автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Разработка методики расчета плужных смесителей для сыпучих материалов

Введение.

1. Современное состояние теории расчета смесителей для сыпучих материалов.

1.1. Проблемы расчета смесителей для сыпучих материалов.

1.2. Определение необходимого времени смешивания.

1.3. Определение мощности на перемешивание сыпучих материалов.

1.4. Выбор оптимальных параметров смесителя.

1.5. Выводы.

2. Оборудование и методика проведения экспериментов.

2.1. Смесители Пж-16 и Пж-130.

2.2. Материалы, используемые для исследований.

2.3. Методика определения качества смеси.

2.4. Методика определения момента сопротивления и мощности на перемешивание сыпучих материалов.

2.5. Методика изучения кинетики процесса смешивания.

3. Исследование кинетики смешивания.

3.1. Влияние соотношения компонентов и их гранулометрического состава на коэффициент неоднородности смеси.

3.2. Распределение компонентов в смесителе.

3.3. Влияние параметров смесителя на интенсивность смешивания.

3.4. Выводы.

4. Исследование мощности на перемешивание сыпучих материалов.

4.1. Вывод формулы момента сопротивления движению рабочих органов.

4.2. Экспериментальная проверка полученных зависимостей.

4.2.1.Влияние параметров плужного смесителя на сопротивление движению рабочих органов при смешивании крупнодисперсных материалов.

4.2.2.Влияние параметров смесителя на сопротивление движению рабочих органов при смешивании мелкодисперсных материалов.НО

4.3. Выводы.ИЗ

5. Выбор оптимальных параметров смесителя.

5.1. Методика определения приведенных затрат на смешивание по укрупненным показателям.

5.2. Влияние объема смесителя и угловой скорости вращения ротора на приведенные затраты.

5.3. Влияние коэффициента заполнения и соотношения геометрических размеров корпуса на приведенные затраты.

5.4. Выводы.

6. Промышленная реализация.

6.1. Обоснование постановки исследований.

6.2. Расчет необходимой мощности двигателя.

6.3. Техническая характеристика и режим работы смесителя Пж-250 для обмазочных масс электродов.

6.4. Результаты промышленных испытаний.

6,5. Выводи.

Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы [I] .Одним из путей решения этой задачи является наиболее полное использование достижений науки и техники, направленных на повышение в оптимальных пределах единичных мощностей машин и оборудования при одновременном з^еньшении их габаритов, металлоемкости, энергопотребления и снижения себестоимости на единицу конечного полезного продукта, на создание ^лногофункциональных машин и оборудования, переналаживаемых при изменении технологических процессов, видов выпускаемых изделий и производимых работ.Шесте с тем, ставится задача повышения качества, надежности, а также уменьшения шума и вибрации машин, Всё сказанное в полной мере относится и к оборудованию для переработки сыпучих материалов, к различным типам смесителей, Среди известных машин для приготовления смесей высокой надежностьюи экономичностью обладают плужные смесители [2] -[б] .Они относятся к универсальным интенсивным смесителям, пригодным для применения как в непрерывных, так и периодических технологических схемах, Плужные смесители выгодно отличаются от других типов машин для сыпучих материалов малыми удельными затратами энергии на - 6 смешивание. Интенсивное смешивание обеспечивается рациональной формой рабочих органов, выполненных в виде пд^ггов, закрепленных на горизонтальном валу, расположенном по оси цилиндрического корпуса. Установленные с малым зазором относительно корпуса плуги очищают почти всю его внутреннюю поверхность от налипающего материала. Смесители могут снабжаться диспергирующими головками, которые, вращаясь с большой скоростью, измельчают образующиеся агрегаты.Несмотря на отмеченные достоинства, в отечественной химической промышленности плужные смесители имеют ограниченное применение. Заводом "Красный Октябрь", г. Фастов, в настоящее время серийно выпускается лишь один типоразмер - смеситель Пж-630.Одной из причин ограниченного применения следует считать недостаточцую изученность возможностей плутшх смесителей, отсутствие надежной методики их расчета. При разработке отраслевого стандарта [б] на смесители периодического действия не была выполнена их унификация и не рассмотрена возможность работы этих смесителей в непрерывном режиме. Исследования мощности на перемешивание, как правило, недостаточно учитывают влияние физико-механических свойств сыпучих материалов. Поэтому актуальной задачей является разработка научно-обоснованной методики расчета плужных смесителей, решению которой посвящена данная работа.Научная новизна работы заключается в том, что:

6.5. Выводы

1. Смеситель Пж-250 показал пригодность его к применению в электродном производстве.

2. По интенсивности смешивания он превосходит все известные в настоящее время типы смесителей.

3. Фактическая мощность, потребляемая на смешивание электродной массы, соответствует рассчитанной по предлагаемой методике.

ОБЩИЕ вывода И ПРАКТИЧЕСКИЕ РШОМЕНДАЦИИ

1. Проведено исследование распределения компонентов в плужном смесителе. Обнаружена сегрегация компонентов в вертикальном направлении.

2. Определено влияние параметров плужного смесителя на интенсивность смешивания. Установлено, что наибольшее воздействие оказывает динамическая обстановка в смесителе, которая может быть оценена критерием Фруда.

3. Установлено влияние параметров плужного смесителя на равновесное состояние смеси. Наиболее сильное влияние на однородность смеси в этом состоянии оказывает интенсивность смешивания.

4. Предложен метод расчета необходимого времени смешивания в плужном смесителе для достижения заданной однородности смеси.

5. Для исследования момента сопротивления отдельному рабочему органу использован высокоточный метод динамического тензо-метрирования.

6. Разработана математическая модель сопротивления движению рабочего элемента в плужном смесителе.

7. Установлено соответствие разработанной модели реальному процессу при смешивании крупнодисперсных материалов, а так же принципиальные различия механизмов смешивания мелкодисперсных и крупнодисперсных материалов.

8. Предложен метод расчета мощности, потребляемой на смешивание плужными смесителями, для крупнодисперсных материалов, средний размер частиц которых более 50 мкм.

9. Разработан метод подсчета удельных затрат на приготовление сыпучей смеси по укрупненным показателям. С помощью этого метода определены оптимальные параметры плужных смесителей.

10. Рекомендовано принимать параметры плужных смесителей при перемешивании крупнодисперсных материалов в следующих пределах:

- угловая скорость вращения ротора - 15-20 рад/с ;

- объем корпуса - I - Юм3;

- отношение длины корпуса к радиусу - 2 -10 ;

- коэффициент заполнения корпуса - 0,2 - 0,5.

11. Исследован и внедрен в производство плужной смеситель для обмазочных масс электродов.

Экономический эффект от внедрения этого смесителя -48 тыс.р.

12. Разработана методика расчета плужных смесителей для сыпучих материалов.

Экономический эффект от внедрения методики - 15 тыс.р.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года. - М.: Политиздат, 1981, 60 с.

2. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973, 216 с.

3. Оборудование для смешения сыпучих и пастообразных материалов: Каталог. М.: ЦШТИХЙМНЕФТЕМАШ, 1978, 62 с.

4. Rias H.b. Mischtechnik und Mischpezate. Muf6ezeitungs -Technick, л//, 1979,$. h25.

5. Qoiimaz K.H. Hohe anf02de.zunge.r1 an die

6. Mischteohn/ck. £)/e £znahzungsindustzie, л/4,1919,5.55-58.

7. OCT 26-01-73-78. Смесители периодического действия. Типы, основные параметры и размеры, 23 с.

8. Отчет по теме 0153-78-31. Экспериментальные работы по подбору оптимальных смесителей, используемых в производстве сварочных материалов. Северодонецкий филиал НИИхиммаш, 1978, 107 с.

9. Отчет по теме 0153-80-26. Экспериментальные работы по исследованию процесса смешивания электродной обмазочной массы

10. УОНИ-13 в плужном смесителе. Северодонецкий филиал НИИхиммаш, 1980. 50 с.

11. Eosqz Mass en. Mufhzeitungs- fechnick, ll4,/91/tcM-223.

12. Rose E. Sine пене TazmeP J-йг c/as Tzokenmischen von S^uivezn.

13. Chemie Ungeniez - T&ohnick, a/3, 4959, c. 492-/94.14. by H. bannistez. Selection of 9Eant j-Q-z (hzanuBaz So?ids. Chemical Qzocess &ngineeiingf hlo&emdez, 4958.

14. Shah V. $>eta£. Tzou38e shooting and eguipment evaluation foz soiid/soBid BBending. tfzocess &ngineeiingt ь/9, 4973, $.66 69.16. d-inch л/., Ho PC Choosing powdez ddendQz can Se tzicky. Canadian Chemical &zoces$'mg, August, 4972, s. 12-78.

15. WiEeiams 7.C., Khan M.J. CFhe Mixing and Segregation о/ &bzticuiate Soiids oj %)iffezent fiazticiQ Size. The QhemioaB %ngineezJ ^апиагу t 4973, s. 49-25.

16. Stance K. Jngenicuzazohip, 20, 4952, c. 398-407.

17. Stange K. beuzteiiung von Misohgezaten mit HiBfe 3 tat is t is с he г Ve zfaz e n.

18. ChemiQ Ungeniez -Ulchnick, 26, 4954, s. 450-455.

19. Stance Л". SO/е Mischgute einez Huj-aiP -mischung ais Gzundiage zuz beuzteiEung von Mischvezsuchen.

20. Ohemie ^ngeniQz-Uechnick, 26, s.33/-337.

21. Sta^e K. %)/e Mi so hg ate e/ne z IkufaEi -mischung a us dzei and mehz Komponenten.

22. Сh ami a Jngeniez - Tech nick, 35, /963, a. 580-582.

23. Stance К. Япдеidandte Statist!к. Sssten lei2. Spzingez Veziag. Heide£8ezg, 1970, c. 500-547.

24. Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Л.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, IS63, 416 с.

25. Лазе) P. M.S., Applied Ohem. М, W54, с. 251-268.

26. Waydanst V. Жат dteitHchez J№auf eines Mi so hangs 2xozpc/nges.

27. Ohemie Ъдет'ег - Techniak , rJ5, I960, s. 343-349.

28. Tischez E.G., Ohazd £. SO. The 9*zinet pies of Mixing.jfnteznationai piaatics engineezing ? rt 2,3, 1962.27. tfeidenSoi/n? S.3., bonitEa C.F.

29. Я fundamentai study of the mixing of paztieuPate soi/ds . Ohem. &ngng. 9>zogz 51, 1955, tJl, g. 27-36.

30. У-ап <L.T.f Chen S.J., Watson С.Я. Soi/ds Mixing.

31. Jndastziai and gngineezing Ohemistzg, N62, /970,^.53-69

32. Ozz a/ A., 9hazm 3 Sahotton. The Mixing of cohesive Qotfdezs.7he Ohem/cai ёпр/леег, Janaaeg, /973, s. /2-/8.30. HazBi A/.

33. Unit Costs oj Mixing cfizy Soiids. Chemicai crnd (Psocess <ong'me.Qzing? ftecemdez, 1Ш,s.55-59.

34. SI. SchzenSaz 6. Untezsucbung dez Mischungs&ez£auf$> in ^ests toft misc he zn ante z schi 9 dPiche z 6zdj>e. fflisseztation l/nivezsitat Stuttgc/zt, 1979.

35. Вентцель E.C. Теория вероятностей. M.: Наука, 1973, 368 с.

36. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972, 368 с.

37. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.В. Курс теории вероятностей и математическая статистика для технических приложений. М.: Наука, 1969, 511 с.

38. МйВеег Tz. $)isseztation 7Н} Munchen, Ш5.

39. Rumpf И., Мйёвег W. <ftas Misahen von tyuEvQZR in Mischezn mit cfxiaBez

40. MischSezoegi/ng. О he mie Jngeniez-9echnick/ Щ №67,56,5.365-373

41. Макаров Ю.И. Основы расчета процессов смешения сыпучих материалов. Исследование и разработка смесительных аппаратов. Автореф. докт. дис. М.: МИЖ, 1975, 35 с.

42. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической техно-логии.-М.: Химия, 1976, 462 с.

43. Методика расчета мощности привода и выбора скорости вращения рабочих органов плужных, ленточных, планетарно-шнековых смесителей. Северодонецкий филиал НШхиммаш, 1974, 23 с.

44. Севров К.П. Рациональная загрузка лопастных мешалок при перемешивании дорожно-минеральных смесей с жидким битумом.- Труды Саратовского автомобильно-дорожного института. Сборник № 14: Саратовское книжное издательство, 1956.

45. Севров К.П. Исследование перемешивания асфальтобетонной смеси при различных размерах и числе лопастей мешалки.- Труды Саратовского автомобильно-дорожного института. Сборник Р 15: Саратовское книжное издательство, 1959,с. 3-17

46. Севров К.П. Исследование работы перемешивания в лопастных мешалках. Труды Саратовского автомобильно-дорожного института. Сборник Р 16, том Is - Саратовское книжное издательство, 1959 ,с JI5-134 .

47. РД РТМ 26-01-129-80. Машины для переработки сыпучих материалов. Метод выбора оптимального типа питателей, смесителей и измельчителей. Северодонецкий филиал НИИХИММАШ, 1980, 95 с.

48. Бородихин П.П. Электрический метод измерения мощности, затрачиваемой на перемешивание. Сб. "Химическое машинострое-ние".-Киев: Техн1ка, 1966, вып.3, с.7.

49. Лукьянов П.И., Никитин А.К. Изучение мощности на валу перемешивающего устройства в реакторе объемного типа. Методические указания к лабораторной работе по курсу: Машины и аппараты органических производств. М.: МИХМ, 1973, 16 с.

50. Справочные данные по электрооборудованию. T.I. Электрические машины общего применения. М. - Л.: Энергия, 1964,62 с.

51. Петухов П.З., Казанцев А.В. Применение тензометрии в машиностроении. М.: Машгиз, 1956, 366 с.

52. Козлов М.А. и др. Исследование прочности деталей машин при помощи тензодатчиков сопротивления. Киев: Техн1ка, 1967, 204 с.

53. Макаров Р.А. Тензометрия в машиностроении. М.: Машиностроение, 1975, 288с.

54. Глущенко И.М. и др. Основы научных исследований. Киев: Вища школа, 1983, 160 с.

55. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. M.s Институт горного дела, 1961, 54 с.

56. Маркова Е.В. Руководство по применению латинских планов при планировании эксперимента с качественными факторами. Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 1971.

57. Man/? И.В. The constzuation о/ OzthogonaE cLatin Spo'aies. 9~he Jnna£s о/ Mathematical? Statist)as, !3, У 4, dec. /Ш.

58. Mann H.B. On the constzuQtion о/ seis о/ OzthogonaP dat/n Spi/azes. (The J)r?na£s о/ Mathematical Statistics, /4, У4, dec. W43.

59. Зеленин A.H. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение, 1968, 375 с.

60. Орнатский Н.В. Механика грунтов. М.: Издательство МГУ, 1950, 419 с.

61. Цитович Н.А. Механика грунтов. М.: Стройиздат, 1961, 320 с.

62. Механика. Определяющие законы механики грунтов. Перевод с англ. Вып.2. М.: Мир, 1975, 230 с.

63. Rathie 7. %)ег Sahnittvozgang im Sande V.8.J. ~ Veziap 6.M.5.5., mi.

64. Зимон А.Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов.- Металлургия, 1978, 287 с.

65. Лукьянов П.И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. М.: Машиностроение, 1974, 181 с.

66. Отчет по теме 0153-77-18 НИР по исследованию оптимальных условий подачи порошкообразных и пастообразных материалов рабочими органами основных типов объемных питателей. Северодонецкий филиал Нййхиммаш, 1978, 103 с.

67. Справочные материалы по физико-механическим свойствам пылевидных и порошковых грузов. JI.: Ленинградский институт водного транспорта, 1969, 87 с.

68. Зенков Р.Л., Ивашов И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 1980, 304 с.

69. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства.- М.: Машиностроение, 1977, 223 с.

70. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Тома 3, 4, - М.: Сельхоз-гиз, 1940.

71. Александрова В.П. Планирование новой техники. Справочник.- Киев: Техн1ка, 1982, 184 с.

72. Методические указания по научно-техническому прогнозированию развития оборудования отрасли. M.s НИИхиммаш, 1982, 52 с.71. Прейскурант № 23-03, ч.1:

73. Оптовые цены на оборудование химическое.72. Прейскурант № 15-01:

74. Оптовые цены на машины электрические средней и малой мощности.73. Прейскурант № 19-08:

75. Оптовые цены на редукторы и муфты соединительные.

76. Управление исследованиями, разработками и внедрением новой техники. M.s Экономика, 1977, 287 с.- 142 -ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ$ радиус корпуса смесителя, м ; L - длина корпуса смесителя, м ; V - объем корпуса смесителя, м3 ; Лэ - число рабочих элементов ;

77. VCR коэффициент неоднородности при рандомальном состоянии смеси, % ;лvc опытное значение коэффициента неоднородности смеси, * 5 'л

78. VCoo опытное значение коэффициента неоднородности при равновесном состоянии смеси, % ;

79. CP,CQ- массовые доли ключевого и основного компонентов в смеси ;

80. Ф коэффициент скорости смешивания ;

81. Фа коэффициент скорости сегрегации ;г (пhr число Фруда /> = д } ;

82. Н глубина погружения центра тяжести рабочего элемента в сыпучий материал, м ;п$ ускорение силы тяжести, м/с ;

83. Nc мощность, расходуемая на преодоление сил трения в материале, Вт ;- динамическая составляющая мощности, Вт ;

84. М момент сопротивления, Н*м ;

85. N потребляемая мощность, Вт ;

86. А\ работа, производимая одним рабочим органом за один оборот, Дж (Н*м) ;- длина на диаграмме, на которой рабочий орган испытывает сопротивление, м ;1.ц длина на диаграмме, эквивалентная одному полному циклу, м.