Разработка процесса прессового гранулирования мелкодисперсных сред на примере минеральных порошков и древесных отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Булатов, Илья Анатольевич

• Булатов, Илья Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Булатов, Илья Анатольевич

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса переработки, использования и гранулирования мелкодисперсных порошковых материалов и отходов

1.1. Способы использования микроталька, оксида титана и опилок в качестве адсорбентов и наполнителей

1.2.Состояние вопроса по процессам переработки древесных отходов в топливные брикеты

1.3.Методы и оборудование для гранулирования мелкодисперсных зернистых сред прессованием, компактированием и экструзией

1.4.Методы расчета силовых параметров процессов компактирования на валках с гладкой поверхностью и прокатки через фильеру мелкодисперсных сред

1.4.1. Методы расчета силовых параметров процесса компактирования на валках с гладкой поверхностью

1.4.2. Методы расчета силовых параметров при прокатке через фильеру

1.5.Особенности реологических свойств и деформирования гранулируемых систем

Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

Глава 2. Теоретическо-экспериментальное исследование процесса гранулирования минеральных порошков и опилок с учетом реологических свойств дисперсных сред

2.1. Анализ напряженного состояния в очаге деформаций

2.1.1. Расчет параметров напряженного состояния в очаге деформации валкового пресса

2.1.2. Расчет параметров напряженного состояния в очаге деформации роторного пресса с плоской матрицей

2.2.Особенности движения гранулируемых продуктов по формующему каналу с переменной геометрией и условия моделирования технологических и конструктивных параметров роторного гранулятора

2.3.Лабораторные установки и методики проведения экспериментов

2.3.1. Установки и методики для определения пластической прочности, деформационно-прочностных характеристик и коэффициента бокового давления мелкодисперсных сред

2.3.2. Описание установок для проведения компрессионных испытаний и прокатки на валковом прессе

2.3.3. Описание установки для исследования процесса проходного прессования с тепловой пластификацией

Выводы по главе 2

Глава 3. Результаты исследований структурно-деформационных свойств гранулируемых продуктов и процесса гранулирования минеральных порошков и опилок

3.1.Исследование кинетики и механизма структурообразования гранул по величине пластической прочности на стадиях подготовки и грануляции дисперсных сред

3.2.Результаты по исследованию коэффициента бокового давления для сред с регулируемыми реологическими свойствами

3.3.Результаты исследований грануляции микроталька и оксида титана при прессовании в закрытой матрице и на валковом прессе

3.4.Результаты исследований деформационно-прочностных характеристик мелкодисперсных материалов

3.5.Результаты исследования процесса проходного прессования с изменением реологических свойств опилок при помощи температуры

Выводы по главе 3

Глава 4. Разработка методов расчета процесса гранулирования мелкодисперсных минеральных порошков (тальк, оксид титана) и формующих грану-ляторов с фильерой переменного сечения

4.1.Методика расчета валкового пресса для компактирования мелкодисперсных сред

4.2.Методика расчета прессовых трансляторов с плоской матрицей для гранулирования опилок с регулируемыми реологическими свойствами

4.3.Рекомендации для разработки конструкции роторного гранулятора с плоской матрицей

Выводы по главе 4

Основные выводы и результаты

Литература

Приложение 1 Пример расчета валкового пресса

Приложение 2 Пример расчета прессового гранулятора с плоской матрицей

Приложение 3 Акт о проведении испытаний для разработки технологии получения гранулированного биотоплива на основе растительных отходов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процесса прессового гранулирования мелкодисперсных сред на примере минеральных порошков и древесных отходов»

Введение

Актуальность работы. Данная работа, выполненная на кафедре ЮНЕСКО «Техника экологически чистых производств» МГУИЭ посвящена разработке процессов гранулирования мелкодисперсных минеральных порошков и древесных отходов. В различных отраслях современной промышленности широко применяются мелкодисперсные материалы, однако их использование связано с такими трудностями как пыление, склонность к слеживанию и просыпь при транспортировке. При их дальнейшем использовании в технологическом цикле возникают вопросы экологической безопасности. Для решения этих проблем проводят их гранулирование различными способами.

Рассматриваемые в работе микротальк, оксид титана финского и украинского производства, а также древесные опилки различной природы представляют собой мелкодисперсные порошки и широко применяются в различных областях промышленности. В бумажной промышленности на стадии очистки древесной массы тальк испытывает минимальную конкуренцию со стороны других промышленных минералов. Оксид титана, используется в производстве стеклоэмалей а также в качестве пигмента при производстве красок, обеспечивая наибольшую укрывистость покрытия.

Используемые в качестве исследуемых веществ опилки - отходы лесопиления и деревообработки - применяются для производства топливных гранул и брикетов, призванных уменьшить использование традиционных источников энергии - нефти и природного газа, ресурсы которых ограничены.

Большую роль в разработке процессов гранулирования в нашей стране сыграли труды и монографии Генералова М.Б., Классена П.В., Гришаева И.Г., Тинькова О.В., Пащенко В.Н., Севастьянова B.C., Перельмана В.Е., Григорьева А.К., Сулименко J1.M., Грохольского Б.П., Каташинского В.П., Тарана A.JL, Назарова В.И., Калыгина В.Г. и др. Однако современные способы гранулирования рассматриваемых материалов не достаточно эффективны

из-за их особых свойств, так как в большинстве своем не учитывают природу гранулируемого материала и его структурно-деформационные свойства.

Получение широкого спектра продуктов в гранулированном виде методами прокатки и компактирования при пониженных энергозатратах за счет изменения реологических свойств гранулируемых мелкодисперсных сред как на стадии подготовки сырья, так и непосредственно в процессе гранулирования, является перспективным.

Данная работа посвящена проблеме изучения влияния структурно-деформационных и реологических свойств исследуемых материалов на эффективность процесса гранулирования на валковом прессе и роторном грану ляторе с плоской матрицей.

В связи с этим актуальное научное и практическое значение имеют проведенные в данной работе теоретические и экспериментальные исследования процессов гранулирования мелкодисперсых сред с регулируемыми характеристиками и создание научно-обоснованных методов их расчета.

Целью работы является разработка процессов гранулирования мелкодисперсных минеральных порошков компактированием на валковом прессе и прокатки растительных отходов на роторных грануляторах с плоской матрицей в каналах переменного сечения.

Научная новизна:

■ Разработан процесс гранулирования мелкодисперсных сред методом компактирвания с получением плотно-прочных прессовок и предварительным переводом их в пластифицированное состояние.

■ На основе факторного эксперимента были получены уравнения и номограммы для определения плотности и прочности прессовок из оксида титана и талька и их реологических характеристик (пластической прочности и коэффициента бокового давления) в зависимости от режимных параметров процесса прессования - влажности и удельного давления.

■ Разработана физическая модель процесса гранулирования древесных отходов прокаткой через фильеру с меняющейся геометрией канала с учетом их исходных структурных и физико-химических свойств.

■ Исследованы реологические характеристики процесса проходного прессования древесных опилок различной природы и установлено, что оптимальным режимом при прокатке является температура нагрева порядка

пластическая прочность (1-К2) кПа и коэффициентом бокового давления (0,3-Ю,8).

■ Предложена методика расчета силовых параметров процесса прокатки через фильеру на основе уравнения движения материала по каналу с меняющейся геометрией и экспериментальных данных компрессионных испытаний.

Практическая значимость:

■ Разработан метод компактирования мелкодисперсных сред минеральной природы и метод прокатки древесных опилок на роторных грану-лятрорах с плоской матрицей, которые могут использоваться при получении наполнителей для бумажной и лакокрасочной промышленностей, адсорбентов для очистки бумажных масс, для утилизации промышленных и бытовых отходов и при получении биотоплива на основе отходов растительного и древесного сырья.

■ Создана инженерная методика исследования процесса проходного прессования дисперсных материалов в канале с меняющейся геометрией при различных температурных режимах.

■ Разработана конструкция роторного гранулятора с плоской матрицей с каналами переменного сечения и с термонагревом. Результаты расчета основных технологических параметров и конструктивных размеров роторного гранулятора переданы в ООО «Технопромсервис», и будут использованы при проектировании и изготовлении гранулятора в 2012 г.

■ Созданы научно-обоснованные комплексные методики расчета процессов компактирования мелкодисперсных сред на валковом прессе и гранулировании древесных отходов различного происхождения с регулируемыми реологическими свойствами в роторных грануляторах с плоской матрицей.

■ Материалы диссертационной работы опробованы и внедрены в лабораторный практикум МГУИЭ при изучении дисциплин «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» и «Переработка и обезвреживание твердых промышленных отходов».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8-м международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: проблемы и перспективы», г. Москва 2004г.; международных интернет-форумах молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», г. Москва 20052006 г. и 2010г.; на 9-м международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», г. Москва 2007 г.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Булатов, Илья Анатольевич

8. Результаты работы использованы для разработки конструкции роторного гранулятора с плоской матрицей с каналами переменного сечения и термонагревом для ООО «Технопромсервис».

9. Созданы научно-обоснованные комплексные методики расчета процессов компактирования мелкодисперсных сред на валковом прессе и гранулирования древесных отходов различного происхождения с регулируемыми реологическими свойствами в роторных грануляторах с плоской матрицей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Булатов, Илья Анатольевич, 2012 год

Список литературы

1. Волков В.И., Созуракова С.Д. Исследование и анализ современного состония потребления в РФ диоксида титана с разработкой прогноза потребления до 2005 г. - М.: ОАО «НИИТЭХИМ», 2003. - 25 с.

2. Sims С. Talc Markets - A world of regional diversity // Industrial Minerals. -1997. -№356. -P. 39-53.

3. Низамов P.K., Нагуманова Э.И., Абдрахманова Л.А., Хозин В.Г. Поли-винилхлоридные материалы, наполненные тонкодисперсными отходами деревообработки // Строительные материалы. - 2004. - №4. - С. 1416.

4. Стреми лова Н. Н. Новый высокоэффективный коагулянт на основе соединений титана для очистки природных и сточных вод. // Тезисы докладов третьего международного конгресса "Вода: экология и технология". -М.: 1998.-С. 311.

5. Горощенко Я.Г. Химия титана. - Киев: Наукова думка, 1970. - 169 с.

6. Найлендер Й., Штерн Т., Парика М., Хиллринг Б. Международная конференция «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы»: сб. докл. / Шведский университет сельскохозяйственных наук. - СПб.: СПбГПУ, 2003. - С. 117.

7. Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987. -224 с.

8. Минин А.К. Производство изделий и материалов из измельченной древесины. - Минск: Госиздательство БССР, 1960. - 181 с.

9. Новоселов С.Д. Экономические и экологические аспекты проблемы использования древесных отходов // Сб.научных трудов ЦНИИМЭ. -Химки: ЦНИИМЭ, 1988. - 127 с.

10. Азаров И.В. Брикетирование хлорированных мелких древесных отходов на топливо: автореф. дис. ... канд.т.н. - Рига, 1950. - 18 с.

11. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности: Учебник для ВУЗов. - 3-е изд. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2000. - 800 с.

12. Классен П.В. Материалы Всесоюзного отраслевого совещания по процессам гранулирования химических продуктов. - М.: НИУИФ, 1974. -С. 46.

13. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. -М.: Наука, 1966.-284 с.

14. Генералов М.Б. Механика твердых дисперсных сред в процессах химической технологии: Учебное пособие для ВУЗов. - Калуга: Издательство Бочкаревой, 2002. - 592с.

15. Кармышев В.Ф. // Химическая Промышленность. - 1972. - №6. - С. 434.

16. Вилесов Н.Г., Скрипко В .Я., Ломазов В. Л. Процессы гранулирования в промышленности. - Киев: Техника, 1975. - 192 с.

17. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Проблемы химии и химической технологии. - М.: Наука, 1977. - 309 с.

18. Блюмберг Я.Б., Зуссер Е.Е. Получение гранулированных смешанных удобрений методом прессования. - М.: НИУИФ, 1965. - 140 с.

19. Классен П.В., Гришаев И. Г. Основные процессы технологии минеральных удобрений. - М.: Химия, 1990. - 304 с.

20. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Типовые методики расчета процессов гранулирования. - М.: НИУИФ, 1977. - 90 с.

21. Калыгин В. Г., Назаров В. И., Чехов О. С. Вопросы гранулирования стекольной шихты за рубежом // Химическая промышленность за рубежом. - 1980. - № 11. - С. 13-31.

22. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984, -591 с.

23. Классен П. В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. - М.: Химия, 1982.-272 с.

24. Кольман-Иванов Э.Э. Таблетирование в химической промышленности. -М.: Химия, 1976.-200 с.

25. Мурахвер В.И., Юницкий В.В. Пресс-формовочные грануляторы. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1977. - 32 с.

26. Тимашев В.В., Сулименко A.M., Альбац Б.С. Агломерация порошкообразных силикатных материалов. - М.: Стройиздат, 1976. - 136с.

27. Федулов С.А., Бычков В.З., Болдырева P.A. Механизм гранулирования шихты щелочных алюмоборосиликатных стекол медицинского назначения // Стекло и Керамика. - 1978. - №9. - С. 9-10.

28. Валковый брикетный пресс: пат. 2010726 Рос. Федерация: МПК5 В 30 В 11/20, В 30 В 11/00 / Нерадов В.П., Кремень М.В., Бороденко A.B., Гуренко А.Е.; заявитель и патентообладатель НПО по исслед. и про-ект-ия энергетического оборудования им. И.И. Ползу нова. -№ 4647797/27; заявл. 24.06.91; опубл. 15.04.94, Бюл. № 7. - 3 е.: ил.

29. Устройство для брикетирования фосфогипса: пат. 2008209 Рос. Федерация: МПК5 В 28 В 3/16 / Стеканов Д.И., Устинов В.А.; заявитель и патентообладатель Стеконов Дмитрий Ильич, Устинов Владимир Анатольевич. - №4928113/33; заявл. 29.03.91; опубл. 28.02.94, Бюл. № 4. - 3 е.: ил.

30. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, в 2 кн.: Учебник для ВУЗов. - М.: Химия, 2000. - кн.2. - 1760с.

31. Способ брикетирования трудносжигаемых измельченных отходов табачного и/или деревообрабатывающего производства: пат. 2157402 Рос. Федерация: МПК7 С 10 L 5/44, F 23 G 7/00 / Константинова E.H.; заявитель и патентообладатель ООО Экологический центр Константинов и К., Константинова Елена Никифоровна. - № 99125828/03; заявл. 15.12.99; опубл. 10.10.00, Бюл. № 28. - 3 с.

32. Брикетные пресс: а. с. 1139850 СССР: МПК4 Е 21 С 49/00, С 10 F 7/06, В 30 В 11/06 / Цепляев O.A., Буданов C.B., Цюпа В.И.; заявитель Ка-

лининския о. Трудового Красного Знамени поли-тех. инст. - № 2822343/22-03; заявл. 12.09.79; опубл. 15.02.85, Бюл. №6. - 3 е.: ил.

33. Валковый брикетный пресс: пат. 2021680 Рос. Федерация: МПК5 А 01 F 15/00, В 30 В 11/20 / Некрашевич В.Ф., Мигачев H.A.; заявитель и патентообладатель Некрашевич Владимир Федорович, Мигачев Николай Александрович. - №4907701/15; заявл. 04.02.91; опубл. 30.10.94,

Бюл. № 20. -4 е.: ил.

34. Пресс-гранулятор для комбикормов: пат. 2003471 Рос. Федерация: МПК5 В 30 В 11/20 / Полюбец В.П., Мирзоянц Л.Э., Булатов А.Л., Лу-ценко В.И., Дрокин А.И.; заявитель и патентообладатель ПО Рост-продмаш. - № 4954216/27; заявл. 28.05.91; опубл. 30.11.93, Бюл. № 4344. - 3 е.: ил.

35. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. - М.: Химия, 1991. -240 с.

36. Мурадов Г.С., Шомин И.П. Получение гранулированных удобрений прессованием. - М.; Химия, 1985. - 208 с.

37. Назаров В.И., Мелконян Р.Г., Калыгин В.Г. Техника уплотнения стекольных шихт / под общ. Ред. Чехова О.С. - М.: Легпромбытиздат, 1985. -289с.

38. Гришаев И.Г. Научное обоснование методов повышения эффективности аппаратов производства комплексных удобрений, разработка и внедрение новых конструкций: дис. ... д-р. т.н. - М., 1985. - 363 с.

39. Калыгин В.Г. Разработка и совершенствование ресурсосберегающей техники подготовки и переработки стекольных шихт: дис. ... д-р. т.н. -М., 1991.-484с.

40. Пащенко В.Н. Разработка комплексных процессов гранулирования порошковых материалов: дис. ... д-р т.н. - Пермь, 1987. - 780с.

41. Назаров В.И., Макаренков Д.А. Управление процессами грануляции полидисперсных шихт и порошков методами компактирования и окатывания на основе реологических моделей // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2005. - № 6. - С. 6-9.

42. Ковальченко М.С. Реологическая модель прессования порошков // Порошковая металлургия. - 1990. - №9. - С.100-104.

43. Калыгин В.Г. Компактирование многокомпонентных полидисперсных порошков: дис. ... канд. т.н. - М., 1983. - 237с.

44. Иоффе P.E. Исследование процесса прессования на брикетных прессах непрерывного действия: автореф. дис. ... канд. т.н. - М., 1972. - 24 с.

45. Мурадов Г.С. Физико-химические и технологические основы гранулирования минеральных удобрений методом непрерывного прессования: автореф. дис. ... канд. т.н. -М., 1979. - 19 с.

46. Оганесян К.Л. Метод расчета непрерывного прессования порошкообразных материалов на валковом прессе: автореф. дис.... канд. т.н. - Л., 1987.- 19 с.

47. Оганесян К.Л. [и др.] Исследование процессов грануляции калийных солей на валках с рифленой поверхностью // Журнал прикладной химии. - 1987.-№3.-С.421 -424.

48. Пудовиков Ю.П. Расчет и усовершенствование вальцев для прессова-ниия порошков минеральных удобрений: автореф. дис. ... канд. т.н. -М., 1982.-16 с.

49. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести.

- М.: Высшая школа, 1968. - 540с.

50. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды - М.: Физматгиз, 1960.

- 121 с.

51. Соколовский В.В., теория пластичности. - М.: Высшая школа, 1969. -608 с.

52. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. - М.: Наука, 1969. - 420 с.

53. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. - М.: Химия, 1965. - 442 с.

54. Торнер P.B. Основные процессы переработки полимеров: Теория и методы расчета. - М.: Химия, 1972. - 455 с.

55. Торнер Р.В., Добролюбов П.В. Приближенная гидродинамическая теория механизма вальцевания // Каучук и резина. - 1958. - №4. С. 6-10.

56. Слезкин H.A. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. - М.: Физмат-гиз, 1955.-421 с.

57. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. - М.: Мир, 1964. - 216 с.

58. Классен П.В. Исследование и совершенствование процессов гранулирования минеральных удобрений: автореф. дис. ... докт. т.н. - М., 1978.- 17 с.

59. Генералов М.Б., Чайников H.A. Исследование процесса накатки порошков на изделия // Порошковая металлургия. - 1972 - №7. - С. 1421.

60. Генералов М.Б., Хачинян Б.Г. Определение силовых параметров процесса прокатки порошковых материалов // Труды МИХМа вып.50. -М.: МИХМ, 1973.-С. 91-94.

61. Александрова С.Г., Погосов Г.С. Вопросы транспортной механики. -М.: Транспорт, 1968. - 200 с.

62. Балынин М.Ю., Порошковое металловедение. - М.: Металлургиздат, 1948.-332 с.

63. Виноградов Г.А., Каташинский В.П. Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. - М.: Металлургия, 1979. - 224 с.

64. Жданович Г.М. Теория прессования металлических порошков. - М.: Металлургия, 1969. - 264 с.

65. Перельман В.Е., Формование порошковых материалов. - М.: Металур-гия, 1979.-232 с.

66. Женса A.B. [и др.] Математическое моделирование течения водно-оксидных катализаторных паст в поршневом экструдере // Теоретические основы химической технологии. - 2006. - №2. - С. 157-162.

67. Акутин М.С., Тихонов H.H. Лабораторные работы по реологии полимеров. - М.: МХТИ, 1983. 43 с.

68. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газа. - М.: Наука, 1987. - 840 с.

69. Вадеева B.C. Формуемость пластичных дисперсных масс. - М.: Гос-стройиздат, 1961. - 382 с.

70. Артюшков Л.С. Динамика неньютоновских жидкостей. - СПб.: ГМТУ, 1997.-460 с,

71. Севостьянов М.В. Исследование условий формования материалов в пресс-валковом экструдере // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей. - Белгород: БГТУ им. В.Г.Шухова, 2004. -Bbin.IV. - С.115-120.

72. Рекач В.Г. Руководство к решению задач по теории упругости. - М.: Высшая школа, 1977. - 216 с.

73. Рындин Н.И. Краткий курс теории упругости и пластичноси. - Л.: ЛГУ, 1974,- 134 с.

74. Ачеркан Н.С. [и др.] Справочник машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1964. - 516 с.

75. Мусаелянц Г.Г. Кольцевые прессы для брикетирования и гранулирования растительных материалов. Пятигорск: Пятигорский технологический университет, 2002. - 171 с.

76. Мусаелянц Г.Г., Маркарян С.Е., Коваленко А.И. Основные параметры кольцевых брикетных прессов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1977. - №4. - С.20-22.

77. Мусаелянц Г.Г. Усилия, действующие на ролик кольцевого брикетного пресса // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1981. - №3. - С.32-33.

78. Мусаелянц Г.Г. [и др.] Теоретическое обоснование основных параметров кольцевого сенобрикетирующего пресса // Известия сельскохозяйственных наук. - Ереван: МСХ Арм.ССР, 1976. - №1, С. 17-24.

79. Сапожников М.Я. Механическое обрудование для изготовления строительных изделий. - М.: Машгиз, 1962. 520 с.

80. Соколов А.Я. Прессы пищевых и кормовых производств. - М.: Машиностроение, 1973. 288 с.

81. Герсенванов Н.М. Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение. - М.: Стройиздат, 1948. - 247 с.

82. Виноградов Г.А. [и др.] Прокатка металлических порошков. - М.: Металлургия, 1969. - 382 с.

83. Генералов М.Б. [и др.] Расчет оборудования для гранулирования минеральных удобрений. - М.: Машиностроение, 1984. - 192 с.

84. Хачиян Б.Г. Исследование силовых параметров процессов прокатки минеральных удобрений: автореф. дис. ... канд. т.н. -М., 1975. - 19 с.

85. Ложкин А.Ф., Пащенко В.Н. Гранулирование и сушка хлористого калия в аппарате с псевдоожиженным слоем // Химическая промышленность. - 1968. - №6. - С. 51-52.

86. Ложкин А.Ф., Пащенко В.Н. Гранулирование и сушка хлористого калия с упрочняющими добавками в аппарате с псевдоожиженнным слоем: Тезисы докладов VI Всесоюзной конф. По технологии неорганических веществ и минеральных удобрений. - Тбилиси: 1968. - С.76.

87. Устройство для гранулирования пастообразных материалов: а. с. 975050 СССР: МПК4 В 01 ] 2/20 / Вехтер Б.Д., Пащенко В.Н, Бабушкин В.А. - № 3230807/23-26; заявл. 01.01.81; опубл. 23.11.82, Бюл. №43. - 3 е.: ил.

88. Сулименко Л.М, Альбац Б.С. Агломерационные процессы в производстве строительных материалов. - М.: ВНИИЭСМ, 1994. - 297 с.

89. Мамонов O.B. Исследование процесса формования пластифицированных минеральных солей применительно к расчету валковых грануля-торов: дис.... канд. т.н. - Пермь: 1981. - 173 с.

90. Ничипоренко С.П. Основные вопросы теории процессов обработки и формования керамических масс. - Киев: АН УССР, 1960. - 110 с.

91. Алексеев A.C. Исследование энергосиловых характеристик валковых машин для брикетирования асбомасс: автореф. дис. ... канд. т.н. - М., 1980.- 16 с.

92. Калыгин В.Г. Компактирование многокомпонентных полидисперсных порошков: дис.... канд. т.н. - М.: 1983. - 237 с.

93. Продан В.Д., Назаров В.И., Макаренков Д.А. Уточненная методика определения коэффициентов бокового давления и внешнего трения при прессовании сыпучих материалов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 1999. -№7. - С. 13-14.

94. Оганесян К. JI. [и др.] Исследование процессов грануляции калийных солей на валках с рифленой поверхностью // Журнал прикладной химии. - 1987. - №2. - С.421-424.

95. Модин H.A., Ерошкин А.Н. Брикетирование измельченной древесины и древесной коры. - М: Лесная промышленность, 1971. - 112 с.

96. Скотников М.В. [и др.] Определение коэффициентов бокового давления и внешнего трения // Порошковая металлургия. - 1985. - №6. -С.14-18.

97. Мастеров В.А. Практика статистического планирования эксперимента в технологии биметаллов. - М: Металлургия, 1974. - 160 с.

98. Калыгин В.Г., Чехов О.С., Назаров В.И. Компактирование многокомпонентных полидисперсных шихт на валковых прессах (математическое описание процесса) // Современная техника гранулирования и капсулирования удобрений: Тезисы докладов II Всесоюзного совещания. - М.: НИУИФ, 1983. - С.49-50.

99. Попильский Р.Я., Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс. - М.: Металлургия, 1983. - 176 с.

ЮО.Акивис М.А., Гольдберг В.В. Тензорное исчисление. - М.: Наука, 1969.-352 с.

101. Генералов М.Б., Пудовиков Ю.П. Теоретические основы расчета вальцевых уплотнителей порошковых минеральных удобрений // Современные машины и аппараты химических производств. - Чимкент: ЧГУ, 1980. - Т. 1. - С.408-412.

102. Басов Н.И., Брагинский В.А., Казанков Ю.В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. - М.: Химия, 1991.-351 с.

103. Назаров В.И., Макаренков Д.А., Фам Ван Ау, Федотова А. В., Штыков А.Н. Особенности процесса грануляции молокосвертывающих ферментных препаратов. // Сыроделие. -2000. - №1. - С. 11-13.

104. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. - М.: Химия, 1967. - 372 с.

105. Сорокин В.К. Исследование формуемости порошков нержавеющей стали и титана// Порошковая металлургия. - 1974. -№11. -С.98-101.

106. Джонс В.Д. Основы порошковой металлургии. - М.: Мир, 1965. - 403 с.

107. Партон В.З. Механика разрушения от теории к практике. - М.: Наука, 1990.-239 с.

Ю8.Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли. - М.: Химия, 1987.-255с.

109. Кувшинников И.М., Тавровская А .Я., Никифорова Н.Ю. Уплотняе-мость зернистых материалов в технологии неорганических солей и минеральных удобрений // Химическая промышленность. - 1992. -№4. - С.23-27.

110. Лукач К.Е., Рябинин Д.Д., Метлов Б.Н. Валковые машины для переработки пластмасс и резиновых изделий. -М.: Машиностроение, 1967. - 293 с.

Приложение 1. Пример расчета валкового пресса

Исходные данные:

Продукт: Оксид титана финского производства

•2

Насыпная плотность рн = 900 кг/м

о

Плотность частиц порошка рт = 4000 кг/м

Угол внутреннего трения (р = 42°

Коэффициент внешнего трения/т = 0,5

Средний диаметр частиц <1= 0,2 10"6 м

Производительность () = 300 кг/ч

Исходная влажность массы Ж= 10%

Коэффициент бокового давления из рис.3.4 £= 0,42

Толщина плитки кп = 0,003 м

Радиус валков Я = 0,16 м

Ширина загрузочного бункера Н= 0,07 м

Коэффициент отставания у/от =1,1

о

Плотность плитки из рис.3 .12 для кп = 3 мм рп = 1900 кг/м Пластическая прочность из рис.3.1 Рм = 0,8 кПа

Результирующая сил давления из рис.3.13 для кп = 3 мм Ррс = 3,325 кН Плотность воздуха рв = 1,2 кг/м3 Кинематическая вязкость воздуха ув = 15 10"6 м2/с

л

Сыпучесть д = 300 кг/ м с

Среднее нормальное напряжение из рис.3.8 сгс = 25 МПа

1. Определение угловых параметров процесса прокатки

Угол подачи из 4.19:

ап = агссоБ

\

2Я

/

,, 0,07-0,003. оо0 Л

= агссоэО —!-?-) -38 = 0,663рад

2-0,16

Угол прокатки из 4.20:

ар = arceos

1 + — , R)

+ Ji

/

к

\2

1 + -* Я/

Ус

КРп Rpn

- arceos

1 +

0,003^1 1

/

0,16

1+

0,003

\2

V

0,16

0,7

0,003-1900 0,16-900

13° =0,221 рад

Нейтральный угол составляет ан «'(0,25-г-0,3) а « 3,5° = 0,061 рад

Угол упругого сжатия валков асж = 0,5° =0,0087рад.

í

1

2. Определение скоростных характеристик определяется

Число архимеда Аг из 4.23:

Лг^ъ(рт-рв)^ 9,8• 0,23 • 10"6(4000-1,2) = 1Ш у]Рв 152 -1,2

Минимальная скорость вращения валков из 4.26:

^п^ = Ж = 0,158 м/С т1П рп 1900 '

Максимальная скорость вращения валков из 4.27:

Аг0МН • у 1161°'680,07 -15-10-6 Л010 ,

и = —--—-—= ----———--- = 0,318л*/с

600/ги (рп / рн-\)с1 600-0,003(1900/900-1)0,2-10~6

Угловая частота вращения валка из условия 4,28 со — 1,5 с"1

3. Определение результирующего момента прокатки Рабочая длина валка из 4.29:

£ = б =_Ш_= 0,199Л

¥„РЛ^ 1.1' 1900 ■ 0,003 • 0,16 • 1,5

Максимальное давление прокатки определяется из 4.30: Р 3325

Рт = T^r^-i =......r;:L = 1 ¿ЬМПа

H-R{a +асж) 0,07 • 0,16(0,227 + 0,0087)

4. Определение результирующего момента прокатки

Максимальное напряжение, действующее на поверхность валка из 4.18:

erg ^ = А • ехр

Т

+ аг

101,2-106-ехр

Л

2,522 ■

1

■ + а„

кан

1 \ + 0,227

0,227

1

0,061

0,061

= 1,14МШ

где Т = f j

1 + sin#>

= 0.5-

1 + sin 42

= 2,522;

1-sin<p 1 - sin42° A = [(l + 2%)(jc (l + sin (p)+PM- sin cp\• eos aH = = [(1 + 2 • 0,42) • 25 • 106 (l + sin 42°)+ 0,8 • sin 42° ]• eos 3,5° = 10 \,2МПа Результирующий момент компактирования из 4.31:

М„ =

L-R2-fT

o-rk"2«J=22,7

2

= 0,1"'0,16 'Q?51,14-106 (0,227 - 2 • 0,061) = 152И м

5. Мощность валкового пресса определяется по зависимости 4.32 М-со 22,7-152

N = -

Л,

пр

0,95

= 3,5 кВт

г

г

/

Приложение 2. Пример расчета роторного гранулятора с плоской матрицей.

Исходные данные для расчета

Продукт - березовые опилки

Насыпная плотность рн = 180 кг/м

Угол внутреннего трения (р = 40°

Коэффициент внешнего трения/т = 0,5

Производительность С) = 3000 кг/ч

Требуемая плотность гранул из табл.1.3 рт= 1100 кг/м

Диаметр гранул из табл. 1.3 = 8 мм

Длина формующего канала матрицы -6=50 мм

Количество формующих роликов г-З

Угол конической части канала матрицы а = 3°

Температура нагрева пресс-формы г =

150°С

Число оборотов вала привода п = 6 об/мин Угол формования аф = 2°

Угол захвата материала а3 <(р + дхоХш(/т ) = 45 0 Реологический коэффициент См= 1,1 Пластическая прочность из рис.3.2 Рм = 2 кПа Удельное давление прессования из рис.3.20 Р — 45 МПа Коэффициент бокового давления из рис.3.5 0,65

1. Определение основных геометрических параметров матрицы и гранулятора

Объемная производительность гранулятора из 4.33:

<20б = -Я- = —- = 0,278 м3/мин 06 60рн 60-180 '

Определяем число отверстий:

4 Яоб 4-0,278

т = ——г-=---- 3073

я--0,008 3-12-0,05

Определяем радиус формующего ролика из 4.35:

я = з1_е =

3 1800- п- 2 -п -рГ -йш(аф/2)-См

3000 , ч = 0,09см 1800 • п • 3 • 12 • 1100 • вт(2/2) -1.1

Площадь рабочей поверхности матрицы из 4.36:

5 = 7г(я2 - Я2вн)=тг(\6- 0,09 - 0,092) = 0,382м2

Живое сечение матрицы по выражению 4.37:

п-й2-т я>0,0082-3073

а =-=-?-= 40%

Гм 4-5 4-0,382

Длина ролика из 4.38:

■.1073

0,35 м

L =

Id2 • т

0,0082 -3073

4-<рм ]j 4-0,40 2. Определение предельных параметров процесса формования

Предельную высота материала из 4.39: hmm = Д(l - cos а3) = 0,09(l - cos 450) = 0,026л* Максимальная скорость вращения вала из 4.40:

п < 30,1— = 30 = 70об/мин > \2об!мин - условие выполня-

V R V °>09

ется

3. Силовые параметры процесса формования

Максимальное давление формования по из 4.41:

а™ = [(1 + 2%)Р • (1 + sin (р) + Рм • sin (р\• cos аф =

= [(1 + 2 • 0,65) • 45 • 106 (l + sin 40°)+ 2 • 103 • sin40° ]• cos2o = 1 ЮМПа

Результирующую сила давления на валки из 4.42:

р = 0,35-0,09-0,78547010б^

2 2

Результирующий момент формования из 4.43:

= 0,35 '°'5 • 170 • 106(0,785 - 2 • 0,035) = 86кН ■

Момент сопротивления при сдвиге избытков материала из 4.44: Мс = 42 • ж • Л3Р^{(р) = 42 • и • 0,0932 • 103 ^45° ) = 192Н ■ м Угловая скорость вращения роликов из 4.45:

п -п л • 12 , л

со =-=-= 1,257с 1

30 30

5. Расчет мощности идущей на процесс гранулирования.

Мощность, идущая на обогрев матрицы по результатам расчета на ЭВМ согласно алгоритму (рис.4.2): 5кВт

Мощность привода гранулятора из 4.50:

лг г-(мф+мс)-ю 3-(86+ 0,192)-1,25 7

дг _ —-и— = —V-»-!—1-= 40,6кВт

Л 0,9

Общая мощность из 4.51: Иобщ = Ж + N = 5 + 40,6 = 45,вкВт