Введение
Актуальность проблемы. Процессы диспергирования, т. е. процессы сокращения размеров твердых тел, — наиболее распространенный вид процессов современных технологий. Они лежат в основе переработки и получения самых разнообразных материалов, применяемых в современной технике. Измельчение материалов играет определяющую роль в таких социальнозначимых отраслях промышленности, как химическая, нефтяная, горнодобывающая и горноперерабатывающая, металлургическая, в пищевой и микробиологической промышленностях, в промышленности строительных материалов, медицинской и множестве других областях социальной сферы. Это объясняется, прежде всего, тем, что любое разрушение твердого тела (сокращение его размеров), связанное с преодолением его прочности, обусловливает поверхностные явления, вызываемые избытком свободной энергии в поверхностном слое, способствуя увеличению активности физического и химического взаимодействия, участвующих в процессе, частиц материала. Сюда относятся, в частности, каталические и восстановительные процессы, процессы перемешивания, кристаллизации, гранулирования, сушки и обжига, формования и уплотнения, разуплотнения и т. п. achat air jordan Практически ни один из указанных выше гетерогенных процессов, т. е. процессов, протекающих в дисперсных системах, имеющих межфазные границы, с неодинаковым физическим состоянием, не может быть эффективно реализован без предварительного измельчения, используемых, в этих процессах материалов. Современное состояние развития общества характеризуется углублением интенсификации производств на основе научно обоснованного развития техники и повсеместного (всемерного) режима экономии материальных и энергетических ресурсов. Интенсификация процессов технологического передела сырья, как способ (средство) повышения степени преобразования его свойств, при неизменных исходных условиях, разрешает противоречия между уменьшением сырьевых, а также энергетических ресурсов и растущими требованиями к количеству и качеству выпускаемой продукции. Таким образом, интенсификация технологических гетерогенных процессов становится приоритетной проблемой развития современной техники и технологий. Решение проблемы интенсификации технологических процессов до недавнего прошлого осуществлялось путем механизации и автоматизации при сохранении традиционных, складывающихся годами, технологических процессов, как комплексов последовательно осуществляемых технологических операций. Такое, вполне естественное, решение проблемы интенсификации технологических процессов ограничивается действием целого ряда факторов. Отсутствие прогресса в коренном изменении существующего технологического процесса приводит к тому, что, например, для решения задач по увеличению объема выпускаемой продукции и производительности технологического оборудования создают гигантские, весьма энерго- и материалоемкие установки огромной единичной мощности, работающие по традиционному, часто далекому от совершенства, морально устаревшему технологическому принципу. Так, например, развитие механических способов измельчения материалов (в шаровых, аэробильных и т. п. мельницах) в основном идет не по пути интенсификации процессов обработки материала, а по пути увеличения усилия, прилагаемого к рабочему органу, воздействующему на обрабатываемый материал. ugg mini bailey button Такая тенденция развития техники измельчения сопровождается ростом массы и габаритов машин и их элементов, а также увеличением мощности привода машин, способствуя повышению трудоемкости процесса, увеличению энергозатрат и металлоемкости оборудования. Увеличение усилия на рабочих органах таких машин приводит к быстрому выходу их со строя, а применение дорогостоящих и дефицитных материалов, повышающих их прочность и износостойкость, не дает должного эффекта и, часто, экономически не выгодно. Рабочий орган стал наиболее уязвимым в измельчителях, принцип действия которых основан на механическом разрушении, взаимодействующих в процессе, твердых тел. Не менее острую проблему представляет имеющая место тенденция повышения удельной и единичной производительности измельчительного оборудования, сопровождающееся увеличением его износа, особенно присущим мельницам с твердыми мелющими телами (шаровые, стержневые, вибрационные, аэрофол и т. п.). Удельный износ оборудования и мелющих тел для них измеряется килограммами на тонну измельченного продукта. Высокий удельный износ оборудования является ограничительным фактором увеличения удельной производительности мельниц, составляющей до 0,1 т на 1т веса мельницы, т. е. при максимальном весе мельницы 1000т максимальная производительность ограничивается 80 – 100 т/ч. Не менее ощутимой проблемой эксплуатации таких мельниц является проблема экологического характера, связанная с необходимостью надежной их звукоизоляции, усложняющей их эксплуатацию. Наглядным примером бесперспективности повышения эффективности технологий за счет увеличения единичной мощности оборудования служит технология производства цемента — хлеба строительной индустрии (Н.Б. Урьев.Физико-химические основы интенсификации технологических процессов в дисперсных системах. — М.: «Знание». 1980 , 64 с.) Создание сложнейших по конструктивному исполнению вращающихся печей для обжига цемента длиной до 230 м и диаметром до 6 м может служить наглядным доказательством значительных достижений современного машиностроения. Вместе с тем сама применяемая технология обжига клинкера во вращающихся печах себя исчерпала. Другими словами, прогресс в машиностроении как бы «продлил жизнь» традиционной технологии получения цемента путем создания гигантских вращающихся печей. И хотя разработан и реализован целый комплекс методов, повышающих эффективность процесса обжига во вращающихся печах, дальнейшее увеличение их производительности только увеличением размера и без того гигантских печей, по словам Н.Б. Урьев, вряд ли целесообразно. asics france nike air max 2017 Аналогичная картина наблюдается и в других областях техники и технологии дисперсных систем: процессы смешения многокомпонентных систем, сушка и другие процессы в кипящем слое, кристаллизация, гранулирование и т. п. Требования интенсификации процессов обработки материалов обусловило необходимость поиска иных, принципиально новых технологических процессов и механизмов. При этом поиск основывается на анализе причин низкой эффективности существующих схем и систем переработки дисперсных материалов. Необходимость создания гигантских установок с огромной единичной мощностью для получения большой производительности, по словам Н. Б. Урьева диктуется, прежде всего, ограниченной скоростью того процесса, который реализуется в этих и подобных им установках, а увеличение этой скорости в рамках принятой технологии невозможно. Естественно, что ограниченность скорости процесса компенсируется увеличением объема и мощности установки со всеми вытекающими отсюда последствиями. Несомненно: увеличение единичной мощности окажется особенно эффективным и оправданным в том случае, когда оно сочетается с действительно прогрессивным по своей физической сущности и высокоскоростным технологическим процессом. Относительно малая скорость протекания процессов физико-химических преобразований материалов объясняется рядом причин, к которым можно отнести: во-первых, трудностью смешения, участвующих в процессе компонентов, что неизбежно приводит к повышению энергоемкости процесса и громоздкости его аппаратурного оформления и, во-вторых, незначительной величиной активной поверхности раздела между источниками энергии (тепловой, химической), а ограниченная большими размерами аппарата (обжиговой печи, например) скорость вращения также препятствует интенсификации процесса (обжига, например). Самый общий анализ причин, вызывающих необходимость применения установки большой мощности при сохранении традиционного технологического процесса, обнаруживает те факторы, которые препятствуют интенсификации процесса . К числу наиболее важных факторов такого рода, общих для большинства существующих гетерогенных (с неодинаковыми по объему свойствами или физическими состояниями) процессов в дисперсных системах, относится форма подведения энергии к этим системам. В этой связи не случайным в науке и технологии одним из основных направлений в настоящее время являются изучение и практическое использование воздействия на материалы концентрированных потоков энергии. К таким технологиям, в частности, относяся процессы струйной обработки материалов. За несколько десятков лет, прошедших современи разработки промышленных образцов мельниц, использующих в качестве рабочего тела газовую среду (воздух или пар), накоплено значительное количество экспериментальных данных и определен ряд закономерностей измельчения в газовых струях материалов минерального происхождения. В настоящее время исследования достигли качественно нового уровня, когда оказалось возможным не только накопление и обобщение экспериментальных фактов получения высокодисперсных минеральных порошков, но и переход к количественным теоретическим оценкам на основе современных термодинамических и механических моделей эффективности измельчения органических веществ. ugg boots bailey Настоящая работа, кроме всего прочего, является, по-видимому, первой попыткой одновременного описчания процессов, происходящих при воздействиях на твердое тело газовых потоков, с позиций физики прочности и пластичности, механики и термодинамики деформируемого твердого тела. Рассматриваются экспериментальные данные по воздействию газовых потоков на хрупкие материалы, в частности минерального происхождения, а также на органические материалы растительного происхождения. Излагаются методы исследования воздействия потоков газа на поверхности твердых тел и основные результаты полученные при исследовании структуры и свойств материалов. Одновременно приводится расчет температурных полей и термонапряжений для этих же случаев, Кроме того, дается методика оценки размеров областей разрушенийя и величин трещин, возникающих от взаимодей ствия частиц. Теоретическое описание экспериментальных результатов приведено и для ряда комбинированных воздействий, напримердля одновременного воздействия газовой струи, статической механической и тепловой нагрузки, что представляет значительный интерес для ряда практических применений. Процесс смешения становится возможным, если в дисперсной системе создаются градиенты скоростей между слоями. (с. 8) и, прежде всего, подведения механической энергии, сообщающей им подвижность (текучесть).??? На фоне высвеченных проблем стала очевидной необходимость разработки более совершенных технологий получения тонкомолотых материалов. asics chaussures Одним из направлений решения этой задачи является разработка способов, основанных на физико-механических эффектах, обеспечивающих концентрацию потоков энергии, воздействующих на измельчаемый материал, с одновременным ограничением их воздействия на ограничивающие поверхности аппарата. Наибольший интерес для совершенствования процессов механохимической и термической обработки дисперсных материалов представляют гетерогенные струйные течения, составляющие основу газодинамического диспергирования. Технической предпосылкой развития процесса газодинамического диспергирования материалов послужила идея использования струи газа для перемещения твердых тел, выдвинутая в 1849 году русским военным инженером И.И. adidas stan smith homme moins cher Третесским. Теоретическое обоснование этой идеи способствовало становление теории газов, систематизированное изложение которой представлено Л. Больцманом в его «Лекциях по теории газов» (1896 — 1898 гг.). За более, чем вековой период, прошедший со времен появления первых струйных мельниц (конец XIX века), накоплено большое количество экспериментальных данных и определен ряд закономерностей взаимодействия газового потока с частицами различных материалов. В настоящее время исследования двухфазных потоков достигли качественно нового уровня, дающих возможность не только накопления и обобщения экспериментальных данных, но и переход к теоретическому представлению их механической модели. Однако достижения в области механики двухфазных сред еще не оказали определяющего влияния на развитие техники и технологии струйного измельчения. jordan femme kaki Со времени регистрации в США первого патента на струйную мельницу (1882 г) появилось много других патентов и публикаций по результатам исследования, а также и попыток промышленного внедрения струйных мельниц, однако, сведений, за редким исключением, о широкомасштабном использовании, стабильной и долговременной их работе, нет. В зарубежной практике разработкой струйных мельниц занимаются: отделение химической техники Токийского университета (Япония), факультет технологии химических процессов Хоккайского университета, г.Саппоро (Япония), Институт исследований технологии при Рейнско-Вестфальской высшей школе, г. Аахен (Германия), фирма «Джет О* Майзер» (США) и другие. ugg soldes В Советском Союзе работы по освоению струйных мельниц проводились во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ) под руководством М.Л. Кисельгофа, позже во Всесоюзном НИИ цемента – под руководством В.И. Акунова и параллельно Б.К. Тельновым, а с1963 года в Днепропетровском горном институте конструкции струйных мельниц разрабатывались под руководством автора настоящей работы. Подтвержденный указанными работами целый ряд преимуществ струйных мельниц обусловил в последнее время усиленный к ним интерес со стороны производственников различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины. Возникла необходимость в разработке мельниц различных типоразмеров для измельчения сырья, резко различающегося по своим физико-механическим, химическим, реологическим и другим свойствам. asics france Одной из основных тенденций развития и совершенствования техники и технологии струйного измельчения является усиление взаимосвязей между их отдельными подсистемами и элементами, неизбежно сопровождающееся увеличением числа режимных параметров функционирования комплекса. Выбор рациональной структуры, конструктивных и режимных параметров элементов системы конкретного целевого назначения, представляет собой сложную научно-техническую проблему. …переработки твердых материалов является увеличение поверхностной энергии их частиц, достигаемое путем механо-химической активации в процессе измельчения. Несмотря на все возрастающее значение этих процессов для технического прогресса, теория их разработана крайне недостаточно, а отсутствие результатов обобщений многочисленных эмпирических исследований отечественных и зарубежных ученых, затрудняет их практическое использование. Одним из негативных последствий, обусловленных отсутствием обобщенной теории механохимической активации в процессе измельчения материалов, является сложность обоснования применимости того или иного способов измельчения, типов и размеров измельчительного оборудования при осуществлении той или иной технологической операции. Актуальность научной разработки указанной проблемы, как аспект содержания настоящей работы, подтверждается органической связью её решения с необходимостью дальнейшего совершенствования технологий переработки различных материалов в целом ряде ведущих отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, повышения эффективности этих производств, снижения энергоемкости процессов, обеспечения рационального использования природных ресурсов, а также охраны окружающей среды. В диссертации обобщены результаты многолетних (1963 – 2006 г.г.) исследований, выполненных автором при его непосредственном участии и научном руководстве разработками автоматизированной техники и технологии газоструйного измельчения материалов минерального и органического происхождения. Основные разделы работы отражают результаты научно-исследовательских работ, выполненных в соответствии с координационными планами ГК НТ СССР, МХП СССР, МПСМ СССР, а также календарными планами хозяйственных договоров с промышленными предприятиями различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Цель и основная идея работы заключается в теоретическом обобщении основных закономерностей энергетического взаимодействия измельчаемых материалов в газовых потоках, разработке общей концепции моделирования, разработке техники и технологии, а также принципов оптимизации автоматической диагностики и управления процессом газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения. В настоящее время опубликовано всего несколько работ, посвященных моделированию гетерогенных газовых струй с характерной для газодинамического диспергирования материалов структурой. Оптимизации режимов работы комплекса газоструйного измельчения посвящена единственная работа – кандидатская диссертация автора настоящей работы. Другие публикации, относящиеся к области струйного измельчения, затрагивают, в основном, вопросы рационального выбора структуры и параметров лишь отдельных подсистем мельницы (инжекторов, ускоряющей системы и т. п.) и, практически, не освещают проблему ее комплексной оптимизации. Вопросы технической диагностики (количественной оценки характеристик процесса локализации неисправностей), имеющих архиважное значение для технологической линии газодинамического диспергирования материалов, практически не рассматриваются вовсе . Существующие математические модели процесса газодинамического диспергирования материалов в подавляющем большинстве случаев не учитывают таких характерных особенностей, присущих реальным течениям высокоэнтропийных потоков газодинамических дезинтеграторов, как турбулентность, полидисперсность, многокомпонентность, а также возможное изменение физико-механических свойств измельчаемого материала, инициирующих взрывные процессы, исключая, тем самым, возможность тестирования и машинного моделирования процессов. Указанные недостатки частично устраняются прямым физическим моделированием процесса на разномасштабных установках. Однако, обеспечивая возможность получения принципиально новых фактов и закономерностей, экспериментальные методы не могут обеспечить исчерпывающую информацию о внутримельничных процессах. Таким образом, ближайшие исследования газодинамического диспергирования материалов должны быть сосредоточены на рациональном сочетании возможностей вычислительного и физического экспериментов, что, в свою очередь позволит более обоснованно подойти к построению физико-математических моделей, их замыканию, опытной апробации и установлению области применимости при описании наиболее важных, в практическом отношении, внутримельничных процессов, а также интерпретировать результаты опытных данных с целью проверки их адекватности. На основе изложенного сформулирована основная цель работы – создание научных основ и установление закономерностей целенаправленного комплексного использования энергии газового потока на совершение внутримельничных процессов, развития современных методов диагностики, хорошо зарекомендовавших себя при исследовании изотермических двухфазных потоков, а также разработки технического, методического, алгоритмического и программного обеспечений, способствующих лучшей интерпретации опытных данных, а на их основе подойти к созданию теоретических (физических) основ проектирования и конструирования струйных мельниц и систем управления. Достижение поставленной цели обеспечивается комплексным решением следующих задач: — определение (технических) проблем целенаправленного изменения и способов получения желаемых свойств материалов в процессе измельчения; — развитие физико-математических основ теории двухфазных струй и механизма взаимодействия частиц с окружающей средой в процессе газодинамического диспергирования, классификации и пылеулавливания; — анализ физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования; — создание техники и технологии, высококачественного автоматизированного оборудования газодинамического диспергирования материалов; — разработка методов и аппаратурного оформления процесса оперативной диагностики основных технологических параметров газодинамического диспергирования материалов, состояния дисперсной и газовой фаз в процессе их взаимодействия, а также характера изменения свойств частиц в процессе измельчения материала; — разработка методов и средств обеспечивающих контроль, поддержание на заданном уровне и регистрацию параметров процесса газодинамического диспергирования материалов различной природы; — создание технических, методических, алгоритмических и программных средств для проведения вычислительного эксперимента в области газодинамического диспергирования материалов, осуществляемого параллельно с натурным экспериментом; — создание банка данных, математического и программного обеспечения для серийного и перспективного оборудования, позволяющих предварительно подбирать конструктивные и режимные параметры техники и технологии газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения; — разработка математической модели и принципов структурной оптимизации комплекса газодинамического диспергирования на начальном этапе проектирования (на этапе аванпроектирования) – на этапе формирования структуры процесса газодинамического диспергирования материалов; — синтез квазиоптимальной программы поиска и устранения неисправностей в технологической линии газодинамического диспергирования материалов. Решение указанных задач обеспечивает возможность конкретизации принципов функционирования элементов системы, формулировки требований к ее выходным характеристикам и показателям, обеспечивающим достижение поставленных целей, а также увязку разработанных требований с технологическими требованиями и конструктивными возможностями системы. Настоящая работа содержит: 1) Обобщение, систематизацию и критический анализ отечественных и зарубежных материалов по способам и технологическим схемам газоструйного измельчения материалов, а также управлению внутримельничными процессами. 2) Данные широко поставленного исследования: физики взаимодействия частиц измельчаемого материала в потоке рабочего тела – газового энергоносителя, работы комплекса элементов, составляющих технологическую схему газодинамического диспергирования материалов с различными физико-механическими свойствами. 3) Результаты разработок на уровне изобретений, создания, исследования и широкого промышленного внедрения на отечественных и зарубежных предприятиях технологических схем с оптимальным распределением процессов размола и сушки позволившего решить проблему оптимального использования энергии рабочего тела, а также решить проблему измельчения взрывоопасных материалов, повысить (в сравнении с существующими системами измельчения ) эффективность работы оборудования при одновременном снижении его габаритов и металлоемкости, начальных капитальных затрат и затрат на ремонт. 4) Методики и рекомендации по физическому и математическому моделированию, проектированию, расчету, выбору и компоновке оборудования вновь создаваемых технологических схем и систем автоматического управления и диагностики. 5) Обоснование дальнейших перспектив использования процесса газодинамического диспергирования для широкой гаммы материала, используемого в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины. Комплексная оптимизация процесса газодинамического диспергирования материалов предусматривает исследования двух ее аспектов – энергомассового и информационного. В рамках формируемой на основе предлагаемой математической модели потокораспределения анализируется энергомассовый аспект функционирования газодинамического дезинтегратора (ГДД), а также не менее важный информационно-управляющий аспект (вопросы диагностирования, регулирования и управления работой элементов системы газодинамического диспергирования, анализа переходных процессов и т. ugg classic mini д.) Практическая ценность. Теоретические разработки положены в основу проектирования и конструирования газодинамических дезинтеграторов, а также систем автоматического диагностирования и управления процессом диспергирования, внедренных в производство цирконового концентрата (Вольногорский ГМК), в производство стройматериалов (Волгоградский керамический завод), в производство стекловолокна Полоцкий завод стекловолока, Белоруссия, Шуменский завод стекловолокна – Болгария, Уфимский завод стекловолокна, г. Уфа), в производство элекролитической двуокиси марганца, Руставский химзавод). Получены обнадеживающие результаты полупромышленных испытаний газодинамической технологии в производстве шоколадных изделий, а также сухих порошков их моркови, тыквы, свеклы яблочного жома и т.п. На защиту выносятся: Из экспериментально – теоретических разработок: — основные физические модели взаимодействия частиц измельчаемого материала между собой и с газовой средой, необходимые для понимания механизма изменения свойств материалов в процессе газодинамического диспергирования; — обобщенные закономерности для оценки размерно-прочностных, аэродинамических и физикохимических свойств измелчаемых материалов; — обобщенные структура и закономерности взаимодействия фаз в процессе газодинамического диспергирования; — основы физической кинетики неравновесных процессов, устанавливающей состояние измельчаемых частиц в неразрывной связи с физическими причинами её определяющими; — результаты анализа энергомассового и информационно-управляющего аспектов функционирования газодинамического дезинтегратора; — научные основы и математические модели взаимодействия потоков высокой концентрации в структурных элементах дезинтегратора; — результаты исследований, раскрывающие физическую сущность процессов разрушения частиц, и принципы установления рациональных условий и границ эффективного применения энергии газовых потоков в технологии газодинамического диспергирования материалов. Из научно-методических разработок: — научные положения, аналитические закономерности и методы определения характеристик сырья подлежащего измельчению в газодинамическом дезинтеграторе, расчета оптимальных конструктивных параметров структурных элементов дезинтегратора и режимов их работы; — обоснование показателей эффективности работы ГДД и отдельных его элементов с учетом случайного характера изменения физико-механических свойств измельчаемого материала; — методы комплексной автоматической диагностики многокомпонентных газовых струй и структурных элементов газодинамического дезинтегратора; — методы обоснования целесообразной области применения газодинамического метода измельчения. Из научно-технических разработок: — принципиально новые конструктивные решения по оформлению структурных элементов газодинамического дезинтегратора, технологических схем газодинамической переработки материалов с различными физико-механическими и химическими свойствами, а также системы автоматического управления и технического диагностирования газодинамических дезинтеграторов; — результаты лабораторных испытаний, опытно-промышленной и промышленной проверки эффективности конструктивных вариантов газодинамических дезинтеграторов. Научная новизна работы состоит в системном подходе к исследованию закономерностей процесса газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения, обеспечившим определение приоритетных, на ближайшие 5 – 10 лет, задач выбора эффективных средств решения проблем исследований и разработок перспективных способов измельчения и технических средств их реализации, а также способов и средств автоматического управления внутримельничными процессами и технической их диагностики. Новизна исследований подтверждена (75 авторскими свидетельствами, патентами США, Германии и Украины. На основе выполненных исследований в работе осуществлено теореоретическое обобщение в области производства высокодисперсных порошков минерального и органического происхождения (газодинамического диспергирования) и решена (крупная) научная проблема разработки техники и технологии высокоэффективной, энергосберегающей газодинамической подготовки материалов к технологическому переделу в ведущих отраслях промышленности сельского хозяйства и медицины. Полученные результаты являются хорошей предпосылкой развития технологий производства: строительных материалов (цемента, сухих строительных смесей) технического мела, древесной муки, … Апробация работы. Материалы диссертации отражены в двух монографиях (Новое направление работ по измельчению. asics chaussures – М.: «Недра», 1977. 183 с.; Инженерный менеджмент. Основы. – Днепропетровск: Пороги, 2001. Т.1. –356 с.), в 110 публикациях, 75 из которых, авторские свидетельства на изобретения СССР, патент США № , патент ФРГ № , патент Украины № .Основные теоретические результаты изложены в статьях, опубликованных в журналах «………….», …..Прикладные результаты публиковались в отраслевых журналах «…..», Результаты работы неоднократно докладывались на Всесоюзных отраслевых конференциях (…..). nike air max 90 pas cher Объем работы. Диссертация состоит из введения,трех частей основных результатов работы, изложенных в десяти главах, списка литературы и приложения. Результаты работы изложены на ….. страницах компъютерного набора текста, …. рисунков, ….таблицы. Список использованной литературы включает ….наименований.