|
Актуальность темы диссертаиии. Современные технологии характеризуются все более возрастающим использованием сыпучих материалов в состоянии смесей. Эта тенденция характерна для химической, фармацевтической, пищевой, строительной и других отраслей промышленности. При этом спектр смешиваемых материалов и требований к качеству смешивания непрерывно расширяется. Выявление особенностей смешивания тех или иных материалов и условий, при которых достигается требуемое качество смеси, путем прямых экспериментальных исследований процесса является продолжительной и дорогостоящей процедурой. Именно поэтому возрастает роль математических моделей, позволяющих значительно снизить требуемый объем экспериментальных исследований, необходимых для прогнозирования параметров смесей, и тем самым уменьшить их стоимость и продолжительность. Однако, претендующие на эту роль математические модели обычно связываются с конкретным типом смесителя и не могут рассматриваться как более или менее универсальная стратегия моделирования процесса смешивания. Кроме того, подавляющее большинство этих моделей не допускают прямой экспериментальной идентификации их параметров, которые могли бы быть определены из независимых экспериментов. Именно это и не позволяет обоснованно снизить объем экспериментальной информации с сохранением достоверности прогнозирования параметров смесей.
Статические смесители с многократным прохождением материалом зоны смешивания представляют значительный интерес как объект исследования и математического моделирования. Они занимают промежуточное положение между смесителями непрерывного действия и смесителями периодического смешивания в замкнутом объеме и сочетают преимущества обоих принципов действия. Особый технологический интерес они представляют при смешивании склонных к сегрегации компонентов, так как позволяют легко выявить число проходов, обеспечивающих максимальное качество смеси, и прервать процесс при его достижении. Отсутствие вращающихся частей внутри зоны смешивания обеспечивает их высокую технологическую надежность, а порционная загрузка компонентов хотя и снижает производительность, но резко повышает точность дозирования. Однако большинство исследований рабочего процесса в этих смесителях ориентировано на непосредственное экспериментальное исследование качества получаемых смесей, а не на условия формирования этого качества, что не может являться основой для достоверного прогнозирования эффективности работы смесителей в изменившихся условиях или при других материалах. В этой ситуации дальнейшее расчетно-экспериментальное исследование процессов смешивания в статических смесителях является актуальной научной и технологической задачей, что и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 -АН 8 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и международными договорами о научно-техническом сотрудничестве между ИГЭУ и Горным институтом г.Алби, Франция, и университетом г. Веспрем, Венгрия.
Целью работы является повышение достоверности расчетных методов прогнозирования качества смесей сыпучих материалов путем применения современных методов математического моделирования процесса в статических смесителях различных принципов действия, а также применение полученных результатов к построению методов расчета статических смесителей. Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
1. Разработаны математические модели одномерного и двухмерного процессов смешивания в статических поворотных и проходных смесителях, алгоритмы и программы их численной реализации.
2. Выполнены численные эксперименты по исследованию кинетики формирования качества смесей склонных к сегрегации материалов и найдены условия смешивания, обеспечивающие наилучшие показатели качества.
3. Выполнены экспериментальные исследования процессов смешивания разнородных сыпучих материалов в ряде лабораторных и промышленных статических смесителей, получены опытные данные по кинетике формирования качества смесей. Разработана методика идентификации параметров моделей смешивания. Практическая ценность результатов состоит в следующем:
1. Предложена методика построения математических моделей для многоциклового периодического смешивания сыпучих материалов с различными физическими свойствами в статических смесителях и метод расчета характеристик качества смесей.
2. Получены экспериментальные характеристики эволюции качества смеси в статическом смесителе периодического действия с поворотной зоной смешивания и в статическом смесителе непрерывного действия для материалов со схожими и различными физическими свойствами.
3. Разработана методика экспериментов для идентификации параметров моделей.
4. Разработаны средства программной поддержки моделирования и расчета процессов смешивания, нашедшие применение в практике исследовательских и проектных работ в ряде организаций (В Центре порошков и процессов горного института г.Алби, Франция, Университете г. Везпрем (Венгрия), СП «Битекс» г. Иваново).
Автор защищает:
1. Разработанную методику математического моделирования процессов смешивания в статических смесителях на основе теории цепей Маркова.
2. Результаты численных экспериментов по исследованию влияния параметров процесса на качество смешивания.
3. Результаты экспериментального исследования эволюции состояния смеси в статических смесителях с поворотной зоной смешивания и их математические модели.
4. Результаты экспериментального исследования, математическую модель и метод расчета промышленного смесителя Sulzer. Апробация работы.
Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Международная школа молодых ученых «Методы кибернетики в технологиях, экономике и управлении производством», 11-12 ноября 2002 г., Иваново; XVI Международная научная конференция «МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ», Санкт-Петербург 2003; 11-е Международные НТК «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (11-е и 12-е Бенардосовские чтения), Иваново, 2003; The 4th International Conference for Conveying and Handling of Particulate Solids, v.2. Budapest, Hungary, May 2003; Международная научная конференция «Энерго - ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства», Иваново, 2004; The 7th World Congress of Chemical Engineering. Secc-Glasgow-Scotland, 10-14 July, 2005.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9-ти печатных работах [92-107].
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованных источников и приложения.
Считаем приятной обязанностью выразить благодарность профессору Яношу Генишу (Венгрия), предоставившему обширные информационные материалы о статических смесителях и результатах экспериментального исследования, профессору Анри Бертье и профессору Джону Доддсу (Франция), предоставившим лабораторное оборудование для экспериментальных исследований.
| 
Вы находитесь:
