ГДД 04 Глава 3 — 1

Предисловие

Деформированная структура современного общественного воспроизводства, падение спроса на прикладные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, сокращение темпов внедрения их результатов в производство, усугубляет кризисное состоянии экономики. Причиной этому во многом является невосприимчивость экономики к инновациям, резкое и непрерывное, до недавнего прошлого, сокращение финансирования науки и образования, снижение платежеспособного спроса предприятий на рынке научно — технической продукции. basket jordan 11 Ситуация усугубляется имеющим место сокращением мировых запасов материальных и энергетических ресурсов. Все это обусловило необходимость поиска новых и совершенствования существующих способов их использования, на основе применения высокоэффективной техники и технологии. Теория инноваций свидетельствует о том, что выход экономики из кризиса может быть достигнут, во многом, благодаря разработке и внедрению передовых достижений науки и техники. Общепризнанным направлением научно-технического прогресса в настоящее время становится интенсификация производственных процессов в целом. Поэтому, изыскание новых способов интенсификации технологических процессов, разработка высокоэффективных технологий и технологического оборудования, представляет весьма актуальную социальную проблему. Основная трудность состоит в том, что различные формы знаний в области переработки материалов и уровни организации производственных процессов, обеспечивающих удовлетворение социальных потребностей в высококачественной товарной продукции, разобщены предметами интересов различных специалистов, имеющих прямое или косвенное отношение к этому процессу. У физиков, химиков, биологов, технологов, конструкторов и проектировщиков – потребителей этих знаний, сложились свои традиции, свой стиль мышления. Это объясняется, в первую очередь, исторически сложившимися тенденциями стихийного развития основных отраслей промышленности (металлургии, производства строительных материалов, пищевой промышленности и др.), сельского хозяйства, совершенствование и развитие которых шло на основе древних ремёсл и старинных бытовых укладов. Достаточно познакомиться с трудами Георгия Агриколы («О горном деле и металлургии»), И. nike homme solde М. Федоткина («Физико-математическии основы интенсификации процессов и аппаратов пищевой и химической технологии»), Н. Б. Урьева («Физико-химические основы интенсификации технологических процессов в дисперсных системах») и некоторых других авторов, чтобы убедиться, что исторические тенденции развития целого ряда технологий оказались очень порочными. Между тем, удовлетворение современных требований к качеству выпускаемой продукции, повышению эффективности её производства обусловливают необходимость осознания влияния совокупных эффектов и физико-химческих воздействий на технологические среды. Отсутствие строгого научно обоснованного подхода, основанного на системном анализе, одна из причин отсутствия исходного, единого для многих технологических процессов, принципа, на которых, и в соответствии с которым, они должны конструироваться. В настоящей работе поставлена цель исследование гензиса (происхождения) и разработка методологии (совокупности методов) решения проблем повышения эффективности процесса газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины. canada goose doudoune Системный анализ физико-механических эффектов и явлений, имеющих место в процессе газодинамического диспергирования, т. е. в процессе взаимодействия измельчаемых и смешиваемых частиц с несущей средой (газом) и между собой, позволил получить ряд новых результатов в области конструирования газодинамических дезинтеграторов, ориентированных на переработку материалов с различными физико-механическими свойствами, а также разработать технологические схемы производства строительных материалов, древесной муки, хлебопекарной муки из цельного зерна, грубых кормов на основе однолетних растений, азотистых удобрений на основе куриного помета, минеральных пищевых добавок, какао-порошков с 52 – 54 % -ным содержанием какао-масла, коллоидной серы и т. д. Представляемая читателю книга – отражает результат многолетней работы коллектива сотрудников, каждый из участников которого, внес определенный вклад в развитие газодинамической техники и технологии переработки твердых материалов и под общим руководством А. В. Руцкого, продолжает развивать это направление. Книга будет полезна не только исследователям, работающим в области теории газодинамического диспергирования, но и, даже в большей мере, работникам, занимающимся инновационными разработками, конструированием и модернизацией техники и технологии химической, строительной, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности, сельского хозяйства и медицины.

Введение

В-1 Технологические проблемы инновационных разработок в области диспергирования Новая технологическая идея возникает на основе новых достижений науки, научных открытий и технических изобретений, рассматриваемых с точки зрения целесообразности и возможности их практического применения. Её сущность обычно сводится к созданию на её основе продукта с новыми потребительскими характеристиками, усовершенствованию существующего продукта, уменьшению постоянных и переменных затрат на единицу продукции, обеспечению её гибкости, позволяющей обеспечить в короткие сроки и с небольшими затратами переналадку производства на новую продукцию. К основным препятствиям реализации единого подхода к анализу и обоснованию общих принципов интенсификации процессов получения различных продуктов в многоотраслевых промышленностях относят, прежде всего, следующие. basket nike Во-первых, это огромное разнообразие сырья, различающегося по структурно-механическим свойствам (твердые, упругохрупкие и вязкопластичные, волокнистые, жидкообразные и др.); по преобладанию в сырье какого-либо химического вещества (группа органических — белковосодержащие, углеводные, липидные, витамины и ферменты, а также группа минеральных — макро- и микроэлементы и вода); по области применения (металлургия, строительство, химическое производство, сельское хозяйство, медицина и т.п.); по характеру и интенсивности воздействия (стационарные, динамические, знакопеременные, критические и т. п.) при преобразовании сырья в готовую продукцию. Во-вторых, это многообразие и неоднозначность технологических операций, обеспечивающих превращение сырья в готовую продукцию, и разнообразие видов воздействий (механических, тепловых, ультразвуковых и т.п.), а также многообразие методов воздействий (физических, физико-химических, химических, микробиологических, и др.). В-третьих, многообразие характера процессов, происходящих при получении, хранении и потреблении продуктов производства; изменение структурно-механических характеристик, органолептических свойств и т. п. И, наконец, в-четвертых, это многообразие отраслей промышленности, определяющих состояние экономики. asics gel lyte 3 soldes Разработка новых методов интенсификации технологических процессов и создание на их основе высокоэффективных технологий, основываются на выявлении и применении соответствующих физических эффектов и физико-химических воздействий на технологические среды в процессе их обработки. Nike Air Max 90 Под эффективностью здесь понимается количество затрачиваемых энергетических и материальных ресурсов на совершение процессов, обеспечивающих достижение требуемого технологического эффекта. Повышение эффективности процесса обеспечивается его интенсификацией, т. е. nike air max command повышением его скорости, снижением энергетических затрат на его осуществление с одновременным улучшением качества получаемых продуктов и полуфабрикатов. К одной из первых ступеней в иерархической структуре преобразования физико-химических свойств твердых материалов в процессе производства различной продукции (промышленной, сельскохозяйственной, пищевой, медицинской и т.п.), относятся процессы измельчения, осуществляемые различными способами и в различных аппаратах. Только непрерывным разрушением высококонцентрированных дисперсных систем и составляющих их элементов под действии внешних сил, сопровождающимся конвективной диффузией, возможно осуществление массообменных процессов, в различных технологических операциях. Предельное и регулируемое, по заданному закону, разрушение структур перерабатываемого материала, является основным условием оптимизации и интенсификации этих процессов, без которого не возможно обеспечить максимальную однородность распределение фаз, увеличить до максимума активную поверхность раздела между ними, снизить до минимума сопротивление изменению объема или формы и увеличить скорость процесса. Следовательно, степень разрушения структуры следует рассматривать как критерий эффективности воздействий на дисперсные системы в процессах массообмена, а предельное разрушение, определяемое наименьшим уровнем структурной вязкости – как критерий оптимального уровня интенсивности воздействия. Поведение любого материала в условиях механических воздействий на разных стадиях переработки отражает те изменения, которые происходят в результате осуществления той или иной технологической операции. Например, при первичной обработке исходного сырья для получения вяжущих – клинкерного камня, песка и других материалов, технологические операции могут быть различны. Но эти объекты переработки представляют (есть) сыпучие грубодисперсные материалы, пока они рассматриваются в совокупности. Когда же идет речь, например, о диспергировании каждого элемента системы (измельчение, гомогенизация – приготовление однородной смеси и т. д.), существенно важной становится физико-механическая характеристика возникающей структуры (её структурно-реологические свойства). Nike Roshe Run soldes Следовательно, закономерности взаимодействия перерабатываемых систем (материалов) и машин, в которых осуществляется данная конкретная технологическая операция, должны определяться типом структуры, характеризующей реологические свойства, а также агрегатным состоянием исходного сырья, полуфабрикатов и готовой продукции (изделий). В процессе поиска эффективных методов получения тонкомолотых материалов промышленностью освоено десятки типов помольного оборудования отличающихся видом используемой для разрушения материала энергии (механической, электрической, тепловой), механизмом передачи энергии от её источника к частицам измелчаемого материала (механическим, термическим, газодинамическим), а также механизмом разрушения (раздавливание, истирание, удар) и разделения частиц по крупности (гравитационный, центробенжный . При этом, как показала практика, все больший интерес вызывают установки, характеризующиеся высокоскоростным ударным, истирающим и раздавливающим разрушением, а также разделением частиц в поле центробежных сил (ω2 r >g). Повышенный интерес к механическим методам измельчения материалов обусловлен, кроме всего прочего, тем, что механическая обработка изменяя межатомные расстояния и координацию атомов твердого тела, изменяет химическое строение измельченного этим методом твердого вещества. Поэтому, при более строгом подходе, механическая обработка, наряду с физико-химическим воздействием одновременно обеспечивает химическое превращение исходного твердого вещества в новое твердое химическое соединение, находящееся в метастабильном состоянии. chaussure de tennis asics Для изыскания путей и разработки методов интенсификации процессов в технологиях различных производств, связанных с использованием механических воздействий в машинах и аппаратах с внешним подводом механической энергии, в условиях исключительного разнообразия как объектов переработки, так и технологических операций, сопровождающихся часто резко различающимися по форме и интенсивности механическими воздействиями на перерабатываемый материал, очень важно найти общую основу для выбора параметров механических воздействий с учетом этих свойств и их изменений. Анализ технологических процессов получения самых различных дисперсных систем показал, что, несмотря на разнообразие форм механических воздействий, их мощности и характера подведения к системе, можно выделить один из решающих факторов, определяющих условия проведения многих, часто резко различающихся между собой технологических операций. Этот фактор в литературе известен под названием динамическим состоянием системы в условиях механических воздействий и определяется, в первую очередь, структурно-механическими характеристиками объекта переработки непосредственно в условиях проведения данной технологической операции. Это позволяет выделить основные типы динамических дисперсных систем, характерных для различных отраслей промышленности, сельского хозяйства и медицины, а также сформулировать критерии оптимальных динамических состояний этих систем, отвечающих наиболее эффективному проведению технологического процесса. Особый интерес представляет влияние дисперсности (крупности) частиц твердых фаз на условия проведения общих, для большинства перерабатываемых масс процессов, протекающих в условиях вынужденной конвективной диффузии, в том числе процессов измельчения, смешивания, уплотнения, формования и т. п., а также массообменных процессов; сопровождающихся или завершающихся разнообразными химическими и фазовыми превращениями материалов, например, окислением, растворением, выкристаллизацией, выпариванием, сушкой и т. п. Эти, наиболее распространенные процессы, по сути своей представляют химико-технологические процессы преобразования твердой фазы, связанные с переработкой различных видов органического и минерального сырья. Как правило, они соответствуют начальным, но наиболее важным стадиям технологического передела, поскольку именно на этих стадиях формируются структура будущего изделия (продукта) и его качество. Важной характеристикой, определяющей характер протекания многих процессов преобразования материалов, является свободная поверхностная энергия, т. Soldes Chaussures Adidas е. ugg australia classic энергия, необходимая для образования 1 см2 новой поверхности. Поверхностная энергия является определяющим параметром во всех процессах и явлениях, связанных с образованием зародышей новой фазы, при фазовых переходах, в химических реакциях и росте кристаллов, а также во всех процессах и явлениях, связанных со смачиванием твердого тела, таких как адгезия, флотация и т. д. Из изложенного следует:

  1. осуществление массообменных процессов, сопровождающих конвективной диффузией в гетерогенных высококонцентрированных дисперсных системах при воздействии внешних сил в различных технологических операциях возможно только при непрерывном разрушении таких структур;
  2. основное условие оптимизации и интенсификации этих процессов, без выполнения которого невозможно обеспечить максимальную однородность распределения фаз — увеличить до максимума активную поверхность раздела между ними, снизить до минимума сопротивление изменению объема или формы и увеличить скорость процесса, есть предельное или заданное регулируемое разрушение структуры.

Таким образом, степень разрушения структуры, дисперсность твердой фазы — один из основных параметров, определяющих условия проведения этих процессов, а увеличение дисперсности—один из основных путей их интенсификации. Основу предлагаемых инновационных технологий составляют физико-химические эффекты воздействия энергии газовых потоков на технологические материалы в процессе их измельчения. Участие газовой фазы во взаимодействиях твердых веществ существенно сказывается на условиях процесса, главным образом за счет увеличения площади поверхности взаимодействия между газовой и твердой фазами. adidas nmd homme Если процесс реализуется в потоке газа, площадь реакционной поверхности частицы равна или близка к площади поверхности частиц перерабатываемого твердого вещества (одного из компонентов смеси). Если же процесс протекает за счет контактного взаимодействия твердых частиц в процессе их столкновения, то величина площади реакционной поверхности имеет иной порядок. При размерах зерен, характерных для частиц, обрабатываемых в газодинамических дезинтеграторах (от 10 мм до 10 мкм), когда роль поверхностной диффузии в таких массах несущественна, их реакционная поверхность составляет лишь 107— 10-4 доли полной поверхности зерен. В этих условиях площадь поверхности химического взаимодействия, осуществляемого за счет непосредственного контакта между твердыми частицами, в 104 — 107 (обычно ~ в 104) раз меньше, чем при взаимодействии, осуществляемом через газовую фазу. Значение площади непосредственного контакта между зернами при их размере R = 1 – 10-3 см (10 мм 40,01 мкм) может измеряться величинами порядка 10 — 4—10 — 6 см2 на 1 см3 реакционной массы. Для обеспечения непосредственного взаимодействия между зернами кристаллических реагентов необходима передача массы, по меньшей мере, одного из них через твердый слой продукта к частицам другого. При образовании плотного слоя продукта массопередача происходит путем внутренней диффузии. Известно, что значения коэффициентов диффузии D твердого в твердом лежат в пределах 10 — 4410 -12 см2/сек, а удельный вес кристаллических тел (в г/см3) и движущая сила процесса (в безразмерном ее выражении) измеряются единицами. Если учесть эти данные, то можно заключить, что при пренебрежимо малой роли поверхностной диффузии степень превращения твердых веществ, лимитируемого диффузией описанным путем, может составить за 1 час, в зависимости от значений R см и D см2/сек, величину от 10 -8 до 1%. Однако действительная скорость многих реакций, протекающих при нагревании смесей твердых веществ, по меньшей мере, на два, а значительно чаще, на четыре порядка выше скорости, получаемой подобного рода расчетом. В промышленности путем нагревания кристаллических смесей достигают практически полного их химического превращения в течение 15—20 мин и менее. Таким образом, в описанных условиях теоретическая скорость массопередачи через контактные участки в порошкообразном теле во много раз меньше скорости массопередачи, часто наблюдаемой в действительности при взаимодействии порошкообразных тел в газовой среде. Иначе говоря, в случаях, характерных для газодинамического диспергирования, наблюдается первый из рассмотренных выше вариантов диффузии между зернами порошкообразного тела через газовую среду; возможно также сочетание этих вариантов – через контактные участки частиц твердого материала и через газовую среду. При осуществлении любого из них в процессе массопередачи может принимать участие вся поверхность зерен порошкообразной смеси, что обеспечивает высокое значение скорости переноса массы, энергии, вещества. Виды и эффективность указанных процессов установлены в процессе теоретических исследований термо-, газодинамических и химических процессов в гетерогенных средах, а также экспериментальных исследований лабораторных, полупромышленных и промышленных образцов газодинамических дезинтеграторов различных конструкций. Обнаружению новых физических эффектов газодинамического диспергирования различных материалов, способствовало широкое применение аналогий, обобщений и переноса явлений из процессов одной физической природы (механических, гидродинамических, тепло -, массообменных и других процессов) на процессы, объединяемые общим характером механизма газодинамического диспергирования материалов. Выявленные физико-химические эффекты были положены в основу разработки прогрессивных технологических процессов и технологий целого ряда производств различных отраслей промышленности, сельского хозяйства и медицины. При этом, рациональность и эффективность разрабатываемых технологий определялась не только возможностью интенсификации составляющих её процессов, обусловленных соответствующими физическими явлениями и эффектами, но и с учетом полного перечня точно сформулированных требований к потребительским свойствам выпускаемой продукции, а также перечня социально-технических требований к технологическому оборудованию:

Добавить комментарий