Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
1.1. Анализ процесса разделения на современных мельницах 9
1.2.Взаимодействие продуктов измельчения зерна
с пневмоцентробежным потоком в процессе разделения 13
Классификация пневмосепарирующих систем 18
Анализ пневмоцентробежных сепарирующих систем 22
1.5.Факторы, влияющие на эффективность процесса
сепарации центробежным потоком 27
1.5.1.Конструкторское исполнение пневмоцентробежного
разделителя 27
Аэродинамические факторы 30
Технологические факторы 32
1.6. Выводы по главе 35
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛАССИФИКАЦИИ ПРОДУКТОВ
ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА В ЦИКЛОНЕ-РАДИЛИТЕЛЕ 40 '"*
Инерционная сепарация частиц в криволинейных потоках 42
Дифференциальное уравнение движения
частиц в цилиндрической части циклона разделителя 47
2.3. Выводы по главе 56
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 58
3.1. Определение аэродинамических свойств
продуктов измельчения зерна 58
3.2.1 Определения траектории движения
одиночных частиц различных фракций
при подаче материала перпендикулярно в закрученный поток 62
3.2.2 Определение траектории движения
одиночных частиц различных фракций
при подаче материала по касательной в зону сепарации 64
3.3. Изучение влияния факторов на процесс
разделения в цилиндрической части циклона-разделителя 65
3.3.1. Нахождение оптимальных зон интенсификации
процесса сепарации 65
Устройство экспериментальной установки для исследования сепарации продуктов размола зерна в циклоне-разделителе 69
Измерение гидравлического сопротивления циклона-разделителя на чистом воздухе 72
Измерение структуры воздушного потока в зоне разделения 73
План многофакторного эксперимента 75
3.6 Методика проведения производственных
испытаний экспериментального образца циклона-разделителя 78
3.7. Выводы по главе. 80
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИСЛЕДОВАНИЙ
И ИХ АНАЛИЗ 81
4.1. Аэродинамические свойства продуктов измельчения зерна 81
4.2. Параметры движения одиночных частиц различных
фракций после входа в циклон 83
4.3. Нахождение оптимальных зон интенсификации
процесса сепарации 85
4.4. Исследование основных параметров на эффективность процесса
сепарации в циклоне-разделителе 88
4.5. Результаты производственных испытаний циклона-разделителя...98
Общие выводы 103
Библиографический список 105
Приложения 114
Введение к работе
В первые годы экономических преобразований в России (1991-1992 гг.) резко возрос спрос на агрегатные комплексные мельницы небольшой мощности (10-20 т. в сутки). В основе этого роста лежали как объективные условия, так и субъективные соображения.
К 1992 году размещение мукомольных предприятий не отличалось равномерностью, что привело к активному строительству малых мельниц и приближению их к местам производства зерна. Во многих хозяйствах используют небольшие цехи и агрегаты, перерабатывающие зерно в муку. Их особенность -ограниченность набора и числа применяемого оборудования, что снижает эффективность переработки. При этом уменьшается как общий выход муки, так и выход муки высших сортов. Однако, отсутствие многих видов затрат, связанных, в первую очередь, с перевозкой зерна и готовой продукции, делали малые мельницы привлекательными.
Одна из важнейших технологических операций в процессах приемки, хранения и переработки зерна - это сепарирование, т. е. разделение сыпучих материалов на фракции, отличающиеся свойствами частиц. Механические воздействия в процессе разделения выполняют три функции: 1) заставляют частицы с разными свойствами перемещаться в разные места рабочего пространства; 2) обеспечивают непрерывное поступление смеси в рабочее пространство; 3) раздельно удаляют из рабочего пространства полученные фракции.
В существующей технологии производства муки точность разделения на промежуточных стадиях измельчения не только влияет на качество продукции и степень использования сырья, но и определяет нагрузку и эффективность работы остальных технологических машин, следовательно, производительность и технико-экономические показатели предприятия в целом. Достаточно отметить, что недосев мелких фракций в крупках не позволяет установить оптимальный воздушный режим; недосев муки в
крупках и дунстах, поступающих на размол, приводит к перегрузке вальцевого станка и снижает качество муки.
Сложные процессы, происходящие при переработке сырья в готовую продукцию, основаны на законах физики, химии, механики и др. Таким образом, совершенствование технологического процесса должно осуществляться за счет многостороннего подхода к этой проблеме.
Современная мукомольная мельница, независимо от производительности представляет собой полностью механизированное предприятие.
Принципиальная схема пневматического транспорта на
мукомольных мельницах заключается в том, что продукты размола от вальцовых станков до рассевов и из рассевов транспортируются при помощи пневматической системы, состоящей из вентилятора, фильтров, отделителей и труб.
Благодаря созданию вентилятором разрежения в системе пневматического транспорта, воздух устремляется во входное отверстие трубопровода, увлекая по пути, поступающие в трубопровод продукты размола.
Продукты размола, перемещаемые воздушным потоком, поступают в отделитель, где отделяются от воздуха и через шлюзовый затвор выводятся из пневматической системы. Воздух, содержащий значительное количество мелких частиц продуктов размола зерна, подается вентилятором в осадочную камеру, где частично очищается от взвешенных частиц. Из осадочной камеры воздух поступает в фильтр, в котором окончательно очищается от мелких, взвешенных в нем частиц материала перед поступлением в помещение.
Сеть пневматического транспорта состоит из ряда материалопроводов и отделителей, соединенных при помощи сборного воздухопровода в одно целое. Каждая сеть имеет свой вентилятор, фильтр и осадочную камеру. Число материалопроводов зависит от местных условий и обычно равно числу подъемов материала.
Проанализировав движение материала по сети пневматического транспорта, от вальцевого станка через циклон-разгрузитель на рассев становится, очевидно, что необходимо провести дополнительное разделение для решения следующих проблем: 1) уменьшить удельную нагрузку на рассев, тем самым предотвратить уход ценных частиц в проход; 2) подобрать определенные параметры нарезки вальцевой пары таким образом, чтобы обработке подвергались частицы одной фракции близких размеров, так чтобы не перегружать вальцовый станок. Тем самым снижаются потери доброкачественного сырья и энергии, необходимой на повторное измельчение.
Разработка методов разделения продуктов измельчения зерна на фракции, различающиеся по крупности, а также высокоэффективных устройств для их осуществления с созданием технологий и модернизацией существующего оборудования является актуальной задачей, связанной как с вопросом энергосбережения, так и с эффективной работой центробежных сепараторов.
Аппараты, в которых используется вихревой эффект, позволяют существенно интенсифицировать и качественно улучшить протекание процесса сепарации.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - повышение эффективности сепарации и
увеличение количества получаемых фракций продуктов измельчения зерна
в пневмо-центробежном потоке и разработка научных положений,
определяющих создание технологии и технологических средств для центробежной сепарации.
Цель достигается разработкой теории взаимодействия частиц продуктов измельчения зерна и их совокупности с воздушным потоком, и приложение ее к решению задач сепарирования.
Для достижения указанной цели были поставлены задачи исследования:
разработать математическую модель процесса разделения продуктов измельчения зерна в пневмо-центробежном потоке, обосновать выбор параметров.
разработать технологию и технические средства, позволяющие осуществить процесс разделения частиц продуктов измельчения зерна в пневмо-центробежном потоке.
определить экспериментально оптимальные параметры разделения в пневмо-центробежном потоке, сравнить их с данными, полученными математическим моделированием.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве объекта исследований рассматривается процесс разделения продуктов измельчения зерна в пневмо-центробежном потоке и технические средства для его осуществления. Кроме того, для раскрытия физической сущности процесса требуется изучить физико-механические свойства частиц, полученных при размоле зерна, определяющие характер их взаимодействия с воздушным потоком.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработан способ разделения продуктов измельчения зерна с размерами частиц от 250 до 630 мкм, эффективность которого достигает 80 %.
Получено математическое описание и определены основные закономерности процесса сепарации частиц, полученных при размоле зерна в кольцевом воздушном канале, определены скорости и ускорения частиц.
Исследовано влияние различных факторов на процесс разделения фракций материала в циклоне-разделителе.
Все это позволило разработать рекомендации по проектированию циклона-разделителя; в цилиндрической части циклона установлен концентрично ряд спиральных лент.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. По результатам работы и на основании проведенных исследований разработаны технические режимы
сепарирования смеси продуктов измельчения на фракции, движущиеся в воздушном закрученном потоке.
На основании результатов разработан принципиально новый центробежный сепаратор, конструкция которого защищена патентом РФ, № RV 66235 U1 В 04 С 5/14, В 07 В 7/00 Классификатор-разделитель.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на VII Международном научно-практическом семинаре «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции» проходившем в Орловском государственном аграрном университете, на II конференции молодых ученых Сибирского федерального округа, проходившей в Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова «Научное обеспечение устойчивого развития АПК в Сибири», на IV конференции молодых ученых Сибирского федерального округа, проходившей в Новосибирском государственном аграрном университете «Современные и перспективные технологии в АПК Сибири», на V конференции молодых ученых Сибирского федерального округа, проходившей в Красноярском государственном аграрном университете «Современные тенденции развития АПК в России».
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Механизация животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции» Новосибирского государственного аграрного университета. Циклон-разделитель производительностью 300 кг/ч с разделительным элементом в виде спиральных лент был испытан в производственных условиях на ОАО «Толмачевское», получен акт о внедрении.
Имеется 9 публикаций, в том числе 4 доклада на конференциях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии из 106 наименований, в том числе 15 иностранных. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 5 таблиц.
