Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1. Обзор способов и конструкций измельчителей 11
1.2. Методы расчета гранулометрического состава продуктов разрушения в измельчителях 23
1.3. Выводы по обзору литературы 27
Глава 2. Моделирование процесса измельчения в коническом измельчителе 29
2.1. Физическая картина процессов протекающих в измельчителе 29
2.2. Физическая модель мокрого измельчения 32
2.3 Моделирование гидродинамики измельчителя 36
2.3.1 Общие сведения 36
2.3.2 Подходы к записи уравнения Навье-Стокса 37
2.3.3 Гипотеза Буссинеска в моделях переноса Рейнольдсовых напряжений 38
2.3.4. Краткое описание моделей турбулентности 39
2.3.5. Вычислительные ресурсы, время решения и характер сходимости при использовании различных моделей 43
2.3.6. Выбор модели турбулентности 44
2.4. Математическая модель гидродинамики конической мельницы 44
2.4.1. Постановка задачи 45
2.4.2 Расчетная область и граничные условия 45
2.4.3 Математические уравнения модели 49
2.4.4 Численные режимы решения моделей 50
2.5 Результаты моделирования гидродинамики конического измельчителя 52
2.5.1 Применение п -теоремы 53
2.5.2. Безразмерная скорость 56
2.5.3. Полное безразмерное давление 58
2.5.4. Безразмерная кинетическая энергия турбулентности 59
2.5.5. Безразмерная мера рассеивания кинетической энергии 61
2.5.6. Безразмерное касательное напряжение в жидкости г+ 63
2.6 Выводы по главе 2 65
Глава 3. Кинетическая. модель мокрого измельчения в конической мельнице 66
3.1. Математическая кинетическая модель измельчения в конической мельнице 66
3.1.1 Уравнения математической модели 61
3.1.2 Начальный гранулометрический состав 68
3.1.3 Расчет времени пребывания частиц в мельнице 70
3.1.4 Определение параметра а 72
3.2 Инженерный метод расчета мокрого процесса измельчения в конической мельнице 73
3.2.1 Функции распределения и расчет среднего диаметра 73
3.2.2 Инженерная методика расчета 74
3.3 Выводы по главе 3 77
Глава 4. Исследование влияния технологических параметров на процесс измельчения в коническом измельчителе 78
4.1 Исследуемый измельчаемый материал 78
4.2. Влияние измельчающей гарнитуры измельчителя на процесс помола 79
4.3. Влияние диаметра и конусности диска измельчителя на процесс измельчения 85
4.4 Выводы по главе 4 91
Глава 5. Экспериментальное исследование процесса измельчения в коническом измельчителе . 92
5.1 Описание экспериментальной лабораторной установки 92
5.2 Методика проведения экспериментов по исследованию процесса помола в конической мельнице 101
5.3 Исследование мощности 104
5.4 Идентификация параметра модели 106
5.5 Проверка адекватности кинетической модели измельчения 112
5.6 Оценка эффективности работы конического измельчителя 114
5.7 Выводы по главе 5 119
Выводы по работе 121
Библиографический список 124
Приложения 136
- Методы расчета гранулометрического состава продуктов разрушения в измельчителях
- Результаты моделирования гидродинамики конического измельчителя
- Влияние диаметра и конусности диска измельчителя на процесс измельчения
- Методика проведения экспериментов по исследованию процесса помола в конической мельнице
Введение к работе
Актуальность темы
Процессы измельчения материалов являются важными, и встречающимися в различных отраслях перерабатывающего производства. Они нашли широкое применение и в сельскохозяйственном производстве [68], например, при приготовлении комбикормов [56, 68], подготовки сельскохозяйственного сырья, утилизации отходов. Дисперсность материалов во многом определяет интенсивность протекания самых разнообразных технологических процессов и влияет на качественные характеристики продуктов [24, 46, 70]. Поэтому создание новых, высокоинтенсивных технологий, ориентированных на последние достижения науки и техники, заставляет предъявлять повышенные требования к дисперсности измельченного материала. Решение данной сложной задачи невозможно без целенаправленного поиска новых способов и конструкций аппаратов на основе научно обоснованного подхода к процессу измельчения.
Процесс измельчения является весьма энергоемким. В ряде источников [12, 32, 65] отмечается, что в настоящее время на измельчение затрачивается 5-10% производимой в мире электроэнергии. Например, в комбикормовом производстве на измельчение идет до 70% всей используемой энергии. Большие энергетические затраты объясняются низким КПД измельчителей [25, 89].
В указанных условиях, решение этой проблемы является актуальным и весьма перспективным. Выбор метода диспергирования материалов комбинированием традиционных способов измельчения с воздействием касательных напряжений, возникающих в несущей жидкости, не случаен. В этом случае жидкость служит в качестве диспергирующей среды, которая способствует рассредоточению частиц материала и противодействует их повторному слипанию. Другая особенность мокрого измельчения - появление в жидкости касательных напряжений, которые становятся, наряду с резанием, од-
ними из основных факторов процесса и способствуют повышению степени " измельчения. Усталостное понижение прочности измельчаемого зерна усиливается жидкостью, которая проникая в микротрещины, экранирует силы, стремящиеся их сомкнуть [68].
Мокрое измельчение может быть применено при приготовлении кормов применяемых для подкормки молодняка животных, а также для приготовления сырья из зерна при получении спирта.
Таким образом, настоящая работа направлена на создание теоретических основ модели процесса мокрого измельчения. Решение этой задачи позволит создать технологию и оборудование для тонкого измельчения материалов.
Работа выполнялась в соответствии с планами основных научных направлений Казанской государственной сельскохозяйственной академии по направлению «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».
Цель работы:
разработка физической модели процесса измельчения при различных способах воздействия на измельчаемый материал в конической мельнице;
разработка математической кинетической модели процесса мокрого измельчения;
исследование гидродинамики мельницы мокрого измельчения и установление ее связи с эффективностью измельчения;
проведение экспериментов по мокрому помолу сельскохозяйственного сырья в коническом измельчителе и проверка адекватности физической и математической моделей путем сравнения результатов расчетов и эксперимента;
разработка инженерной методики расчета конических мельниц, при комбинированных способах воздействия на измельчаемый материал;
изучение влияния на процесс различных технологических факторов
изучение области использования предлагаемого способа и промыш
ленная реализация результатов исследований.
Научная новизна
теоретические положения комбинированного способа воздействия на измельчаемый материал (измельчение резанием, ударом и касательными напряжениями) и физическую модель измельчения;
кинетическую модель мокрого измельчения, которая связывает основные технологические параметры процесса и гранулометрический состав материала до и после измельчения;
закономерности изменения дисперсности измельчаемого материала в зависимости от основных технологических и конструктивных параметров мельницы конического типа;
выявление условия разрушения частиц материала касательными напряжениями, в отличии от существующего мнения разрушения частиц кавитацией.
Основные методы исследования
Исследования проводились посредством моделирования процесса на математическом и физическом уровне. В математической модели использовались результаты проведенного моделирования гидродинамики мельницы, полученные путем численного решения уравнений движения среды в канале мельницы. Результаты численных решений обрабатывались по л: -теореме и теории подобия. Статистическая обработка полученных данных, проводилась с помощью программного пакета Excel и программой Data Fit 6.0 (демо). Для исследования влияния различных параметров на кинетику измельчения составлены специальные компьютерные программы.
Защищаемые положения:
физическая модель процесса комбинированного воздействия в кониче
ском измельчителе;
численные решения уравнений движения среды в канале измельчителя
и результаты их обработки по теории подобия;
математическую кинетическую модель процесса измельчения в конической мельнице;
результаты математического моделирования;
инженерную методику расчета конических измельчителей;
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию технологических и конструктивных параметров комбинированного конусного измельчителя
Практическая значимость.
Практическая значимость заключается в снижении энергоемкости процесса измельчения зерна на 35% с одновременным уменьшением габаритов и массы установки
Реализация работы.
Комплексы мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья с применением конических мельниц тонкого измельчения прошли всесторонние испытания и внедрены на Пищекомбинате Алькеевского РайПО. В результате испытаний удалось получить однородную измельченную суспензию.
Апробация работы.
Основные научные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях:
Вторая межрегиональная конференция молодых ученых "Пищевые технологии", Казань, 2001 г.;
II Всероссийской конференции "Химия и технология растительных веществ", Казань, 2002 г.;
Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация сложных биотехнических систем", Оренбург, 2003г.;
Региональной научной конференции "Молодые ученые - агропромышленному комплексу", Казань, 2004 г.
Научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета
Публикации
Всего опубликовано 11 работ из них по теме диссертации 9.
Объем н структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения библиографического списка и приложений. Общий объем - 148 страниц, из них 135 страниц основного текста и 13 страниц приложения. В состав диссертации включены 59 рисунков, 9 таблиц. Список литературы - 127 наименований. Во введении обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследований. Показаны новизна и практическая ценность работы. В первой главе рассмотрены конструкции существующих аппаратов для измельчения материалов и дан их анализ. Установлено, что в большинстве случаев, измельчители имеют большой удельный расход энергии и низкий кпд. Здесь же выявлены перспективы доработки их конструкций. Проведен анализ современной теории математического моделирования, предложенной для расчета процесса измельчения в различных конструкциях аппаратов. Во второй главе проанализированы современные подходы к моделированию турбулентного движения жидкости, представлены описание процесса измельчения в конических мельницах, физическая модель процесса, математическая модель для исследования гидродинамики, результаты моделирования гидродинамики и их обработка в виде критериальных уравнений. В третьей главе дана математическая кинетическая модель измельчения в конических мельницах, описан инженерный метод поверочного расчета мельницы. В четвертой главе представлены исследования процесса измельчения в конической мельнице на основании разработанной кинетической модели мокрого измельчения, показано влияние различных технологических параметров на процесс измельчения. С
10 учетом выявленной специфики процесса и недостатков существующих систем даны рекомендации для проектирования мельниц мокрого измельчения в различных технологических условиях. В пятой главе с целью проверки адекватности разработанных физической и математической моделей и правомерности принятых допущений, а также получения необходимых в расчетах эмпирических данных, описано проведенное экспериментальное исследование процесса. Другой задачей экспериментов являлась проверка возможности промышленного применения данного способа тонкого комбинированного измельчения в сельском хозяйстве. Определены параметры математической модели для системы «вода - пшеничное зерно», показана адекватность кинетической модели измельчения путем сравнения расчетов с экспериментальными данными. В приложениях представлены распечатки разработанных компьютерных программ, а также акты испытания и внедрения мельницы мокрого измельчения.
Методы расчета гранулометрического состава продуктов разрушения в измельчителях
Реактроны [90]. К числу коллоидных измельчителей можно также отнести высокоскоростной измельчитель «Реактрон» Вильямса. Его ротор представляет собой диск, посаженный на вал и снабженный двумя рядами пальцев, расположенных по концентрическим окружностям, и билами, размещенными в центре диска. На крышке по концентрическим окружностям расположены три ряда пальцев. При этом ряды пальцев крышки приходятся между рядами пальцев на роторе.
Подлежащий измельчению материал через штуцер в крышке подается прямо на била и отбрасывается ими в пространство между диском ротора и крышкой, пересекаемое движущимися пальцами ротора. За счет высоких скоростей движения пальцев в зоне измельчения возникают большие истирающие и разрывающие усилия, вызывающие интенсивное измельчение частиц.
Измельчители «Реактрон» изготовляют одноступенчатыми с одним ротором и трехступенчатыми с тремя роторами на одном валу, через которые последовательно проходит пульпа измельчаемого материала, подобно тому, как жидкость проходит через многоступенчатый центробежный насос. Все детали, соприкасающиеся с измельчаемым материалом, изготовляют из легированной стали.
На рисунке 1.12 показан конусный коллоидный измельчитель с рифлеными рабочими поверхностями. Главными элементами этой машины являются конусный ротор 2 и статор 5, заключенные в корпус 3. Ротор и статор по высоте разделены на несколько кольцевые зон, имеющие на поверхности наклонные параллельные канавки 6, ширина которых уменьшается, а количество увеличивается до мере перехода от верхних к нижним зонам. Канавки статора и ротора направлены в противоположные стороны и пересекаются. Статор укрепляется в корпусе накидной гайкой 4, а ротор посажен на один вал с двигателем.
Подлежащий измельчению материал в виде пульпы той или иной концентрации через воронку 7 поступает на верхний торец ротора, попадает в зазор между статором и ся по этому зазору вниз, измельчаетсяэу между пересекающимися канавками и \ _ вал- 2 - ротор; 3 - корпус; удаляется через выводной штуцер 9. Интенсивность измельчения материала по мере продвижения еговниз увеличивается, поскольку увеличивается число канавок на роторе и статоре и скорость их пересечения. Зазор между ротором и статором может меняться навинчиванием или отвинчиванием накидной гайки, что позволяет приспособить измельчитель к крупности исходного сырья.
Тонкость измельчения регулируется как зазором между ротором и статором, так и циркуляцией пульпы измельчаемого материала по замкнутому контуру, состоящему из измельчителя, бака с мешалкой, насоса и системы трубопроводов. В зависимости от размера измельчителя потребляемая им энергрия колеблется от 1,5 до 30 кВт.
Известны также устройства, где к суспензии прилагают продольные звуковые колебания для генерирования супер-завихрений Холмогорова [77] или воздействуют вихрями, образованными двумя завихренными газовыми струями, подаваемыми через сопло [78]. Интересен способ для сверхмелкого измельчения из пористых материалов путем введения в поры последних щелочного металла и погружения в водную жидкость при этом в порах выделяется водород, разрушающий материал [76]. Для измельчения взрывчатых материалов используют ультразвуковой способ [75]. В нем взрывчатое вещество добавляют в инертную жидкость, а потом суспензию направляют в зону около генератора ультразвука, в которой акустическая кавитация в жидкости обеспечивает истирание и размол частиц взрывчатого вещества без детонации. Разновидностью ультразвукового измельчения служит способ для образования тончайших частиц размером 1 мкм [37, 73]. Подлежащие измельчению частицы суспендируют в жидкости и осуществляют подвод энергии в виде ультразвуковых волн. Генераторы, создающие ультразвуковые волны, закреплены на поверхности корпуса, образующего камеру измельчения, таким образом, что центральные оси генераторов ультразвуковых волн пересекаются в точке, расположенной в корпусе.
Подводя итог вышесказанному, можно сделать следующие выводы: 1. сложность процесса измельчения, многообразие измельчаемых материалов и требований, предъявляемых к дисперсности продуктов помола, а также повышенный износ рабочих органов измельчителей вызывают необходимость-в совершенствовании существующих и проектировании новых, высокоэффективных измельчителей 2. необходима разработка простого и адекватного математического аппарата расчета, который, в настоящее время, почти полностью отсутствует для измельчителей в которых на материал воздействует окружающая среда - газ, жидкость и др. (гидравлические, магнитно-вихревые мельницы). Впервые попытку изучить взаимосвязь между гранулометрическим составом продукта измельчения и затратами энергии, необходимой для помола, предпринял Риттингер [121]. Он предположил, что работа, затрачиваемая па измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом материале, т.е. на образование единицы новой поверхности данного материала затрачивается постоянная работа, которая определяется опытным путем и может быть названа удельной работой. Кик [120] дал несколько отличительное решение, в котором расход энергии на измельчение данного материала, при прочих равных условиях, прямо пропорционален объему деформируемого материала или весу. Работа измельчения тела по Стедлеру равна произведению степени измельчения на величину разрушающей силы и на путь действия этой силы. Дальнейшие исследования в этой области были продолжены Ребиндером [87] (энергия измельчения представляет собой сумму работ, идущих на деформацию тела и на образование новых поверхностей), Бондом [38] (работа пропорциональна среднегеометрической из объема и поверхности разрушаемого тела), Свенсоном [125], Чарльзом [107]. Изложению и анализу теорий, созданных этими авторами посвящены монографии [17, 35, 100, 101, 102, 104]. Благодаря огромной работе, проделанной в данном направлении [16, 31, 55, 67, 99, 103, 123, 126] был получен ряд формул для расчета гранулометрического состава измельченного материала. В итоге многолетней дискуссии были разделены сферы применения соперничавших теорий. Указывалось, что теория Риттингера приемлема для определения энергетических затрат в области тонкого измельчения, а теории Кикка отводилась область мелкого, среднего и крупного измельчения. Однако проблема установления связи между энергетическими затратами и результатами измельчения продолжает по-прежнему остается центральной темой теории измельчения.
Результаты моделирования гидродинамики конического измельчителя
Зная RK(x) и dK (обычно K= 1) можно проверить, подходит ли данный измельчитель и режим его работы для какого-либо процесса. В случае необходимости можно изменить параметры измельчителя или режима его работы и повторить расчет.
На основании этой методики была составлена компьютерная программа на языке Turbo Pascal 7.0, реализующая эту методику расчета. Программа оформлена в виде юнита (системы подпрограмм), что позволило в дальнейшем использовать его для различных расчетов (примеры программ на основе этого юнита приведены в дальнейшем). Текст юнита приведен в приложении 1.
Описана математическая кинетическая модель измельчения в конической мельнице, которая позволяет связать начальное распределение материала, технологические параметры и геометрию мельницы с конечным распределение продукта измельчения.
Приведены формулы для определения параметров кинетической модели и их зависимость от технологических параметров и размеров мельницы мокрого помола. Показана связь гидродинамических характеристик мельницы с параметрами кинетической модели измельчения. 3. На основании кинетической модели измельчения разработана инженерная методика поверочного расчета мельницы мокрого помола. Разработана компьютерная программа для инженерного расчета конической мельницы мокрого помола. Это позволяет автоматизировать процесс поверочного расчета конического измельчителя. Проведен теоретический анализ влияния размеров конструкции измельчителя и технологических параметров на гранулометрический состав измель-. ченного материала на основании кинетической модели измельчения, представленной в предыдущей главе. 4.1 Исследуемый измельчаемый материал Для исследования процесса измельчения в качестве измельчаемого материала выбрано предварительно измельченное в дисмембраторе пшеничное зерно; несущая (диспергирующая) среда - вода при температуре 20С. Это сделано по следующим причинам: 1. Измельчаемый материал является наиболее часто используемый в технологическом процессе измельчения в конической мельнице. 2. Для данной системы имеются обширные экспериментальные данные. Существует несколько реально работающих установок с применением конического измельчения для измельчения пшеничного зерна. Это, кроме всего прочего, позволяет с достаточной точностью определить параметр модели СР. Предварительное измельчение требуется для устранения эффекта забития частичками измельчаемого материала гарнитуры мельницы. Измельчаемое пшеничное зерно имеет следующие параметры: ртв = 1300 кг/м3 - плотность пшеничной крупки п = 3 - параметр, характеризующий однородность материала по размерам xe= 1,9 мм - диаметр частиц, при котором масса частиц крупнее хе составляет 36,6% х = 1,7 мм - средний диаметр пшеничной крупки Физические свойства воды при t = 20 С : Дополнительные исследования, проверенные нами, показали, что выявленные зависимости сохраняются и для других измельчаемых материалов. 4.2. Влияние измельчающей гарнитуры измельчителя на процесс помола По данным эксперимента кольцевой зазор меняется от 0,1 до 1 мм. Размер впадины меняется от 3 до 7 мм. Остальные размеры менее эффективны либо по технологическим соображениям, либо в связи с трудностями в технологии изготовления. Именно указанный выше диапазон и был исследован. Величина зазора влияет на скорость движения суспензии вдоль мельницы, правда незначительно, и на величину касательных напряжений. По нашим расчетам « 3000об/мин и Dcp 250 мм при безразмерном зазоре А+ 1 величина касательных напряжений не достаточна для разрушения материала, т.е. т [т] = 0,74-0,9 Па ([г] = 0,7 + 0,9 Па данные [36]) Размер впадины вместе с минимальным диаметром ротора определяет число их на дисках ротора и статора. Графически результаты исследования представлены на рисунке 4.1 (остальные размеры и параметры измельчения:/ = 132 мм, D = 150мм, L = 30 мм, и = 3000 об/мин, сс2=0. При остальных размерах и параметрах зависимости сохраняются). Как видно с увеличением размера впадин величина среднего диаметра измельченного материала уменьшается. Однако это увеличение очень незначительно (при разных диаметрах при а\ = 3 мм и aj = 1 мм разница составляет от 16 до 24 %). Скорость уменьшения среднего диаметра падает с ростом размера впадины. Это наглядно видно из рисунка 4.2. Величина этой скорости практически не зависит от величины зазора А. Однако как видно из рисунка 4.3 относительная скорость роста ведет себя по-другому, оставаясь практически постоянной величиной. На рисунках 4.4 и 4.5 показаны функции Я(х) измельченного материала при разном размере впадин при зазорах 0,3 мм и 0,8 мм. Увеличение среднего диаметра измельченного материала при уменьшении размеров впадины связано с уменьшением проходного сечения мельницы в продольном направлении.
Влияние диаметра и конусности диска измельчителя на процесс измельчения
Для проверки адекватности разработанной кинетической модели измельчения была спроектирована и построена экспериментальная установка для измельчения мельницы мокрого помола. Кроме нее для исследования применялась промышленная установка, в дальнейшем внедренная в производство (см. приложения).
Приведена методика проведения эксперимента. Для получения функции остатков использовался ситовый анализ на установке рассева фирмы VEB с набором лабораторных сит СЛ-200 по ТУ 8-231-73 по существующей методике проведения определения гранулометрического состава материала из ГОСТа 2093-82 (Ситовый метод определения гранулометрического состава). Взвешивание осуществлялось на лабораторных квадрантных весах ВЛКТ-500г/10 по ГОСТ 19491-74, А-ІЗОмг.
Проведенные эксперименты показали адекватность математической модели мокрого измельчения процессу мокрого измельчения в мельнице. Определен параметр модели: для системы «вода-зерно» он равен 2,2 -10"4. 4. Проведенные эксперименты показали высокую эффективность процесса мокрого измельчения для помола пшеничного зерна. Обзор теории и практики тонкого измельчения выявил перспективность использования рассмотренного в настоящей работе комбинированного мокрого измельчения. На основании анализа, следует считать актуальной задачу исследования процесса тонкого измельчения в конусном измельчителе мокрого помола. Настоящая работа содержит научно-обоснованные решения, направленные на создание теории комбинированного мокрого измельчения в конической мельнице. Основные результаты исследований данной работы следующие: 1. В результате всестороннего изучения процесса мокрого измельчения в конических мельницах, разработана физическая модель процесса измельчения при комбинированном воздействии ударом, резанием и касательными напряжениями на измельчаемый материал в конической мельнице. 2. На основании физической модели построена математическая модель движения жидкости в рабочем пространстве конусного измельчителя, которая учитывает, в том числе, и движения ротора путем построения скользящих сеток. Модель позволила оценить влияние на процесс измельчения распределение по объему аппарата скоростей, кинетической энергии турбулентности, меры рассеивания кинетической энергии турбулентности и касательных напряжений. Результаты обработаны в виде критериальных уравнений по теории подобия (выражения 7, 8, 9). 3. На основе кинетической теории измельчения построена модель мокрого комбинированного помола, которая позволяет получить функцию R(x) измельченного материала в коническом измельчителе, показан метод определения параметра модели по данным конкретного измельчаемого материала. Для пшеничной крупки был определен эмпирический параметр модели равный 2,2 -10" . В результате математического моделирования установлено, что: - при изменении угла конусности ротора имеется ярко выраженный минимум среднего диаметра измельчаемого материала при углах 50 60; - изменение диаметра ротора влияет обратно пропорционально на средний диаметр измельченного материала по линейной зависимо сти. В результате экспериментальных исследований установлено, что: - при измельчении материала со средним диаметром частиц менее 2 мм оптимальный угол конусности ротора составляет 55 ; - после проведения ситового анализа измельченного материала по ГОСТу 2093-82 следует, что кинетическая модель мокрого измельче ния, позволяющая получить функцию R(x), адекватно описывает про цесс измельчения (средняя погрешность 7%); - подтверждено определяющее влияние на процесс измельчения сред него диаметра ротора и частоты его вращения. 6. Разработана инженерная методика расчета конических мельниц мокрого измельчения позволяющая, впервые, получить научно обоснованное решение с учетом касательных напряжений возникающих в несущей жидкости. 7. По результатам исследований изготовлен и внедрен в производство комплекс измельчения зерна с применением конического измельчителя мокрого помола на пищекомбинате Алькеевского РайПО. 8. Проведенный технико-эконимический расчет показал экономическую целесообразность применения установки по сравнению с молотковым измельчителем кормов КДУ-2. Энергоемкость процесса снизилась на 35 %, годовой экономический эффект от внедрения составил 28812 рублей. Кроме чисто технических преимуществ по измельчению материала, конические измельчители мокрого комбинированного помола не создают пыли, что улучшает экологичность производств и их пожаро- и взрывобезопас-ность.
Методика проведения экспериментов по исследованию процесса помола в конической мельнице
Для исследования процесса тонкого измельчения в конической мельнице мокрого измельчения была собрана технологическая схема представленная на рисунке 5.11.
Схема состоит из бака исходной суспензии 3 емкостью 0,05 м3, конической мельницы 5, приемной емкости 7 аналогичной вместимости, а также соединительных шлангов. В емкости 3 создается смесь измельчаемого материала определенной концентрации необходимой для эксперимента.
Предварительно, для созданной смеси, определяется дисперсный состав, рассевом на комплекте сит. На экспериментальную мельницу устанавливалась измельчающая пара, состоящая из диска статора и диска ротора, с гарнитурой (выходной диаметр дисков, размер канавок) исследуемой в данный момент. После измельчения, из емкости 7, отбирались пробы для определения гранулометрического состава материала. Рассев материала, в количестве 0,1 кг проводился на лабораторной установке рассева фирмы VEB типа NTS-1, набором лабораторных сит СЛ-200 по ТУ 8-231-73 в течение 0,3 часа, по существующей методике проведения определения гранулометрического состава материала из ГОСТа 2093-82 (Ситовый метод определения гранулометрического состава). Взвешивание осуществлялось на лабораторных квадрантных весах ВЛКТ-500г/10 по ГОСТ 19491-74, А-130 мг.
Для исследования процесса мокрого измельчения в конусной мельницы использовались: - три комплекта дисков измельчения с углом конусности 50 и диаметром -выхода 150 мм, имеющие следующие величины ширины ножей и канавок: 7, 5, 4 мм соответственно; - три комплекта измельчающих дисков углом конусности 50 с диаметром выхода соответственно 120,150,160 мм. В общем, имелось 5 (с учетом перекрывающихся) комплектов измельчающей гарнитуры конической мельницы. Для изучения влияния кольцевого зазора между ротором и статором мельницы имелся набор регулировочных прокладок толщиной 0,2 мм, позволяющих устанавливать зазор в интервале от 0,2 до 0,6 мм. Для устранения грубых ошибок каждый опыт повторялся как минимум три раза. Большинство опытов проводилось путем четырехкратного прогона одной партии материала через мельницу с замером гранулометрического состава после каждого прогона. Материалом, подлежащим измельчению, служило предварительно измельченное в дисмембраторе пшеничное зерно. Далее представлено применение опытных данных для идентификации параметра представленной выше модели и проверки ее адекватности. Более подробно данные представлены в диссертации П.А. Петрушенкова [80] и ряде работ авторского коллектива под руководством П.К. Кириллова [47,48,49, 57, 80, 81]. Для идентификации параметров модели необходимо сравнение теоретических расчетов с данными экспериментов. Идентификация параметра модели Ср проводилась следующим образом. Бралось определенное значение Ср (начиная с 10 ) и затем это значение увеличивалось на шаг равный 10"8. На каждом шаге считался квадрат разности между теоретическими и экспериментальными данными (средними значениями диаметров). Оптимальным считалось значение параметра соответствующее минимуму квадрату разности. Выбор квадрата разности как оценки связан с его несмещенностью и апробированностью как оценки данных [21, 44, 45]. Для автоматизации расчетов была составлена компьютерная программа, реализующая этот алгоритм (приложение 2) и использующая модуль инженерного расчета. Расчет производился для системы «вода-зерно» со следующими физическими константами: вязкость жидкости (воды) // =1-10-3 Па с плотность жидкости (воды) рж = 1000 кг/м3 плотность твердого тела (пшеничное зерно) рт = 1300 кг/м3. Идентификация параметра Ср проводилась с тремя наборами данных при разных технологических параметрах и размерах. Данные расчета приведены в таблице 5.1. Эксперимент, и соответственно расчет, проводился при четырех прогонах материала через мельницу. Начальный рассев материала соответствовал ранее приведенным параметрам: хе = 1,9лш; п = 3. Как видно разница в величине параметра составила 4,5 %. Это означает, что мнение о том, что С зависит только от способов нагружения и разрушаемого материала, соответствует действительности. В дальнейшем будем использовать среднее значение этого параметра Кривые остатков R{x), соответствующие экспериментальным и расчетным данным приведены на рисунках 5.10, 5.12, 5.14 (опытные данные) и 5.11, 5.13, 5.15 (расчетные данные). Как видно из кривых - данные расчета и эксперимента совпадают с высокой точностью.
