автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Моделирование процесса мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ МАКСИМ ГЕННАДЬЕВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МОКРОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2004

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки Российской

Федерации, доктор технических наук, профессор Николаев Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шарафутдинов Валерий Фахруллович

кандидат технических наук, доцент Якимов Юрий Владимирович

Ведущая организация - Марийский государственный университет

Защита состоится «10» декабря 2004 в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.035.02 при ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 420011, г. Казань, Учебный городок КГСХА, УЛК ФМСХ, ауд. 213

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГСХА (УЛК ФМСХ, читальный зал).

Автореферат разослан «06» ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Ю9> ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процессы измельчения нашли широкое применение в сельскохозяйственном производстве, например, при приготовлении комбикормов, подготовке сельскохозяйственного сырья, утилизации отходов. Дисперсность материалов во многом определяет интенсивность протекания самых разнообразных технологических процессов и влияет на качественные характеристики продуктов. Поэтому создание новых, высокоинтенсивных технологий, ориентированных на последние достижения науки и техники, заставляет предъявлять повышенные требования к дисперсности измельченного материала. Решение данной сложной задачи невозможно без целенаправленного поиска новых способов и конструкций аппаратов на основе научно обоснованного подхода к процессу измельчения.

Процесс измельчения является весьма энергоемким. В настоящее время на измельчение затрачивается 5-10% производимой в мире электроэнергии. Например, в комбикормовом производстве на измельчение идет до 70% всей используемой энергии. Большие энергетические затраты объясняются низким КПД измельчителей.

В указанных условиях, решение этой проблемы является актуальным и весьма перспективным. Выбор метода диспергирования материалов комбинированием традиционных способов измельчения с воздействием касательных напряжений, возникающих в несущей жидкости, не случаен. В этом случае жидкость служит в качестве диспергирующей среды, которая способствует рассредоточению частиц материала и противодействует их повторному слипанию. Другая особенность мокрого измельчения - появление в жидкости касательных напряжений, которые становятся, наряду с резанием и ударом, одними из основных факторов процесса и способствуют повышению степени измельчения. Усталостное понижение прочности измельчаемого зерна усиливается жидкостью, которая, проникая в микротрещины, экранирует силы, стремящиеся их сомкнуть.

Мокрое измельчение может быть использовано при приготовлении кормов, применяемых для подкормки молодняка животных, а также для приготовления сырья из зерна при получении спирта.

Таким образом, настоящая работа направлена на создание теоретических основ модели процесса мокрого измельчения. Решение этой задачи позволит создать технологию и оборудование для тонкого измельчения материалов.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами основных научных направлений Казанской государственной сельскохозяйственной академии по направлению «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».

Объект и предмет исследования. Технологический процесс измельчения сельскохозяйственного сырья; комбинированный конусный измельчитель сельскохозяйственного сырья с одновременным разрушением резанием и касательными напряжениями, возникающими в^цщркздмльНАИ |

| БИБЛИОТЕКА | I СПетсрб}; * 09

Цель работы:

• разработка физической модели процесса измельчения при различных способах воздействия на измельчаемый материал в конической мельнице;

• разработка математической кинетической модели процесса мокрого измельчения;

• исследование гидродинамики мельницы мокрого измельчения и установление ее связи с эффективностью измельчения;

• проведение экспериментов по мокрому помолу сельскохозяйственного сырья в коническом измельчителе и проверка адекватности физической и математической моделей путем сравнения результатов расчетов и эксперимента;

• разработка инженерной методики расчета конических мельниц, при комбинированных способах воздействия на измельчаемый материал;

• изучение влияния на процесс различных технологических факторов

• изучение области использования предлагаемого способа и промышленная реализация результатов исследований.

Методы исследования. Исследования проводились посредством моделирования процесса на математическом и физическом уровне. В математической модели использовались результаты проведенного моделирования гидродинамики мельницы, полученные путем численного решения уравнений движения среды в канале мельницы. Результаты численных решений обрабатывались по ж -теореме и теории подобия. Статистическая обработка полученных данных, проводилась с помощью программного пакета Excel и программой Data Fit 6.0 (демо). Для исследования влияния различных параметров на кинетику измельчения составлены специальные компьютерные программы.

Экспериментальные исследования проводились согласно разработанным методикам с использованием теории планирования экспериментов, оригинальной лабораторной и промышленной установок. Научная новизна включает:

• теоретические положения комбинированного способа воздействия на измельчаемый материал (измельчение резанием, ударом и касательными напряжениями) и физическую модель измельчения;

• кинетическую модель мокрого измельчения, которая связывает основные технологические параметры процесса и гранулометрический состав материала до и после измельчения;

• закономерности изменения дисперсности измельчаемого материала в зависимости от основных технологических и конструктивных параметров мельницы конического типа;

• выявление условия разрушения частиц материала касательными напряжениями, в отличии от существующего мнения разрушения частиц кавитацией.

Практическая значимость.

Практическая значимость заключается в снижении энергоемкости процесса измельчения зерна на 35% с одновременным уменьшением габаритов и массы установки

Реализация работы.

Комплексы мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья с применением конических мельниц тонкого измельчения прошли всесторонние испытания и внедрены на Пищекомбинате Алькеевского РайПО. В результате испытаний удалось получить однородную измельченную суспензию. Апробация работы.

Основные научные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях:

• Вторая межрегиональная конференция молодых ученых "Пищевые технологии", Казань, 2001 г.;

• II Всероссийской конференции "Химия и технология растительных веществ", Казань, 2002 г.;

• Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация сложных биотехнических систем", Оренбург, 2003г.;

• Региональной научной конференции "Молодые ученые - агропромышленному комплексу", Казань, 2004 г.

• Научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета

Защищаемые положения:

• физическая модель процесса комбинированного воздействия в коническом измельчителе;

• численные решения уравнений движения среды в канале измельчителя и результаты их обработки по теории подобия;

• математическую кинетическую модель процесса измельчения в конической мельнице;

• результаты математического моделирования;

• инженерную методику расчета конических измельчителей;

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию технологических и конструктивных параметров комбинированного конусного измельчителя.

Публикации.

Всего опубликовано 11 работ из них по теме диссертации 9. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Общий объем - 148 страниц, из них 135 страниц основного текста и 13 страниц приложения. В состав диссертации включены 59 рисунков, 9 таблиц. Список литературы - 127 наименований из них 29 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследований. Показаны новизна и практическая ценность работы. Дается краткий обзор содержания глав диссертации.

В первой главе рассмотрены конструкции существующих аппаратов для измельчения материалов и дан их анализ. Установлено, что в большинстве случаев, измельчители имеют большой удельный расход энергии и низкий кпд. Здесь же выявлены перспективы доработки их конструкций. Проведен анализ современной теории математического моделирования, предложенной для расчета процесса измельчения в различных конструкциях аппаратов.

Анализ литературного материала позволил сформулировать основные задачи исследования и определить научный и практический аспекты диссертационной работы.

Во второй главе представлены описание процесса измельчения в конических мельницах и конструкции аппаратов для его проведения.

Далее рассматриваются принципы моделирования процессов турбулентного движения жидкости. Анализ существующих моделей турбулентности показал, что наибольшее распространение получила стандартная модель турбулентности, однако она недостаточно хорошо описывает течения при наличии отрыва и присоединения потока, существенной кривизны линии тока и ряда других факторов. Однако для решения этой проблемы существуют специальные модификации модели, которые во многом лишены этих недостатков.

На основании этого предложена физическая модель процесса, которая совмещает измельчение резанием и касательными напряжениями. Из анализа гидродинамики турбулентных потоков следует, что касательные напряжения в них зависят от гидродинамики турбулентных потоков.

Для анализа гидродинамики конического измельчителя разработана математическая модель процесса движения смеси в аппарате. Инструментом исследования гидродинамики выбрано численное решение уравнений турбулентного движения среды с привлечением для их решения конечно-разностных пакетов. Рассматриваем двухмерное движение ньютоновской жидкости в зазоре мельницы. Влияние твердой фазы на процесс считаем малым и учитываем ее влияние на процесс применением приведенных физических констант плотности и вязкости:

где -вязкость смеси; -вязкость жидкости; -плотность смеси; плотность жидкости; рш-плотность измельчаемого материала; С-объемная концентрация измельчаемого материала. Уравнения модели: а) уравнение неразрывности

W = 0, (2)

б) уравнение сохранения импульса

jt(pV) + V{pVV) = -VP + V$) + F, (3)

в) тензор напряжений для ньютоновской жидкости

? = Me(VV + VVT), (4)

где - скорость смеси; -массовые силы; -полное давление системы. Эффективную вязкость записываем в виде

где См - константа модели турбулентности; к - кинетическая энергия турбулентности; - мера рассеивания кинетической энергии турбулентности.

Массовые силы моделируют действие центробежных сил, возникающих из-за вращения ротора:

F = -a>2D/2-j, (6)

где со -угловая скорость вращения ротора; D -средний диаметр ротора; -единичный вектор оси у.

Уравнения замыкаются "Realizable- к-е" моделью турбулентности. Движение нестационарное периодическое. Влиянием гравитации из-за больших чисел Фруда пренебрегаем.

Схема расчетной области изображена на рисунке 1. Зоны и границы расчетной области изображены на рисунке 2.

Наличие двух зон обусловлено моделированием движения ротора. Т. к. диаметр ротора много больше размера зубьев, то считается возможным пренебречь кри-Рисунок 2 - Зоны и границы расчетной области визной и рассматривать зубья

ротора и статора состоящими из линейных отрезков. Линии AjHi и А2Н2 - линии интерфейсов взаимодей-

Рисунок 1 - Геометрия расчетной области

ствия областей. Для моделирования нестационарного периодического процесса движения используется метод скольжения сетки.

Были проведены численные эксперименты для исследования гидродинамики измельчителя на основании математической модели, результаты которых обработаны по теории подобия. Уравнения подобия для осредненных по объему величин: безразмерная кинетическая энергия

безразмерная мера рассеивания кинетической энергии

, А ч0,323

е+ = = 225,265| —] Яе"0-956, Щ \а)

(7)

(8)

-0,188

(9)

безразмерное касательное напряжение

т ^ А

г+=-г = 0,023 - Яе

Р-ио \а)

где ио-линейная скорость движения ротора; а-размер зуба; г-касательное напряжение жидкости; II -средняя скорость смеси в измельчителе.

В третьей главе дана математическая кинетическая модель измельчения в конических мельницах.

Основное кинетическое уравнение имеет вид д/(х, 0 _

дт

(10)

где /(х,0 - содержание узкой фракции (х,х + (1х) к моменту времени /;

- селективная функция измельчения, описывающая скорость разрушения узкой фракции - распределительная функция измельчения, описывающая распределение по размерам х продуктов разрушения узкой фракции

Основное кинетическое уравнение должно удовлетворять начальному условию /(Х,0) =/„(*).

Основное уравнение при условиях, что процесс измельчения подчиняется закону Риттенгера и все фракции материала в продольном направлении движутся с постоянной скоростью, имеет решение

К(дс, г) = Я0 (д;) ехр (-ахЫ), (11)

где И(х,1)-функция остатков в момент в р е м/е^Ю- функция остатков в начальный момент времени; -параметры модели.

Далее показано, что параметры модели можно связать с геометрией измельчителя (Рисунок 3) и технологическими характеристиками его работы, следующими уравнениями:

Рисунок 3 - Обозначения и геометрия конусной мельницы

Параметр Ср определяется системой «измельчаемый материал - несущая жидкость».

На основании этой модели разработана инженерная методика расчета. Порядок расчета следующий:

а) угловая скорость вращения ротора

со = 2жп160;

б) угол конусности ротора

<*! = агсЩ

21

(15)

(16)

в) расчет начального среднего диаметра частиц

X

¿0 = ]л:-ехр(-(*/л'<)")йЬг;

г) средний диаметр ротора

д) площадь поперечного сечения мельницы в его средней части

Б = 2агг + л5А;

е) скорость движения смеси вдоль аппарата

(17)

(18) (19)

ж) время пребывания смеси в мельнице

Д/ =-

V, сова, соза2'

з) линейная скорость движения зубьев ротора

У2 = йа)/2;

и) физические свойства суспензии: плотность и вязкость

Р = Сртв+(\~С)рж, ц= Иж •

(20) (21)

(22)

(23)

(24)

(26)

(1-С)1'55'

к) определяющие гидродинамику суспензии критерии: безразмерный зазор и число Рейнольдса

Д+ = Д/25, (25)

Ке = ^;

л) безразмерная мера рассеивания кинетической энергии турбулентности

г+=0;064(д+)"-О12Ке-°'3; м) мера рассеивания кинетической энергии турбулентности

т = т%2р;

н) параметр функции распределения измельченного материала

Ш а=—К,

к /-» »

(27)

(28) (29)

К - число прогонов материала через мельницу (в доступных нам экспериментальных данных К = 1.. .4); о) средний диаметр частиц

6х.(

1.-1

о

п) функция остатков

ЯкМ = ехр

( / \ п Г (

X X

— п + акх ехр — — + акх

X X

V ч ' / ч Ч ') у

сЬ:;

г \п

X

(30)

(31)

Зная ДДх) И с1к (обычно К= 1) можно проверить, подходит ли данный измельчитель и режим его работы для какого-либо процесса. В случае необходимости можно изменить параметры измельчителя или режима его работы и повторить расчет.

В главе 4 проведен теоретический анализ влияния размеров конструкции измельчителя и технологических параметров на гранулометрический состав измельченного материала на основании кинетической модели измель-

и

чения.

Показано, что с увеличением размера впадин величина среднего диаметра измельченного материала уменьшается. Однако это увеличение очень незначительно (при разных диаметрах при а\=Ъ мм И а2 =7мм разница составляет от 16 до 24 %). Скорость уменьшения среднего диаметра падает с ростом размера впадины. Увеличение среднего диаметра измельченного материала при уменьшении размеров впадины связано с уменьшением проходного сечения мельницы в продольном направлении.

I

1 - корпус мельницы, 2 - крышка корпуса; 3 - входной патрубок; 4 - колесо ротора; 5 - диск ротора; 6 - прокладка; 7 - диск статора; 8 - выводной патрубок; 9 - электродвигатель.

Рисунок 4 - Экспериментальная конусная мельница тонкого измельчения

Вообще влияние гарнитуры на процесс измельчения мало, следовательно, размеры гарнитуры можно выбирать исходя из конструктивных сообра-

жений. Кроме того, можно рекомендовать увеличивать число впадин на дисках путем некоторого уменьшения размера зубьев гарнитуры.

Показано, что определяющее влияние на процесс измельчения оказывают размеры среднего диаметра ротора и число оборотов его вращения.

При изменении конусности ротора имеется часто ярко выраженный минимум среднего диаметра при углах 50-60°. Именно этот угол конусности чаще всего и используется в действующих промышленных установках.

В пятой главе с целью проверки адекватности разработанных физической и математической моделей и правомерности принятых допущений, а также получения необходимых в расчетах эмпирических данных, описано проведенное экспериментальное исследование процесса. Другой задачей экспериментов являлась проверка возможности промышленного применения данного способа тонкого комбинированного измельчения.

1 - опора емкости исходной смеси; 2 - поверхность для установки исходной емкости; 3 - емкость с исходным сырьем, 4 - гибкий провод подачи исходной смеси, 5 - установка измельчения; 6 — трубопровод отвода готовой смеси; 7 - мерная емкость готовой смеси.

Рисунок 5- Технологическая схема для исследования процесса мокрого помола в коническом измельчителе

На рисунке 4 показана экспериментальная установка конической мельницы тонкого мокрого измельчения.

Для исследования процесса тонкого измельчения в конической мельнице мокрого измельчения была собрана технологическая схема представленная на рисунке 5.

Схема состоит из бака исходной суспензии 3 емкостью 0,05 м3, кони-

ческой мельницы 5, приемной емкости 7 аналогичной вместимости, а также соединительных шлангов. В емкости 3 создается смесь измельчаемого материала определенной концентрации необходимой для эксперимента. Предварительно, для созданной смеси, определяется дисперсный состав, рассевом на комплекте сит. На экспериментальную мельницу устанавливалась измельчающая пара, состоящая из диска статора и диска ротора, с гарнитурой (выходной диаметр дисков, размер канавок) исследуемой в данный момент. После измельчения, из емкости 7, отбирались пробы для определения гранулометрического состава материала.

Для исследования процесса мокрого измельчения в конусной мельницы использовались:

- три комплекта дисков измельчения с углом конусности 50° и диамет-

ром выхода 150 мм, имеющие следующие величины ширины ножей и канавок: 7, 5,4 мм соответственно;

- три комплекта измельчающих дисков углом конусности 50° с диаметром выхода соответственно 120, 150,160 мм.

В общем, имелось 5 (с учетом перекрывающихся) комплектов измельчающей гарнитуры конической мельницы.

Для изучения влияния кольцевого зазора между ротором и статором мельницы имелся набор регулировочных прокладок толщиной 0,2 мм, позволяющих устанавливать зазор в интервале от 0,2 до 0,6 мм. Для устранения грубых ошибок каждый опыт повторялся как минимум три раза. Большинство опытов проводилось путем четырехкратного прогона одной партии материала через мельницу с замером гранулометрического состава после каждого прогона. Материалом, подлежащим измельчению, служило предварительно измельченное в дисмембраторе пшеничное зерно.

По результатам экспериментов был определен параметр кинетической модели измельчения для системы «вода - пшеничное зерно»

Показана адекватность кинетической модели измельчения путем сравнения большого количества экспериментальными данными с расчетами.

В процессе работы на основании опыта эксплуатации, экспериментальных работ и теоретического описания процесса была создана промышленная установка мокрого помола на основе конического измельчителя. Промышленная мельница отличается от лабораторной своей специфической конструкцией, а также наличием четырех дисков измельчения вместо одного. Мощность электродвигателя 22 кВт, частота вращения 3000 об/мин. Было проведено исследование возможности применения мокрого измельчения в процессах сельскохозяйственного производства.

Проведенные эксперименты показали высокую эффективность процесса мокрого измельчения для помола пшеничного зерна.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Настоящая работа содержит научно-обоснованные решения, направленные на создание теории комбинированного мокрого измельчения в конической мельнице.

Основные результаты исследований данной работы следующие:

1. В результате всестороннего изучения процесса мокрого измельчения в конических мельницах, разработана физическая модель процесса измельчения при комбинированном воздействии ударом, резанием и касательными напряжениями на измельчаемый материал в конической мельнице.

2. На основании физической модели построена математическая модель движения жидкости в рабочем пространстве конусного измельчителя, которая учитывает, в том числе, и движения ротора путем построения скользящих сеток. Модель позволила оценить влияние на процесс измельчения распределение по объему аппарата скоростей, кинетической энергии турбулентности, меры рассеивания кинетической энергии турбулентности и касательных напряжений. Результаты обработаны в виде критериальных уравнений по теории подобия (выражения 7, 8, 9).

3. На основе кинетической теории измельчения построена модель мокрого комбинированного помола, которая позволяет получить функцию

измельченного материала в коническом измельчителе, показан метод определения параметра модели по данным конкретного измельчаемого материала. Для пшеничной крупки был определен эмпирический параметр модели равный 2,2-10

4. В результате математического моделирования установлено, что:

- при изменении угла конусности ротора имеется ярко выраженный минимум среднего диаметра измельчаемого материала при углах 5060°;

- изменение диаметра ротора влияет обратно пропорционально на средний диаметр измельченного материала по линейной зависимости.

5. В результате экспериментальных исследований установлено, что:

- при измельчении материала со средним диаметром частиц менее 2 мм оптимальный угол конусности ротора составляет

- мощность расходуемая измельчителем зависит от диаметра ротора по

- после проведения ситового анализа измельченного материала по

2093-82 следует, что кинетическая модель мокрого измельчения, позволяющая получить функцию R(x), адекватно описывает процесс измельчения (средняя погрешность 7%);

- подтверждено определяющее влияние на процесс измельчения сред-

следующей зависимости

него диаметра ротора и частоты его вращения.

6. Разработана инженерная методика расчета конических мельниц мокрого измельчения позволяющая, впервые, получить научно обоснованное решение с учетом касательных напряжений возникающих в несущей жидкости.

7. По результатам исследований изготовлен и внедрен в производство комплекс измельчения зерна с применением конического измельчителя мокрого помола на пищекомбинате Алькеевского РайПО.

8. Проведенный технико-эконимический расчет показал экономическую целесообразность применения установки по сравнению с молотковым измельчителем кормов КДУ-2. Энергоемкость процесса снизилась на 35 %, годовой экономический эффект от внедрения составил 28812 рублей.

Кроме чисто технических преимуществ по измельчению материала, конические измельчители мокрого комбинированного помола не создают пыли, что улучшает экологичность производств и их пожаро- и взрывобезопас-

ность.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Кириллов П.А., Кузнецов М.Г., Петрушенков П.А. Физико-механические и реологические свойства пищевого сырья и готовой продукции пищевой промышленности: Учебное пособие. - Казань. ЗАО «Новое знание», 2001.-100 с.

2. Кириллова Н.П., Кузнецов М.Г., Петрушенков П.А., Кириллов П.А., Николаев Н.А. Механохимическая обработка зерна в спиртовом производстве с использованием мельницы кавитационного измельчения / Материалы II всероссийской конференции «химия и технология растительных веществ». Казань. 2002, с. 82-83.

3. Колесник А.А., Кузнецов М.Г., Николаев Н.А. Диспергирование жидкости пористыми вращающимися распылителями. Казань, ФОРТ-ДИАЛОГ, 2000. - 44 с.

4. Кузнецов, М.Г. Диспергирование жидкостей в коническом эмульгаторе / М.Г Кузнецов, П.К. Кириллов, П.А. Петрушенков; Казанский государственный технологический университет. - Казань:, 2002.-16 с. -Деп. в ВИНИТИ от 28.03.02; №564-В2002

5. Кузнецов, М.Г. Кавитационное диспергирование топливных эмульсий / М.Г Кузнецов, П.К. Кириллов, ПА. Петрушенков; Казанский государственный технологический университет. - Казань:, 2002. — 8 с. -Деп. в ВИНИТИ от 28.03.02; №563-В2002.

6. Кузнецов, М.Г. Применение графических методов к решению технических задач / М.Г Кузнецов, А.Я. Мутрисков; Казанский государственный технологический университет. - Казань:, 1995.- 4 с. -Деп. в ВИНИТИ от 29.05.95; №1561-В95.

»22 0 2*

7. Кузнецов М.Г., Кириллов П.К., Петрушенков П.А. Мельница-гомогенизатор для приготовления эмульсии майонеза / Тезисы докладов Вторая межрегиональная конференция молодых ученых «Пищевые технологии». - Казань: КГТУ. - 2001. С- 35.

8. Кузнецов М.Г., Колесник А.А., Николаев Н.А. Закономерности распыления жидкости пористыми вращающимися распылителями // Аннотация

* сообщения научной сессии Казанск. гос. технолог, университета, Казань: 2000.-С. 150.

9. Петрушенков П.А., Кириллов П.К., Кузнецов М.Г. Диспергирование май-онезных эмульсий / Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Оренбургский государственный университет. - Оренбург: 0ГУ.-2003, С. 141-145.

РНБ Русский фонд

2005-4 20906

Лицензия на издательскую деятельность код 221 ИД №06342 от 28.11.2001 г.

Формат 60x84/16 Тираж 100. Подписано к печати 04.11.2004 г.

Печать офсетная. Усл.п.л. 1,00 Заказ 160

Издательство КГСХА /420015 г. Казань, ул. К. Маркса, 65

Отпечатано в офсетной лаборатории КГСХА.

420015 г.Казань, ул. К. Маркса, 65. Казанская государственная

сельскохозяйственная академия. Лицензия №0115 от 03.03.1998 г.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Обзор способов и конструкций измельчителей.

1.2. Методы расчета гранулометрического состава продуктов разрушения в измельчителях.

1.3. Выводы по обзору литературы.

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ.

2.1. Физическая картина процессов протекающих в измельчителе.

2.2. Физическая модель мокрого измельчения.

2.3 Моделирование гидродинамики измельчителя.

2.3.1 Общие сведения.

2.3.2 Подходы к записи уравнения Навье-Стокса.

2.3.3 Гипотеза Буссинеска в моделях переноса Рейнольдсовых напряжений.

2.3.4. Краткое описание моделей турбулентности.

2.3.5. Вычислительные ресурсы, время решения и характер сходимости при использовании различных моделей.

2.3.6. Выбор модели турбулентности.

2.4. Математическая модель гидродинамики конической мельницы.

2.4.1. Постановка задачи.

2.4.2 Расчетная область и граничные условия.

2.4.3 Математические уравнения модели.

2.4.4 Численные режимы решения моделей.

2.5 Результаты моделирования гидродинамики конического измельчителя

2.5.1 Применение яг-теоремы

2.5.2. Безразмерная скорость.

2.5.3. Полное безразмерное давление.

2.5.4. Безразмерная кинетическая энергия турбулентности

2.5.5. Безразмерная мера рассеивания кинетической энергии

2.5.6. Безразмерное касательное напряжение в жидкости т+.

2.6 Выводы по главе 2.

Глава 3. КИНЕТИЧЕСКАЯ. МОДЕЛЬ МОКРОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В КОНИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЕ.

3.1. Математическая кинетическая модель измельчения в конической мельнице.

3.1.1 Уравнения математической модели.

3.1.2 Начальный гранулометрический состав

3.1.3 Расчет времени пребывания частиц в мельнице.

3.1.4 Определение параметра а.

3.2 Инженерный метод расчета мокрого процесса измельчения в конической мельнице.

3.2.1 Функции распределения и расчет среднего диаметра.

3.2.2 Инженерная методика расчета.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В

КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ.

4.1 Исследуемый измельчаемый материал.

4.2. Влияние измельчающей гарнитуры измельчителя на процесс помола.

4.3. Влияние диаметра и конусности диска измельчителя на процесс измельчения.

4.4 Выводы по главе 4.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ

5.1 Описание экспериментальной лабораторной установки.

5.2 Методика проведения экспериментов по исследованию процесса помола в конической мельнице.

5.3 Исследование мощности.

5.4 Идентификация параметра модели.1 Об

5.5 Проверка адекватности кинетической модели измельчения.

5.6 Оценка эффективности работы конического измельчителя.

5.7 Выводы по главе

Актуальность темы

Процессы измельчения материалов являются важными, и встречающимися в различных отраслях перерабатывающего производства. Они нашли широкое применение и в сельскохозяйственном производстве [68], например, при приготовлении комбикормов [56, 68], подготовки сельскохозяйственного сырья, утилизации отходов. Дисперсность материалов во многом определяет интенсивность протекания самых разнообразных технологических процессов и влияет на качественные характеристики продуктов [24, 46, 70]. Поэтому создание новых, высокоинтенсивных технологий, ориентированных на последние достижения науки и техники, заставляет предъявлять повышенные требования к дисперсности измельченного материала. Решение данной сложной задачи невозможно без целенаправленного поиска новых способов и конструкций аппаратов на основе научно обоснованного подхода к процессу измельчения.

Процесс измельчения является весьма энергоемким. В ряде источников [12, 32, 65] отмечается, что в настоящее время на измельчение затрачивается 5-10% производимой в мире электроэнергии. Например, в комбикормовом производстве на измельчение идет до 70% всей используемой энергии. Большие энергетические затраты объясняются низким КПД измельчителей [25, 89].

В указанных условиях, решение этой проблемы является актуальным и весьма перспективным. Выбор метода диспергирования материалов комбинированием традиционных способов измельчения с воздействием касательных напряжений, возникающих в несущей жидкости, не случаен. В этом случае жидкость служит в качестве диспергирующей среды, которая способствует рассредоточению частиц материала и противодействует их повторному слипанию. Другая особенность мокрого измельчения - появление в жидкости касательных напряжений, которые становятся, наряду с резанием, одними из основных факторов процесса и способствуют повышению степени измельчения. Усталостное понижение прочности измельчаемого зерна усиливается жидкостью, которая проникая в микротрещины, экранирует силы, стремящиеся их сомкнуть [68].

Мокрое измельчение может быть применено при приготовлении кормов применяемых для подкормки молодняка животных, а также для приготовления сырья из зерна при получении спирта.

Таким образом, настоящая работа направлена на создание теоретических основ модели процесса мокрого измельчения. Решение этой задачи позволит создать технологию и оборудование для тонкого измельчения материалов.

Работа выполнялась в соответствии с планами основных научных направлений Казанской государственной сельскохозяйственной академии по направлению «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».

Цель работы:

• разработка физической модели процесса измельчения при различных способах воздействия на измельчаемый материал в конической мельнице;

• разработка математической кинетической модели процесса мокрого измельчения;

• исследование гидродинамики мельницы мокрого измельчения и установление ее связи с эффективностью измельчения;

• проведение экспериментов по мокрому помолу сельскохозяйственного сырья в коническом измельчителе и проверка адекватности физической и математической моделей путем сравнения результатов расчетов и эксперимента;

• разработка инженерной методики расчета конических мельниц, при комбинированных способах воздействия на измельчаемый материал;

• изучение влияния на процесс различных технологических факторов

• изучение области использования предлагаемого способа и промышленная реализация результатов исследований.

Научная новизна

• теоретические положения комбинированного способа воздействия на измельчаемый материал (измельчение резанием, ударом и касательными напряжениями) и физическую модель измельчения;

• кинетическую модель мокрого измельчения, которая связывает основные технологические параметры процесса и гранулометрический состав материала до и после измельчения;

• закономерности изменения дисперсности измельчаемого материала в зависимости от основных технологических и конструктивных параметров мельницы конического типа;

• выявление условия разрушения частиц материала касательными напряжениями, в отличии от существующего мнения разрушения частиц кавитацией.

Основные методы исследования

Исследования проводились посредством моделирования процесса на математическом и физическом уровне. В математической модели использовались результаты проведенного моделирования гидродинамики мельницы, полученные путем численного решения уравнений движения среды в канале мельницы. Результаты численных решений обрабатывались по ж -теореме и теории подобия. Статистическая обработка полученных данных, проводилась с помощью программного пакета Excel и программой Data Fit 6.0 (демо). Для исследования влияния различных параметров на кинетику измельчения составлены специальные компьютерные программы.

Защищаемые положения:

• физическая модель процесса комбинированного воздействия в коническом измельчителе;

• численные решения уравнений движения среды в канале измельчителя и результаты их обработки по теории подобия;

• математическую кинетическую модель процесса измельчения в конической мельнице;

• результаты математического моделирования;

• инженерную методику расчета конических измельчителей;

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию технологических и конструктивных параметров комбинированного конусного измельчителя

Практическая значимость.

Практическая значимость заключается в снижении энергоемкости процесса измельчения зерна на 35% с одновременным уменьшением габаритов и массы установки

Реализация работы.

Комплексы мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья с применением конических мельниц тонкого измельчения прошли всесторонние испытания и внедрены на Пищекомбинате Алькеевского РайПО. В результате испытаний удалось получить однородную измельченную суспензию.

Апробация работы.

Основные научные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях:

• Вторая межрегиональная конференция молодых ученых "Пищевые технологии", Казань, 2001 г.;

• II Всероссийской конференции "Химия и технология растительных веществ", Казань, 2002 г.;

• Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация сложных биотехнических систем", Оренбург, 2003г.;

• Региональной научной конференции "Молодые ученые - агропромышленному комплексу", Казань, 2004 г.

• Научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета

Публикации

Всего опубликовано 11 работ из них по теме диссертации 9.

Объем н структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения библиографического списка и приложений. Общий объем - 148 страниц, из них 135 страниц основного текста и 13 страниц приложения. В состав диссертации включены 59 рисунков, 9 таблиц. Список литературы - 127 наименований. Во введении обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследований. Показаны новизна и практическая ценность работы. В первой главе рассмотрены конструкции существующих аппаратов для измельчения материалов и дан их анализ. Установлено, что в большинстве случаев, измельчители имеют большой удельный расход энергии и низкий кпд. Здесь же выявлены перспективы доработки их конструкций. Проведен анализ современной теории математического моделирования, предложенной для расчета процесса измельчения в различных конструкциях аппаратов. Во второй главе проанализированы современные подходы к моделированию турбулентного движения жидкости, представлены описание процесса измельчения в конических мельницах, физическая модель процесса, математическая модель для исследования гидродинамики, результаты моделирования гидродинамики и их обработка в виде критериальных уравнений. В третьей главе дана математическая кинетическая модель измельчения в конических мельницах, описан инженерный метод поверочного расчета мельницы. В четвертой главе представлены исследования процесса измельчения в конической мельнице на основании разработанной кинетической модели мокрого измельчения, показано влияние различных технологических параметров на процесс измельчения. С

Основные результаты исследований данной работы следующие:

1. В результате всестороннего изучения процесса мокрого измельчения в конических мельницах, разработана физическая модель процесса измельчения при комбинированном воздействии ударом, резанием и касательными напряжениями на измельчаемый материал в конической мельнице.

2. На основании физической модели построена математическая модель движения жидкости в рабочем пространстве конусного измельчителя, которая учитывает, в том числе, и движения ротора путем построения скользящих сеток. Модель позволила оценить влияние на процесс измельчения распределение по объему аппарата скоростей, кинетической энергии турбулентности, меры рассеивания кинетической энергии турбулентности и касательных напряжений. Результаты обработаны в виде критериальных уравнений по теории подобия (выражения 7, 8, 9).

3. На основе кинетической теории измельчения построена модель мокрого комбинированного помола, которая позволяет получить функцию Я(х) измельченного материала в коническом измельчителе, показан метод определения параметра модели по данным конкретного измельчаемого материала. Для пшеничной крупки был определен эмпирический параметр модели равный 2,2 • 10-4.

4. В результате математического моделирования установлено, что:

- при изменении угла конусности ротора имеется ярко выраженный минимум среднего диаметра измельчаемого материала при углах 50

- изменение диаметра ротора влияет обратно пропорционально на средний диаметр измельченного материала по линейной зависимости.

5. В результате экспериментальных исследований установлено, что:

- при измельчении материала со средним диаметром частиц менее 2 мм оптимальный угол конусности ротора составляет 55° ;

- мощность расходуемая измельчителем зависит от диаметра ротора по

- после проведения ситового анализа измельченного материала по ГОСТу 2093-82 следует, что кинетическая модель мокрого измельчения, позволяющая получить функцию R(x), адекватно описывает процесс измельчения (средняя погрешность 7%);

- подтверждено определяющее влияние на процесс измельчения среднего диаметра ротора и частоты его вращения.

6. Разработана инженерная методика расчета конических мельниц мокрого измельчения позволяющая, впервые, получить научно обоснованное решение с учетом касательных напряжений возникающих в несущей жидкости.

7. По результатам исследований изготовлен и внедрен в производство комплекс измельчения зерна с применением конического измельчителя мокрого помола на пищекомбинате Алькеевского РайПО.

8. Проведенный технико-эконимический расчет показал экономическую целесообразность применения установки по сравнению с молотковым измельчителем кормов КДУ-2. Энергоемкость процесса снизилась на

60°; следующей зависимости

35 %, годовой экономический эффект от внедрения составил 28812 рублей.

Кроме чисто технических преимуществ по измельчению материала, конические измельчители мокрого комбинированного помола не создают пыли, что улучшает экологичность производств и их пожаро- и взрывобезопас-ность.

1. A.c. 1080854 (СССР). Центробежная мельница / Авт. изобр.: М.Д.Над-зельский, В.Е.Мизонов, С.Г.Ушаков. Опубл. Б.И. 1984. - №11.

2. A.c. 1123722 (СССР). Дезинтегратор / Ивановск. сельскохоз. ин-т: Авт. изобрет. П.П.Гуюмджян, Т.А.Куликова, В.Б.Лапшин, С.В.Дрязгова. -Заявл. 10.08.82 №3481080/29-33; Опубл. в Б.И. 1984, №42. МКи2 В02С 7/06 УДК 621.926.4(088.8).

3. A.c. 297237 (СССР). Дезинтегратор / Проектный ин-т «Эстколхозпро-ект»: Авт. изобрет. Х.А.Тоомель, А.Н.Тюманюк. Заявл. 04.11.74 №2072638/33; Опубл. в Б.И. 1977, №7. МКи2 В02С 13/02 УДК 621.926.5(088.8).

4. A.c. 528114 (СССР). Центробежно-вихревая мельница / Сумский филиал Харьковского политехи, ин-та: Авт. изобрет. Ф.А. Гуляев, A.B. Браслав-ский, В.И. Майборода. Заявл. 25.10.74 №2069499/33; Опубл. в Б.И. 1976, №34. МКи2В02С 7/08 УДК 621.926.9(088.8).

5. A.c. 533394 (СССР). Центробежная мельница / Харьковский инжен. — строит, ин-т: Авт. изобрет. Г.Д.Федоров, Г.П.Соболев, А.Д.Литвиненко, В.А.Гринев. Заявл. 27.03.74 №2008466/33; Опубл. в Б.И. 1976, №40. МКи2 В02С 7/08 УДК 666.3.022.273(088.8).

6. A.c. 541497 (СССР). Центробежная мельница / Таллиннский политехи, ин-т и проектный ин-т «Эстколхозпроект»: Авт. изобрет. Х.А.Тоомель,

7. A.Н.Тюманюк. Заявл. 10.09.71 №2056284/13; Опубл. в Б.И. 1977, №1. МКИ2В02С 13/10 УДК 621.927.7(088.8).

8. A.c. 547226 (СССР). Дезинтегратор / Авт. изобрет. И.А.Хинт, Л.С.Вана-селья, Х.А.Тоомель и др. Заявл. 13.03.70 №1406606/29-33; Опубл. в Б.И. 1972, №18. МКи2В02С 13/22 УДК 621.926.9(088.8).

9. A.c. 633599 (СССР). Центробежная мельница / Авт. изобрет.

10. B.С.Бабурин, Э.Б.Либанов. Заявл. 08.05.73 №1918185/29-33; Опубл. в Б.И. 1978, №43. МКи2В02С 13/08 УДК 621.926.47(088.8).

11. A.c. 638365 (СССР). Центробежная мельница / Авт. изобрет. В.С.Бабурин. Заявл. 01.08.77 №2511739/29-33; Опубл. в Б.И. 1978, №47. МКи2 В02С 13/26 УДК 621.926.4(088.8).

12. Акунов В.И. Основные положения кибернетической теории мельниц // В сб. Труды ВНИИЦемент, 1976. Вып.31. - С. 139-151.

13. Акунов В.И. Современное состояние и перспективы развития помольной техники. // Цемент, 1986, №7, с. 13-15.

14. Акунов В.И. Струйные мельницы. M.: Машиностроение, 1967. - 263 с.

15. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. -М.: Агро-промиздат, 1985. -336с.

16. Андреазен Х.М. Об измельчении и величине частиц // В сб. Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. - С. 104111.

17. Андреев С.Е. Значение среднего диаметра, определяемого по способу Когхила // Горный журнал, 1939, - №6, - С. 69-71.

18. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисления гранулометрического состава. М.: Металлургиздат. 1959. -437 с.

19. Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М.: Химия, 1982. - 256 с.

20. Барон Л.И., Курбатов В.М., Коняшин Ю.Г. Дробимость горных пород. -М.: АН СССР, 1963.- 167 с.

21. Барон Л.И., Хмельковский Н.Е. Разрушение горных пород свободным ударом. М.: Наука, 1971. - 203 с.

22. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. - 540 с.

23. Берим Г.О., Волков И.Е., Зиганшин Б.Г. Микроскопическое обоснование управления кинетики дробления. //Труды Казанской КГСХА. -Казань,- 1997, с. 24-36.

24. Блиничев В.Н. Разработка оборудования и методов его расчета для интенсификации процессов тонкого измельчения материалов и химических реакций в твердых телах. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. -Иваново, 1975. 317 с.

25. Блиничев В.Н., Падохин В.А. О статистическом методе исследования процесса измельчения материалов // Ж. Всес. хим. о-ва им.Д.И.Менделее-ва. 1988. Т.ЗЗ. - №4. - с. 437-441.

26. Бобков С.П., Блиничев В.Н., Гуюмджян П.П. Влияние типа мельницы на энергозатраты и механохимические явления при тонком измельчении // Известия вузов. Сер. Химия и химическая технология. 1979. - Т.22, №3. -С. 1004-1007.

27. Брагинский Л.Н. Распределение твердых частиц по высоте аппарата без отражательных перегородок // ТОХТ. 1968. Т2, №1. с. 146-150.

28. Бремер Г.И. Теория и расчет дробильных машин. Учебное пособие. Изд. ВСХИЗО, 1970.-50 с.

29. Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. -М.: Колос, 1986. -223 с.

30. Гарднер Р.П., Аустин Л.Г. Исследование измельчения в мельнице периодического действия // В сб.: Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат,' 1966. С. 219-248.

31. Герман Д. Законы дробления // В сб.: Теория и практика дробления и тонкого измельчения / под ред. А.С.Егорова. M.-JI.-Новосибирск: НКТП. 1932. - С.39-42.

32. Гийо Роже. Проблема измельчения материалов и ее развитие. // М., Стройиздат, 1964, 225 с.

33. Горячкин В.П. Собрание сочинений:-М., 1965, т.З.-с. 131-172.

34. Гухман A.A. Введение в теорию подобия М.: Высшая школа, 1963.

35. Егоров Г.Г. К вопросу об установлении основных законов дробления // В сб.: Теория и практика дробления и гонкого измельчения / под ред. А.С.Егорова. М.-Л.-Новосибирск: НКТП. 1932. - С. 11-38.

36. Зб.Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. Агопромиздат, 1990, -336 с.

37. Заявка №4015605 (Германия). Способ и устройство для образования тончайших частиц / Опубл. в ВНИИПИ 03.12.92. МКи2 В02С 19/06, 19/18, В05 В17/06 УДК 621.926.32.

38. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы // ЖЭТФ. 1942. -№12. - С.11-12.

39. Зиганшин Б. Г. Разработка и обоснование параметров безрешетной молотковой дробилки кормов вертикального типа. Дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. Казань, 1998.

40. Золотарев A.A., Колокольников В.В., Махоткин А.Ф., Репин В.Б. Вероятностная модель процесса размола волокнистых материалов в конической мельнице // ТОХТ. 1990. - №1. - С.93-98.

41. Золотарев A.A., Колокольников В.В., Махоткин А.Ф., Репин В.Б. Влияние формы частиц на кинетику размола волокнистого материала в конической мельнице //В сб.: Массообменные процессы и аппараты хим. технологии. Казань: КХТИ, 1989. - С.107-133.

42. Испытание сельскохозяйственной техники. Методы экономической оценки. -ОСТ 70.2.18-73. -М.: Издательство стандартов, 1974. -66 с.

43. Исследование процесса измельчения в вибромельнице / А.А.Александровский, З.К.Галиакберов, Л.А.Эмих и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1979. - №1. - С. 97-100.

44. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов измерений. М.: Наука, 1970.-104 с.

45. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Химия, 1971.-784 с.

46. Кириллов П.А., Кузнецов М.Г., Петрушенков П.А. Физико-механические и реологические свойства пищевого сырья и готовой продукции пищевой промышленности: Учебное пособие. Казань. ЗАО «Новое знание», 2001. - 100 с.

47. Кириллов П.К., Петрушенков П.А, Жарковский А.П., Портнов И.Н. Области применения мельницы кавитационного измельчения / Материалы всероссийской науч. конфер. «Вторые Вавилонские чтения», Часть 2, Йошкар-Ола, 1997.

48. Кириллов П.К., Петрушенков П.А. Кавитационное измельчение зерна в производстве пищевого спирта //Хранение и переработка сельхозсырья, -1998.-№1.-С. 39-41.

49. Кириллов П.К., Петрушенков П.А. Построение физической модели процесса измельчения в конической мельнице // Аннотация сообщения научной сессии Казанск. гос. технолог, университета, Казань: 1997. С. 4.

50. Кириллов П.К., Петрушенков П.А. Энергосберегающая технология подготовки зерна в производстве пищевого спирта / Материалы всероссийской науч. конфер. «Вторые Вавиловские чтения», Часть 2, Йошкар-Ола, 1997.

51. Колесник A.A., Кузнецов М.Г., Николаев H.A. Диспергирование жидкости пористыми вращающимися распылителями. Казань, ФОРТ-ДИАЛОГ, 2000.-44 с.

52. Колмогоров А.Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении // Докл. АН СССР. 1941, т.31, - №2, - С. 99-102.

53. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельчаемых материалов. Л.: Химия, 1987. - 264 с.

54. Кошелев А.Н., Глебов Л.А. Производство комбикормов и кормовых смесей. // М., Агропромиздат, 1986, 176 с.

55. Кузнецов, М.Г. Диспергирование жидкостей в коническом эмульгаторе / М.Г Кузнецов, П.К. Кириллов, П.А. Петрушенков; Казанский государственный технологический университет. Казань:, 2002.-Деп. в ВИНИТИ от 28.03.02; №564-В2002

56. Кузнецов, М.Г. Кавитационное диспергирование топливных эмульсий / М.Г Кузнецов, П.К. Кириллов, П.А. Петрушенков; Казанский государственный технологический университет. — Казань:, 2002.-Деп. в ВИНИТИ от 28.03.02; №563-В2002.

57. Кузнецов, М.Г. Применение графических методов к решению технических задач / М.Г Кузнецов, А.Я. Мутрисков; Казанский государственный технологический университет. Казань:, 1995.-Деп. в ВИНИТИ от 29.05.95; №1561-В95.

58. Кузнецов М.Г., Кириллов П.К., Петрушенков П.А. Мельница-гомогенизатор для приготовления эмульсии майонеза / Тезисы докладов

59. Вторая межрегиональная конференция молодых ученых «Пищевые технологии». Казань: КГТУ. - 2001. С. 35.

60. Кузнецов М.Г., Колесник A.A., Николаев H.A. Закономерности распыления жидкости пористыми вращающимися распылителями // Аннотация сообщения научной сессии Казанск. гос. технолог, университета, Казань: 2000.-С. 150.

61. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, 1973 416 с.

62. Ландау М.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: учебное пособие. BIO т. T. VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1986 — 736 с.

63. Летин Л.А., Роддатис К.Ф. Среднеходные и тихоходные мельницы. М.: Энергоиздат, 1981. - 359 с.

64. Линч А. Циклы дробления и измельчения. Моделирование, оптимизация, проектирование и управление. -М.: Недра, 1981, 343 с.

65. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. М.: Химия, 1965 - 444 с.

66. Маслов Г.А. Распределение по крупности продуктов дробления отдельных кусков породы ударом // Нерудные строительные материалы, 1967. Тольятти, вып.23, С. 67-82.

67. Мельников C.B. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. -Л.: Колос, 1978. -560 с.

68. Молчанов В.И., Юсупов Т.С. Физические и химические свойства тонко-диспергированных минералов. М.: Недра, 1981. - 157 с.

69. Николаев H.A., Харин В.Ф. Гидродинамические закономерности пленочного течения жидкости по шероховатой поверхности // ТОХТ. 1974. Т.8. -№5.-С. 712-719.

70. Нормы амортизационных отчислений на тракторы, сельскохозяйственные машины и оборудование, используемое в сельском, водном и лесном хозяйстве и сроки их службы. -М.: Колос, 1982. -26 с.

71. Основы физико-химии вещества в метастабильном ультрадисперсном состоянии и перспектива их использования / И.В.Тананаев, В.Б.Федоров, И.Д.Морозов и др. // Изв. АН СССР. Сер. Неорг. материалы. 1984. -Т.20, №6. - С. 1025-1033.

72. Павлюченко А.К. Экономика комбикормовой промышленности. -М.: Агропромиздат, 1990. -208 с.

73. Патент №5035363 (США). Способ ультразвукового измельчения взрывчатых веществ / Опубл. в ВНИИПИ 03.12.92. МКи2 В02С 19/00 УДК 662.22.

74. Патент №5072886 (США). Способ получения сверхмелких частиц переходного оксида алюминия / Опубл. в ВНИИПИ 07.12.93. МКи2 В02С 19/12.

75. Патент №5279463 (США). Способ и аппарат для обработки материалов в жидкостях / Опубл. в РЖ ИСМ 12.06.95. МКи2В02С 23/10.

76. Патент №94/08719 (РСТ). Способ измельчения под действием вихревых потоков / Опубл. в РЖ ИСМ 12.08.95. Мки2ВОЗВ 19/06.

77. Петрушенков П.А. Комбинированное мокрое измельчение в конической мельнице. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Казань, 1999.

78. Пашинский В.Ф. Машины для размола волокнистой массы. М: Лесная промышленность, 1972. -320 с.

79. Петрушенков П.А., Кириллов П.К., Кузнецов М.Г. Диспергирование май-онезных эмульсий / Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Оренбургский государственный университет. Оренбург: ОГУ. - 2003, С. 141-145.

80. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов./ Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков A.A.: под ред. П.Г. Романкова —Л.: Химия, 1987 — 576 с.

81. Разумовсний Н.К. Характер распределения содержания металлов в рудных месторождениях // Докл. АН СССР. 1940, т.28, - №9, - С. 815-817.

82. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов: Нормативные материалы. Л., 1971. - Вып.32. - 309 с.

83. Ребиндер П.А., Акунов В.И. Физико-химические основы законов тонкого измельчения твердых тел // Журнал прикладной химии. 1959, т.28; -С.312.

84. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1972.

85. Серго Е. Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. //М., Недра, 1985,322 с.

86. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. — М.: Химия, 1977. 368 с.

87. Смирнов Н.М., Блиничев В.П., Стрельцов В.В. Расчет гранулометрического состава материала, измельчаемого в мельницах ударно-отражательного действия // ТОХТ. 1981. - Т. 15, №3. - С. 424-428.

88. Сыроватка В.И. Исследование процесса измельчения зерна ударом // Тракторы и сельхозмашины. 1962. -№ 11.-е. 27-29.

89. Тихонов О.Н. Методика расчета гранулометрической характеристики продукта замкнутой системы дробления // Горный журнал. 1978, - №3, -С. 150-152.

90. Углеразмольное, рудоразмольное и пылеприготовительное оборудование: отраслевой каталог. — М.: НИИ экономики в энергетическом машиностроении, 1986. 161 с.

91. Уилкинсон У.Л. Неныотоновские жидкости. М.: Мир, 1964. - 216 с.

92. Ульянов В.М., Муштаев В.И., Плановский А.Н. К расчету гидродинамики дисперсных потоков // ТОХТ. 1977. - Т.И, №5. - С. 716-723.

93. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Стройиздат, 1972. - 239 с.

94. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. - 307 с.

95. Andereasen А.Н.М. Zur Renntmis des Zerkleinerungsvorganges. Kolloid. Zeitschrift, 1937, №2, p.148-156.

96. Austin L.G., Klimpel R.R. Zur Theorie der Zerkleinerung, Aufbereitungs-Technic., 1966, Bd.7, NU, S.l-20.

97. Austin L.G., Klimpel R.R., Beattie A.N. Solutions of equations of grinding. Dechema-Monographien, 1967, v.57, p.281-312.

98. Austin L.G., Lücke P.T. Methods for determination of breakade destribu-tion parametrs: Powder Technology, 1972, v.5, №4, p.215-222.

99. Bond F. Crushing and grinding there shold be a better way. - Mining Engineering. 1968. V.20, №1, 63-64.

100. Bond F.S. Third Theory of Comminution Minig Congress Jornal. I960, v.46, №8, p.53-56.

101. Broadbend S.R., Callcott T.G. Matrix analysis of processes in valving pati-cles assemblies: Phil. Trans. Rov. Soc. London, 1959, v.249, p.99-123.

102. Callcott T.G., Lunch A. An analysis breakage processes with in rodmills. -Proc. Austzinstm in metal, 1962, v.3, p. 109-131.

103. Charles R.J. Energy-size reduction relationships in comminution: Mining Engineering, 1958, april, p.481-484.

104. Galperin B.A., S.A. Orszag "Large Eddy Simulation of Complex Engineering and Geophysical flows". Cambridge University Press, 1993.

105. Giersiepen G. Maschinen und Apparate fur die Feinstzerkleinerung. -Aufbereit. Technik, 1973, 5, s. 277-284.

106. Gibson M.M., Launder B.E. "Ground Effect on pressure fluctuations in the atmospheric boundary layer" J. Fluid Mech., 86:491-511, 1978

107. Gupta V.K., Kapur P.C. A Pseudo-simulatory solution to the integro differential equation of bath cinding // Powder Technology. 1975. - №12. - P.175-178.

108. Hinze J.O. "Turbulence". Mc Graw Hill Publishing Co., New York, 1975.

109. Launder B.E. "Second Moment Closure: presend . and future ?" Inter. J. Heat fluid flow, 10(4):282-300, 1989.

110. Launde B.E. r, Spalding D.B. "Lecture in Mathematical Models of Turbulence". Academic Press, London, England, 1972.

111. Launder B.E., Spalding D.B. "The numerical computation of turbulent flows". Computer methods in applied mechanics and engineering, vol 48, pp. 313-327(1985).

112. Launder B.E., Reece G.J. and W. Rodi "Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure" J. Fluid Mech., 63(3): 537-566, April 1975.

113. Nienow A.W. Suspension of particles in turbine agitated baffled vessels // Chem. Eng. Sei. 1968. - v. 23, №12. -p.1453-1459.

114. Proscott T.W., Webb T. Chem. Engineering, 1972, v.50, p.21-25.

115. Rammler. Gluckanf, 1933, №21, S.25-29.

116. Rick F. Das Gesetz der Proportionalen Widerstande und seine Anwendungen: Leipzig, 1885. 112S.

117. Rittinger P.R. Lehrbuch der Aufbereitungskunde: Berlin, 1867. - 341S.

118. Shih T.-H, Liou W.W., Shabbir A., and Zhu J."A new k-^ eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flow model development and validation". Computers fluids, 24(3): 227-238, 1995.

119. Shumann R. Principles ofcommination I-size distribution and surface calculation: Mining Technology, 1946, v.4, №4, p. 1-11.

120. Spalart P., Allmaras S. "A one equation turbulence model for aerodynamic flows". Technical Report AIAA-92-0439, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1992.

121. Swensson J., Murkes J., An Empirical Relationship Between Work Input and Particle Size Distribution Before and After Grinding, Int. Mineral Dressing. Congress, Stockholm, 1957, p.37-66.

122. Weining A. Colorado School of Mines. Quart., 1933, v.28, №3, p.34-37.

123. MuL, (* вязкость жидкости, Па*с *)

124. RhoL, (* плотность жидкости, кг/мЗ *)

125. RhoS, (* плотность измельчаемого материала, кг/мЗ *)n, (* параметры начального распределения *)xe, (* материала *)

126. DO, (* начальный диаметр ротора, м *)

127. Dk, (* конечный диаметр ротора, м *)1. (* ширина ротора, м *)

128. Tau*xe*t*i/Cp; to progon do := DSAverage(n,alfa1.);end.program findcp; uses melnica,crt; vardd : array1.progon. of double; (* Экспериментальные данные *)i : byte;rasnmin,rasn,1. CpOpt : double; begin

129. Установка входных параметров

130. Назначение переменных смотрите модуль Melnica *) MuL := le-3; RhoL := 1000; RhoS := 1300; n : = 3 ; xe := 1.9e-3;

131. Q := 1/3600; С := 0.2; a := 5e-3;omega := 2*pi*3000/60;zazor := 0.5e-3;z := 4 4;1. DO := 122e-3;1. Dk := 150e-3;1.:= 30e-3;1. Cp := 0.00001;alfal := arctan(9/30);*)alfa2 := 0;rasnMin := lelO;1. CpOpt := Cp;

132. MakeSolve; (*вызов решения*) for i:=l to progon dorasn := rasn + sqr(dd1.-dsresi.); if rasn < rasnMin then beginrasnMin := rasn; CpOpt := Cp; end;

133. Dk := DDD + L*sin(alfal)/cos(alfal);

134. УТВЕРЖДАЮ» ДнредарДищскомбютга /;'{' ^'(Дль^ейекбф РайПО1. А. Шарапов2003 г. . ■1. ПРОГРАММАкнпсматнчсскон п технологическом отработки комплекса мокрого шмсльчешш сельскохозяйственного сырья с применением коническоймельницы

135. Проверка комплектности мельшщы, резервуаров, трубопроводов л их технологического оборудовать путем наружного осмотра.

136. Проверка наличия масла по вытсканшо,нз контрольного отверстия.

137. Проверка легкости вращешш ротора мельницы без заедания и посторонних звуков при вращении его вручную.

138. Подключить к мельнице амперметр, вольтметр и расходометр.

139. Кратковременный пуск мельшщы (не более 20 секунд) с нрослушнвшшсм посторонних мсталлтескнх звуков, записать показшшя амперметра, вольтметра и расходомстра.

140. Снять статор мельшщы и осмотреть возможные следы износа.

141. Уменьшить расстошшс между статором и ротором, убрав одну прокладку толщшюй 0,1 мм.

142. Повторить операщпо 6 и 7, с вращением ротора вручную, до появления засдання между рабочими поверхностями ротора и статора.

143. Подсоедишпъ мелыищу к резервуару с водой так, чтобы образовалсязамкнутый контур: емкостъ-мелыпща-смкость. Объем резервуара с водой не менее 0,5 м куб.

144. Снять статор мслышцы и осмотреть рабочие поверхности ротора и статора. При отсутствии износа на поверхности ротора и статора убрать еще одну прокладку толщшюй 0,1 мм. Очистить статор и ротор. 1

145. Если по п 12 была убрана прокладка, то повторить операцшг 9 и 10. Затем снять статор и очистить его, а также ротор от продуктов износа.

146. Проверить отсутствие осаждешм твердой фазы на стенках трубопроводов. При необходимости заменить трубу на более мелкий диаметр.

147. Добавить прокладку толщшюй 0,1 мм и снова собрать мельшщу.

148. Для проверки правильности работы расходомера проделать следующие операции. Включить мельшщу и по секундомеру засечь время опорожпешш емкости

149. Повторить и 16 не менее трех раз.

150. Подсоедшштъ входной патрубок мельшщы к емкости с суспензией, а выходной к пустой емкости.

151. Во время работы мельшщы осматривать ее на предмет выявления вы-текашш суспензии или масла, по возможности определить их количество.

152. Перед включе!шем замерять температуру зоны измельчения, зоны подшипникового узла и электроддшгагеля, а во время работы производить эти операции через каждую минуту и один раз, за работу, спять показания манометров.

153. Во время работы записывать припуске и каждые 2 минуты показания амперметра, вольтметра и расходометр.23. Произвести помол.

154. Отобрать пробу измельчешюго материала в количестве предусмотренным по методике анализов гранулометрического состава.

155. Повторить пункты 18-25 три раза,

156. Убрать все поставленные прокладки по п. 25.

157. Поставить на входной патрубок кран пробковый проходной.29. Выполнить пункты 18 и 19.

158. Произвести помол. Отобрать пробу и сделать действия по пунктам 20, 21 и 22.

159. Изменить расход и произвести помол. Отобрать пробу и сделать действия но и. 20, 21 и 22.

160. Уменьшить расход и произвести те же действия, что и по пункту 31.

161. Закрыть кран и остановить измельчитель.

162. Повторить пункт 34 при соотношении зерна с водой как 1:4.

163. Гл. инженер Научные руководители1. Гл. технолог .Г

164. Комиссия в составе: от Пищекомбината Алькеевского РайПО: гл. инженера Хазилова Р.Ы. отКГГУ: Николаева ILA, ЗшкпулшшаН.Х., Кириллова П.К., Панкова А.О., от КГСХА: Кузнецова М Г. в соответствии с программой договора было установлено следующее:

165. По результатам исследований был изготовлен и внедрен на птицекомбинате

166. Алькеевского РалПО экспериментальный комплекс мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья с применением конической мельницы производительностью 1 м3/ч.

167. Комиссия считает, что комплекс отвечает требованиям технического задания.1. Гл. ннженер Хазшюв P.IL1. Научные руководители

168. Николаев ILA. Зшттуллнн II.X.1. Асшфапты «—^Г 0л^/Ь1. Кузнецов М.Г. А.О1. АКТо внедрении промышленного комплекса мокрого измельчении сельскохозяйственного сырья с применением конической мельницы

169. Кузнецов М.Г. ХоШ-^ Панков А.О