РОЗДІЛ 2
АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ЗМІШУВАННЯ У АВТОМАТИЗОВАНОМУ ВІДЦЕНТРОВОМУ
ЗМІШУВАЧІ БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ
У роботі висунуто гіпотезу, що за рахунок створення додаткової зони змішування
з керованим режимом роботи, з’явиться можливість створення нового змішувального
обладнання та забезпечення підвищення однорідності суміші, згладжувальної
здатності і продуктивності змішувача.
Дослідження сучасних ВЗБД свідчить, що існує декілька підходів до проектування
цього обладнання, які зумовлені особливостями перебігу процесу безперервного
змішування.
Насамперед, необхідно враховувати, що ВЗБД відносяться до високошвидкісного
обладнання, тобто процес змішування суттєво обмежено у часі. Крім того, подача
компонентів суміші у змішувач здійснюється безперервно, тому відхилення у
роботі дозаторів може призвести до зміни відсоткового складу суміші. Частково
знизити вплив цих відхилень можливо за рахунок високої згладжувальної здатності
змішувача, що потребує збільшення середнього часу знаходження частинок суміші
всередині апарату.
Основними способами підвищення якості виготовлення суміші у ВЗБД є створення
розріджених потоків компонентів суміші, що мають різні напрямки і швидкості
руху, та підвищення часу змішування. Для створення складної траєкторії руху
частинок використовують ротори, диски, тарілки різноманітних конструкцій, на
шляху руху потоків суміші встановлюють відбивачі складних форм. Підвищення часу
змішування досягається за рахунок створення додаткових зон змішування (як,
наприклад, у змішувачах, зображених на рис.1.1, 1.7), що по суті еквівалентно
об’єднанню декількох змішувачів в одному корпусі.
Введення таких конструктивних елементів дозволяє підвищити якість суміші, але
призводить до зростання масогабаритних параметрів змішувача та витрат
електроенергії.
У роботі для забезпечення високої якості виготовлення суміші при збереженні
масогабаритних параметрів змішувача запропоновано застосувати додатковий ротор
з окремим приводом. Особливістю такого конструктивного рішення є часткове
розташування одного ротора всередині іншого, що дозволяє зменшити габаритні
розміри змішувача.
Застосування існуючих методів розрахунку ВЗБД для даного випадку неможливо
через суттєві відмінності у конструкції та русі частинок всередині
запропонованого змішувача. Зважаючи на те, що кількісні та якісні показники
процесу змішування суттєво залежать від траєкторій руху компонентів суміші
всередині змішувача, існує необхідність створення математичних моделей, які
пов’язують параметри руху частинок із формою та режимами роботи робочих органів
апарату. Висунута у роботі гіпотеза передбачає застосування додаткового
робочого органу. Для визначення його впливу на перебіг процесу змішування
необхідно провести дослідження взаємозв’язків між розмірами, формою та режимами
роботи цього органу та напрямками і швидкостями руху частинок суміші у
змішувачі.
2.1. Дослідження згладжувальної здатності відцентрового змішувача безперервної
дії
Для проведення дослідження однороторного ВЗБД необхідно розглянути його
структуру та рух частинок суміші у ньому.
На рис.2.1 а представлена схема однороторного змішувача та послідовність
проходження частинок через основні зони змішування.
Відповідно до характеру руху частинок змішувач можна поділити на чотири зони
(рис.2.1 б):
зону турбулізатора;
зону повітряного проміжку;
зону ротора;
зону, що обмежена простором між ротором змішувача та його корпусом.
а)
б)
Рис.2.1. Схема однороторного змішувача безперервної дії [125]
Стрілками на рис.2.1 а показано напрямки руху частинок суміші. Всередині ротора
частинки суміші рухаються за спіральними траєкторіями, починаючи з дна ротора.
Зони турбулізатора та ротора можна промоделювати за допомогою аперіодичних
ланок першого порядку [65] W1 та W3, де T1, T3 – коефіцієнти, що визначаються
геометричними параметрами та режимами роботи турбулізатора і ротора,
відповідно.
Характер руху частинок суміші у зонах [70] 2 та 4 можна промоделювати за
допомогою ланок затримки: , , де Т2 та Т4 – коефіцієнти, що визначаються
довжиною траєкторії частинок у цих зонах.
Враховуючи передаточні функції кожної з зон змішувача, отримуємо класичне
диференціальне рівняння, що характеризує концентрацію ключового компонента
Скк(t) на виході змішувача:
(2.1)
де Сдоз – концентрація ключового компонента на виході дозатора.
Рівняння (2.1) характеризує роботу змішувача, враховуючи індивідуальні
параметри кожної з зон змішування. Визначення постійних часу зон передбачає
проведення експериментального дослідження кожної зони окремо, але на характер
руху частинок у зоні суттєво впливають початкові швидкості та напрямки руху
частинок. Зважаючи на те, що одним із головних завдань під час проектування
змішувача є забезпечення максимально хаотичного руху частинок, відтворення
роботи окремої зони змішувача є технічно дуже складною задачею та суттєво
ускладнює визначення постійних часу кожної з зон змішування.
Відомо, що найбільший вклад у процес змішування вносить рух частинок суміші у
зоні робочих органів змішувача, у даному випадку це зона ротора. Тому для
проведення аналітичного дослідження згладжувальної здатності процес змішування
можна промоделювати за спрощеною моделлю, що включає одну аперіодичну ланку
першого порядку:
(2.2)
де Tзм – постійна часу змішувача;
Свих(t) – концентрація компоненту суміші на виході змішувача;
Свх(t) – концентрація компоненту на вході змішувача.
Ця модель включає постійну часу змішувача, що визначається його геометричними
параметрами та режимами роботи. Програму чисельного розв’язку диференціального
рівняння (2.2) наведено у додатку А.
З а
- Київ+380960830922