Введение к работе
Актуальность темы. Современные технологии в машиностроении, в химической и пищевой промышленности, при производстве полупроводниковых материалов, в сельском хозяйстве, в медицине и других отраслях широко используют на различных этапах производства аэрозольное покрытие дисперсных и гранулированных материалов.
Как правило, такой процесс протекает в сопряженных гадродинамических и тепломассообменных условиях при транспортировании, в частности, в виб-роожиженном слое зернистых материалов Аэрозольное нанесение сателлит-ных веществ при неизотермических условиях сопровождается совокупными процессами осаждения, растворения поверхностного слоя дисперсной среды, сушки и адгезионными эффектами.
В настоящее время моделирование явлений переноса при аэрозольном нанесении компонентов на дисперсную фазу в виде моделей с распределенными параметрами не представляется возможным в силу стохастичности процесса, проблемы формулирования краевых условий и сложности учета взаимного влияния потоков импульса, массы и энергии.
В связи с этим актуальным является разработка моделей описания тепло- и массопереноса при аэрозольном нанесении, относящихся к классу кинетических моделей с сосредоточенными параметрами, которые имеют большое практическое значение, например, при модификации свойств кристаллического сахара
Работа выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ по теме «Дифференциальные и интегральные уравнения математических моделей естественных и прикладных наук» (№г.р 0020543)
Цель работы - разработка математических моделей тепломассопереноса при аэрозольном нанесении микрокомпонентов на виброожиженную твердую дисперсную фазу, инженерной методики расчета, способа и конструкции для модификации свойств гетерогенных систем
Задачи исследования.
синтез математической модели тепло- и массопереноса при аэрозольном нанесении микрокомпонентов на виброожиженную твердую дисперсную фазу;
создание пилотной установки и проведение экспериментов для верификации параметров моделей и идентификации рациональных режимов процесса аэрозольного нанесения в виброожиженном слое,
разработка инженерной методики расчета для прогнозирования физико-химических свойств модифицированной твердой дисперсной фазы,
разработка способов и конструкции, реализующих непрерывный процесс аэрозольного нанесения микрокомпонентов,
- выработка практических рекомендаций при модификации сахара-песка
путем аэрозольного нанесения раствора стевиозида с целью изменения качест
венных показателей
Научная новизна.
на основе кинетических представлений о сопряженном тепломассопере-носе в гетерогенных системах синтезирована математическая модель, которая в рамках феноменологического подхода адекватно описывает процесс аэрозольного нанесения микрокомпонентов на виброожиженную твердую дисперсную фазу в условиях неизотермичности,
получена модель осаждения аэрозольных частиц на виброожиженную твердую дисперсную фазу и стохастическая оценка времени пребывания виб-роожиженного слоя в рабочей зоне;
результаты экспериментального исследования тепломассопереноса при аэрозольной обработке виброожиженной твердой дисперсной фазы на пилотной установке, показывающие возможность модификации свойств и качественных показателей гетерогенных систем,
- обосновано применение кондуктометрического метода для оценки равномерности распределения электропроводящего сателлитного компонента при аэрозольной обработке растворимого дисперсного диэлектрического материала.
Практическая значимость. Разработанные математические модели, вычислительные алгоритмы и прикладные программы, а также инженерные методики расчета позволяют осуществлять эффективный анализ условий аэрозольного покрытия дисперсных и гранулированных материалов микрокомпонентами, а также получать равномерное распределение микрокомпонентов для прогнозирования модификации их свойств
Предложены новые технические решения, направленные на совершенствование процесса аэрозольного покрытия сателлитной добавкой кристаллической дисперсной фазы, в виде способа и установки, которые защищены положительными решениями ФИПС на выдачу патентов РФ по заявкам № 2006146268 и № 2006147194
Результаты диссертационной работы в виде способа получения сахарсо-держащего продукта путем аэрозольного нанесения раствора стевиозида на вибрирующий слой сахара-песка прошли проверку на сахарном заводе «КРИСТАЛЛ-БЕЛ» (п. Чернянка, Белгородской обл.), о чем имеется соответствующий акт производственных испытаний
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в про-мьшшенности" (С-Петербург, 2005), Международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" - ММТТ-18, 19 (Казань, 2005; Воронеж, 2006), II Международной научно-практической конференции
"Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) -СЭТТ-2005" (Москва, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, и получено 2 положительных решения о выдаче патентов РФ на изобретения.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат. [1] - разработка математической модели сопряженного тепломассопереноса, учитывающей изменения межфазных границ, [2] - численное решение математической модели для определения рациональных режимов нанесения аэрозольных частиц на поверхность дисперсной фазы, [4] - модель импедансометрических измерений влажности многокомпонентных систем, [5] - теоретический анализ явлений переноса в системе кристалл-пленка-аэрозоль; [6] - математическая модель прогнозирования величины плотности массового потока вещества, [7] - оценка скорости перемещения виброожиженного слоя по рабочей поверхности, [8] - дифференциальное уравнение микрокинетической модели массообмена в дисперсной системе» Р] - проведение эксперимента и разработка параметров аэрозольного нанесения покрытия; [10] - вариант создания электрического заряда аэрозоля для ускорения осаждения
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов работы, списка использованной литературы и приложений Работа изложена на 145 страницах, содержит 24 рисунка, 8 таблиц. Список использованной литературы включает 164 источника, в том числе 33 на иностранных языках
