Оптимизация процессов смешивания в двумерных моделях

Введение 7
1. Теоретическая часть 8
1.1. Конструкции смесителей непрерывного действия отечественных и зарубежных производителей8
1.2. Двумерная цепь Маркова и её основные характеристики12
1.3. Различные критерии оценки качества смеси 17
2. Практическая часть 20
2.1. Математическая модель смесителя непрерывного типа действия на основе двумерной цепи Маркова 20
2.2. Численные эксперименты для решения задачи оптимизации в пространстве 25
2.3. Численные эксперименты для решения задачи оптимизации во времени 29
2.4. Общая задача оптимизации, как в пространстве, так и во времени 33
3. Заключение 37
4. Список использованных источников. 38
5. Приложение 1. 39
6. Приложение 2. 41

Весь текст будет доступен после покупки

Смешивание сыпучих материалов в непрерывном процессе является широко распространенным в различных отраслях промышленности, таких как химическая, фармацевтическая, строительная и пищевая. Для этого процесса используются смесители непрерывного действия, которые включают вращающиеся аксиальные лопатки. Эти смесители позволяют эффективно перемешивать компоненты и подавлять пульсацию при подаче.
Однако, для достижения наилучшего качества смеси и экономии времени, необходимо учитывать реальные факторы, влияющие на процесс. Одним из таких факторов является склонность компонентов к сегрегации, которая может приводить к неравномерному перемешиванию и нестабильности смеси.
Таким образом, расчетно-экспериментальные исследования процессов перемешивания сыпучих материалов с учетом основных реальных факторов, таких как склонность компонентов к сегрегации, являются актуальными для оптимизации процессов и получения наилучших результатов.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Конструкции смесителей непрерывного действия отечественных и зарубежных производителей.

Смесители непрерывного действия можно разделить на 3 группы по следующим признакам:
1) по схеме конструкции (горизонтальные, вертикальные, с вращающимся валом, с вращающимся корпусом, односекционные, многосекционные и т.п.)
2) по характеру процесса смешения частиц (смесители с поршневым движением материала без продольного перемешивания частиц, с поршневым движением материала и частичным продольным перемешиванием частиц, с разносом введенного материала по всему внутреннему объему)
3) по способу воздействия на смешиваемые материалы (гравитационные, центробежные прямоточные, барабанные, вибрационные, червячно-лопастные, лопастные центробежного действия).
Первый признак не даёт практически никакой картины протекающего в нём процесса перемешивания. Второй признак и определение смесителя по нему будет удобно в том случае, когда говорят о методах расчёта смесителей. Третий же признак удобен для разделения смесителей, когда рассматривается именно принцип действия и их конструктивные схемы.
Ниже представлены конструкции смесителей, которые были классифицированы по третьему признаку.Барабанные смесители непрерывного действия (рис. 1.1) обычно представляют собой цилиндрический корпус, расположенный, как правило, горизонтально или с углом наклона, как правило, небольшим (от 4 до 12 ?). К наружной части трубчатого корпуса (барабана) (1) жестко прикрепляют два или более

бандажа (2 и 4), которые имеют опору в виде специальных опорных роликов (6 и 10). Барабан приходит в движение за счёт электродвигателя (7) через редуктор (8) и зубчатую пару (9,3). Материал поступает от дозируемых питателей в барабан по наклонной течке (11). Готовая смесь выходит с противоположного конца смесителя. Для поддержания нужного уровня материала внутри барабана, в его конце расположено подпорное кольцо. Далее, материал, который высыпается через кольцо, попадает в разгрузочную камеру (5) и таким образом на выходе получается готовая смесь.
В основном, смесители непрерывного действия барабанного типа используются для смешения строительных растворов, хотя их так же можно использовать и для смешения сухих порошкообразных материалов.
Одними из производителей барабанных смесителей непрерывного действия являются Munson Machinery Соmpany, Inc (https://www.munsonmachinery.com) и Astec Industries (https://www.astecindustries.com/)
Червячно-лопастные смесители смешивают материал посредством перемещения сыпучего материала при помощи лопаток, спиралей, прерывистые витки шнека или винтовые ленты, закреплённые на одном, двух параллельных валах, пропущенных через корпус смесителя. Корпус таких смесителей может иметь форму цилиндра, корытообразную форму, овальную или даже быть в форме перевёрнутой восьмёрки.
На рис 1.2 представлена схема червячно-лопастного смесителя непрерывного действия. Данная установка предназначена для смешения увлажнённых материалов (например, приготовление композиций увлажнённых порошков). Компоненты, которые необходимо смешать, отдельно загружают в бункеры для хранения (1), далее они непрерывно подаются с помощью механизма (шнеков) (2) в бункеры-дозаторы (3). Через каждый такой бункер проведён вал, имеющий привод от электродвигателя. На этом же валу закреплены ворошитель (4) и несколько витков шнека (5), входящих в нижний патрубок бункера-дозатора. Этими витками определенное количество материала дозируется на лоток (6), откуда он тонким слоем соскальзывает в приемную камеру (7). В этой камере тонкие слои отдельных компонентов наслаиваются друг на друга и поступают внутрь смесителя. Смеситель состоит из двух секций: верхней (8), предназначенной для сухого смешения порошков, и нижней (9), в которой порошки увлажняются. Секции сухого и влажного перемешивания одинаковы и представляют собой два вала, которые имеют чередующиеся лопасти прямоугольной формы, повернутые относительно оси вала на 45°, и витки замкнутого шнека, помещенные в корытообразный корпус. Вращающиеся валы проталкивают материал с одного конца смесителя к другому, непрерывно его перемешивая.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Макаров Ю. И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. – М.: Машиностроение. – 1973. –216 с.
2. Кафаров В. В., Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Системный анализ процессов химической технологии. / Процессы измельчения и смешивания сыпучих материалов. – М.: Наука. – 1985. – 440 с.
3. Макаров Ю.И. Отечественное и зарубежное оборудование для смешения материалов. / Ю.И. Макаров, Б.М. Ломакин, В.В. Харакоз - М.: ЦИНТИАМ, 1964.-148 с.
4. Иванец В. Н. Моделирование процесса непрерывного смешивания порошкообразных материалов. / В.Н. Иванец, А.С. Курочкин. // ИВУЗ. Пищевая технология. -1987. -№ 1. -С. 91—95.
5. Марик К., Баранцева Е.А., Мизонов В.Е., Бертье А. Математическая модель процесса непрерывного смешения сыпучих материалов. Изв. вузов „Химия и хим. технология“, т.44, вып.2, 2001, с.121-123.
6. Баранцева Е.А. Marikh K., Мизонов В.Е., Berthiaux H. Применение теории марковских цепей к математическому моделированию процессов непрерыного смешения сыпучих материалов. Труды Х российско-польского семинара „Теоретические основы строительства“, 4-7 июля 2001, Москва-Иваново, с.303-306.
7. Баранцева, Е.А. Процессы смешивания сыпучих материалов: моделирование, оптимизация, расчет / Е.А. Баранцева, В.Е. Мизонов, Ю.В. Хохлова// ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». Иваново. – 2008. – 116 с.
8. Lacey Р.М.С. Trans.Instn. chem.Engrs [Joumal]. - 1943. - V01. 21
9. Мхоп А. W., Теппеу А. Н. Trans. Amer. Inst. Chem. Eng., 31, 1 В, 1935
10. Oтакэ Т., Китаока Х., Тою С., Кагаку Когаку, 25, МЗ, 178 1961

Весь текст будет доступен после покупки