авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение эффективности процесса смешивания при получении комбинированных продуктов в смесительных агрегатах центробежного типа

-- [ Страница 1 ] --
1

На правах рукописи

БОРОДУЛИН ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ В СМЕСИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА 05.18.12 «Процессы и аппараты пищевых производств»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 2013 2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «КемТИПП»).

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Иванец Виталий Николаевич

Официальные оппоненты: Федоренко Борис Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», профессор кафедры «Технологическое оборудование пищевых предприятий» Афанасьев Валерий Андреевич, доктор технических наук, профессор, генеральный директор ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности» Хмелев Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», заместитель директора по научной работе

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж

Защита состоится «25» октября 2013 года в 1000 ч на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г.

Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «_» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Гореликова Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние рынка оборудования пищевой промышленности характеризуется значительным увеличением спроса на машины и аппараты, позволяющие с небольшими энергетическими затратами получать высо кокачественные продукты повышенной ценности (обогащенные витаминами и био логически необходимыми компонентами). В частности, населению необходимо ис пользовать в своем рационе новые комбинированные продукты, позволяющие лик видировать дефицит различных пищевых веществ и микронутриентов. Так как мно гие виды добавок содержатся в основном продукте в небольших количествах (от 1 % и менее), то одной из главных проблем является их равномерное распределение по всему объему. По результатам исследований выявлено, что наиболее перспективны ми для решения этой проблемы являются смесители непрерывного действия (СНД) центробежного типа, которые характеризуются высокой интенсивностью процесса смешивания, за счет направленной организации движения тонких разреженных сло ёв, обеспечивают надежное сглаживание пульсаций входных материалопотоков. В СНД центробежного типа возможно совмещение процессов смешения и дисперги рования, это позволяет получать смеси хорошего качества при большом соотноше нии смешиваемых компонентов и является одним из их основных преимуществ.

В настоящее время в пищевых вузах и НИИ разрабатываются новые технологии получения продуктов питания для различных слоев населения, обогащенных вита минами, минералами и биологическими добавками. Например, актуальна проблема получения многокомпонентных смесей заданного качества в технологии производ ства продуктов и рационов питания для космонавтов, в создании пищевых концен тратов, в том числе для детского, диетического и спортивного питания широкого ас сортимента, сбалансированных по содержанию основных питательных веществ с одновременным сохранением вкусовых достоинств, разработки комплексных пище вых добавок для кондитерских изделий, напитков и молочных продуктов.

Схожую крупную проблему приходится решать в других отраслях промыш ленности, например, в аграрно-промышленном комплексе (производство комбикор мов), в строительной (производство сухих смесей), фармацевтической (производ ство витаминов, таблеток, цементов для лечения остеопорозных позвонков), хими ческой (производство пороха, сухого ракетного топлива). Поэтому разработка эф фективных непрерывно действующих центробежных смесителей нового типа для получения качественных смесей с соотношением компонентов до 1:1000 смеси яв ляется актуальной научной проблемой, имеющей общехозяйственное значение.

Значительный вклад российских и зарубежных учёных, посвященный иссле дованиям в области разработки теории, моделирования и практического смесепри готовления, был сделан: Ю.И. Макаровым, А.А. Александровским, Ф.Г. Ахмадие вым, А.И. Зайцевым, А.В. Каталымовым, В.В. Кафаровым, И.И. Дороховым, В.Н.

Иванцом, Г.Е. Иванец, Б.А. Федосенковым, И.А. Бакиным, С.Р. Джинджихадзе, И.И. Фишером, К.С. Кампбелом, П.В. Данквертсоном, Chen J. L., Harwood C., Muz zio F.J. и рядом других ученных. Однако, несмотря на большой объём исследований смесителей центробежного типа, остаются недостаточно изученными вопросы, ка сающиеся повышения эффективности и интенсивности непрерывных смесеприго товительных процессов;



реализации и математического описания последовательно го разбавления смеси;

изучения скоростей пылевоздушных потоков для создания их направленного движения внутри СНД с целью повышения качества смеси.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научными направления ми ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленно сти», на проведение исследований выделены гранты: Министерства образования РФ Т02-06.7-1238 «Научно-практические основы разработки непрерывнодействующих смесителей центробежного типа с регулируемой инерционностью для получения су хих и увлажненных композиционных материалов», 2003-2004 г.г.;

Грантом Губерна тора Кемеровской области «Разработка непрерывнодействующих смесительных аг регатов центробежного типа для получения комбинированных кормов и продуктов питания», 2007 г. (грантодержатель Д.М. Бородулин);

грант Всероссийского кон курса докладов в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» - «Разработка и исследование непрерывнодействующих смеси тельных агрегатов центробежного типа для получения сухих комбинированных про дуктов», 2007 г. (грантодержатель Д.М. Бородулин);

грант Министерства образо вания и науки РФ 7.2715.2011 «Разработка высокоинтенсивных процессов получения комбинированных продуктов питания с использованием вторичного сырья», 2012 2014 г.г.

Цель работы. Создание эффективных центробежных непрерывнодействую щих смесителей нового типа, на основе использования результатов математического моделирования и экспериментальных исследований влияния различных факторов на процессы смешивания и диспергирования, а также организации направленного дви жения тонких разреженных слоёв и пылевоздушных потоков в рабочем объёме ап парата, позволяющих решить общехозяйственную проблему получения смесей за данного качества.

Задачи исследований.

Математически описать процесс смешивания на основе корреляционного анализа ряда схем с различной организацией движения материальных потоков в цен тробежных смесителях нового поколения.

На основе кибернетического подхода с применением теории автоматическо го управления и дифференциальных уравнений создать математические модели про цесса смешивания в смесительных агрегатах центробежного типа, с учётом динами ческих параметров аппаратов, входящих в их состав.

Теоретически обосновать конструкции СНД центробежного типа нового по коления для получения качественных смесей при соотношении смешиваемых ком понентов до 1:1000, в том числе совмещающие процессы смешения, увлажнения и диспергирования.

Разработать алгоритм расчёта на ЭВМ рациональных динамических и кон струкционных параметров работы СНД на основе частотно-временного анализа, с учётом входных воздействий, оказываемых со стороны дозаторов объёмного типа.

Проверить математические модели смесителей на адекватность реальному процессу.

Разработать и исследовать новые конструкции СНД центробежного типа с целью нахождения их рациональных конструктивных и технологических параметров работы, обеспечивающих стабильность качества готовой продукции. Изучить рас пределение скоростей воздушных потоков в рабочем объёме центробежных смеси телей нового поколения для выявления их степени влияния на качество получаемой смеси. Разработать инженерную методику расчета СНД центробежного типа и агре гата в целом.

Экспериментально подтвердить возможность повышения эффективности центробежных смесителей нового поколения, за счёт совмещения в них процессов смешивания, увлажнения и диспергирования.

Разработать аппаратурное оформление стадий получения сухих или увлаж ненных композиций для ряда отраслей промышленности, с использованием предло женных нами новых конструкций СНД центробежного типа.

Методология и методы исследования. Автором при изучении научных тео рий и разработок в области смешивания и диспергирования сыпучих и увлажнённых материалов обобщены результаты, полученные различными учёными. В качестве объёкта исследования обоснован выбор новых конструкций высокоэффективных СНД центробежного типа. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования, направленные на решение поставленных задач. Исследования проводились путем разработки математических моделей с ис пользованием теории автоматического управления, математической статистики и физического моделирования, позволяющие получать аналитические и численные решения. Изучение процессов смешивания и диспергирования проводилось на раз личных лабораторных стендах, расположенных на площадках действующих произ водств и смесительной лаборатории КемТИППа.

Научная концепция. В основе научного исследования положено многогран ное изучение процесса смешивания, базирующегося на новых теоретических аргу ментах, разработанного математического аппарата и проведённых конструктивных и технологических мероприятий по повышению его эффективности при получении комбинированных продуктов в СНД центробежного типа, позволяющих обеспечить заданное качество смеси.

Научная новизна. Математические модели, полученные на основе корреля ционного анализа влияния топологии материальных потоков на однородность смеси в новых конструкциях СНД центробежного типа. Результаты их моделирования поз воляют оценить степень сглаживания в аппаратах с прямым и обратным рециклами внешних и внутренних контуров, а также провести её расчёт для каждого конкретно го случая, и определить коэффициенты рециркуляции, обеспечивающие заданное качество смеси.

Математические модели в виде систем дифференциальных уравнений, вклю чающие в свой состав информацию о формировании потоковых сигналов в блоках дозирующих устройств, описывающие поведение смесительного агрегата в про странстве состояний.

Результаты исследований конструктивных и технологических параметров, позволяющие повысить эффективность и интенсивность процесса смешивания в но вых смесителях центробежного типа.

Эффективность использования центробежного СНД новой конструкции, рабо тающего по методу последовательного разбавления, при получении смесей с соот ношением исходных компонентов порядка 1:500…1000, по сравнению к двум по следовательно соединенным аппаратам.

Математические модели непрерывнодействующих смесительных агрегатов (на основе кибернетического подхода, с применением теории автоматического управления), включающих в свой состав СНД центробежного типа с прямым и об ратным контурами материальных потоков, и аппарата, работающего по методу по следовательного разбавления, позволяющие прогнозировать качество смеси.

Измерения распределения скоростей воздушных потоков в роторах, состоя щих из одного или нескольких конусов, которые за счёт организации их направлен ного движения способствуют улучшению качества получаемых смесей.

Уравнения регрессии, адекватно описывающие экспериментальные данные позволяют определить рациональные конструктивные и технологические параметры работы центробежных смесителей, а также спрогнозировать качество получаемых смесей.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны и обосно ваны новые конструкции центробежных СНД, обладающие регулируемой инерци онностью, а так же аппараты, совмещающие в себе процессы смешения, диспергиро вания и увлажнения, которые позволяют получать высококачественные смеси при соотношении исходных компонентов в диапазоне от 1:100 до 1:1000.

Применение нового программного «MathCAD» алгоритма расчета численных значений сглаживающей способности и передаточных функций, динамических и конструктивных параметров смесителя, а также входных воздействий, оказываемых со стороны блока объёмных дозирующих устройств, позволяет согласовать частот ные характеристики работы всего смесительного агрегата.

Использование новых конструкций центробежных смесителей в промышлен ности снижает металло- и энергоёмкость почти на 30 %. Техническая новизна пред лагаемых нами центробежных СНД действия защищена девятью патентами РФ на изобретения. Разработано аппаратурное оформление технологических линий, кото рые включают в свой состав новые центробежные СНД для получения: витаминизи рованной муки для хлебобулочных изделий на ООО «Мастер-продукт» (г. Новокуз нецк) с фактическим экономическим эффектом 11222016 руб./год;

йодированной муки на ООО «Кемеровохлеб» (г. Кемерово);

сухой строительной штукатурной смеси М100 на ЗАО «Профикс-Кузбасс» (г. Кемерово);

сухие смеси для посола де ликатесных продуктов из мяса птицы на ОАО «ТД ОТМАШ» (г. Кемерово);

сухих комбинированных завтраков и напитков на ООО НПО «Здоровое питание».

Значимые аспекты диссертации используются при академической подготовке на кафедре процессов и аппаратов пищевых производств бакалавров и магистрантов ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

В диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных ис следований, проведенных самим Бородулиным Д.М., или при его непосредственной деятельности как научного руководителя грантов, хоздоговорных НИР и диссерта ционных работ с 2000 по 2013 годы.

Положения, выносимые на защиту: математическое представление различ ных схем материальных потоков внутри центробежных смесителей на основе корре ляционного анализа;

математические модели непрерывно действующих смеситель ных агрегатов, разработанных с использованием кибернетического подхода и эле ментов теории автоматического управления, позволяющих за счёт согласования ча стотно временных характеристик смесительного агрегата (СА) определить необхо димые степени сглаживания флуктуаций входных материалопотоков;

результаты теоретических и экспериментальных исследований методов повышения интенсивно сти и эффективности процессов смешивания и диспергирования дисперсных материа лов в новых конструкциях СНД центробежного типа и методики их инженерного рас чёта.

Апробация результатов работы. Основные положения, изложенные в дис сертационной работе, были представлены и обсуждены на:

международных научно-технических конференциях (2000-2013 гг.): «Про довольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орёл, 2000);

«Пища. Эко логия, человек» (Москва, 2001);

симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002);

«Совре менные материалы, техника и технология» (Курск, 2011);

«Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012);

«Научный форум» (Москва, 2012);

«Совре менные инновации в науке и технике» (Курск, 2012);

Инновационный конвент:

«Кузбасс: Образование, наука, инновации» (Кемерово, 2012);

Международный науч ный форум «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013);

Междуна родный конкурс научно-исследовательских проектов молодежи «Продовольственная безопасность» (Екатеринбург, 2013);

«European Science and Technology» (Munich – Germany, 2013);

«Science, Technology and Higher Education» (Westwood – Canada, 2013);

XV Международная научно-практическая конференция «Современные про блемы гуманитарных и естественных наук» (Москва, 2013);

всероссийских научно-технических конференциях (2003-2009 гг.): «До стижение науки и практики в деятельности образовательных учреждений» (Юрга, 2003);

«Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 2003);

«Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах» (Кемерово, 2009);

«Но вый этап развития пищевых производств: инновации, технологии, оборудование» (Екатеринбург, 2009);

региональных научных конференциях (2001-2004);

«Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 2001);

«Пищевые технологии» (Казань, 2002, 2003, 2007);

«Наука и практика. Диалоги нового века» (Татарстан, Набережные челны, 2003);

«Молодые ученые Кузбассу» (Кемерово, 2003);

«Новое в технологии инже нерного образования: опыт, проблемы и перспективы» (Кемерово, 2004);

научных конференциях ФГБОУ ВПО «КемТИПП».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 77 работ, в том числе: 2 монографии;

19 журналах, рекомендованных ВАК;

5 депонированных руко писей;

2 работы в зарубежных научных изданиях;

9 патентов РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений;

включает таблицы, 106 рисунков. Основной текст изложен на 270 страницах машинописного текста, приложения – на 54 страницах. Библиографический список включает наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, цель, новизна и практическая значи мость работы, а так же представлена её общая характеристика.

В первой главе представлен анализ состояния смесеприготовительного обору дования, теории и математического моделирования процесса смешивания сыпучих материалов. Рассмотрены условия повышения его эффективности и приведено обос нование выбора в качестве объекта исследования СНД центробежного типа. Сформу лированы основные требования к новым конструкциям центробежных смесителей.

Во второй главе проведён корреляционный анализ разнообразных схем с за данным движением материальных потоков в непрерывнодействующих центробеж ных аппаратах (рисунки 1 и 2) с опережающими, рециркулирующими и пересека ющимися потоками. В качестве примера рассмотрим организацию движения мате риальных потоков в СНД по схеме «В» (рисунок 2), предполагающая разделение входного материального потока на несколько частей с последующим их наложени ем, т.е. осуществляется перемещение материала с двойным опережающим потоком.

Введем следующие обозначения: X0 и KX0() – исходный материал, поступающий в смеситель, и его корреляционная функция;

X I и KXI() – материал, поступающий на i-й конус СНД, и его корреляционная функция, I = 1…n;

XB I и KXBI() – поток материала, выходящий с I го конуса смесителя, и его корреляционная функция, I = 1…n;





XB и KXB() – материал, выходящий из смесителя, и его корреляционная функция;

коэффициент распределения на первой ячейки аппарата;

I коэф фициент опережения, определяет какая часть от общего материалопотока попада ет на I й конус, – коэффициент рециркуляции на I -ом конусе;

I = 1…n;

n – коли чество конусов (ячеек);

интервал корреляции, принимался в диапазоне 0 6 с.

Схема «А» Схема «Б» Х0+XB2 Х2=ХВ1(1-) Диск XB Разделяющий отра жатель XB ХВ Х2(1-) Конус ротора Рисунок 1 – Схемы организации материальных потоков в одноконусных смесителях непрерывного действия центробежного типа.

Схема «В» Схема «Г» X Х0(1-1) 1X 1. Внутренний конус ВНУТРЕННИЙ 1XB КОНУС (1-1)XB Хв1 (1-1)2X 2. Средний конус Х013 Х0(1-)(1-1) 2XB СРЕДНИЙ КОНУС (1-2)XB Хв2 (1-1)(1-2)X 3. Внешний конус Х01(1-3) Х0(1-)(1-1)(1-2) 3XB ВНЕШНИЙ КОНУС XB=(1-3)XB ХВ=Хв Рисунок 2 – Схемы организации материальных потоков в трёх конусных смесителях непрерывного действия центробежного типа.

Материальный баланс и система уравнений, определяющая корреляционные функции потоков, запишутся следующим образом:

X1 = X0(1-1) X2 = (1-)(1 1)2X0+X013+ХВ1 (1) X3 =(1-)(1 1)(1 2)X0+X01(1-3)+XB XB = XB3.

K X 1 2 (1 1 ) 2 K X 0, K X 2 (1 ) 2 1 1 2 2 K X 0 12 3 K X 0 ( ) K XB1, 2 (2) K X 3 (1 ) 1 1 1 2 K X 0 K XB 2, 12 (1 12 )2 K X 0 ( ) 2 K XB K XB3.

Рассмотрим влияние на величину сглаживания флуктуаций входного потока только процессов создания опережающих потоков и рециркуляции, т.е. допустим, что KXBJ() = KXJ(). Тогда система (2) запишется в виде:

K X 1 2 (1 1 )2 K X 0, K X 2 (1 )2 1 1 2 2 K X 0 1212 K X 0 ( ) K X 1, 2 (3) K X 3 (1 ) 1 1 1 2 K X 0 K X 2, 12 (1 12 ) 2 K X 0 ( ) 2 K XB K X 3.

Решив систему (3) относительно KXB(), получим:

KXB() = KX0() (1-2+22-21+41-421+221-221+ +2221-22+42-222+412-812+4212-2212+ +4212-22212+222-42+2222-4122+8122 -42122+21222-42122+22221222-2213+22123). (4) Корреляционная функция стационарного процесса при нулевом интервале корреляции равна дисперсии 2. С учётом этого уравнение (4) представим в сле X дующем виде:

2 = 2 0 (1-2+22-21+41-421+221-221+ XB X +2 1-22+42-222+412-812+4212-2212+ +4212-22212+222-42+2222-4122+8122 -42122+21222-42122+22221222-2213+22123). (5) Используя программно прикладной пакет «Mathematica», расчетным путем были определены значения коэффициентов, соответствующие экстремумам (min) выражения (5). При =0,4;

1=0,3;

2=0,2 и 3=0,1, получим 2 =0,27 2 0, а XB X 2 х0 3,6. Поэтому, с увеличением рециркуляции, дисперсия выходяще S хв го потока понижается, это подтверждает наличие у СНД сглаживающей способно сти.

Проведя подобный анализ оставшихся схем движения материальных пото ков, получим отношение дисперсий на входе и выходе из смесителя.

Для схемы «А»:

(1 ) ХВ Х 0 ( ( 2 2 (1 2 ))).

2 2 (6) 1 (1 ) Для схемы «Б»:

2 2 2 (1 ) ХВ Х 0.

2 (7) 1 Для схемы «Г»:

1 2 1 1 + 2 + 2 = 2 0 1.

(8) XB X 1 2 1 1 Результаты корреляционного анализа рассмотренных схем (таблица 1) пока зывают, что наилучшей сглаживающей способностью обладает смеситель, рабо тающий по схеме «Г» (S=5,6), чем по схеме «А» (S=3,6).

Однако смесители, изготовленные по схемам «А» и «Б», требуют меньше за трат на изготовление и энергообеспечение, их целесообразнее применять для полу чения качественных смесей с соотношением компонентов 1:75 1:125. Смеситель по схеме «Г» больше подходит для смесеприготовления с соотношением исходных ингредиентов 1:100 1:400.

Таблица 1 – Результаты корреляционного анализа разнообразных схем материальных потоков в непрерывных центробежных смесителях Значения коэффици- 0,3 0,4 0,25 0, Схема «А» ентов 0,1 0,15 0,1 0, Результат S 3,2 3,6 3,0 3, Значения коэффици- 0,2 0,25 0,3 0, Схема «Б» ентов 0,8 0,75 0,7 0, Результат S 4,5 3,5 2,8 2, 0,4 0,3 0,4 0, Схема «В» Значения коэффици- 0,3 0,4 0,3 0, ентов 0,2 0,2 0,1 0, 3 0,1 0,1 0,2 0, Результат S 3,6 3,5 3,5 3, Схема «Г» 0,33 0,33 0,33 0, Значения коэффици 2 0,5 0,5 0,5 0, ентов =2 0,05 0,10 0,15 0, 2 = Результат S 3,5 4,1 4,9 5, Рассмотрим комбинированную схему организации движения материальных потоков «Д» (рисунок 3), где входной поток разделяется на три части, с последую щим «попарным» их сложением на верхнем роторе и разбавлением полученной смеси, вновь поступившим входным потоком, на втором роторе (т.е. осуществляет ся метод последовательного разбавления смеси). Материальный баланс для этой схемы запишется следующим образом:

X1 = 1 X X2 = (1 1) 2 X0 + XB X3 = (1 1) (1 2) 3 X0 + XB X4 = (1 1) (1 2) (1-3)Х0+XB Х5= 5 XВ Х6= (1 5) 6 XВ4+XB5. (9) Х7= (1 5) (1 6) XВ4+XB Х8=ХВ7+ХВ ХВ=ХВ8(1-) Решая систему уравнений (9) при помощи пакета программ «Matematica», с учетом того, что KX(0)= 2, а значения коэффициентов: 1=0,25;

2=0,5;

3=0,25;

5=0,5;

X 6=0,25;

=0,15 получим 2 0.1232 0 и S = 8,1. Значения сглаживающей спо ХВ Х собности рассматриваемой схемы с направленным движением материальных пото ков в СНД центробежного типа приведены в таблице 2.

Х Х 1. Внутренний конус (верхний ротор) Хв Х0(1-1) 2. Средний конус (верх ний ротор) Хв Х0(1-1)(1-2) 3. Внешний конус (верхний ротор) Х0(1-1)(1-2)(1-3) Хв 4. Диск нижнего ротора 5Хв4 Хв 5. Внутренний конус (нижний ротор) Хв Хв4(1-5) 6. Средний конус (нижний ротор) Хв4(1-5)(1-6) Хв 7. Внешний конус (нижний ротор) Хв 8. Разгрузочные лопасти Хв Рисунок 3 – Схема движения ХВ=Хв8(1-) материальных потоков «Д».

Таблица 2 – Результаты корреляционного анализа схемы движения материальных потоков в смесителе «Д» Значения коэффициентов Результат 1 2 3 5 6 S 0,25 0,15 0,1 0,5 0,25 0,15 5, 0,5 0,25 0,33 0,5 0,25 0,15 6, 0,25 0,5 0,25 0,5 0,25 0,15 8, 0,33 0,33 0,33 0,5 0,33 0,15 8, Сравнение результатов анализа двух схем СНД «Г» и «Д» показало, что луч шей сглаживающей способностью обладает смеситель, работающий по схеме «Д».

Однако, его применение ограничено и становится выгодным только для смесей с соотношением компонентов от 1:500 до 1:1000.

По результатам корреляционного анализа нами разработано одиннадцать но вых конструкций центробежных СНД (на девять из них получены патенты РФ).

Для учёта влияния усреднения на сглаживающую способность смесителя ис пользуем известный оператор текущего (скользящего) среднего. Тогда корреляци онная и дисперсионная функции, преобразованные по нему, запишутся в следую щем виде:

2Т K) = (1 – t )KX( – t)dt, (10) Т0 T 2Т = 2 (Т – )KX()d. (11) XB T Например, для схемы «В» при =0,4;

1=0,3;

2=0,2;

3=0,1 при условии, что входная функция корреляции запишется следующим образом:

КХ0() = х 0 ехр( ) соs( ), (12) где и – информативнее величины однородности изучаемого случайного процесса (находятся опытным путем).

Дисперсия выходящего усредненного потока равна:

2 2 2 2.

2в x0 (T exp( T ) (13) ) x 2 2 ) T 2 2 ( Для определения её величины используем результаты экспериментов, полу ченных на пищевой соде (таблица 3).

Таблица 3 – Значения функций корреляции Х0 № I 0,057 0,001 -- II 1,01 1,37 -- III 1,05 0,5 -- IV 0,64 0,51 0, В случае, если пищевая сода подается в смеситель порционным дозатором, а сухое молоко – шнековым, то общая функция корреляции входного потока запи шется:

КХ0()=0,64ехр(-0,51||)соs(0,66). (14) Дисперсия усредненного потока, выходящего из смесителя, по выражению (13), будет равна:

. (15) В свою очередь, отношения дисперсий и коэффициентов вариации потоков ( )=3,06 и будут равны соответственно, где ( ) М(х) – средняя величина входящего и выходящего потоков из СНД.

Таким образом, флуктуации входных сигналов в смеситель, описанные в виде сложных непрерывно-гармонических колебаний, достаточно хорошо сгла живаются как с помощью рециркуляции и опережающих потоков, так и за счет их усреднения. За счет общего использования этих процессов дисперсия выходящего потока, с учетом того, что, будет рав = на: 2 =0,088 2 0 при =0,4;

1=0,3;

2=0,2;

3=0,1 (схема «В»);

2 =0,0171 2 хв хв х х при 1=0,33;

2=0,33;

3=0,33 5=0,5;

6=0,33;

=0,15 (схема «Д»). Например, если при дозирования материала, экспериментально найденный коэффициент неодно родности VХ0=4,11%, то по зависимостям VХВ = 0,51VХ0 (Схема «В») и VХВ = 0,15VХ0 (Схема «Д»), получим VХВ = 2,11 % и VХВ = 0,62 % соответственно, что свидетельствует о хорошем качестве получаемой смеси.

Следовательно, разработанная модель процесса смешивания в центробеж ном СНД с направленной организацией движения материальных потоков и учё том усреднения дает возможность определить качество смеси в смесительных ап паратах при различных схемах организации движения потоков.

В третьей главе рассмотрены новые конструкции центробежных смесите лей. На рисунке 4 приведена конструкция одноконусного центробежного СНД.

Его техническая новизна заключается в том, что поверхность конуса имеет волно образную кромку, что способствует появлению дополнительного эффекта смеши вания в пересекающихся потоках и позволяет значительно повысить интенсив ность смешивания без дополнительных затрат энергии.

На рисунке 5 представлен смеситель, техническая новизна которого заклю чается в том, что на внутренней поверхности конуса установлены углообразные турбулизаторы, расположенные под разными углами к оси вращения, на внешней – закреплен рассеивающий диск, а на внутренней поверхности корпуса – перфо рированные направляющие. Вследствие этого достигается увеличение времени пребывания смеси в роторе и улучшение качества конечного продукта.

Рисунок 5 – Центробежный смеситель с Рисунок 4 – Центробежный смеситель с углообразными турбулизаторами волнообразной кромкой ротора 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – загрузочные па (Патент № 2361653) трубки, 4 – подшипниковый узел, 5 – вал, 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – загрузочный 6 – коническое днище, 7 – разгрузочный па патрубок, 4 – подшипниковый узел, трубок, 8 – ротор, 9 – углообразные турбули 5 – вал, 6 – конус с волнообразной кром заторы, 10 – перфорированные направляю кой, 7 – диск ротора.

щие, 11 – рассеивающий диск.

На рисунке 6 изображен общий вид центробежного смесителя диспергатора.

Интенсификация процессов смешивания и диспергирования сыпучих компонентов, содержащих конгломераты, достигается путем многократного разрушения послед них, за счет установки конического и диспергирующих ножей на роторе, что обес печивает равномерную загрузку конусов ротора, и позволяет проводить его на уровне микрообъемов и отдельных частиц.

На рисунке 7 изображены общий вид центробежного смесителя непрерывно го действия, где за счет отражателей, в виде отдельных элементов тора, увеличива ются сглаживающая способность, интенсивность и эффективность протекания про цесса смешения.

Рисунок 7 – Центробежный СНД Рисунок 6 – Центробежный смеситель (Патент № 2455058):

диспергатор (Патент № 2464078):

1 – корпус, 2 – крышка, 3 – загрузочные 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – загрузочные патрубки, 4 – разгрузочный патрубок, патрубки, 4 – разгрузочный патрубок, 5 – подшипниковый узел, 6 – вал, 7 – диск 5 – подшипниковый узел, 6 – вал, ротора, 8 – внутренний конус, 9 – средний 7 – диск ротора, 8 – внутренний конус, конус, 10 – внешний конус, 11 – кониче 9 – средний конус, 10 – внешний конус, ский нож, 12 – диспергирующие ножи, 11 – конический нож, 12 – диспергирую- 13 – разгрузочные лопасти.

щие ножи, 13 – разгрузочные лопасти.

На рисунке 8 представлена конструкция СНД центробежного типа с органи зацией движения опережающих потоков за счёт того, что на направляющем устройстве имеется два ряда отверстий. Увеличение эффективности достигается за счёт наличия над внутренним и средним конусами направляющих колец, позволя ющих направлять сыпучую смесь, сходящую с конуса к основанию следующего.

На рисунке 9 представлен центробежный СНД для приготовления сыпучих смесей с сильно различающейся дисперсностью частиц и с возможностью ввода жидкой фазы. Повышение эффективности процесса достигается вследствие распы ления жидкой фазы в тонкослойный поток сыпучих компонентов и их смешивания в два этапа.

В четвертой главе рассмотрены вопросы математического моделирования смесительных агрегатов (СА) с использованием методов технической кибернети ки и теории автоматического управления. В этом случае СА можно представить в виде системы, с известным движением материальных потоков, подвергаемой Рисунок 8 – Центробежный СНД Рисунок 9 – Центробежный СНД (Патент № 2207186): (Патент № 2191063):

1 – корпус, 2 – направляющее устрой- 1 – цилиндрическая обечайка, 2 – направля ство, 3 и 4 – отверстия, 5 – крышка, ющая воронка, 3 – крышка, 6 – загрузочные патрубки, 7 – днище, 4 – загрузочные патрубки, 5 – патрубок для 8 – разгрузочный патрубок, 9 – вал, подачи жидкой фазы, 6 – днище, 10 – лопасти, 11 – рассеивающий диск, 7 – разгрузочный патрубок, 8 – приёмно 12, 13 и 14 – конуса, 15 – перепускные распределительное устройство, окна, 16 – отражатели. 9 – отверстия распределительного устрой ства, 10, 11 – направляющие полые конуса, 12 – вал, 13 – диск для распыления жидкой фазы, 15 – диск ротора, 16 – разгрузочные лопасти, 18 - внутренний конус, 19 – внешний конус.

определенным внешним воздействиям. На рисунке 10 представлена его функцио нально-структурная схема (ФСС для получения многокомпонентной смеси по ме тоду последовательного разбавления. На схеме обозначены параметры материало потоков в виде мгновенных расходов X(t) и масс веществ Q(t). Для его осуществле ния потоки материалов с массой Qd1(t) и Qd2(t) и концентрацией Xd1(t) и Xd2(t) по даются на суммирующий элемент (СЭ1). Далее суммарный поток с параметрами XdС1(t) и QdС1(t) поступает в СНД2. На СЭ2 подается смесь с массой QM1(t) и концен трацией XМ1(t), выходящая из СНД1, и поток материала, поступающий из спираль ного дозатора Д3 с параметрами Хd3(t) и Qd3(t). В итоге в СНД2 поступает масса ма териала QM1(t)+Qd3(t) с концентрацией XМ1(t)+ Хd3(t), а выходит из него смесь с па раметрами QM2(t) и XМ2(t).

Рисунок 10 – Структурно-функциональная схема исследуемого смесительного агрегата.

Двухступенчатый СА содержит два блока дозаторов, обладающих опреде лёнными импульсно переходными характеристиками (ИПХ) (WДБ1(S) и WДБ2(S)), формирующими сигналы различного вида и работающих параллельно на СЭ1 и СЭ2. Основными элементами схемы являются центробежные СНД с ротором в виде трёх и одного полых усеченных конусов (WСМ1(S) и WСМ2(S)).

Воспользовавшись законами преобразования структурных схем, приведем выходной сигнал смесительного агрегата в операторном виде (WCA(S)):

[ ]. (16) где и - ИПХ первого и второго блоков дозаторов;

и - передаточные функции (ПФ) смесителей первой и второй ступеней.

В первый блок дозаторов входят спиральный и порционный. При формиро вании сигнала спирального дозатора колебания подачи компонента (Xd1(t)) проис ходят по синусоидальному закону со средним значением Хd01 и амплитудой Хdm1 во временной форме:

Х d1 (t ) X do1 X dm1 sin(d1t ). (17) Преобразование Лапласа данного сигнала из временной формы в оператор ную, даёт следующее выражение:

X d 01 X dm1 d W1 ( S ) 2, (18) S d 1 S где Хd01 – величина постоянного расхода дозируемого компонента спираль ным дозатором;

Хdm1, d1 – амплитуда и частота флуктуаций.

При формировании сигнала, типа «прямоугольная волна», порционного доза тора Xd2(t) воспользуемся Фурье – разложением десятого порядка, которое во вре менной области представлено следующей функцией:

10 2k 2k A X d 2 (t ) 02 Ak 2 cos t.

t Bk 2 sin (19) 2 k 1 Td Td Преобразование Лапласа этого сигнала даст следующее выражение:

B d A02 10 Ak 2 S W2 ( S ) ( 2 k22 ), (20) 2S k 1 S d 2 S d 2 где k2=2k/Td2 – частота k-й гармоники порционного дозатора;

Td2 – период его пульсаций;

А02, Аk2, Bk2 – коэффициенты Фурье-разложения сигнала;

k – номер гармоники порционного дозатора.

Тогда, с учетом (17) и (19), суммарный сигнал WДБ1(S) в операторной форме будет равен:

X A S B X A W (S ) ( ). (21) d 01 dm1 d1 02 k2 k2 d S S S ДБ 1 2 2 2 2 2 S 2S k d1 d2 d Во второй блок входит спиральный дозатор. Его сигнал, во временной и опе раторной формах, равен:

Х d 3 (t ) X do3 X dm3 sin(d 3t ) ;

(22) X X W (S ). (23) d 03 dm3 d S 3 2 S d Для количественного анализа функционирования работы СНД их динамиче ские характеристики аппроксимировались апериодическими звеньями первого или второго порядков:

K e K e S S W (S ) W (S ) ;

(24), (25) T S 1 T S T S CM CM 2 1 2 где K – коэффициент передачи (К=1);

и Т1 – постоянные времени (для первого и второго СНД), характеризующие временной интервал, за который кон центрация падает от максимального значения до, практически, нулевого;

T2 – по стоянная времени, характеризующая период достижения максимальной скорости изменения выходной концентрации смеси в переходном режиме с импульсным до зирующим воздействием;

– интервал запаздывания.

Подставив ИПХ всех блоков и ПФ аппаратов, входящих в состав смеситель ного агрегата (21), (23), (24) и (25) в (16), получим:

X A S B X A W ( S ) ( ( )) d 01 dm1 d1 02 k2 k2 d S S S S СА 2 2 2 2 2 2S k d1 d2 d. (26) X K e K e S S X S T S d 03 dm 3 d T S T S 1 S 2 2 2 2 1 d3 Полученная модель описывает про цесс смешивания сыпучих компонентов при последовательном разбавлении смеси.

Для рассмотрения модели в про странстве состояний переведём структур но-функциональную схему (рисунок 10) в блочную структурную (БСС), звенья кото рой заданы в виде ПФ (рисунок 11). БСС отличается от предыдущей тем, что вход ные сигналы блока дозирующих устройств первой и второй ступеней замещены парал лельными виртуальными звеньями, под ключенными к входу соответствующих смесителей.

Полученные передаточные функции Рисунок 11 – Блочно структурная схема (21, 23 и 26) преобразуем в соответствую смесительного агрегата.

щие им дифференциальные уравнения.

X d Рассмотрим первое слагаемое уравнения (21) u (t ), которое является изображе S X d нием функции y1 (t ), т.е. u (t ) Y1 y1. Умножив обе части уравнения на S, с S учётом того, что S Y1 y1, получаем дифференциальное уравнение y1 X do1 u(t ).

Аналогичным образом, преобразовав остальные звенья (слагаемые), получим си стему дифференциальных уравнений (27) в которой y1(t), y2(t), y3(t), y4(t) …. y25(t) – внутренние сигналы, характеризующие работу соответствующих ПФ, находящихся в звеньях БСС. Причём y1(t) и y2(t) составляют в сумме сигнал, формируемый спи ральным, а y3(t), y4(t) …. y23(t) – порционным дозаторами, входящих в первый блок.

Сигналы y25(t) и y26(t) формируют спиральным дозатором второго блока.

y24(t)соответствует сигналу, выходящему из СНД первой ступени, а y(t) – из смеси теля второй ступени или из СА в целом.

Для решения системы (27) понизим порядок дифференциальных уравнений путём замены переменных.

dy1 (t ) X do1 u (t ) dt d y2 (t ) d 1 y2 (t ) X dm1 d 1 u (t ) dt dy3 (t ) A0 u (t ) dt d y4 (t ) 2 y (t ) A u (t ) 1 (t ) x1 (t ) dt 2 d2 4 d y5 (t ) 2 y (t ) B d 2 u (t ) 2 (t ) x2 (t ) dt 2 d2 5 (t ) x (t ) d y6 (t ) 4d 2 y6 (t ) A2 u (t ) dt 2 3. (27) 3 (t ) x4 (t ) d 2 y7 (t ) 4d y7 (t ) 2 B2 d 2 u (t ). (28)................

dt d 2 y8 (t ), 9d 2 y8 (t ) A3 u (t ) ( k 4,25) dt y k ( t ) x2 k 3 ( t ) d y9 (t ) 9d 2 y9 (t ) 3B3 d 2 u (t ) dt y k ( t ) x2 k 2 ( t )....................

....................

..........

...........

.................

d 2 y22 (t ) 100d 2 y22 (t ) A u (t ) dt d y (t ) y26 (t ) x49 (t ) 100d 2 y23 (t ) 10 B10 d 2 u (t ) y (t ) x (t ) dt 50 2 2 d y24 (t ) dy y24 (t ) Km yi T2 T dt dt i d y25 (t ) d 3 y25 (t ) X dm 3 d 3 u (t ) dt dy (t ) X d 03 u (t ) dt dy (t ) T y (t ) Km ( y24 (t ) y25 (t ) y26 (t )) dt Такое преобразование позволило записать систему дифференциальных урав нений (29), описывающих поведение смесительного агрегата с сигналом порцион ного дозатора, имеющим n гармоник разложения Фурье, с начальными условиями.

Необходимо отметить, что сигнал y(t), действующий на выходе из второго СНД центробежного типа, согласно (28), связан с переменной состояния x4n10 (t ) за висимостью: y(t ) x4n10 (t ), которая является уравнением выхода для рассматрива емого смесительного агрегата.

x1 (t ) X d 01 u (t ) x (t ) x (t ) 2 x3 (t ) d 1 x2 (t ) X dm1 d 1 u (t ) x (t ) A0 u (t ) 4 x4 k 1 (t ) x4 k 2 (t ) k 1, n x 4 k 2 (t ) k d 2 x4 k 1 (t ) Ak u (t ) 2 x4 k 3 (t ) x4 k 4 (t ) x4 k 4 (t ) k d 2 x4 k 3 (t ) kBk d 2 u (t ) 2 x (t ) x4 n 6 (t ) 4 n 2n Km x4 n 6 (t ) 2 ( x1 (t ) x2 (t ) x4 (t ) x2 k 3 (t )) T2 k. (29) T 2 x4 n 5 (t ) 1 x4 n 6 (t ) T2 T x (t ) x4 n 8 (t ) 4n x4 n 8 (t ) d 3 x4 n 7 (t ) X dm3 d 3 u (t ) x4 n 9 (t ) X dm3 u (t ) Km x4 n 10 (t ) ( x4 n 5 (t ) x4 n 7 (t ) x4 n 9 (t )) x4 n 10 (t ) T1 T Полученная модель в пространстве состояний (29), включающая в свой со став информацию о формировании потоковых сигналов в блоках дозирующих устройств, позволяет отслеживать их флуктуации параллельно (в течение одной процедуры расчёта) выходному сигналу, прошедшему через первый СНД и отбира емому на выходе из второго смесителя.

Аналогично смоделируем работу СА, включающего в свой состав СНД, ра ботающий по методу последовательного разбавления смеси (рисунок 12). В отли чие от ФСС и БСС (рисунки 10 и 11) исследуемый агрегат состоит из одной ориги нальной конструкции центробежного СНД.

Рисунок 12 – Структурно-функциональная схема исследуемого смесительного агрегата.

Проведя подобный анализ, получим кибернетическую и дифференциальную в пространстве состояний модели смесительного агрегата.

[ ( ) ]. (30) x1 (t ) Xd01 u (t ) x (t ) x (t ) 2 x (t ) 2 x (t ) X dm1 d 1 u (t ) d1 A x4 (t ) 2 u (t ) x4 k 1 (t ) x4 k 2 (t ) ( k 1,10) x4 k 2 (t ) k 2 d 2 x4 k 3 (t ) Ak u (t ) x4 k 3 (t ) x4 k 4 (t ) x4 k 4 (t ) k 2 d 2 x4 k 3 (t ) k Bk d 2 u (t ) x45 (t ) x46 (t ) x (t ) 2 x (t ) X dm 3 d 3 u (t ) 46 d3 x47 (t ) X d 03 u (t ) (31) x (t ) x (t ), 48 Km x49 (t ) 2 ( x1 (t ) x2 (t ) x4 (t ) x2 k 3 (t )) T2 k 1 T 2 x48 (t ) 1 x49 (t ) T T с начальными условиями.

Полученные модели описывают процесс смешивания сыпучих компонентов по методу последовательного разбавления смеси, как с использованием двух по следовательно установленных СНД, так и с одной оригинальной конструкцией.

В пятой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности и интенсивности сме шения сыпучих и увлажненных компонентов.

Повышение эффективности процесса смешивания достигается: 1 - за счет выбора оптимальных режимов работы новых СНД;

2 - модернизации действующих деталей смесителей, как по устройству, так и механизму смешивания исходных компонентов;

3 - организации внутренних рециклов движения потоков в рабочем объеме, позволяющих увеличивать его сглаживающую способность.

Увеличение интенсивности процесса осуществляется за счёт использования аппаратов нового поколения, работающих по методу последовательного разбавле ния смеси при соотношении смешиваемых компонентов от 1:100 до 1:1000 и выше;

совместного осуществления процессов смешивания и диспергирования в одном аппарате;

создания центробежных смесителей с возможностью введения малых ко личеств жидких добавок в смешиваемую массу.

Для проверки предложенного нами технического решения (Пат. №2361653) были проведены эксперименты по определению качества бинарной смеси в зави симости от конфигурации ротора, верхняя часть которого имела прямую или вол нообразную кромки (рис. 4).

В ходе экспериментов использовались следующие основные компоненты:

сухое молоко, сахар-песок, речной песок и мука;

в качестве ключевого – высоко дисперсный ферромагнитный порошок. Частота вращения ротора СНД была при нята равной п = 12.5 с-1. Соотношение смешиваемых компонентов варьировалось в диапазоне С = 1:75 1:125. Результаты эксперимента приведены в таблице 4. Из таблицы видно, что наличие волнообразной кромки у ротора позволяет снизить значения коэффициента неоднородности на 3,5 4 %, во всем диапазоне измене ния концентраций ключевого компонента.

Нами исследована модернизированная конструкция центробежного смесите ля (рис. 5). Был проведен ПФЭ 33, в ходе которого варьировались следующие пара метры: количество углообразных турбулизаторов h в диапазоне (412 шт.), частота Таблица 4 – Зависимость значений коэффициентов неоднородности от конструкции ротора и соотношения смешиваемых компонентов Соот. VC, % Основной компонент смеш. Ротор с пря- Ротор с волнооб смеси ком-в мой кромкой разной кромкой 1:125 16,32 15, Песок речной - ферромаг 1:100 14,27 13, нитный порошок 1:75 10,14 9, 1:125 19,74 18, Сахар - ферромагнитный 1:100 17,96 17, порошок 1:75 14,35 13, 1:125 14,21 13, Сухое молоко - ферро 1:100 13,54 13, магнитный порошок 1:75 12,01 11, 1:125 15,14 14, Мука - ферромагнитный 1:100 12,72 12, порошок 1:75 9,89 9, вращения ротора n – (750950 об/мин), соотношение смешиваемых компонентов C - (1:751:125). Получены следующие уравнения регрессии.

Для смеси соль – манная крупа:

Vc=67,34+83,63C-0,11n-2,99h+0,00006n2+0,14h2, (R2 = 87%). (32) Для смеси сахар – пшено:

Vc= 47,52-760,98C-0,31h-13,7Ch+4781,4C2+0,07h2, (R2 = 89%). (33) Для смеси мука – йод:

Vc= 27,94-447,42C-0,18h-8,06Ch+2811,6C2+0,04h2, (R2 = 89%). (34) Рассмотрим две графические зависимости коэффициента неоднородности от соотношения смешиваемых компонентов и числа углообразных турбулизаторов (рисунок 13). Анализ полученных графических интерпретаций показывает, что ко личество углообразных турбулизаторов h = 12 оказывает наибольшее влияние на коэффициент неоднородности Vс. Смесь лучшего качества получили при частоте вращения ротора 850 об/мин., количестве углообразных турбулизаторов 12 и соот ношении смешиваемых компонентов 1:75.

Нами исследована эффективность работы смесителей, ротор которых состоит из трех конусов и конструктивных элементов, создающих различные варианты направленного движения смеси.

Для проектирования перфорированного направляющего устройства смесите ля (рисунок 8) необходимо определить рациональные значения коэффициента рас пределения по отношению к ширине окон b. Промежуточное изучение показа ло, что для интенсификации смешивания в центробежном смесителе необходимо, чтобы исходный материал разделялся на три части. Первая и вторая через верхние и нижние окна 20 25 % и 30 35 % соответственно, а третья сквозь центральное отверстие 40 50 %. Это может быть достигнуто, если отношение ширины верхних Коэффициент неодно Коэффициент неодно родности, % родности, % Соотношение смеши- Количество углообраз Соотношение смеши- Количество углообраз- ваемых компонентов ных отражателей, шт ваемых компонентов ных отражателей, шт а) б) Рисунок 13 – Зависимость коэффициента неоднородности от соотношения смешиваемых компо нентов и числа углообразных турбулизаторов для смесей:

а) соль – манная крупа;

б) сахар – пшено окон b к длине перемычек между ними h будет в пределах 0,38 0,42, а отношение нижних к h составит 0,8 0,85.

Данное исследование проводилось при фиксированных отношениях b/h и различных частотах вращения распылительного диска. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Эмпирические значения коэффициентов распределения Значения коэффициента распределения, % Отноше n, с-1 Сухое ние b/h Песок Пшено Соль Сахар Манка молоко 11,66 63,4 62,1 63,2 62,8 62,7 63, 0,4 13,33 62,4 63,2 63,1 62,6 62,5 63, 15 62,8 63,1 63,2 63,1 62,9 63, 11,66 67,5 67,8 67,7 67,6 67,5 67, 0,83 13,33 67,3 68,1 67,4 67,9 67,8 67, 15 66,4 67,2 67,5 66,7 67,6 67, Разработанные нами конструкции СНД (рисунки 6 – 9) имеют ротор с тремя полыми усеченными конусами с целью определения рациональных параметров их рабочего органа (ротора) был проведен многофакторный эксперимент. В ходе ко торого изменялись: меж конусное расстояние h от 10 до 35 мм, частота вращения ротора n от 10 до 15 с-1 и угол наклона конусов от 35 до 50 град. Получены урав нения регрессии, описывающие вид и степень влияния изучаемых параметров на коэффициент неоднородности Vc.

Для смеси речной песок – ферромагнитный порошок:

Vc = 249,99+0,64n2-19,68n+0,014h2-3,46h+0,022-1,42. (35) Для смеси сахар – манка:

Vc = 151,3+0,38n2-11,81n+0,008h2-2,02h+0,0112-1,9. (36) Для смеси пшено – поваренная соль:

Vc = 217,3+0,24n2-6,81n+0,025h2-2,25h+0,0512-5,6. (37) Поверхность отклика, описываемая расчетным регрессионным уравнением (36), представлена на рисунке 14.

Анализ данной графической интер претации показывает, что лучшее каче ство смеси достигается при углах 45 град для среднего конуса и 50 град для внут реннего при расстоянии между ними мм, уменьшение которого приводит к значительному увеличению Vc вплоть до 20 %. Исследовалось влияние рециркуля- Рисунок 14 – Поверхность отклика ции и концентрации ключевого компонен- для смеси сахар-манка. та на качество смеси. Рециркуляция на ро торе нового центробежного СНД (Пат. № 2455058), осуществлялась при помощи от ражателей, обеспечивающих возврат части материала внутри конусов.

В качестве основных компонентов использовались: сухое молоко, сахар песок, речной песок, а ключевого – высокодисперсный ферромагнитный порошок, объёмная концентрация которого варьировалась в пределах 0,25 6 %. Экспери менты проводились при п = 12,5 с-1.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что центробежный СНД но вой конструкции при соотношении исходных компонентов 1 : 100 получает смеси хорошего качества. Применение рециркуляции на каждом конусе ротора СНД поз воляет улучшить качество смеси на 3 3,5 %, при любой концентрации (в рамках исследования) ключевого компонента.

В ряде производств возникает потребность получения высококачественных смесей из компонентов, которые в процессе смешения образуют мелкие конгломе раты из однородных частиц. Последние вызывают ухудшение качества смеси. Для решения данной проблемы была разработана оригинальная конструкция смесителя диспергатора (рисунок 6). С целью проверки предложенного нами технического решения (Пат. № 2464078) были проведены исследования его удельных энергети ческих затрат и степени влияния частоты вращения конического ножа и режущих кромок диспергирующих ножей на конечную дисперсность смеси.

В исследованиях использовались: крупа манная, сухое молоко, пшено, пова ренная соль, сахар - песок. Частота вращения конического и диспергирующих но жей изменялась в диапазоне от 6,5 до 14,5 с-1, а скорость подачи материала в смеси тель - диспергатор ограничивалась следующими пределами 300 800 кг/час. Для решения первой задачи определили удельные энергозатраты Эу, численные значе ния которых находились в диапазоне 0,14 0,55 кВт·ч/м3. Анализ полученных дан ных показал, что значения Эу для различных материалов находятся практически ря дом друг с другом и возрастают по мере увеличения частоты вращения ротора. В таблице 6 приведены основные характеристики для оценки эффективности исполь зования смесителя диспергатора и существующих конструкций.

Из таблицы видно, что при одинаковой производительности центробежных СНД, удельные энергозатраты в нового смесителя ниже 1,5 раза.

Таблица 6 – Сравнительные характеристики СНД центробежного типа Удельная материало Эу, Производи Тип смесителя тельность, м /ч Втч/м емкость, тч/м СНД (а.с.1389156) 0,64 0,46 1, СНД (а.с. 1278236) 0,64 0,46 0, СНД (а.с. 1546120) 0,64 0,219 0, СНД новой конструкции 0,64 0,219 0, (Патент № 2464078) Для определения диспергирующей способности нового СНД были замерены средние диаметры частиц исследуемых компонентов d0 (600 1200 мкм) до и после выхода из аппарата d (300 800 мкм). Анализ полученных данных показывает, что дисперсность частиц материала d/d0, при вращении конического и диспергирующих ножей от 9 до 13 с-1 практически не меняется, а при n = 15 20 с-1 достигается уменьшение исходных размеров частиц в 1,2 2 раза.

В случае, когда размеры частиц ключевого компонента по отношению к дру гим отличаются до 40 раз, а их соотношение в смеси составляет 1:400 и более, по следняя при длительном хранении подвергается сегрегации. Для уменьшения этого явления целесообразно предварительное измельчение компонентов смеси, с целью сближения размеров смешиваемых частиц или ввода в смесь небольшого количества жидкости различной вязкости (сиропы, экстракты и т.д.). Нами предложено осу ществлять выше перечисленные процессы в новом аппарате (Пат. № 2191063), обла дающим высоким интенсивным механическим воздействием рабочего органа на ма териал. На данном СНД (рисунок 9), с целью определения влияния на качество смеси соотношения размеров частиц основного и ключевого компонентов D=dО/dК, коли чества вносимой влаги C, % и её вязкости µ, мПас, спланирован и реализован пол ный факторный эксперимент. В качестве ключевых компонентов использовались ви тамины (А, D3, В1, В2, В3, В5, В12), входящие в смесь в меньшем количестве.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что исследуемый СНД полу чает смеси хорошего качества при D = 10, количестве вносимой влаги C = 4 % и её вязкости, варьируемой от 40 до 70, мПас, поскольку Vc не превышал 6 7 %. В остальных случаях качество смеси можно считать удовлетворительным (Vc = 8 %). Уравнение регрессии, отражающее степень воздействия выбранных параметров на качество смеси имеет вид:

Vc=-118,94-1,473C-0,19D-0,016µ+0,095CD+ +0,006Cµ+1,43C2+0,075D2+0,032µ2. (38) Для сравнения эффективности работы смесительного оборудования были ис пользованы два центробежных смесителя: первый - СНД с организацией движения опережающих потоков смеси на каждом конусе (рисунок 8);

второй СНД для приго товления сыпучих смесей с небольшими добавками жидкости (рисунок 9).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что центробежные СНД по лучают смеси хорошего качества при соотношении компонентов до 1 : 100, посколь ку значение коэффициента Vc смеси при этом не превышало 67%. При соотно шении же компонентов в диапазоне 1 : 100 1 : 400 качество смеси было удовлетво рительным (Vc 910 %). Добавление в смесь небольшого количества влаги 4 % с вязкостью 50 мПас, позволило на втором смесителе получить смесь лучшего каче ства по отношению к первому на 1,8 2,2 %.

Для получения качественных смесей с соотношением компонентов порядка 1:500…1000 разработаны два смесительных агрегата (СА). Первый (рисунок10) вклю чает в свой состав два последовательно соединенных смесителя (рисунки 8 и 5). Вто рой (рисунок 12) оригинальную конструкцию СНД (Пат. № 2207901), работающую по методу последовательного разбавления смеси. С целью определения эффективности их работы проведены эксперименты по определению качества смеси в зависимости от соотношения смешиваемых компонентов 1:600 1:1000 и частоты вращения ротора 10 15 с-1. Результаты представлены в виде гистограммы (рисунок 15), из которой видно, что использование смесителя новой конструкции позволяет улуч шить качество смесей на 8 10 %.

Это свидетельствует о его преиму ществах по сравнению с агрегатом, состоящим из двух последовательно соединенных аппаратов. В целом можно отметить, что СНД, работаю щий по методу последовательного разбавления смеси, позволяет полу чать смеси удовлетворительного ка чества во всем диапазоне исследуе- Рисунок 15 – Сравнительная оценка качества смесей, мых факторов (Vc = 7 12%). полученных на двух последовательно работающих Нами получено универсальное СНД и СНД новой конструкции: смесь сахар манная крупа С-М;

смесь пшено поваренная соль П-ПС;

регрессионное уравнение, описыва смесь сухое молоко аскорбиновая кислота СМ-АК;

ющее влияние технологических и смесь мука пшеничная аскорбиновая кислота МП-АК.

режимных параметров СНД на каче ство приготавливаемых смесей.

Vc = 0,004n2+12,3cn+347944c2+6814,7-97225c-2,13n, (R2 = 94 %). (39) Оценка эффективности двух СА представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Основные характеристики СНД центробежного типа Удельная ма- Удельные Произво териалоём- энергозатраты, Тип смесителя дитель ность, м /ч кВтч/м кость, тч/м Новый СНД Пат. № 2207901 0,64 0,39 0, Два последовательно соединен ных СНД Пат. № № 2207186, 0,64 0,51 1, 2361653 (рис. 8 и 5) Из таблицы видно, что при равной производительности удельные энергоза траты нового смесителя ниже на 30 %.

В шестой главе приводятся результаты идентификации параметров математи ческих моделей смесительных агрегатов. Проведено исследование первого СА (рис.

10), работа которого осуществлялась при частоте вращения роторов СНД равной 10 с-1. С помощью программы «MathCAD» определили отношение амплитуд входного и выходного сигналов на первой ступени СА, представленные на рисунке 16.

Для примера, подробно произведём расчёт сглаживающей способности S () СНД при n = 10 с-1. Вычислим амплитуду выходного сигнала из смесителя по формуле:

. (39) Далее находим:, а по ней рассчитываем сглажи вающую способность СНД:. (40) Y(t), 1 2.4 Y(t), 7. Х(t), 1 2.3 Х(t), 7.4 1 2.3 г/сек г/сек 7. Z 46 j 1 2.3 6.8 j 1 2.2 Z 6.5 1 2.2 ( su mma_ sme s1 _s d2) ( su mma_ p d_ sd 1 j6. ) j 1 2.1 5.9 1 2.1 5.6 1 2.1 5.3 1 2.0 5 1 2.0 60 65 70 75 30 32 34 36 38 Z 1 j t, сек t, сек Z t j Рисунок 17 – Отклик системы на входной Рисунок 16 – Отклик системы на t сигнал первого СНД и второго блока до входной сигнал первого блока дозато заторов: отношение амплитуд входного ров: отношение амплитуд входного ( ) и выходного (_) сигналов.

( ) и выходного (_) сигналов.

Аналогичным образом определяли сглаживающую способность смесителя (рисунок 8) при частоте вращения ротора 12,5 и 15 с-1, полученные результаты све дены в таблицу 8.

Таблица 8 – Сглаживающая способность смесителя первой ступени n, с- 10 1,202 0,07 95, 12,5 1,202 0,057 118, 15 1,202 0,058 116, Далее на выходной сигнал из СНД первой ступени накладывается сигнал второго блока дозаторов, в результате этого его амплитуда и численное значение импульсной переходной характеристики (СНД первой ступени и блока дозатора второй ступени) увеличиваются. На рис. 17 приведено отношение амплитуд вход ного и выходного сигналов, полученных на втором СНД (рис. 5).

СНД центробежного типа второй ступени является конечным звеном, следо вательно, его выходящий сигнал y(t) можно считать выходным импульсом всего исследуемого СА.

Для дальнейшего анализа произведём расчёт S () СНД второй ступени при n = 10 с-1. Для этого вычислим амплитуду выходного сигнала из смесителя по фор муле:. Далее находим:

и.

Сглаживающая способность смесителя второй ступени и его ПФ на частотах вращения ротора 12,5 и 15 с-1, сведены в таблицу 9.

Таблица 9 – Сглаживающая способность смесителя второй ступени Первый смеситель и Второй смеситель или СА второй блок дозаторов n, с- 10 0,189 0,075 162, 12,5 0,187 0,109 111, 15 0,182 0,109 111, Аналогичным образом проводили анализ второго СА (рисунок 13). Получен ные результаты представлены в таблице 10.

Таблица 10 – Сглаживающая способность смесителя n, с- 10 1,46 0,014 12,5 1,46 0,01 15 1,46 0,012 При помощи графиков (рисунок 18) сравним значения сглаживающей способ ности смесителя, работающего по методу последовательного разбавления смеси (штриховая линия), и двух последователь но установленных аппаратов (сплошная линия) при получении различных смесей.

Из графика видно, что на всех ис следуемых смесях СНД (Пат. № 2207901), работающий по методу последовательного Рисунок 18 – Значения сглаживающей способ разбавления смеси (входящий в состав вто- ности смесителей.

рого СА), во всем диапазоне частот враще ния ротора, сглаживает пульсации входных материальных потоков в два раза лучше по отношению к двум последовательно установленным центробежным аппаратам.

Результаты исследования сглаживающей способности SЭ нового СНД сопо ставили с их расчетными значениями, полученными по разработанной математиче ской модели SМ (31). Затем, для всех исследуемых смесей оценили относительную погрешность, % теоретических и экспериментальных данных, значения которой представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Сопоставление теоретических и экспериментальных данных сглажи вающей способности нового СНД n, с-1 n, с-, %, % SМ SЭ SМ SЭ Смесь сахар – пшено Смесь соль – крупа манная 10 2654 5,46 10 1326 2, 2509 12,5 3275 8,36 12,5 2385 9, 3001 15 2334 7,28 15 4762 4, 2504 Смесь мука в/с – йодид калия Смесь речной песок – ферромагнитный 10 873 3,09 10 1668 5, 900 порошок 12,5 1178 3,90 12,5 1897 4, 1224 15 957 4,59 15 2128 4, 1001 Из таблицы видно, что адекватность теоретических и экспериментальных данных составила в среднем 5,34 %.

В седьмой главе приводятся результаты опытов по определению направле ния составляющих скорости воздушного потока внутри рабочей камеры смесителя при различных частотах вращения и конструкциях ротора.

На частицы смешиваемых компонентов, наряду с центробежной, действует еще и сила аэродинамического сопротивления воздуха, которая вовлекает их в дви жение, образуя сильные пылегазовые потоки. Это явление в итоге приводит к нару шению предусмотренных в конструкции аппарата направлений движения материа лопотоков и другим нежелательным эффектам, например, к сегрегации получаемой смеси, ключевой компонент которой содержит частицы порядка (80200 мкм).

При вращении ротора, вследствие сил трения, начинает свое движение по граничный слой воздуха, который под действием сил инерции движется от его цен тра к периферии. Скорость движения воздуха можно разложить на три составляю щие: окружную Wок, радиальную Wр, и осевую Wос.

В исследованиях по определению значений составляющих скорости воз душного потока были использованы конуса различных модификаций. Замеры про водили при частотах вращения ротора: 10 и 24 с-1 в точках, показанных на рисунке 19. Максимальное значение окружной составляющей скорости на конусе с углооб разными турбулизаторами получено при частоте вращения ротора 10 с-1. Она боль ше на 20%, 2% и 10 %, соответственно, по отношению к Wос измеренной на моди фикациях (а), (б) и (в). При частоте вращения ротора 24 с 1 максимальное значение Wос достигается при использовании модификации ротора (г). Её скорость больше на 12 %, 8% и 7% по отношению к Wос замеренной на модификациях (а), (б) и (в).

Радиальная составляющая скорости воздушного потока на частоте вращения а б в г Рисунок 19 – Модификации конусов:

а) конус с пропускными окнами и лопастями;

б) конус с пропускными окнами;

в) конус с про пускными окнами и волнообразной верхней кромкой;

г) конус с углообразными турбулизатора ми.

- ротора 10 с на конусе с углообразными турбулизаторами больше на 3 %, 1% и 17%, чем Wр измеренные на модификациях (а), (б) и (в). При частоте вращения ро тора 24 с 1 Wр достигает максимального значения на гладком конусе с углообраз ными турбулизаторами. Она больше на 20%, 13% и 16% по отношению к скоро стям воздушных потоков в радиальном направлении на модификациях ротора (а), (б) и (в), соответственно.

При достижении значений окружной составляющей скорости в диапазоне 0, 1 м/с, наблюдается частичное вовлечение высокодисперсных компонентов в воз душное пространство над рабочей камерой. Дальнейшее её увеличение до 3,5 м/с приводит к тангенциальному движению пылевоздушных потоков (с диаметрами частиц 80 120 мкм) над ротором СНД и возникновению процесса сегрегации, снижающей эффективность смешивания. Особенно ярко эта картина наблюдается на модификации ротора в виде конуса с углообразными турбулизаторами, которые со здают дополнительный вентиляционный эффект, усиливающий скорость пылевоз душных потоков. Поэтому для его устранения и увеличения эффективности смеши вания целесообразно установить направляющие или отражательные элементы, спо собствующие направлению высокодисперсных компонентов к основанию ротора.

Результаты экспериментов показали, что самые низкие величины составляю щих скорости воздушных потоков приходятся на центр ротора. Экспериментально установлено, что в центре ротора образуется застойная зона. Для её устранения нами предложено: выполнить основание ротора в виде диска, с концентрично уста новленным полым конусом, обращенным вершиной вверх;

установить над конусом осевой вентилятор (Пат. РФ № 2216391) или отражатель с торообразной поверхно стью (Пат. РФ № 2200055), либо конусный диффузор, направляющий турбулент ные вихревые потоки к основанию ротора. Данные конструктивные решения поз воляют организовать направленное движение высокодисперсных пылегазовых ма териалопотоков в рабочей камере новых смесителей и снизить Vc на 2,5 4,3 %.

В восьмой главе рассмотрены примеры реализации новых конструкций эф фективных СНД центробежного типа в различных технологических схемах пред приятий Кузбасса, при производстве витаминизированной и йодированной мучных смесей, сухих посолочных композиций, строительных штукатурных смесей, сухих комбинированных завтраков и напитков. Представлен расчёт экономической прибы ли при организации собственного производства витаминизированной муки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. На основе проведенного литературно-патентного анализа определены пу ти интенсификации процесса смесеобразования в СНД центробежного типа, сфор мулирована научная концепция работы, направленная на повышение эффективно сти процесса смешения в тонкослойных разреженных потоках при получении в них комбинированных продуктов.

2. Получены математические модели процесса смешивания сыпучих мате риалов с использованием элементов теории вероятности и статистики, а также эле ментов моделей усреднения. Проведён корреляционный анализ различных схем ор ганизации движения материальных потоков в центробежных СНД. Полученные модели позволяют оценить степень сглаживания аппаратов с прямым и обратным рециклами внешних и внутренних контуров, провести её расчёт для каждого кон кретного случая и определить коэффициенты рециркуляции, обеспечивающие за данное качество смеси. На основе сравнения основных характеристик корреляци онного анализа были подобраны одиннадцать рациональных схем с целью их даль нейшего конструктивного воплощения. Установлено, что рециркуляция, процесс усреднения, разделение потоков на несколько частей, с последующим их много кратным пересечением, улучшает качество смеси и повышает инерционные харак теристики предложенных СНД.

3. Разработаны новые конструкции центробежных СНД, способные решать общехозяйственную проблему получения высококачественных сухих и увлажнён ных комбинированных продуктов за счёт направленной организации движения ма териальных потоков и совмещения в одном аппарате процессов смешивания, дис пергирования и увлажнения. Их техническая новизна защищена девятью патентами РФ и двумя положительными решениями на их выдачу.

4. На основе кибернетического подхода и теории автоматического управле ния разработаны математические модели новых непрерывнодействующих смеси тельных агрегатов центробежного типа, в том числе работающих по методу после довательного разбавления смеси, при соотношении её компонентов 1:1000. Полу ченные модели позволяют за счёт согласования частотно временных характеристик СА определить необходимые степени сглаживания флуктуаций входных материа лопотоков центробежными смесителями нового типа.

5. Полученные математические модели в виде систем дифференциальных уравнений, включающие в свой состав информацию о формировании потоковых сигналов в блоках дозирующих устройств, позволяют отслеживать их флуктуации параллельно выходному сигналу, прошедшему через СНД и отбираемому на его выходе с учётом динамических параметров смесеприготовительных аппаратов.

6. Исследовано влияние конструктивных факторов на процесс смешивания в центробежных СНД, имеющих ротор в виде одного или нескольких конусов.

Наличие волнообразной кромки конуса ротора приводит к снижению значения ко эффициента неоднородности на 3,5 4 % во всем диапазоне изменения концен траций ключевого компонента. Установка 12 углообразных отражателей увеличи вает качество смеси в два раза при частоте вращения ротора 850 об/мин. и соотно шении смешиваемых компонентов 1:75. При получении смесей заданного качества, с соотношением смешиваемых компонентов в диапазоне 1: 100 1: 400, рекомен дуется использовать ротор СНД, состоящий из трех конусов, с углами конусности 45 град для среднего конуса и 50 град для внутреннего, с расстоянием между ними 15 мм. Наличие направляющих или отражательных элементов увеличивает сте пень рециркуляции материалопотоков, снижая значения коэффициента неоднород ности на 2 2,5 %. Рассчитанные уравнения регрессии позволяют выявить рацио нальные конструктивные и динамические параметры работы новых смесителей.

7. Изучено совместное влияние процессов диспергирования, увлажнения и смешивания в одном аппарате. Установлено, что при рациональных режимах рабо ты в центробежных смесителях, имеющих на основании ротора диспергирующие ножи и режущие кромки на конусах, достигается в случае необходимости умень шение исходных размеров частиц. Выявлено, что в центробежных СНД, при соот ношении смешиваемых компонентов в диапазоне 1 : 100 1 : 400, добавление в ис ходную смесь небольшого количества влаги 3 4 % с вязкостью 50 мПас позво ляет улучшить её Vc на 1,8 2,2 %.

8. Анализ эффективности процесса смесеприготовления по методу последо вательного разбавления смеси при соотношении исходных компонентов порядка 1:500…1000, показал, что новая оригинальная конструкция СНД, по сравнению с двумя последовательно соединенными аппаратами, позволяет улучшить качество получаемой смеси на 8 10 % при снижении энергозатрат на 30 %.

9. Результаты частотного и временного методов анализа ПФ СА показали, что в них возможно сглаживание пульсаций входных потоков в диапазоне от 50 до 2600 раз, позволяющее улучшить качество смеси за счёт последовательного про хождения большего количества конусов.

10. Определены значения составляющих скорости воздушного потока внутри рабочей камеры центробежного смесителя при различных частотах его вращения и конструкциях ротора. Выявлено, что для увеличения осевой составляющей скоро сти воздушного потока в центре ротора необходимо установить над конусом осевой вентилятор (Пат. РФ № 2216391) или отражатель с торообразной поверхностью (Пат. РФ № 2200055), либо конусный диффузор, направляющий турбулентные вихревые потоки к основанию ротора. Данные конструктивные решения способ ствуют организации направленного движения высокодисперсных пылевоздушных потоков в рабочей камере новых смесителей. В результате этого качество получае мых в них смесей увеличивается на 2,5 4,3 %.

11. Центробежные смесители непрерывного действия (защищенные па тентами РФ №№ 2207186, 2207901, 23616553, 2455058) прошли успешные про мышленные испытания, и рекомендованы для использования при аппаратурном оформлении стадий смешивания в технологических схемах получения следующих сухих комбинированных продуктов: витаминизированной муки для хлебобулочных изделий на ООО «Мастер-продукт» (г. Новокузнецк);

йодированной муки на ООО «Кемеровохлеб» (г. Кемерово);

сухой строительной штукатурной смеси М100 на ЗАО «Профикс-Кузбасс» (г. Кемерово);

сухие смеси для посола деликатесных про дуктов из мяса птицы на ОАО «ТД ОТМАШ» (г. Кемерово);

сухие комбинирован ные завтраки и напитки на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово). Ожидае мая прибыль от внедрения смесителя для получения витаминизированной муки со ставил 11222016 руб./год, при её себестоимости 38,75 руб. за 1кг (цены 2011г.).

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ Монографии:

1. Бородулин, Д.М. Развитие смесительного оборудования центробежного типа для получения сухих и увлажненных комбинированных продуктов: монография /Д.М.

Бородулин, В.Н. Иванец. – Кемерово, 2012. – 178 с.

2. Бородулин, Д.М. Разработка и математическое моделирование непрерывно действующих смесительных агрегатов центробежного типа для переработки сыпучих ма териалов. Обобщенная теория и анализ (кибернетический подход): монография / Д.М. Бо родулин. – Кемерово, 2013. – 207 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

3. Иванец, В.Н. Новые конструкции центробежных смесителей непрерывного дей ствия для переработки дисперсных материалов / В.Н. Иванец, И.А. Бакин, Д.М. Бороду лин // Известия вузов «Пищевая технология». – 2003. – № 4. – С. 94-97.

4. Иванец, В.Н. Анализ работы центробежных смесителей непрерывного действия на основе математических моделей /В.Н. Иванец, И.А. Бакин, Д.М. Бородулин // Хране ние и переработка сельхозсырья. – 2003. – № 5. – С. 75–77.

5. Иванец, В.Н. Определение рациональных конструктивных параметров ротора смесителя непрерывного действия центробежного типа / В.Н. Иванец, Д.М. Бородулин, А.Н. Жуков, А.С. Волков // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2003. – № 9. – С. 77–78.

6. Иванец, В.Н. Разработка новых конструкций центробежных смесителей непрерыв ного действия для получения сухих комбинированных продуктов / В.Н. Иванец, С.А. Ратни ков, Д.М. Бородулин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2003. – № 9. – С. 81–82.

7. Иванец, В.Н. Анализ частотно-временных характеристик смесителя непрерывно го действия центробежного типа / В.Н. Иванец, А. Н. Жуков, Д.М. Бородулин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2004. – № 2.– С. 52–54.

8. Ратников, С.А. Прогнозирование качества смешивания компонентов при полу чении сыпучих комбинированных продуктов / С.А. Ратников, Д.М. Бородулин, С.В.

Аверкин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2005. – № 9. – С. 61–62.

9. Бородулин, Д.М. Анализ работы смесителя центробежного типа для получения мно гокомпонентных сыпучих композиций методом последовательного разбавления / Д.М. Боро дулин, С.А. Ратников // Химическая промышленность сегодня. – 2007. – № 1. – С. 33–34.

Бородулин, Д. М. Влияние жидкости и гранулометрического состава на 10.

процесс смешивания комбинированных кормов в смесителе непрерывного действия / Д.М. Бородулин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2008. – № 11. – С. 53–55.

Бородулин, Д. М. Прогнозирование сглаживающей способности центро 11.

бежного смесителя на основе корреляционного анализа / Д.М. Бородулин, А.А. Андрюш ков // Техника и технология пищевых производств. – 2009. – № 4. – С. 39–42.

12. Бородулин Д. М. Определение рабочих параметров перфорированных конусов центробежного смесителя / Д.М. Бородулин, С.А. Ратников // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2009. – № 6. – С. 73–75.

13. Иванец, В.Н. Тенденции развития смесительного оборудования непрерывного действия центробежного типа / В.Н. Иванец, Д.М. Бородулин, А.А. Андрюшков // Техни ка и технология пищевых производств. – 2011. – № 1. – С. 67–71.

14. Бородулин, Д.М. Исследование функционирования центробежного смесителя непрерывного действия методом множественного регрессионного анализа / Д.М. Бороду лин, А.Б. Шушпанников, Л.А. Войтикова // Техника и технология пищевых производств. – 2012. – № 1. – С. 98–103.

15. Иванец, В.Н. Анализ работы смесителей непрерывного действия центробежно го типа на основе корреляционного подхода / В.Н. Иванец, Д.М. Бородулин, А.А. Ан дрюшков // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 8. – С. 23–26.

16. Бородулин, Д.М. Применение смесителя непрерывного действия для витами низации муки / Д.М. Бородулин, О.В. Салищева, А.А. Андрюшков // Хранение и перера ботка сельхозсырья. – 2012. – № 9. – С. 58–61.

17. Бородулин, Д.М. Методы интенсификации процесса смешивания дисперсных материалов в непрерывнодействующем смесителе центробежного типа / Д.М. Бородулин // Техника и технология пищевых производств. – 2012. – № 4. – С. 81–88.

18. Иванец, В.Н. Исследование направления и скорости воздушных потоков в ра бочей камере центробежного смесителя / В. Н. Иванец, Д.М. Бородулин, Д.В. Сухоруков // Техника и технология пищевых производств. – 2013. – № 1. – С. 71–74.

19. Бородулин, Д.М. Исследование работы смесительного агрегата, состоящего из двух последовательно установленных центробежных СНД, для получения смеси с соот ношением смешиваемых компонентов 1:1000 методом последовательного разбавления / Д.М. Бородулин, А.И. Саблинский, Д.В. Сухоруков, А.А. Андрюшков // Вестник Крас ГАУ. – 2013. – № 5. – С. 210–217.

20. Шушпанников, А.Б. Особенности конструкций подъёмных винтовых вибрацион ных смесителей непрерывного действия / А.Б. Шушпанников, Д.М. Бородулин, С.В. Злобин, С.Ю. Рокосов // Техника и технология пищевых производств. – 2013. – № 2. – С. 102-107.

21. Харитонов, В.Д. Моделирование смесительного агрегата центробежного типа на основе кибернетического подхода / В.Д. Харитонов, Д.М. Бородулин, Д.В. Сухоруков, С.С. Комаров // Молочная промышленность. – 2013. – № 7. – С. 78-80.

Депонированные научные работы:

22. Бакин, И.А. Математический анализ работы центробежного смесительного аг регата на основе кибернетического подхода / И.А. Бакин, Д.М. Бородулин, А.И. Саблин ский. – М., 2002. – Деп. в ВИНИТИ В2002, № 17.

23. Бакин, И.А. Использование случайных марковских процессов при моделирова нии смешивания в конусных смесителях / И.А. Бакин, А.И. Саблинский, Д.М. Бородулин.

– М., 2002. – Деп. в ВИНИТИ В2002, № 18.

24. Бакин, И.А. Реализация метода направленной организации пылегазовых пото ков в процессе смешивания сыпучих материалов / И.А. Бакин, Д.М. Бородулин, А.С.

Волков. – М., 2004. – Деп. в ВИНИТИ В2004, № 601.

25. Ратников, С.А., Бородулин Д.М., Аверкин С.В., Наумов Д.В. Математическое описание процессов смешивания дисперсных материалов в смесителях центробежного типа с использованием корреляционного анализа / Д.М. Бородулин, С.А. Ратников, С.В.

Аверкин, Д.В. Наумов. – М., 2004. – Деп. в ВИНИТИ В2004, № 817.

26. Бородулин, Д.М. Определение рациональных рабочих параметров центробеж ного смесителя с перфорированными конусами / Д.М. Бородулин. – М., 207. Деп. в ВИ НИТИ В2007, № 100.

Работы, опубликованные в материалах международных конференций:

27. Иванец, Г.Е. Разработка и исследование центробежного смесителя с прямым рециклом / Иванец Г.Е., Ратников С.А., Д.М. Бородулин // Продовольственный рынок и проблемы здорового питания: материалы III международной научно-практ. конференции.

– Орел, 2000. – С. 355-357.

Бородулин, Д.М. Определение сглаживающей способности смесителя не 28.

прерывного действия на основе корреляционного анализа / Д.М. Бородулин, А.И. Саб линский, В.П. Зверев // Пища. Экология, человек: Материалы 4ой международной научно технической конференции. – Москва, 2001. – С. 263.

29. Бородулин, Д.М. Изучение влияния соотношения смешиваемых компонентов и рециркуляции на качество получаемой смеси / Д.М. Бородулин // Федеральный и реги ональный аспекты государственной политики в области здорового питания: тез. междуна род. симпозиума. – Кемерово, 2002. – С. 88.

30. Бакин, И.А. Определение рациональных конструктивных и режимных парамет ров работы смесителя непрерывного действия центробежного типа / И.А. Бакин, Д.М. Бо родулин, С.В. Аверкин, А.С. Волков // Федеральный и региональный аспекты государ ственной политики в области здорового питания: тез. международ. симпозиума. – Кемеро во, 2002. – С. 242-244.

31. Бородулин, Д.М. Исследование новой конструкции центробежного смесителя на основе множественного регрессионного анализа / Д.М. Бородулин, Л.А. Войтикова // Современные материалы, техника и технология. Материалы Международной научно практической конференции. – Курск, 2011. – С. 48-51.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.