ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ. ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ. В ПЛАНЕТАРНОМ ГРАНУЛЯТОРЕ
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА В БАРАБАНЕ ПЛАНЕТАРНОГО ГРАНУЛЯТОРА
В настоящее время поведение частиц при гранулировании в барабанном и тарельчатом грануляторе методом окатывания изучено весьма обобщенно. Ранее для изучения движения частиц разными авторами использовались различные аппроксимации: разбиение движущихся масс на слои [11], присваивание сыпучим материалам свойств жидкости и т. д. Динамика движения частиц, поведение частиц в разных областях сыпучего материала при окатывании в грануляторе изучены недостаточно. В связи с ростом производительности вычислительной техники широкое применение для изучения поведения сыпучих материалов нашел метод математического моделирования, называемый методом дискретных элементов (метод молекулярной динамики) [21].
В экспериментальных исследованиях процесса гранулирования сложно проследить какую-либо конкретную частицу или конгломерат частиц, математическое моделирование позволяет изучать гранулирование более подробно, полученные с помощью моделирования данные легче подвергаются анализу.
Математическое моделирование методом дискретных элементов дает возможность изучать процесс окатывания на уровне взаимодействия отдельных частиц материала, описать процесс окатывания. Полученные с помощью моделирования зависимости и закономерности могут дать обоснование изменения конструкции барабанного гранулятора для увеличения эффективности гранулирования [25].
Математическая модель дает возможность получить данные о движении отдельных частиц и конгломератов частиц сыпучего материала.
Для реализации численного алгоритма математической модели применен метод дискретных элементов в двумерной постановке, где элемент - частица.
Влияние сопротивления газа, присутствующего при окатывании, не учитывается. Расчет производится в сечении, перпендикулярном оси барабана.
Барабан в модели движется по планетарной траектории либо вращается на стационарной оси. Модель позволяет рассчитывать силы, действующие на частицы окатываемого материала с любым гранулометрическим составом. Материал частиц имеет упругопластические свойства.
Предполагается, что материал частиц обладает достаточной пластичностью для того, чтобы под действием сил сжатия, возникающих между частицами при гранулировании, появились пластические деформации в площади контакта частиц. В площади контакта частиц, где напряжение больше предела текучести, имеет место полное прилипание. Из этого предположения аналитически получена упрощенная линейная зависимость силы адгезии контактирующих частиц от максимальной силы их сжатия за время взаимодействия. Данная зависимость применяется в математической модели для расчета сил адгезии.
В результате исследований выявлен характер движения частиц как в виде слоев, так и каждой в отдельности. Получены зависимости давлений, действующих на частицы, от разных режимов окатывания, а также поля скоростей частиц.
В процессе гранулирования частицы сыпучего материала, расположенные около поверхности барабана, поднимаются вверх, увлекаемые поверхностью, затем, достигнув некоторой высоты, скатываются лавинообразно вниз. В результате взаимодействий частиц они слипаются, образуя конгломераты, которые затем приобретают округлую форму гранул.
Полученные данные позволяют определить, при каких параметрах «сухого» окатывания данный материал будет иметь необходимые условия для агломерации и гранулирования.
С помощью моделирования получены данные об образовании и разрушении конгломератов частиц. Моделирование показало, что конгломераты образуются около поверхности барабана, где давление в сыпучем материале максимально. Разрушаются конгломераты при попадании в места сдвига в сыпучем материале, под действием изгибающих сил, при ударе о поверхность барабана.
