Исследование устойчивости массопотоков в технологических системах переработки сыпучих материалов с рециклами

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Поэтому в настоящее время актуально привлечь внимание к существованию проблемы устойчивости массопотоков в ТСИ, поставить задачу об устойчивости и показать методы и примеры ее решения. Именно на это и ориентирована настоящая работа, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 — А118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и договора… Читать ещё >

Содержание

ф Стр
Глава 1. Математическое моделирование формирования фракционного состава и массопотоков в технологических системах измельчения: современное состояние вопроса
- 1. 1. Математическое моделирование процессов измельчения
- 1. 2. Моделирование и методы расчета процессов классификации
- 1. 3. Методы расчета сложных технологических систем измельчения
- 1. 4. Постановка задач исследования
Глава 2. Математическое моделирование формирования фракционного состава и массопотоков материала в сложных ТСИ методами теории цепей Маркова
- 2. 1. Моделирование процессов в отдельных элементах ТСИ
  - 2. 1. 1. Моделирование измельчения
  - 2. 1. 2. Моделирование классификации
- 2. 2. Моделирование ТСИ
  - 2. 2. 1. Алгоритм построения модели
  - 2. 2. 2. Результаты численных экспериментов
- 2. 3. Расчет установившихся параметров ТСИ
- 2. 4. Выводы по главе 2
Глава 3. Исследование устойчивости установившихся режимов работы ТСИ
- 3. 1. Общий подход к исследованию устойчивости
- 3. 2. Устойчивость замкнутой схемы измельчения
- 3. 3. Устойчивость работы каскада классификаторов
- 3. 4. Выводы по главе 3
Глава 4. Экспериментальное исследование и математическое моделирование замкнутой ТСИ со струйной мельницей. ф
- 4. 1. Схема установки и система замеров
- 4. 2. Математическая модель ТСИ со струйной мельницей и результаты численных экспериментов
- 4. 3. Выводы по главе 4

Исследование устойчивости массопотоков в технологических системах переработки сыпучих материалов с рециклами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

диссертации. При производстве и фракционировании порошкообразных материалов достаточно часто используют рециркуляцию части материала после его классификации на той или иной стадии технологического процесса. В замкнутом цикле измельчения это позволяет снизить энергозатраты на измельчение путем выделения из мельничного продукта уже кондиционных фракций и направления более крупных фракций на повторный размол. В системах классификации, называемых каскадными классификаторами, повторная классификация осуществляет перечистку того или иного продукта разделения, в результате чего может быть достигнута гораздо более высокая, чем в одном аппарате, четкость разделения.

Усложнение технологических систем измельчения (ТСИ) приводит к тому, что их проектирование на основе аналогов и чисто эмпирических подходов становится малодостоверным, а экспериментальная доводкадорогостоящий и продолжительной. В этих условиях возрастает роль математических моделей ТСИ, позволяющих прогнозировать их основные эксплуатационные параметры, проводить режимную и структурную оптимизацию схем.

Подавляющее большинство современных методов расчета ТСИ ориентировано на прогнозирование установившихся режимов их работы и оперирует заранее заданными математическими моделями входящих в них процессов.

Однако в реальных условиях всегда возможны вариации параметров при эксплуатации, в частности, пульсации производительности подачи и фракционного состава сырья. При оценке отклика на подобные возмущения матрицы преобразования фракционного состава материала в мельницах и классификаторах уже не могут считаться постоянными, и их зависимость от массопотоков может привести к тому, что внесенные возмущения будут нарастать с течением времени даже после их снятия, то есть установившийся расчетный режим может оказаться неустойчивым и нереализуемым на практике.

Поэтому в настоящее время актуально привлечь внимание к существованию проблемы устойчивости массопотоков в ТСИ, поставить задачу об устойчивости и показать методы и примеры ее решения. Именно на это и ориентирована настоящая работа, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 — АН 8 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и договора о научно-техническом сотрудничестве между ИГЭУ и Горным институтом г. Алби, Франция.

Цель работы — разработать алгоритм построения математических моделей формирования фракционного состава и массопотоков сыпучих материалов в технологических системах измельчения-классификации сложной конфигурации и исследовать устойчивость стационарных режимов работы этих систем. Научная новизна — результатов работы заключается в следующем.

1. На основе теории цепей Маркова разработан универсальный алгоритм построения матричных математических моделей ТСИ сложной конфигурации, позволяющих прогнозировать эволюцию фракционного состава и массопотоков материала и их асимптотические характеристики (стационарные режимы работы).

2. Показано, что в ТСИ с рециркуляцией материала стационарные режимы работы могут быть неустойчивыми (нереализуемыми на практике), причем основным источником неустойчивости является зависимость граничного размера формирующего рецикл классификатора от массопотока разделяемого материала.

3. Выполнено исследование устойчивости ТСИ замкнутого цикла и каскада классификаторов и выявлен механизм затухания (устойчивые режимы) или нарастания (неустойчивые режимы) малых возмущений подачи материала в ТСИ.

4. Выполнено экспериментальное исследование и математическое моделирование ТСИ со струйной мельницей Alpine Hosokawa 100 AFG и классификатором 50 ATP Turboplex, подтвердившими работоспособность предложенной модели и зафиксировавшие возможность потери устойчивости работы мельницы.

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.

1. Разработанный алгоритм построения математических моделей сложных ТСИ может использоваться как математическая основа разработки инженерных методов расчета конкретных ТСИ и их проектирования.

2. Исследование устойчивости стационарных режимов работы ТСИ при проектировании позволяет значительно повысить надежность и достоверность результатов проектирования ТСИ.

3. Исследованы экспериментально и описаны математически режимы работы струйной мельницы Alpine Hosokawa 100 AFG с классификатором 50 ATP Turboplex.

4. Разработанный алгоритм и его программное обеспечение нашли применение при выполнении исследовательских и проектных работ в центре порошков и процессов Горного института г. Алби, Франция. Автор защищает:

1. Разработанный на основе цепей Маркова универсальный алгоритм построения математических моделей сложных ТСИ, позволяющий моделировать стационарные и переходные режимы их работы.

2. Методику и результаты численных экспериментов по исследованию устойчивости массопотоков в сложных ТСИ и их физическую интерпретацию.

3. Результаты экспериментального исследования и математического моделирования рабочего процесса в струйной мельнице 100 AFG с классификатором 50 ATP Turboplex.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ ([7683] списка).

Автор считает долгом выразить глубокую признательность д-ру Laurence Godet, оказавшей большую помощь в выполнении по разработанной нами программе экспериментальных исследований на струйной мельнице.

Актуальность темы

Усложнение технологических систем измельчения (ТСИ) приводит к тому, что их проектирование на основе аналогов и чисто эмпирических подходов становится малодостоверным, а экспериментальная доводка — дорогостоящей и продолжительной. В этих условиях возрастает роль математических моделей ТСИ, позволяющих прогнозировать их основные эксплуатационные параметры, проводить режимную и структурную оптимизацию схем.

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.

Автор защищает:

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ ([7683] списка).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ.

1. На основе теории цепей Маркова разработан универсальный алгоритм построения матричных математических моделей формирования массопотоков и фракционного состава материалов в ТСИ сложной конфигурации, позволяющих моделировать стационарные и переходные режимы их работы.

2. Показано, что стационарные режимы работы ТСИ с рециклами могут быть неустойчивыми, то есть нереализуемыми на практике, причем основной причиной неустойчивости является зависимость граничного размера разделения формирующего рецикл классификатора от массопотока (концентрации) разделяемого материала.

3. Выполнено исследование устойчивости массопотоков в ТСИ замкнутого цикла и показано, что устойчивость обеспечивается в ограниченном диапазоне углов наклона характеристики «граничный размер — массопоток» классификатора около стационарного режима. Затухание возмущения подачи исходного материала в ТСИ, а также развитие неустойчивости могут происходить как экспоненциальным, так и колебательным образом.

4. Выполнено исследование устойчивости массопотоков в каскаде из двух классификаторов с рециркуляцией крупного продукта второго классификатора и показано, что потеря устойчивости может носить характер как непрерывного нарастания массопотока материала через первый классификатор, так и установления стационарных колебаний массопотоков, приводящих к потере качества продуктов разделения.

5. Выполнено экспериментальное исследование и математическое моделирование струйной мельницы Alpine Hosokawa 100 AFG с классификатором 50 ATP Turboplex, в результате чего получена и описана зависимость тонкости измельчения от производительности и выявлено экспериментальное значение производительности, а также зафиксирована возможность потери устойчивости массопотоков в мельнице.

6. Разработанный алгоритм и программное обеспечение используется в практике выполнения исследовательских и проектных работ в центре порошков и процессов Горного института г. Алби, Франция, и на кафедре котлов и термодинамики Ченстоховского политехнического института, Польша.

Показать весь текст

Список литературы

Кафаров В. В, Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения сыпучих материалов. -М.: Наука, 1985.-440с.
Сидненко П.М. Измельчение в химической промышленности. -М.: Химия, 1977.
Андреев С.Е., Петров В. А., Зверевич В. В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. -М.: Недра, 1980.—416с.
Ромадин В.П. Пылеприготовление. М. -JL: Госэнергоиздат, 1953.-519с.
Дуда В. Цемент. М.: Стройиздат, 1981. — 464с.
Лебедев А.Н. Подготовка и размол топлива на электростанциях. -М.: Энергия, 1969.-520с.
Андреев С.Е., Товаров В. В., Петров В. А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. -М.: Металлургиздат, 1959. -437с.
Линч А. Циклы дробления и измельчения. М.: Недра, 1980. -343с.
Ходаков Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. — 308с.
Математическое описание и алгоритмы расчета мельниц цементной промышленности. / Под ред. М. А. Вердияна. М.: НИИЦемент.-94с.
Осокин В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия.
Мизонов В.Е. Формирование дисперсного состава и массопотоков сыпучих материалов в технологических схемах измельчения. Дисс. докт. техн. наук. -Москва, 1985.-452с.
Жуков В.П. Измельчение-классификация как процесс с распределенными параметрами: моделирование, расчет, оптимизация. Дисс. докт. техн. наук. -Москва, 1993.-372с.
Mizonov V., Zhukov V., Bernotat S. Simulation of Grinding: New Approaches. IS-PEU Press, 1997,108p.-8615. Broadbent, S.R., Callcott, T.G. A Matrix Analysis of Processes Involving particle
Assemblies. Phill. Trans. Roy. Soc., 1956, A249, pp. 99−123.
Liu, J. Schonert, K.: Modelling of Interparticle Breakage. Proc. 8-th European Symp. on Communition. Vol. 1, Stockholm, 1994, pp. 102−115.
Liu, J. Modellierung der Zerkleinerung in einem Gutbett. Dissertation. Clausthall, 1994.
Bertrand D. et al. Evolution of Chemical Composition of Pea Seeds according to particle size during comminution using a markovian process. Proc. of 9-th European Symp. on Comminution. VI. ALBI, 1998, pp. 175−183.
Овчинников П.Ф. Дифференциальные и интегральные уравнения кинетики измельчения.// Процессы в зернистых средах.-Иваново.-1989.-е. 3−8. 36.
Мизонов В.Е., Лебедев Д. Е., Беляков А. Н., Смирнов С. Ф., Бертье А. Об определении матрицы измельчения в математической модели размола твердого топлива. Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем. Труды ИГЭУ, вып.2. Иваново, 1998, с.77−78.
Жуков В.П., Мизонов В. Е. Моделирование и расчет совмещенных процессов измельчения и классификации. // Изв. вузов «Горный журнал», 1990, № 5, с.126−129.
Мизонов В.Е., Жуков В. П., Горнушкин А. Р. Аналитическое решение обобщенного уравнения кинетики измельчения. // Изв. вузов «Химия и хим. технология», 1989, т.32, № 6, с. 115−1 П.
Zhukov V., Mizonov V., Filitchev P., Bernotat S. The modelling of grinding process by means of the principle of maximum entropy. Powder Technology, 95 (1998) 248−253.
Жуков В.П., Мизонов B.E., Филичев П. В., Бернотат 3. Применение принципа максимума энтропии к прогнозированию процессов измельчения. Теор. основы хим. технологии, 1998, т.32, № 2,с. 183−187.
Лебедев A.H. Пылеприготовление на электростанциях. М.-Л.: Госэнергоиз-дат, 1949. — 352с.
L.G. Austin, Introduction to the mathematical description of grinding as a rate process. Powder Technology, 5 (1971/1972) pp. 1−17.
Техов C.M., Шишкин С. И., Барский М. Д., Брод И. И. Математическая модель процесса измельчения: / Межвуз. сб. Техника и технология сыпучих материа-лов.-Иваново, 1991.
Гондуров И.М. Исследование процесса тонкого измельчения материалов в ударно-центробежной мельнице с классификатором. Дисс.. канд. техн. наук. -Москва, 1980.-227с.
Вердиян М.А., Кафаров В. В. Процессы измельчения твердых тел. // В сб.: Процессы и аппараты химической технологии. Т.5. (Итоги науки и техники, ВИНИТИ АН СССР). — М., 1977. — с.5−89.
Методы оптимизации и алгоритмы расчета технологических схем измельчения. // Приложение к временным методическим указаниям. — Вып.2. НИИЦе-мент.-М., 1979,108с.
Кафаров В.В. и др. Математические модели структуры потока материала в мельницах. // Цемент. 1977. — № 5. — с.12−13.
Разумов К.А. Новое уравнение кинетики измельчения и анализ работы мельницы в замкнутом цикле. // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1969. — № 3. -с.3−15.
Разумов К.А. и др. Закономерности измельчения в шаровых мельницах. // VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых, Т.1,1969.
Кутепов A.M., Падохин В. А., Блиничев В. Н., Бондарева Т. И. Стохастическая теория диспергтрования гетерогенных систем//Сб. научн. трудов ИХР РАН. Спец. выпуск е 20-летию образования ИХР. Иваново, 2001, с. 189−202.
Ушаков С.Г., Зверев Н. И. Инерционная сепарация пыли. М.: Энергия, 1974. — 168с.-8838. Мизонов В. Е., Ушаков С. Г. Аэродинамическая классификация порошков. 1. М.: Химия, 1989, — 160с.
Барский М.Д. Фракционирование порошков. М.: Недра, 1980. — 327с.
Дубовский И.Е., Климов И. И. Метод расчета пылеулавливателей и сепараторов пыли пылеприготовительных установок. // Энергомашиностроение. 1960. -№ 6. -с.21−25.
Lynch A J. Lecture notes on comminution and classification. University of Queensland Australia, 1970, s. l 10 ff.
Говоров A.B. Каскадные и комбинированные процессы фракционирования сыпучих материалов. Дисс. канд. техн. наук. — Свердловск, 1986. — 220с.
Шишкин С.Ф., Техов С. М. Расчет процесса измельчения в замкнутом цикле. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1991. — т.34. — № 5. — с. 117−119.
Molerus О. Stochastisches Modell der Gleichgewichtisichterung. // Chem.-Ing.-Techn. 1967, Bd. 39, № 13, s.792−796.
Molerus O. Hoffmann H. Darstellung von Windsichterkurven durch ein Stochastisches Modell. // Chem.-Ing -Techn. 1969, Bd. 41, № 5−6, s.340−344.
Мизонов B.E. Стохастическая модель равновесной классификации порошков. // ТОХТ. 1984. — Т. 18. — № 6. — с.811−815.
Пастин В.В. Центробежное разделение тонкодисперсных материалов в пневматических классификаторов спирального типа. Дисс.. канд. техн. наук. -Иваново, 1989.- 170с.
Огава А. Коэффициент частичного улавливания циклонным сепаратором. // Рютай когаку, 1976, т. 12, № 4, с.229−237.
Падва Ю.И. Теоретическое и экспериментальное исследование циклонных пылеулавливателей. Дисс. канд. техн. наук. — Москва, 1968. — 114с.
Ведерников В.Б. Процессы разделения в газодисперсных средах. Дисс.. докт. техн. наук. — Свердловск, 1992. — 428с.
Шупов Л.П. Кибернетика и основные направления исследований в области обогащения железных и марганцевых руд. // В кн. Математические методы исследований и кибернетика в обогащении железных и марганцевых руд. Труды республ. конф.-М. 1971. — с.10−25.
Жуков В.П. Математическое описание размольно-классифицирующих структур произвольной формы. // Совершенствование техники и технологии измельчения материалов. Белгород. — 1989. — с.9−17.
Шупов Л.П. К вопросу построения математической модели схемы измельчения. // В кн. Сб. научных трудов ин-та «Механобрчермет». Вып. 11. — М., 1970.-с.219−232.
Козина P.M. Итерационный метод расчета технологических схем. // Обогащение руд. 1975. -№ 3. — с.39−41.
Кононенко Б.А., Персиц В. З., Барский Л. А. Оптимальные методы расчета технологических схем углеобогащения. // Сб. трудов. Т.V. — Вып. 1, ИОТТ, М.: Недра, 1976.-с. 10−16.
Мизонов В.Е., Бертье А., Абрамов С. В., Барочкин Е. В. Об одном подходе к описанию кинетики измельчения. Изв. ВУЗ Химия и хим. технология, 1999, т.42, № 4,с.124−126.
Berthiaux Н., Dodds J.A. Modelling Classifier Networks by Markov Chains. // Powder Technology, 1999.
Berthiaux H., Heitzmann D., Dodds J.A. The use of a Markov process for modelling classification. // Recents Progres en Genie des Procedes, v.8, № 35, 1994, 119 124.
V. E. Mizonov, H Brthiaux, V. P. Zhukov, S. Bernotat. Application of MultiDimensional Markov Chains to Model kinetics of Grinding with Internal Classification. Proc. of the 10-th symposium on Comminution Heidelberg 2002 14 p. (on CD).
Жуков В.П. и др. Построение кривой разделения при многостадийной классификации порошков. // Теор. основы хим. технологии. — 1991. Т.25. — № 4. -с.601.
Автоматизированное проектирование систем топливоприготовления: Учеб. пособие. / В. П. Жуков, С. И. Шувалов. Иван. гос. ун-т, Иван, энерг. ин-т. -Иваново, 1989.-64с.
Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики / Под ред. О. С. Богданова, Ю. Ф. Ненарокомова, 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1984, -358 с.
Летин Л.А., Родцатис К. Ф. Среднеходные и тихоходные мельницы / Под общ. ред. К. Ф. Родцатиса. М.: Энергоиздат, 1981, — 360 е., ил.
Волковинский В.А., Родцатис К. Ф., Толчинский Е. Н. Системы пылеприго-товления с мельницами-вентиляторами / Под ред. К. Ф. Родцатиса. М.: Энергоиздат, 1990, — 272 е., ил.
Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / Под ред. О. С. Богданова, В. А. Олевского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1982, — с. 366.
Фоменко Т.Г., Бутовецкий B.C., Погарцева Е. М. Технология обогащения углей: Справочное пособие, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985, — 367с.
Нормы расчета и проектирования пылеприготовительных установок / Под ред. М. Л. Кисельгофа, Н. В. Соколова. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958, -159с.
Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1985. — 285с.
Кафаров В.В., Дорохов И. Н., Марков Е. Л. Системный анализ процессов химической технологии. Применение метода нечетких множеств. М.: Наука, 1986.
Новосельцева C.C. Повышение эффективности сложных технологических систем измельчения путем их структурной оптимизации. Дисс. канд. техн. наук. Иваново, 1998. — 184с.
Вильсон Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем. -М.: Наука, 1978. -248с.
Коровкин А.С., Мизонов В. Е., Жуков В. П., Бертье А. Формирование массопотоков материала в технологических системах измельчения. Известия вузов &bdquo-Химия и хим. технология", 2000, т.43, вып.2, с.70−72.
Мизонов В.Е., Жуков В. П., Коровкин А. С., Бертье А. Об устойчивости работы каскада классификаторов. Известия вузов «Химия и химическая технология», 2000, т.43, вып. З, с.133−135.
Годэ Л., Мизонов В. Е., Коровкин А. С., Бертье А., Шамаю А. Экспериментальное исследование и математическое моделирование измельчения талька в струйной мельнице. Известия вузов &bdquo-Химия и хим. технология", т.43, вып.6, 2000, с. 148−150.
Мизонов В.Е., Жуков В. П., Коровкин А. С., Бертье А. Об устойчивости массопотоков в технологических системах переработки сыпучих материалов с рециклами. Химическая промышленность. № 1, 2001, с.44−47.

Заполнить форму текущей работой