Обґрунтування шляхів вдосконалення процесу гранулювання у прес-грануляторах з кільцевою матрицею

Abstract

Наразі велике значення набуває вдосконалення широко використовуваних в промисловості складних технологічних процесів, що відповідає критеріям ресурсозбереження та енергоефективності. В агропромисловому комплексі одним з таких процесів є пресове гранулювання в прес-грануляторах екструзійного типу з циліндричними робочими органами. У прес-грануляторах здійснюють переробку агросировини при виробництві гранульованих комбікормів і їх окремих компонентів, при виробництві паливних гранул з відходів агропромислового комплексу, а також з метою отримання гранульованих проміжних продуктів для підвищення ефективності подальшого технологічного процесу. У статті означено доцільні шляхи вдосконалення процесу пресового гранулювання, визначено, що для робочого процесу всіх існуючих і знов проектованих прес-грануляторів з кільцевою матрицею характерно бічне видавлювання продукту, інтенсивність поперечної течії матеріалу визначається його напруженим станом в клиновидному просторі, а також істотно залежить, як і саме напружений стан, від ряду факторів: структурно-механічних (реологічних) властивостей оброблюваного продукту (границі текучості при стисненні, коефіцієнта контактного тертя), конструктивних параметрів прес-гранулятора. Обґрунтовано напрямок вдосконалення робочого процесу вальцово-матричних прес-грануляторів з кільцевої матрицею шляхом торцевого обмеження клиновидного простору додатковими контактними поверхнями. У прес-грануляторах з торцевим обмеженням клиновидного простору між робочими органами механічна енергія передається пресованому матеріалу через контактні поверхні матриці, пресуючих роликів і обмежувальних кілець. Мірою переданої енергії доцільно вважати напружений стан елементарного обсягу продукту на цих поверхнях, яке є основою для визначення параметрів ефекту, що характеризують процес гранулювання. З урахуванням цього описано напружений стан пресованого матеріалу в клиновидному просторі між робочими органами прес-гранулятора та представлено математичну модель процесу пресового гранулювання рослинної сировини в умовах замкненого клиновидного простору між матрицею і кожним з пресуючих роликів.

Сегодня большое значение приобретает совершенствование широко используемых в промышленности сложных технологических процессов, соответствующих критериям ресурсосбережения и энергоэффективности. В агропромышленном комплексе одним из таких процессов является прессовое гранулирование в пресс-грануляторах экструзионного типа с цилиндрическими рабочими органами. В пресс-грануляторах осуществляют переработку агросырья при производстве гранулированных комбикормов и их отдельных компонентов, при производстве топливных гранул из отходов агропромышленного комплекса с целью получения гранулированных промежуточных продуктов для повышения эффективности дальнейшего технологического процесса. В статье отмечены целесообразные пути совершенствования процесса прессового гранулирования, определено, что для рабочего процесса всех существующих и вновь проектируемых прессгрануляторов с кольцевой матрицей характерно боковое выдавливание продукта, интенсивность поперечного течения материала определяется его напряженным состоянием в клиновидном пространстве, а также существенно зависит, как и напряженное состояние, от ряда факторов: структурномеханических (реологических) свойств обрабатываемого продукта (предела текучести при сжатии, коэффициента контактного трения), конструктивных параметров пресс-гранулятора. Обоснованно направление совершенствования рабочего процесса вальцово-матричных прессгрануляторов с кольцевой матрицей путем торцевого ограничения клиновидного пространства дополнительными контактными поверхностями. В прессгрануляторах с торцевым ограничением клиновидного пространства между рабочими органами механическая энергия передается прессованному материалу через контактные поверхности матрицы прессующих роликов и ограничительных колец. По мере передаваемой энергии целесообразно учитывать напряженное состояние элементарного объема продукта на этих поверхностях, которое является основой для определения параметров эффекта, характеризующие процесс гранулирования. С учетом этого описано напряженное состояние прессованного материала в клиновидном пространстве между рабочими органами пресс-гранулятора и представлена математическая модель процесса прессового гранулирования растительного сырья в условиях замкнутого клиновидного пространства между матрицей и каждым из прессующих роликов.

Today, it is of great importance to improve the widely used in industry complex technological processes that meet the criteria for resource saving and energy efficiency. In the agro-industrial complex, one of such processes is press granulation in extrusion type pellet mills with cylindrical working bodies. In the press-granulators, agro-raw materials are processed in the production of granulated animal feed and their individual components, in the production of fuel pellets from the waste of the agro-industrial complex in order to obtain granulated intermediate products to increase the efficiency of further technological process. The article noted the expedient ways to improve the process of pressing granulation, it was determined that the working process of all existing and newly designed press granulators with an annular matrix is characterized by lateral extrusion of the product, the intensity of the crossflow of the material is determined by its stress state in the wedge-shaped space, and also significantly depends on how and stress state, from a number of factors: structural and mechanical (rheological) properties of the processed product (yield strength and compression, contact friction coefficient), design parameters of the press granulator. The direction of improving the workflow of the roller-matrix press granulators with a ring matrix has been substantiated by limiting the wedge-shaped space to additional contact surfaces. In the press-granulators with the end restriction of the wedge-shaped space between the working bodies, the mechanical energy is transferred to the extruded material through the contact surfaces of the matrix of the pressing rollers and restrictive rings. As energy is transmitted, it is advisable to take into account the stress state of the elementary volume of the product on these surfaces, which is the basis for determining the effect parameters characterizing the granulation process. With this in mind, the stress state of the pressed material in the wedge-shaped space between the working bodies of the pelleting press is described and a mathematical model of the process of pressing granulation of plant materials in the closed wedge-shaped space between the die and each of the pressing rollers is presented.