Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Преобразование формы и размеров частиц при измельчении с низкой плотностью энергоподвода

Диссертация: Преобразование формы и размеров частиц при измельчении с низкой плотностью энергоподвода
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На основе гипотезы о независимом разрушении частицы по различным направлениям предложена математическая модель преобразования формы частиц при измельчении. Показано, что математическим ожиданием формы осколков разрушения частицы правильной формы является частица неправильной формы. Пылеприготовление" кафедры ТЭС ИГЭУ и лично проф. С. Г. Ушакову и проф. С. И. Шувалову за большую помощь… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Математическое моделирование преобразования частиц при измельчении: составление вопроса и постановка задачи
    • 1. 1. Преобразование фракционного состава
    • 1. 2. Особо тонкое измельчение и сетка размеров частиц
    • 1. 3. Преобразование формы частиц при измельчении
    • 1. 4. Постановка задачи исследования
  • 2. Разработка математической модели преобразования размеров и фракционного состава частиц при измельчении
    • 2. 1. Идеализированная частица и основное уравнение процесса
    • 2. 2. Распределение энергии среди частиц монофракции
    • 2. 3. Полидисперсный исходный материал: распределение энергии между фракциями
    • 2. 4. Выводы по второй главе
  • 3. Распределение частиц по форме: некоторые модели для теоретического предсказания
    • 3. 1. Распределение формы частицы как пересечение нескольких распределений по размерам
    • 3. 2. Применение «реалистичных» распределений по размерам в различных направлениях
    • 3. 3. Выводы по третьей главе
  • 4. Экспериментальное исследование эволюции размеров частиц. Практическая реализация результатов
    • 4. 1. Исследование истирания отдельных зерен на стенде
    • 4. 2. Истирание ансамбля частиц в шаровой барабанной мельнице
    • 4. 3. Истирание ансамбля частиц в бисерной мельнице
    • 4. 4. Использование результатов работы в прикладных исследованиях и внедрение в промышленность

Преобразование формы и размеров частиц при измельчении с низкой плотностью энергоподвода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Современные высокие технологии испытывают все большую потребность в порошкообразных материалах, измельченных до тонкого и особо тонкого состояния. Кроме того, они предъявляют высокие требования не только к тонкости измельчения, но и к фракционному составу этих материалов. Несмотря на то, что известны достаточно эффективные мельницы для их производства (например, бисерные, центробежно-вихревые и ряд других), поиск новых условий измельчения, обеспечивающих меняющиеся требования к тонкости и фракционному составу готовых продуктов, обычно осуществляется чисто опытным путем, требующим достаточно больших материальных и временных затрат.

В этой ситуации большую роль должны играть математические модели измельчения, обладающие не только описательной, но и прогностической способностью, хотя бы в отношении изменения основных условий измельчения, например, энергоподвода, времени измельчения, их распределения между отдельными частицами и ряда других. Несмотря на то, что по математическому моделированию процессов измельчения выполнено большое число работ, модели, отражающие специфику особо тонкого измельчения, практически отсутствуют. Дело в том, что наиболее эффективным способом измельчения оказывается низкопотенциальное высокочастотное нагружение, т. е. нагружение с низкой плотностью энергоподвода, при котором от исходных частиц последовательно откалываются мелкие осколки. Традиционные гипотезы о разрушении каждой частицы на одинаковые осколки оказываются совершенно неадекватными реальному процессу и не могут поддержать кинетику измельчения и изменения фракционного состава.

Кроме того, практически отсутствуют работы по математическому моделированию преобразования формы частиц при измельчении, которая становится все более важной характеристикой дисперсных сред, определяющих их технологическую пригодность.

Таким образом, работа посвящена актуальной проблеме моделирования процессов низкопотенциального измельчения и преобразования формы частиц при измельчении. Работа выполнена в рамках программы «ТОХТ и новые принципы управления технологическими процессами» РАН.

Цель работы — разработка математической модели процесса измельчения, учитывающей разрушение исходных частиц на неравновеликие осколки и преобразование формы частиц при измельчении для эффективного и адекватного прогнозирования характеристик, главным образом, низкопотенциального измельчения.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

• разработано математическое описание преобразования фракционного состава материала при низкопотенциальном измельчении, основанное на одномерной модели исходных частиц с одинаковыми энергиями межэлементных связей, естественным образом допускающее разрушение исходных частиц на неравные осколки;

• предложены две гипотезы о распределении энергии между исходными частицами: гипотеза распределения энергии между ближайшими целыми значениями энергии и гипотеза о распределении энергии по принципу максимума энтропии. Выполнен их сравнительный анализ;

• на основе гипотезы о независимом разрушении частицы по различным направлениям предложена математическая модель преобразования формы частиц при измельчении. Показано, что математическим ожиданием формы осколков разрушения частицы правильной формы является частица неправильной формы.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

• разработан метод расчета преобразования фракционного состава материала при измельчении, существенные отличия которого наиболее полно проявляются при моделировании низкопотенциального измельчения;

• выявлены основные закономерности эволюции формы частиц при измельчении, позволяющие искать пути целенаправленного управления этим процессом;

• результаты работы внедрены в производственном цехе ТОО «ЭКОХИММАШ» г. Буй Костромской обл. и используются в исследовательских работах в Королевском технологическом институте, Стокгольм, Швеция. Автор защищает:

• математическую модель преобразования размеров частиц при измельчении;

• математическую модель эволюции формы частиц при измельчении;

• результаты экспериментальной проверки и идентификации математической модели преобразования размеров частиц.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на международных, республиканских и областных конференциях и семинарах «VIII Бенардосовские чтения» (Иваново, 1997), «4th International conference on measurement and control of granular materials MCGM'97» (Shenyang, China, 1997), «III Международная Научно-Техническая конференция, Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования» (Иваново-Плес, 1997), «Математические методы в химии и химической технологии ММХ-9» (Тверь, 1995), «Роль студенческих объединений в развитии научн. техн. прогресса в народном хозяйстве» (Иваново, 1995), «НТК Ивановской гос. архитектурно-строительной академии» (Иваново, 1996), «Создание и развитие информационной среды вуза: состояние и перспектива» (Иваново, 1997), «12th International Congress of Chemical and Process Engineering» (CHISA'96). Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Автор считает приятной обязанностью выразить благодарность сотрудникам научно-исследовательской лаборатории.

Пылеприготовление" кафедры ТЭС ИГЭУ и лично проф. С. Г. Ушакову и проф. С. И. Шувалову за большую помощь в проведении экспериментальных исследований, а также д-ру 3. Бернотату из технического университета г. Брауншвейг, Германия, за ценные советы при разработке модели.

7. Результаты работы нашли практическое применение в производственном цехе ТОО «ЭКОХИММАШ» г. Буй Костромской обл. и используются в исследовательских работах в Королевском технологическом институте, Стокгольм, Швеция.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.В., Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Системный анализ процессов химической технологии. М.: Наука, 1988 — 440с.
  2. В.Е., Ушаков С. Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989. — 160с.
  3. V. Mizonov, V. Zhukov, S. Bernotat. Simulation Of Grinding: New Approaches. ISPEU Press, Ivanovo 1997, p. 108.
  4. V. Mizonov, V. Zhukov, P. Filitchev, N. Tochyonova. Simulation Of Grinding: New Approaches. ISPEU Press, Ivanovo 1997, p.35.
  5. De Silva S. Air Classifiers. Porsrgunn, 1991. — 101р.
  6. C.E., Товаров В. В., Петров В. А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. — 437с.
  7. С.Е., Петров В. А., ЗверевичВ.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1980. — 416с.
  8. А. Циклы дробления и измельчения. М.: Недра, 1980. — 343с.
  9. В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия, 1980. — 176с.
  10. Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. — 308с.
  11. Р.П., АустинЛ.Г. Исследование измельчения в мельнице периодического действия. // В кн. Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. — с.219−248.
  12. Математическое описание и алгоритмы расчета мельниц цементной промышленности./Под ред. М. А. Вердияна. М.: НИИЦемент.-1978. — 94с.
  13. П.Ф. Виброреология. Киев: Наукова думка, 1983. — 272с.
  14. Bernotat S., SchonertK. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weincheim., 1988. — 39s.
  15. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. / Под ред. О. С. Богданова. М.: Недра, 1982. — 366с.
  16. Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные процессы. / Под ред. О. С. Богданова. М.: Недра, 1983. — 384с.
  17. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики./Под ред. О. С. Богданова. М.: Недра, 1984. — 358с.
  18. А.И. Теория дробления в шаровой мельнице.// В кн. 15 лет на службе социалистического строительства / Под ред. В. А. Рундквиста. МЛ.: НКТП, 1935. — с.348−366.
  19. О.Н. Об одном обобщенном уравнении кинетики измельчения Загустина. // Изв. вуз. Цветная металлургия. 1978. — N1. — с.3−7.
  20. О.Н. Расчет гранулометрических характеристик продуктов дробления в открытом цикле.//Изв. вуз. Горный журнал. 1978. — N5. -с.138−143.
  21. А.М., Диаконенко В. В. Количественное описание изменения гранулометрического состава материала в процессе его измельчения. // Изв. вуз. Цветная металлургия. 1964. — N5. — с. 135−142.
  22. Е.А. Об одном подходе к построению теории измельчения полезных ископаемых. // Изв. вуз. Горный журнал. 1965. — N5. — с.83−87.
  23. Е.А. Кинетика измельчения.//Теор. осн. хим. Технологии. -1977. т. 11, N3. — с.477−480.
  24. В.Е. Формирование дисперсного состава и массопотоков сыпучих материалов в технологических схемах измельчения. Дисс. докт. техн. наук. Москва, 1985. — 452с.
  25. Исследование процесса измельчения в вибромельнице. / A.A. Александровский и др.//Изв. вуз. Химия и хим. технология. 1979. — т.22, N1. -с.97−100.
  26. В.Е. Некоторые закономерности селективного измельчения. // Теор. осн. хим. технологии. 1984. — т. 18. — N3. — с.410−411.
  27. С.И. Закономерности преобразования дисперсного состава материала в процессах его измельчения в шаровых барабанных мельницах. Дисс. канд. техн. наук. Иваново, 1983. — 177с.
  28. В.П., Ушаков С. Г., Мизонов В. Е. Метод расчета производительности шаровых барабанных мельниц при тонком измельчении материалов.//Химическая промышленность. 1986. — N11. -с.686−687.
  29. А.И., Бытев Д. О. Математическая модель струйно-центробежного измельчения грита. // Хим. и нефт. машиностроение. 1991. — N1. — с. 15−17.
  30. П.Ф. Дифференциальные и интегральные уравнения кинетики измельчения. // Процессы в зернистых средах. Иваново. — 1989. — с.3−8.
  31. В.А. Анализ интегродифференциального уравнения кинетики измельчения сыпучих материалов. // Интенсивная механическая технология сыпучих материалов. Иваново. — 1990. — с. 19−22.
  32. В.Е., Поспелов A.A. Моделирование кинетики непрерывного виброизмельчения. // Интенсивная механическая технология сыпучих материалов. Иваново. — 1990. — с.52−55.
  33. A.A. Получение дисперсных материалов требуемого гранулометрического состава в процессах вибрационного измельчения. Дисс. канд. техн. наук. Иваново, 1990. — 167с.
  34. Математическая модель процесса измельчения. / С. М. Техов, С. Ф. Шишкин и др. // Техника и технология сыпучих материалов. -Иваново. -1991. -с.29−32.
  35. В.А., Зуева Г. А. Дискретные марковские модели процесса диспергирования. // Техника и технология сыпучих материалов. Иваново. — 1991. — с.55−59.
  36. П.П., Потопаев Г. Г. Разрушение и активация хрупкой керамики при измельчении. // Разработка теории и конструктивного оформленияпроцессов тонкого измельчения, классификации, сушки и смешения материалов. Иваново. — 1988. — с.25−30.
  37. V. Zhukov, V. Mizonov, A. Grekov. Effect of Milling Medium Wear on Comminution Kinetics. Proc. of Int. Attrition and Wear in Powder Technology, 1992, Utrecht, the Netherlands, p.181 -192.
  38. КафаровВ.В., Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Состояние и перспективы комплексных системных исследований процессов измельчения сыпучих материалов. // Журнал ВХО. 1988. — тЗЗ, N4, — с.362−373.
  39. В.В., Вердиян М. А. Принципы анализа и расчета процессов измельчения в технологии цемента.//Журнал ВХО. 1988. — тЗЗ, N4, -с.416−420.
  40. П.П., Конышев И. И. Технология измельчения. // Тез. докл. Всес. конф. Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении. Белгород. — 1989. — с. 17.
  41. Г. П. Кинетика вибрационного измельчения.//Тез. докл. Всес. конф. Технология сыпучих материалов. Ярославль. — 1989. — с. 132−133.
  42. Liul. Modellierung der Zerkleinerung in einem Gutbett. Dissertation, TU Clausthal, 1994, 153s.
  43. С.П. Применение степенной зависимости для описания кинетики измельчения. // Интенсификация процессов механической переработки сыпучих материалов. Иваново. — 1987. —с. 19−22.
  44. Е.А. Кинетика процессов переработки дисперсных материалов. // Теор. осн. хим. технологии. 1973. — т.7, N5. — с.754−763.
  45. К.А., ПеровВ.А., Зверевич В. В. Новое уравнение кинетики измельчения и анализработы мельницы в замкнутом цикле. // Изв. вуз. Цветная металлургия. 1969. — N3. — с.3−15.
  46. О.Н. Методика расчета гранулометрической характеристики продукта замкнутой системы дробления. // Изв. вуз. Горный журнал. -1978. -N3. -с.150−152.
  47. С.Ф. О рациональной циркулирующей нагрузке при работе мельницы в замкнутом цикле с классификатором. //Горный журнал. -1971. N7. — с.69−72.
  48. С.Ф., Техов С. М. Расчет процесса измельчения в замкнутом цикле. // Изв. вуз. Химия и хим. технология. 1991. — т.34, N5. — с. 117−119.
  49. Л.П. Расчет замкнутых циклов дробления и измельчения. // Цветные металлы. 1962. — N6. — с. 14−18.
  50. А.Д., Пиголкина Т. С., Чехлов В. И., Яковлева Т. Х. Пособие по математике для поступающих в вузы: Учеб. пособие Под ред. Г. Н. Яковлева — 3-е изд., перераб. — М.: Наука Гл. ред. физ.- мат. лит., 1998. — 720 с.
  51. RojekR. Problemy modelowniawybranej klasy procesow o parametrach roztozonych dla selow sterowania. Opole. — 1987. — 150s.
  52. B.E., Ушаков С. Г., Шувалов С. И. Исследоввание влияния эффективности сепаратора на производительность мельничной установки. Теплоэнергетика, 1984, N4, с.49−51.
  53. Bernotat S. Die verweilzeit in Schwingmuhlen in Abhangigkeit vom Durchsatz. Aufbereitungs Technik. — 1981. — N6. — s.309.
  54. B.E., БернотатЗ., Поспелов A.A. Расчет и конструирование вибрационной мельницы. //Хим. и нефт. машиностроение. 1991. — N1. -с.14−15.
  55. В.Е., Жуков В. П., Ушаков С. Г. Расчет накопления полидисперсного материала во вращающемся вентилируемом барабане. // Химическая промышленность. 1984. — N10. — с.63.
  56. В.П., Барочкин Е. В., Мизонов В. Е. Расчетно-экспериментальное исследование движения полидисперсного материала в вентилируемой шаровой барабанной мельнице. // Изв. вуз. Химия и хим. технология. -1992. -т.35, N1. с.120−121.
  57. В.Е., БернотатЗ., Поспелов A.A. К расчету среднего времени пребывания материала в размольной камере вибромельницы. // Техника и технология сыпучих материалов. Иваново. — 1991. — с.26−29.
  58. Blasiak W., Mizonov V. Stochastic Modelling of Particulate Phase Despersion in Two-Phase Flow. Dept. of Heat&Furnace Techn., KTN, Stockholm, Sweden. Parti (1991), Part2 (1992).
  59. В.П. Обратные задачи многопродуктовой классификации порошков. // ТОХТ. 1991. — т.25, N5. — с.757−761.
  60. В.П. Обратные задачи технологических схем измельчения. // Интенсивная механическая технология сыпучих материалов. Иваново. — 1989. — с.84−88.
  61. В.П. Математическое описание размольно-классифицирующих структур произвольной формы. // Совершенствование техники и технологии измельчения материалов. Белгород. — 1989. — с.9−17.
  62. Mizonov W. E, ZhukovV.P. The Mathematical Description of Comminution Classification Systems of Arbitrary Structure. //Abstracts of Congress CHISA'90. Praha. — 1990. — p.7.49.
  63. В.П. Структурная оптимизация технологических систем измельчения. // В кн. Аэродинамическая классификация порошков / В. Е. Мизонов, С. Г. Ушаков. М.: Химия, 1989. — с.149−155.
  64. В.Е., Жуков В. П. Оптимальное управление распределенными процессами измельчения. // Тез. Всес. научн. техн.-конф. Технология сыпучих материалов. Белгород. — 1986. — с.21−22.
  65. В.Е., Жуков В. П., Бернотат 3., Лезнова Н. Р. Согласование времени измельчения частиц с их крупностью. // Химическая промышленность. 1994. № 8. — с.545−548.
  66. В.Е., Жуков В. П., Лезнова Н. Р. Согласование времени измельчения фракций сырья с их крупностью. // Изв. вузов Химия и химическая технология. 1993. — т. 36. — Вып.6. -с.116.
  67. Мизонов В.Е.3 Лезнова Н. Р. Об эффективности неселективного рецикла // Тез. докл. Всес. конф. Технология сыпучих материалов. Ярославль, 1989. -с.62.
  68. Н.Р. Позиционированный неселективный рецикл в технологии измельчения // Тез. докл. 8 обл. научн. техн. конф. Научно — технический прогресс в строительстве и подготовке специалистов. -Иваново, 1990.-с. 119.
  69. В.Е., Лезнова Н. Р. Позиционная оптимизация рецикла для реактора идеального вытеснения // Межвуз. сб научн. тр. Гетерогенные процессы химической технологии. -Иваново, 1990. с. 117.
  70. В.В., Дорохов И. Н., Кольцова Э. М. Системный анализ химической технологии. Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах химической технологии. М.: Наука, 1988. 453 стр.
  71. В.П., Мизонов В. Е., Майков В. П. Принцип максимума энтропии в моделировании кинетики измельчения. Изв. вузов Химия и хим. технология, 1993, t.36,N11, с. 102−105.
  72. В.П., Мизонов В. Е. и др. Энтропийный метод в моделировании процесса измельчения. Хим. пром., 1994, N8, с.538−541.
  73. А.В. Проблемные вопросы описания поведения сыпучих материалов в технологических процессах. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1992. — N1. — с.2−4.
  74. И.И. Основы феноменологической теории измельчения. Изд. ИГЭУ, Иваново, 1996. с. 100.
  75. И.И. Идеальные сыпучие материалы и операции над ними: Курс лекций. Изд. ИГЭУ, Иваново: ИГЭУ, 1997. -420 с.
  76. Кауе, В.Н.: A Shape Characterisation of Angular Structured Particles. Preprints of 6-th European Symp. Particle Characterisation (PARTEC 95), Nurnburg, 1995, pp. 67−77.
  77. Beddow, J.K.: Particle Characterisation in Technology. Vol. 11. Morphological Analysis. CRC Press, 1984.
  78. Meloy, T.P.: Particulate Characterization. J. Powd. and Bulk Solids Techn. 2(1978)2,13−23.
  79. Furuuchi, M., Gotoh., K.: Shape Separation of Particles. Powder Technology 73,(1992) 1−9.
  80. Yamamoto, K., et al.: An Assessment of the Mechanism of Particle Shape Separation by a Rotating Conical Disk with a Spiral Scraper KONA, 8 (1990) 55−66.
  81. Г. Корн, T. Корн Справочник по математике (для научных работников и инженеров) .-М.: Высшая школа, 1973.-500с.
  82. AuerA. Die Identification des Zerkleinerung prozesses. Powder Technology, 1981, № 28, s 71 -75.
  83. В.П. Влияние истирающего воздействия на измельчение материалов //ХИХТ, 1993, т.36, вып. 2 с. 104−107.
  84. В.П., Мизонов В. Е. Оптимальное распределение размеров мелющих тел // ТОХТ. т.29. № 6, 1995 с. 646−650.
  85. С.И. Структурная и режимная оптимизация процессов фракционирования порошков. Дисс.. докт. техн. наук. — Иваново, 1995 г.-356 с.
  86. В.Е., Шувалов С. И., Жуков В. П., Доржиев М. Н. К расчету процессов измельчения кокса в вентилируемых барабанных мельницах // Цветные металлы, 1984, № 3. С. 57−59.
  87. В.Е., Шувалов С. И., Жуков В. П., Аверхов В. М. О структуре селективной функции при различных законах измельчения // Цветные металлы. 1983. № 11. С. 73−74.
  88. С.П. Имитационное моделирование ударного разрушения частиц. // Интенсивная механическая технология сыпучих материалов. -Иваново. 1990. — с. 140.
  89. И. И., Преобразование размеров и формы частиц при измельчении // Тез. докл. Международн. НТК «VIII Бенардосовские чтения», 4^-6 июня 1997, Иваново, с. 278.
  90. И. И., Мизонов В. Е., Жуков В. П., Огурцов В. А., Закономерности преобразования формы частиц при измельчении // Изв. ВУЗов, «Химия и хим. технология», 1997, том 40 вып. 6, с.117-Я 19.
  91. И. И., Жуков В. П. Моделирование процесса измельчения на основе концепции идеального сыпучего материала // Тез. докл. Междунар. Конфер. «Математические методы в химии и химической технологии ММХ-9 Тверь», 1995, с. 114−115.
  92. И. И., Иванов А. Е. Определение параметров частиц неправильной формы // Тез. докл. Международн. НТК «VIII Бенардосовские чтения», 4-Иэ июня 1997, Иваново, с. 278.
  93. И. И., Жуков В. П. Моделирование измельчения сыпучего материала // Тез. докл. Межрегион. Научно-практ. Семинара «Роль студенческих объединений в развитии научн. техн. прогресса в народном хозяйстве», 1995, Иваново, с. 43−45.
  94. И. И., Жуков В. П. Об одном подходе к моделированию гранулометрического состава измельченного материала // Тезисы НТК Ивановской гос. архитектурно-строительной академии, 1996, с. 67,
  95. И. И., Иванов А. Е., Жуков В. П., Мизонов В. Е. Распределение геометрических характеристик частиц неправильной формы // Изв. ВУЗов, «Химия и хим. технология», 1998, вып. 6, с.43
  96. И. И., Жуков В. П. Компьютерное моделирование измельчения истиранием строительных материалов // Сборник статей к конференции «Создание и развитие информационной среды вуза: состояние и перспектива» Иваново 1997, с.226−227.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?