Разработка конструкции и метода расчёта гранулирующего устройства

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. 5
ВВЕДЕНИЕ. 7
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЁТА ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР). 14
1.1 Описание конструкций оборудования для гранулирования
сыпучих материалов методом окатывания 15
1.2 Описание конструкций оборудования для гранулирования
сыпучих материалов методом прессования 22
1.3 Описание конструкций оборудования для гранулирования
сыпучих материалов методом шнекового гранулирования,
26
1.3.1 Описание конструкций шнековых машин применяемых
для экструдирования сыпучих материалов 27
1.3.2 Описание конструкций экструзионных головок, применяемых
для экструдирования сыпучих материалов 35
1.4 Анализ методов расчёта оборудования для гранулирования
материалов методом экструзии 44
1.4.1 Анализ методов расчета шнековых машин. 45
1.4.2 Анализ методов расчета формующего инструмента
(экструзионных головок) шнековых грануляторов 48
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 50
2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ЭКСТРУЗИОННОГО ГРАНУЛР1Р0ВАНИЯ СЫПУЧИХ
МАТЕРИАЛОВ 51
2.1 Описание конструкции шнекового пресса-гранулятора для
переработки сыпучих материалов 51
2.2 Описание конструкции экструзионной головки для фану-
лирования пастообразных материалов 56
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 59
3 МЕТОД РАСЧЁТА ШНЕКОВОГО ГРАНУЛЯТОРА СЫПУЧИХ
МАТЕРИАЛОВ ^. 61
3.1 Порядок расчета шнекового гранулирующего устройства.. 62
3.1.1 Расчет элементов экструзионной головки на прочность... 62
3.1.2 Расчет пропускной способности формующих каналов
экструзионной головки. 64
3.1.3 Расчет производительности шнековой машины. 68
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 74
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ
СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИХ
ШНЕКОВОМУ ГРАНУЛИРОВАНИЮ 75
4Л Характеристика объекта исследования 75
4.2 Экспериментальное исследование физико-механических
свойств порошкообразных и гранулированных сыпучих материалов
78
4.2.1 Определение влажности 78
4.2.2 Исследование гигроскопичности 80
4.2.3 Определение насыпной плотности. 82
4.2.4 Исследование коэффициента внутреннего трения 84
4.2.5 Исследование сыпучести 87
4.2.6 Исследование пластической прочности. 88
4.2.7 Исследование влияния различных факторов на слёжи-
ваемость 92
4.2.8 Исследование механической прочности гранул 94
4.3 Экспериментальное исследование технологических
свойств сыпучих материалов. 97
4.3.1 Исследование реологических свойств 97
4.3.2 Исследования по шнековому гранулированию с применением
теории планирования эксперимента 101
4.3.3 Исследование гидродинамических характеристик формующего
оборудования шнекового гранулирующего устройства
113
4.4 Проверка воспроизводимости результатов экспериментов 115
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 119
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Схемы лабораторных установок. Обработка
результатов экспериментальных исследований.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт промышленного испытания. Патент
РФ № 2205104. Дипломы.

Сыпучие материалы занимают чрезвычайно важное место в связи с
их широчайшим распространением и разнообразным применением,
исключительной ролью в природных явлениях и процессах, в
повседневной техногенной деятельности человека и вместе с тем в связи с
весьма специфическими физико-химическими свойствами.
Поэтому удивительно, что их свойства и поведение ученые начали
всерьез изучать только недавно. Возможно, что долгое время теоретики не
обращали внимания; на динамику сыпучих веществ, считая их неким
"приземленным" материалом, неинтересным с точки зрения теории.
С целью улучшения качества сыпучих материалов их подвергают
гранулированию, которое позволяет существенно уменьшить склонность
продукта к слеживанию, а, следовательно, упростить > хранение,
транспортирование и дозирование; повысить сыпучесть при'
одновременном устранении пылимости и тем самым улучшить условия
труда в сферах производства, обращения и использования. Наряду с этим
гранулирование открывает возможность гомогенизировать смесь в
отношении физико-химических свойств; увеличивать поверхность
тепломассообмена и насыпной вес; регулировать структуру гранул и
связанные с ней свойства. Все это' способствует интенсификации
процессов, в которых используются гранулированные продукты,
повышению производительности труда и культуры производства [ 1.19]:
Проблему совершенствования процессов гранулирования в
нефтепереработке, нефтехимии и химической промышленности
необходимо решать, переходя на технологии нового типа, создать новые
классы аппаратов, способных максимально эффективно использовать
возможности процессов.
В последние годы все шире для гранулирования широкого спектра
сыпучих материалов применяются шнековые устройства. Они пришли на замену тарельчатых и барабанных грануляторов окатывания,
необоснованно выбираемых технологами по сложившейся в этих отраслях
промышленности традиции; Продукт, получаемый посредством шнекового
гранулирования, отличается значительной плотностью и механической!
прочностью, благодаря чему он не пылит и не слёживается, обладает
высокой насыпной плотностью, низкой гигроскопичностью,
однородностью свойств во всем объеме получаемых гранул, высокой
дисперсностью составляющих частиц и хорошей; делимостью. Это
особенно важно для таких продуктов нефтехимии и,нефтепереработки как
стабилизаторы и антиоксиданты полимерных материалов, ускорители
вулканизации резины, пигменты и т.д.
Однако существующие конструкции шнековых грануляторов и
формующих инструментов к ним не отвечают возросшим требованиям
современного уровня развития промышленности. Они изобилуют
наличием застойных зон, отличаются значительным гидравлическим
сопротивлением, неравномерностью выхода гранулята, что приводит к
снижению качества продукции, уменьшению производительности
процесса. Кроме того, каждая конструкция предназначена только для
одного конкретного материала и для, перехода на переработку сыпучего
материала с другими свойствами; необходимо пересматривать
конструкцию устройства.
Чтобы повысить качество и увеличить производительность
шнековых машин, гранулирующих сыпучие материалы, требуется
разработка комплексного системного подхода к исследованию,
математическому описанию и конструктивному оформлению процесса.