Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Процессы измельчения сыпучих материалов продолжают оставаться одними из самых энергоемких и, вместе с тем, малоизученных процессов в химической промышленности, производстве строительных материалов, горнорудной промышленности, угольной энергетике и других отраслях. Имеющиеся в настоящее время монографии по измельчению скорее отражают опыт, накопленный за долгие годы эксплуатации технологических систем измельчения (ТСИ), чем научные основы их проектирования, несмотря на то, что основные представления о физике измельчения модельных тел практически не изменились. Современные технологии предъявляют все новые требования к измельченным материалам. Во многих случаях измельченному материалу уже недостаточно иметь высокую удельную поверхность, а необходимо удовлетворять требованиям к содержанию отдельных более или менее узких фракций в нем.
Сложность математического описания и расчета как собственно процесса измельчения частиц, так и его организации в той или иной ТСИ определяется, главным образом, тем, что процесс носит исключительно случайный характер. Прочность, размеры и форма частиц имеют широкий разброс по их ансамблю, стохастическим является движение частиц в мельнице и мельничном классификаторе. Независимое экспериментальное нахождение этих распределений является настолько сложной задачей, что оказывается гораздо проще осуществить тестовое измельчение материала в некоторых стандартизованных условиях, а потом переносить полученные данные на реальную ТСИ с помощью некоторых теоретически обоснованных принципов масштабного перехода. При этом подходе важную роль играют принципы системного анализа, причем эффективность использования методов системного анализа зависит от удачного выбора уровня декомпозиции исследуемой системы, который может быть отнесен к таковым, если общая модель позволяет легко изменять модели отдельных процессов (подсистем) или подключать новые их модели, которые непрерывно совершенствуются.
С точки зрения системного анализа одним из наиболее представительных объектов моделирования является длинная (трубная) вентилируемая мельница, работающая в замкнутом цикле измельчения, где материал, не достигший требуемой степени измельчения, направляется мельничным классификатором на домол в мельницу. Модели более простых ТСИ легко могут быть получены исключением из нее отдельных процессов или упрощением их представления. Таким образом, актуальной научной задачей является разработка некоторых алгоритмов сборки моделей процессов, происходящих в сложной ТСИ, в общую модель этой ТСИ.
Все отмеченное и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 – А118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и международными договорами о научном сотрудничестве между ИГЭУ и Ченстоховским политехническим институтом, Польша.
Цель работы состояла в разработке средствами системного анализа универсальных математических моделей и средств компьютерной поддержки инженерных расчетов преобразования фракционного состава материалов при измельчении в трубных мельницах и выработке на их основе рекомендаций по совершенствованию этого процесса.
Объект исследования – процесс измельчения в трубной мельнице замкнутого цикла.
Предмет исследования – исследование закономерностей преобразования фракционного состава материалов при измельчении в трубных мельницах замкнутого цикла.
Научная новизна – результатов работы заключается в следующем.
-
Разработана ячеечная математическая модель кинетики измельчения в мельнице замкнутого цикла, позволяющая прогнозировать фракционный состав измельченного материала и влияние на него основных параметров процесса.
-
Поставлена и решена задача оптимизации подвода возврата мельничного классификатора в мельницу, исследована чувствительность оптимальной организации подвода к параметрам измельчения и классификации.
-
Выявлено оптимальное положение сечения подвода возврата в зависимости от удельной энергии измельчения и эффективности мельничного классификатора.
-
Выполнены численные эксперименты, позволившие установить связь тонкости помола с основными параметрами помольной установки и расчетным путем определить влияние ее регулирующих параметров на производительность и тонкость помола.
Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.
-
На основе разработанных моделей предложен инженерный метод расчета кинетики измельчения в трубной мельнице замкнутого цикла и средства его компьютерной поддержки.
-
Показано, что подача возврата мельничного классификатора в промежуточное сечение мельницы может быть эффективным средством увеличения тонкости помола и предложен метод расчета оптимального по тонкости помола положения этого сечения.
-
Разработанные методы расчета и их программно-алгоритмическое обеспечение, а также конкретные рекомендации по совершенствованию прогрева апробированы приняты к внедрению при выполнении исследовательских и проектных работ в Ченстоховском политехническим институте, Польша.
Автор защищает:
-
Основанные на теории цепей Маркова двухмерные ячеечные математические модели кинетики измельчения в трубных мельницах замкнутого цикла, позволяющие прогнозировать фракционный состав материала в любой точке мельничной установки.
-
Результаты численных экспериментов по исследованию влияния параметров и условий измельчения на тонкость помола.
-
Методику и результаты расчета оптимального сечения подвода возврата в мельницу.
-
Программно-алгоритмическое обеспечение метода расчета кинетики.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение на 13-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 14-ой международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии – 14-ые Бенардосовские чтения», Иваново, 2007, 20-й международной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20», Ярославль, 2007, международной научной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием», Иваново, 2007, и на научных семинарах кафедры прикладной математики ИГЭУ, 2005-2007.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работы, в том числе 2 работы в изданиях, предусмотренных перечнем ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованных источников (192 наименования) и приложения.
