Введение к работе
Актуальності» темы. Современные высокие технологии испытывают все большую потребность в порошкообразных материалах, измельченных до тонкого и особо тонкого состояния. Кроме того, они предъявляют высокие требования не только к тонкости измельчения, но и к фракционному составу этих материалов. Несмотря на то, что известны достаточно эффективные мельницы для их производства (например, бисерные, центробежно-вихревые и ряд других), поиск новых условий измельчения, обеспечивающих меняющиеся требования к тонкости и фракционному составу готовых продуктов, обычно осуществляется чисто опытным путем, требующим достаточно больших материальных и временных затрат.
В этой ситуации большую роль должны играть математические модели измельчения, обладающие не только описательной, но и прогностической способностью, хотя бы в отношении изменения основных условий измельчения, например, энергоподвода, времени измельчения, их распределения между отдельными частицами и ряда других. Несмотря на то, что по математическому моделированию процессов измельчения выполнено большое число работ, модели, отражающие специфику особо тонкого измельчения, практически отсутствуют. Дело в том, что наиболее эффективным способом измельчения оказывается низкопотенциальное высокочастотное нагружение, т.е. нагружение с низкой плотностью энергоподвода, при котором от исходных частиц последовательно откалываются мелкие осколки. Традиционные гипотезы о разрушении каждой частицы на одинаковые осколки оказываются совершенно неадекватными реальному процессу и не могут поддержать кинетику измельчения и изменения фракционного состава.
Кроме того, практически отсутствуют работы по математическому моделированию преобразования формы частиц при измельчении, которая становится все более важной характеристикой дисперсных сред, определяющих их технологическую пригодность.
Таким образом, работа посвящена актуальной проблеме моделирования процессов низкопотенциального измельчения и преобразования формы частиц при измельчении. Работа выполнена в рамках программы «ТОХТ и новые принципы управления технологическими процессами» РАН.
Цель работы'- разработка математической модели процесса измельчения, учитывающей разрушение исходных частиц на неравновеликие осколки и преобразование формы частиц при измельчении для эффективного и адекватного прогнозирования характеристик, главным образом, низкопотенциального измельчения.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем: разработано математическое описание преобразования фракционного состава материала при низкопотенциалыюм измельчении, основанное на одномерной модели исходных частиц с одинаковыми энергиями ме-
жэлементных связей, естественным образом допускающей разрушен! исходных частиц на неравные осколки;
предложены две гипотезы о распределении энергии между и сходны v частицами: гипотеза распределения энергии между ближайшими целыи-значениями энергии и гипотеза о распределении энергии по принциг максимума энтропии. Выполнен их сравнительный анализ;
на основе гипотезы о независимом разрушении частицы по различны направлениям предложена математическая модель преобразования фо] мы частиц при измельчении. Показано, что математическим ожидание формы осколков разрушения частицы правильной формы является ча тица неправильной формы.
Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:
разработан метод расчета преобразования фракционного состава мат риала при измельчении, существенные отличия которого наиболее пoл^ проявляются при моделировании низкопотенциального измельчения;
выявлены основные закономерности эволюции формы частиц при и мельчении, позволяющие искать пути целенаправленного управлеш этим процессом;
результаты работы внедрены в производственном цехе ТО «ЭКОХИММАШ» г. Буй Костромской обл. и используются в исследі вательских работах в Королевском технологическом институте. Ста гольм, Швеция.
Автор защищает:
математическую модель преобразования размеров частиц при измельч нии;
математическую модель эволюции формы частиц при измельчении;
результаты экспериментальной проверки и идентификации математич ской модели преобразования размеров частиц.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докл; дывались и получили одобрение на республиканских и областных конф ренциях и семинарах «VIII Бенардосовские чтения» (Иваново, 1997), «^ International conference on measurement and control of granular materia MCGM'97» (Shenyang, China, 1997), «III Международная Научнс Техническая конференция, Теоретические и экспериментальные основ создания нового оборудования» (Иваново-Плес, 1997), «Математическі методы в химии и химической технологии ММХ-9» (Тверь, 1995), «Pox студенческих объединений в развитии научн. техн. прогресса в народно хозяйстве» (Иваново, 1995), «НТК Ивановской гос. архитектура строительной академии» (Иваново, 1996), «Создание и развитие информ; ционной среды вуза: состояние и перспектива» (Иваново, 1997), «12,h Inte national Congress of Chemical and Process Engineering» (CHISA'96).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация представлена на 94 стр. мг шинописного текста, содержит 25 рисунков и список использованных и<
точников из 100 наименований. Она состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений, в которых приложены документы, подтверждающие практическое использование.