Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Февраля 2016 в 23:04, доклад
Показана актуальність виконаної роботи і обґрунтований вибір об'єктів дослідження, в якості яких прийняті дрібнодисперсні порошки мікротальк, оксид титану в рутильной і анатазной формі, а також рослинні відходи у вигляді тирси різної природи (березові, соснові свіжі, з бруса і тирсу від ДСП).
Розробка процесу пресового гранулювання дрібнодисперсних решток на прикладі мінеральних порошків і деревних відходів.
Вступ
Показана актуальність виконаної роботи і обґрунтований вибір об'єктів дослідження, в якості яких прийняті дрібнодисперсні порошки мікротальк, оксид титану в рутильной і анатазной формі, а також рослинні відходи у вигляді тирси різної природи (березові, соснові свіжі, з бруса і тирсу від ДСП).
Розглянуто питання виробництва і використання в якості палива гранул з лузги соняшника . Показано, що гранули лузги мають ряд переваг в порівнянні з традиційним паливом завдяки відновлюваності вихідної сировини, високої енергоконцентрації, насипної щільності, транспортабельності, екологічності та низьким енерговитрат при виробництві. Наведено основні стадії процесу виготовлення гранул з лузги, а також ряд застосовуваних на виробництві технологічних схем.
Проведений аналіз різних методів гранулювання дрібнодисперсних середовищ і застосовуваного при цьому обладнання. При цьому показано, що для цих матеріалів відсутні відомості про зміну фізико-механічних характеристик і реологічних властивостей від різних параметрів і технологічних добавок на різних стадіях гранулювання.
Розглянуто методи розрахунку силових параметрів процесів компкатирования і прокатки на роторних пресах. Зазначено, що застосовуються методи розрахунку не враховують реологічних властивостей перероблюваних речовин і уточнених фізичних моделей їх поведінки в осередку деформації.
Розглянуто особливості реологічних властивостей і деформування досліджуваних речовин. Відзначено, що для розглянутих у роботі речовин, що є мелкодісперснимі порошками, залежність напруги від деформації носить нелінійний характер, а їх напружено-деформований стан змінюється в часі.
Аналіз напруженого стану в осередку деформації валкового преса і роторного гранулятора з плоскою матрицею.
Зони деформації валкового преса можна представити у вигляді каналу змінного перерізу з криволінійними границями, а формуючий канал в роторному грануляторі - як канал прохідного пресування змінного перерізу. При такої формальної аналогії кордонів вогнищ деформації поведінку матеріалу при його проходженні описується реологическими моделями з використанням механічних елементів. Можна припустити, що зміна реологічних властивостей призведе до переходу від сипучого середовища до пов'язаної або сипучого-пластичної. Крім того відомо, що при нагріванні рослинних відходів (тирси) виділяються пластифікуючі компоненти і середу переходить в умовно-пластичну.
Наведено аналітичні рівняння для визначення розподілу тиску по дузі валка, отримані на основі аналізу фізичної моделі процесу компактування дрібнодисперсних матеріалів на валковому пресі і їх напруженого стану в осередку деформації.
Отримано фізична модель процесу прокатки дрібнодисперсних середовищ на роторних грануляторах з плоскою матрицею. Преси з плоскою матрицею володіють простотою конструкції, зручністю експлуатації і відносною простотою у виробництві матриць. При виготовленні матриць канали в них виконують як з постійним так і з перемінним перетином (рис.2).
Рис.2 Приклади виконання каналів в Рис.3 Схема продавлювання матеріалу через
матрицях роторних пресів.
При перекочуванні валка (рис.3) переробляється за рахунок сил тертя втягується у вогнище деформації (клин), де, внаслідок пластичних деформацій і циркуляційного течії, відбувається його ущільнення. Збільшення числа контактів частинок збільшує опір матеріалу зрушенню, обумовлюючи тим самим відповідне зростання напруг. У момент, коли ці напруги перевищать опір матриці, почнеться процес формувань гранул. При цьому тиск в робочій області буде знижуватися від тиску формувань до тиску пружної післядії, а щільність сформованої маси залишиться постійною.
Розглянуто особливості руху гранульованих продуктів за формою каналу зі змінною геометрією і умови моделювання технологічних і конструктивних параметрів формуючого гранулятора.
З боку формуючого ролика на матеріал, що у каналі, прикладається осьове зусилля. Переміщенню матеріалу по каналу перешкоджають сили зовнішнього тертя, що розвиваються на бічній поверхні матеріалу. Із зростанням осьового зусилля збільшуються і осьові напруги в матеріалі, які в свою чергу викликають деформацію матеріалу в радіальному напрямку, що призводить до додаткового збільшення сили бічного тиску і сили тертя на бічній поверхні матеріалу. Таким чином сила, що діє на матеріал у вхідному перерізі каналу, врівноважується силою на вихідному перерізі каналу і рівнодіючої сил тертя, розподілених по бічній поверхні формованого матеріалу. Матеріал переміщається тоді, коли осьова сила перевищить сумарну силу тертя матеріалу об поверхню формуючого каналу.
Рис.4 Схема сил, що діють на матеріал в каналі матриці.
Прокатувати ролик діє на формуючий канал циклічно. По закінченні контакту ролика з каналом осьовий тиск стає рівним нулю. Під впливом залишкових внутрішніх напружень можливе збільшення розмірів матеріалу, що знаходиться в каналі, в осьовому і диаметральном напрямках. Однак збільшення розмірів в диаметральном напрямку перешкоджають стінки каналу, а в осьовому напрямку - сили тертя об бічну поверхню матеріалу. Тому можна прийняти канал абсолютно жорстким.
Для визначення зміни тиску по довжині формуючого каналу розглянемо умови рівноваги елементарного шару матеріалу в циліндричному отворі формуючої решітки гранулятора, розділивши канал довжиною ℓ на три ділянки довжиною ℓ1, ℓ2 і ℓ3 (див. Рис.4). Геометричний профіль каналу вибирався з урахуванням реологічних характеристик переробляється.
Приймемо, що P0, P1, P2, P3 - тиску відповідно на вході в канал, виході з першої, другої і третьої ділянки; P - тиск на шар матеріалу; Т - сила тертя; Рб - тиск на бічну поверхню матеріалу; 2а - кут при вершині конуса на другій ділянці; d1 і d2 - діаметри каналу на першому і третьому ділянках.
Рівняння сили тертя і тиску на бічну поверхню запишемо у вигляді:
де x - коефіцієнт бічного тиску; f - коефіцієнт зовнішнього тертя.
Вважаємо, що твір коефіцієнта бічного тиску на коефіцієнт тертя практично не змінюється по довжині каналу.
Запишемо умови рівноваги всіх діючих сил на першій ділянці довжиною ℓ1 для елемента матеріалу довжиною dℓ. Прийнявши за позитивний напрямок дії питомого тиску пресування напрямок руху маси матеріалу, отримаємо
Після перетворення маємо
Інтегруючи ліву частину рівняння від P0 до P1, а праву від 0 до ℓ1, отримаємо
Для третьої ділянки каналу тиск P3 розраховується аналогічно тиску Р1 для першої ділянки:
Для другого (конічного) ділянки умова рівноваги має вигляд
Після перетворення отримаємо:
Аналогічно інтегруючи ліву частину рівняння від P1 до P2, а праву від 0 до ℓ2, отримаємо:
З урахуванням рівнянь (5) і (9) рівняння (6) для визначення тиску по довжині каналу прийме експонентний вигляд:
З рівняння (10) видно, що для зменшення втрати тиску на продавлювання матеріалу через канал матриці необхідно прагнути до зменшення довжини каналу, коефіцієнта зовнішнього тертя f і коефіцієнта бічного тиску x. Зменшення діаметра каналу, навпаки, призведе до зростання втрат тиску.
Очевидно, що необхідною умовою руху матеріалу по каналу матриці є перевищення сили тиску на матеріал над силою тертя:
З виразу (11) після скорочень і перетворень одержимо:
(12)
Отриманий вираз (12) є необхідною умовою формувань гранул і встановлює зв'язок між геометричними розмірами каналу матриці і властивостями гранульованої системи.
У цій главі також наведено опис методик дослідження різних характеристик розглянутих дрібнодисперсних середовищ, а також використовуючи приладів і лабораторних установок.
Для вимірювання пластичної міцності досліджуваних речовин використовується конічний пластометр. В якості основних факторів, що впливають на зміну пластичної міцності були обрані вологість (для дрібнодисперсних порошків) і температура (для тирси різної природи).
Дослідження компресійних властивостей розглянутих речовин проводилося за відомими методиками в закритій матриці і компактування на валковому пресі. Для визначення розпірного зусилля на валковому пресі використовували тензометричний метод.
Для дослідження процесу пресування в роторному грануляторі використовувалася спеціально розроблена установка, що дозволяє моделювати процес прохідного пресування в каналі змінного перерізу, з різним кутом конусної частини і підтриманням заданого температурного режиму.
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ
1. Показана перспективність
використання методу компактува
2. Встановлено, що для досліджуваних мінеральних солей зволоження, а для деревної тирси термообогревом і використання каналів прохідного пресування дозволяють отримати пластифікований матеріал з новими реологічними властивостями. В якості критеріїв, що відображають структурно-деформаційні характеристики дисперсного середовища і технологічні параметри гранулювання рекомендується використовувати пластичну міцність і коефіцієнт бічного тиску.
3. Отримано рівняння і номограми, що дозволяють для заданих характеристик кінцевого продукту (щільності і межі міцності на розколювання) для мінеральних солей визначити режимні параметри процесу компактування - питомий тиск пресування і вологість вихідного матеріалу.
4. Отримано рівняння і номограми, що дозволяють по заданому питомому тиску пресування підібрати температуру і кут конусної частини каналу прохідного пресування для грануляції деревних відходів на роторних пресах з плоскою матрицею.
5. Розроблено метод компактування дрібнодисперсних середовищ мінеральної природи і метод прокатки деревної тирси на роторних грануляторах з плоскою матрицею, які можуть використовуватися при отриманні наповнювачів для паперової і лакофарбової промисловості, адсорбентів для очищення паперових мас, для утилізації промислових і побутових відходів та при отриманні біопалива на основі відходів рослинного і деревної сировини.
Література