автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация процессов струйного измельчения сыпучих материалов



Российский химико-технологический университет -О Л имени Д- И. Менделеева_

_________На правах рукописи :

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СТРУЙНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТ

_Л1^Л^ИМЕРЕ-ПРОИЗВО"ДСТВА ЦЕМЕНТА) 05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии

АВТО РЕ Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени-кз1{дидататехническйхТ1аук

Москва — 1993

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Дорохов И. Н.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор Заславский Б. И.; доктор технических наук, профессор Каталымов А. В.

Ведущая организация — Корпорация научных, производственных и коммерческих предприятий «Стандарт-90».

Защита состоится Щ ОКТЯВ ()% 1993 г.

в ауд..__в 1 час. на заседании специализированного совета Д 053.34.08 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125190, Москва, А-190, Миусская пл., 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном цeнтpeJ РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан-— 1993 г.

Ученый секретарь специализированного сФве,

А. БОБРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТМ

Актуальность теми. Одним из важных направлений развития современного химическш 6 машиностроения является создание высокопроизводительных н экономичных аппаратов для тонкого измельчения.

Актуальной является проблема снижения энергозатрат на помол клинкера в цементной промышленности вследствие больших объемов производства . В цементной промышленности наблюдается тенденция увеличения тонкости помола готовою продукта. На высокодиснерсиом измельчении цемента базируются техиояшии производства высокоэффективных вяжущих материалов - вяжущих низкой водо-потрсбности ( ИНВ ), тонкомолотых цементов ( ТМЦ ), быгипсовых цементов,

В крупнотоннажной технологии механической переработки сыпучих материалов наибольшее распространение получили шаровые барабанные мельницы (Ш БМ). Главным их достоинством является простота конструкции и обслуживания, надежность а работе. К сожалению, III БМ присущ ряд серьезных недостатков: 1) высокие удельные энергозатраты, связанные с низкой эффективностью преобразования энергии вращения барабана в кинетическую энергию мелющих тел и неоптималыюи передачей се измельчаемому материалу; 2) высокий намол материала мелющих тел и интенсивный износ футеровки помольной камеры; 3) невозможность получения для большинства материалов продуктов помола с высокой дисперсностью (удельная площадь поверхности

см2

порошков для ШКМ ооычно не превышает 4000 -- ) .

в различной мер»; названные недостатки свойственны и другим измельчителям с мелющими телами. Некоторые из них (вибромельницы, дезинтеграторы) имеют существенные ограничения по производительности .Указанные проблемы в значительной степени решены для струйного измельчителя. Возможно создание экономичных струйных установок тонкого измельчения с вь сокоА производительностью. Струнные мельницы пока еще не нашли широкого применения в промышленности. Множество существующих конструкций струйных измельчителей часто несовершенны, что обусловливает противоречивые суждения о возможностях струйного помола. Очевидно, что создание методов проектирования оптимальных схем и конструкций струйных мельниц возможно лишь на основе математического моделирования процесса течения дну хфазнш о потока в разгонных устройствах измель-чшеля и процесса измельчения, а также проведения дальнейших экспериментальных исследований в этой области.

Работа проведена в соответствии с Межвузовской научно-технической прог • шшон Госкомитета СССР "ТОХТ и новые пршпцшм управления химическими !роцессами" на 1990-1993 гг.

|Ю-Ч'. работы . Создание методик оптимального проектирования разгонных устройств струйной мслыншм и оптимального выбора сс рабочих режимов. Средством достижения поставленной цели является математическое моделирование двухфазных течений в сопле й струе измельчителя, а также процесса измельчения твердого материала.

Научная новнзна . I. Разработана адекватная математическая модель течения двухфазного полнднсперсного потока » разгонных соплах струйной мельницы. 2. Исследованы численно до— и сверхзвуковые течения в соплах струнного измельчителя, сделаны выводы о эффективности различных методов расчета сверхзвуковых течений в таких соплах, предложен метод оптимального проектирования дозвуковых сопел. 3. Предложена изобарическая модель для опенки параметров течения в двухфазной струе. 4. Ил основе разработанных газодинамических моделей н энергетической модели процесса измельчения сформулирована и численно решена задача оптимального выбора величины давления газа, подаваемого в разгонные сопла, и необходимой массовой концентрации твердой фазы в двухфазном потоке.

Практическая ценность. На основании созданных математических моделей процессов разгона до— и сверхзвуковых двухфазных потоков в соплах и струях струйного измельчителя, процесса ударного измельчении разработаны алгоритм и программное обеспечение для оптимального проектирования разгонных сопел, а также оптимального выбора ра«>очсго давления энергоносителя п нахождения соотношения между расходами твердой и газовой фаз, необходимого для достижения заданной дисперсности готового продукта.

Практические результаты . С помощью разработанного программного обеспечения были выбраны рабочие режимы и спроектированы разгонные сопла для

установок струйного измельчения производительностью 60 ~ .которые производит

корпорация "Стандарт 90" для цементных заводов. Опытно-нромыШлснныс испытания показали, что установка (струйная мельница вместе с иредизмельчителем

см2

(ШБМ)) при помоле цементного клинкера до удельной поверхности порошка 3600 -р-

нозволяет снизить удельные энергозатраты на 23.5 % по сравнению с базовой ШБМ. Энергозатраты на помол тонны клинкера для струйной установки (с учетом энергозатрат на пневмотранспорт и классификацию) составили 39 .

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Московских конференциях молодых ученых по химии м химической технологии "МКХТ" (г.Москва, 1991, 1992 гг.) и на научном семинаре Советской Механо-химичсской Ассоциации в 1993 г.

Публикации^ По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Обьем и о р^ ктура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литера!уры наименований), приложении, изложена на \ ~Ь>

страницах жшшшишсмшо текста, включай рисунков, 3таблицы " 3 страницы приложения,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ш!С:к;нии обоснована актуальность работы, ее научная и практическая значимость, сформулированы основные половших, выносимые на защиту,

В первой главе дана классификация аппаратов струйного измельчения, проведен анализ сисюяши теории струйных мелькни, кратко рассмотрены типы источников создании |'<1зоизиесн для напорной схемы струйного помола.

Рис. 1. Функциональная схема установки струйного измельчении

I. Иредилме.чьчптель 2. Компрессор 3. Напорное устройство 4 . Рлзюшюесишш 5. Помольная камера С>. Классификатор 7 . Циклон 8. Система фильтров У . Ь'уикср готового продукта

Принцип аруннт о измельчен»» пзк'сгеп г 1<)2НопД;>. СгруЛпые мельницы ¡ЛЯЫ1СЯ разновидностью ударных измельчителей и состоят из разгонного аппара га шного или Нескольких), в котором газ-знергоаоситель сообщает скорость частицам

обдоблтывлемого материала, и камеры, в котором осуществляется высокоскоростное ударное измельчение (иногда разгон твердой фазы осуществляется непосредственно в помольной камере). В качестве энергоносители чаще всего применяют воздух, реже — поляной пар, продукты сгорания, инертные газы. В общем виде, схема установки струйного измельчения представлена на рис.1 .

Измельчение в помольной камере осуществляется либо за счет соударений разогнанных тнердых частиц с преградой (отбойно-поточное измельчение ), либо за счет соударений чаггиц с частицами, разогнанными в другой (одной, или нескольких) струе (противоточнос. либо наклонно—поточное измельчение).

Наиболее часто струйные мельницы классифицируют по типу помольной камеры: I) аппараты с плоской горизонтальной камерой ; 2) измельчители с трубчатой вертикальной размольной камерон ; 3) мельницы с противоточной камерой ; 4) комбинированные установки струйного измельчения ( в нашем стране преимущественно исследовались протнвоточные струйные мельницы (Лкунов) ) .

Важной проблемой является способ ввода твердого материала в поток несущего газа. Различают следующие способы : I) ввод материала непосредственно в струю несущего газа ; 2) ввод материала посредством эжектора 5 3) напорная схема ввода материала.

Данная диссертационная работа посвящена преимущественно исследованиям струйных измельчителей, выполненных по напорной схеме, которые являются наиболее экономичными н перспективными. По этой схеме высоконапорная смесь газа н твердой фазы создается в специальном устройстве ( аналогичном, например, камерному "насосу для пневмотранспорта ), а затем подается в разгонные сопла струнной установки. С большой степенью приближенности процессы течения двухфазной смеси в разгонных соплах мельниц, выполненных по напорной схеме, и процесс измельчения исследовались Гинком .Решение, в более полной постановке, задач газодинамики струйных мельниц для до— и сверхзвуковых полидисперсных потоков в совокупности с обоснованным выбором нолуэмпнрическон модели измельчения позволяет определить возможности струпных измельчителей, выбрать оптимальные схему и режим работы проектируемой установки.

Вторли^тлм посвящена математическому описанию процесса течения двухфазного лолндиспсрспого потока в разгонных устройствах струйной мельницы.

Эффективность струйного измельчителя определяется, главным образом, процессом преобразования энергии газового потока в кинетическую энергию частиц твердой фазы .В качестве разгонных устройств обычно применяют суживающиеся, или суживающе—расширяющиеся конические сопла с малыми углами раскрытия ( /?1 = 4 + 6° ,/7 2== I + 2.5е.) , рис. 2 . Поэтому при разработке математического описания процесса течения двухфазного потока в сопле

целесообразна применить одномерную модель. Основой для построения модели служит математическое описание движение одиночной частицы а потоке газа. При выводе уравнений движения системы частик одинаковых размере» оголятся следующие допущения: 1) форма частицы принимается сферической •, 2) вязкость гага учитывается только при его силовом взаимодействии с частицами; 3) пренебрегаете« вращением частиц, не учитываются силы тяжести, Архимеда, Магнуса, электрические силы и сила, обусловленная эффектом присоединенных масс; 4)

Рис. 2 Суживающееся — 1! суживающе-расширяющесся .— 2

сопла. ,

еплообмен газа и частиц осуществляется только конвекцией; 5) вследствие малых азмеров части;; и высокого коэффициента теплопроводности и* вещества допуска-гся, что они прогреваются мгновенно и имею? постоянную температуру по своему л,ему ! 6) частицы не соударяются между собой н стенками сопла; 7) система 5статочио разреженная, т.е. можно пренебречь взаимодействием ги.яро-шаммческих полей, возникающих вокруг отдельных частиц.

Система уравнений движения монодисперсной газовзвеси в сопле состоит из едующих уравнений: 1) уравнение неразрывности для газа; 2) уравнение сох-нения количества движения для газа; 3) уравнение неразрывности для потока фдойфазы ; 4) уравнение сохранения энергии для газовзвеси; 5) уравнение тения для частицы ; б) уравнение теплообмена для частицы. $ 7) уравнение гговння для газа.

б

На практике обычно имеют дело с системами частиц различных размеров. О ai ом случае необходимо учитывать соударения частиц между собой в процессе разгона. Динамику системы, состоящей из сферических твердых частиц, в приближении парных столкновений предложено описывать кинетическим уравнением Больцмана. Оно представляет собой уравнение неразрывности в шсстимерном фазовом пространстве, в котором три координаты геометрические и три динамические (в пространстве скоростей). Была получена Система уравнений, описывающая течение полидисперсной газовзвеси в канале на основании уравнения Больцмана. Численное решение такой системы уравиений связано со значительными вычислительными • трудностями.

С достаточной для инженерных расчетов точностью процесс соударений частиц при разгоне в сопле, может быть описан с помощью одномерной модели. Модель процесса столкновений частиц основана на следующих представлениях и допущениях : I) вся совокупность части и разбивается по размерам на фракции ; 2) частицы одной фракции имеют одинаковые скорости и температуры s 3) дискретный процесс изменения импульса частицы, вызываемый множественными соударениями ее с другими частнцаш| заменяется непрерывным, обусловленным постоянно действующей силон (Баоуха и др.)!

„ ÎÎ < ДУи >

Pier = mi X -«

П;

4 m I

где rij = -;-■ " . , --—:---;

* (d| + d))1 I VI — V j I pi t J Э tj

< дуч> » _LJEi_ _ЦЛ (V, - V, ) .

4 mi + mj 2 A 1 '>

в этих формулах: i,j— индексы . обозначающие номера фракций соударяющихся частиц; Р let ■— сила, обусловленная столкновениями, которая действует «и частицу ¡-ой фракции; < Л V у > — средняя величина изменения скорости частицы

i-ой фракции при столкновении с частицей j-ой фракции ;r¡j — средняя длина свободного пробега частицы ¡-ой фракции в среде частиц j-ой фракции ï dj, mi, Vi,£ j,/> т — диаметр, масса, скорость, объемная концентрация, плотность вещества частиц твердой фазы соответственно ; Э у — коэффициент осаждения, учитывающий уменьшение вероятности столкновений, вследствие взаимного влияния гидродинамических полей сталкивающихся час тип (формулы Фукса, Лзн-гмюра и др.); к — коэффициент восстановления импульса при частично неупругом соударении частиц. 4) теплота, выделяющаяся при частично неупругих соударениях, распределяется поровну между соударяющимися частицами.

Математическая модель течения полидисперсного потока в сопле (последовательность уравнений та же, что и '«еречисленных уравнений для монодисперсной гаэовзвеси) имеет следующий вид:

Сг = ^)гУгр( I - £ ) (I)

N

где I I ........ N , £ = X е |

е = Со т,

ЙУ|

ТГ

Ср Тг + ^ + у £ у I ( Ст Т1 + ~ ) , где Ч = (4) где (IV!) = _3_ £Г_■ (Уг - У» 1Уг - УН __}_1_Е

гдс х ) г 4 с11 р т VI р т VI <1 X

■ газодинамическая составляющая,

И

вения

I й < Д V и > - тг --— ~ составляющая,учитывающая столкио-

ст

= [ *и I + ( £II) , ЙХ1С|Х)Г I а * I«

{ ) 6 а | (Тг - Т| )

( «1 х )г р т Ст У|

((>Т| ^ 1 Д < ДЕ|А-

\ЛГ ст= 2 VI т( СТ --составляющая, учитывающая

\ / I т н

где I . ; ' | = —^-Х*'.,. ' — газодинамичесхая составляющая

столкновения,

где <Д Ец> = ^ + - "Ч(У!+<АУ|1>)' _ т](У]+<ДУй>)1

Д=КТГ (7)

В приведенной системе уравнений:У г>0 г. р , рг.Т г — скорость, массовый расход, статическое давление, плотность, температура газа соответственно;

К — газовав постоянная; ср — изобарная массовая теплоемкость газа < П — температура частицы; С|, а | — коэффициенты сопротивления и теплоотдачи частицы в газовом потоке соответственно; у •,—массовая доля частйц I -ой фракции I Ст — массовый расход твердой фазы ; Ст — массовая теплоемкость вещества частицы | ч — коэффициент наполнения ; Р — площадь поперечного сечения сопла; < Д Е |) > — часть кинетической энергии, которая в среднем переходит в тепло при соударении частиц 1-ой и ¿-ой фракций . При анализе и решении системы

(!)-(7) принималось ^ ^ у ( - 0 (вследствие малости этого члена).

Процесс течения двухфазной неравновесной смеси характеризуется дисси-иативноА функцией а, равной сумме производств энтропии за счет силового взаимодействия и теплооб^-ма между фазами:

• -541-

£(НтЬ'т, "•-»••'■ ЧI'-ж^Чг^)•<•■1

где 8 г * в т — энтропии газовой и твердой фаз соответственно.

Условия существования до— и сверхзвуковых неравновесных двухфазных течений в соплах определяются уравнением обращения воздействия:

(М1_ ,, -Уг = + ч аТ1 + У(

- I к

' а

§ 'е» V, «!У| . (9)

где к г — коэффициент изоэнтропы для газа; а — скорость звука в газе; М — число Маха.

Сравнение уравнения (9) с уравнением обращения воздействия для нсизо-энтрошюго течения чистого газа (Вулис) приводит к выводу, что при двухфазном течении в сопле присутствуют эффекты, свойственные геометрическому, механическому и тепловому соплам.

Система уравнений (1)-(7) решалась численно (дифференциальные уравнения интегрировались методом Рунге-Кутта-Мерсона) в проектной постановке для конических сопел. При заданных начальных параметрах газа и твердой фазы перед соплом, входном диаметре, углах раскрытия суживающейся и расширяющейся частей сопла, давлении на срезе определялись все геометрические размеры сопла, а также распределение параметров газа и твердой фазы по его длине. Важной проблемой является выбор первого приближения для диаметра узкого сечения сопла. Он

производился с помощью формул, описывающих двухфазное течение с постоянными отставаниями частице» газа по скоростям и температурам (Клигель), Течение при этом характеризуется условным показателем адиабаты (формула интерпретирована для решения данной задачи)!

N '

1+ X У! «м

кем =кг[кг-(кг-1)-^Г- -——Ц;-1 - <,0>

»+ 2 я «I |+ п 2 ь»

¡=1 Ч>

, V; Т1

где в*» « у^ { » ^г.

Для теченийслостояннымн отставаниями частиц справедливы те *е формулы, что и для идеального газа. Эти формулы использовались «а каждом шаге интегрирования системы уравнений модели для расчета условных параметров течения • элементах сопла, длтюй равных шагу. Узким (в первом, приближении) выбиралось сечение в котором условное число Маха для газовзвеси М См " • .Численное решение затруднено в°случае, когда в сопле реализуется сверхзвуковой режим течения. Решение уравнений модели для такого двухфазного течения предполагает прохождение седловон точки (точки перехода от дозиука к сверхзвуку) в расширяющейся части сопла. Пыли рассмотрены и численно реализованы следующие методы прохождения седловой точки для начальных параметров газовзвеси, которые могут иметь место в соплах струйной мельницы: I) метод решения обратной задачи теории сопла ; 2) метод, предложенный Д ж. Эмануэлем; 3) метод "скачка" через седловую точку . Для струйной мельницы предпочтителен метод "скачка", заключающийся в том, что в результате ряда итераций находят такой диаметр узкого сечения, который позволяет с заданной точностью вычислить дозвуковое приближение скорости газа к скорости звука, после чего значение Уг изменяют на

е * йУ г

сверхзвуковое таким образом, чтооы сохранить значение -т—- , вычисленное на

Iя

О V Г

предыдущем шаге интегрирования ( т.е. при >о ), что приводит к переходу на сверхзвуковую интегральную кривую, лежащую вблизи истинной.

Разгон части« яа соплям продолжается в двухфазной струе. Оценка параметров течения в двухфазной струе производилась с помощью одномерной изобарической модели. Основные допущения и положения модели следующие: I) струя имеет вид цилиндра с диаметром выходного сечения сопла; 2) статическое давление в струе постоянно но ее длине и сечению и равно давлению в по;• лыюй камере; 3) массовый расход газа изменяется по длине струи, а твердой фмы остается неизменным. Математическая модель струи базируется па преобразованных уравнениях системы (1)-(7). Уравнение (2) принимает вид:

Система (1)-(7) дополняется уравнением, описывающим процесс диссипации газ* за границы струи:

ЯГ (С"Тг ) • где Е = е Ог (12)

Математические модели двухфазных сопла и струн позволяют рассчитать

Рис . 3. Распределение скоростей газа и чаетмц цемента вдоль оси сопла и ст^уи для оптимального и неоптимального сопел;

° * •= ^ ! V - «8-6 • 1 — профиль неоптимального сопла ; 1 — профиль оптимального сопла.

( Скорости для неоптимального сопла показаны пунктиром)

систему разгона потока." ■

Третья глава посвящена построению математической модели струйного измельчения.

Проверка адекватности математической модели процесса разгона двухфазного потока в сопле производилась косвенно, с помощью экспериментальной установки производительностью 50 + 300 " . Был поставлен ряд экспериментов. Поочередно устанавливались различные разгонные сопла(7 шт.)-, для каждого из них установка выводилась на расчетную производительность по твердой фазе при расчетном давлении в помольной камере. Затем массовый расход газа и статическое давление перед соплом сравнивались с расчетными. Отклонения экспериментальных данных от расчетных не превышали 14 % (для максимального ,7 = б ), что является удовлетворительным для инженерной методики . Аналогичным образом адекватность модели была подтверждена для промышленной установки производительностью 20^ на сопло при коэффициентах наполнения 7 = 8 + 20 .

Численный эксперимент показал, что при реальных параметрах газовзвеси коэффициент наполнения >; по длине струи существенно растет, вследствие диссипации газа в окружающую среду. Анализ вероятностей соударении частиц в помольной камере 0тля протнвоточной м наклонно-поточной схем высокопроизводительных мельниц (при 7 > 4) доказывает, что помольный объем представляет собой область с высокой концентрацией и малыми скоростями частиц. Измельчение, главным ображы, происходит в относительно тонком поверхностном слое помольного объема. Соотношение частот релаксации частиц на других

частицах н частиц на газе = 102 * К)'1, где С — коэффициент сопротивления

рт ^

частицы, показывает, что газ практически не влияет на процесс соударений, и его влияние можно не учитывать в модели процесса измельчения.

Рассмотрение структуры помольного объема показало целесообразность построения модели измельчения на основе энергетического Подхода. В области тонкого нпевмонзмельчения, как было установлено рядом исследователей (Рос л як и др.), справедлив закон Риттингера Ект = кГ| «18*.где Ект—удельная кинетическая энергия потока твердой фазы-, к Г1 — константа Риттингера; Би — удельная площадь поверхности порошка. При моделировании процесса измельчения закон Риттингера использовался также в модифицированном виде (Судзуки), полученном с помощью

теории фракталов : с) Ект = -кг2 сЬ.ер'0 dd-r.cn , где {I т.ср — средний

*{о - из

диаметр частиц измельчаемого материала, О — размёрУфрактала (определяется экспериментально для каждого вила материала ).

Как показывают расчеты, сопла высокопроизводительных струйных мельниц, выполненных но напорной схеме, обычно работают в дозвуковом режиме. В этом случае, для различных диаметров узкого сечения, получаются различные параметры двухфазного течения на срезе сопла при одинаковых начальных условиях во входном сечении. Показано, что максимум кинетической энергии потока частиц на срезе, реализуется при минимуме скорости газа. Экстремум находится из условия

на срезе сопла ^ ■ О (реальный оптимум). Почти такую жеаффективиость процесса разгона, при лучших геометрических размера», дает сопло, спроектированное из условна —■ о О на срезе (инженерный оптимум) ■ На рис.3 показаны результаты расчета параметр«» потока для неоптимального сопла и сопла, спроектированного на основе поиска инженерного оптимума.

Рис. 4. Зависимость КПД от производительности установки для частиц цемента с различными средними размерами <1т при скоростях

частицна входе в помольный объем «* 100 — .

В конце главы анализируется влияние углови Цг на эффективность разгона частиц и геометрию сопла. Целесообразен выбор значений РI = 4+ 5° и -I*. 2°.'

В четвертой главе рассматриваются проблемы оптимального проектирования струнных измельчителей. В начале главы приведены результаты численного исследования течений двухфазного потока в соплах, рассчитанных с применением алгоритма поиска инженерного оптимума.

Решение задачи оптимального проектирования установки струйного измельчения, работающей в открытом цикле (без классификатора частиц), складывается из следующих этапов: 1) из модели измельчения находит удельную кинетическую энергию потока твердой фазы, необходимую для измельчения порошка с известным гранулометрическим составом до заданной удельной поверхности (или сред-

с!т (мкм)

Рис. 5. Влияние размеров частиц на коэффициент наполнения для

различны* давлений газа перед соплом при скоростях частиц на

входе в помольный объем Ут - 100 ~: О г = 20 ~ ;То =360 К.

ч'о диаметра частиц)! 2) задают ряд давлений, которые реализуются на выходе анлар! ных компрессоров и для каждого из них по известным методикам (расчета и'вчпгрянспорта, напорных устройств) оценивают параметры двухфазной смеси ред разгонными соплями ; 3) для каждого давления выполняют проектный счет сопла (если течение дозвуковое, ищется инженерный оптимум), затем с мощью ряда итерации подбирают такой коэффициент наполнения при котором входе в помольный объем реализуется необходимая кинетическая энергия стиц ; 4) оптимальный вариант установки выбирают из условия минимума :рг<лятрят компрессора, приходящихся на единицу призводителыюсти уставки по твердой фазе.

Выл введен показатель, определяющий полноту преобразования энергии

■> Е

газа в кинетическую энергию частиц: КПД = , где Мк —энергозатраты компрессора, приходящиеся на единицу массы твердой фазы. Для анализа газодинамической эффективности струйного измельчителя был выполнен ряд расчетов (расчеты

Рис. б. Влияние скорости частиц на входе в помольный объем на КПД н коэффициент наполнения для сопла

производительностью вт ~ 80;

чзс

От - 100 мкм I ро - 4.85 ата! То » 360 К.

I

производились для цемента < рт = 3100-^ , С т = 90« > ). Упрощенно

принималось, что потери давления в напорном агрегате и на пневмотранспорт не

зависят от среднего размера частиц сырья и производительности установки, поэтому

они учитывались с помощью осрсдненного постоянного коэффициента. С целью

снижения времени счета, вычисления выполнялись для монофракцшЧ. Оптимальные

давления на выходе из компрессора выбирались из ряда: р и = 3,4,5,6, 7 ата .'

Расчетные кривые, построенные для аппаратов, обеспечивающих удельную

кинетическую энергию частиц цемента на входе в помольный объем равную

к Л ж м

Екг = 5 — (скорость частиц Тт « 100 ~ ), приведены на рис.4 . Шшмние

размеров частиц на коэффициент наполнения для различных давлений газа перед соплом ро отражено на рис. 5. Из графиков ясно, что с точки зрения эффективности преобразования энергии газового потока в кинетическую энергию частиц наиболее эффективны высокопроизводительные струйные мельницы, применяемые в области гонкого измельчения. На рнс.6 показано влияние скорости частиц на входе в помольный объем на КПД и коэффициент наполнения для высокопроизводительною сопла в, » 80 ^ . Проводилось сравнение напорной и эжекционной схем

струйного измельчения. Эжектор рассчитывался по полуэмпиричесхой методике Соколова-Зингера. Согласно полученным оценкам, кпд напорной схемы превышает кпд эжекционной в 5 + 8 раз.

С использованием созданной методики оптимального проектирования корпорацией " Стандарт 90 " была разработана и производится для цементных заводов

установка струйного измельчения производительностью 60 ~, состоящая из предиз-

мельчитсля (шаровой барабанной мельницы) и струйной мельницы. Установка выполнена по напорной сЯеме. В помольной камере пересекаются три двухфазные струи. Коэффициент наполнения газовзвеси ^ = 8+12 при давлении на выходе

см1

компреа ора р и = 6.2 ата. Помол в струйной мельнице ведется с 8 = 1800 —— см2

до в »V = 3600 -—. Энергозатраты на помол для всей установки были снижены по

сравнению с базовым вариантом (ШБМ) на 13.5 % и составили N0 ■» 39 кв* 4 (с учетом энергозатрат на пневмотранспорт и классификацию).

ОСНОВНЫЕ ВЫПОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Разработана адекватная математическая модель течения двухфазного

полидисиерсного потока в соплах струйной мельницы. ,

2.Численно исследованы до— и сверхзвуковые течения в соплах струйной мельницы я постановке задачи проектирования.

3. На основании численного эксперимента сделаны выводы об эффективности различных методов расчета двухфазных сверзвуковых течений в соплах мельницы. Разработан метод оптимального проектирования дозвуковых сопел.

4. Предложена изобарическая модель для оценки параметров течения в двухфазной струе.

5. На основании разработанных газодинамических моделей и энергетической модели процесса измельчения разработана методика оптимального проектирования струйных мельниц. Созданное программное обеспечение позволяет

выбрать оптимальное давление газа на входе в разгонные сопла, технологически необходимый коэффициент наполнения, а также оптимальные геометрические размеры сопел.

6. С использованием разработанного программного обеспечения корпорацией " Стандарт 90 "была спроектирована и производится для цементных

т

заводов установка струйного измельчения производительностью 60 —. Энергозатраты на помол были снижены по сравнению с базовым вариантом (ШБМ) на 23.5 % (с учетом энергозатрат на пневмотранспорт и классификацию).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ.

1. Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю., Эскин Д. И. Математическое описание процессов струйного измельчения// ТОХТ, 1993, т. 27, N5, с. 531—536.

2. Эскин Д. И., Дорохов И. Н. Математическое моделирование процессов . струйного измельчения// Тезисы докладов международной конференции " Ресур-. сосберегающие технологии строительных материалов , изделии и конструкций ",

Белгород, 1993, с. 5.

3. Плотников В. В. , Эскин Д. И. Особенности и перспективы струйного помола// Тезисы докладов областной конференции молодых ученых, Брянск, 1990,

' с. И .

4. Плотников В. В., Эскин Д. И. К расчету роторно-пульсационных аппаратов// Тезисы докладов научно-технической конференции "Научно-технический

прогресс в строительстве", Брянск, 1989, с. 91-95.

? / _

5. Плотников В. В., Эскин Д. И., Дунаев И. А. К вопросу аналитического исследования роторно-пульсационного аппарата// Сборник трудов научно-технической конференция "Разработка, исследование и внедрение материалов, конструкций и технологий для монолитного домостроения", Брянск, 1990, с. 121-129. ,

6. Плотникове. В., Дунаев И. А., Эскин Д. И., Бруева Г.Н. Козлов В. В. Дементосберегающая технология с использованием роторно-пульсационных аппаратов//Тезисы докладов научно-технического семинара, Челябинск, 1989, с. 17-18.

7. Эскин Д. И., Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Математическое моделирование процесса течения двухфазного потока в соплах струйного измельчителя // Доклад на научном семинаре Совет ской Механо-химической Ассоциации, Москва , 1993.

8. Дорохов И. Н., Аруткмшь С. Ю., Эскин Д. И. Моделирование процесса течения двухфазных потоков в соплах струйного измельчителя// Тезисы докладов шестой московской конференции молодых ученых и студентов с международным участием " МКХТ- 92 ", Москва , 1993 , с. 19.