Введение к работе
Актуальность работы. Смешивание дисперсных материалов является одним из наиболее распространенных химико-технологических процессов. Зачастую от качества его проведения напрямую зависят и результаты последующих операций: гранулирования, прессования и т.д. Существует большое число зависимостей, позволяющих оценить качество готовой смеси, исходя из того, что объем пробы задан. Как показывает практика, при различных объемах пробы могут быть получены и различные результаты. Если смешивание сыпучих материалов используется человечеством уже тысячи лет, то математический анализ этого процесса ведется много десятилетий, но до настоящего времени выражения для оценки качества смеси не имеют четкого аналитического обоснования. Актуальность исследования в этой области определяется важностью предсказания показателей, определяющих качество смеси. При моделировании динамики смешивания оказалось возможным заранее предсказать конечное качество смеси, в зависимости от реальных факторов, определяющих ход процесса, а также характер и закономерности изменения концентрации ключевого компонента во времени. Причем результаты моделирования согласуются с результатами эксперимента.
Кроме того, в ходе экспериментальных исследований решалась практическая задача по оптимизации узла смешивания сыпучих компонентов в производстве окрашиваемых полимерных композиций «Барс-2». Применяемое оборудование не обеспечивало выполнения требований по качеству продукта и длительности проведения процесса смешивания.
Цель работы. Целью настоящей работы является создание, на основе теоретического и экспериментального исследования, модели динамики смешивания дисперсных материалов, которая позволит прогнозировать качество смеси и закономерности изменения концентрации ключевого компонента в определенные моменты времени. Также стоит задача выдачи конкретных рекомендаций по модернизации узла подготовки сыпучих компонентов в производстве окрашиваемых полимерных композиций «Барс-2» (производительность около 2500 т/год).
Научная новизна работы. Предложена модель динамики смешивания дисперсных материалов, позволяющая прогнозировать изменение количества частиц ключевого компонента в пробе, в зависимости от ее объема, свойств сы-
пучих материалов и их концентраций, а также интенсивности воздействия на смесь в смесителе планетарного типа. Показана возможность прогнозирования качества смеси без проведения экспериментов и определения времени достижения смесью состояния динамического равновесия, когда наблюдаются колебания концентрации ключевого компонента только вблизи заданного (по рецептуре) значения.
Практическая значимость. Разработана методика прогнозирования качества смешивания - величины отклонения содержания ключевого компонента в смеси от заданного, в зависимости от времени проведения процесса. Впервые предложен способ наглядного представления поведения смеси во времени. Предложен к применению на практике смеситель планетарного типа с лопастными перемешивающими устройствами, который обеспечивает высокую степень однородности смеси для сыпучих материалов с широким спектром свойств (гранулы, порошкообразные компоненты, жидкие добавки). В частности, применение такого аппарата в производстве окрашиваемых полимерных композиций позволило получать смесь стабильно хорошего качества (отсутствие комков и порошкообразных компонентов в свободном виде). По сравнению с применявшимся ранее барабанным смесителем также уменьшается время смешивания и число технологических операций.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на Международной конференции «Теория и практика процессов измельчения, разделения, смешения и уплотнения», Одесса, 1998 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы и списка литературы. Материал диссертации изложен на 140 страницах, содержит 29 рисунков, 11 страниц приложений и список литературы из 77 наименований.