автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Механическая обработка дисперсных материалов в аппаратах вихревого типа

Ш правах рукэияси

ИШУТТШ Алексей Георгиевич

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБР^ЧОТКА ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В АППАРАТАХ ВИХРЕВОГО ТИПА

0517.08 - процессы и ишараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата тсхигпес ¡х паук

С&нкг- Петербург 1995

Работа выполхспа в Санкт-Петербургской государственном техно лнчесиом институте ^техническом университете).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Верипш Александр Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Афанасьев Александр Сергеевич

кандидат технических наук, старший научный со тудннк Пучкин Игорь Аркадьевич

Ведущая организация - Государственное научно-

производственное предприятие

"Краснознаменец"

(Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоятся " /6 " _ 1995 г.

на заседании диссертационного Совета Д 06325.02 в Санкт-Петербургском государственной технологической институте (технической университете) то адресу: 198013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского технологического института.

Отзывы вб автореферат в одной экземпляре, заверенные печатью, просим направлял» по адресу. 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Ученый Совет.

Автореферат разослан " АЗ " 199$ г.

Ученый секретарь днссертатнонною Совета Д 363.25.02 НА-Марцулевнч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аж./алмосп, темы. Процессы механической обработки дисперсных материалов (измельчение, о катка, активация) являются одними из основных в производстве большинства сыпучих компонентов для различии« областей промышленности. Актуальность исследований в этой области определяется знататель-ньш влиянием дисперсности, форьш частиц и количества дефектов кристаллической структуры на технологические свойства порошков и большим объектом производства многих нз них.

Необходимость механической обработки сыну. х материалов как в ввде целевой продукции, так н ня промежуточных стадиях переработки в изделия требует содп-чпя : вых типов машин и аппаратов, отличающихся высокой производительностью и низкой энергоемкостью. В настоящее время находят применение машины и аппараты для измельчения, о катки (опалпзахшн) и механичесь^»") активаций диси^рсных материалов, использующие разные принципы работы. Однако, универсальных агрегатов, способных проводить различные вилы механической обработки частиц, практики, не существует. Извсстяь. мельницы и диспертторы о( аддют высоким удельным энергопотреблением и по требованиям бе-^пасности большинство из них не может быть использовано для измельчения потенциально опасных материалов. Применяемые методы "мокрого" помола чрезвычайно усложняют технологический процесс дополнительными ь.помогательньши от. лциями (суспендирование, фильтрование, сушка и т.п.).

Суп л-вует значительный разр1гч между достижениями в облети созд' ¿ня новых ггеряал^в и возможностями оборудования для их производства, в большинстве своем не изменившегося в последние десятилетия. Повышенные требования к качеству исходных компонентов определяют актуальность исследований, направленных на создание принштиально новых типов аппаратов, обладающих низким энергопотреблением и позволяющих управлять процессом.

Использование динамических эффектов двухфазных вихревых потопов, обеспечивающих самоизмельчение ч^тиц материала, представляется одним из наиболее перспективных направлений

решения поставленной задачи. Проблемы механической обработки диегк ^ сных материалов в ш'тревых потоках остаются недостаточно яз-"|е1шыш1. Возможные режимы обработки (измельчение, окати», ажтквацпя) чаще рассматриваются как отде^ные технологические 1 процессы и не обобщены единой теорией в рамках логически увязанного физико-математического описания.

Цель работы. Создание экономичных универсальных аппаратов для механической обработки дисперсных материалов, в том числе и потенциально опасных веществ, использующих гч)ипшшы вихревого движения газоывеси, и разработка научно обоснованной методики их расчета на основе кп'галекса теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математического моделирования является основной целью данной работы.

Научная номопа. .1а основе существующих теорий прочности в дефектообразования разработана единая энергопрочностная концепция процессов механической обработки (измельчение, окнтка, "чаивацня) дисперсных материалов.

Предложены математическое описание аэродинамики вынужденного вихря и модель ^теоретической" вихревой камеры, позволяющая проектировать ее геометрический профиль, обеспечивающий стабильность процесса обработки.

Математически описан механизм взаимодействия частиц в аихревом двухфазном потоке, учитывающий их рикошетное столкновение со стенкой кшеры. Получен критерий динамического подобия процессов механической обработки дисперсных материалов в вихревых камерах.

Разработан метод графического представления результатов механической обработки, заключающийся в построении диаграммы ориентированных траекторий исследуемых процессов, которая наглядно показывает изменения размера п формы частиц при измельчении и о катке.

Практическая значимости. Разработан ряд новых машин и аппаратов для механической обработки дисперсных материалов, использующих в своей конструкции принципиально новый тип вгтреаик камер. Они по валяют измельчать, окатывать и активировать широкий спектр дисперсных материалов от

неорганических солей до волокнистых, абразивных и потенциально опасшх зсщсств. Промышленная апробация в НПО "Кристалл" показала их высокую эффективность, низкое энергопотребление, универсальность и безоиасыосп».

Апробация работы. Ос ювньге положения диссертации докладыв" тась к обсуждались на: Всесоюзном совещании "Повышение эффектиттостп п надежности машин и аппаратов в основной химии" (Сумы, 1939); Всесоюзной конференции Технология сьшучих материалов" (Ярославль, 1989); IV Всероссийской научной хонферетцп! "Дшхаьшка нроцеса»» и аппаратов хнмиче шй технолопт* (Ярославль, 1994); Ьссроссийском совещании "Паука и технология силшг-пшх материалов в современных условиях рыночной экономики" (Москва, 1995).

П}йкикадки. По теме диссертации опубликовано семь работ, в той числе одно авторское свидетельство.

Структур* I. .)б*сы работ. Диссертационная работа состоит аз введения, пяти глав, основных результатов работа, списха литературы и приложения. Материал, диссертации наложен па 205 страницах, содержит 88 рис икса, б станиц приложений и список лк"ературы из 111 наименований, всего 221 страница.

СОДЕРЖАНИЕ РА1 -ТЫ

Во введении показана актуальность темы и определены основные нанравлепия исследований.

В первой главе выполнен системный анализ ьуоцессн, позволивший последовательно рассмотреть проблему, п проведен обз"г» лигерат*7"« н патентных hcv,танков по современному состоят™ noitpocon механь .¿ской обработки дисперсных материалов, в частности, потенциально опасных веществ.

Процессы механической обработки дисперсных материалов имеют общие физические основы. Для реализации любого из них необходимо сформировать поле напряжений а частице, в результате механического воздействия на нес, а для получения ожидаемого результата требуется создать специальный характер этого ноля как во времени н пространстве (объеме чветитш), так а по энергетическому уровню. Упругая или пластическая Деформация, локализуется в тонком слое, прилежащем к поверхности

наивысших напрях-ннй, вдоль которой происходит деструкция част % Это приводит либо г формированию необратимых дефектов к; (сталлической структура (активация), либо к разрушению поверхностного слоя (окатка), либо к полному разрушению частицы на несколько (измельчение).

Анализ существующего производства для тонкого измельчения показал целый ряд существенных недостатков: наличие взрывоопасных стадий; большая энергоемкость; низкая прогнозируемое? результатов; высокий намол и юное стенок Х-лбочих камер.

Особый интерес представляют исследования, посвященные механике вихревого движения потоков. Вихревые структуры обладают рядом особых свойств, позволяющих проводить в них "уникальные" процессы обработки твердой фазы. Область применения вихре вы. потоков тазовзвесей ограничена кругом процессов, связанных с сепарацией, горением, сушкой а грануляцией, и, практически, не затрагивает механическую , обра6о-.,ч дисперсных частиц. Известны примеры использования вихревых хамер для абразивной очистки поверхности т; б, помола материалов, овалшащш порошков. Их применение позволяет повысить производительность аппаратов, уменьшить габариты установок, снизить энергоемкость. Крупномасштабное внедрение вихревых камер в промышленность осуществляется медленно, это объясняется рядом причин, а том числе отсутствием надежных методов их расчета а критериев подобия для перехода от лабораторных моделей к промышленным установкам.

Глава вторая посвящена математическому описанию процессов механической обработки дисперсных материалов.

Разработана модель критических энергетических уровней напряжений, возникающих в результате механического воздействия на частицы (рис.1). Величина критических напряжений определяется, кроме упругих и прочностных свойств материала, способностью к дефекгообраюванию. перемещению дефектов и пропорциональна количеству уже существующих дефектов в частице. Создавая на поверхности материала различные по эггргсгическому уровню нат ряжения, можно проводить тот или иной вид механической обработки. При уровне напряжений до <зд

ыехааичссхпе воздействие приводит лишь к нагреву частиц, от сгд яо проходит агсгнвацня (дефектообралованне) или упрочнение (запирание дефектов кристаллической решетки пошмп дефектами), при уровне от СГ^ до ОГгср 15лет разрушение частиц по дефектам. В этой области мозц.о выделить два режима обработки: о катку (с-ллизашпо) - потерю поверхностного слоя частицей и более энергоемкий режим разрушение по внутренний дефектам -измельчение, который по результирующим геометрическим параметрам частиц близок к разрушению кристаллических связей. Мгхзу шши можно установить З'слоьный перехе гый уровень напряжений СТуц. При уровне больше с^ происходит разрушение частицы с разрывом связей в кристопличе«. .ой решетке, энергия которых очень велика. Для достижения энергий близких к Рт^р необходимы большие скорости взаимодействия частиц.

Нагрев Акпгащия Окатаа | Измельчение Ратрупжтк

->

а1кр % СТ2кр Напряканк

Рис.1. Схема энергетических уроаней напряжений.

Получено уравнение, определяющее величину критической скорости взаимодействия частиц, необходимую для реализация взэнкретного режима механической обработки

(I)

Функциональные операторы И,, кроме предельных напряжений зависят от предыстории материала (наличие и вод дефектов, способность к деф. лтообразованлю, поле расположения дефектов).

Предлагаемый механизм обработки частиц дисперсного материала основан на касательном столкновении некоторой дола частиц со стенкой камеры. Подобный удар частицы о стенку не может привести к образованию в ней напряжений, достаточных для разрушения. Отразившаяся иод углом у частица „новь попадает в поток газовзвеси, где она сталкивается с другими частицами. Поскольку величина и направление скоростей этих частиц сильно

отличаются, их к^годдейспшс приводит с механической обрш. jixc. Скорость столкновения частиц в этой случае

w* wp (1-a eos у). С)

Величина коэффициента восстановления скорости а в уал отражения у зависит как от свойств материала чг^тнц к стенки, так а от формы, размера частиц. Механизм локального изменения величины в направления скорости частицы при ее столкновении со стенкой иод м?тым углом я последующее взаимодействие с г тугими частицами, будем называть механизмом рикошета. Сформулирован критерий концентрационного подобия механизма рикошет«

V

—S-»const. (3)

В результате анализа энергетики процесса обработки получена формула для определения степени модификации I«*4'I/ví'B (изменения физиюэ-механических параметров частиц

Значения коэффициентов К, n i t) существенно отличаются для разных видов обработки в аппаратов.

Не учитывая нюкоэнергстическве процессы (активация, нагрев) механическую обработку можно рассматривать как совокупность только двух режимов - о катка и измельчение. Основными параметрами, характеризующими геометрию чаеггаы, являются ее поверх»ость а форма, между которыми была у\. .ановлеп» однозначная зависимость для окатки

ф

для измельчения

S-«d:

(б)

Уравнения (5) и (6) позвч .цгют построить траектории окатки а измельчения, которые образуют диаграмму процесса механической обработки Б^ср').

При механической обработке может неоднократно паблхааться переход из одного режима в другой в зависимости от прочностных параметров частицы

(наличие в количество дефектов структуры) в уде лык1 дисситшруемой . .ощности. Для материалов с идентичными прочностными я геометрическими параметрами положение точки перемены режима обработки будет зависеть только от энергетики процесса, т.е. от скорое я движен ч частиц. Это нагадило пг-дстаалено в трехмерном пространстве механической обработки (рнс.2). Существование энергетической >ны (области) перемены режима обработки обусловлено сложными физи.лкими явле ннями, происходящими в частице при механическом воздействии.

При малых уровнях дис чшруемой мощности частица подвержена окатке. Увеличение мощности в ка*. 1 то момент приводит ' смене режима на измельчение, вызванное постепенным нак ожгитеы дефектов, затем, п^сле их "раскрытия", режим опять сменяется на о катку. При определенном ¿ровне мощности частиц» иэ исходного состояния сразу подвержена измельчению без о катки. Однозначно сущее вуют значения двссшшруемой мощности, ниже и выше которых перемена режима обработки невозможна. Такой подход позволяет эффективно решать задачи оптимизации и управления процессами механической обработки дисперсных материалов.

Третья глава посвящена описанию аэродинамики вихревых камер и силовому взаимодействию фаз в вихревых л стоках.

По условиям механизма рикошета наиболее оптимальной конструкцией вихревой камеры является цилиндрическая полость,

Рис.2. Диаграмма механической обработки ча. . ий дисперсного материала.

создающая пынужзснрый вихрь. Будем называть камеры с танпг даальяой подачей газа - струйно-вяхревыми (рисЗ), а с ме-Х2'-'Ечсским возбуждением ьихря - центробежно-вихревыми (рис.4). При рассмотрении плоской модели гттхревога потока снимаемой среды получено уравнение вынужденного вихря

к

(Г "\2k-i

кг; • <7>

Условие (7) показывает изменение тангенциальной скорости потока а сечевяв вихревой камеры радиусом И«.

РисЗ. Конструкции струйн о-вихревых камер: а) цилиндрически, б) тороидальная.

Рве.4. Конструкции пентробежио-визфсвых камер: а) роторные вертикальные, 6) роторная радиальная, в) роторная тороидальная.

Основная масса газозлхревого потока расположена в перн-ферпйпой зоне тамеры, где существенно повышены плотность, давление и температура газа. Центральная область содержит малую дол» массы пкхря п, практически, не участвует в процессах обработки.

При дг экетш газа вдоль стенки вихревой камеры рсальпая скорость потока определяется действием двух механизмов: торможением при треыш о стенку, снижающим пристенную тангеп циадьную скорость 1Ь а ускорением за спет сясатш центробежной силой.

Изменение скорости потока газового вихря в пристенной зоне вихревой камеры при постоянном расходе определяется радиусом хриыпны поверхности. Меняя радиус годеры по уравнению ^теоретической" вихревой камеры (TBK)

ц.-Ц^а.ь.л—^— )—„0i (8)

Ь 2 Rc R^pO2

nie f^kg-1,328-Re/-05 - коэффициент трення, можно добиться сохранения входной скорости на всей длине стенки, что необходимо для реализации стабильного режима механической обработка дисперсной фазы в потоке.

Приведенный анализ сил, действующих па час ищу в впхревоы потоке, позволил получить следующую систему дифференциальных уравнений движения в пили ндриздеш координатах

duP a i № ^Р —-«Alu.-u,,)--

dx { * Р' Rc

I (9>

. ¡ \2ß и; 12 Pg / \ Up

roe А-41,5 к (11 — 10 фр df n^ p^ l/m,

Р * I

Первые слагаемое ж правых частях уравнений отражают аэродинамическую силу сопротивления с учетом ¡ ¿сферичности

частиды, второе слагаемое в первой ур^шении обусловлю то Кориолнсовым, а во втором - центростремительным ускорением. Последнее слагаемое во втором уравнении вызвано силой Минуса.

Численные решения системы уравнений (9) с учетом данных по структуре потока в вихревой камере показали, что в зависимости от размера частица постепенно занимает определенную нестационарную орбиту, радиус которой может быть больше или меньше радиуса камеры, что и определяет ее возможное столкновение со стенкой. Прежде чем выйти на орбиту частица совершает цикл осциллирующих движений возле нее, причем, чем она крупнее, тем период и амплитуда колебаний больше. В результате анализа системы (9) получен критерий подобия процесса взаимодействия сплошной в дисперсной фаз в вихревых камерах

. (Ю)

<Р2 Р8 Кс

Четвертая глава посвящена экспериментальным всследова-ниям процесса механической обработки дисперсных материалов ж аэродинамики вихревых камер. Кроме того, проведен их анализ в сопоставление с теоретическими исследованиями.

С целью подтверждения выдвинутых предположений а проверки теоретических исследований были разработаны и созданы экспериментальная установка я несколько лабораторных ашгстжгоа я машин, которые реализуют предложенный принцип механической обработки дисперсных материалов.

Роторная вертикальная центробехно-вихревая камера с механическим завихрителем (рис.4а), реализована в конструкции роторно-вихревой мельницы (РВМ), которая защищена авторским свидетельством. В центробежно-вихревой машине (ЦВМ) периодического действия применена роторная тороидальная пеатробежво-вихревая камера (рис.4в), что позволяет проводить исследования по измельчению и окатке кристаллических и волокнистых материалов с большим временем обработки. Роторно-вихревой аппарат (РВА) реализует конструктивные признаки роторных радиальных пентро-бежио-вихревых камер (рис.46). Сгруйно-вихревой аппарат (СБА) для механической обработки потенциально опасных материалов, не

содержит вращающихся элементов и узлов трения, конструктивно повторяет тороидальную струйно-гопревую камеру (рис.Зб).

Измеренная в плоских моделях СВА тангенциальная скорость (рис.5) при небольших степенях закрутки потока (и) изменяется близко к вынужденному вихрю (7) (линия 2). При больших значениях в Bjnpt ое формирование внутри камеры состоит из периферийного вихря, вызванного входной струей газа, центрального ядра, вращающегося значительно медленнее, и рециркуляционной зоны между ними. Как периферийный вихрь, так и центральное ядро являются по своей структуре вынужденными вихревыми образованиями и самостоятельно описываются уравнением вынужденного вихря, с конкретными граничными условиями (линия 3). Линия 1 характеризует профиль простого вынужденного вихря при <¡>=750 с*1.

Сравнение теоретичесх й модели изменения тангенциальной ристенной скорости газа U2 и экспериментальных данных приведено на рис.б. Ливия I обусловлена торможением об стенку камеры, линия 2 определяет ту пристенную скорость потока, которую бы он имел на криволинейной поверхности без сопротивления трения. Ляпия 3 показывает результирующую скорость потока Экспериментальные данные получены на модели с Rc=25 мм. шириной сопла 3 мм и расходом воздуха 18 м^/ч, скорость на входе составляет около 50 м/с.

Величины коэффициентов в (3) определены экспериментально и сосз-аляют. kn«450, kg«0.5.

Исследования скорости потока uj позволили сделать вывод, что с учетом центробежного сжатия в зависимости от диаметра вихревой камеры мы можем поддерживать пристенную скорость либо ниже, либо выше скорости потока на входе. Применяя камеры переменного радиуса кривизны, рассчитанного согласно модели TBK (8). можно добиться практически постоянной в равной входной скорости потока. При скоростях меньше 30 м/с применение спиральных вихревых камер теряет смысл ввиду незначительного снижения скорости U2 В данном случае возможно применение камеры постоянного радиуса. Если допускается некоторое превышение раос.тй скорости потока на входе, то целесообразно также применять вихревые камеры постоянной кривизны со средним радиусом. рг> 'читаннь' i по основному участку (&>*/3).

и.

м/с

25 20 15 10 5

°0 10 20 ¿0 г, мм

Ряс.5. Профиль гадгендиальпой скорости г "ока при Кс«40 шс 0-©=750 с*1; о-®=438 с~».

"J м/с

во ¿0 <0

20 0

о t 2 г 4

0. рад

Рис.б. Сравнение рассчитанных значений пристенной скорости потока с экспериментальными.

Подтверждено предположение о существовании критически энергетических уровней напряжений в частотах opa механической обработке (рис. 1) в установлены критические скорости взаимодействия частиц (1) для некоторых материалов.

Оптимальные значения критерия (3) иезкат в диапазоне ог 2-Ю'3 до 4-10-3 м3/с-и3 Аля всех исследованных аппаратов и машин.

у- Л /

1.. / /

у' ) О

Í. -о" м 1 >

/ ' j о „.--ti -••' "о' л Y

/U гílrA i______ --о г

2

--О______ J о "С —о

л

1

ю

¥

0.001

озт

Ж

кДж/кг

Рпс.7. Зависимость степени измельчения NaNOз от удельной диссипируемой энергии.

Со глас по экспериментальным данным по условной эффективности вихревых аппаратов необходимо, чтобы величина критерия динамически > подобия (10) была постоянной и больше 40.

Определены значения коэффициентов К, а н п в формуле (4) для различных материалов и аппаратов.

Предположение о суш геованил нескольких энергетических _ ровней дефектов (ЭУД) кристаллической структуры частиц подтверждено экспериментами по механической обработке. Исследования влияния удельной диссипируемой энергии на степень измельчения (рис.7) показали наличие характерных участков: деструкция и структурной устойчивости материала, определяемых ЭУД.

Существо ь. ише области перемены <реаснма обработки (рнс.2) доказано многочисленными этапернмеггтш на разных материалах.

Анализ результатов измельчения н о катки в вихревых аппарата., показал их высокую эффективность н сравнительно низкую энергоемкость, кроме того подтверждена адекватность выбранных критериев моделирования. Сравнительные данные по механической обработке представлены в таблице 1 и на рис.8.

Пятая глава посвящена практическому использованию результатов исследования. Предложена методика расчета машин я аппаратов и даьы рекомендации по их применению для механической обработки различных материалов.

Разработана промышленная установка для подготовки сыпучих компонентов, сочетающая сушку в измельчение, основным аппаратом которой является роторно-вихревая мельница. Определены оптимальные параметры ведения процесса.

Описаны особенности окатхи и активации кристаллических материалов в пентробежно-р третей машине, обусловленные

а) б)

Рис.8. Микрофотографии часпга электрс -друида (увеличение в 50 раз): а) исходные (фн=0,74); б) окатанные (фк=0,84, ]=1,14).

Таблица 1.

Степень физико-механической модификация (измельчения, окихкн*) материала.

Аппарат РВМ ЦВМ РВА СВА

Максимальные энергозатраты, кДж/кг 8 5 20 40

Соли: ИаКОз, ККОз, Ва(ЫОз)2> 8г(КОч)9, ИаС1, КС1 15 15 Ь 1,10* б

Оксиды: БЮ?, А1?0^ - 1,14* 1,13* -

Фарфор - 1,17» 1,17* -

Сахар 20 20 - 10

Лист: чай, басма - 13 - -

Пряности: кардамон, имбирь, перец - 10 - - -

Кофе, какао - 15 - -

Материал ОСТ 84-1344-76 * - 17

физико-химическими процессами дефектообразовалля, проходя-щпмп в кристаллах при механическом воздействии на них.

Создан и успешно применяется промышленный пептробежно-впхревой измельчитель непрерывного действия для язиельчети: гологатастых материалов. Определены его основные рабочие хар; геристики и приведены результаты но измельчению различных материалов.

Представлены д я hü.,те по измельчептпо ттотептгяалт.по опяспых гстщгста в струйпо-кпхрсвон аппарате, которые подтверждают его высокую эффективность и безопасность. По результатам опытно-промышленных испытаний составлена технологическая справка. Проведенные исследования позволили создать промышленный струйпо-вихревой измельчитель потенциалы о опасных материалов.

Приведены сравнитель м данные по основным параметрам ^ аботы СВА и серийно выпускаемых струйных мельниц, аналогичных по производительности. Не уступая по большинству рабочих характеристик. СВА обладает значительно меньшим энергопотреблением.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проводе I системный анализ процесса механической обработки дисперсных материалов и рассмотрены его иерархические уровни.

2. Г слана попытка создаппя единой эпергопрочпостпой концепции, объединяю шей процессы механической обработки дисперсных материалов {измельчение, механическая активация, окзтка), па основе существующих теорий прочности н дефекгообразования.

3. Предложена математическая модель, позволяющая определить критические скорости взаимодействия частиц, которые обуславливают вид механической обработки.

4. Описан механизм взаимодействия частиц в двухфазном вихревом потоке, учитывающий их рикошетное столкновение со стенкой камеры.

5. Определены основные критерии концеmpautiOHi ют > и динамического подобия процессов обработки дисперсных материалов в вихревьп потоках.

6. Разработана математическая ..одель струкг ы вынужденного вихря, которая дает возможность определения профиля тангенциальной скорости потока в вихревой камере. Введено понятие "теоретической" вихревой камеры (1В К.) и предложена ее математическая модель, позволяющая проектировать геометрический профиль вихревой камеры, обеспечивающий постоянство пристенной скорости потока.

7. Предложен- диаграмма механической обработай дисперсных материалов, которая позволяет наглядно представить результат процесса. Создана математическая модель, описывающая изменение геометрических параметров единичной частицы в ходе измельчения в окатки.

8. Введено трехмерное энергетическое пространство траекторий процесса, позволяющее графически пр иставить его вид н направление в зависимости от уровня диссипируемой мощности. Выдвинутое на основе теорий дефекгообразования, предположение о существовании энергетических областей перемены режима обработки (окатка, измельчение), подтверждено экспериментальными исследованиями.

9. При проведении механг %кой обработки обнаружены энергетические зоны структурной устойчивости дисперсных материалов, обусловленные различными энергетическими уровнями дефектов кристаллической структуры, величина которых определена экспериментально.

10. Предложена методика расчета машин ь аппаратов вихревого тала для механической обработки дисперсных материалов и даны рекомендации по выбору оптимальных режимов в конструктивных параметров.

11. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложены новые конструкции вихревых камер, которые применены при разработке группы машин и аппаратов.

12. Разработаны рабочие чертежи и типовая инструкция по эксплуатации промышленной пентробежно-вихревой машины для измельчения волокнистых и других материалов. Установка изготовлена н успешно используется на заводе-заказчике для измельчения кофе, какао, пряностей.

13. Разработана промышленная установка для шмельчепня влажных дисперсных материалов с использованием рсггорно-внхревой мельницы.

14. Даны рекомендации по проведению окатки, механической активации и механохнмлчсскях реакций в машинах вихревого типа.

J5. ITpoi. детты исследования по измельчению потенциально опасных материалов в струйно-пихревом аппарате, на основании этого разработал и изготовлен промышленный струйно-вихревой измельчитель, который подтвердил высокую эф<{жггивность п безопасность процесса.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исследование закономерностей измельчения дисперсных материалов в аппаратах < .ихревьгм движением фаз/В.Ф. Грид-павец, H.H. Казаченок, Л.В. Гришечкин, А.Г. Ишутин// Современные аппараты для обработки гетерогенных сред: Межвуз. сб. науч. тр./ЛТИ пи. Ленсовета.-Л., 1958.-С. 52-56.

2. Вихревой измельчитель для получения дисперсных материалов/А.Г. Ишутин, А.Н. Веригин, ИЛ. Щупляк, H.H. Кяза-гснок// Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов i основной химии: Тез. докл. Всесоюз. совещания.-Сумы, 1989.-С.133.

3. Йшупга А.Г., Верншн А.Н., Гришечкин Л.В. Измельчение крис отческих материалов в реггорно-вихревом аппарате// Технология сыпучих материалов: Тез. докл. Всесоюз. конф. Химгехннюа-89/Яросл, политех, нн-т.-Ярославль, 1989.-С. 149.

4. А. с. 161844Q СССР, МКИ^ В 02 С 13/12. Роторпо-вихревая мельница / В И. Кочерга, А.Н. Веригин, А.f. Ишупш И др. (СССР) //Открытия. Изобретения,- 1991.-N? 1.-С.70.

5. Ишутин АХ, Веригин АН., Щупляк И А Струйно-вихревой аппарат для тонкого измельчения дпсперспых материалов// Высокоэффективные машины и аппараты для обработки гетерогенных сред: Межвуз. сб. науч. тр./ЛТИ им. Ленсовета.-Л„ 1990.-С. 25-30.

6. Иигупш Л.Г, Веригин А.Н. Динамические режпшд механической обработки дисперсных материале »//Динамика процессов и аппаратов химической технолопп: Тез. докл. IV

Всероссийская, науч. коцф./Яросл. .ос. технич. ун Ярославль, 1994.-С. 35. 7. Ишутин А.Г., Вернпш А.Н. Процесс механической о^оаботкн компонентов в технологии силикатных материалов// *1аука в технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики: Тез. докл. Всероссийского совещания/ Российс. хим.-техн. ун-т. им. Д.И.Менделеева.-М, 1995.-С. 85.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ь=Р/р; с1-диаметр вписанной в частицу сферы; ¿р-диаметр частицы; Е-иоду ль упругости; Е^р-удельная диссипируемая энергия, кДх/кг; ¡-степень измельчения: )=<Рк/9н -степень о катки; К-юээф-фициент эффективности механической обработки, кДж/кг; Ки-иоэффициент для расчета силы Магн> ; к-показатель адиабаты; к^-коэффицпент кривизны обтекания; кп-юоэффициент, учитывающий влияние сопла на поток; т-масса части щ.^ N-потребляемая мощность; Ы^р-уделшая диссипируемая мощность, Вт/кг; п-прочностной параметр; Р-давление; Ке/^/р^/ц -критерий Рейнольдса, в который в качестве определяющего линейного размера входят длина обтекаемой пластины /; -радиус кривизны вихревой камеры; г-текущий радиус; Б-шющадь поверхности частицы; ^-площадь рабочей поверхности вихревой камеры; «п-шнрина сопла; и, и^, Пр-тангенциальная скорость потока, газа, частиц, соответственно; ^-пристенная тангенциальная С1. часть вихревого потока; ^-тангенциальная скорость поток: аа входе в вихревую камеру, -объемный расход твердой фазы; уе, ур-ради-альная скорость газа и частиц, соответственно; *р-линейпая скорость частицы; ^-коэффициент полезного действия; <рн, ^-коэффициент сферичности исходный и конечный, соответственно; ^'-модифицированный коэффициент сферичности; ц, ^-динамическая вязкость среды, газа, соответственно; 0-координатный угод; Р> Рв> Рв-шюшосл среды, газа, частиц, соответственно; г, г„-Т1 -щее время, время пребывания материала в зоне обработки; «»-угловая скорость пристенного потока; Ч^, ^-начальное и конечное значение параметра физико-механической модификации частиц, соответственно.

5.12.95. 3« 213-75 ГТ1 У.''. СГ-ГРП '.^жогот^ т'Г. 25