авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Зaкономерности формирования фракционного состава материала при измельчении в трубных мельницах замкутого цикла

-- [ Страница 2 ] --

где Qj – масса сыпучего материала в j-ой секции, Bj – фактический расход сыпучего материала через нее. Интенсивное продольное перемешивание материала в мельнице во многих случаях позволяет не учитывать слабый наклон его свободной поверхности в сторону выхода и считать Qj постоянной для всех секций. Однако, остается открытым вопрос о связи массы материала в мельнице с расходом материала через нее. Наиболее простым случаем является разгрузка мельницы через коаксиальный выходной патрубок (рис.2а), нижний край которого и фиксирует уровень материала в мельнице. Естественно, что этот уровень меняется с изменением расхода, но здесь в первом приближении этим изменение можно пренебречь и считать Q=const, а время пребывания материала в мельнице обратно пропорциональным расходу материала через нее. Ситуация меняется, если разгрузка материала происходит через перфорированный экран (на рис.2 не показан) или через нижний разгрузочный патрубок (рис.2б), что часто встречается в вибрационных мельницах. Здесь выходящий расход зависит от уровня материала перед экраном или над патрубком, и этот уровень устанавливается таким, чтобы обеспечить равенство входящего и выходящего расходов. Еще более сложной оказывается движение материала в сильно вентилируемых мельницах, где он транспортируется вдоль мельницы в состоянии газодисперсного потока (рис.2в). Здесь естественно предположить, что скорость движения фракций вдоль мельницы существенно зависит от их крупности: мелкие фракции движутся гораздо быстрее крупных. Для моделирования кинетики измельчения в таком процессе необходимо подключать уже все возможности описанной выше ячеечной модели. Однако, для этого необходимо иметь информацию о распределении скоростей движения фракций по их крупности.

В секции, отведенной под классификатор, происходит разделения входящего потока на два: один с преимущественным содержанием мелких частиц – готовый продукт 3, который направляется в бункер, другой – с преимущественным содержанием крупных частиц – возврат 2, который направляется на домол. В матрице (7) возврат направлен в первую секцию мельницы, то есть на ее вход, но он может направляться в любую секцию: для этого матрицу I-C3 надо расположеть с строке с номером секции, куда он направляется. Эффективность разделения материала в классификаторе описывается непрерывной кривой разделения C3(x), где x – размер частий фракции (рис.3а). При переходе к дискретному набору фракций кривая разделения становится ступенчатой C3j(xj) (рис.3б), а при передоде к всего двум фракциям с границей по размеру xa – двухстепенчатой (рис.3в). При этом разность между ступенями E соответствует критерию эффективности Ханкока-Луйкена, а сама матрица приобретает вид

. (10)

Модель (1)-(10) позволяет рассчитывать фракционные составы материала в любой точке ТСИ в любой момент времени, то есть моделировать как переходные, так и установившиеся процессы. Естественно, что для ее работы необходима эмпирическая информация по функциям измельчения и классификации. В диссертации приведены результаты численных экспериментов с моделью, показывающие влияние различных факторов на связь тонкости помола и производительности. Ниже рассмотрен один из примеров моделирования. На рис.4 показано расчетное исследование ТСИ замкнутого цикла с мельницей, разбитой

на 14 секций, и подводом возврата не в начало мельницы, как это традиционно делается, а последовательно в различные ее секции. Тонкость помола оценивается относительным содержанием в готовом продукте крупной фракции, а эффективность перехода к замкнутой ТСИ – отношением R0,2/R0,2O, где R0,2 – остаток на сите 0,2мм, а R0,2O – то же для открытой ТСИ. На графике показано влияние положения подвода возврата на это отношение при различных критериях эффективности мельничного классификатора Е (рис.3в). При Е<0,3 переход от открытой ТСИ к замкнутой вообще не дает преимуществ, если возврат подавать на вход мельницы. Однако при Е=0,3 можно выиграть около 25% в тонкости помола, если подавать его в 9-ю секцию, то есть ближе к выходу из мельницы. С ростом эффективности разделения выигрыш в тонкости помола увеличивается, а оптимальное сечение подвода возврата смещается к входу в мельницу. При Е>0,6 преимущество от подвода возврата в промежуточное сечение мельницы практически исчезает. Конечно, подвод возврата в промежуточное сечение мельницы с вращающимся барабаном встречает определенные технические трудности, но полученный результат может рассматриваться как рекомендация для перехода к многоступенчатому измельчению в нескольких более коротких мельницах. Кроме того, подача возврата в промежуточное сечение не вращающегося барабана вибрационной мельницы не встречает каких-либо технических трудностей.

В третьей главе разработанная модель обобщена на случай произвольного числа m наблюдаемых фракций материала. Расчетная схема и ячеечная модель этого приближения показана на рис.5. Формально переход приводит лишь к увеличению размера матриц, входящих в блочные матрицы G и V с (2xn) до (mxn) (размер матрицы ТСИ M увеличивается с (2n)x(2n) до (mn)x(mn)). Однако, увеличиваются трудности с эмпирическим обеспечением этих матриц, где селективная и распределительная функция задействованы в полной степени, а кривая разделения должна задаваться во всем спектре размеров фракций.

Несмотря на то, что в модель могут быть подставлены функции любого вида, в выполненных в диссертации численных экспериментах распределительная функция принималась равномерной, а селективная – прямо пропорциональной размеру фракции с коэффициентом пропорциональности, зависящим от удельного энергоподвода. Для описания кривой разделения использовалась формула О. Молеруса, а скорости движения фракций в вентилируемой мельнице рассчитывались по предложенной В.П. Жуковым формуле

Vi=W/(1+Axi0,5), (11)

где W – скорость вентилирующего газа, xi – средняя крупность фракции, А – эмпирический коэффициент, определяемый для конкретной мельницы. При наличии вентиляции распределение массы материала в мельнице уже не подчинено ее конструктивным параметрам и, наоборот, рассчитывается из модели.

На рис.6. показан один из примеров расчетного моделирования процесса в трубной мельнице. Здесь материал разбит на 20 фракций, ограниченных размерами от 0 до 1мм, мельница представлена 9-ю секциями, а 10-я отведена мельничному классификатору. Тонкость помола оценивается по остатку на сите 0,2мм, кривая разделения мельничного классификатора описана формулой (14) с S=5. На рисунке показано, как влияет изменение производительности ТСИ и граничного размера разделения на тонкость помола по R0,2 (в массив расчетных результатов входит содержание всех фракций, поэтому тонкость помола может

быть представлена по остатку на любом контрольном сите). Этот график, по существу, представляет расчетную режимную карту работы ТСИ, позволяющую выбирать необходимый граничный размер разделения при заданной производительности и требуемой тонкости помола (для перехода к реальной режимной карте необходимо знать связь между хс и положением регулирующего органа классификатора). В диссертации приведены результаты численных экспериментов по выявлению других аспектов условий измельчения, определяющих тонкость готового продукта и производительность.

В четвертой главе рассмотрены вопросы практического использования разработанной модели и проверки ее прогностических возможностей на основе экспериментальных данных.

Поскольку вид распределительной и селективной функции существенно влияет на расчетные показатели процесса, было рассмотрено влияние ширины наблюдаемых фракций на эти функции. В работах В.Е. Мизонова и В.П. Жукова используется равномерное распределения осколков разрушения фракции по размерам, что не совпадает с данным других авторов, рекомендующих для этого распределения степенную зависимость. Однако получаемые этими авторами опытные данные чаще всего ориентированы на возрастающую ширину фракций, соответствующую возрастающей в геометрической прогрессии сетке контрольных размеров, разделяющих фракции. На рис.7 вверху показан фракционный состав материала после одного нагружения в равномерной узкой сетке размеров, соответствующей модели В.Е. Мизонова. Внизу то же распределение перегруппировано во фракции с возрастающей сеткой размеров с модулем 20,5. Те же физические результаты приводят к практически другому распределению, которое действительно становится степенным и кажущееся противоречие исчезает. Необходимо подчеркнуть, что переход к более широким фракциям с неравномерной сеткой размеров, хотя и позволяет уменьшить их число и, следовательно, размер матриц, но может привести к ошибочным трактовкам физических результатов. Кроме того, если узкая равномерная сетка размеров позволяет легко перегруппировать результаты в любые другие сетки, то обратный переход единственным образом невозможен и следует использовать только ту сетку, которая применялась в экспериментах.

Верификация и проверка прогностических возможностей разработанной модели были выполнены на примере моделирования получения цемента в двухкамерной шаровой мельнице замкнутого цикла с воздушно-замкнутым сепаратором SEPAX. Экспериментальные данные получены на цементном заводе компании ECP, Чикаго, США, в рамках сотрудничества кафедры прикладной математики ИГЭУ и строительного факультета Техасского агромеханического университета (Texas A&M University). Схема заводской технологической линии по производству цемента представляет собой обычную ТСИ замкнутого цикла. Измельчаемые компоненты (клинкер, гипс и известняк) дозируются и подаются питателем на вход мельницы, куда также поступает возврат из классификатора. В мельницу подается воздух, однако его расход не предполагает интенсификации транспорта частиц; воздух подается в основном для аспирации. Измельченный материал подается элеватором в воздушно-замкнутый классификатор с вращающимся ротором, где из него выделяется товарная фракция с требуемой стандартом удельной поверхностью 380 м2/кг, а более крупная фракция направляется на домол. В процессе экспериментов замерялись: производительность по сырью, производительность по готовому материалу, производительность по возврату, расход воздуха через классификатор, скорость вращения ротора классификатора, фракционный состав сырья, фракционный состав мельничного продукта (вход в классификатор), фракционный состав возврата, фракционный состав и удельная поверхность готового продукта.

Модель мельницы идентифицировалась по параметрам селективной функции отдельно для каждой камеры помола по согласованию расчетных и опытных фракционных составов материала за мельницей. Наличие фракционных составов и расходов материала на входе в классификатор и на выходах из него позволило независимо определять опытную кривую разделения классификатора.

Математическое моделирование процесса осуществлялось по разработанному в главе 3 алгоритму, где кривая разделения классификатора считалась известной опытной информацией. Подгоночным параметром модели являлся параметр в выражении для селективной функции. Пример результатов моделирования номинального режима работы ТСИ показан на рис.8. Сопоставление расчетных и опытных фракционных составов свидетельствует об удовлетворительных прогностических возможностях модели, если учитывать, что она описывает распределения в различных местах ТСИ.

Дополнительно было исследовано влияние производительности на фракционные составы и удельную поверхность готового продукта. Эти результаты показаны на рис.9.

Разработанные методы расчета и их программно-алгоритмическое обеспечение апробированы и приняты к внедрению при выполнении исследовательских и проектных работ в Ченстоховским политехническим институте, Польша (акт приведен в Приложении).

Основные результаты диссертации

  1. На основе теории цепей Маркова разработана ячеечная математическая модель формирования фракционного состава сыпучих материалов при измельчении в трубных мельницах замкнутого цикла при различных уровнях декомпозиции процесса, позволяющая прогнозировать фракционный состав измельченного материала и влияние на него основных параметров процесса.
  2. Показано, что подача возврата мельничного классификатора в промежуточное сечение мельницы может быть эффективным средством увеличения тонкости помола.
  3. Выявлено оптимальное положение сечения подвода возврата в зависимости от кинетических параметров мельницы и эффективности мельничного классификатора.
  4. Выполнены численные эксперименты, позволившие установить связь тонкости помола с основными параметрами помольной установки и расчетным путем определить влияние ее регулируемых параметров на производительность и тонкость помола.
  1. Выполнена проверка разработанной модели по экспериментальным данным промышленной мельнице замкнутого цикла по производству цемента и показано удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных и хорошие прогностические возможности модели.
  2. Разработанные методы расчета и их программно-алгоритмическое обеспечение, а также конкретные рекомендации по анализу и совершенствованию измельчения апробированы и приняты к внедрению при выполнении исследовательских и проектных работ Ченстоховским политехническим институте, Польша.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

печатных работах автора

  1. Смирнов, С.Ф. Ячеечная модель измельчения материала в трубной мельнице замкнутого цикла / С.Ф. Смирнов, В.Е. Мизонов, А.Г. Красильников, В.П. Жуков // Изв.вузов. Химия и хим. технология. – 2007. – Т. 50, вып. 3. – С. 98-100.
  2. Мизонов, В.Е. Применение теории цепей Маркова к моделированию кинетики измельчения в трубных мельницах замкнутого цикла / В.Е. Мизонов, С.В. Федосов, С.Ф. Смирнов, А.Г. Красильников // Строительные материалы. – 2007. – №10. – C. 41-45.
  3. Жуков, В.П. Селективная функция измельчения в измельчителях с распределенной мелющей средой / В.П. Жуков, С.Ф. Смирнов, А.Г. Красильников // Вестник ИГЭУ. – 2006. – вып. 4. – C. 68-69.
  4. Красильников, А.Г. Ячеечная модель кинетики измельчения в трубной мельнице замкнутого цикла / А.Г. Красильников, В.Е. Мизонов // Тез. 13-ой Международ. науч. - техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. МНТК-13». – Москва, 2007. – Т.2. – С. 451-452.
  5. Красильников, А.Г. Модель измельчения в трубной мельнице замкнутого цикла со сложной структурой потока материала / А.Г. Красильников., С.Ф. Смирнов, В.Е. Мизонов, В.П. Жуков, Cs. Mihalyko // Тез. 14-ой международ. науч. - техн. конф. «Состояние и перспективы развития энерготехнологии (14-ые Бенардосовские чтения)». – Иваново, 2007. – 177 с.
  6. Смирнов, С.Ф. Ячеечная модель кинетики непрерывного измельчения материалов в замкнутом цикле / Смирнов С.Ф., А.Г. Красильников, В.Е. Мизонов, Cs. Mihalyko // Тр. 20-й международной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20». – Ярославль, 2007. – Т.5. – С. 81-82.
  7. Смирнов, С.Ф. Влияние загрузки барабана на измельчение в шаровой мельнице / Смирнов С.Ф., В.П. Жуков, А.Г. Красильников, В.Е. Мизонов // Тр. международ. науч. конф. «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием». – Иваново, 2007. – Т.2. – 23 с.

Подписано в печать 15 сентября 2008г. Усл. п. л. 1,00, Уч. изд. л. 1,03

Формат 60х84 1/16. Тираж 80 экз. Заказ 003

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный химико-технологический университет»

153000 г.Иваново, пр-т Ф.Энгельса, 7

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУВПО «ИГХТУ»



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.