Введение к работе
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.
Пофракционная классификация дисперсного материала (в качестве такового в экспериментальной части работы использован промежуточный продукт измельчения зерновых культур) является важнейшей технологической операцией во многих отраслях агропромышленного комплекса, в частности, пищевой промышленности при получении муки различной сортности: высшей с максимальным содержанием белка, первой, второй и т.д. категорий.
На особую значимость темы указывает и то, что для ряда отраслей, таких как энергетика, металлургия, химическая и пищевая промышленности и др. пневмоклассификация дисперсных материалов имеет и иную цель – продуктовое использование фракционированных порошков.
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 научнопрактических 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 процессов пневмосепарации, физических моделей и методов расчёта процессов фракционирования и классификации дисперсных материалов.
Объект исследования –закономерности процессов пневмоклассификации дисперсных материалов и выявление их кинетических характеристик.
Методы исследования. – В работе использованы теоретические и экспериментальные методы.
Теоретические методы включали построение полуэмпирических детерминированной и стохастической (с использованием аппарата процессов Маркова) физических 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:
физические модели кинетики пневмосепарационного процесса в виде системы уравнения Навье-Стокса;
выявление и вычисление кинетических характеристик процесса пневмоклассификации;
алгоритм расчета базовых параметров типовых конструкций пневмоклассификаторов;
установленные закономерности влияния на процесс пневмоклассификации детерминированных и случайных факторов;
сформулированные понятия: «эффект-образующая микрочастица», «эффективный диаметр микрочастицы», «эффективная длительность процесса», «коэффициент оптимального обращения», «конус набегания», «конус схода» и др., позволяющие разработать методы расчета пневмоклассификации и его аппаратурного оформления.
Практическая значимость работы состоит в 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, а также в повышении технико-экономической эффективности производства.
Реализация результатов исследований. Разработанная «методика расчета пневомцентробежных систем для разделения промежуточных продуктов размола» внедрены (04.02.2003г.) в ГУП ОПК ТБ СибИМЭ СО РАСХН.
Лабораторный образец пневмоклассификатора как учебное пособие используется студентами на кафедре МАПП (машины и аппараты пищевых производств) 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 пневмоклассификационного 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 2006гг)
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 физической модели процесса пневмоклассификации;
установленные закономерности влияния на пневмосепарационный процесс: сил центробежного поля давлений, Жуковского, Кориолиса;
методы расчета кинетических характеристик процесса пневомклассификации;
методы расчета оптимальных параметров процесса пневмоклассификации и устройства для его реализации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе два авторских свидетельства, два патента РФ, две монографии, по списку ВАКа – 9 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.
