Введение к работе
з
Актуальность Значительная часть технологических процессов пищевых и сельскохозяйственных производств, как правило, связана с выделением в атмосферу сухих или капельных частиц. Такие частицы, выброшенные наружу, могут наносить серьезный вред человеку и природной среде
Однако, для ряда отраслей, таких как энергетика, металлургия, химическая и пищевая промышленности и др пневмоклассификация дисперсных материалов имеет не только экологическое значение, но и иную цель - продуктовое использование фракционированных порошков
Создание специализированных устройств и установок пофракционной классификации дисперсных материалов сопряжено с технической сложностью, трудоемкостью, и, как следствие, с большими экономическими затратами
Поэтому разработки специализированных устройств и установок пофракционной классификации дисперсных материалов должно сопровождаться предварительным математическим моделированием
Моделирование процессам пофракционной классификации дисперсного материала является важнейшим этапом при разработке и исследовании соответствующих технологических операций во многих отраслях агропромышленного комплекса, в частности, пищевой промышленности Так, например, в работе полученная модель применяется для получения муки различной сортности высшей с максимальным содержанием белка, первой, второй и тд категорий (используется промежуточный продукт измельчения зерен пшеницы (крупка) с интервалом степени раздробленности 1 2000 мкм)
Тематика диссертации содействует выполнению нормативных требований, предусмотренных «Законом РФ №7 - ФЗ от 10 01 2002 г », а также «ГОСТ 17.3.02-78 Охрана природы Атмосфера, Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями»
Работа выполнялась в соответствии с планом основных направлений на-учнопрактических исследований АлтГТУ им И И Ползунова по темам НИР
№72055240, №79064168, №81071345 и грантам Министерства общего и профессионального образования РФ (2000-2003 г г) по заказу Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере
Цель исследования - разработка математических моделей и оптимизация процессов фракционирования и классификации дисперсных материалов
Объект исследования - технологические закономерности процессов пневмоклассификации дисперсных материалов и их кинетические характеристики
Методы исследования - теоретические методы математического моделирования и экспериментальные методы имитационного компьютерного моделирования
Теоретические методы включали построение полуэмпирических детерминированной и стохастической (с использованием аппарата процессов Маркова) математических моделей пневмосепарационного процесса в конфузорно-диффузорном кольцевом пространстве и отыскание частных решений дифференциальных уравнений в квадратурах.
Нелинейные дифференциальные уравнения с более полным учетом детерминированных и случайных факторов анализировались численно на ЭВМ-УВТ-ТО по методу Рунге-Кутта-Мерсона с автоматическим изменением шага при заданной ошибке счета (второй этап)
Уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова решалось численно «методом прогонки» с применением монотонной неявной схемы 2-го порядка точности
С помощью расчетно-конструктивного метода на основе результатов математического и экспериментального моделирований были получены оптимальные величины кинетических параметров технического устройства, реализующего процесс пневмоклассификации.
В экспериментальных исследованиях использовались методы физического моделирования с целью проверки адекватности теоретических разработок опытным данным.
Результаты экспериментов обрабатывались с применением известных методов математической статистики, в частности «W-критерия». Научную новизну представляют.
математические модели кинетики пневмосепарационного процесса,
методы оптимизации кинетических характеристик процесса пневмо-
классификации, " алгоритм расчета базовых параметров типовых конструкций пневмо-классификаторов,
установленные закономерности влияния на процесс пневмокласси-
фикации детерминированных и случайных факторов,
сформулированные понятия: «эффект-образующая микрочастица»,
«эффективный диаметр микрочастицы», «эффективная длительность процесса», «коэффициент оптимального обращения», «конус набегания», «конус схода» и др , способствовавшие оптимизации процесса пневмоклассификации и его аппаратурного оформления Практическая значимость работы состоит в применении разработанных моделей и численных методов для повышения экономической эффективности, улучшении качества пневмоклассификации дисперсной фазы с целью получения многофракционной конечной продукции (например, муки высшего сорта и муки, обогащенной белком (с дисперсностью микрочастиц 17 мкм и менее)), а также в решении задач охраны окружающей среды, особенно от тонкодисперсных частиц (50 мкм и менее), не улавливаемых известными устройствами
Реализация результатов исследований. Разработанная «методика расчета пневомцентробежных систем для разделения промежуточных продуктов размола» внедрена (04 02 2003г.) в ГУП ОПК ТБ СибИМЭ СО РАСХН
Лабораторный образец пневмоклассификатора используется как учебное пособие студентами на кафедре МАПП (машины и аппараты пищевых произ-
6 водств) АлтГТУ им И И Ползунова в дипломном и курсовом проектировании с
2002г.
Впервые в мировой практике разработан и внедрен (ООО «Поликорн», Мукомольное производство, г Новоалтайск, 2003г) принципиально новый способ (пат, 2002 г) и техническое устройство (пат, 2002г), позволившие решить крупную народнохозяйственную проблему оптимизации пневмокласси-фикационного процесса по фракционированию дисперсного материла на заданное количество составных частей в конфузорно-диффузорном кольцевом пространстве применительно к мукомольно-крупяному производству
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлялись в докладах на Всесоюзной научной конференции «Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшения ассортимента крупы, муки и хлеба» (Москва, 1989 г., октябрь, 19-24, институт Зерна), четвертой научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы техники, технологии хранения и переработки зерна» (Барнаул, АГТУ, 2001г, 12-13, октябрь), шестой республиканской научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии хранения и переработки зерна» (Барнаул, АГТУ, 2002, 18-20, декабрь), на межкофедральных семинарах в МГУТУ (декабрь 2003 и февраль 2006)
Основные результаты, выносимые на защиту:
необходимые и достаточные признаки процесса пневмоклассификации в кольцевом пространстве,
критерий устойчивости (по Ляпунову) движения взвешенной в ламинарном потоке микрочастицы, используемый в математической модели процесса пневмоклассификации;
установленные закономерности влияния на пневмосепарационный процесс: сил поля давлений, Жуковского, Кориолиса;
методы оптимизации кинетических характеристик процесса пневомклае-сификации,
методы расчета оптимальных параметров процесса пневмоклассифика-ции и устройства его реализации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе два авторских свидетельства, два патента РФ, две монографии, по списку ВАКа - 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций, списка использованных источников (245 наименований) в том числе на иностранных языках 58 наименований, приложений -9 Работа содержит 193 страницы машинописного текста, 49 рисунков и 10 таблиц
