ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.
|
Наименование инновационного проекта «Дозаторно-смесительные установки для непрерывного приготовления многокомпонентных смесей». Приготовление многокомпонентных смесей с гарантированным качеством. |
|
Рекомендуемая область пременения -пищевая промышленность; |
|
Назначение, цели и задачи проекта Основное назначение проекта - разработка и расчет вибрационной установки для непрерывного приготовления многокомпонентных смесей с гарантированным качеством. Многокомпонентные смеси из зернистых материалов широко используются в различных отраслях промышленности. Ключевым оборудованием в процессе приготовления смесей являются дозаторы компонентов и смеситель. Многие исследователи отмечают, что при проектировании смесительных установок необходимо учитывать характеристики дозаторов. Несмотря на большое количество работ, касающихся расчета и конструирования дозаторов и смесителей, практически отсутствуют исследования дозировочно-смесительных установок, как единого целого. Более того, как показал анализ конструкций дозаторов и смесителей, а также методик их расчета, часто возникают взаимоисключающие требования при проектировании. В последние годы получила развитие технология двухстадийного дозирования сыпучих материалов, которая позволяет повысить точность дозирования. Одним из достоинств данной технологии является высокая равномерность потока, даже при оценках за короткие промежутки времени. Это достоинство открывает новые перспективы в организации непрерывного процесса приготовления многокомпонентных смесей. В тоже время нет исследований совместного функционирования дозаторов и смесителя. Традиционные конструкции смесителей, а также известные дозаторы, реализующие технологию двухстадийного дозирования, не могут в полной мере реализовать все преимущества данной технологии для приготовления высококачественных многокомпонентных смесей. В связи с этим возникла необходимость разработки новых способов дозирования и смешения зернистых компонентов и методики проектирования дозировочно-смесительных установок, реализующих технологию двухстадийного дозирования. Цель работы. Исследование взаимосвязей между дозаторами компонентов и смесителем, создание на этой основе математической модели процесса непрерывного приготовления многокомпонентных смесей, совершенствование конструкций и методики расчета режимных и конструктивных параметров дозировочно-смесительных установок. |
|
Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы Установки для непрерывного приготовления многокомпонентной смеси (далее МКС) включают в себя дозаторы компонентов и смеситель. Качество готовой смеси напрямую зависит, как от точности дозирования компонентов, так и от сглаживающей способности смесителя. Разнообразие конструкций смесителей и дозаторов определяют многовариантность задачи создания установки для приготовления МКС. Особенности же технологии двухстадийного дозирования накладывают свои ограничения на выбор конструкций смесителя и особенно питателя, выполняющего функцию преобразователя отдельных порций в непрерывный поток. Процесс смешения сыпучих материалов - приготовление гомогенной композиции из различных компонентов, причем чаще всего эти компоненты отличаются физико-механическими свойствами, что зачастую приводит к нежелательному эффекту сегрегации. Анализ работ по сегрегации позволяет говорить о том, что для борьбы с этим явлением необходимо при конструировании смесителя выполнить два основных требования: первое - минимизировать время смешения; второе - минимизировать объем смесительной камеры. Наиболее просто достигаются эти условия при использовании вибрационного воздействия на смешиваемые материалы. В частности, низкочастотные вибрационные колебания стали не только средствами улучшения структуры кипящего слоя, а основным фактором, создающим интенсивно перемешиваемый слой сыпучего материала, причем при определенных условиях вибровоздействия наблюдается образование циркуляционных контуров смешения. Применение аппаратов, создающих виброкипящий слой, позволяет организовать хорошее перемешивание сыпучих материалов и значительно приблизится к предельному случаю создания реактора с идеальным перемешиванием или гомогенной реакционной зоной. |
|
Краткое описание предлагаемого технологического процесса При непрерывном процессе смешения для приготовления качественной смеси необходимо не только создать ячейку идеального смешения, но и особое внимание необходимо уделить качеству и способу дозирования компонентов смеси. Способ заключается в том, что загрузку компонентов в бункер дозаторов осуществляют отдельными порциями через равные промежутки времени AT последовательно начиная с дозатора, расположенного ближе к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между разгрузочными узлами дозаторов, каждая порция компонента имеет одинаковый вес, пропорциональный процентному содержанию компонента в готовой смеси, и для всех компонентов выполняется следующее равенство: , где N- количество компонентов; вес отдельной порции i-гoэлемента; Q - производительность смесителя. Затем осуществляется последовательная подача этих компонентов в виде непрерывных потоков в смеситель, в сечения расположенные на расстояниях от загрузочного края смесителя пропорциональных увеличению плотностей и/или уменьшения размеров частиц и выгрузку готовой смеси. Способ реализован в установке схема, которой представлена на рис. 1. Устройство содержит порционные дозаторы 7, 2, 3 соответственно для компонентов А, В, С смеси. Для создания непрерывного потока сыпучего материала используются вибролотки 4, 5, 6, расположенные вдоль ленточного транспортера 7 через определенные расстояния, имеющего поперечные перегородки 8 с возможностью фиксированного перемещения. Ленточный транспортер 7 находится на виброплите 9, установленной через амортизаторы 11 на основание 14. Для создания вибрации установлен вибратор 13, который шарнирно закреплен с виброплитой и основанием. На ленточном транспортере также установлен датчик фиксации положения 12 перегородки 8, который подает управляющий сигнал на блок управления 10 порционными дозаторами.
Рис. 1 Схема устройства для приготовления смеси сыпучих материалов На основе данной схемы была создана лабораторная установка, и был проведен ряд экспериментов. Сущность экспериментов заключалась в следующем. Формировались порции сыпучего материала соответственно компонентов А, В, С с весовыми соотношениями 0,5:0,3:0,2, причем диаметры частиц компонентов dA>dB>dc (материалы пшено, люцерна, речной песок). Задавалась производительность смесителя 100 грамм/мин. Загрузку компонентов осуществляли отдельными порциями через равные промежутки времени AT, последовательно начиная с дозатора, расположенного ближе к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между разгрузочными узлами дозаторов, каждая порция компонента имеет одинаковый вес, пропорциональный процентному содержанию компонента в готовой смеси, и для всех компонентов выполняется следующее равенство: , где N- количество компонентов; вес отдельной порции i-го элемента; Q- производительность смесителя. Учитывая соотношение компонентов в смеси, вес порции по компоненту А составит ?РА=25 грамм, по компоненту В ?РВ=15 грамм и по компоненту С ?РC=15 грамм. Согласно формуле (2), производительность смесителя была равна: , или 6 кг/час, т.е. равняется заданной производительности. Согласно предложенному способу отдельные порции компонентов загружались, последовательно начиная с дозатора ближнего к загрузочному краю смесителя, причем интервалы между загрузками пропорциональны расстояниям между дозаторами. Разгрузочный узел дозатора для компонента А совпадал с началом верхнего горизонтального участка ленточного транспортера, как это показано на рис. 1. Если расстояния между разгрузочными узлами дозаторов А и В равно L1 а скорость ленточного транспортера V, то интервал между загрузкой порции АиВ будет равен (3) Аналогично, если расстояния между разгрузочными узлами дозаторов А и С равно L2, то интервал между загрузкой порции А и С будет равен (4) Расстояния L1, L2должны быть пропорциональны размерам частиц компонентов, т.е. (5) где К - коэффициент определяемый экспериментально (для большинства компонентов К=1). При преобразовании отдельных порций в непрерывный поток на вибрирующем лотке, производительность изменялась по зависимости близкой к синусоидальной рис. 2а. На рис. 26 представлены те же графики в виде гистограмм за промежутки времени Дт=Д7УМ (в данном эксперименте М=5).
Рис. 2 Изменение производительности дозаторов Рассмотрим процесс образования смеси, согласно предлагаемому способу, в одной ячейке на ленте транспортера при выполнении условия (рис. 3)
Рис. 3 Соотношение компонентов в ячейках при A5,=const Объем 1А попал в ячейку 1 на ленте транспортера, поскольку согласно предлагаемого способа, промежуток времени между подачей порции компонента А и В составляет, toячейка 1 переместиться под ссыпающийся край дозатора В в тот момент когда будет ссыпаться объем 1В, соотношение этих объемов, а следовательно и соотношение их весов соответствует содержанию компонента АиВ в готовой смеси. Когда ячейка 1 переместиться под разгрузочный узел дозатора компонента С, с него в эту ячейку попадет объем 1С. Поскольку с учетом смещения разгрузочных узлов вдоль ленты транспортера и определенных промежутков между подачей отдельных порций компонентов, в разные ячейки транспортера попадали разные объемы компонентов, но соотношение весов будет всегда постоянно равным заданному соотношению компонентов в готовой смеси. Так как ленточный транспортер установлен на вибрирующей плите, то в каждой ячейке на транспортерной ленте будет происходить смешивание компонентов. Длина ленточного транспортера, амплитуда и частота вибрации выбирались так, чтобы к моменту ссыпания материала из ячеек транспортера процесс смешивания был завершен, т.е. чтобы смесь имела требуемое качество. Для интенсификации процесса смешения вибратор соединен с плитой и основанием с помощью шаровых шарниров и установлен на основании с возможностью фиксированного перемещения в горизонтальной плоскости. Это позволяет за счет изменения положения вибратора 13 (рис. 1) относительно основания, изменять угол между направлением вибрации и вертикалью, при этом изменяется характер движения частиц на ленте транспортера и, следовательно, характер процесса смешивания. В частности на рис. 4а показано движение частиц в одном циркуляционном контуре, а на рис. 46 в двух циркуляционных контурах. Наличие одного или двух циркуляционных контуров определяется углом между направлением вибрации и вертикалью.
Рис. 4 Движение частиц в ячейке смесителя На практике часто требуется приготовление смеси одинаковых объемов и готовую смесь необходимо упаковывать или передавать на дальнейшую переработку в виде отдельных порций одинакового веса, например при производстве таблеток, или брикетов. Для данного случая был проведен ряд экспериментов на базе установки (рис. 1), для которых перегородки на ленточном транспортере установлены с возможностью фиксированного перемещения вдоль ленты транспортера. Для определения положения ячеек использовался датчик 12 рис. 1, который подавал управляющий сигнал на блок управления порционными дозаторами. В этом случае ширина ячеек AS разная и пропорциональна изменению производительности на ссыпающихся краях дозаторов рис. 6.
Рис. 5 Соотношение компонентов в ячейках (AS пропорциональна изменению производительности дозаторов) Математически это можно представить следующим образом. При выполнении равенства (7), для компонента А будет выполняться равенство (8) (аналогично для компонентов В и С) Возможность фиксированного перемещения перегородок относительно ленты транспортера позволяет оперативно изменять вес отдельной порции смеси, без изменения режима работы смесителя в целом. Синхронизация, попадания определенных объемов в определенные ячейки, обеспечивается наличием датчика фиксации положения ячейки, который связан с узлом управления порционными дозаторами. Сигнал на подачу первой порции в дозатор компонента А подается в тот момент, когда пустая ячейка определенной ширины находиться на определенном расстоянии от разгрузочного узла этого дозатора. Далее процесс дозирования осуществляется, как описано выше. |
|
Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии Как показывают опытные исследования различных образцов оборудования данного класса и технические характеристики оборудования, приведенных в технической документации к оборудованию, предложенный способ повышает удельную производительность в 1,5-2 раза. Данный результат подтвержден на НТФ «ЛИОНИК» г. Москва при использовании данного метода и установки при приготовлении сухих концентратов. |
|
Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса Высокая производительность – на 15-20% выше, чем у существующих аналогов. Эффективность смешивания на 10-15% выше, чем у существующих аналогов. Энергосбережение. Энергозатраты в 1,5-2 раза меньше, чем при использовании в качестве привода электродвигателя. Экологическая безопасность. Возможна полная герметизация процесса дозирования и смешения компонентов от окружающей среды. Энергопотребление. Опытные испытания показали, что на дозирование и смешение 1 килограмма продукции необходимо затратить 50 Вт, это на 10 % меньше, чем у существующих аналогов. Безлюдная технология. Данное оборудование требует присутствие человека только в процессе снятия определенных показателей для расчета основных геометрических параметров оборудования. Дальнейшее управление процессом по программе с использованием современных ПК. |
|
Новые потребительские свойства продукции -снижение металлоемкости; |
|
Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам Продукция соответствует государственным стандартам. |
|
Стадия и уровень разработки Данное оборудование прошло стендовые испытания на «ЛИОНИК» г. Москва по заключению данного предприятия использование донной технологии при прочих равных условиях удельная производительность увеличилась в 2 раза. |
|
Предлагаемые инвестиции 10 млн. руб. |
|
Рынки сбыта Пищевая и химическая промышленность. Производство строительных материалов в плане дозирования и смешения компонентов. |
|
Возможность и эффективность импортозамещения Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции. |
|
Возможность выхода на мировой рынок |
|
Срок окупаемости (в месяцах) 36 |
|
Дата поступления материала 05.03.2007 |
Инновации и люди
У павильонов Уральской выставки «ИННОВАЦИИ 2010» (г. Екатеринбург, 2010 г.)
Мероприятия на выставке "Инновации и инвестиции - 2008" (Югра, 2008 г.)
Открытие выставки "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)
Демонстрация разработок на выставке "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)
2007–2024 © Инновации - Бизнесу. Инновации и инвестиции в прорывные технологии