СИСТЕМА ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ привода ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ВЕРТИКАЛЬНОГО ЕМКОСТНОГО АППАРАТА

д.т.н. Малыгин Е.Н., к.т.н. Карпушкин С.В., Афанасьева Н.Н.

Тамбовский государственный технический университет

392620, г. Тамбов, ул. Ленинградская, д.1, кафедра ГАПС

Задача выбора оптимальной конструкции механического перемешивающего устройства (МПУ) вертикального емкостного аппарата (реактора, емкости для получения растворов, суспензий, эмульсий) возникает при выборе и реконструкции аппаратурного оформления технологических систем химических, фармацевтических, пищевых производств. Эта задача особенно актуальна для многоассортиментных малотоннажных химических производств, например, производств синтетических красителей и полупродуктов, т.к. емкости с МПУ составляют около 70% парка их основного оборудования, а ассортимент выпускаемой продукции часто меняется.

Предлагаемая постановка задачи выбора конструкции привода МПУ вертикального емкостного аппарата предусматривает выбор типа и числа механических мешалок, диаметра мешалок и частоты вращения вала привода из стандартного ряда их значений, которые обеспечивают требуемое качество перемешивания при минимальных приведенных затратах на МПУ. Приведенные затраты складываются из амортизации затрат на мешалки и мотор-редуктор, а также годовых затрат на электроэнергию, которые определяются по мощности, необходимой для осуществления перемешивания. Выбор мотор-редуктора осуществляется по найденным в результате решения задачи значениям частоты вращения вала мешалки, крутящего момента, приложенного к перемешиваемой среде при вращении лопастей мешалки, и необходимой мощности перемешивания. Показатели качества перемешивания зависят от вида перемешиваемой среды, например, при перемешивании малоконцентрированной суспензии - это параметры, характеризующие распределение концентрации взвешенных частиц по радиусу и высоте аппарата.

Таким образом, задача сводится к выбору параметров конструкции привода МПУ, при которых приведенные затраты на устройство достигают минимума и выполняются условия, характеризующие требуемую гидродинамическую обстановку в аппарате. К ним относятся ограничение на значение отношения диаметров аппарата и мешалки, уравнение равенства моментов сил, приложенных к перемешиваемой среде, ограничение на глубину центральной воронки, образующейся при вращении вала МПУ, и соотношения, характеризующие процесс перемешивания конкретной среды, см. [1].

Алгоритм решения задачи предусматривает перебор допустимых комбинаций стандартных значений параметров конструкции привода МПУ, для каждой из которых осуществляется проверка выполнения ограничений на гидродинамическую обстановку в аппарате, и, при положительном результате проверки, - подбор наиболее пригодного серийно выпускаемого мотор-редуктора из базы их характеристик. Оптимальная конструкция определяется по минимуму приведенных затрат.

Система выбора конструкции привода МПУ вертикального емкостного аппарата разработана в среде Visual Basic. В ее состав входят:

- программные модули проверки выполнения ограничений на гидродинамическую обстановку в аппарате для процессов перемешивания мало- и высококонцентрированных суспензий, несмешиваемых жидкостей, газожидкостных систем, растворения частиц твердой фазы;

- программный модуль определения параметров конструкции привода перемешивающего устройства;

- база характеристик наиболее распространенных механических мешалок;

- база характеристик серийно выпускаемых мотор-редукторов.

Система протестирована на примерах аппаратов производств синтетических красителей и полупродуктов Тамбовского ОАО «Пигмент» и рекомендована к опытной эксплуатации.

Литература:

1. Малыгин Е.Н., Карпушкин С.В., Афанасьева Н.Н. Система определения параметров перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов // Материалы II международной конференции CAD/CAM/PDM-2002 в 2-х томах. Том 2. – М.: Институт проблем управления РАН. – 2002. – C. 421-427.