CC BY
15не оказано какое-либо внешнее воздействие, т.е. управление. Поскольку каждое управление трансформирует тот самый «стерео портрет» системы, процесс моделирования, собственно, заключается в построении так называемых многолистовых «стерео портретов». Смысл многолистовости в том, что каждому вектору (в данном случае некоторого числа дискретным значениям) счетного множества управления должен соответствовать определенный «стерео портрет» управляемой системы.
Рис. 7. «Стерео - фазовый портрет», полученный по схеме «начальные векторы на поверхности параллелепипеда» Fig. 7. Stereo-phase picture obtained on scheme initial vectors on parallelepiped surface
Полученные результаты имеют важное практическое значение для управления процессами, осуществляющимися в реакционно-регенера-ционных системах в реальном времени, в особен-
ности процессом каталитического крекинга. Для реализации описанной методики в промышленной установке каталитического крекинга потребовалось решить вопрос параметрической идентификации ряда параметров 04 = 0.25, сь = 3.21, ßi = 0.537, ß2 = 0.07, 5 = 13.1, А = 0.24, t* = 0.4, Qcp = 0.31 и осуществить описанный выше вычислительный эксперимент на модели. Автоматический контроль за переменными состояния е,0,ео
позволял разместить изображающую точку (текущее состояние) на мониторе «красной точкой» совместно со «стерео портретом» модели реак-торно-регенераторного блока. Такая организация контроля позволяет решить проблему раннего выявления нарушений в тепловом балансе системы и предотвращения аварийных ситуаций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нагиев А.Г. // Теор. основы хим. технол. 2000. Т. 34. №3. С. 307-314;
Nagiev A.G. Teoretich. Osnovy Khim. Tekhnol. 2000. V. 34. N 3. P. 307-314 (in Russ.).
2. Elnashaie S.S., Helal A.M. // Chem.Eng.Sci. 1979. V. 34. P. 1113-1121.
3. Wgialla R.M., Helal A.M., Elnasaie S.S. // Math. and
Comput. Model. 1991. V.15. N 1. P.17.
4. Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. М.: Химия. 1979. 344 е.;
Sukhanov V.P. Catalytic processes in oil processing. M.: Khimiya. 1979. 344 p.'
5. Van Heerden C. // Chem. Eng. Sei. 1958. V. 8. N.2. P. 133.
УДК 628.544:6.002.8
Р.Ш. Суфиянов, A.B. Каталымов
ВЛИЯНИЕ УИЛОТНЯЕМОСТИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА НА КРИТИЧЕСКИЙ РАЗМЕР ВЫПУСКНОГО ОТВЕРСТИЯ БУНКЕРНОГО УСТРОЙСТВА
(Московский государственный университет инженерной экологии) e-mail: [email protected]
Рассмотрены вопросы, связанные с расчетом критического размера выпускного отверстия бункерного устройства для сыпучих материалов с учетом их компрессионных характеристик
Ключевые слова: сыпучие материалы, бункерные устройства, уплотняемость сыпучих материалов, расчет выпускного размера бункерного устройства
Термин «сыпучие материалы» (СМ) используют для широкого класса материалов, состоящих из отдельных частиц определенных размеров, и во многих отраслях промышленности сырье или готовая продукция представляют собой
СМ. В зависимости от размеров частиц, СМ называются также порошкообразными, зернистыми, дисперсными и т.д. Как правило, большинство СМ имеет сложный фракционный состав и представляет собой совокупность частиц со случай-
ным неупорядоченным расположением. Расчет технологического оборудования для транспортирования и дозирования СМ, в частности бункерного оборудования, проводится на основе их физико-механических характеристик (ФМХ). Практически во всех расчетных формулах, предложенных для расчета выпускных отверстий бункеров, присутствуют такие ФМХ как углы внутреннего ф и внешнего трения ф'; начальное сопротивление сдвигу То и насыпная объемная плотность СМ р0.
Объемная плотность СМ р, определяется как отношение массы материала, помещенного в сосуд известного объема, к объему этого сосуда. Кроме ро, определенной в условиях свободной засыпки, различают также минимальную ртш и максимальную объемные плотности ртах. Первую характеристику получают, поместив СМ в сосуд с пористым дном и после подачи снизу сжатого воздуха, приводят материал в псевдосжиженное состояние, а затем определяют ртш. Для определения ртах сосуд с помещенным в нем СМ, подвергают воздействию вибрации до тех пор, пока не будет достигнута максимально возможная плотность упаковки частиц.
В Российской Федерации в настоящее время нет единой методики определения насыпной плотности. Согласно ГОСТ 11035, насыпную плотность определяют с помощью мерных металлических стаканов объемом 100 мм3 с внутренним диаметром 45 мм, а ГОСТ 19440 регламентирует применение сосудов объемом 25 мм3 с внутренним диаметром 28 мм. В одних случаях используют неподвижные воронки, а в других вибрирующие. Высота закрепления воронок над сосудами также непостоянна для различных методов. Кроме указанных факторов, на величину насыпной плотности оказывают влияние и другие характеристики СМ: влажность, гранулометрический состав и т.д. В зависимости от условий определения величины насыпной плотности одного и того же СМ могут отличаться на 200-250% [1].
Центральное место при прогнозировании поведения СМ в бункере той или иной конструкции занимает анализ его напряженного состояния при складировании (хранении) и при истечении из бункера. Нередко процесс истечения сопровождается зависанием СМ в загрузочно-разгрузочных устройствах (бункерах-накопителях, бункерах-питателях и т.д.) и одной из причин этого обстоятельства является не принятие во внимание компрессионных свойств СМ, т.е. способности сыпучих материалов уплотняться под действием нагрузок.
Для того, чтобы обеспечить устойчивое течение СМ из бункера, необходимо правильно рассчитать его геометрические параметры: форму.
угол наклона стенок а и минимально допустимый размер выпускного отверстия В. Остановка истечения СМ из бункера, как правило, происходит при образовании устойчивого свода над выпускным отверстием в тех случаях, когда В меньше некоторой критической величины.
Основоположником одного из наиболее распространенных методов расчета геометрических параметров бункеров является Э. Дженике [2].
По результатам сдвиговых испытаний СМ строят функцию истечения ГГ и по табулированным зависимостям от углов эффективного трения 5, внешнего трения ф' и угла наклона стенок бункера определяют величину коэффициента истечения ГГ При этом функция истечения отражает свойства исследуемого СМ, а коэффициент истечения характеризует пропускную способность выпускного отверстия. Расчет критического размера выпускного отверстия проводят по формуле Н(а)-<зс , (1)
В
P-g
где Н(а) - функция конструирования; ас - напряжение свободного истечения.
С помощью Ща) учитывают форму выпускного отверстия и угол наклона стенок бункера. На рис. 1 показана схем а определения ис, величина которой соответствует ординате пересечения ГГ и ГГ
Рис. 1. К расчету критического размера выпускного отверстия Fig. 1. Calculation of the critical size of outlet
Истечение CM из бункера сопровождается изменением давления на его стенки, при этом после открывания выпускного отверстия, давление значительно возрастает, затем происходит его снижение. Процесс повышения горизонтальных
давлении стг и соответствующее снижение вертикальных давлений объясняется началом упрочнения материала с подвисанием его на стенках бункера, что характеризует начало образования сводовой структуры. При этом происходит выход слоя материала из состояния предельного равновесия, и начинается его упругая деформация, которая продолжается с соответствующим дальнейшим снижением вертикальных нагрузок и возрастанием горизонтальных, вплоть до полного разрушения сводовой структуры.
При ее разрушении, наоборот, под воздействием вышележащих слоев ст- возрастает, а стг уменьшается, и напряженное состояние СМ стремится перейти к активному, между тем как разрушение сводовой структуры происходит в пассивном напряженном состоянии.
Приведем основные допущения, принятые в рассматриваемом случае:
- сводовые структуры, образующиеся при истечении СМ, формируются по траекториям действия наибольших уплотняющих напряжений Ст1 и ст2;
- наибольшие уплотняющие напряжения взаимосвязаны функцией эффективного истечения Дженике - Шилда
ст. 1 + втб
ст2 1 - sinS
(2)
2
(3)
значены на схеме под номером 2) соединяются с помощью фланцевых, а другие пять (под номером 3) с помощью резьбовых соединений.
Рис. 2. Схема экспериментального бункера с изменяемым размером сечения выпускного отверстия Fig. 2. Scheme of experimental bunker with variable size of outlet cross section
где 5 - эффективный угол внутреннего трения;
- в симметричных каналах выполняется условие Хаара - Кармана (равенство радиального напряжения одному из двух главных напряжений);
- сводовые структуры разрушаются при нарушении предельного пассивного напряженного состояния;
- в предельных случаях СМ рассматривается как сплошная среда;
- объемная плотность СМ является функцией от стг.
Выразим напряжения, возникающие у стенки бункера через среднее напряжение <зс
_ СТ! +СТ2
где с>1 и сь — наибольшее и наименьшее уплотняющие напряжения, соответственно.
С целью оценки правомерности принятых допущений было проведено сопоставление результатов расчета по разработанной математической модели с опубликованными экспериментальными и расчетными данными. Эксперимент был проведен на установке, схема которой представлена на рис. 2. Экспериментальная установка представляет собой бункер с цилиндрической частью 1 и с конической частью, состоящей из десяти конических обечаек, среди которых пять (обо-
Рис. 3. Сравнение расчетных и экспериментальных данных: 1- область экспериментальных данных; 2 - расчет по модели, приведенной в работе [3]; 3 - расчет по разработанной модели Fig. 3. Comparison of calculated and experimental data: 1 - area of experimental data; 2 - calculation on the model of study [3] ; 3 calculation on developed model
Угол наклона стенок бункера - 15°, материал стенок бункера - сталь Ст.З. В качестве исследуемого СМ для эксперимента был использован оксид цинка со следующими физико-механическими характеристиками:
- угол внешнего трения, ф = 20°;
- эффективный угол внутреннего трения, 5 = 50°;
- насыпная объемная плотность, р0 = 650 кг-м"3.
В верхнюю часть засыпали исследуемый СМ и открывали выпускное отверстие. Если истечения не происходило, то уменьшали высоту слоя СМ и опыт повторяли до тех пор, пока не происходило свободное истечение.
Проведенные компрессионные испытания оксида цинка показали, что зависимость ее объемной плотности от уплотняющего напряжения, может быть выражена в виде следующей зависимости
р = 650 +0,01-стг (4)
На рис. 3 представлены результаты расчета и экспериментальные данные, полученные в работе [3], а также результаты расчета по разработанной модели. Результаты сопоставления данных расчета по модели указывают на более высокую (порядка 10-15 %) точность определения критического размера выпускного отверстия бункера.
ЛИТЕРАТУРА
Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М.: Химия. 1982. 256 е.;
Andrianov E.I. Determination methods of structural-mechanical parameters of powder-like materials. M.: Khimiya. 1982. 256 p.
Дженике Ж.В. Складирование и выпуск сыпучих материалов. М.: Мир. 1968. 162 е.;
Dzhenike Zh.V. Storage and output of bulk solids. M.: Mir. 1968. 162 p.
Понамаренко С.Г. и др. О методе расчета бункерно-дозировочных устройств с сыпучим материалом. Тез. докл. Всесоюзной конф. «Технология сыпучих материалов». Ярославль. 1989. С. 129;
Ponamarenko S.G. About calculation method of measuring hopper devices for bulk solids. Yaroslavl. 1989. P. 129.
Кафедра техники переработки природных топлив
УДК 544.463:542.943:546.72 A.A. Ильин, Р.Н. Румянцев, А.П. Ильин, H.H. Смирнов
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ПРОЦЕССЕ ЕГО МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ
(Ивановский государственный химико-технологический университет)
e-mail: [email protected]
Методами рентгенофазового, рентгеноструктурного анализа, мессбауэроеской спектроскопии, термогравиметрии и ИК спектроскопии исследован процесс механохи-мического окисления порошка металлического железа с целью получения оксида железа. Показано влияние дисперсности железа, состава газовой среды на скорость процесса окисления. Установлен фазовый состав продуктов при механохимическом окислении порошка металлического железа парокислородной газовой смесью, выявлен механизм взаимодействия металла с окислителем.
Ключевые слова: механическая активация, окисление железа, оксид железа
Высокодисперсные оксиды железа находят широкое применение в промышленности для производства пигментов, ферритов, катализаторов и других материалов. Разработка малоотходных и экономичных способов получения сырья и повышение эффективности его использования является одним из важнейших направлений в усовершенствовании технологии приготовления катализаторов [1-3].
Оксид железа является основным компонентом катализаторов для конверсии монооксида углерода, который можно получить термическим разложением различных соединений: гидроксида, нитрата, карбоната, сульфата, хлорида, алкоголя-та, оксалата железа и др. [2 — 5].
Наиболее распространенный метод получения активного оксида железа базируется на совместном осаждении из растворов солей нерастворимых в воде соединений железа (гидрокси-дов, карбонатов, гидроксокарбонатов и др.) с последующим термическим разложением этих продуктов. В качестве осадителей используют растворы аммиака и карбоната аммония [6].
Авторы работ [6, 7] в качестве исходного сырья отдают предпочтение нитрату железа, так как нитрат-ионы не являются ядом для катализатора и легко удаляются при прокаливании. В случае сульфата железа сульфат-ионы из осажденного гидроксида при промывке удаляются с трудом, и для катализатора они являются ядом [2, 3].
