Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МУЧНЫХ СМЕСЕЙ
|
Введение и постановка задач исследования 7
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И ЕГО АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ 12
1.1. Состояние теории процесса смесеприготовления .... 12
1.2. Современное состояние и проблемы математического моделирования процесса смешивания 14
1.3. Состояние и перспективы развития оборудования для смешивания материалов.... 18
1.3.1. Смесительное оборудование 18
1.3.2. Дозировочно - питающее оборудование 32
ВЫВОДЫ 49
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ 50
2.1. Постановка математической модели смесеобразования бинарной композиции 51
2.2. Разработка алгоритма имитационного моделирования 58
ВЫВОДЫ 66
ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 67
3.1. Описание лабораторного стенда . 67
3.2. Дозировочное оборудование стенда 68
3.2.1. Порционный дозатор 69
3.2.2. Спиральный дозатор 72
3.3. Смесительное оборудование стенда 74
3.3.1. Центробежный смеситель . . .74
3.4. Физико - механические свойства сыпучих материалов, использованных в исследованиях .. 78
3.5. Прибор для определения концентрации ключевого компонента в смеси 78
3.6. Определение концентрации ключевого компонента в смеси 85
ВЫВОДЫ 88
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СМЕСИТЕЛЯ 89
4 Л .Влияние конструктивных параметров на качество смешивания 89
4.2. Количественный анализ коэффициентов интенсивности материалопотоков в объеме центробежного смесителя 87
4.3. Выбор рациональных конструктивных и режимных параметров центробежного смесителя 93
ВЫВОДЫ ..97
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 101
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЯ 109
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И ЕГО АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ 12
1.1. Состояние теории процесса смесеприготовления .... 12
1.2. Современное состояние и проблемы математического моделирования процесса смешивания 14
1.3. Состояние и перспективы развития оборудования для смешивания материалов.... 18
1.3.1. Смесительное оборудование 18
1.3.2. Дозировочно - питающее оборудование 32
ВЫВОДЫ 49
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ 50
2.1. Постановка математической модели смесеобразования бинарной композиции 51
2.2. Разработка алгоритма имитационного моделирования 58
ВЫВОДЫ 66
ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 67
3.1. Описание лабораторного стенда . 67
3.2. Дозировочное оборудование стенда 68
3.2.1. Порционный дозатор 69
3.2.2. Спиральный дозатор 72
3.3. Смесительное оборудование стенда 74
3.3.1. Центробежный смеситель . . .74
3.4. Физико - механические свойства сыпучих материалов, использованных в исследованиях .. 78
3.5. Прибор для определения концентрации ключевого компонента в смеси 78
3.6. Определение концентрации ключевого компонента в смеси 85
ВЫВОДЫ 88
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СМЕСИТЕЛЯ 89
4 Л .Влияние конструктивных параметров на качество смешивания 89
4.2. Количественный анализ коэффициентов интенсивности материалопотоков в объеме центробежного смесителя 87
4.3. Выбор рациональных конструктивных и режимных параметров центробежного смесителя 93
ВЫВОДЫ ..97
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 101
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЯ 109
В настоящее время большое внимание уделяется развитию перерабатывающих отраслей промышленности, связанных с удовлетворением насущных запросов трудящихся в рациональном и балансированном питании. Главной задачей, поставленной перед народным хозяйством, является повышение темпов и эффективности развития экономики. Для этого необходимо значительно увеличить масштабы внедрения в производство новой высокоэффективной техники, гарантирующей рост производительности труда, снижение энергопотребления и материалоемкости с одновременным улучшением качества выпускаемой продукции.
Огромное значение в таких отраслях промышленности, как химическая, электротехническая, строительная, пищевая и другие, занимают процессы по переработке сыпучих материалов, в частности, по приготовлению высококачественных смесей. Общеизвестна острая необходимость в высокоэффективном смесительном оборудовании, на котором было бы возможно непрерывно получать однородные по составу композиции из пяти и более сыпучих ингредиентов. В настоящее время приготовление смесей сыпучих продуктов осуществляется в основном в поточно - цикличных установках, включающих в себя смесители периодического действия.
Использование такого оборудования становится экономически невыгодным, в связи с возросшими требованиями к качеству смесей. Применение смесителей периодического действия характеризуется значительным объемом ручного труда, связанных с загрузкой, выгрузкой и очисткой. С целью устранения этих недостатков в новых и реконструированных производствах целесообразно использовать смесители непрерывного действия, которые обладают рядом существенных преимуществ по сравнению со смесителями периодического действия:
До последнего времени смесители периодического действия не получили широкого применения в промышленности из - за сложности дозирования в них потоков сыпучих компонентов в заданных соотношениях. Оснащение смесителей высокоточными дозаторами часто бывает экономически неоправданным. Недостаточно изучена взаимосвязь входных сигналов, формируемых дозаторами, и характеристик смесителей на качество готовой смеси. Незавершенность исследований сдерживает разработку новых типов смесеприготовительных агрегатов, с учетом каждого конкретного производства. Этим определяется актуальность решения задач по совершенствованию рабочих органов смесителей центробежного типа как по конструкции, так и механике его движения всмешиваемой массе. В диссертационной работе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение следующих задач:
Повышение эффективности процесса смешивания за счет совершенствования рабочих органов смесителей, позволяющих повышать и интенсивность смешивания. Решению этой проблемы посвящено наибольшее количество исследовательских работ в области смесительного оборудования. При этом можно выделить три направления решения вопросов повышения эффективности процесса смешивания:
- выбор оптимальных режимов работы смесителей экспериментального или с использованием математических моделей процесса смешивания;
- совершенствование рабочих органов смесителей как по конструкции, так и механике его движения в смешиваемой массе;
- организация внутренних рециклов движения материальных потоков в рабочем объеме смесителя.
Для большинства эксплуатируемых в промышленности смесителей были проведены экспериментальные исследования процессов смешивания, позволившие выбрать для них наиболее рациональные режимы работы. Использование математических моделей процесса смешивания для их оптимизации реализованы только в единичных случаях и в основном для лабораторных моделей смесителей. Поэтому от изучения смесителей в рамках первого направления большого эффекта ожидать не следует. Два других направления с точки зрения получения наибольшего эффекта более перспективны. При этом работы третьего направления наибольший эффект дают при изготовлении смесителей непрерывного действия. Внутренние рециклы материальных потоков , байпасы увеличивают сглаживающую способность смесителя, т. е. способность снижать флуктуации мгновенных расходов входных потоков. Это позволяет, во-первых, использовать в составе смесительных агрегатов питатели пониженной точности, а во-вторых, повысить качество смеси.
Разработка способов и соответствующего оборудования для смешивания компонентов с большой разницей их содержания в смеси 1:200 и выше. Подобная проблема поставлена в связи с тем, что при смешивании компонентов, входящих в смесь в соотношениях 1:200 и выше, в промышленности обычно используют смесители периодического действия прямоточного типов, как правило, мало пригодных для этой цели. Их неэффективность в данном случае пытаются компенсировать значительным увеличением продолжительности процесса смешивания. Поэтому качество смесей, приготовленных в обычных смесителях периодического действия при соотношении в них компонентов более 1:100, в большинстве случаев низкое.
Цели и задачи исследования
Разработка и исследование конструкции центробежного смесителя для получения композитных мучных смесей с соотношением компонентов до 1:200, на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований
Задачи исследования:
1. теоретическое и экспериментальное обоснование конструкции смесителя центробежного типа для получения композитных мучных смесей с соотношением компонентов до 1:200
2. теоретически описать процесс смешивания дисперсных материалов в центробежном аппарате
3. исследовать влияние основных параметров процессов смесеобразования на качество композитных мучных смесей с целью выявления рациональных режимов работы смесительного оборудования
4. разработать аппаратурное оформления стадий смешивания с учетом новых технических решений и результатов в технологических схемах получения мучных композитных смесей.
Объектом исследования являлись технологические параметры процессов получения композитных мучных смесей , конструктивные и режимные параметры работы смесительного оборудования.
Предметом исследования является установление закономерностей, определяющих механизм процесса смесеобразования сыпучих дисперсных материалов в технологии композитных мучных смесей.
Автор защищает результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических параметров процессов получения композитных мучных смесей.
Научная новизна
1. С использованием компьютерных технологий определены рекомендуемые параметры процессов смешивания сыпучих дисперсных материалов в технологии сухих мучных композитных смесей
2. Экспериментально исследовано влияние конструктивных и режимных параметров работы смесителя на качество получаемых мучных композитных смесей
3. Получены новые экспериментальные данные о механизме смесеобразования в рабочем объеме центробежного смесителя и рациональных параметрах режимов работы аппарата .
Практическая значимость
По результатам исследований усовершенствована технология получения сухих мучных композитных смесей, реализуемая в модернизированной конструкции смесителя центробежного типа На основе комплексных исследований сформулированы требования, рациональные конструктивные и режимные параметры процессов смесеобразования дисперсных многокомпонентных смесей
Огромное значение в таких отраслях промышленности, как химическая, электротехническая, строительная, пищевая и другие, занимают процессы по переработке сыпучих материалов, в частности, по приготовлению высококачественных смесей. Общеизвестна острая необходимость в высокоэффективном смесительном оборудовании, на котором было бы возможно непрерывно получать однородные по составу композиции из пяти и более сыпучих ингредиентов. В настоящее время приготовление смесей сыпучих продуктов осуществляется в основном в поточно - цикличных установках, включающих в себя смесители периодического действия.
Использование такого оборудования становится экономически невыгодным, в связи с возросшими требованиями к качеству смесей. Применение смесителей периодического действия характеризуется значительным объемом ручного труда, связанных с загрузкой, выгрузкой и очисткой. С целью устранения этих недостатков в новых и реконструированных производствах целесообразно использовать смесители непрерывного действия, которые обладают рядом существенных преимуществ по сравнению со смесителями периодического действия:
До последнего времени смесители периодического действия не получили широкого применения в промышленности из - за сложности дозирования в них потоков сыпучих компонентов в заданных соотношениях. Оснащение смесителей высокоточными дозаторами часто бывает экономически неоправданным. Недостаточно изучена взаимосвязь входных сигналов, формируемых дозаторами, и характеристик смесителей на качество готовой смеси. Незавершенность исследований сдерживает разработку новых типов смесеприготовительных агрегатов, с учетом каждого конкретного производства. Этим определяется актуальность решения задач по совершенствованию рабочих органов смесителей центробежного типа как по конструкции, так и механике его движения всмешиваемой массе. В диссертационной работе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение следующих задач:
Повышение эффективности процесса смешивания за счет совершенствования рабочих органов смесителей, позволяющих повышать и интенсивность смешивания. Решению этой проблемы посвящено наибольшее количество исследовательских работ в области смесительного оборудования. При этом можно выделить три направления решения вопросов повышения эффективности процесса смешивания:
- выбор оптимальных режимов работы смесителей экспериментального или с использованием математических моделей процесса смешивания;
- совершенствование рабочих органов смесителей как по конструкции, так и механике его движения в смешиваемой массе;
- организация внутренних рециклов движения материальных потоков в рабочем объеме смесителя.
Для большинства эксплуатируемых в промышленности смесителей были проведены экспериментальные исследования процессов смешивания, позволившие выбрать для них наиболее рациональные режимы работы. Использование математических моделей процесса смешивания для их оптимизации реализованы только в единичных случаях и в основном для лабораторных моделей смесителей. Поэтому от изучения смесителей в рамках первого направления большого эффекта ожидать не следует. Два других направления с точки зрения получения наибольшего эффекта более перспективны. При этом работы третьего направления наибольший эффект дают при изготовлении смесителей непрерывного действия. Внутренние рециклы материальных потоков , байпасы увеличивают сглаживающую способность смесителя, т. е. способность снижать флуктуации мгновенных расходов входных потоков. Это позволяет, во-первых, использовать в составе смесительных агрегатов питатели пониженной точности, а во-вторых, повысить качество смеси.
Разработка способов и соответствующего оборудования для смешивания компонентов с большой разницей их содержания в смеси 1:200 и выше. Подобная проблема поставлена в связи с тем, что при смешивании компонентов, входящих в смесь в соотношениях 1:200 и выше, в промышленности обычно используют смесители периодического действия прямоточного типов, как правило, мало пригодных для этой цели. Их неэффективность в данном случае пытаются компенсировать значительным увеличением продолжительности процесса смешивания. Поэтому качество смесей, приготовленных в обычных смесителях периодического действия при соотношении в них компонентов более 1:100, в большинстве случаев низкое.
Цели и задачи исследования
Разработка и исследование конструкции центробежного смесителя для получения композитных мучных смесей с соотношением компонентов до 1:200, на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований
Задачи исследования:
1. теоретическое и экспериментальное обоснование конструкции смесителя центробежного типа для получения композитных мучных смесей с соотношением компонентов до 1:200
2. теоретически описать процесс смешивания дисперсных материалов в центробежном аппарате
3. исследовать влияние основных параметров процессов смесеобразования на качество композитных мучных смесей с целью выявления рациональных режимов работы смесительного оборудования
4. разработать аппаратурное оформления стадий смешивания с учетом новых технических решений и результатов в технологических схемах получения мучных композитных смесей.
Объектом исследования являлись технологические параметры процессов получения композитных мучных смесей , конструктивные и режимные параметры работы смесительного оборудования.
Предметом исследования является установление закономерностей, определяющих механизм процесса смесеобразования сыпучих дисперсных материалов в технологии композитных мучных смесей.
Автор защищает результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических параметров процессов получения композитных мучных смесей.
Научная новизна
1. С использованием компьютерных технологий определены рекомендуемые параметры процессов смешивания сыпучих дисперсных материалов в технологии сухих мучных композитных смесей
2. Экспериментально исследовано влияние конструктивных и режимных параметров работы смесителя на качество получаемых мучных композитных смесей
3. Получены новые экспериментальные данные о механизме смесеобразования в рабочем объеме центробежного смесителя и рациональных параметрах режимов работы аппарата .
Практическая значимость
По результатам исследований усовершенствована технология получения сухих мучных композитных смесей, реализуемая в модернизированной конструкции смесителя центробежного типа На основе комплексных исследований сформулированы требования, рациональные конструктивные и режимные параметры процессов смесеобразования дисперсных многокомпонентных смесей
1. Обоснована и разработана конструкция центробежного смесителя для получения смесей сухих комбинированных продуктов с соотношением компонентов до 1:200, апробированная в технологии мучных композитных смесей .
2. На основе известных стохастических методов математического моделирования, реализованных в виде программы True Mix, проведен анализ интенсивности процесса смесеобразования и получены рекомендации по выбору рабочих режимов аппарата.
3. Опытным путем изучено влияние конструктивных параметров аппарата на процесс смесеобразования сыпучих дисперсных материалов. Выявлено, что хорошее качество смешивания (коэффициент неоднородности Vc = 6,46%) обеспечивается при частоте вращения до 16,67 с'1 и коэффициенте загрузки Кз = 75%.
4. С использованием методов регрессионного анализа определены рациональные режимные параметры получения мучных композитных смесей. Установлено, что с увеличением продолжительности процесса до 120 с, а также частотой вращения ротора до 16,67с'1 и коэффициенте загрузки 40%, значение коэффициента неоднородности принимает минимальное значение 5,1%.
5. Разработана и обоснована технология сухих мучных композитных смесей с использованием модернизированной конструкции центробежного смесителя.
2. На основе известных стохастических методов математического моделирования, реализованных в виде программы True Mix, проведен анализ интенсивности процесса смесеобразования и получены рекомендации по выбору рабочих режимов аппарата.
3. Опытным путем изучено влияние конструктивных параметров аппарата на процесс смесеобразования сыпучих дисперсных материалов. Выявлено, что хорошее качество смешивания (коэффициент неоднородности Vc = 6,46%) обеспечивается при частоте вращения до 16,67 с'1 и коэффициенте загрузки Кз = 75%.
4. С использованием методов регрессионного анализа определены рациональные режимные параметры получения мучных композитных смесей. Установлено, что с увеличением продолжительности процесса до 120 с, а также частотой вращения ротора до 16,67с'1 и коэффициенте загрузки 40%, значение коэффициента неоднородности принимает минимальное значение 5,1%.
5. Разработана и обоснована технология сухих мучных композитных смесей с использованием модернизированной конструкции центробежного смесителя.