РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ТА ЗАСОБУ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ ОМС
2.1. Аналіз процесу приготування ОМС
Як зазначалось вище (п.1.1), однією з операцій у технологічному процесі виробництва ОМД, яка суттєво впливає на їх якість, являється приготування ОМС.
Приготування багатокомпонентних ОМС - складний механіко-хімічний процес, в якому механічні процеси змішування (гомонізація), диспергування (диспергуючого змішування) відбуваються одночасно із зміною молекулярних параметрів, з хімічними перетвореннями (формування адгезійного шару - продукту взаємодії мінеральних добрив з органічними звязуючими і одних з одними).
Під змішуванням розуміють процес, в результаті якого компоненти, що перебувають роздільно у початковому стані, після рівномірного розподілення кожного із них у змішувальному об'ємі, утворюють однорідну суміш.
Диспергуюче змішування - процес, в результаті якого проходить зменшення розмірів частинок компонентів, а також відбувається збільшення статистичного безпорядку їх розподілу.
Технологічні лінії з виробництва ОМД потребують засобів, що забезпечують:
* високий ступінь дрібнодисперсності та однорідності суміші, при мінімальних питомих затратах енергії;
* миттєве змішування компонентів ОМС;
* високу продуктивність при порівняно невеликих габаритних розмірах;
* можливість їх застосування для приготування багатокомпонентних сумішей;
* простоту обслуговування і надійність роботи;
* повну механізацію та автоматизацію процесу приготування ОМС.
Із аналізу конструкцій відомих засобів для приготування сумішей, наведеного в п.1.3 слідує, що процес змішування здійснюється двома шляхами: вільним змішуванням (шляхом обертання резервуару, в який завантажені компоненти, що потребують змішування) та змішуванням примусової дії (резервуар перебуває в стані спокою, а процес змішування здійснюється безпосередньо під дією робочого органу).
Згідно з висновками, наведеними Н.І. Наумцем [87], найбільша ефективність згаданого процесу досягається при застосуванні змішувачів примусової дії для змішування дрібнодисперсних матеріалів, а змішувачів вільної дії - для компонентів фракцій більшого розміру. Фракції сапропелю, з усіх складових компонентів ОМС, мають найбільш широкий діапазон розмірів. Результати досліджень гранулометричного складу сапропелю показують (п.4.1), що розмір частинок, які складають 50% матеріалу, d50=1,8, а коефіцієнт неоднорідності становить Кн=5,5. Тому, відповідно до висновків Н.І Наумця, для приготування ОМС, необхідно застосовувати пристрої примусової дії.
Більшість теоретичних досліджень, проведених різними авторами, спрямовані на моделювання процесу приготування суміші, що відбувається безпосередньо у самому пристрої, без урахування при цьому структури вхідного потоку компонентів. У той же час, початкове розміщення компонентів та вихідна орієнтація поверхні їх контакту відносно напрямку руху робочих органів, суттєво впливають на якість процесу приготування суміші, особливо для пристроїв безперервної дії.
Процес змішування супроводжується зростанням поверхні контакту компонентів. Тому, за критерій оптимізації вхідного потоку компонентів можна прийняти площу поверхні їх контакту . Для забезпечення високої якості ОМС, при низькій тривалості та енергоємності процесу приготування суміші, критерій оптимізації повинен задовольняти умову:
.
Оскільки компоненти у засіб для приготування ОМС подаються одночасно безперервним потоком, то виконання умови (2.1) можна досягти тонким нашаруванням компонентів вхідного потоку. Для нашарування компонентів раціональним є застосовування стрічкових транспортерів. Компоненти, після виходу із дозуючих пристроїв, послідовно нашаровуються на стрічку транспортера (рис.2.1). Для сталого об'єму матеріалу площа поверхні контакту компонентів збільшується при зменшенні товщини шару h1.
Вихідна орієнтація поверхні контакту компонентів, відносно напрямку руху робочих органів засобу для приготування суміші, повинна бути такою, щоб при проходженні через пристрій поверхня контакту компонентів збільшувалась максимально.
Вплив початкової орієнтації поверхні контакту компонентів, на інтенсивність процесу змішування, відносно вектора переміщення, відображений на рис. 2.2.
Елементарні об'єми двох компонентів А та Б представлені у вигляді двох прямокутних паралелепіпедів із спільною поверхнею контакту. Для визначення оптимального розміщення поверхні їх контакту розглянемо чистий зсув елементарних об'ємів компонентів А та Б по площадках паралельних площинам ХОУ, УОZ та XOZ. Як характеристикою деформації скористаємося вектором переміщення U(х,у,z), який визначений у всьому об'ємі недеформованого матеріалу. Поверхня контакту збільшується максимально і, відповідно, процес змішування проходить найбільш інтенсивно, якщо вихідна поверхня контакту компонентів орієнтована перпендикулярно до вектора переміщення (рис.2.1а). У випадку, коли поверхня контакту орієнтована паралельно вектору переміщення (рис.2.2 б,в), збільшення поверхні контакту мінімальне, що спричиняє найнижчу інтенсивність процесу змішування.
Із вищевикладеного випливає, що структура вхідного потоку у засіб для приготування суміші ідеальна, коли товщина шару компоненту (де - діаметр частинок, які складають 50% за масою матеріалу), при , а поверхня контакту компонентів - перпендикулярна до напрямку її деформації.
Модель процесу змішування під дією деформацій зсуву чотирьохкомпонентної суміші представлена на рис. 2.3.
Реалізацію цієї моделі можна здійснити засобом, конструкція якого наведена в 3-му розділі (рис. 3.12).
Сформульований підхід до синтезу засобів для приготування ОМС дає підстави стверджувати, що робочі органи повинні забезпечити компонентам деформації зсуву, які забезпечують зменшення початкових розмірів компонентів. Зменшення фракцій компонентів супроводжується процесом вирівнюв