Дозирование
 Скачать 5.11 Mb.
|
|
Рис. 5.36. Схема к расчету спирального питателя 2. В центральной зоне (зона II) с наружным радиусом R in эпюры осевых перемещений и скоростей ограничены параболой с вершиной на оси вращения спирали. 3. На границе зон скорости осевого движения равны. 4. Угол между касательной к параболе и образующей цилиндра с радиусом R in на границе зон равен углу трения движения дозируемого материала. Исходя из сделанных допущений, коэффициент объемной эффективности спирального шнека будет складываться из двух составляющих. Для зоны I этот коэффициент можно рассчитать по зависимости (5.69) или (5.73). Для расчета коэффициента η V зоны II необходимо построить эпюру осевых перемещений материала. В зоне I данную эпюру можно построить следующим образом. Для ряда значений r в диапазоне от R in до R out рассчитать коэффициент объемной эффективности по зависимости (5.69) и далее, учитывая, что S a / P = η V , построить эпюру относительных осевых перемещений материала в зоне I. Уравнение параболы, которая ограничивает эпюру осевых перемещений материала в центральной зоне, можно записать в следующем виде: 2 ax b y + = . (5.74) Первая производная на границе зон, т.е. при X = R in , пропорциональна коэффициенту трения движения сыпучего материала (тангенсу угла трения), т.е. ϕ = ϕ − π = = ′ tg 1 2 tg 2 in aR y , (5.75) тогда ϕ = tg 2 1 in R a ; ϕ = ϕ + tg tg 2 in in 2 in R R R b Подставив данные выражения в уравнение (5.74), получим: ϕ + ϕ = tg 2 tg 2 in 2 in R r R y . (5.76) Среднеинтегральное значение коэффициента объемной эффективности для центральной зоны будет равно: ( ) ( ) ϕ − η = π π ϕ + ϕ − η = η ∫ ∫ tg 8 7 2 2 tg 2 tg in in 0 0 in 2 in in in in P R R dr r rdr PR r P R R V R R V II V . (5.77) На основе полученных зависимостей разработана компьютерная программа для расчета производительностей шнекового и спирального питателей. Сравнение результатов численных и натурных экспериментов, реализованных на лабораторных установках, показали хорошую сходимость. По результатам исследований разработана методика инженерного расчета шнековых и спиральных питателей. R out I I R in II 5.5. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО СМЕШИВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ДВУХСТАДИЙНОГО ДОЗИРОВАНИЯ При непрерывном процессе смешивания для приготовления качественной смеси необходимо не только создать ячейку идеального смешения, но и особое внимание необходимо уделить качеству и способу дозирования компонентов смеси. При двухстадийном дозировании производительность потока на выходе из дозатора периодически изменяется, причем период равен промежутку времени ( ∆Т) между подачей отдельных порций в устройства для их преобразования в непрерывный поток. На рисунке 5.37 показаны выходные сигналы с дозаторов компонентов А и В, производительности соответственно равны Q A и Q B Для получения требуемого соотношения концентраций компонентов на входе в смеситель, прежде всего необходимо синхронизировать данные функции. Отклонение концентрации ∆с можно определить, используя следующее соотношение ∫ ∫ ∆ + ∆ + = ∆ t t t t t t dt t f dt t f t с ) ( ) ( ) ( 2 1 (5.78) Рис. 5.37. Пропорциональное дозирование компонентов Для получения идеальной смеси необходимо обеспечить выполнение следующих условий: 1) для любых моментов времени t выполняется условие: ξ ± = δ ± δ ± = = = = ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + const ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 1 1 1 B B A A t t t t t t t t t t t t t t t t t t Q Q Q Q dt t f dt t f dt t f dt t f dt t f dt t f k k k k ; (5.79) 2) осевые скорости компонентов А и В в смесителе одинаковы в любом поперечном сечении по длине этого смесителя, т.е. ) ( ) ( ) ( L V L V L V B A = = ; (5.80) 3) любой участок смесителя между поперечными сечениями с координатами L и L+ ∆L является ячейкой идеального смешения. Для реализации приведенных выше условий разработаны способ приготовления многокомпонентных смесей, в том числе из компонентов, склонных к сегрегации, и устройство для его реализации [36]. Способ заключается в том, что загрузку компонентов в бункер дозаторов осуществляют отдельными порциями через равные промежутки времени ∆Т, последовательно, начиная с дозатора, расположенного ближе к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между разгрузочными узлами дозаторов, каждая порция компонента имеет одинаковый вес, пропорциональный процентному содержанию компонента в готовой смеси, и для всех компонентов выполняется следующее равенство: q, г/с Q A Q В t 1 t 1 + ∆t t, c t 2 t 2 + ∆t Q T Р N i i = ∆ ∆ ∑ =1 , (5.81) где N – количество компонентов; ∆Р i – вес отдельной порции i-го элемента; Q – производительность смесителя. Затем осуществляется последовательная подача этих компонентов в виде непрерывных потоков в смеситель, в сечения, расположенные на расстояниях от загрузочного края смесителя, пропорциональных увеличению плотностей и/или уменьшению размеров частиц. Способ реализован в установке, схема которой представлена на рис. 5.38. Устройство содержит порционные дозаторы 1 – 3 соответственно для компонентов А, В, С смеси. Для создания непрерывного потока сыпучего материала используются вибролотки 4 – 6, расположенные вдоль ленточного транспортера 7 через определенные расстояния, имеющего поперечные перегородки 8 с возможностью фиксированного перемещения. Ленточный транспортер 7 находится на виброплите 9, установленной через амортизаторы 11 на основание 14. Для создания вибрации установлен вибратор 13, который шарнирно закреплен с виброплитой и основанием. На ленточном транспортере также установлен датчик фиксации положения 12 перегородки 8, который подает управляющий сигнал на блок управления 10 порционными дозаторами. Рис. 5.38. Схема устройства для приготовления смеси сыпучих материалов На основе данной схемы была создана лабораторная установка и проведен ряд экспериментов. Сущность экспериментов заключалась в следующем. Формировались порции сыпучего материала соответственно компонентов А, В, С с весовыми соотношениями 0,5 : 0,3 : 0,2, причем диаметры частиц компонентов d A > d B > d C (материалы пшено, люцерна, речной песок). Задавалась производительность смесителя 100 г/мин. Загрузку компонентов осуществляли отдельными порциями через равные промежутки времени ∆Т, последовательно, начиная с дозатора, расположенного ближе к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между разгрузочными узлами дозаторов, каждая порция компонента имеет одинаковый вес, пропорциональный процентному содержанию компонента в готовой смеси, и для всех компонентов выполняется следующее равенство: Q T Р N i i = ∆ ∆ ∑ =1 , (5.82) где N – количество компонентов; ∆Р i – вес отдельной порции i-го элемента; Q – производительность смесителя. Учитывая соотношение компонентов в смеси, вес порции по компоненту А составит ∆Р А = 25 г, по компоненту В – ∆Р В = 15 г и по компоненту С – ∆Р С = 10 г. Согласно формуле (5.82), производительность смесителя равна: А В С L 1 L 2 ∆S(i) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 033 , 0 30 10 15 25 1 = + + = ∆ ∆ = ∑ = T Р Q N i i г/с, или 6 кг/ч, т.е. равняется заданной производительности. Согласно предложенному способу, отдельные порции компонентов загружались последовательно, начиная с дозатора, ближнего к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между дозаторами. Разгрузочный узел дозатора для компонента А совпадал с началом верхнего горизонтального участка ленточного транспортера, как это показано на рис. 4.1. Если расстояние между разгрузочными узлами дозаторов А и В равно L 1 , а скорость ленточного транспортера V, то интервал времени между загрузками порций А и В будет равен ∆τ АВ = L 1 / V. (5.83) Аналогично, если расстояние между разгрузочными узлами дозаторов А и С равно L 2 , то интервал времени между загрузками порций А и С будет равен ∆τ АС = L 2 / V. (5.84) Расстояния L 1 , L 2 должны быть пропорциональны размерам частиц компонентов, т.е. L 1 / L 2 = Kd B / d C , (5.85) где K – коэффициент, определяемый экспериментально (для большинства компонентов K = 1). Рис. 5.39. Изменения производительностей дозаторов компонентов А, В, С в зависимости от времени При преобразовании отдельных порций в непрерывный поток на вибрирующем лотке производительность изменялась по зависимости близкой к синусоидальной (рис. 5.39, а). На рисунке 5.39, б представлены те же графики в виде гистограмм за промежутки времени ∆τ = ∆Т / М (в данном эксперименте М = 5). Рассмотрим процесс образования смеси, согласно предлагаемому способу, в одной ячейке на ленте транспортера при выполнении условия: ∆S / V = ∆τ. (5.86) Т, с ∆τ АВ ∆τ АС 30 60 90 Т, с Т, с Q ср , г 0,833 0,5 0,333 f 1 (T) f 2 (T) f 3 (T) а) Q ср , г 30 60 90 Т, с Т, с А 1 В 1 С 1 Т, с 0,833 0,5 0,333 А 2 А 3 А 4 А 5 В 2 В 3 В 4 В 5 С 2 С 3 С 4 С 5 б) Объем А 1 (рис. 5.40) попал в ячейку 1 на ленте транспортера, поскольку, согласно предлагаемому способу, промежуток времени между подачами порций компонента А и В составляет ∆τ АВ = L 1 / V, то ячейка 1 переместится под ссыпающий край дозатора В в тот момент, когда будет ссыпаться объем В 1 , соотношение этих объемов, а следовательно и соотношение их весов соответствует содержанию компонентов А и В в готовой смеси. Когда ячейка 1 переместится под разгрузочный узел дозатора компонента С, с него в эту ячейку попадет объем С 1 . Поскольку с учетом смещения разгрузочных узлов вдоль ленты транспортера и определенных промежутков между подачей отдельных порций компонентов в разные ячейки транспортера попадали разные объемы компонентов, то соотношение весов будет всегда постоянно равным заданному соотношению компонентов в готовой смеси. Для рассматриваемого варианта приготовления трехкомпонентной смеси математически это можно представить следующим равенством ∫ ∫ ∫ τ ∆ + τ ∆ τ ∆ τ ∆ + τ ∆ τ ∆ τ ∆ = AC AC AB AB dT T f dT T f dT T f 2 , 0 / 3 , 0 / 5 , 0 ) ( ) ( ) ( 3 2 0 1 . (5.87) Рис. 5.40. Соотношение компонентов в ячейках при ∆S = const Так как ленточный транспортер установлен на вибрирующей плите, то в каждой ячейке на транспортерной ленте будет происходить смешивание компонентов. Длина ленточного транспортера, амплитуда и частота вибрации выбирались так, чтобы к моменту ссыпания материала из ячеек транспортера процесс смешивания был завершен, т.е. чтобы смесь имела требуемое качество. Для интенсификации процесса смешения вибратор соединен с плитой и основанием с помощью шаровых шарниров и установлен на основании с возможностью фиксированного перемещения в горизонтальной плоскости. Это позволяет за счет изменения положения вибратора 13 (рис. 5.38) относительно основания изменять угол между направлением вибрации и вертикалью, при этом изменяется характер движения частиц на ленте транспортера и, следовательно, характер процесса смешивания. В частности, на рис. 5.41, а показано движение частиц в одном циркуляционном контуре, а на рис. 5.41, б – в двух циркуляционных контурах. Наличие одного или двух циркуляционных контуров определяется углом между направлением вибрации и вертикалью. На практике часто требуется приготовить смеси одинаковых объемов, готовую смесь упаковать или передать на дальнейшую переработку в виде отдельных порций одинакового веса, например при производстве таблеток или брикетов. Для данного случая был проведен ряд экспериментов на базе установки (рис. 5.38), для которых перегородки на ленточном транспортере устанавливались с возможностью фиксированного перемещения вдоль ленты транспортера. Для определения положения ячеек использовался датчик 12 (рис. 5.38), который подавал управляющий сигнал на блок управления порционными дозаторами. В этом случае ширина ячеек ∆S разная и пропорциональна изменению производительности на ссыпающих краях дозаторов (рис. 5.42). Рис. 5.41. Движение частиц в ячейке смесителя а) б) S 0 10 20 30 40 50 Ячейка 3 Ячейка 2 Ячейка 1 Ячейка 5 Q, г Ячейка 4 Рис. 5.42. Соотношение компонентов в ячейках ( ∆S пропорциональна изменению производительности дозаторов) Математически это можно представить следующим образом. При выполнении равенства (5.87) для компонента А будет выполняться равенство (5.88) (аналогично для компонентов В и С): ∫ ∫ ∫ ∆ ∆ ∆ = = = V M S V S V S dT T f dT T f dT T f ) ( 0 1 ) 2 ( 0 1 ) 1 ( 0 1 ) ( ) ( ) ( . (5.88) Возможность фиксированного перемещения перегородок относительно ленты транспортера позволяет оперативно изменять вес отдельной порции смеси, без изменения режима работы смесителя в целом. Синхронизация попадания определенных объемов в определенные ячейки обеспечивается наличием датчика фиксации положения ячейки, который связан с узлом управления порционными дозаторами. Сигнал на подачу первой порции в дозатор компонента А подается в тот момент, когда пустая ячейка определенной ширины находится на определенном расстоянии от разгрузочного узла этого дозатора. Далее процесс дозирования осуществляется, как описано выше. 5.6. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ При реализации описанного выше способа непрерывного смешения требуется глубокая модернизации технологического оборудования. Для снижения издержек нами был разработан способ непрерывного дозирования и устройство для его осуществления, позволяющие повысить качество готовой смеси за счет модернизации только дозатора, при использовании типового смесителя [37]. Способ заключается в том, что формируются отдельные порции равного веса ∆Р или равного объема ∆V, подачу которых осуществляют через равные промежутки времени ∆Т в устройство для преобразования порций в непрерывный поток в результате перемещения материала от загрузочного узла к разгрузочному. Преобразование отдельных порций в непрерывный поток осуществляется на лотке, наклоненном к горизонту под углом, меньшим чем угол трения покоя сыпучего материала о поверхность лотка, а перемещение материала осуществляют за счет колебаний лотка с амплитудой, линейно уменьшающейся от загрузочного узла к разгрузочному, причем направление колебаний лотка составляет с вертикалью угол от нуля до угла наклона лотка к горизонту по направлению от загрузочного узла к разгрузочному. Способ реализован в установке, схема которой представлена на рис. 5.43. Устройство содержит основание 1, на котором шарнирно закреплен лоток 2. Загрузочная часть лотка шарнирно закреплена с основанием через вибратор 3. Отдельные порции через равные промежутки времени формируются и подаются в лоток 2 порционным дозатором 4. В верхней части лотка 2 установлена поперечная перегородка, которая состоит из верхней части 5 и нижней 6. Перегородка установлена с возможностью фиксированного перемещения вдоль лотка 2. Части перегородки 5 и 6 имеют возможность независимого фиксированного перемещения относительно друг друга. Вибратор 3 установлен на основании 1 с возможностью перемещения вдоль оси лотка 2 с помощью механиз- ма 7. Включение и выключение механизма 7 осуществляется узлом 8, причем операции синхронизированы узлом 9 с работой порционного дозатора 4. Загрузка лотка 2 осуществляется через узел 10, а выгрузка через узел 11. Соединение пластины 12, на которой шарнирно закреплен вибратор 3, с основанием 1 выполнено таким образом, чтобы при перемещение вдоль лотка 2 угол наклона лотка к горизонту не изменялся. S Q, г 9 23 34 43 50 0 Ячейка 3 Ячейка 2 Ячейка 1 Ячейка 4 Ячейка 5 |