Технические характеристики стенда

Исходная газовая смесь - атмосферный воздух.

Регулируемый расход исходной газовой смеси........................... 2,0-4,0 нм /ч.

Диапазон расхода отбора пермеата^{..................................................................} 1.0-2,0 нм /ч.

Рабочее давление смеси в установке........................................ не более. 1,0 МПа.

Давление в потоке отбора пермеата.......................................... 0,095-0, 105 МПа.

Давление в потоке отбора ретентата^{................................................} не более 0,125 МПа.

Концентрация кислорода в потоке отбора пермеата......................... 35-45% об.

Концентрация азота в потоке отбора ретентата............................... 95-99% об.

Относительная влажность на входах в мембранные модули не более 85%

Режим работы установки в составе стенда.......................... продолжительный

Принимая во внимание отсутствие аналогов электромагнитного способа, можно утверждать, что разработанные и представленные в настоящее время конструктивные формы ЭММА, реализующие этот способ, представляют принципиально новый прогрессивный тип оборудования. ЭММА способны обеспечить как интенсификацию технологических процессов измельчения продуктов различного целевого назначения, так и эффективный контроль качественных показателей перерабатываемых материалов в пищевой, химической, фармацевтической, строительной и др. отраслях промышленности. Необходимо отметить, что аппараты типа ЭММА нашли свое применение в ряде промышленных производств, обеспечивая высокую технологичность осуществляемых в них производственных процессов переработки сырья в готовую продукцию при одновременном улучшении качества готовых изделий и снижении энергетических и производственных затрат.

Технологическое назначение ЭММА.

Классификация ЭММА позволяет осуществлять выбор аппаратов для обработки продуктов различного целевого назначения в зависимости от их прочностных свойств и консистенции, технологических условий переработки сырья и полуфабрикатов в готовую продукцию, а также объемов производства и выходных параметров процесса помола (таблица 2.2).

Для проведения раздельных и совмещенных средних и тонких стадий диспергирования материалов средней твердости и мягких продуктов различной консистенции (вязкой, жидкой, сухой порошкообразной) целесообразно использовать конструкции аппаратов первой группы - ЭММА цилиндрического исполнения. Эта группа мельниц является наиболее распространенной, имеет широкую область применения и отличается универсальностью. Цилиндрические ЭММА могут быть внедрены в производственные линии промышленных предприятий, не нарушая технологических схем переработки сырья в готовую продукцию (на кондитерских фабриках и пищеконцентратныхкомбинатах), а также использованы на малых предприятиях, специализирующихся на выпуске небольших партий готовых изделий (в микропекарнях, аптеках и т.д.). Применение ЭММА на химических и фармацевтических предприятиях целесообразно при производстве препаратов, качественные показатели которых регламентированы стандартом, контролирующим степень измельчения частиц твердой фазы и их распределение по фракционному составу.

Дисковые ЭММА (механоактиваторы второй группы) наиболее предпочтительны при переработке материалов высокой прочности (твердых скалывающихся, твердых хрупких), имеющих порошкообразную сыпучую консистенцию. Их рекомендуется использовать в линиях производства средней и малой производительности для получения тонкого и сверхтонкого продукта в узком диапазоне дисперсности. Рационально применение ЭММА второй группы в агропромышленных комплексах для измельчения костей, виноградных косточек, специй, удобрений и другого сельскохозяйственного сырья. Подгруппа многодисковых аппаратов представляет новый перспективный тип мельниц для предприятий металлургической промышленности. С их помощью может быть решена одна из наиболее актуальных современных проблем порошковой металлургии - рациональное использование отходов сырьевых материалов.

Таблица 2.2 -Технологическое назначение ЭММА

Показатели	Группа 1 (цилиндрические)	Группа 2 (дисковые)	Группа 3 (унифицированные)
Стадии диспергирования	Средняя, тонкая, средне - тонкая	Тонкая, коллоидная, тонкая, сверхтонкая	Средняя, тонкая, сверхтонкая, средне-тонкая, тонкая-коллоидная
Тип материала	Средней твердости, мягкие, вязкие, жидкие, сухие порошкообразные	Высокопрочные, твердые скалывающиеся, твердые хрупкие, сухие порошкообразные	Частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде: твердые скалывающиеся, хрупкие, средней твердости, упругие мягкие
Сопутствующие процессы	Перемешивание, пластификация, тепловая обработка, возможна аэрация	Перемешивание	Обработка продукта в тонком слое, перемешивание, гомогенизация

Продолжение таблицы 2.2

Области применения	поточно-механизированные линии на предприятиях перерабатывающей промышленности. Малые предприятия (микропекарни, аптеки и т.д.), специализирующиеся на выпуске небольших партий изделий широкого ассортимента	Линиипроизводства средней и малой производительности. В сельском хозяйстве рекомендуются для измельчения костей, виноградных косточек, специй и т.д. Перспективны для порошковой металлургии	Переработка сельскохозяйственного сырья на предприятиях,специализирующихся на выпуске продуктов детского и диетического питания, лекарственных препаратов и косметических средств
Технологические особенности	Обеспечивают научно-обоснованную технологию указанных типов продуктов
Обработка многокомпонентных смесей. Получение продукта со стандартизованным фракционным составом	Обработка высокопрочных материалов без процесса намола. Получение продукта в оптимальном диапазоне дисперсности	Разрушение микробных и растительных клеток с извлечением ферментов, белков и т.д.Улучшение сенсорных показателей пищевых продуктов и увеличение стойкости масел

ЭММА третьей группы предназначены для измельчения дисперсной фазы в дисперсионной среде при одновременном перемешивании и гомогенизации технологических сред. Они реализуют способ обработки материалов в тонком слое и позволяют осуществлять как раздельные, так и совмещенные стадии среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения частиц с различными свойствами: твердых скалывающихся, хрупких, средней твердости, упругих мягких. Рекомендуются для использования на предприятиях, специализирующихся на выпуске продуктов детского и диетического питания, ле­карственных препаратов и косметических средств.

Практическая значимость классификации и правомерность ее использования при выборе измельчителя, отвечающего требованиям производства, подтверждена промышленными испытаниями отдельных конструкций ЭММА на предприятиях перерабатывающей промышленности АПК.

В классификацию могут быть включены нетрадиционные типы технологического оборудования и ряд контрольно-измерительных приборов, построенных на новом электромагнитном способе формирования силовых контактов в слое ферромагнитных элементов: аппараты для перемешивания и гомогенизации, конширования, микробиологического синтеза, полирования; приборы для контроля качества диспергированных продуктов и отработанных жидкостей (по содержанию металлических примесей), для измерения магнитной проницаемости сред с ферромагнитной составляющей, а также исследований процесса намола и износа рабочих органов машин.

Рекомендации по проектированию электромагнитных механоактиваторов шоколадного производства

При проектировании аппаратов, реализующих электромагнитный способ создания измельчающего усилия, для обеспечения в объемах обработки продукта требуемых технологией энергетических и силовых условий процесса измельчения необходим научно-обоснованный выбор формы и размеров магнитопровода на основании электротехнического расчета его конструктивных параметров. Основным условием регулирования силовыми и энергетическими взаимодействиями между магнитным полем, рабочими элементами и обрабатываемым продуктом в ЭММА является создание пропорциональности изменения величины индукции магнитного поляВ (или магнитного потока Ф) в объемах обработки и на отдельных участках магнитопровода намагничивающему току I_у в обмотках управления (т.е. обеспечение условий работы устройств при ненасыщенном магнитном состоянии материалов его магнитопровода).

Если принять за основу конструктивной формы ЭММА традиционное цилиндрическое исполнение рабочего объема с расположением обмотки управления в корпусе устройства, то магнитный поток Ф, создаваемый электрическим током, протекающим по обмотке ОУ, замыкается по участкам магнитопровода – корпусу I, рабочему объему II и внутреннему цилиндру (ротору III) (рисунок 2.35). В связи с тем, что при цилиндрическом исполнении поверхностей, ограничивающих рабочий объем, площадь сечения корпуса значительно меньше площади сечения внутреннего цилиндра, то в корпусе магнитная индукция В_К имеет большее значение, чем в цилиндре. А так как толщина корпуса незначительна по сравнению с его внешним радиусом, можно считать, что магнитный поток распределен равномерно по его толщине.

Рисунок 2.35 - Конструктивная схема магнитопроводаЭММА:

I, 2, …, 6 – участки магнитопровода; ОУ – обмотка управления; I – корпус; II – рабочий объем с феррошарами; III – внутренний цилиндр

Как видно из графика распределения напряженности магнитного поля Н₀ внутри рабочего объема (рисунок 2.35) магнитный поток Ф из одной половины устройства протекает в корпус, а из другой – выходит в объем обработки продукта. Чтобы найти максимально допустимое значение индукции магнитного потока в корпусе (и с учетом этого значения определить рациональные диапазоны регулирования), необходимо проинтегрировать значение индукции в рабочем объеме у внутренней поверхности корпуса (при , где - радиус точки объема обработки, R₁ –внутренний радиус корпуса) по половине этой поверхности, а результат разделить на минимально площадь сечения корпуса S_к. При этом магнитный поток Ф в корпусе устройства можно представить в виде:

, (2.9)

где - магнитная проницаемость заполнителя рабочего объема. Для установления значения напряженности магнитного поля Н₀ у внутренней поверхности корпуса (при ) рассмотрим строение поля на отдельных участках „α“ и „l-α“ рабочего объема устройства (рис. 2.35 и 2.36).

На участке (рисунок 2.36) поле в рабочем объеме ЭММА цилиндрических конструкций является равномерно-радиальным, причем его параметры (напряженность и индукция) увеличиваются по радиусу устройств к внутренней цилиндрической поверхности, составляющей рабочий объем, по линейному закону.

Доказательство первого утверждения можно провести на основании закона полного тока , применив его к двум замкнутым контурам dl_Сциркуляции вектора напряженности Н (контуры 1 и 2 обозначены на рисунке 2.37 пунктирной линией).

А

Б

Рисунок 2.36 - Расчетные участки элементов ЭММА:

а – геометрические параметры участков; б – схема распределения силовых линий магнитного поля в рабочем объеме ЭМИШТ; 2l – высота рабочего объема;

2а – высота паза для размещения обмотки управления; в- толщина корпуса; R₁и R₂ – соответственно радиусы цилиндрических поверхностей корпуса и ротора; ρ- радиус произвольной точки рабочего объема

а) б) в)

Рисунок 2.37 - Схема к расчету параметров электромагнитного поля на участках рабочего объема „l-α“:а – продольный разрез устройства; б – элемент рабочего объема; в – схема распределения силовых линий магнитного поля на участках „l-α“

При этом полагаем: торцевые крышки устройства выполнены из немагнитного материала; ротор и корпус изготовлен из ферромагнитного материала с высоким значением магнитной проницаемости ; принимаем (в этом случае магнитный поток входит в поверхность ферромагнетика, под прямым углом, т.е. по радиусам рабочего объема); все магнитное поле сосредоточено в рабочем объеме, при этом пренебрегаем краевыми эффектами; электрический ток идеализирован одним витком ω с нулевым диаметром провода и током i, т.е. пренебрегаем энергией электрического поля и рассеиванием энергии в пазу обмоток.

При принятых предположениях напряженность магнитного поля Н_Кв элементах ферромагнетика имеет нулевое значение и, следовательно, по частям путей следования магнитного потока I и 2, проходящим в ферромагнетике, интеграл в выражении также будет равен нулю. Под знаком интеграла остаются только части путей I и 2, проходящих в рабочем объеме по радиусам устройств. Заменив напряженность магнитного поля в рабочем объеме вдоль радиуса средним значением Н_СР, можно от интеграла в законе полного тока перейти к алгебраическим выражениям. Тогда дня путей следования I и 2 справедливы следующие равенства ,

(здесьh₀ – ширина рабочего объема). Из сравнения этих равенств следует, что . Модуль напряженности магнитного поля в объеме обработки не меняется по высоте. Полученные данные свидетельствуют, что магнитное поле в рабочем объеме ЭММА цилиндрических конструкций является равномерно-радиальным и среднее значение напряженности определяется следующим выражением:

. (2.10)

По радиусу рабочего объема напряженность магнитного поля от внешней боковой поверхности к внутренней увеличивается но линейному закону. Для доказательства этого утверждения используем закон непрерывности магнитного потока , согласно которому магнитный поток Ф₂, выходящий из верхней половины внутренней части устройства, равен магнитному потоку Ф₁, входящему в верхнюю часть наружного корпуса Ф₁=Ф₂. При этом выражения для определения магнитных потоков имеют следующий вид:

, или , (здесь B₁ , H₁ и В₂, Н₂ – индукция напряженность магнитного поля соответственно на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях рабочего объема).Из представленных выражений следует, что

и , (2.11)

т.е. основные параметры магнитного поля в объеме обработки увеличиваются по радиусу к внутренней поверхности, образующей рабочий объем, по линейному закону.

Совместное решение уравнений (2,19) и (2.20) позволяет получить выражения для определения напряженности Н₀ и индукции В₀ магнитного поля в любой точке рабочего объема:

, (2.12)

, (2.13)

где ρ- радиус точки объема обработки при .

С учетом зависимости (2.13) и параметров расчетной схемы, представленной на рис. 2.35, выражение для определения магнитной энергии (здесь V₀ – объем обработки продукта) на участке „l-α“ можно представить в виде:

.

После интегрирования

и ряда несложных математических преобразований получим формулу для вычисления энергии в рабочем объеме ЭММА на участке „l-α“:

, (2.14)

Так как магнитная энергия равна (здесь L_Э – индуктивность обмотки управления), то с учетом выражения (2.14) можно записать равенство

Отсюда получаем формулу для определения индуктивности обмотки управления на участке „l-α“:

. (2.15)

Формулы (2.14) и (2.17) получены для идеализированного случая, когда обмотка управления с током, создающим магнитное поле в рабочем объеме аппарата, представлена в виде одного витка с нулевым диаметром провода. Между тем, при конструктивном исполнении обмотка управления занимает существенную часть длины ЭММА. Поэтому более точно ее можно представить в виде токового слоя, расположенного симметрично относительно середины рабочего объема на внутренней поверхности цилиндрического корпуса. При этом линейная плотность тока в слое σ_i=W_yI_y/2α, где W_y- число витков в обмотке управления; I_y- сила тока в обмотке.

На участках „α“ (рис. 2.3) напряженность магнитного поля в объемах ЭММА меняется линейно (при фиксированном значении ρ ) по закону

. (2.25)

Магнитная энергия на этом участке равна

или после интегрирования и математических преобразований может быть представлена в виде

. (2.17)

С учетом выражения (2.14) и (2.15) суммарная магнитная энергия в рабочем объеме на участках „l-α“ и „α“ определяется по формуле

. (2.18)

Индуктивность обмотки управления ЭММА находится из равенства

,

. (2.19)

На основании подученных данных магнитный поток Ф (2.18), проходящий по корпусу устройства, можно представить в виде

.

Интегрирование этого выражения как интеграла, содержащего линейные множители, в приделах от 0 до α

,

дает окончательное искомое уравнение

. (2.20)

Принимая во внимание, что корпус устройства является наиболее насыщенным в магнитном отношении участком магнитопровода, и исхода из цилиндрического конструктивного исполнения этого участка, можно записать

. (2.21)

При совместном решении уравнений (2.20) и (2.21)

получаем выражение для определения величины индукции в корпусе устройства

. (2.22)

Анализ полученной зависимости показывает, что при проектировании ЭММА цилиндрических конструкций величину необходимо выбирать наименьшей в корпусе, т.е. в месте расположения обмотки управления (участок 3 на рис. 2.34). Кроме этого для обеспечения высоких регулировочных способностей аппарата корпус необходимо изготавливать из магнитного материала с высоким значением магнитной проницаемости и индуктивности насыщения. Определив по кривым намагничивания для выбранных материалов самого напряженного в магнитном отношении участка магнитопровода , можно установить максимальное значение силы тока управления:

. (2.23)

Из изложенного следуем, что если управление электромагнитным режимом работы ЭММА осуществлять в диапазонах регулирования силы тока I_у в обмотках

. (2.24)

где - минимальное значение силы тока, при котором обеспечивается формирование структурных групп из ферромагнитных элементов в рабочем объеме, то обеспечивается эффективное управление величиной силовых взаимодействий между размольными органами аппарата, а, следовательно, и эффективное управление процессом диспергирования продуктов.

Полученные результаты исследований представляют методологическую основу электротехнического расчета магнитной цепи устройств типа ЭММА цилиндрических конструкций.