МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ (30.11.2009)

Автор: Баранцева Елена Александровна

переходные вероятности сведены в представленную в диссертации таблицу. Расчетные кривые распределения времени пребывания компонентов и их первые моменты (среднее время пребывания и дисперсия) после параметрической идентификации модели находятся в удовлетворительном соответствии с опытными данными и позволяют расчетным путем прогнозировать их изменение при переходе от одной производительности к другой (при одинаковой скорости вращения лопастей) без привлечения дополнительной эмпирической информации.

В шестой главе описаны мероприятия по совершенствованию аппаратурного оформления и модернизации смесителей, а также сведения о практическом использовании результатов работы. На рис.26 показаны разработанные конструкции смесителей, ориентированные на подавление негативного влияния сегрегации.

, среднее за период колебаний значение центробежной силы равно силе веса, путем чего исключается средний конвективный перенос и тем самым – сегрегация. Смесители по схемам б) и в) реализуют принципы оптимального управления подачей сегрегирующего компонента, рассмотренные выше. На рис.26г показаны результаты испытаний промышленного лопастного смесителя объемом 80л, которые свидетельствуют об очевидном техническом эффекте (внедрен на ЗАО «Резинотехника», Ярославль, ожидаемый экономический эффект – 632 тыс.руб/год). В ОАО «Полимерпластбетон» выполнена модернизация лопастного смесителя по схеме в) и периодического лопастного смесителя (изменение геометрии лопастей). Последнее позволило сократить время смешивания на 20%, что позволило получить реальный экономический эффект за счет экономии электроэнергии 482 тыс. руб/год. Зарегистрированная компьютерная программа для эволюции состояния сыпучего материала при смешивании и сепарации внедрена в ООО «Инженерный центр», Ярославль, а все разработанные конструкции смесителей используются в ООО «Спецтехника» при модернизации оборудования для переработки сыпучих материалов.

Разработанные подходы к построению математических моделей процессов в дисперсных средах и программно-алгоритмическое обеспечение моделирования процессов смешивания нашли применение в практике выполнения промышленных и исследовательских проектов в горном институте г.Алби, Франция, Ченстоховском политехническом институте, Польша, университете г. Веспрем, Венгрия, и исследовательском центре Tel-Tek, Норвегия, о чем имеются подтверждающие документы.

Основные результаты диссертации

На основе теории цепей Маркова разработана универсальная математическая модель формирования качества смесей сыпучих материалов в смесителях различного принципа действия, позволяющая оценивать влияние конструктивных и режимных факторов процесса смешивания на его результаты.

Экспериментально исследованы зависимости среднего времени пребывания сыпучего материала от производительности в промышленном лопастном смесителе Gericke1500GM с лопастями различной конфигурации и предложена модель структуры потока, объясняющая эти зависимости.

Выполнено экспериментальное исследование миграции частиц при прохождении плоской лопасти через слой сыпучего материала и показано, что вероятность частиц остаться в зоне прохождения лопасти зависит только от высоты слоя и не зависит от угла установки лопасти, а отношение вероятностей перейти назад и вперед зависит только от угла установки лопасти и не зависит от высоты слоя. Степень захвата материала плоской лопастью составляет 0,2…0,3, что ниже теоретически полученного оптимального по скорости перемешивания значения 0,4…0,5 и определяет направление совершенствования процесса путем создания профилированных лопастей.

Экспериментально исследовано влияние производительности и конфигурации лопастей на распределение времени пребывания частиц компонентов смеси в этом смесителе и выявлена тенденция к бимодальности этих распределений с ростом поперечной неоднородности потока.

Теоретически описано и экспериментально подтверждено влияние производительности и поперечной неоднородности скорости потока материала в смесителях непрерывного действия на вид и параметры кривых распределения времени пребывания компонентов, в том числе при наличии сегрегации компонентов смеси.

Поставлена и решена задача об оптимальном временном и/или пространственном управлении подачей сегрегирующего компонента в зону смешивания, обеспечивающем для заданных условий смешивания максимальное качество смеси. Разработаны варианты аппаратурной реализации предложенных рациональных (оптимальных) программ подачи, защищенные патентами на полезные модели.

Предложен и теоретически обоснован подход к подавлению негативного влияния сегрегации, обусловленной силой веса, путем использования нестационарной центробежной силы в противоположном весу направлении.

Исследовано влияние характеристик лопастного смесителя непрерывного действия на степень подавления пульсаций в подаче ключевого компонента; показано, что определяющим параметром этого подавления является отношение периода этих пульсаций к среднему времени пребывания материала в смесителе, а приемлемое подавление пульсаций достигается при этом отношении 0,5 и меньше.

На основе разработанных моделей предложены компьютерные методы расчета процесса в смесителях различного принципа действия.

Разработанные модели и методы расчета нашли практическое применение в Горном институте г.Алби, Франция, в университете г. Веспрем, Венгрия, в Ченстоховском политехническом институте, Польша, в исследовательском центре Tel-Tek, Норвегия, новые конструкции смесителей и рекомендации по модернизации действующих смесителей внедрены в ООО «Полимепластбетон», ООО «Инженерный центр», г. Ярославль, ЗАО «Резинотехника», г. Ярославль, ООО «Спецтехника», г. Кострома с реальными техническими и экономическими эффектами.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

Монография

Баранцева, Е.А. Процессы смешивания сыпучих материалов: моделирование, оптимизация, расчет / Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохлова// ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». Иваново. – 2008. – 116 с.

В изданиях, предусмотренных перечнем ВАК

Баранцева, Е.А. Кинетика перемешивания сыпучих материалов в лопастном смесителе непрерывного действия/Е.А. Баранцева// Строительные материалы. – 2008. – №8 – С.69-71.

Баранцева, Е.А. Роль лопастного перемешивания в формировании качества смесей сыпучих материалов с малым содержанием ключевого компонента / Е.А. Баранцева // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2009. – Т. 52. – Вып. 1. – С.102-104.

Баранцева, Е.А. Об оптимальной подаче сегрегирующего ключевого компонента в смеситель периодического действия / Е.А. Баранцева // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2009. – Т. 52. – Вып. 8. – С.122-123.

Баранцева, Е.А. Математическая модель кинетики лопастного перемешивания сыпучих материалов / Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, С.В. Федосов, Ю.В. Хохлова // Строительные материалы. – №2. – 2008. – С.12-13.

Баранцева, Е.А. Об оптимальных параметрах перемешивающей лопасти лопастного смесителя сыпучих материалов / Е.А. Баранцева, Ю.В. Хохлова, В.Е. Мизонов, H. Berthiaux, C. Gatumеl // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2008. – Т. 51. – Вып. 7. – С.108-110

Баранцева, Е.А. Влияние крупномасштабного перемешивания на формирование качества смеси сыпучих материалов/ Е.А. Баранцева, Ю.В. Хохлова, В.Е. Мизонов, H. Berthiaux, C. Gatumel // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2009. – Т. 52. – Вып. 8. – С.126-128.

Баранцева, Е.А. Распределение времени пребывания частиц сыпучего материла в лопастном смесителе непрерывного действия /Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохлова //Химическая промышленность сегодня. – №3. – 2009. – C. 50-53.

Пономарев, Д.А. Нелинейная математическая модель транспорта сыпучего материала в лопастном смесителе/ Д.А. Пономарев, В.Е. Мизонов, А. Бертье, Е.А. Баранцева// Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2003. – Т. 46. – Вып. 5. – С.157-159.

Berthiaux, H. Modelling Continuous Powder Mixing by Means of the Theory of Markov Chains/ H. Berthiaux, K. Marikh, V. Mizonov, D. Ponomarev, E. Barantzeva// Particulate Science and Technology. – 22 (2004), No.4, pp.379-389.

Marikh, K. Experimental study of the stirring conditions taking place in a pilot plant continuous mixer of particulate solids/ K. Marikh, H. Berthiaux, V. Mizonov, E. Barantseva// Powder Technology. – 157 (2005) 138-143.

Мизонов, В.Е. Нелинейная ячеечная модель гравитационной классификации/ В.Е. Мизонов, С.Н. Калинин, Е.А. Баранцева, Н. Berthiaux, В.П. Жуков// Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2005. – Т. 48. – Вып. 1. – С.122-124.

Marikh, K. Flow Analysis and Markov Chain Modelling to Quantify the Agitation Effect in a Continuous Mixer/K. Marikh, H. Berthiaux, V. Mizonov, E. Barantzeva, D. Ponomarev// Chemical Engineering Research and Design. – 2006, 84(A11), pp.1059-1074.

Хохлова, Ю.В. Математическая модель смесителя непрерывного действия с неоднородным потоком сыпучего материала / Ю.В.Хохлова, В.Е. Мизонов, Е.А. Баранцева, H. Berthiaux, C. Gatumel // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2007. – Т. 50. – Вып. 9. – С.118-120.

Marikh, K. Influence of stirrer type on mixture homogeneity in continuous powder mixing: A model case and a pharmaceutical case/ K. Marikh, H. Berthiaux, С. Gatumel,V. Mizonov, E. Barantseva// Chemical engineering research and design. – 86 (2008) 1027-1037.

Ponomarev, D. Markov-chain modelling and experimental investigation of powder-mixing kinetics in static revolving mixers/ D. Ponomarev, V. Mizonov, C. Gatumal, H. Berthiaux, E. Barantseva// Chemical Engineering and Processing. – 48 (2008) 828-836.

Mizonov, V. Influence of crosswise non-homogeneity of particulate flow on residence time distribution in a continuous mixer /V. Mizonov, H. Berthiaux, C. Gatumel, E. Barantseva, Y. Khokhlova //Powder Technology. – 190 (2009) 6-9.

Mizonov, V. Theoretical study of superposition of macro- and microscale mixing and its influense on mixing kinetics and mixuture quality/ V. Mizonov, E. Barantseva, Y. Khokhlova, H. Berthiaux, C. Gatumel // Particulate Science and Technology. – 27 (2009), No.4, pp.327-336.

В прочих изданиях

Смеситель сыпучих материалов: полезная модель. – Патент № 83197/ В.А. Огурцов, Е.А. Баранцева, Ю.В. Хохлова, В.А. Огурцов // ГОУ ВПО «Ивановский Государственный Энергетический Университет имени В.И. Ленина».

Лопастной смеситель сыпучих материалов: полезная модель. – Решение о выдаче патента №2009118724/22(025745) от 18.05.2009/ Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохлова, В.А. Огурцов // ГОУ ВПО «Ивановский Государственный Энергетический Университет имени В.И. Ленина».

Лопастной смеситель сыпучих материалов: полезная модель. – Решение о выдаче патента №2009118728/22(025749) от 18.05.2009/ Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохлова, В.А. Огурцов // ГОУ ВПО «Ивановский Государственный Энергетический Университет имени В.И. Ленина».


загрузка...