Введение к работе
Актуальность работы. В различных отраслях современной промышленности широко применяются мелкодисперсные материалы, однако их использование связано с такими трудностями как пыление, склонность к слеживанию и просыпь при транспортировке. При их дальнейшем использовании в технологическом цикле возникают вопросы экологической безопасности. Для решения этих проблем проводят их гранулирование различными способами.
Рассматриваемые в работе микротальк, оксиды титана различного производства и древесные опилки нашли широкое применение в качестве адсорбентов и наполнителей в бумажной, лакокрасочной, керамической и пластмассовой промышленностях, причем оксиды титана в лакокрасочной и микротальк в бумажной промышленностях испытывают наименьшую конкуренцию со стороны других промышленных минералов.
Исследуемые в работе древесные опилки различной природы (отходы лесопиления и деревообработки) используются для производства топливных гранул (пеллет) и брикетов, призванных заменить собой традиционные источники энергии – нефть и природный газ – цены на которые постоянно растут, а ресурсы ограничены.
Современные способы гранулирования рассматриваемых материалов не достаточно эффективны, так как в большинстве своем не учитывают природу гранулируемого материала и его структурно-деформационные свойства.
Получение широкого спектра продуктов в гранулированном виде методами прокатки и компактирования при пониженных энергозатратах за счет изменения реологических свойств гранулируемых мелкодисперсных сред как на стадии подготовки сырья, так и непосредственно в процессе гранулирования, является перспективным.
Данная работа посвящена проблеме изучения влияния структурно-деформационных и реологических свойств исследуемых материалов на эффективность процесса гранулирования на валковом прессе и роторном грануляторе с плоской матрицей. В связи с этим актуальное научное и практическое значение имеют проведенные в данной работе теоретические и экспериментальные исследования процессов гранулирования мелкодисперсых сред с регулируемыми характеристиками и создание научно-обоснованных методов их расчета.
Целью работы является разработка процессов гранулирования мелкодисперсных шихт компактированием на валковом прессе и прокатки растительных отходов на роторных грануляторах с плоской матрицей в каналах переменного сечения а также разработка уточненных методик расчета энергосиловых и геометрических параметров валковых прессов и роторных грануляторов.
В соответствии с этим в работе решались следующие задачи:
анализ современного состояния методов гранулирования порошковых шихт и особенностей расчета силовых параметров процессов компактирования и прокатки;
рассмотрение реологических моделей поведения порошковых материалов в зависимости от их природы и технологических факторов;
создание физической и математической моделей поведения дисперсных сред в очаге деформации переменного сечения;
создание экспериментальной установки для исследования процесса прокатки через фильеру с каналом переменного сечения и с термонагревом;
разработка технологического процесса и оборудования для прокатки порошков с учетом изменения их реологических свойств;
разработка методики инженерного расчета основных параметров процесса компактирования и прокатки мелкодисперсных сред на роторном грануляторе.
Научная новизна:
Разработан процесс гранулирования мелкодисперсных сред методом компактирвания с получением плотно-прочных прессовок и предварительным переводом их в пластифицированное состояние.
На основе факторного эксперимента были получены уравнения и номограммы для определения плотности и прочности прессовок из оксида титана и талька и их реологических характеристик (пластической прочности и коэффициента бокового давления) в зависимости от режимных параметров процесса прессования – влажности и удельного давления.
Разработана физическая модель процесса гранулирования древесных отходов прокаткой через фильеру с меняющейся геометрией канала с учетом их исходных структурных и физико-химических свойств.
Исследованы реологические характеристики процесса проходного прессования древесных опилок различной природы и установлено, что оптимальным режимом при прокатке является температура нагрева порядка (120180)0С, пластическая прочность (12) кПа и коэффициентом бокового давления (0,30,8).
Предложена методика расчета силовых параметров процесса прокатки через фильеру на основе уравнения движения материала по каналу с меняющейся геометрией и экспериментальных данных компрессионных испытаний.
Практическая значимость:
Разработан метод компактирования мелкодисперсных сред минеральной природы и метод прокатки древесных опилок на роторных гранулятрорах с плоской матрицей, которые могут использоваться при получении наполнителей для бумажной и лакокрасочной промышленностей, адсорбентов для очистки бумажных масс, для утилизации промышленных и бытовых отходов и при получении биотоплива на основе отходов растительного и древесного сырья.
Создана инженерная методика исследования процесса проходного прессования дисперсных материалов в канале с меняющейся геометрией при различных температурных режимах.
Разработана конструкция роторного гранулятора с плоской матрицей с каналами переменного сечения и с термонагревом. Результаты расчета основных технологических параметров и конструктивных размеров роторного гранулятора переданы в ООО «Технопромсервис», и будут использованы при проектировании и изготовлении гранулятора в 2012 г.
Созданы научно-обоснованные комплексные методики расчета процессов компактирования мелкодисперсных сред на валковом прессе и гранулирования
древесных отходов различного происхождения с регулируемыми реологическими свойствами в роторных грануляторах с плоской матрицей.
Материалы диссертационной работы опробованы и внедрены в лабораторный практикум МГУИЭ при изучении дисциплин «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» и «Переработка и обезвреживание твердых промышленных отходов».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8-м международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: проблемы и перспективы», г. Москва 2004г.; международных интернет-форумах молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», г. Москва 2005-2006 г. и 2010г.; на 9-м международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», г. Москва 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, 4 из которых в журналах, рекомендованных ВАК, тезисы 2 докладов на международных симпозиумах и тезисы 2 докладов на международных интернет-форумах.
Объем и структура работы. Содержание диссертации изложено на 182 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков, 10 таблиц и список использованных источников из 110 наименований. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе и приложений.
