V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Во многих отраслях промышленности широко используется процесс смешивания. При этом один или несколько компонентов смеси могут иметь малое содержание в ней (1% и менее). В этих случаях в условиях непрерывного смесеприготовления возникает проблема согласованной подачи компонентов в смеситель. Это особенно важно при смешивании сыпучих материалов, поскольку равномерное распределение исходных компонентов по объему сыпучей массы значительно сложнее, чем в жидкой или газообразной среде.

При смешении на смесь действует напряжение сдвига, которое вызывает в системе сдвиговые деформации и перемещение частиц относительно друг друга. Направление сдвиговой деформации в процессе смешения изменяется, в результате происходит распределение частиц дисперсной фазы по объему.Поэтому очень важна согласованная работа смесительного и дозировочного оборудования при непрерывном способе получения композиций с малым содержанием одного или нескольких компонентов.

Известно, что основными динамическими характеристиками непрерывно-действующих аппаратов являются накопительная способность, среднее время нахождения материала в аппарате, функция распределения времени пребывания (ФРВП) частиц в нем и др.

Очевидно, что при непрерывном смесеприготовлении аппарат должен быть приближен к модели идеально смешивания. Эта модель характеризуется показательным законом распределения времени пребывания частиц в аппарате

f(t)=λe^-λt, (1)

где f(t) – плотность вероятности времени пребывания частицы в аппарате, λ – коэффициент. Для данного закона распределения математическое ожидание времени пребывания М(t)=1/λ.

На рисунке представлен график дифференциальной ФРВП идеального смесителя.

Из графика видно, что для приближения дифференциальной ФРВП реального смесителя к идеальному необходимо создавать байпас и увеличивать продолжительность пребывания некоторой части материала в аппарате.

Таким образом, при дискретном дозировании компонентов с малой концентрацией, будет рационально, чтобы интервал подачи порций был не более величины М(t)=1/λ. В этом случае смеситель будет эффективно сглаживать скачки концентрации так называемого «ключевого» компонента. Однако важно не только соблюдение этого условия. Также необходимо, чтобы величина порции была в определенном соотношении с накопительной способностью аппарата. Ее можно оценить по формуле

m=G·М(t)=G·(1/λ), (2)

где G – производительность аппарата, кг/с. Многочисленные исследования показывают, что для определения ФРВП аппарата путем импульсного возмущения, массу порции индикаторы рационально брать в размере 5…10% от накопительной способности. Очевидно, что массу порций при дискретном дозировании компонента можно выбрать в соответствии с этими рекомендациями, т.е.

m_порц=(0,05…0,1)G·(1/λ). (3)

Принимая во внимание вышеизложенное можно сказать следующее. Если известна ФРВП смесителя, определяемая, обычно, опытным путем, то ее можно аппроксимировать показательным законом и далее оценить рациональные параметры дискретного дозирования по известной концентрации компонента в смеси. Таким образом, можно значительно сократить затраты времени на настройку смесительного агрегата. Следует отметить, что если инерционностью смесителя можно управлять, то данная методика, тем более, позволяет подобрать более рациональный вариант работы смесительного агрегата непрерывно действия.

Код для цитирования: Скопировать