автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование процессов получения гранулированного материала с использованием распылов битума в новом способе производства асфальтобетонных смесей

На правах рукописи

И04616990

ДУБРОВИН АНДРЕИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСПЫЛОВ БИТУМА В НОВОМ СПОСОБЕ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ДЕК 2010

Ярославль - 2010

004616990

Работа выполнена на кафедре «Теоретическая механика» Государственно образовательного учреждения высшего профессионального образования «Яр славский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зайцев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гуюмджян Перч Погосович ГОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Ефремов Герман Иванович ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет»

ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москва

Защита диссертации состоится декабря 2010 г. в-^часов на заседай Диссертационного совета Д 212.308.01 при ГОУ ВПО «Ярославский государ! венный технический университет» по адресу: 150023, г. Ярославль, Московск пр., д. 88, ауд. Г-219.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ярославскс государственного технического университета, по адресу: 150023, г. Ярослав. Московский проспект, д. 88.

Автореферат разослан ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

А. А. Ильин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В асфальтобетонной промышленности /ществует ряд проблем, связанных с транспортированием и хранением битума, ж наиболее дорогостоящего материала. Битум обладает повышенными адгезивными свойствами, что является существенной проблемой для его транспортиро-1ния в холодном состоянии. Поэтому его поставка и хранение осуществляется в идком состоянии при постоянном подогреве, что значительно увеличивает энергические затраты.

Для решения этих проблем было бы целесообразно обеспечить хранение би-лма в холодном состоянии в виде гранул, способных обеспечить свою индивиду-1ьность. Это позволит снабжать вяжущим отдаленные от источников битума Зъекты, а также перевозить его без риска застывания. С помощью последова-;льной реализации процессов диспергирования, смешивания и уплотнения воз-ожно получение такого материала.

В настоящее время практически отсутствуют конструкции устройств, обеспе-ивающих получение продукта на основе гранулированного битума. Наиболее це-гсообразными для этих целей являются аппараты с использованием поворотных лройств, в которых зоны распыливания, смешивания и уплотнения связаны эанспортной системой.

Ввиду малой изученности процессов образования дисперсных потоков капель итума, отсутствия универсальной физической модели смешивания твердеющих астиц с мелкодисперсными порошками и операций последующего гранулирова-ия смеси, необходимы теоретические и экспериментальные исследования этих роцессов. Это позволит сформулировать рекомендации по конструированию ап-аратов такого типа и разработке методов их расчета.

Цель работы - математическое описание процессов диспергирования высо-этемпературного битума, смешивания его капель с минеральным порошком, ме-шического уплотнения смеси в валково-ленточном аппарате для получения гравированного материала с заданными свойствами, проведение цикла опытных ¡^следований и на основе полученных данных - разработка методики расчета роизводительности устройства для получения гранул.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- создание математического описания процесса диспергирования высокотем-гратурного битума и выявление закономерностей распределения капель по раз-тчным признакам, в том числе данных по их средним размерам;

- выявление механизма смешивания твердеющих частиц распыленного биту-а с порошкообразным материалом с целью получения минимального значения юффициента вариации концентрации частиц ключевого компонента в смеси;

- исследование процесса уплотнения при гранулировании комплексных час-щ в валково-ленточном аппарате, а также проведение испытаний гранулированию битума и образцов на его основе;

- создание на основе теоретических и экспериментальных исследований ме->дики расчета производительности устройства для получения комплексных гра-

з

нул и разработка технического проекта опытно-промышленного аппарата для этих целей.

Научная новизна работы.

Представлено математическое описание механизма распиливания вязкой жидкости - битума - при высокой температуре согласно стохастическому подходу с учетом расширения факела распыла и физико-механических характеристик материала.

Впервые с использованием компьютерного метода, основанного на обработке цветных фотографий, получены основные дисперсные характеристики распыленных потоков вязкой жидкости: средние значения диаметров капель битума и данные о распределениях их числа по различным признакам.

Представлено математическое описание и предложен рациональный способ организации процесса смешивания твердеющих капель битума с порошком.

Теоретическими и опытными исследованиями определены основные параметры уплотнения и гранулирования смеси в валково-ленточном аппарате, что позволило создать методику расчета производительности аппарата для получения комплексных гранул из частиц битума и минерального порошка.

Совместно с ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москва проведены испытания гранулированного материала с получением образцов асфальтобетона. По результатам исследований получен патент РФ на способ производства асфальтобетонной смеси.

Разработан ряд новых устройств для диспергирования вязких жидкостей с последующим смешиванием с сыпучим материалом-порошком.

На защиту выносятся следующие положения:

- математическое описание механизма распиливания вязкой жидкости с учетом расширения факела распыла, физико-механических характеристик рабочего материала, конструктивных и режимных параметров работы форсунки;

- новый метод определения дисперсных характеристик с помощью компьютерной обработки фотографий;

- математическое описание процесса смешивания твердеющих капель битума с порошком и выбор рациональной схемы взаимодействия компонентов; ч

- основные результаты опытных и теоретических исследований процесса уплотнения смеси в валково-ленточном аппарате со сферической матрицей;

- новый способ получения асфальтобетонной смеси на основе гранулированного битума, в разработке которого автор принимал непосредственное участие.

Практическая ценность работы.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложен новый способ получения асфальтобетонной смеси с использованием распыленного битума, последующего его смешивания с порошкообразным компонентом и гранулированием смеси. Полученные на его основе образцы асфальтобетона превышают показатели стандарта по прочности и водостойкости. Выполнен технический проект опытно-промышленного аппарата, соответствующий описанию нового способа.

Предложена методика расчета производительности валково-ленточного аппарата для задач химической и других отраслей промышленности.

4

Разработаны новые подходы к описанию процессов диспергирования вязких щкостей и смешивания их капель с мелкодисперсными порошками.

Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положе-й и выводов диссертации базируется на комплексном применении современных [зико-механических и математических методов анализа полученных результа-в, в соответствии с которыми теоретические и опытные данные имеют удовле-орительное совпадение.

Личный вклад автора. Диссертантом разработаны математические модели, [полнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые счеты, обработаны и проанализированы результаты, сформулированы выводы каждому разделу работы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XXIII и <1У научных конференциях стран СНГ «Дисперсные системы» в Украине Одесса, 2008, 2010 гг.); на XXI, XXII, ХХШ международных научных конфе-нциях «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008, 10 гг.; Псков, 2009 г.); на международной научной конференции МГОУ «Химия экология. Развитие науки и образования» (Москва, 2010 г.); на IX международ-й научной конференции ИГХТУ «Теоретические основы энерго-сурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных произ-дств» (Иваново, 2010 г.); на 59-62 региональных научно-технических конферен-ях студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с междуродным участием «Молодежь. Наука. Инновации» (Ярославль, 2006-2010 гг.).

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в ла-раторных условиях, а также на ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», Москва. Математическое моделирование осуществлялось с помощью уравнений ханики, гидромеханики, вероятностных и статистических методов. Проведение счетов, обработка результатов эксперимента, численные и аналитические реше-я уравнений выполнено с помощью программных продуктов.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 учных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых отечественных периодических цаниях, рекомендуемых ВАК, 4 патента на изобретение и 8 тезисов доклада.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, гырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений, ¡щий объем работы - 164 с. основного текста, включая рисунки и таблицы, с иложениями и списком литературы из 82 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и отражены данные о структуре рабо-, сформулированы основные цели и методы исследования, приведена практиче-1я значимость работы.

В первой главе рассматриваются основные типы и конструкции существую-к устройств для распыливания вязких жидкостей и гранулирования материалов, шолнен анализ современных методов моделирования процессов диспергирова-я жидких струй с использованием форсунок и деаэрации сыпучих материалов в гсковых устройствах.

Вторая глава посвящена исследованию процесса диспергирования биту, марки БНД 60/90 (ГОСТ 22245-90). Распиливание битума является первой фаз реализации нового способа получения асфальтобетонной смеси (патент I № 2378210). Разработана опытная установка для осуществления данного процес

1 - термоизолированный цилиндрический корпус, для описания процесса

2 - распылитель, 3 - приемник капель, 4 - ТЭН, распыления вязкой жидкости

6 - датчик температуры, 7 - компрессор Принято, что распределение числа частиц с!М в элементе фазового объе экспоненциально убывает в зависимости от стохастической энергии частицы Е. случае образования разреженного потока капель стохастическую энергию пр< ставим в виде трех составляющих - кинетической, поверхностной и энергии пу: сациоиного движения, связанной с расширением потока

(Ш = Аехр(-Е / Е0)с1Г, Е = ту2 /2 + 7Юга + {mv2\gг<p) / 2, где <р - угол рассеивания частиц; а - коэффициент поверхностного натяжения.

Согласно опытным данным дисперсный шток имеет коническую форму, связи с чем указанный процесс распыления целесообразно рассматривать в пол ной системе с координатами V и <р, которые соответствуют модулю скорости Д1 жущейся капли и углу рассеивания. В этом случае элемент фазового объема мс но представить в виде

¿Г = Я-¿Ы-(1<р-(1В

>

где Я- якобиан преобразования при переходе от одних фазовых переменных ух, I) к другим - V, <р, £>.

Свободный параметр распределения А определяется из условия нормиров: которое отвечает за баланс массы в системе. Коэффициент Е0, как меру энерг потока капель, можно найти из уравнения энергетического баланса, составленн< для момента выхода частиц из сопла форсунки Е = Ест. Выражение (1) позвол получить дифференциальную функцию распределения элементов потока по угх рассеивания <р в сокращенном фазовом объеме ¿Г' = V ■ <Ь ■ <Ю

б

(?) = \/М ■ ¿М^ср = 1/ЛГ [м = -3/8 Л(/)шах - Дтш)[22175 - -Ця* - 82 ,£0 + 22,/, + Зг.ЗД™ + 32,ВД« +22^0^ -42|23 +2(2,23 -2224)(/)тах

22225 + 422^£Т + 822£0 - 22226 - ^2Е0(Отп - Д^) - 22,2^^ +Л1Ш„)- (4)

+ 4г2г4]/[Юг/^>(1 + £?)]. сесь функциями от <£> являются (?) = ехр[-,т(2р'2)у^ + 2у2ттр^1<р + 3<г)/3£0];

(?) = ехр[-^(2/7<2)у^ + 2у^Р!\>+3(7)/3£0]; 23(?) = ОчЛ V.

О) = ^тгр^Е1?, константы 25 = я-Д^ст, 26 = тгОтшсг.

Для оценки дисперсности элементов потока жидкости использована диффе-:нциальная функция распределения по их диаметрам Д полученная для сокра-енного фазового объема ИГ" = v■dv■d(p согласно (1) и (2) в форме

№ = \/Ы ■ Ж/сЮ = 1/М \гШ = {0,17(0,1527/)б28 + 22729)(У1 - У^) +

0,25[-0,1727210(29 -г^-О.ОЗД/р^Ч^ + (5)

формуле (5) введены следующие функции, зависящие от угла рассеивания^? ,(<р) = Аехр(-яО2о-/Е0)я2р™2/Е20-, = г9(?) = ?тах

шстанта 2]0 = £>2£0 / р£2).

-0.8 -0,4 0.0 0,4 0,8 Р^ а)

Рис. 3. Дифференциальная функция распределения числа частиц:

а) по углам рассеивания, б) по диаметрам; //= 15073, Ео - 2,174 Дж, Ущах = 6,3 м/с, Утт = 0 м/с, = 960 кг/м3; а = 0,3 Н/м; точки - опытные данные, сплошные линии - теоретические кривые

Таким образом, стохастический подход позволяет получить явный вид диф-гренциальных функций распределения капель в разреженном потоке по углам юсеивания (рис. 3, а) и по диаметрам (рис. 3, б).

Вычисление статистических средних характеристик капель с учетом условия зрмировкн производятся согласно определениям

(у) = \vclN, (ср) = \^\г(р<т, (И)^/ N ^БсШ. (6)

Незначительное расхождение теории с экспериментом (рис. 3) объясняет» тем, что опытные данные получены на некотором удалении от форсунки, а выр жения (4, 5) являются распределениями, описывающими систему капель в моме! их образования. В то же время использованный стохастический подход качестве] но, с достаточной достоверностью описывает процесс диспергирования.

Для определения дисперсных характеристик распиливаемой жидкости впе] вые использован новый компьютерный метод обработки цветных фотографий, к< торый представлен в виде блок-схемы на рис. 4.

В результате проведенных опытов выявлены соотношения среднего арифм тического к среднему квадратичному, среднему к бичному, объемно-поверхностному диаметрам. Пок зано, что соотношения ¿/щЛ/го = 0,75; «/щЛ/зо = 0,6 — 0,44 - сохраняются для всех проведеннь опытов.

Экспериментальными исследованиями выявле! влияние конструктивных и режимных параметров р боты распылителя на основные характеристики ра пределения капель в дисперсном потоке.

Как следует из рис. 5, с увеличением давления форсунке уменьшается средний диаметр капель, чт очевидно, связано с повышением аэродинамичесю сил, действующих на струю битума и приводящих ее дроблению. При повышении давления растет ск фотографий распылов жидкости рость истечения и повышается угол рассеиваш

(рис. 6). Причем наибольшее значение угла достиг

от давления в форсунке от давления в форсунке

2= 19,1 кг/ч; Дс = 1,0-10"3м; точки-опытные данные, сплошные линии-теоретические кривь;

Глава 3 посвящена теоретическому и опытному исследованию процес смешивания твердых частиц битума с минеральным порошком, что является вт рой фазой реализации нового способа получения асфальтобетонной смеси. Схе1 опытной установки приведена на рис. 7. В качестве питателя 6 порошка МП (ГОСТ Р 52129-2003) рекомендовано и использовано в работе устройство с пер секающимися эластичными билами 11.

э Фотофлфнромвнв рве пыл»

т

1

Пространственно« разрешение

п

1

Определение цвегаого состава

изображения, разрядности

1

э Обнаружение опель

т

Масштабирование изображена«

п

1

и Определение коэффициент* пересчете (писюелк-ым2)

Рис. 4. Блок-схема компьютерной обработки

Тонким слоем порошок распределяется на ленте 4 с помощью питателя 2. роходя под распылителем 3, этот слой захватывает капли битума. Для предот-эащения слияния капель их количество контролируется. После этого смесь про-эдит под вторым питателем 6. В результате порошок полностью обволакивает астицы битума. Готовая смесь выгружается в тару выгрузки 10.

В соответствии с системно-структурным подходом первоначально выявляясь закономерности распределения компонентов по различным признакам. Фор-ирование модели смешивания компонентов производилось с учетом режимных и онструктивных параметров (А, Дс, а, <?,). Критерием оценки качества смеси ринят коэффициент вариации концентрации частиц минерального порошка в меси. Для непрерывных распределений

це значение концентрации частиц порошка в точке с координатой х (рис. 8) по шрине ленты равно С(х) = р,(дс)/(р1(х) + р2(х')); С® - среднее значение кон-ентрации ключевого компонента (порошка); рх (х) и р2 (х) - плотности распре-еления вероятностей попадания подаваемых, соответственно, порошка и битума а ленту в точке с координатой х.

Экспериментальными исследованиями установлено, что плотность распреде-ения вероятностей попадания частиц битума на лету при распыливании форсун-ой соответствует нормальному закону (закону Гаусса)

= ехр(-х2Д2<т22)), где а2 = /(Дс,й)-дисперсия.

В работе рассмотрены три технологические схемы подачи верхнего слоя по-ошка на ленту. Выявлено, что наилучшая однородность смеси имеет место при спользовашш устройства с пересекающимися эластичными билами (рис. 7).

Расчетная схема для этого случая смешивания приведена на рис. 8. При этом

рх{х) = (х) + р"(х), где (х),р"(х) - плотности распределения вероятностей опадания частиц нижнего и верхнего слоев ключевого компонента на ленту, начение 81 (х) минимально и служит для предотвращения от налипания битума а гибкий элемент.

Рис. 7. Установка для получения А Ж смеси частиц битума с мииераль-

Ч ным порошком:

Щ 1 - термоизолированный цилиндриче-ч" ский корпус, 2 - питатель, 3 - распылитель, 4 - лента, 5 - ТЭН, 6 - питатель, 8 - нож, 9 - компрессор, 10 - тара выгрузки, 11 - гибкие эластичными билы

(7)

Рис. 8. Расчетная схема для случая подачи верхнего слоя порошка с помощью эластичных бил: 1,3 - минеральный порошок, 2 - битум

При этом A"(x) = (ct1V2^) ехр(-л:2Д2сг12)|, где

сг, = /(Д„,й) - дисперсия, Аб - глубина зоны перекрывания бил.

При такой подаче порошка коэффициент вариации концентраций имеет вид

Ус=т/С^у]7/а, (8)

где J = £(Pl(x)/(A(x)+p2(x))-cW)2dx.

Значение функции (х) на ширине ленты а вычисляется согласно условию C^={sia+lp;\x)dx^l{6ia+^p;,(x)ck+[p2{x)dx^ (9)

Подобие законов распределений жидких и твердых частиц, наблюдаемое при равенстве параметров <т, =<х2, нарушается в силу необходимости присутствия нижнего сыпучего слоя. Руководствуясь технологическими возможностями по распределению мелкодисперсного порошка на ровной поверхности, с учетом условия (9) принято наиболее рациональное значение высоты нижнего слоя - 5i = 1,5-10'3 м (рис. 9).

Рис. 9. Зависимость коэффициента вариации концентрации от концентрации ключевого компонента при подаче порошка с помощью эластичпых бил: 1-8, = 1,(НО"3 м;2-8] = 1,5-10'3 м; 3 - б, = 2,0-Ю'3 м; точки - опытные данные, сплошные линии - теоретические кривые

^ т: го

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

В главе 4 рассматривается процесс механического уплотнения полученно смеси из частиц битума и минерального порошка (глава 3) в валково-ленточном устройстве со сферической матрицей. На рис. 10 приведена схема движения смес в валковом зазоре с полусферическими ячейками радиусом г на поверхностях вал и ленты (рис. 11).

В рассматриваемом устройстве подача сыпучей смеси 1 осуществляется питателем 7. Слой сыпучей смеси 1, попадая на движущуюся ленту 2 с гибкой насадкой 3 из полусферических ячеек 4, захватывается валком 5 с оболочкой 3, который вращается с некоторой угловой скоростью со, уплотняется в зазоре между валком 5 и лентой 2 и разделяется на деаэрированные гранулы 6.

Используемый в работе метод «обращенного» движения предполагает уплотнение смеси в каждом сечении полусферической ячейки за счет их плоского движения при неподвижной горизонтальной ленте. Для получения функции порозно-

10

ги смеси в зависимости от декартовых координат, временного параметра и физи-э-механических характеристик компонентов использована модель уплотнения шкодисперсных сред. При этом, в отличие от известных описаний движения по-ямерной массы, как неньютоновской жидкости, считается, что деаэрируемая сре-1 сжимаема и газопроницаема.

СГг

Рис. 10. Схема валково-ленточного уплотнителя со (>ерической матрицей: 1 - сыпучая смесь, 2 - лента, 3 - гибкая насадка, 4 - полусферические ячейки, 5 - валок, 6 - уплотненные гранулы, 7 - питатель

Рис. 11. Схема двух полусферических ячеек на поверхности валка уплотнителя

Порозность смеси определяется с помощью выражения

ссг=р11рг,

V2 сУ]гЬл;с'тл = т^^ ^

(10)

[ерг 'Рт';СХ' , нижний индекс «2» - для твердой фазы.

Учитывая усредненные показатели физико-механических свойств уплотняе-ой среды (коэффициенты Ламэ, угол внутреннего трения), а также, используя ре-'льтаты модели деаэрации тонкодисперсных сред в зазоре ролик - лента, выявле-э аналитическое приближение функции порозности для указанного рельефа «с. 11). Полученные расчетные значения порозности для различных слоев уп-этняемога материала свидетельствуют о том, что с ростом значений угловой ско-)сти вращения валка наблюдается падение степени уплотнения продукта. Это тзано с тем, что вследствие нарастания скорости движения матрицы ленты в шково-ленточном устройстве происходит не полное удаление газа из пор сыпу-:й смеси, а его сжатие, что в дальнейшем приводит к нежелательному эффекту вбухания и расслоения готовых гранул.

Способ оценки угловой скорости валка, необходимой для расчета производи-:льности, также основан на модели деаэрации тонкодисперсных материалов и за-гсит от требуемого значения степени уплотнения сыпучей смеси в ячейках вал->во-ленточного устройства. Движение несущей фазы в валковом зазоре (рис. 11) шсывается с помощью уравнений - неразрывности и состояния газа; закона Дар-[, а также связи между коэффициентом газопроницаемости и порозности среды, сходя из разностного представления уравнения неразрывности несущей фазы за юмежуток времени, при перемещении сечения ячейки в соседнее положение в

и

«обращенной» системе, получена расчетная формула для угловой скорости вращения валка в виде

® = 0 " a^l)aw2kjrx(1 - iff (yL2 -yL3У2 {(сад - 1)[«*м((*<и - *02)sina)"' +

+(R + r)[cos(7^/2) - cos(5^/2)](ytl - ^fj' • (11)

Входящие в вьфажение (11) координаты точек Ь2 и L3 обода валка для сечения пс лусферической ячейки находятся на одном ее диаметре и задаются уравнением е плоского движения у/х). Точки 02 и 03 соответствуют центрам масс соседних п( ложений описанных сечений в зазоре валок-лента. Углы а и у/ (рис. 11) опред< ляются конструктивными характеристиками устройства, параметры rj и к завися

Из рис. 12 видно, что функция ф(а2<1) убывает с увеличением значений тр< буемой порозности и начального ее значения.

0,6 0,7 0,8 0,9 а2<1

Рис. 12. Зависимость конечной порозности от угловой скорости вращения валка: 1 - аш =0,530 ; 2 - а2о =0,547;

3-а20 = 0,585 Для расчета производительности валкового устройства с целью получения уплотненных гранул из сыпучей смеси разработана методика определения режимных параметров проектируемого аппарата (рис. 13). В качестве примера выполнен расчет в соответствии с данными о конструктивных (Я, = 7,5-1 (Г^

м,

•гр

=г=5.0-1(Г м, Ыя = 10, = 48) параметрах и значении требуемой степени уплотнения смеси (/ = 167 %). Расчет б (кг/ч) производился по формуле

Рис. 13. Блок-схема расчета производительш валкового аппарата со сферической матрицей

Q = S0*2r2NtRlan.

(12)

Для рассматриваемого выше примера производительность равна 171 кг/ч. Зависимости коэффициента динамического уплотнения / от величины радиуса валка для смеси частиц бшума с минеральным порошком приведены на рис. 14, 15. В результате установлены значения радиуса валка и скорости ленты, при которых обеспечивается максимальная степень уплотнения смеси.

170

% 168 166 164 162 160 158 156 154

1

\

\

\

\

\

2,5

3,0 3,5

. V

4,5 м/с

Рис. 14. Зависимость коэффициента динамического уплотнения от размера радиуса валка: иЛ = 3,6 ■ 10"2 м/с

Рис, 15. Зависимость коэффициента динамического уплотнения от значения скорости валка: Л, = 7,5-Ю"2 м

= 0,75; Ст® = 0,25; точки - опытные данные, сплошные линии - теоретические кривые

Результаты проведенных испытаний на слеживаемость гранулированного материала представлены на рис. 16. Коэффициент слеживаемости представляет собой отношение массы гранул, образующих агломерат под действием внешнего давления от плунжера аппарата, к общей массе испытуемого материала. Значение данного показателя, равное «1», соответствует полностью слипшемуся составу, а «0» - не склонному к слеживанию. Выявлено, что размеры слежавшихся комков материала при дополнительном опудривании их минеральным порошком не препятствуют дальнейшему использованию гранул.

Рис. 16. Опытная зависимость показателя слеживаемости гранул от массовой концентрации порошка и давления: 1 -Р=> 0,1 МПа, 2-Р = 0,25 МПа, 3-/» = = 0,4 МПа, Г= 20 °С; точки - опытные данные; сплошные линии - регрессионные кривые

По результатам опытов установлено, что применение гранулированного битума в составе асфальтобетонных смесей приводит к повышению прочности, плотности , и водостойкости асфальтобетона в сравне-

нии с показателями ГОСТ 9128-97.

В результате проведенных опытов совместно с ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москва, разработан новый способ получения асфальтобетонной смеси, на которой получен патент РФ № 2378210 от 10.01.10 г.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана усовершенствованная технология получения гранулированного материала, предусматривающая диспергирование жидкого бшума до размеров

13

капель 50-1800 мкм, смешивание его с минеральным порошком в соотношении наполнителыбитум от 1:4 до 1:5 и механическое уплотнение полученной смеси в валково-ленточном аппарате со сферической матрицей с целью получения заданных размеров гранул.

2. На основе стохастического подхода создана математическая модель процесса образования разреженного потока частиц распыленного жидкого битума. Получен явный вид дифференциальных функций распределения числа частиц по их углам рассеивания и диаметрам. Выявлено, что основное влияние на средние характеристики распыла оказывают как параметры системы (сопловой зазор форсунки, давление воздуха, расход битума), так и физико-механические характеристики распыляемого материала.

3. Впервые для определения дисперсных характеристик распылов битума применен компьютерный метод обработки цветных фотографий с использованием программы с помощью которого были подтверждены полученные теоретические зависимости. Показано, что соотношение средних диаметров капель битума ¿10/</м=0,75;¿„/¿30=0,64; £/10/</и =0,44 сохраняется для всех проведенных опытов.

4. Теоретические исследования на основе системного подхода к моделированию процессов смешивания позволили выбрать рациональный вариант подачи порошка в зону смешивания - с помощью эластичных пересекающихся бил. Получены зависимости коэффициента вариации концентрации от конструктивных и режимных параметров процесса. Опытными исследованиями выявлен коэффициент слеживаемости комплексных частиц битума с минеральным порошком. Показано, что размеры слипшихся комков материала не препятствуют его дальнейшему использованию.

5. Разработан валково-ленточный уплотнитель со сферической матрицей предложена методика расчета производительности аппарата для получения гран) лированного материала в зависимости от режимных параметров и требуемой степени уплотнения.

6. На основе модели деаэрации тонкодисперсных материалов получена зависимость функции порозности от декартовых координат, временного параметра, физико-механических характеристик уплотняемой смеси и показано, что на степень уплотнения смеси оказывают существенное влияние размеры валка и скорость движения ленты.

7. Совместно с ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москв проведены испытания образцов асфальтобетона на основе гранулированного битума. Экспериментально подтверждено, что применение в составе асфальтобето! ных смесей гранулированного битума приводит к повышению прочности, плотнс сти и водостойкости асфальтобетона. По результатам исследований получен го тент РФ на новый способ производства асфальтобетонной смеси, на базе которог разработан технический проект опытно-промышленного аппарата.

8. Предложен ряд новых аппаратов, защищенных патентами РФ, в которы реализован процесс распыливания битума при высокой температуре с последуй щим смешиванием его твердеющих частиц с мелкодисперсным порошком.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А - свободный параметр распределения; а - половина ширины ленты, м; С^-средняя массовая концентрация i'-го компонента; D - диаметр частицы битума, м; di0 - средний арифметический диаметр, м; d20 - средний квадратичный диаметр, м; с/зо - средний кубичный диаметр, м; d}2 - объемно-поверхностный диаметр, м; Е -стохастическая энергия капли, Дж; Е„ - энергия струи жидкого битума; Ей - параметр, соответствующий обобщенной мере энергии потока образующихся капель; fi (<р) и /г(£>) - дифференциальные функции распределения частиц по углам рассеивания (рад-1) и по диаметрам (м'1); h0 - начальная толщина слоя смеси, м; h -высота установки распылителя, м; I=p¡/ рн - коэффициент динамического уплотнения, %; к- коэффициент газопронипземости, м2; ks - коэффициент слеживаемо-сти; т - масса капли, kt\N - число капель; п - частота вращения валка, рад/с; nv -степенной показатель изменения проницаемости пористой дисперсной системы; Np- число рядов ячеек, шт.; N, - число ячеек в одном ряду, шт.; Р - давление, МПа; Q - производительность валкового аппарата, кг/ч; Q5 - массовый расход битума, кг/ч; г - радиус полусферической ячейки валка, м; Я,- радиус валка, м; Т- температура разогрева битума, °С; Ус - коэффициент вариации концентрации частиц ключевого компонента в смеси, %; V¡ - объем уплотненного материала за один оборот валка, м3; a2(a2d,a20) - порозность материала (требуемая, начальная); 8) -высота нижнего слоя порошка, м; Дс- сопловой зазор форсунки; <р - угол рассеивания капель, рад; а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; ct¡ - дисперсия г'-ого компонента; p¡ - конечная плотность, кг/м3; ря - насыпная плотность, кг/м3; р2 - приведенная плотность дисперсной фазы, кг/м3; рт - истинная плотность материала, кг/м3; рта>- плотность 7-ого компонента, кг/м3; р. - вязкость газа, Па-с; v - скорость капель, м/с; ил - скорость ленты, м/с; со - угловая скорость валка, рад/с; Г - фазовый объем. Индексы: 0 - начальное значение; ср - среднее значение; min- минимальное значение; шах - максимальное значение.

СПИСОК РАБОТ С ОСНОВНЫМИ ПОЛОЖЕНИЯМИ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дубровин, А. В. К вопросу об оценке внешнего давления в зазоре валкового деаэратора порошков со сферической матрицей / А. В. Дубровин, А. Б. Капранова,

A. И. Зайцев //Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2009. -Т. 52, вып. 12. - С. 116-118.

2. Капранова, А. Б. Метод расчета конструктивных параметров криволинейной лопатки центробежного деаэратора порошков / А. Б. Капранова, А. Е. Лебедев, А В. Дубровин // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2008. - Т. 51, вып. 4. - С. 70-71.

3. Пат. № 2385762 Российская Федерация, МПК С 10 С 3/14. Агрегат для получения гранулированного материала с покрытием / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, А.

B. Дубровин, В. М. Готовцев. - Опубл. 10.04.10, Бюл. № 10.

4. Пат. № 2378041 Российская Федерация, МПК B01F7/00, B01F3/18. Смеситель сыпучих материалов I А. И. Зайцев, А. Б. Лебедев, А. В. Дубровин, В. М. Готовцев. - Опубл. 10.01.10, Бюл. № 10.

5. Пат. № 2349376 Российская Федерация, МПК В01 Б9/02. Агрегат для смешения сыпучих материалов / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, А. Б. Капранова, А. А. Павлов, А. В. Дубровин. - Опубл. 20.03.09. Бюл. № 8.

6. Пат. № 2388204 Российская Федерация, МПК А01С1/06. Агрегат для нанесения покрывающих составов на семена сельскохозяйственных культур / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, В. Н. Сидоров, А. А. Мурашов, А. В. Дубровин. - Опубл. 10.05.10. Бюл. № II.

7. Дубровин, А. В. Исследование вариантов реализации технологии послойного смешивания вязкосыпучих материалов / А. В. Дубровин, М. Ю. Таршис, А. И. Зайцев // Теоретические основы энерго-ресурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств : материалы 9-ой Между-нар. науч. конф. - Иваново, 2010. - С. 47-49.

8. Дубровин, А. В. Теоретико-практические исследования, связанные с использованием гранулированного асфальтосвязующего применительно к новой технологии получения асфальтобетонов / А. В. Дубровин, В. М. Готовцев, А. И. Зайцев // Ярославль на пороге 1000-летия: сб. лучших студенческих научных работ городского конкурса 2007 г. - Ярославль, 2007. - С. 225-229.

9. Капранова, А. Б. Оценка производительности валкового уплотнителя порошков с горизонтальной лентой / А. Б. Капранова, А. В. Дубровин, А. И. Зайцев // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23 : сб. трудов 23-й Междунар. науч. конф. - Т. 8. - Саратов, 2010. - С. 130-131.

10. Дубровин, А. В. Статистический анализ спектров распыленного битума в новой технологии получения асфальтобетонов /А. В. Дубровин А. И. Зайцев, В. М. Готовцев И Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23 : сб. трудов 23-й Междунар. науч. конф. - Т. 9. - Псков, 2009. - С. 27-29.

11. Капранова, А. Б. Оценка порозности смеси сыпучих компонентов при получении сферических гранул в валковом уплотнителе / А. Б. Капранова, А. В. Дубровин, А. И. Зайцев // Дисперсные системы : сб. тр. 24-й науч. конф. стран СНГ.-Одесса, 2010.- С. 141-143.

12. Капранова, А. Б. Исследование поля скоростей движения дисперсной фазы для тонкодисперсной смеси в сферической ячейке валкового уплотнителя / А. Б. Капранова, А. В. Дубровин, А. И. Зайцев // Теоретические основы энергоресурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств : материалы 9-й Междунар. науч. конф. - Иваново, 2010. - С. 94-96.

13. Лебедев, А. Е. О структуре факелов распыленных вязких жидкостей пневматической форсункой / А. Е. Лебедев, А. И.3айцев, А. В. Дубровин // Теоретические основы энерго-ресурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств : материалы 9-й Междунар. науч. конф. - Иваново, 2010.-С. 136-137.

14. Таршис, М. Ю. Оптимизация параметров устройства для приготовления вязкосыпучих смесей / М. Ю. Таршис, А. В. Дубровин, А. И. Зайцев // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов, 22-й Междунар. науч. конф. -Саратов, 2010. - С. 76-77.

Подписано в печать 12.11.2010 г. Печ. л. 1. Заказ 1412. Тираж 100. Отпечатано в типографии Ярославского государственного технического университета г. Ярославль, ул. Советская, 14 а, тел. 30-56-63.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РАСПЫЛИВ АНИЯ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ И ОПИСАНИЕ МЕХАНИЗМА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И КОНСТРУКЦИИ АППАРАТОВ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Диспергирование вязких жидкостей.

1.1.1. Способы и агрегаты для распыливания вязких жидкостей.

1.1.2. Обзор математических моделей образования и движения разреженных потоков.

1.2. Методы гранулирования.

1.2.1. Основные аппараты для гранулирования.

1.3. Механическое уплотнение сыпучих сред.

1.3.1. Математическое описание движения несущей фазы сквозь пористую среду

1.3.2. Математическое описания процесса деаэрации сыпучих сред.

1.4. Выводы по главе и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ БИТУМА МЕХАНИЧЕСКОЙ ФОРСУНКОЙ.

2.1. Описание опытной установки для диспергирования битума.

2.2. Выбор марки битума для целей экспериментальных исследований по распыливанию.

2.3. Математическое описание процесса образования разреженного потока частиц распыленной жидкости.

2.4 Определение скоростей истечения жидкости из форсунки.

2.5. Экспериментальные исследования по определению основных параметров дисперсной системы в процессе распыливания битума.

2.5.1. Определение статистических дисперсных характеристик при диспергировании битума с помощью обработки цветных фотографий.

2.5.2. Исследование характеристик распределения капель жидкого битума в зависимости от режимных и конструктивных параметров распылителя.

2.6. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ ЧАСТИЦ БИТУМА С ПОРОШКООБРАЗНЫМ МАТЕРИАЛОМ.

3.1. Описание установки для получения смеси частиц битума с минеральным порошком.

3.2. Выбор минерального порошка для экспериментальных исследований по смешиванию.

3.3. Моделирование процесса послойного смешивания частиц битума с ' минеральным порошком.

3.4. Экспериментальные исследования по определению коэффициентов вариации концентрации смеси.

3.5. Испытания смеси частиц битума с минеральным порошком на слеживаемость.

3.7. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ СЫПУЧИХ СМЕСЕЙ В ВАЛКОВО-ЛЕНТОЧНОМ УСТРОЙСТВЕ СО СФЕРИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ.

4.1. Обоснованность получения гранулированного битума.

4.2. Описание экспериментальной установки валково-ленточного типа для получения гранулированного битума.

4.3. Метод определения порозности смеси в валково-ленточном аппарате

4.3.1. Особенности геометрического описания процесса уплотнения.

4.3.2. Модель уплотнения сыпучей смеси в зазоре валково-ленточного устройства.

4.4. Определение производительности валково-ленточного уплотнителя.

4.5. Модель движения несущей фазы в валковом зазоре со сферической матрицей.

4.5.1. Пример расчета производительности механического уплотнения сыпучей смеси в валково-ленточном уплотнителе со сферической матрицей

4.6. Зависимости коэффициента динамического уплотнения в зазоре валок-лента.

4.7. Лабораторные испытания гранулированного битума на слеживаемость и деформативную устойчивость.

4.8. Описание нового способа получения гранулированного материала в производстве асфальтобетона.

4.7. Выводы по главе 4.

Большинство процессов химической технологии реализуется в гетерогенных системах, в частности^ в двухфазных системах жидкость - газ.

В настоящее время в различных отраслях химической промышленности, медицине, электронной промышленности все большее распространение получают производственные технологии с использованием диспергированных вязких жидкостей. В области химической технологии диспергирование вязкой жидкости относится к сфере гидромеханических процессов [1].

Лимитирующей величиной практически во всех процессов, связанных с тепломассопередачей, процессов сушки, адсорбции и ряда других является поверхность раздела фаз [1]. При диспергировании жидкостей с требуемыми размерами капель образуется большая поверхность контакта фаз, что является важным требованием в задачах химико-технологических процессов.

Основными проблемами, связанными с диспергированием вязких жидкостей, являются трудность регулирования дисперсности распыливаемой жидкости, так как вязкость оказывает основное влияние на распад струи, внутренние силы трения затормаживают переток жидкости из сужения в расширение, что приводит к удлинению струи, продолжительность образования капель возрастает. Разрушение струи - это динамический процесс, при котором жидкость теряет сплошность (дробится, распадается, разбрызгивается, диспергируется) под действием механических сил на отдельные капли (брызги, жидкие частицы, мелкодисперсную фазу), либо в объеме возникают внутренние каверны (пузыри, полости, пустоты). Вязкие жидкости, как правило, относятся к сложным жидкостям, которые в условиях некоторых видов течения демонстрируют гидродинамическое поведение, необъяснимое в рамках ньютоновской модели жидкости. В связи .с этим все описания разрушения струй или капель вязких жидкостей основываются на экспериментальных методах исследования реологических свойств и поверхностных особенностей жидкости в экстремальных условиях, например, при высоких температурах.

Часто возникает трудность в распылении вязкой жидкости без использования дополнительного распыляющего агента, что осложняет процесс.

Следует отметить, что в химической, фармацевтической промышленности, строительной индустрии методы диспергирования вязких жидкостей находят широкое применение при получении гранулированного продукта. Это связано с тем, что с каждым годом происходит ужесточение требований к качеству продукта и приходится изыскивать приемы совершенствования известных процессов гранулирования и разрабатывать новые, более эффективные, способы. Новые способы гранулирования должны обеспечивать получение готового продукта с повышенными качественными показателями (гранулометрический состав, прочность гранул, слеживаемость, рассыпчатость, пылимость и т.п.).

В настоящее время практически отсутствуют конструкции устройств, обеспечивающих высокое качество распыливания вязких жидкостей, растворов с последующим гранулированием. Наиболее целесообразными для этих целей являются аппараты с использованием устройств, в которых зоны распыливания, смешивания и уплотнения связаны транспортной системой. В частности, это в полной мере относится к новому способу получения асфальтобетонной смеси, согласно которому предварительно распыливают битум в слой минерального порошка для осуществления процесса смешивания, гранулируют полученную смесь уплотнением в перфорированных ячеечных устройствах и смешивают с нагретой крупнодисперсной частью асфальтобетонной смеси в определенном соотношении.

Однако, ввиду малой изученности процессов образования дисперсных потоков, отсутствия универсальной физической модели смешивания твердеющих частиц с мелкодисперсными порошками, а также процессов последующей деаэрации, необходимы теоретические и экспериментальные исследования этих процессов. Это позволит сформулировать рекомендации по конструированию аппаратов такого типа и созданию методов их расчета.

Цели работы. Математическое описание процессов диспергирования высокотемпературного битума, смешивания его капель с минеральным порошком, механического уплотнения смеси в валково-ленточном аппарате для получения гранулированного материала с заданными свойствами, проведение цикла опытных исследований и на основе полученных данных - разработка методики расчета производительности устройства для получения гранул.

Научная новизна работы.

Представлено математическое описание механизма распыливания вязкой жидкости - битума - при высокой температуре согласно стохастическому подходу с учетом расширения факела распыла и физико-механических характеристик материала.

Впервые с использованием компьютерного метода, основанного на обработке цветных фотографий, получены основные дисперсные характеристики распыленных потоков вязкой жидкости: средние значения диаметров капель битума и данные о распределениях их числа по различным признакам.

Представлено математическое описание и предложен рациональный способ организации процесса смешивания твердеющих капель битума с порошком.

Теоретическими и опытными исследованиями определены основные параметры уплотнения и гранулирования смеси в валково-ленточном аппарате, что позволило создать методику расчета производительности аппарата для получения комплексных гранул из частиц битума и минерального порошка.

Совместно с ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москва проведены испытания гранулированного материала с получением образцов асфальтобетона. По результатам исследований получен патент РФ на способ производства асфальтобетонной смеси.

Разработан ряд новых устройств для диспергирования вязких жидкостей с последующим смешиванием с сыпучим материалом-порошком.

На защиту выносятся следующие положения:

- математическое описание механизма распыливания вязкой жидкости с учетом расширения факела распыла, физико-механических характеристик рабочего материала, конструктивных и режимных параметров работы форсунки;

- новый метод определения дисперсных характеристик с помощью компьютерной обработки фотографий;

- математическое описание процесса смешивания твердеющих капель битума с порошком и выбор рациональной схемы взаимодействия компонентов;

- основные результаты опытных и теоретических исследований процесса уплотнения смеси в валково-ленточном аппарате со сферической матрицей;

- новый способ получения асфальтобетонной смеси на основе гранулированного битума, в разработке которого автор принимал непосредственное участие.

Практическая ценность работы.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложен новый способ получения асфальтобетонной смеси с использованием распыленного битума, последующего его смешивания с г порошкообразным компонентом и гранулированием смеси. Полученные на его основе образцы асфальтобетона превышают показатели стандарта по прочности и водостойкости. Выполнен технический проект опытно-промышленного аппарата, соответствующий описанию нового способа.

Предложена методика расчета производительности валково-ленточного аппарата для задач химической и других отраслей промышленности.

Разработаны новые подходы к описанию процессов диспергирования вязких жидкостей и смешивания их капель с мелкодисперсными порошками.

Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и выводов диссертации базируется на комплексном применении современных физико-механических и математических методов анализа полученных результатов, в соответствии с которыми теоретические и опытные данные имеют удовлетворительное совпадение.

Личный вклад автора. Диссертантом разработаны математические модели, выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработаны и проанализированы результаты, сформулированы выводы по каждому разделу работы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XXIII и XXIV научных конференциях стран СНГ «Дисперсные системы» в Украине (г. Одесса, 2008, 2010 гг.); на XXI, XXII, XXIII международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008, 2010 гг.; Псков, 2009 г.); на международной научной конференции МГОУ «Химия и экология. Развитие науки и образования» (Москва, 2010 г.); на IX международной научной конференции ИГХТУ «Теоретические основы энерго-ресурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств» (Иваново, 2010 г.); на 59-62 региональных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием «Молодежь. Наука. Инновации» (Ярославль, 2006-2010 гг.).

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях, а также на ОАО «Асфальтобетонный завод № 4 «Капотня», г. Москва. Математическое моделирование осуществлялось с помощью уравнений механики, гидромеханики, вероятностных и статистических методов. Проведение расчетов, обработка результатов эксперимента, численные и аналитические решения уравнений выполнено с помощью программных продуктов.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых отечественных периодических изданиях, рекомендуемых ВАК, 4 патента на изобретение и 8 тезисов доклада.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 164 с. основного текста, включая рисунки и таблицы, с приложениями и списком литературы из 82 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана усовершенствованная технология получения гранулированного материала, предусматривающая диспергирование жидкого битума до размеров капель 50-1800« мкм, смешивание его с минеральным порошком в соотношении наполнительгбитум от 1:4 до 1:5 и механическое уплотнение полученной смеси в валково-ленточном аппарате со сферической матрицей с целью получения заданных размеров гранул.

2. На основе стохастического подхода создана математическая модель процесса образования разреженного потока частиц распыленного жидкого битума. Получен явный вид дифференциальных функций распределения числа частиц по их углам рассеивания и диаметрам. Выявлено, что основное влияние на средние характеристики распыла оказывают как параметры системы (сопловой зазор форсунки, давление воздуха, расход битума), так и физико-механические характеристики распыляемого материала.

3. Впервые для определения дисперсных характеристик распылов битума применен* компьютерный метод обработки цветных фотографий с использованием программы Ит^е.!, с помощью которого были подтверждены полученные теоретические зависимости. Показано, что соотношение средних диаметров капель битума с1ю /¿/20 = 0,75; с/10 /¿/30 = 0,64; ¿/10 / ё2г = 0,44 сохраняется для всех проведенных опытов.

4. Теоретические исследования на основе системного подхода к моделированию процессов смешивания позволили выбрать рациональный вариант подачи порошка в зону смешивания - с помощью эластичных пересекающихся бил. Получены зависимости коэффициента вариации концентрации от конструктивных и режимных параметров процесса. Опытными исследованиями выявлен коэффициент слеживаемости комплексных частиц битума с минеральным порошком. Показано, что размеры слипшихся комков материала ие препятствуют его дальнейшему использованию.

5. Разработан валково-ленточный уплотнитель со сферической матрицей и предложена методика расчета; производительности аппарата; для получения гранулированного материала в зависимости, от режимных параметров и требуемой степени уплотнения.

6. На- основе модели деаэрации тонкодисперсных; материалов получена зависимость функции порозности от декартовых координат, временного параметра, физико-механических характеристик уплотняемой смеси и показано, что на степень уплотнения:смеси оказывают существенное влияние, размеры валка и скорость движения ленты;

7. Совместно с ОАО-«Асфальтобетонный завод № 4 «Капогня», г. Москва проведены испытания образцов асфальтобетона на основе гранулированного битума. Экспериментально подтверждено, что применение в составе асфальтобетонных смесей гранулированного битума приводит к повышению прочности,- плотности; и водостойкости асфальтобетона. По результатам исследований получен патент РФ на новый; способ производства асфальтобетонной смеси, на базе которого разработан технический проект опытно-промышленного аппарата.

81 Предложен ряд новых аппаратов; защищенных патентами РФ, в которых реализован процесс распыливания битума при высокой температуре с последующим смешиванием его твердеющих частиц с мелкодисперсным порошком.

1. Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. / Р. И. Нигматулин-М.: Наука, 1987. 464 с.

2. Витман, А. А. Распыливание жидкости форсунками. / А. А. Витман, Б. Д. Кацнельсон, И. И. Палеев М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 264 с.

3. Бородин, В. А. Распыливание жидкостей. / В. А. Бородин, Ю. Ф. Дитякин, Л. А. Клячко, В. Я. Ягодкин М.: Машиностроение, 1967. - 263 с.

4. Дитякин, Ю. Ф. Распыливание жидкостей. / Ю. Ф. Дитякин, Л. А. Клячко, Б. В. Новиков, В. И. Ягодкин М.: Машиностроение, 1977. - 208 с.

5. Пажи, Д. Г. Форсунки в химической промышленности. / Д. Г. Пажи, А. М. Прахов, Б. Б. Равикович М.: Химия, 1971. - 224 с.

6. Пажи, Д. Г. Распыливающие устройства в химической'промышленности. / Д. Г. Пажи, А. А. Корягин, Э. Л. Ламм М.: Химия, 1975. - 200 с.

7. Пажи, Д. Г. Распылители жидкости. / Д. Г. Пажи, В. С. Галустов М.: Химия, 1979.-216 с.

8. Пат. № 2272679 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/26. Форсунка для распыления жидкостей / В. Г. Демидов, А. В. Коптелкин, Л. С. Котоусов, С. Г. Филатов Опубл. 27.03.06, Бюл. № 9.

9. Пат. № 2339877 Российская Федерация, МПК В 05 В 1/34. Форсунка центробежная вихревая / О. С. Кочетов, М. О. Кочетова, С. С. Кочетов, С. С. Кочетов, А. В. Костылева, Е. О. Боброва, Т. В. Соютова, Н. В. Шевченко -Опубл. 27.11.08, Бюл. № 33.

10. Пат. № 2290261 Российская Федерация, МПК В 05 В 3/12. Распылитель вращающийся мелкокапельный / А. И. Дмитриев, А. И. Закота, С. И. Карпов, Н. Г. Кликодуев Н. Г., Ю. С. Кучеренко, В. А. Ларионов, А. П. Мищенко -Опубл. 27.12.06, Бюл. № 36.

11. Пат. № 2346756 Российская Федерация, МПК В 05 В 7/08. Пневматическая форсунка / Л. И. Мальцев Опубл. 20.02.09, Бюл. № 5.

12. Симаков, Н. Н. Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло и массообмена в процессах с распиливанием жидкости: дисс. . докт. тех. наук : 05.17.08. — Ярославль, 2003.-351 с.

13. Бородин, В. А. О дроблении сферической капли в газовом потоке. / В. А. Бородин, Ю. Ф. Дитякин, В. И. Ягодкин: Ж. прикл. мех. и техн. физики, 1982, № 1, с. 65-92.

14. Лышевский, А. С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками / А. С. Лышевский : ГНТИМЛ, 196, 181 с.

15. Волынский, М. С. Деформация и дробление капель в потоке газа. / М. С. Волынский, А. С. Липатов : Инж. физ. ж., 1970, 18, № 5, с. 838-843.

16. Гонор, А. Л. Распад капли в потоке газа. / А. Л. Гонор, Н. В. Золотова : В сб.: Газодинамика неравновесных процессов. : Новосибирск, Ин-т теор. и прикл. мех. СО АН СССР, 1981, с. 42 45.

17. Клячко, Л. А. К теории дробления капли потоком газа. / Л. А. Клячко : Инж. физ. ж., 1983,3, № 3, с. 544-557.

18. Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Мех. жидкости и газа, 1982, т. 17. -256, с.

19. Пажи, Д. Г. Основы техники распыливания жидкостей. / Д. Г. Пажи, В. С. Галустов М.: Химия, 1984. - 256 с.

20. Архипов, В. А. Экспериментальное исследование взаимодействия капель при столкновениях. / В. А. Архипов : Ж. прикл. мех. и техн. физики, 1978, № 2, с. 21-24.

21. Бабуха, Г. Л. Экспериментальное исследование устойчивости капель при соударениях. / Г. Л. Бабуха: В кн.: Теплофизика и теплотехника. Киев: Наукова думка, 1972, вып. 21, с. 89 - 96.

22. Анискин, С. В. Исследование процесса улавливания пыли в струйных газопромывателях из газовых выбросов сульфатно-целлюлозного производства.: Дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛТИ ЦБП, 1982. - 163. с.

23. Бабуха, Г. Л. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках. / Г. Л. Бабуха, А. А. Шрайбер : Киев: Наукова думка, 1972.- 176 с.

24. Зайцев, А. И. Ударные процессы вщисперсно-пленочных системах / А. И.

25. Зайцев, Д; О. Бытев: — М. : Химиям 1994. 176 с, 1 '' 1 ' ' ' ' • ' '

26. Вилесов, Н. Г. Процессы гранулирования в промышленности: / Н. Г. Вилесов, В. Я: Скипко, В. Л. Ломазов, И. М: Танченко — Киев.: Техника, 1976.- 192 с.

27. Классен, П. В. Основы техники гранулирования. / П. В. Классен, И. Г. Гришаев М:: Химия, 1982.- 272 с.

28. Пат. № 2306973 Российская Федерация, МПК В 01 3 2/12. Устройство для формирования гранул. /А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, В. М. Готовцев,А.Б. Капранова Опубл. 27.09.06, Бюл. № 27.

29. Пат. № 2331554 Российская Федерация, МПК В 65 В 1/36. Агрегат для уплотнения сыпучих материалов. /А. Е. Лебедев- А. И! Зайцев,. А. Б. Капранова, И. О. Кузьмин Опубл. 20.08.08, Бюл. № 20.

30. Нигматулин, Р: И. Основы механики гетерогенных сред / Р. И. Нигматулин; М1: Наука, 1978.- 336 с.

31. Николаевский, В. Механика пористых трещиноватых сред. / В. Н. Николаевский. М. : Недра, 1984. - 232 с.

32. Капранова,, А. Б. Математическое описание процесса механического уплотнения.тонкодисперсных материалов / А. Б; Капранова, А. А. Мурашов, А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев. Ярославль: Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та, 2006. -100 с.

33. Мурашов, А. А. Разработка научных основ создания новых технологий и оборудования для компактирования сыпучих материалов : дисс. . докт., техн. наук : 05.04.09. Ярославль, 1999. - 286 с.

34. Капранова, А. Б.,Деаэрация сыпучих сред в совмещенных со смешением процессах : дисс. . .докт. физ; мат. наук : 05; 17.08. — Иваново, 2009. 336 с.

35. Лейбензон, Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде», изд-во ОГИЗ, 1947.

36. Холпанов, Л. П. Математическое моделирование динамики дисперсной фазы / Л. П. Холпанов, Р. И! Ибятов // Теор. основы хим. технологиии. — 2005. Т. 39^ № 2. - С. 206-215.

37. Пат. № 23782X0 Российская Федерация МПК С04В26/26, С08Ь95/00. Способ получения асфальтобетонной смеси / Зайцев А. И., Лебедев А. Е., Готовцев В. М., Мурашов А. А., Лупанов А. П. Опубл. 10.01.10, Бюл. №10.

38. ГОСТ, 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Введ. 1991-01-01.- М. : ИПК Издательство стандартов, 2000. 17 с.

39. Анурьев, В. Ив Справочник конструктора машиностроителя: В 3 т. Т. 1-3.- М.: Машиностроение, 2001. 864с.

40. Астафьев, В. Д. Справочные сведения по расчету цилиндрических винтовых пружин'сжатия — растяжения — Москва, 1960. 123 с.

41. Бахвалов, Н. С. Численные методы. / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков М.: Наука, 2003. - 632 с.

42. Самарский, А. А. Разностные методы решения задач газовой динамики / А. А. Самарский, Ю. П. Попов М.: Наука, 1997. - 432 с.

43. Васильев, Ф. П. Методы решения экстремальных задач / Ф. П. Васильев- М.: Наука, 1981'. 400 с.

44. Шмелев, В. Е. Заметки по использованию системы РЕМЬАВ / В. Е. Шмелев Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/femlab/book2/default.php Дата обращения: 01.09.2010.

45. Романова,. М. Н. Расчет роторно-ленточного оборудования дляобразования и разделения эмульсий: Дис. . канд. техн. наук : 05.17.08 Ярославль, 2000. 185 с.

46. ImageJ (Image Processing and Data Analysis in Java): портал Электронный ресурс. Режим доступа: littp://rsB:infOinih.gov/ij/. Дата обращения: 10.03.2008.

47. Шубин, И; Hi Технологические машины и оборудование; Сыпучие материалы: и ; ихсвойства/ Ш Ш Шубин,:Мг М. Свиридов; В: П.Таров:Учеб; пособие; Тамбов: Изд-вогТамб; гос. техн; ун-та, 2005. 76 с.

48. ГОСТ Р 52129-2003. Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральньш смесей: Технические условия; Введ. 2003-10-01. - Ml : ИНК Издательство-стандартов; 20031- 19 с; .

49. Зайцев, И. А. Математическое моделирование процесса смешения сыпучих материалов в новом аппарате с эластичными рабочими элементами : Дис. . канд. техн. наук : 05.17.08 Ярославль, 2001. 156 с.

50. Таршис, М. Ю. Новые аппараты с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих сред. Теория, и расчет. / М. Ю; Таршис, И. А. Зайцев, Д. О. Бытев, А\ И; Зайцев, В; Н. Сидоров Ярославль: Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та, 2003. -84 с.

51. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / — BI Е. Гмурмащ Mi: Высшая школа, 2003; 479 с.

52. Таршис, М;.,Ю. Оптимизация параметров устройства для приготовлениявязкосыпучих смесей / М. Ю. Таршис, А. В. Дубровин, А. И. Зайцев // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов, 22-й Междунар. науч. конф. Саратов, 2010 г. — с 76-77.

53. Пат. № 2203727 Российская Федерация, МКИ B01F3/18. Смеситель/ А. И. Зайцев, Б. А. Миронов, И. А. Зайцев, Д. О. Бытев, А. А. Мурашов, В. В. Бибиков, М. Ю: Таршис Опубл. 10.05.2003, Бил. №13. - 5 с.

54. Пат. № 2378041 Российская Федерация, МПК B01F7/00, B01F3/18 Смеситель сыпучих материалов. / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, А. В. Дубровин, В. М. Готовцев Опубл. 10.01.10, Бюл. №10.

55. Пат. № 2349376 Российская Федерация, МПК В01 F9/02. Агрегат для смешения сыпучих материалов. / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, А. Б. Капранова, А. А. Павлов, А. В. Дубровин Опубл. 20.03.09. Бюл. № 8.

56. Бекин, Н. Г. Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности / Н. Г. Бекин, Н. Д. Захаров, Г. К. Пеунков. Л. : Химия, 1985, 504 с.

57. Торнер, Р. В. Основные процессы переработки полимеров / Р. В. Торнер. М. : Химия, 1972. - 453 с.

58. Мак-Келви, Д. М. Переработка полимеров / Д. М. Мак-Келви; пер. с англ. -М. : Химия, 1965. 442 с.

59. Тарг, С. Н. Основные задачи*теории*ламинарных течений / С. Н. Тарг. — М. : Гостехиздат, 1951. — 156 с.

60. Маршалл, Д. И. В кн.: Переработка»,термопластичных материалов / Под ред. Э. Бернхардта. — М. : Гостехиздат, 1965. С. 428-456.

61. Noboru Tokita / J. L. White Noboru Tokita, J. L. White // J. Appl. Polimer Sci: — 1966. V. 10, №7.- P. 1011-1026.

62. Ильин, А. В. Течение аномально-вязкой жидкости в рабочем зазоре валкового экструдера / А. В. Ильин, Ю. Б. Скробин // Реология, процессы и аппараты хим. технологии. — Сб. науч. тр. Волгоград : Изв-во Волгоград, политехи, инст-та, 1984. - С. 106-111.

63. Капранова, А. Б. Метод расчета конструктивных параметров криволинейной лопатки центробежного деаэратора порошков / А. Б. Капранова, А. Е. Лебедев, А В. Дубровин // Изв: ВУЗов. Химия- и химическая технология. Иваново, 2008. - Т. 51, вып. 4. - С. 70-71.

64. Дубровин, А. В. Оценка порозности порошка при деаэрации в сферической матрице / А. В. Дубровин, А. Б. Капранова // Материалы 62 региональной науч. конф. ЯГТУ студентов, магистрантов и аспирантов. -Ярославль, 2009. С. 27.

65. Иваново, 2010. - С. 94-96.

66. Капранова, А. Б. Инженерная методика расчета уплотнителя тонкодисперсных, материалов ротационного типа / А. Б. Капранова; А. В.! Дубровин, А. И. Зайцев // Вестник М1 "ОУ. Москва, 2010. - Т. 34, вып. 4. -С. 55-62. '

67. Пат. №2385762 Российская Федерация, МП К С 10 С 3/14. Агрегат для получения гранулированного материала с покрытием. / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, А. В. Дубровин, В. М. Готовцев Опубл. 10.04.10, Бюл. №10.

68. Пат. № 2388204 Российская Федерация, МПК А01С1/06. Агрегат для нанесения покрывающих составов на семена сельскохозяйственных культур. / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев, В; Н. Сидоров, А. А. Мурашов, А. В. Дубровин -Опубл. 10.05.10. Бюл. №11.