Разработка процессов пневмосепарации с классификацией дисперсных материалов в динамическом кольцевом пространстве применительно к мукомольно-крупяному производству - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наукПофракционная классификация дисперсного материала (в качестве такового в экспериментальной части работы использован промежуточный продукт измельчения зерновых культур) является важнейшей технологической операцией во многих отраслях агропромышленного комплекса, в частности, пищевой промышленности при получении муки различной сортности: высшей с максимальным содержанием белка, первой, второй и т.д. категорий. На особую значимость темы указывает и то, что для ряда отраслей, таких как энергетика, металлургия, химическая и пищевая промышленности и др. пневмоклассификация дисперсных материалов имеет и иную цель - продуктовое использование фракционированных порошков. Теоретические методы включали построение полуэмпирических детерминированной и стохастической (с использованием аппарата процессов Маркова) физических моделей пневмосепарационного процесса в конфузорно-диффузорном кольцевом пространстве и отыскание частных решений дифференциальных уравнений в квадратурах. Нелинейные дифференциальные уравнения с более полным учетом детерминированных и случайных факторов анализировались численно на ЭВМ-УВТ-ТО по методу Рунге-Кутта-Мерсона с автоматическим изменением шага при заданной ошибке счета (второй этап). § сформулированные понятия: «эффект-образующая микрочастица», «эффективный диаметр микрочастицы», «эффективная длительность процесса», «коэффициент оптимального обращения», «конус набегания», «конус схода» и др., позволяющие разработать методы расчета пневмоклассификации и его аппаратурного оформления.Уравнения движения микрочастицы в проекциях на абсолютные полярные оси R и Ф имеют вид: (1) где r1 - плотность микрочастицы, кг/м3; VR, VФ - абсолютные радиальная и тангенциальная составляющие скорости микрочастицы, м/с; k1 - коэффициент сопротивления (по Стоксу) движению микрочастицы относительно дисперсионной среды для случая Re<1, 0, кг/ м3?с; r - плотность среды, кг/м3; w - частота вращения ротора, с-1; k2 - безразмерный коэффициент, с помощью которого приближенно учитываются поправки на допущения, связанные с распространением теоремы Жуковского для плоско-параллельного обтекания бесконечного цилиндра на рассматриваемый случай микрочастицы произвольной формы в конфузорно-диффузорном кольцевом пространстве; g - ускорение свободного падения, м/с2; t - время, с. Заметим, что модель (8) с условиями (9) удобна при исследовании кинематической стороны процесса, а модель (10) с условиями (11) - его кинетики. Неравенство (25) следует интерпретировать как необходимое условие существования процесса для случая, когда t по крайней мере не меньше фракционной длительности, в обратном признаку (21) смысле: микрочастицы, для которых удовлетворяется условие (25), в процесс не вступают, соответственно и наоборот. удовлетворяется (21) и не удовлетворяется (22), т.е. микрочастица вошла в процесс, но выйти из него не в состоянии (это может произойти или изза недостаточного энергетического потенциала потока, когда микрочастица, выйдя на стационарную орбиту, в дальнейшем не покидает ее, либо вследствие крайне медленного движения микрочастицы к периферии, и длительность процесса оказывается недостаточной для выхода ее (микрочастицы) к границе осаждения - процесс не реализуется; Краевыми условиями для (27) положим: Здесь (28) по аналогии с (21) является необходимым условием вступления микрочастицы в процесс; (29) - достаточным признаком выхода микрочастицы из процесса.Впервые проведено теоретическое обобщение в виде математических моделейпроцесса пневмоклассификации аэрозолей в широком спектре физико-механических свойств дисперсного материала в конфузорно-диффузорном неоднородном поле тангенциального компонента скорости потока в кольцевом пространстве, которое позволяет сделать следующие выводы: 1. На основе анализа уравнений математической физики, описывающих модели процесса пневмоклассификации: выявлены особенности влияния на пневмосепарационный процесс детерминированных и случайных факторов - сил Кориолиса, Жуковского, поля центробежных давлений и «белого шума»; выведены необходимые и достаточные аэродинамические условия существования процесса; установлен критерий устойчивости (по Ляпунову) движения микрочастицы в ламинарном потоке; найдена функциональная связь между угловой скоростью роторного элемента пневмоклассификатора и скоростью потока на входе в аппарат, обеспечивающая возможность вовлечения в сепарационный процесс микрочастиц наиболее тонких фракций (10 мкм и менее). Разработаны физическая модель пневмосепарационного процесса в кольцевом пространстве и методы расчета основных параметров пневмоклассификационного процесса и устройства его реализации («эффективный диаметр» микрочастицы, «эффективная длительность» процесса, угол раствора «конуса набегания», протяженность рабочей зоны сепарации и др.); указаны границы учета нестационарной и перехода к стационарной модели процесса, имеющей перед первой преимущества в части качественного анализа процесса.

Основное содержание