Основные физические свойства сыпучих тел

Введение.

Развитие газодинамических технологий (получение тонкодисперсных порошков, сушка, прямое восстановление материалов, дегидратация, декарбонизация сырья для производства вяжущих и др. [ ]), в последние годы усилило интерес к исследованию физических основ внутримельничных процессов: процессов переноса импульса, теплоты и массы в струях сложного химического состава, несущих твердые частицы. Изучение неизотермических струйных течений с твердой фазой представляет также значительный интерес для многих традиционных отраслей науки и техники (металлургия, химические, строительные и пищевые технологии, машиностроение и т. д.). В качестве твердой фазы, находящейся во взвешенном состоянии в струе, могут быть частицы различной физико-химической природы. Динамические особенности развития таких струй различны. Турбулентную двухфазную струю получают либо путем «вдувания» частиц с помощью несущего газа, либо их инжектирования, либо путем вдува газа в пространство, занятое смесью частиц взвешенных примесей и газа. Все эти различия в том или ином сочетании рассматриваются при изучении газодинамических и теплофизических аспектов переработки различных материалов минерального и органического происхождения, в газовом потоке. Особое место при этом занимает газодинамическое диспергирование – прогрессивный технологический процесс сокращения размеров частиц перерабатываемых материалов. В процессе газодинамического диспергировании измельчаемый материал в виде частиц дискретной твердой фазы вводится в газовую струю, перемешивается в ней и транспортируется в зону встречи с такой же гетерогенной струёй или с преградой. В процессе взаимодействия (соударения) встречно движущихся частиц в определенных условиях происходит их разрушение. Взаимодействия кристаллических и аморфных частиц, минерального и органического происхождения с газовым потоком, осуществляется в их мелкозернистой (порошкообразной) фазе. Характер и скорость таких взаимодействий, а также качество получаемых на их основе продуктов, существенно зависит от физической структуры, состава и свойств порошкообразных тел и газового потока. Их изучение, с точки зрения разработки высокоэффективных техники и технологий, обеспечивающих требуемые свойства исходных материалов в различных отраслях, представляет большой интерес. Исторически измельчение материалов в струях газа получило развитие с конца XIX века, когда на эту тему появилось много патентов, однако практического использования они не получили в силу имевшего место значительного износа конструктивных элементов мельниц. Для решения этой проблемы была изобретена схема установки с двумя встречнми струями (противоточная струйная мельница) однако это устройство также не имело успеха. Позже была предпринята попытка защитить дно мельницы от удара частиц частицами однородного с измельчаемым материалом, но из-за низкой эффективности от этого способа также отказались. В 1936 году была изобретена мельница «Микронайзер», применяемая за рубежом до настоящего времени, наряду с такими мельницами как «Редукционайзер» и «Майяк», Наряду с решением чисто технических проблем, связанных с разработкой различных конструктивных вариантов мельниц, выполнены работы, направленные на теоретическое обоснование способов повышения их эффективности. Анализ известных зарубежных публикаций за последние 15 – 20 лет, а также результаты исследований автора этой работы, позволяет сделать вывод о том, что по мере развития нового перспективного газоструйного измельчительного оборудования, начало которому было заложено в СССР Б. Н. ugg australia Тельновым, в первую очередь для обработки порошкообразных минеральных материалов в высокотемпературных струях сложного химического состава, а также по мере возрастания требований к свойствам конечного продукта и расширения перечня обрабатываемых материалов, в Украине (ЧНПКП фирма «Сармат») и в России (ТОО фирма «Перспектива») значительно расширились фундаментальные исследования в области газодинамического диспергирования различных материалов в потоке газа, а также эффективности применения полученных результатов в конкретных технологиях. К настоящему времени назрела необходимость в проведении исследований на качественно новом уровне, предполагающем системный подход, охватывающий все звенья цепи формирования стабильного конечного продукта с заранее заданными свойствами, которые гарантируются не только в лабораторных, но и в промышленных условиях. Порошкообразное тело (система) представляет совокупность большого количества отдельных зерен, соприкасающихся между собой по весьма незначительной части их поверхности. Величина контакта является важнейшим, для дисперсных систем, свойством порошкообразных масс, поскольку в значительной мере определяют эффективноть диффузионных процессов. Другими, не менее важными, свойствами дисперсных систем являются также гранулометрический состав, объемный вес, угол естественного откоса, пористость, величина общей поверхности и поверхности контакта, сыпучесть, распыляемость, слеживаемость, гигроскопичность, радиационная способность и т. п. nike air max 90 материала. Используя порошкообразные материалы приходится принимать во внимание все эти свойства. Раскрытие этих свойств и закономерностей их изменения под действием различных факторов, а также влияние этих свойств на процессы физико-химического превращения порошкообразных тел, будет способствовать созданию высокоэффективных технологий в каждой конкретной отрасли промышленности, сельского хозяйства, медицины. К сожалению, современный уровень знаний в этой области еще не только не выделился в самостоятельную область знаний, но и ведется недостаточно систематично, без необходимых теоретических обоснований и обобщений. Такое положение исключает возможность рациональной нормализации и, в частности, унификации и типизации, создаваемых технических средств, особенно машин, не способствует приданию производственным предприятиям совершенно новой формы, обусловливающей создание весьма эффективных промышленных структур. Преодолеть существующее положение возможно лишь при комплексном решении следующих задач:

  1. определение конкретных целей среднесрочного и долгосрочного развития профилирующих отраслей промышленности, перерабатывающих сыпучие материалы;
  2. оценка (прогнозирование) основных физических свойств сыпучих (дисперсных) материалов, определяющих их применимость в строительстве, порошковой металлургии, химической промышленности, медицине и сельском хозяйстве…;
  3. развитие «макрокинетики» химических реакций сыпучих тел под воздействием внешней среды с целью определения степени влияния на их свойства физических явлений передачи теплоты, энергии и материи;

4) развитие физико-математических основ двухфазных потоков в процесе взаимодействия частиц между собой и с газом в процессе газодинамического диспергирования;

  1. разработка теоретических методов расчета режимов технологических аппаратов и обрабатывающих операций, позволяющих (инженерам) проектировать продуктивные средтва с минимумом неопределенной экстраполяции на основе существующих процессов или экспериментирования методом проб и ошибок..
  2. разработка методов и аппаратуры для оперативной диагностики состояния дисперсной и газовой фаз в потоке, а также в технологическом переделе в процессе получения конечного продукта;

7) осуществление контроля за качеством и свойствами перерабатываемых материалов как в исходном, так и в конечных состояниях; 8) создание банка данных, математического и программного обеспечения для серийного и перспективного оборудования, позволяющих разрабатывать конструктивные параметры технологического оборудованияи и режимы его работы; 9) создание высококачественного автоматизированного оборудования, обеспечивающего контроль, поддержание на заданном уровне и регистрацию основных технолог ических параметров. (с.13) ……………….. сыпучих тел. Основные физические свойства сыпучих тел.

  1. Глава I Технологические свойства

Сыпучие тела (дисперсные системы) занимают промежуточное положение между жидкостью и твердыми телами. По сравнению с твердым телом они обладают значительно большей поверхностью, способной облегать рельеф, имеют существенно большую поверхность слагающих их частиц. В отличие от жидкости сыпучие тела в определенных пределах способны сохранять свою форму; при определенных условиях неспособны вытекать через отверстия, щели и каналы, характерные размеры которых превышают размеры частиц сыпучих тел.

Глава I

АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Особенности процесса газодинамического диспергирования материалов

Анализ состояния и перспектив использования газовой струи в ряде промышленных технологий показывает, что наибольший интерес для совершенствования процессов обработки дисперсных материалов представляют процессы их подготовки к технологическому переделу и, в частности, комплексной переработки в струях газового энергоносителя – в газодинамических дезинтеграторах. При газодинамическом диспергировании струя является основной технологической зоной обработки дисперсных материалов, поэтому, располагая такими важными параметрами, как скорость, температура, концентрационный состав газовых компонентов, турбулентность можно эффективно проводить оптимизацию процесса подготовки исходного материала, с целю интенсификации процессов его технологического передела и обеспечения высокого качества получаемой продукции. Следовательно, самостоятельный интерес, как объект исследования представляют как однофазные струи, используемые при переработке дисперсных материалов, так и струйных течений с твердой фазой. Особый интерес представляют высокотемпературные плазменные струи. Характерными особенностями этих струй являются:

  1. многокомпонентность, так как реальные плазмотроны, как правило, работают на смесях различных плазмообразующих газов (Ar+N2, Ar+H2, Ar+He, Ar+N2+H2, воздух+природный газ и других); многокомпонентность особенно необходимо принимать во внимание при истечении струи с твердой фазой;
  2. наличие значительных градиентов скорости и температуры в поперечных сечениях струи, что обусловливает различные скоростную и температурную предыстории частиц дисперсной фазы (последним объясняется необходимость жесткого контроля ввода частиц в плазменную струю);
  3. высокая степень турбулентности, из-за крупно- и мелкомасштабного шунтирования дуги плазмотрона.

  При исследовании двухфазных неизотермических потков типа газ — частицы значительную сложность представляет корректный учет теплового и динамического взаимодействия фаз в осреднением и пульсационном движениях, столкновения, измельчения и коагуляции частиц, их вращения, поскольку закономерности движения и возможности математического описания таких систем находятся в тесной связи с концентрацией дисперсного материала в газовом потоке [77. baskets new balance pas cher ГорбисЗ. Р. Теплообмен и гидродинамика дисперсных сквозных потоков. –М.: Энергия, 1970. 424 с.]. Поэтому представляет интерес оценка сверху для объемной концентрации частиц при наиболее характерных условиях обработки порошковых материалов (струйное измельчение, плазмоструйное напыление, сфероидизация частиц [78. Нанесение покрытий плазмой /В. В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В. Е. nike air max classic bw soldes Белащенко, О. П. Солоненко, В. А. Сафиуллин. –М.:Наука, 1990. 408 с.]. Для этого достаточно оценить максимально возможную степень загрузки потока кmax= — массовые расходы Зафиксируем массо. ли рас- дисперсного материала и рабочего газа. Здесь и далее индексы р и f отвечают,соответственно, параметрам частиц и газа. Как известно [3 Кудинов В. В., Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. –М.: Машиностроение, 1981. 192 с.], наиболее распространенным способом ввода порошкового материала в плазменную струю является его подача под срез сопла плазмотрона с помощью трубки-шихтопровода некоторого радиуса .

Добавить комментарий