Технология получения стекло-цементного гранулята для строительной отрасли сельскохозяйственного назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный аграрный университет

Технология получения стекло-цементного гранулята для строительной отрасли сельскохозяйственного назначения

Доценко С.М.

Школьников П.Н.

Школьникова М.А.

Широков В.А.

Новокрещенных Н.Р.

Аннотация

Предложены технологические решения по утилизации стеклоотходов с целью их использования в виде крошки при производстве изделий строительного назначения - гранул, плитки и т.д.

Теоретическим анализом получены выражения для расчета производительности и энергоемкости транспортируюше-дозирующей машины.

Ключевые слова: окружающая среда, стеклоотходы, технология, схема, машины, линия, механизация, процесс, производительность, энергоэффективность, строительные изделия в сельскохозяйственной отрасли

Введение

На сегодняшний день вполне очевидным является факт загрязнения окружающей среды бытовыми отходами и, в том числе, стеклотарой, а также другими изделиями из стекла.

В этой связи остро стоит проблема утилизации данных видов отходов, что актуально и для сельской местности [1-3].

Целью исследований является обоснование технологии производства инновационного материала в виде стекло-цементного гранулята для нужд сельскохозяйственной отрасли.

Задачи исследований:

разработать технологическую и аппаратную схемы получения стекло-цементного гранулята;

теоретически обосновать параметры измельчающе-распределяющего устройства (ИРУ) и транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ) с получением зависимостей, характеризующих производительность ИРУ и его энергоемкость.

Анализом существующих технологических схем утилизации изделий из стекла выявлены их недостатки, с учетом которых предложены новые технологические и технические решения (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Технологическая схема производства строительных изделий сельскохозяйственного назначения с использованием утилизированного компонента в виде стекла

стеклоотход строительный плитка технологический

1 - контейнер; 2 - ТДМ; 3 - миксер; 4 - пресс-формовщик

Рис. 2. Аппаратурная схема линии по утилизации и получению стекло-цементных изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли

Известные измельчающие аппараты, как правило, применяются в питателях-измельчителях стационарных линий приготовления продуктовых смесей, так как их конструкции рассчитаны на определенный вид измельчаемого продукта. В связи с необходимостью разработки транспортирующе-дозирующей машины (ТДМ) для малых производств актуально создание универсального измельчающего аппарата, позволяющего измельчать и распределять по объему бункера подлежащие в последующем дозированию материалы и продукты. Поисковыми исследованиями установлено, что наиболее полно поставленным требованиям отвечает измельчающий аппарат молоткового типа с шарнирно закрепленными молотками. Наряду с процессом измельчения различных видов продуктов, он обеспечивает и их равномерное распределение в бункере ТДМ (рис. 3).

а) 1 - бункер; 2 - подающий транспортер; 3 - битера; 4 - ходовая часть; 5 - рама;

6 - манипулятор; 7 - захват; 8 - выгрузной патрубок; 9 - распределяющий козырек;

10 - измельчитель; 11 - ротор

Рис. 3. Общий вид ТДМ - (а) и расчетная схема его измельчающе-распределяющего устройства - (б)

Измельчающий аппарат данного типа разработан для использования в конструкции ТДМ. С целью получения выражений для расчета производительности и мощности, потребной на процесс работы измельчающего аппарата молоткового типа с шарнирно подвешенными молотками, одновременно выполняющими роль лопастей для распределения частиц в бункере, проведено исследование движения частицы, находящейся на поверхности шарнирного молотка (рис. 4).

Рис. 4. Схема молоткового рабочего органа и его кинематической цепи

Частица, находящаяся на поверхности шарнирно подвешенного молотка в некоторой точке М, совершает сложное движение относительно неподвижной системы координат XO₁Y (рис. 4).

Это движение представили как сумму трех движений. Первое движение - вращательное движение точки О₂ относительно точки О₁. Второе движение - вращательное движение точки М, принадлежащей шарнирно подвешенному молотку, в которой происходит соприкосновение частицы с молотком, относительно точки О₂. Третье движение - прямолинейное относительное движение частицы по поверхности шарнирно подвешенного молотка.

Положение кривошипа О₁О₂ определяется углом (угол между осью O₁Y и направлением О₁О₂). Угловую скорость кривошипа считаем постоянной, и тогда:

, (1)

где n - число оборотов ротора.

Рассмотрим фазу работы молотка, когда он входит в массу в точке А₁ и выходит из массы в точке А₂ (фаза рабочего хода молотка).

При «рабочей» фазе молоток воздействует на массу продукта, производя работу по отделению некоторой части от ее основной массы.

Отделяемая часть определяется шириной молотка b (рис. 5) и площадью S, заключенной между линией A₁A₂ и траекторией конца молотка при прохождении его через массу продукта (рис. 5). На отделение этой части массы требуется затратить работу

, (2)

где K_s - некоторый коэффициент, определяемый опытным путем.

Рис. 5. Схема молотка-лопасти измельчающе-распределяющего устройства (ИРУ)

Величина работы А равна изменению кинетической энергии за промежуток времени между моментом входа молотка в массу в точке А₁ и моментом выхода молотка из массы продукта в точке А₂, т.е.

(3)

Так как Т = А, то, с учетом (3), имеем, что

(4)

Учитывая, что

, (5)

представим выражение (4) в виде:

(6)

С учетом (6), выражение (4) представим в виде

(7)

(8)

От угла ₀ зависит значение , и, в свою очередь, значение угла ₀ функционально зависит от .

Производительность ИРУ определяется по формуле

, (9)

где m - число молотков;

n - частота вращения ротора, ;

- угловая скорость ротора, с^-1;

_n - плотность продукта.

Уравнение (9) преобразуем к следующему виду

(10)

Согласно рис. 1, площадь S₁ определяется как

(11)

где l - длина дуги, равная ;

а - длина хорды, равная ;

h_c - стрелка, равная вылету молотка-лопасти над решеткой.

Площадь S₂ определяется как

(12)

С учетом приведенного имеем:

(13)

где - вылет молотка-лопасти над решеткой.

Примем часть уравнения, содержащуюся в фигурных скобках, равной S_i, а количество молотков равным m = (L_p - Z_pi) R_z / b, и тогда получим, что

 (14)

где L_p - длина ротора;

R_z - число молотков, идущих по одному следу.

Для системы «продукт - измельчающий ротор» составили соответствующее уравнение баланса

, (15)

где S_i - площадь поперечного сечения продукта в плоскости рабочей зоны молотка-лопасти;

m - число молотков-лопастей;

Z_pi - расстояние между пластинами решетки измельчающего аппарата;

Z_pi - толщина пластины решетки;

_с - коэффициент, учитывающий степень плотности размещения утилизируемого продукта в поперечном сечении, равном S_i;

- степень измельчения утилизированного продукта;

R_c - количество продукта;

l_j - длина измельченных частиц;

d_y - усредненный размер частиц.

Согласно данному равенству, степень измельчения составит

(16)

На основе принципа равенства работ с учетом степени измельчения получена формула для определения диаметра ротора измельчающе-распределяющего устройства ТДМ

 (17)

где C₁, C₂, , f_сл - эмпирические коэффициенты, определяемые по методу наименьших квадратов; L_p - длина ротора; - скорость движения молотков относительно циркулирующего слоя.

Длину ротора измельчающе-распределяющего устройства ТДМ определили с учетом коэффициента R_изм, характеризующего выход готового продукта с одного квадратного метра площади диаметрального сечения измельчающей камеры (кг/см²).

(18)

Параметр R_изм зависит от высоты циркулирующего слоя продукта H_сл, его плотности - и концентрации продукта в слое - _ц (R_изм = 0,5 - 0,8).

Кратность циркуляции воздушно-продуктового слоя в камере ИРУ

, (19)

где М_ц - масса воздушно-продуктового слоя H_сл.

В уравнении (19) значения Q_u и Д определяются по формулам (14) и (17).

Мощность, затрачиваемая на процесс отделения массы продукта молотками ИРУ, определяется по формуле:

, (20)

где А_изм - работа измельчения, определяемая по формуле Мельникова С.В., с учетом выражения (16).

Расход мощности на циркуляцию воздушно-продуктового слоя определяется как

, (21)

где R_вр - эмпирический коэффициент, учитывающий конструкцию и режим работы ИРУ; - скорость движения молотка-лопасти.

Полный расход мощности составит

(22)

Энергоемкость ИРУ составит

, (23)

где определяется по выражению (16).

Заключение

Предложенные технологические и технические решения по утилизации стеклоотходов в сельской местности позволяют выполнить комплекс связанных операций, направленных на механизацию процессов производства изделий строительного назначения для сельскохозяйственной отрасли.

Теоретически полученные зависимости позволяют расчетным путем определить параметры и энергоэффективность предложенного ТДМ на стадии его конструирования для системы производства строительных изделий в виде гранулята, плитки, дренажных труб и т.д. с использованием стеклянной крошки для нужд сельскохозяйственной отрасли.

Список использованных источников

1. Соков В.Н. Энергоэффективная скоростная технология получения высокотемпературных теплоизоляционных материалов. - М.: МГСУ. - 2014. - 328 c.

2. Чернов М.М. Изделия и материалы для индивидуального строительства. Справочное пособие. - М.: Стройиздат. - 1990. - 448 c.

3. Хризотилцементные строительные материалы. Области применения. - М.: АМБ. - 2009. - 152 c.

Размещено на Allbest.ru