушный поток, приобретают центробежное ускорение, отбрасываются на стенки корпуса, теряют скорость и осыпаются по конической части в узел отвода крупной фракции. Боле тонкие частицы, дойдя до вращающегося ротора, отбиваются радиальными лопастями и следуют тем же путем, и только лишь наиболее тонко измельченные порошки проходят во внутреннее пространство ротора и потоком прокачиваемого воздуха по выходному устройству для отвода пылевидной фракции уносятся в пылеулавливающие устройства. Крупные частицы материала, не прошедшие через внутреннее пространство ротора, отбрасываясь на стенки корпуса, увлекают за собой часть тонкодисперсной фракции и осыпаются по конической части в узел отвода крупной фракции, откуда попадают в камеру смешивания материала. В камере смешивания материала происходит перемешивание частиц материала за счёт подачи воздушного потока через отводные патрубки.
Пылевоздушная взвесь, образующаяся за счет взаимодействия воздушного потока, выходящего из отводных патрубков и частиц материала, осыпающиеся по конической части в узел отвода крупной фракции, поднимается из камеры смешивания в зону действия ротора, где повторно классифицируется. Вследствие чего ранее увлекаемая крупными частицами материала, тонкодисперсная фракция классифицируется и, проходя через ротор, уносится в пылеулавливающие устройства по выходному устройству для отвода пылевидной фракции, стенки корпуса, увлекают за собой часть тонкодисперсной фракции и осыпаются по конической части в узел отвода крупной фракции, откуда попадают в камеру смешивания материала . В камере смешивания материала происходит тщательное перемешивание частиц материала за счёт подачи воздушного потока через отводные патрубки, в предполагаемой; конструкции четыре патрубка, каждый из которых направлен вверх, под углом 45, относительно горизонтальной и вертикальной осей симметрии камеры смешивания материала, что позволяет направить воздушный поток в камере смешивания материала, тангенциально и вверх, тщательно перемешивая материал с воздухом, подающимся через отводные патрубки.
Пылевоздушная, взвесь, образующаяся за счет взаимодействия воздушного потока, выходящего из отводных патрубков и частиц материала, осыпающиеся по конической части 6 в узел отвода крупной фракции, поднимается из камеры смешивания в зону действия ротора, где повторно классифицируется. Вследствие чего ранее увлекаемая крупными частицами материала, тонкодисперсная фракция классифицируется и, проходя через ротор, уносится в пылеулавливающие устройства по выходному устройству для отвода пылевидной фракции. В свою очередь крупная фракция материала, оседающая в усеченной конусной части, узла отвода крупной фракции удаляется из технологического процесса.
Таким образом, конструкция предполагаемого сепаратора с турбинной зоной разделения, позволяет получать порошки с заданной величиной гранулометрического состава в пределах до 10 мкм, за счёт замены существующего ротора сепаратора на ротор с регулируемым углом поворота лопастей. Эффективность разделения возрастает до 75-80%.
Необходимые условия выноса мелких частиц
Цилиндрическая поверхность радиусом х = хкр, являясь асимметрической поверхностью разделяет общий поток частиц входящих в зазор на два потока. Справа от цилиндра имеет место поток частиц, перемещающихся под действием преобладающих аэродинамических сил к внешней поверхности цилиндра. Второй поток, слева от цилиндра, состоит из частиц, которые, за счет преобладающих центробежных сил, устремляются к внутренней поверхности этого цилиндра. Асимптотический характер траекторий ведет к коагуляции частиц и выпадению их в нижнюю часть сепаратора, т.е. к возникновению внутреннего рецикла частиц, уменьшающего вынос тонкого продукта. Однако рецикл частиц возникает и в межлопаточном пространстве. Внутренний рецикл исчезает для частиц имеющих хкрз хр. Даже если размер частиц меньше дкр], они могут образовать рецикулирующий поток, если начальное положение хн - хр. Осаждаясь на нижний диск, частицы за счет центробежных сил сбрасываются в восходящий поток воздуха, поступающего из нижней части сепаратора, подхватываются им и снова поступают в зазор между лопатками и корпусом ротора. 1.Процессы сепарации в центробежном сепараторе с закруткой воздушного потока могут быть оценены на основе детерминированных моделей последовательного движения частиц в прямоточном циклоне и в плоском сепараторе. 2. Аэродинамическое поле спирального газового потока в сепараторе с достаточной для практики точностью может быть найдено применением качественного метода с соблюдением закона неразрывности для механики сплошных сред. З.В силу конструктивных особенностей, а именно наличия конического прямоточного циклона и емкой камеры между лопастями и корпусом ротора, восходящий вихревой поток имеет затухающий характер осевой и радиальной скорости, что повышает надежность сепарации частиц. 4.Найдены аналитические соотношения, определяющие траекторию частиц потока в вертикальном восходящем спиральном потоке с затухающей осевой скоростью воздуха. Получены приближенные решения уравнений динамики частиц, погрешность которых по сравнению с численным интегрированием исходных дифференциальных уравнений динамики не превышает 3 % , для частиц крупностью d4 Юмкм. 5.Траектория частиц в сепараторе носит явно выраженный характер раскрученной спирали. При этом в конической части сепаратора из - за действия центробежных сил возникает рецикл частиц, крупность которых соразмерна с диаметром частиц достигающих равновесную плоскость. Зону рецикла можно уменьшить, понизив конусность циклонной части сепаратора. 6.В роторной части из - за действия центробежных сил и сил тяжести рецикл частиц может возникнуть, как в форкамере, так ив лопастном пространстве. 7.Найдено соотношение (2.170) для определения скорости вращения ротора в зависимости от отношения критических диаметров частиц и от конструктивных и режимных параметров сепаратора. 8.Показано, что увеличивая высоту ротора и уменьшая конусность, можно снизить число оборотов ротора и тем самым сократить энергозатраты на сепарацию частиц. Методику проведения экспериментальных исследований по получению тонкодисперсных порошков отсева щебня в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения определяют поставленные ранее перед нами задачи. При этом она включает в себя необходимость решения следующих вопросов: - разработка и изготовление экспериментальной установки для изучения технологических параметров вихревых потоков и факторов, влияющих на протекание процесса измельчения; - установление параметров, подвергающихся изменению и контролю при проведении экспериментальных исследований; - выбор критериев оценки конечных результатов процесса классификации; - выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней и интервалов варьирования исследуемых параметров процесса; - определение показателя качества получаемого продукта измельчения - величины удельной поверхности. Исследование протекания газодинамических процессов связано со значительными трудностями. Трудности, в первую очередь, обусловлены отсутствием надежных и безопасных методов и приборов контроля над двухфазными потоками, скорость которых может достигать до 30 м/с. Как правило, в этом случае используют или изотопный или лазерный метод контроля. Однако оба этих метода связаны с повышенной опасностью для здоровья человека, значительной дороговизной и сложностью технической реализации. Поэтому в данной работе предлагается исследовать процессы, протекающие в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения в два этапа. На первом этапе произвести статистический анализ показателей эффективности работы центробежного сепаратора с целью найти количественное влияние на показатели эффективности его работы следующих факторов: частоты вращения ротора; объем прокачиваемого воздуха через вентилятор аспирации; угол наклона лопаток ротора; объем подачи обратного воздуха в сепаратор .
Также следует выявить их удельный вес в совокупном влиянии всех факторов, выделить влияние наиболее существенных из них. Данные исследования следует произвести при различных комбинациях параметров, подвергаемых изменению.
На втором этапе необходимо произвести экспериментальные исследования, по классификации отсева щебня в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения, применяя метод наложения полученных на первом этапе данных при тех же комбинациях изменяемых параметров, с использованием критериев оценки результатов процесса сепарации.
Экспериментальное оборудование и средства контроля
При решении подобных задач полученные результаты в значительной степени зависят от качества исходной информации, на основании которой проводится исследование. К исходным данным предъявляются следующие требования: во-первых, они должны быть достоверными; во-вторых, исходные данные должны выражаться однозначно некоторым числом; в-третьих, исходные данные должны быть достаточными по количеству. На наш взгляд, всем этим требованиям удовлетворяют результаты работы [83], которые легли в основу корреляционного и регрессивного анализа эффективности работы центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения.
Рассмотренные показатели эффективности работы центробежного сепаратора сформировались под влиянием множества различных факторов, к главным факторам были отнесены: частота вращения ротора, объем воздуха, проходящего через вентилятор аспирации, угол наклона лопаток ротора, объем обратного воздуха, возвращенного в сепаратор.
По результатам проведенного математического анализа трех показателей его работы: производительности, удельной поверхности, эффективности разделения были получены уравнения регрессии для каждого из признаков. Для анализа уравнений регрессии использовались не только коэффициенты, но и частные коэффициенты эластичности, позволяющие устранить различия в единицах измерения факторов. Кроме этого использовалась система других статистических характеристик: для сравнения степени колеблимости по факторам, имеющим различные единицы измерения, применялся коэффициент вариации и /?-коэффициенты, с помощью которых проводился анализ влияния на показатели эффективности факторов с учетом различий в уровне их колеблимости [57].
Однако группа регулируемых факторов отнюдь не исчерпывается этими факторами. Существенное влияние на характер работы центробежного сепаратора оказывают его конструктивные параметры. В силу конструктивных особенностей, а именно наличия конического прямоточного циклона и емкой камеры между лопастями и корпусом ротора, восходящий вихревой поток имеет затухающий характер осевой и радиальной скорости, что повышает надежность сепарации частиц.
Анализ, вышеперечисленных параметров, позволяет найти аналитические соотношения, определяющие траекторию частиц потока в вертикальном восходящем спиральном потоке с затухающей осевой скоростью воздуха и получить приближенные решения уравнений динамики частиц, погрешность которых по сравнению с численным интегрированием исходных дифференциальных уравнений динамики не превышает 3 %, для частиц крупностью 8 10мкм.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что одной из основных задач расчета центробежных сепараторов является определение рациональных решений конструктивных элементов, важнейшим из которых является ротор центробежного сепаратора с турбинной зоной разделения с регулируемым углом поворота лопастей. В этой связи нами предложен и апробирован экспериментально вариант конструктивного решения ротора центробежного сепаратора, а также подтверждена правильность выбора варьируемых факторов многофакторного эксперимента.
После выбора типа модели и плана эксперимента, перед непосредственным проведением опытов, необходимо решить вопрос о значениях факторов, не включенных (на. основе априорной информации) во входные, но оказывающих некоторое влияние на значения выходных параметров, о кратности опытов, порядке их проведения, о методах статистической обработки результатов экспериментов. К факторам, влияющим на выходные параметры, но не включенным во входные, относятся: гранулометрический состав исходного материала, его физико - механические свойства, влажность газа - энергоносителя и аспирационный режим. Конкретные значения этих факторов при проведении эксперимент диктовались возможностью их осуществления в конкретных условиях. Подаваемый на сепарацию материал - отсев щебня, подвергался предварительному рассеву на сите -1 мм . Во всех экспериментах использовалась фракция -1 Н- О мм. Аспирационный режим был выбран из условия изменения скорости воздушного потока на выходе из патрубка проходного центробежного сепаратора и поддерживался соответствующим выбором частоты вращения ротора вентилятора высокого давления. Для компенсации влияния систематических ошибок опыты проводились в случайной последовательности. В нашем случае, в связи со сложностью переоборудования экспериментальной установки и для сокращения времени проведения экспериментов, применялась частичная рандомизация опытов во времени. Рандомизация опытов в каждой серии проводилась раздельно. Последовательность опытов определялась по таблице случайных чисел.
Исследование влияния основных параметров на эффективность процесса сепарации в центробежном сепараторе с турбинной зоной разделения
Полученные уравнения регрессии, связывающие ряд технологических параметров процесса классификации со значениями входных параметров, позволяют оптимизировать, в каком либо смысле, этот процесс. То есть из всех возможных значений входных параметров выбрать те, при которых процесс классификации протекает наиболее эффективно. Для решения задачи оптимизации процесса предварительно необходимо сформулировать критерий оптимальности, другими словами дать количественную оценку эффективности процесса при тех или иных значениях регулируемых параметров. Исходными данными этой задачи являются уравнения регрессии Q = F{np,Vnp,aJl,Vo6), 8 = Е{пр,Упр,ал,Уоб), 122 є = F[n ,V ,алуУоб)і выступающие как функции цели, зависящие от четырех переменных (частота вращения ротора сепаратора п ,мин 1; объем прокачиваемого воздуха через вентилятор аспирации V ,м3 /ч; угол наклона лопаток ротора а,град; объем обратного воздуха, возвращенного в сепаратор Уоб,м3 /ч). В ходе анализа, вышеперечисленных уравнений регрессии, были получены рациональные параметры процесса классификации: частота вращения ротора пр =800-г900 мин , объем прокачиваемого воздуха через вентилятор аспирации Vnp =212-7-220 лг /ч, угол наклона лопаток ротора or=68 -75 объем обратного воздуха, возвращенного в сепаратор Vo6 =102-Ї-105 мг/ч. Поскольку полупромышленная установка, являясь геометрически подобной промышленным аппаратам, динамическим подобием не обладает, нас интересовали не абсолютные значения входных факторов, а тенденции их изменения при изменении требований к результатам или технологическим параметрам процесса классификации. С учетом указанного допущения был выбран тип функции F, организованы численные расчеты и построены графические зависимости при помощи разработанного программного обеспечения (приложение 5). В качестве критерия оптимальности нами была выбрана следующая функция: где к\, к2, к3 - весовые коэффициенты, регулирующие значимость (вклад) того или иного слагаемого и учитывающие различие в абсолютных значениях и размерностях соответствующих величин; 123 Q - производительность сепаратора, рассчитываемая по уравнению регрессии, кг/ч; Qo - требуемая производительность сепаратора, кг/ч; 5 - величина удельной поверхности получаемого продукта, рассчитываемая по уравнению регрессии, см /г; So - требуемая величина удельной поверхности получаемого продукта, рассчитываемая по уравнению регрессии, см2/г; 6 - эффективность сепарации, %. Поиск экстремума осуществлялся путем минимизации функции Р\пр,Упр,ал,Уоб\ методом координатного спуска [102], при этом выполнялись следующие требования: значения производительности, удельной поверхности, эффективности разделения должны стремиться к максимуму: ( 2 — max, S - max, є -» max) (4.8) За счет выбора значений коэффициентов kj, & , кз было рассмотрено несколько типов F-критериев оптимальности, имеющих качественные отличия. Результаты серии расчетов (приложение 5) приведены на рис. 4.9-4.12. Расчеты выполнены при следующих условиях: Значение критерия оптимальности F=68048241596000.00, k,=3.0000000000E+0,9, k2=1.0000000000E+00, k3=3.0000000000E + 0,2, Qo =500 кг/ч, So l 1000 см /г для значений ()-»max, S- max, e max). Как следует из рисунков, своих максимальных значений функции отклика 0=349.О99кг/ /, 5=7 879.626см2/г, =58.089% достигают при частоте вращения ротора и „=802,00 мин , объеме прокачиваемого воздуха через вентилятор аспирации F =219,80 м Іч, угле наклона лопаток ротора а =73,9 , объеме обратного воздуха, возвращенного в сепаратор Vo6 =104,95 м /ч. Из рис.4.9 видно, что большая производительность достигается при работе сепаратора с частотой вращения ротора п „=600 мин . Однако в этом случае резко снижается удельная поверхность и эффективность разделения, т.е. если по условиям качества не требуется ее высокая степень, то предпочтителен вариант работы установки с более низкой частотой вращения ротора. На рис. 4.10 видно, что уменьшение объема прокачиваемого воздуха через вентилятор аспирации приводит к увеличению производительности Q и уменьшению параметров удельной поверхности тонкого материала S и эффективности разделения є, что является не целесообразным. При увеличении угла наклона лопаток ротора а,, производительность Q начинает плавно увеличиваться, однако в результате этого явления происходит постепенное снижение показателей удельной поверхности S и эффективности разделения є (рис.4.11). О причинах этого явления говорилось выше. Проводя анализ рис.4.12 можно сказать, что увеличение подачи объема обратного воздуха в камеру смешивания оказывает положительное влияние на значение производительности Q и как следствие, это отрицательно сказывается на параметрах удельной поверхности S и эффективности разделения є. Это объясняется увеличивающимся проникающим эффектом частиц грубых фракций в тонкий продукт.
