Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор теоретических и экспериментальных исследований 7
1.1 Влияние способов размола волокнистых материалов 7
1.2 Обработка волокнистого материала в размалывающих машинах 10
1.2.1 Особенности обработки волокнистых полуфабрикатов в ножевых размалывающих машинах 12
1.2.2 Особенности обработки волокнистых полуфабрикатов в безножевых размалывающих машинах 16
1.3 Обработка волокнистых материалов в установке «струя-преграда» 25
1.4 Кавитационные явления 28
1.5 Выводы из анализа предшествующих работ 35
1.6 Цель и задачи исследований
2 Теоретическая часть 38
2.1 Обоснование комплексного параметра эффективности процесса размола 40
Выводы ко второй главе 65
3 Экспериментальная часть
3.1 Описание экспериментальных установок 68
3.2 Методика проведения эксперимента 74
3.3 Определение бумагообразующих характеристик волокнистого материала 76
3.4 Определение физико-механических показателей готового продукта 80
3.5 Определение расхода энергии на размол волокнистого полуфабриката 81
3.6 Планирование эксперимента 82
3.7 Результаты экспериментальных исследований 87
3.7.1 Влияния технологических и конструктивных параметров установки на продолжительность размола 87
3.7.2 Влияния комплексного параметра эффективности процесса размола на качественные показатели волокнистого материала
3.7.3 Способность обработки различных волокнистых материалов при безножевом способе размола 105
3.7.4 Зависимость качественных показателей волокнистого материала от способа размола 108 Выводы к третьей главе 113
4 Практическая реализация результатов работы
4.1 Определение оптимального режима размола волокнистой суспензии в комбинированной установке 115
4.2 Оценка эффективности проведения размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола 117
Выводы к четвертой главе 120
Заключение 121
Библиографический список 123
Приложение А 135
Приложение Б 1
- Особенности обработки волокнистых полуфабрикатов в безножевых размалывающих машинах
- Методика проведения эксперимента
- Влияния комплексного параметра эффективности процесса размола на качественные показатели волокнистого материала
- Оценка эффективности проведения размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из экологически перспективных и экономически привлекательных путей наращивания производства бумаги является использование в ее композициях вторичных волокон (оборотный брак, макулатура). Использование вторичного волокнистого сырья для производства бумаги и картона приводит к расширению сырьевой базы и уменьшению зависимости промышленных предприятий от обеспечения первичным волокнистым сырьем.
В зависимости от способов производства волокнистых полуфабрикатов, исходного состояния сырья и с учетом переработки вторичного сырья применяются различные виды ножевого и безножевого размалывающего оборудования.
Наибольшее распространение в настоящее время получили ножевые размалывающие машины, такие как конические и дисковые мельницы. Однако в таких машинах волокна подвергаются сильным рубящим воздействиям и раздавливанию, что в конечном итоге приводит к снижению прочностных показателей готовой продукции и значительно затрудняет использование в производстве коротковолокнистых лиственных пород древесины и оборотного брака.
Безножевой размол, по сравнению с ножевым, обеспечивает более мягкий, щадящий режим обработки, что особенно важно для волокнистой суспензии из оборотного брака, которая уже однажды претерпевала стадию размола.
Постоянное совершенствование процесса размола и оборудования обусловлено, прежде всего, необходимостью обеспечения требуемого качества готовой продукции; при снижении качества волокнистого сырья и полуфабрикатов, а также постоянным стремлением к снижению чрезмерно большого расхода энергии на размол.
Безножевые способы обработки волокнистой массы, еще недостаточно изучены. Поэтому при работе на аппаратах этого вида, наряду с получаемыми высокими физико-механическим показателями получаемой продукции, затраты электроэнергии на размол еще значительны.
При анализе факторов, влияющих на разработку волокна в установке струя-преграда, можно предположить, что определяющим являются кавитационные явления, имеющие место при контакте струи суспензии с преградой. К сожалению, до настоящего времени не в полной мере изучены процессы, протекающие при контакте струи суспензии с подвижной преградой, являющейся в безножевой установке лопастями турбины.
При использовании безножевого способа размола мы стремимся усилить положительные факторы гидродинамических процессов на качество размола волокнистых материалов и снизить затраты электроэнергии, до пределов близких к ножевым машинам. Для этого следует выяснить механизм процесса размола и, исходя из этого, влиять на этот процесс.
Цели и задачи исследований. Целью данной работы является: интенсификация процесса безножевого размола волокнистых полуфабрикатов с разработкой комплексного параметра эффективности размола.
Для достижения цели нужно решить следующие задачи:
провести теоретический анализ предполагаемого механизма силового воздействия на волокно при размоле волокнистых полуфабрикатов безножевым способом в установке «струя-преграда» и обосновать превалирующий механизм размола;
теоретически обосновать разработку комплексного параметра эффективности процесса размола волокнистых полуфабрикатов в безножевой размольной установке с учетом конструктивных особенностей приемного устройства, скоростных характеристик истечения струи суспензии и скорости вращения подвижной преграды;
получить математическую модель процесса размола в безножевой установке с учетом конструктивных и технологических параметров процесса размола;
определить зависимость основных бумагообразующих свойств обрабатываемой волокнистой массы и физико-механических характеристик готового продукта, с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола;
экспериментально найти зависимость прироста степени помола волокнистых полуфабрикатов от их концентрации с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола;
определить зависимости влияния вида волокнистого полуфабриката и способа обработки волокнистых суспензий на процесс размола, с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола;
провести анализ энергозатрат при размоле волокнистых полуфабрикатов с учетом комплексного параметра эффективности размола, выявить и обеспечить оптимальные условия безножевого процесса размола волокнистых полуфабрикатов при получении готовой продукции, наметить пути внедрения результатов научных разработок.
Объект исследований – волокнистый полуфабрикат в целлюлозно-бумажном производстве.
Предмет исследований – процесс размола волокнистых полуфабрикатов с использованием безножевого способа обработки.
Научная новизна работы. Впервые разработан комплексный параметр эффективности безножевого размола волокнистых материалов, включающий в себя конструктивные особенности приемного устройства, скоростных характеристик истечения струи волокнистой суспензии и скорости вращения подвижной преграды.
Теоретически обоснован превалирующий механизм размола волокнистых полуфабрикатов при безножевой их обработке.
На основании теоретических и экспериментальных исследований впервые установлено влияние комплексного параметра эффективности размола на бумагообразующие, физико-механические и энергосиловые показатели размола, что позволяет влиять на механизм процесса размола волокнистых полуфабрикатов.
Получены математические модели процесса размола, позволяющие прогнозировать качественные показатели волокнистой массы в зависимости от установленных режимов процесса размола.
Практическая значимость.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют использовать их при проектировании и изготовлении размольных машин безножевого размола, которые могут быть рекомендованы для применения в промышленности с учетом проведенной оптимизации процесса размола.
Использование безножевой обработки вторичного сырья (макулатуры и оборотного брака) значительно улучшает бумагообразующие свойства волокнистой массы по сравнению с ножевым размолом. Это позволяет увеличить процентное соотношение использования вторичного сырья в общей композиции готовой продукции без значительного снижения ее прочностных показателей, что приведет к сокращению расходов первичных сырьевых ресурсов, улучшит экологическую обстановку и снизит энергозатраты на процесс размола.
Автор защищает:
результаты теоретических исследований влияния конструктивных особенностей приемного устройства, скоростных характеристик истечения струи волокнистой суспензии и скорости вращения подвижной преграды в качестве комплексного параметра эффективности размола;
результаты экспериментальных исследований влияния комплексного параметра на эффективность процесса размола волокнистых материалов;
результаты экспериментальных исследований влияния комплексного параметра эффективности размола на бумагообразующие, физико-механические и энергосиловые показатели размола.
Соответствие паспорту специальности. Представленная работа соответствует паспорту специальности 05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины (п. 17 – Оборудование, машины, аппараты и системы автоматизации химической технологии биомассы дерева).
Апробация работы. Работа выполнялась в рамках государственного задания по теме «Закономерности процессов и совершенствование оборудования при заготовке древесины, глубокой химической переработке биомассы дерева и восстановление лесов Сибири» № 114042140006 государственной регистрации НИР, а также при поддержке гранта ККФПН по теме «Безножевой размол волокнистого материала».
Результаты работы были представлены на международных научно-технических конференциях: «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах» (Воронеж, 2011), «Биотехнологии в химико-лесном комплексе» (Архангельск, 2014), «Новейшие достижения в области инновационного развития в химической промышленности и производстве строительных материалов» (Минск, 2015), «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов» (Архангельск, 2015), а также всероссийских научных конференциях с международным участием: «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2009, 2012,
2014), «Лесной и химический комплекс – проблемы и решения» (Красноярск, 2003-2015), «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2003-2015), «Экология, рациональное природопользование и охрана окружающей среды» (Лесосибирск, 2014), «Экологическое образование и природопользование в инновационном развитии региона» (Красноярск, 2015).
Публикации. По результатам исследований опубликовано более 50 работ, в том числе 5 статей в журналах перечня ВАК, получено 2 патента Российской Федерации на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 108 наименований. Объем работы составляет 161 страниц машинописного текста, содержит 62 иллюстрации и 21 таблицу.
Особенности обработки волокнистых полуфабрикатов в безножевых размалывающих машинах
На качественные показатели обрабатываемых волокнистых материалов оказывают существенное влияние следующие основные конструктивные и технологические параметры работы экспериментальной установки: скорость истечения струи, диаметр насадки и угол конусности внутреннего сечения насадки, расстояние от насадки до преграды.
Исследуя взаимодействие струи волокнистой суспензии с преградой, автор [53] в своей конструкции подвергал обработке суспензию концентрацией 1,5-1,8% при истечении ее из сопла под давлением до 1,4 МН/м2 и ударе о рифленую плиту, расположенную под углом к потоку 45 и 90, w- образную преграду, вращающийся рифленый цилиндр.
При многократной обработке даже прочной сульфатной целлюлозы им достигалась степень помола до 90ШР. При этом средняя длина волокна превышала 2 мм. Бумага, полученная таким способом, имела высокие физико-механические показатели по сопротивлению разрыву и раздиранию. Было также отмечено, что U-образная гладкая преграда эффективнее плоской, а наибольший эффект достаются при вращающемся рифленом цилиндре.
Механизм разработки целлюлозного волокна данным способом по мнении автора [53], заключается в трении волокон о преграду при обтекании и между собой, а удар о преграду и взаимное столкновение не имеет существенного значения. Анализируя работу В.Г. Маркова [53] авторы [17, 48] утверждают, что при концентрации суспензии 1,5-1,8% волокна окружены со всех сторон водой, и размола при их трении друг о друга практически не будет, воздействие преграды возможно лишь на ту незначительную часть волокон, которые давлением струи прижимаются к преграде и двигаются по ее поверхности. Предположительным механизмом размола они считают удар о поверхность преграды и возникающую при этом деформацию, а также воздействия на волокна кумулятивных струй, образующихся в жидкости при захлопывании парогазовых пузырьков или кавитации [17, 48].
Исследованиями взаимодействия струи с преградой авторами [55, 56] показано образование волн сжатия на поверхности раздела сред, которые могут достигать высоких давлений и действовать очень короткое время, которое зависит от отражения волны от поверхности преграды. При этом радиальное течение жидкости по поверхности преграды, как, указывается в работе автора [55], превышает начальную скорость удара. Также было отмечено, что при скорости удара около 60 м/с уже вполне достаточно для того, чтобы вызвать начало размола. Кроме того, автор [55] утверждает, что на эрозию образцов, испытываемых в струе ударной установкой, будет влиять диаметр струи, ее скорость и частота ударов струи по испытываемому образцу, причем количество воды, которое остается на поверхности между ударами, влияет на интенсивность разрушения.
На основании работ [57, 58, 59, 60] можно сделать вывод, что автор [53] неправильно предположил механизм воздействия гидродинамических сил на волокно и не смог найти оптимальных условий работы установки. Для повышения эффективности ее работы необходимо было не только учесть расстояние от насадки до преграды и увеличить скорость струи до начала "кавитационного питинга", но и обеспечить более полное использование ее кинетической энергии.
Таким образом, из работы [55], видно, что при ударе струи о преграду возникают кавитационные явления, о которых делают также предположения авторы [57, 61]. Эффективное воздействие на волокно они оказывают при скоростях больших, чем в известных установках типа "струя-преграда".
На основании работ [61, 62, 63, 64] считается, что скорость истечения струи значительно влияет на силу удара струи о преграду и величину касательных напряжений сдвига, возникающих при растекании струи по преграде. Одновременно анализ работ показал, что эти силы не велики и не могут обеспечить разработку суспензии. Тем не менее скорость истечения струи волокнистой суспензии оказывает существенное влияние на волновой характер движения струи, который в свою очередь определяет эффект ультразвуковой кавитации в месте контакта струи с преградой. Интенсивность процесса размола возрастает с повышением скорости истечения струи. Как указывает автор [20], характер воздействия струи на вращающуюся преграду, как и на неподвижную одинаков. На эффект взаимодействия струи с преградой, движущейся перпендикулярно направлению оси струи, может оказать влияние только слой жидкости, остающийся на ее поверхности в промежутках между ударами струи.
При исследовании истечения струи из насадки с высокими скоростями авторами [60, 63] было отмечено, что форма и состояние ее внутренней поверхности играют важную роль на процесс формирования струи. На основании работ [14, 17] найдены оптимальные формы насадки с углом конусности 120 и 300, изготовленные из нержавеющей стали Х12Н10Т и имеющие после конической части цилиндрическую, длина которой равна двум диаметрам. По данным этих же авторов оптимальным расстоянием от насадки до преграды считается расстояние от 0,1 м до 0,4 м, диаметры насадок от 0,0015 м до 0,004 м.
Из количественного анализа силовых воздействий на волокно при обработке волокнистой массы в безножевой установке, среди которых усилия от касательных напряжений сдвига, при протекании суспензии через отверстие насадки, силы лобового удара струи о преграду и силы растекания суспензии по преграде недостаточны для разрушения волокна. Тем не менее, разрушение волокон при обработке в такого рода установках происходит.
Этот вопрос был рассмотрен более подробно Алашкевичем Ю. Д. По его мнению основным разрушающим эффектом при этом является эффект кавитации, возникающий в момент контакта струи жидкости с преградой [14]. Этот эффект зависит от скорости и характера распределения струи, а также от формы и характера преграды.
Таким образом, для решения вопроса выбора преграды необходимо учесть скорость набегания струи суспензии, скорость вращения турбины и количество лопаток турбины. Большой опыт по подбору преграды имеется при проектировании гидротурбин [65 ,66, 67, 68, 69].
Рядом авторов [67, 68] установлено, что при сокращении числа лопастей у гидротурбин возрастает удельная нагрузка на лопасть, вследствие чего кавитационные качества колеса оказываются недостаточно высокими. С другой стороны, уменьшение суммарной поверхности омываемых водой лопастей позволяет повысить значение к. п. д. и обеспечить относительно высокую быстроходность колеса. Увеличение числа лопастей снижает удельную нагрузку и тем самым улучшает кавитационные качества, то есть уменьшается кавитационный эффект гидротурбин.
Но так как размол волокнистой массы в безножевой установке, типа струя-преграда, происходит за счет эффекта кавитации [14], то нам наоборот необходимо увеличить этот эффект. Для этого необходимо подобрать минимально возможное количество лопастей и оптимальные размеры лопаток.
Методика проведения эксперимента
Если учесть, что предел прочности целлюлозы при растяжении вдоль волокна составляет 450 - 650 МПа [4, 13], то исходя из данных таблицы 2.8 напряжения возникающие в результате воздействия импульса при контакте струи уже способны разрушить стенки волокна.
Однако продолжительность воздействия на волокно импульсной нагрузки при ударе струи волокнистой суспензии о преграду, ничтожно мало по сравнению с продолжительностью истечения. Этим и объясняется незначительное действие на волокно сил, возникающих в месте контакта струи с преградой, хотя фибрилляция все же имеет место, за счет кавитационного эффекта.
Исследования, проведенные на установке «струя-преграда», показали, что уже при сравнительно не высоких скоростях струи волокнистой суспензии, в момент удара ее о преграду, в стенках волокон появляется напряжение, превышающее предел прочности волокна.
Однако наличие опасных напряжений означает лишь, что возможно нарушение структуры в том или ином месте стенки волокна. Согласно авторам [4, 13] глубокая степень разработки волокна в конечном счете зависит от энергии удара, т.е. от скорости струи волокнистой суспензии и числа соударений, которые в свою очередь обеспечиваются в безножевой установке за счет подвижной преграды [4]. Как Выводы ко второй главе Проведен теоретический анализ предполагаемого механизма силового воздействия на волокно при размоле волокнистых полуфабрикатов безножевым способом в установке струя-преграда и обоснован превалирующий механизм размола.
Теоретически обоснована разработка комплексного параметра эффективности процесса размола волокнистых полуфабрикатов в безножевой размольной установке с учетом конструктивных особенностей приемного устройства, скоростных характеристик истечения струи суспензии и скорости вращения подвижной преграды.
Таким образом, комплексный параметр эффективности процесса размола зависит от скорости истечения струи суспензии, геометрических параметров приемного устройства и скорости его вращения. Механизм воздействия на волокно в установке зависит от многих факторов, в числе которых немаловажную роль играет частота контактов струи с преградой.
Глубокая же степень разработки, в конечном счете, зависит от энергии удара струи волокнистой суспензии и числа ее соударений о преграду.
Повышение скорости струи волокнистой суспензии обычными способами связано со значительными энергозатратами и конструктивными усложнениями. К тому же, исходя из теоретических расчетов, видно, что изменение скорости истечения струи волокнистой суспензии оказывает менее значительное влияние на комплексный параметр, чем изменение геометрических параметров приемного устройства, в частности изменение количества лопастей. Поэтому более предпочтительным представляется возможность регулировать значение комплексного параметра эффективности размола волокнистых полуфабрикатов в безножевой размольной установке с учетом конструктивных особенностей приемного устройства (диаметр турбины, количество лопастей на турбине) и скорости вращения подвижной преграды.
Из теоретических расчетов видно, что комплексный параметр эффективности процесса размола влияет на величину импульса струи волокнистой суспензии, возникающий в момент контакта струи с элементами подвижной преграды, а также на количество этих контактов, а это в свою очередь оказывает существенное влияние на интенсивность процесса размола волокнистой суспензии. При ударе струи суспензии о преграду возникает воздействие, которое оказывает влияние на волокно. Если это воздействие превышает предел прочности волокна, то оно приведет к локальным нарушениям его структуры. Как
Влияния комплексного параметра эффективности процесса размола на качественные показатели волокнистого материала
Эксперименты по выяснению влияния скорости истечения струи волокнистой суспензии на интенсивность обработки волокна показали, что увеличение скорости истечения струи при прочих равных условиях приводит к интенсификации процесса обработки волокна. ЫАПЫВА Из графика представленного на рисунке 3.8 видно, что наименьшая продолжительность размола наблюдается при скорости истечения струи волокнистой суспензии 280 м/с.
Это объясняется тем, что с увеличением скорости истечения струи суспензии и последующем ударе ее о преграду будет наблюдаться рост давления возникающего в месте контакта струи с преградой, что в свою очередь влияет на увеличение напряжений в стенке волокна и происходит его разрушение. Также скорость истечения струи волокнистой суспензии значительно влияет на волновой характер движения струи, который, в свою очередь, определяет эффект ультразвуковой кавитации в месте контакта струи с преградой.
Исходя, из вышесказанного можно сделать предположение, что с повышением скорости истечения струи будет происходить интенсификация процесса размола за счет ударного и кавитационного воздействия на волокно.
На рисунке 3.9 представлен график влияния скорости вращения подвижной преграды на прирост степени помола волокнистого полуфабриката.
Можно сделать предположение, что при всех прочих равных условиях на интенсивность обработки волокна некоторое влияние оказывает скорость вращения преграды, так как при ударе струи волокнистой суспензии о подвижную преграду (число соударений за единицу времени) значение напряжений вызывающих разрушение стенки волокна снижается незначительно, а согласно авторам [13] глубокая степень разработки волокна в конечном итоге зависит от энергии удара, т.е. от скорости струи и числа соударений за единицу времени. Исходя из этого можно предположить, что с уменьшением числа соударений о преграду струи волокнистой суспензии за единицу времени, процесс обработки волокна будет происходить менее интенсивно.
Экспериментальные исследования являются подтверждением этих представлений. Так например, эксперименты по выяснению влияния скорости вращения подвижной преграды на интенсивность обработки волокна показали, что увеличение скорости вращения преграды при прочих равных условиях (количество лопастей 24 шт; скорость истечения струи – 240 м/с; концентрация массы – 2%) приводит к интенсификации процесса обработки.
Зависимость степени помола от продолжительности размола при различной скорости вращения подвижной преграды Из рисунка 3.9 видно, что наименьшее время обработки волокнистой суспензии наблюдается при скорости вращения подвижной преграды 5,5 м/с.
Степень разработки зависит от энергии удара струи волокнистой суспензии и числа ее соударений о преграду, частота контактов струи с преградой, в свою очередь, зависит от скорости вращения приемного устройства.
Интенсификация процесса размола за счет увеличения скорости вращения преграды объясняется тем, что при увеличении скорости вращения подвижной преграды частота контактов струи с преградой увеличивается, что в свою очередь приводит уменьшению времени обработки волокнистой суспензии. Это подтверждается авторами [13] и экспериментальными данными в работах [17, 74], а также хорошо согласуется с теоретической частью.
Концентрация массы может служить вспомогательным управляемым фактором, однако на практике в процессе размола она в большинстве случаев постоянна.
Можно сделать предположение, что с увеличением концентрации ударное и кавитационное воздействие на отдельное волокно будет снижаться за счет взаимного перекрытия волокон. Наши экспериментальные исследования подтверждают эти представления. Так например, эксперименты по выяснению влияния концентрации при прочих равных условиях (количество лопастей 24 шт; скорость истечения струи – 240 м/с; скорость вращения подвижной преграды – 3,67 м/с) на эффективность обработки волокна показали, что увеличение концентрации ведет к некоторому снижению интенсивности обработки.
Из графика на рисунке 3.10. видно, что все зависимости носят качественный идентичный характер, с различными количественными параметрами. Наименьшее время для обработки волокнистой массы требуется при использовании волокнистой массы концентрацией 1%. Это объясняется тем, что при низких концентрациях в месте кoнтaктa струи с прегрaдoй происходит взaимoдействие микрoстуй кавитaциoнных пузырьков на вoлокнo со всех сторон. С увеличением концентрации часть волокон в какой-то момент времени может находиться взаимно перекрытыми и не подвергаться обработке, это хорошо согласуется с экспериментальными данными представленными в работах [14, 17].
Оценка эффективности проведения размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола
Для определения оптимального режима размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола воспользовались универсальным математическим процессором MathCAD. MathCAD позволяет решить поставленную задачу численным методом.
Для оптимизации условий функционирования объекта использовались регрессионные модели, полученные в результате реализации многофакторных экспериментальных исследований, представленные и описанные в третьей главе диссертационной работы. Регрессионные модели дают информацию о влиянии варьируемых факторов на выходные величины. Имеется в виду отыскание таких значений варьируемых факторов в интервалах их варьирования, для которых значение выходной величины оказывается максимальным или минимальным [104, 105].
В качестве параметров оптимизации процесса размола были выбраны следующие характеристики: среднеарифметическая длина волокна (y2), водоудерживающая способность (y3), разрывная длина (y6), а также удельный расход электроэнергии (y10).
Для решения задачи по определению оптимальных параметров процесса размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола должны выполняться следующие условий: У2 —» max; уз —» min; у б —» max; ую —» min.
Для численного решения задачи поиска локального максимума и минимума в Mathcad имеются встроенные функции Minimize и Maximize. Эти функции реализуют процедуру поиска экстремума функций многих переменных как при наличии, так и при отсутствии ограничений на комбинации последних. В нашем случае, нужно найти максимальное или минимальное значение функции на некотором интервале, поэтому мы накладываем следующие ограничения области поиска в пространстве факторов: 36 xi 12; 280 м/с х2 200 м/с; J 5,5 м/с х3 1,83 м/с; 2% Х4 1%; Х5 50 ШР. V Ограничение степени помола 50 ШР продиктовано требованием стандарта на изделия из бумаги бытового и санитарно-гигиенического назначения и требованиями СТП 00279456-115-14 ОАО «Красноярская Бумажная Мануфактура», полуфабрикаты которого были использованы при проведении экспериментов. В результате решения поставленной задачи были определены оптимальные значения варьируемых переменных для процесса размола волокнистой массы с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола: - количество лопастей на подвижной преграде Xi = 24 шт; - скорость истечения струи суспензии х2 = 240 м/с; - скорость вращения преграды хз = 3,67 м/с; - концентрация волокнистой массы Х4 = 2%; - степень помола волокнистой массы xs - 60 ШР.
Подставив найденные значения входных факторов в уравнения регрессии получили соответствующие значения исследуемых параметров: - средняя длина волокна y2 =2,27 мм; - водоудерживающая способность y3 =323,55 %; - разрывная длина y6 = 9241 м; - удельный расход электроэнергии y10 = 1,659 кВтч/т. Размол волокнистого материала, проведенный при оптимальных условиях, показал следующие результаты: - средняя длина волокна y2 =2,21 мм; - водоудерживающая способность y3 =325 %; - разрывная длина y6 = 9186 м; - удельный расход электроэнергии y10 = 1,787 кВтч/т. Таким образом, теоретические значения данных показателей, рассчитанные по уравнениям регрессии, хорошо согласуются с экспериментальными, что еще раз подтверждает адекватность полученной математической модели процесса размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола.
Оценка эффективности проведения размола волокнистой суспензии с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола
Оценка экономической эффективности процесса размола, выполнена для полученных оптимальных значений процесса: количество лопастей на подвижной преграде z = 24 шт; скорость истечения струи суспензии Vстр = 240 м/с; скорость вращения преграды Vпр = 3,67 м/с; концентрация волокнистой массы c = 2%.
Экономический эффект от проведения размола безножевым способом с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола равен экономии условно-постоянной части расходов в себестоимости достигается за счет повышения количества выпускаемой продукции, снижения затрат электроэнергии и времени на размол. Так например при 60 оШР затраты на электроэнергию в денежном выражении составляют Мзл-К -Тзф-Ц оэл = , (4.1) кз где Мэл - расход электроэнергии, кВтч; К] - коэффициент, учитывающий использование рабочего времени оборудования; К2 - коэффициент, учитывающий использование двигателя по мощности; Кз - коэффициент полезного действия двигателя в сети; Тэф - эффективный фонд рабочего времени оборудования, ч; Ц — стоимость 1 кВтч электроэнергии, руб.; Ц = 3,35 руб. [106]. Для оптимального режима проведения размола безножевым способом (с учетом комплексного параметра эффективности процесса размола):