СМЕШИВАНИЕ ОПУШЕННЫХ СЕМЯН С ПРОТРАВЛИВАЮЩЕЙ СУСПЕНЗИЕЙ В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ ШЕСТИГРАННОГО СМЕСИТЕЛЬНОГО БАРАБАНА

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье приведены теоретический анализ подачи протравленных опушенных семян в шестигранный смесительный барабан протравливателя опушенных посевных семян и смешивание его протравливающей суспензией при его движении в осевом направлении внутри шестигранного смесительного барабана.

ABSTRACT

This article presents a theoretical analysis of the feeding of the etched pubescent seeds into the hexagonal mixing drum of the etcher of the pubescent seeds and mixing it with the etching suspension when it moves axially inside the hexagonal mixing drum.

Ключевые слова: шестигранный барабан, смешивания, протравливающая суспензия, осевого движения, концентрация, длина барабана, коэффициент.

Keywords: hexagonal drum, mixing, etching suspension, axial movement, concentration, drum length, coefficient.

1. Введение

Моделирование процесса смешивания в барабанных смесителях непрерывного действия сопряжено с рядом сложностей, связанных с тем, что материал перемещается не только в поперечном сечении барабанного  смесителя, но и вдоль его оси. Характер этого движения зависит как от конструкции барабанного смесителя, так и от его режимных параметров. В то же время для многих типов барабанных смесителей непрерывного действия (например, шестигранный смесительный барабан протравливателя опушенных посевных семян) можно выделить ряд общих закономерностей: более интенсивное смешивание в радиальном направлении при достаточно ярко выраженном циркуляционном движении протравливающего материала; уменьшение степени заполнения поперечного сечения барабанного смесителя протравливающем материалом при движении от области загрузки к области разгрузки наряду с увеличением скорости осевого движения.

Возможны следующие три вида потоков сыпучего материала, выходящего из питателя (рис. 1): а

а)                                         б)                                           в)

Рисунок 1. Основные виды потоков опушенных семян, выходящего из дозатора протравливателя

Возможны следующие три вида потоков опушенных семян, выходящего из дозатора семян (рис. 1):

а) изменение мгновенной весовой производительности Q дозатора носит периодический характер, причем средняя весовая производительность Q постоянна во времени τ;

б) колебания мгновенной весовой производительности носят случайный характер и происходят с большой частотой около постоянной средней весовой производительности;

в) изменение мгновенной производительности носит периодический или случайный характер, но среднее значение Q колеблется во времени с малой частотой.

Во всех трех случаях в каждый момент в шестигранный смесительный барабан поступают компоненты в соотношении, отличном от необходимого. Однако отклонения в питающих потоках первых двух видов можно сгладить в смесительном барабане, а дозаторы, дающие поток третьего вида, непригодны для непрерывно-действующих шестигранных смесительных барабанов.

Сглаживающая способность шестигранного смесительного барабана, зависящая от продольного смешивания, определяется объемом опушенных семян, находящегося в барабане, и характером его движения через барабан.

2. Теоретическое исследование

Для описания процесса осевого смешивания семян может быть использована диффузионная модель [1], согласно которой изменение концентрации протравливающей суспензии во времени и вдоль оси барабана описывается следующим уравнением:

                                                  (1)

где  С – концентрация протравливающей суспензии;

τ – продолжительность процесса смешивания;

D – коэффициент продольного перемешивания;

x – расстояние вдоль оси барабана от места ввода протравливающей суспензии до вывода протравленных семян;

w – линейная скорость потока опушенных семян через барабан.

При допущении о том, что во времени D и w постоянны, использовано следующее решение уравнения (1):

                                           (2)

где  С(τ) – мгновенная концентрация протравливающей суспензии, импульсно введенного в шестигранный смесительный барабан, при проходе опушенных семян через определенное поперечное сечение;

G – количество мгновенно введенного протравливающей суспензии;

Q – весовой расход опушенных семян через барабан;

σ² – относительная дисперсия времени пребывания частиц протравливающей суспензии, импульсно вводимого в шестигранный смесительный барабан;

 – среднее время пребывания опушенных семян в шестигранном смесительном барабане.

Для определения численных значений  и σ ² предложены следующие формулы:

                                                  (3)

где  L – длина шестигранного смесительного барабана.

Возмущение во входном потоке заменено "ступенькой" шириной τ_в и высотой G/_в. При этом величина относительной дисперсии времени перемешивания частиц протравливающей суспензии в шестигранном барабане определялась по формуле:

                                                    (4)

Подставив выражения (4) в уравнение (2), с учетом формулы (3) получим [1]:

                             (5)`

По уравнению (5) можно рассчитать длину барабана L_max, необходимую для сглаживания входных возмущений, поскольку максимальное значение концентрации протравливающей суспензии в потоке на расстоянии L от места ввода достигается при τ=.

Для случая, когда величина максимального отклонения концентрации на входе равна ΔС^вх_max а на выходе ΔС^вых_max, получена следующая формула для определения длины барабана, обеспечивающей сглаживание от ΔС^вх_max до вых ΔС^вых_max :

                                                   (6)

Как видно из формулы (6), при прочих равных условиях необходимая длина барабана зависит только от значения коэффициента осевого смешивания D, для расчета которого используется следующая эмпирическая формула [2, 3]:

                                                (7)

где  K – коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала (для опушенных семян с геометрическим размером до 7 мм можно взять равным K = 0,2×10^–3)

w – угловая скорость вращения барабана, 1/с;

d –диаметр барабана;

ȹ – коэффициент заполнения шестигранного барабана опушенным семенам.

3. Результаты и их обсуждение

Для определения объема материала, участвующего на каждом переходе в процессе смешивания, необходимо также установить количество материала, находящегося в барабанном смесителе [4]. В качестве исходных данных для определения этого параметра необходимо использовать площади, занятые циркуляционным контуром в области загрузки и области разгрузки барабана.

Если закон распределения материала вдоль оси барабана имеет линейный характер, то объем материала, находящегося в барабане, можно определить по зависимости:

V = (Fн + Fк ) L / 2 ,                                                 (8)

где  Fн  и Fк площади, занятые циркуляционным контуром в торцевых сечениях шестигранного смесительного барабана.

4. Заключение

С учетом того, что по мере удаления от места загрузки шестигранного смесительного барабана количество протравленного опушенного семени в поперечных сечениях убывает, скорость продвижения опушенных семян в осевом направлении будет возрастать, поскольку должна выполнятся условие неразрывности потока. Таким образом, имеет место закономерность, связывающая количество протравленного опушенного семени в поперечном сечении шестигранного барабана с его скоростью продвижения в осевом направлении. В нашем случае длина, диаметр и производительность шестигранного смесительного барабана не меняется, поэтому для интенсификации процесса перемешивания необходимо использование дополнительных смесительных приспособлений, устанавливаемых внутри шестигранного смесительного барабана. 

Список литературы:

1. Першин В.Ф., Однолько В.Г., Першина С.В. Переработка сыпучих материалов в машинах барабанного типа. М.: Машиностроение, 2009. – 220 с.
2. Суркова Л.В. Метод расчета непрерывно-действующих барабанных смесителей / Л.В. Суркова, Ю.И. Макаров // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1972. – № 11. – С. 14–15.
3. Селиванов, Ю.Т. Исследование влияния осевого движения на процесс непрерывного смешивания сыпучих материалов во вращающемся барабане / Ю.Т. Селиванов, В.Ф. Першин // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2003. – Т. 46, Вып. 7. – С. 42 – 45.
4. Селиванов, Ю.Т. Математическое моделирование и практические рекомендации по проведению процесса смешивания сыпучих материалов / Ю.Т. Селиванов // Тез. докл. VII науч. конф. ТГТУ. – Там- бов, 2002. – С. 119.