АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Кирсанов В.А.,Кирсанов М. В.,Бердник В.М.

ЮРГПУ (НПИ)


Номер: 4-6
Год: 2017
Страницы: 17-21
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Текст научной статьи

В связи с появлением новых конструкций каскадных пневмоклассификаторов возникает острая необходимость в сравнительной оценке их разделительной способности. Однако на настоящее время не существует единого критерия оценки качественных показателей процесса, что сдерживает развитие классифицирующего оборудования, так как препятствует выявлению наиболее прогрессивных конструктивных решений. Известен ряд работ [1-8], в которых проводится анализ большого количества предложенных на сегодня зависимостей для выражения эффективности классификации, однако это не решило неопределенности в вопросе выбора способа оценки при оптимизации процесса разделения. Так, в работе [4] дана классификация критериев разделительных процессов, согласно которой они делятся на следующие основные группы: технологические, термодинамические, статистические и экономические. Широко используемыми с позиций простоты, наглядности и способности сравнительно быстро оценить и сопоставить определенные производственные задачи являются технологические критерии, которые представляют собой комбинацию основных показателей процесса: содержаний требуемой фракции в исходном материале α=Dисх/Мисх, в верхнем продукте β = Dм/Мм, в нижнем продукте θ = Dкр/Мкр; выходов верхнего γм = Мм/Мисх и нижнего продуктов γкр = Мкр/Мисх; извлечений требуемой фракции в верхний продукт εм = Dм/Dисх и нижний εк = Dкр/Dисх. Автор [9] обращает внимание на то, что при выборе способа объективной оценки результата пневмоклассификации необходимо учитывать взаимосвязь разделительной способности аппарата с физическими основами данного процесса. Приводятся сформулированные основные требования, которые должны предъявляться к методике оценки эффективности разделения [3,10]. Отмечается, что широкую известность в отечественной науке и практике классификации получили такие формулы для количественной оценки эффективности разделения, как формулы Ханкока-Луйкена [11,12], Г.О.Чечота [7], Дина [5], Маделя [6], Н.Г.Тюренкова [4], П.В.Лященко [13] и др. Наиболее известным и общепринятым в практике разделения является определение эффективности по Р.Ханкоку и В.Луйкену. Все остальные критерии после несложных математических преобразований сводятся к критерию Ханкока-Луйкена, либо недостаточно полно характеризуют физические аспекты процесса, и поэтому не имеют широкого применения. Однако критерий Ханкока-Луйкена не пригоден для оценки эффективности процесса разделения полидисперсных смесей. Его оптимальная область применения ограничивается разделением бинарных смесей постоянного равновероятностного состава [14]. Поэтому данный критерий наиболее широко используется при анализе результатов лабораторных исследований процессов фракционирования, которые удобно проводить на монофракциях и бинарных смесях. Кроме этого, положительным свойством данного критерия является то, что он позволяет рассчитать оптимально достижимое значение эффективности работы изучаемого пневмоклассификатора и таким образом оценить его конструктивные особенности. Вместе с тем, в теории и практике пневмоклассификации в последние годы все более широко стал использоваться метод оптимизации, базирующийся на использовании кривых фракционного разделения, которые предложены Р.Нагелем и К.Ф.Тромпом [15,16], отметивших их инвариантность составу исходного материала. М.Д.Барский [2,14], обобщая данные многочисленных экспериментов по исследованию работы более ста типов воздушных и гидравлических гравитационных классификаторов как каскадных, так и равновесных, в диапазоне изменения граничных классов крупности от 60 мкм до 10 мм при турбулентных режимах разделения, делает ряд выводов: 1. Кривые фракционного разделения, характеризующие процесс, происходящий в одном аппарате, являются аффинными, т.е. сливаются в одну линию. При этом вновь полученная кривая Фм (х)=f(Fr) является инвариантной не только составу исходного материала, но и граничной крупности разделения. (Здесь Фм (х)=Dм/Dисх - отношение содержаний мелкой фракции в уносе и исходном материале; Fr - критерий Фруда.). 2. Кривые фракционного разделения в определенном диапазоне изменения концентрации материала в потоке не зависят от нее. Поэтому полученная кривая является однозначной характеристикой конструкции аппарата. 3. Сравнение разделительной способности различных классифицирующих устройств возможно проводить по кривым фракционного разделения, для чего достаточно проанализировать одну из семейства кривых разделения для узких различных классов крупности. Это позволит получить полную информацию о разделительной способности классификатора. Некоторые ученые не согласны с утверждением о независимости кривых фракционного разделения от состава исходного материала. Так, О.Н.Тихонов [17] считает, что с учетом факта применимости на практике различных законов для аппроксимации полученных кривых извлечения и несоответствия большинства экспериментальных данных этим законам, можно предположить необходимость учета фракционного состава исходного материала. Е.В.Донат и А.И.Голобурдин [18] высказывают мнение, что только недостаточной изученностью процессов пневмоклассификации можно объяснить вывод об инвариантности кривых разделения составу исходного материала и его расходу. По данным, полученными этими учеными, качество процесса не зависит от расхода только в некоторых пределах, когда поток насыщен частицами, но стесненность еще невелика. Известен целый ряд различных зависимостей для количественной оценки процессов разделения с использованием кривых фракционного разделения. Среди них наиболее известными являются [16,19]: критерий Эдера-Бокштейна, являющийся точечным показателем, изменяющимся от 0 до ¥ (идеальный процесс): , интегральный критерий Тромпа, изменяющийся от 0 (идеальный процесс) до ¥: , точечный критерий Эдера-Майера, изменяющийся от 0 до 1 (идеальный процесс): . Здесь - размер частиц по кривой разделения, извлекаемых в мелкий продукт, соответственно, на 25, 50 и 75%; Fтр - площадь Тромпа, определяемая из выражения: . Следует отметить, что существующие интегральные показатели содержат в себе большую информацию о характере кривой, чем точечные, но они более сложны в применении. Помимо указанных критериев иногда применяются такие качественные показатели как: Терра, Майера [16], Грумбрехта [20], Эдера, Румпфа [21] и др. Анализ приведенных показателей показал их явную недостаточность для решения практических задач, так как они в большинстве случаев получены из аппроксимации кривой фракционного разделения суммарным законом нормального распределения, что противоречит физическим основам изучаемого процесса [2]. Поэтому учеными предлагаются новые критерии оценки качества, в основе которых лежат кривые фракционного разделения [2, 22,23,24]. Так, с позиций решения практических задач интересен критерий качества, полученный М.Д.Барским: . Данный критерий обладает всеми положительными свойствами критерия Ханкока и в то же время не зависит от состава исходного материала, но определяется граничной крупностью разделения. С целью исключения влияния этого технологического фактора в монографиях [2,14,22] описывается полученный параметр полноты разделения, который равен произведению двух величин, определяющих положение аффинной зависимости . Здесь k - постоянная, равная тангенсу угла наклона линеаризованной и аффинизированной кривой фракционного разделения, и зависящая от конструктивных особенностей классификатора; Fr0 - оптимальное значение критерия Фруда. Найденный авторами параметр полноты разделения является, по их мнению, обобщающим критерием конструкции аппарата и обладает многими достоинствами. Однако данный параметр изменяет свое значение от 0 до ¥, что создает определенные трудности при оценке совершенства конструкции классификатора. Поэтому на основе параметра полноты разделения был получен критерий IE, названный автором [25] индексом эффективности классификатора, равный . Здесь 0,29 - минимально возможное значение параметра полноты разделения. Индекс эффективности разделительного процесса обладает следующими положительными свойствами: изменяется от 0 до 1, инвариантен составу исходной смеси, не зависит от граничной крупности разделения и от режимов проведения процесса. Автор утверждает, что данный критерий качества процесса позволяет не только оценить разделительный потенциал аппарата, но и однозначно выявить тенденцию в направлении конструирования классифицирующих устройств. Последние два качественных параметра изучаемого процесса ученые [2,22,26,27] использовали при сопоставлении новых конструкций классификаторов и разработки методики их расчета. Анализ литературных источников позволяет сделать следующий вывод. Наиболее общепринятым в практике разделения является определение эффективности по Ханкоку-Луйкену. Предлагаемые другими учеными критерии математическими преобразованиями либо приводятся к критерию Ханкока-Луйкена, либо недостаточно полно характеризуют физические аспекты процесса. Однако критерий Ханкока-Луйкена не пригоден для оптимизации разделения полидисперсных смесей. Для этой цели используются критерии, в основе которых лежат кривые фракционного разделения, обладающие целым рядом достоинств и позволяющие проводить сравнительный анализ новых разработок в области аппаратурного оформления процесса пневмоклассификации.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.