Slajd 1 Slajd 2 Slajd 3
 

Małgorzata NIESYT*,
Tomasz DZIK**,
Piotr WYSZOMIRSKI***
AGH Akademia Górniczo Hutnicza

*Mgr inż., Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi. **, Dr inż., Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, ***Dr hab. inż., Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Słowa kluczowe: dolomit, granulacja, dekarbonat dolomitowy, klinkier dolomitowy, hydratacja, materiały ogniotrwałe

Key words: dolostone, granulation, dolomite decarbonate, doloma clinker, hydration, refractories

 

Czytaj więcej...

 Michał BEMBENEK

Paweł GARA

Marek HRYNIEWICZ

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

 

METODA DOBORU ELEMENTÓW FORMUJĄCYCH PRASY WALCOWEJ DO KAWAŁKOWANIA MATERIAŁU DROBNOZIARNISTEGO

 

Streszczenie:

Kształt powierzchni roboczej elementów formujących prasy walcowej ma duży wpływ na jakość produktu oraz koszty eksploatacji brykieciarki. Analiza literatury wykazała niewystarczający stan wiedzy na ten temat. Dotyczy to przede wszystkim kawałkowania materiału sypkiego polegającego na jego aglomeracji ciśnieniowej bez wymogu zachowania powtarzalności kształtu. Zaplanowano więc i przeprowadzono badania, które wykazały istotny wpływ kształtu powierzchni roboczej elementów formujących prasy na pobór mocy jej układu napędowego oraz podatność otrzymanych wyprasek na ich rozdrabnianie. Stanowiło to inspirację do opracowania metody umożliwiającej dobór odpowiedniego kształtu powierzchni roboczej walców w przypadku kawałkowania materiału drobnoziarnistego.

 

THE METHOD OF SELECTION ROLL PRESS FORMING ELEMENTS TO CONSOLIDATE THE FINE MATERIAL

Summarry:

The shape of the working surface roll press forming elements has a significant impact on product quality and operating cost. Analysis of the literature revealed insufficient knowledge on the subject. This applies especially pressure agglomeration of fine material without the requirement of repetitive shape. So planned and conducted research. Based on their results and own experiences developed and presented in this article the method of selecting the shape of the working surface of rolls when the repetitive form of consolidated material is not required.

Słowa kluczowe:

prasa walcowa, elementy formujące, brykietowanie, kawałkowanie

Keywords:

roll press, forming elements, briquetting, consolidating

Czytaj więcej...

Michał CHŁOPEK
Tomasz DZIK
Marek HRYNIEWICZ
AGH Akademia Górniczo Hutnicza

 

 

Streszczenie
W artykule przedstawiono charakterystykę granulatora z płaską matrycą i zwrócono uwagę na szerokie możliwości jego stosowania. Następnie pokazano własne koncepcje określania na drodze teoretycznej kąta chwytu materiału w układzie roboczym granulatora oraz promienia rolki zagęszczającej. Omówiono także dotychczasowe doświadczenia w zakresie doboru materiałowych i geometrycznych cech konstrukcyjnych elementów roboczych maszyny. Zawarte w artykule rozważania wykorzystano w praktyce projektowej.

 

Czytaj więcej...

 Ewa KUŻDŻAŁ *

Barbara WALAWSKA

Jacek KWIECIEŃ

Instytut Nawozów Sztucznych Oddział Chemii Nieorganicznej IChN w Gliwicach,

 

GRANULACJA KRZEMIANÓW SODU METODĄ PRASOWANIA

 

Streszczenie:

W artykule opisano wstępne wyniki badań granulacji krzemianów sodu metodą prasowania. Prowadzone badania miały na celu sprawdzenie możliwości uzyskania z pylistych surowców granulatów o określonym rozkładzie ziarnowym. W badaniach laboratoryjnych stosowano pyliste krzemiany sodu o module 2,0¸3,3 SiO2mol/Na2Omol. Prowadzono je w prasie matrycowej firmy AWPMA. W ramach badań wyznaczono wpływ ciśnienia prasowania na stopień zagęszczenia oraz określono optymalne ciśnienie prasowania badanych krzemianów. Uzyskano produkty charakteryzujące się większym ziarnem i wyższymi gęstościami nasypowymi. Otrzymane wyniki umożliwiają dobór urządzeń przemysłowych do granulacji dwukrzemianów sodu jako głównego produktu, z jednoczesną możliwością otrzymania granulowanych krzemianów o innych module.

Słowa kluczowe: krzemiany sodu, granulacja, granulacja metodą prasowania

Czytaj więcej...

 Mieczysław Borowik, Przemysław Malinowski, Andrzej Biskupski, Michał Dawidowicz, Sebastian Schab, Piotr Rusek,

Instytut Nawozów Sztucznych w Puławach,

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nysie

 

Badania nad granulacją ślimakową nawozów na bazie adduktu siarczanu wapnia i mocznika

 

Słowa kluczowe: addukt siarczanu wapnia i mocznika, granulacja ślimakowa, nawóz, wytłaczarka

Key words: urea calcium sulfate adduct, screw granulation, fertilizer, extruder

 

Przedstawiono wyniki badań nad możliwością wytwarzania nawozów typu adduktu siarczanu wapnia i mocznika na bazie fosfogipsu metodą granulacji ślimakowej. Do badań wykorzystano wytłaczarkę jednoślimakową. Stwierdzono, że poprzez wytłaczanie można uzyskiwać produkty o wysokim stopniu przereagowania mocznika w formę adduktu (ponad 80 %). Uzyskane granulaty cechowała bardzo wysoka wytrzymałość mechaniczna.

 

Studies on the screw granulation of fertilizers on the base of urea and calcium sulfate adduct

 

Results of studies on preparation possibility of fertilizers of calcium sulfate and urea type from phosphogypsum with screw granulation method are presented. One screw extruder was used in the studies. It was found that products of high degree of urea conversion into the adduct form (over 80%) can be obtained by extrusion. The prepared granular product had very high mechanical strength.

Wstęp

Granulacja ślimakowa, nazywana także ekstruzją, jest procesem powszechnie stosowanym w przetwórstwie tworzyw sztucznych [1]. Znalazła ona także zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym [2].  Metodą granulacji ślimakowej formowane są często katalizatory i nośniki. W Instytucie Nawozów Sztucznych metodę tą stosuje się do granulacji chmielu [3]. Do procesu tego wykorzystuje się różnego wytłaczarki ślimakowe wśród których można wymienić konstrukcje jednoślimakowe i dwuślimakowe. Wyniki wcześniejszych badań nad granulacją ślimakową nawozów typu adduktu siarczanu wapnia i mocznika prowadzonych w Instytucie Nawozów Sztucznych wskazują na możliwość uzyskiwania tą drogą produktów o wysokim stopniu przereagowania mocznika w formę adduktu [4]. Jednakże granulaty uzyskane tą metodą uzyskiwano poprzez wytłaczanie pasty wytworzonej przez zmieszanie mocznika i fosfogipsu o zawartości około 30 % wody. Rekcja tworzenia adduktu przebiegała głównie w etapie przygotowania pasty. Postanowiono zbadać możliwość wytwarzania nawozów typu adduktu siarczanu wapnia i mocznika z pominięciem etapu przygotowania pasty adduktu.

Czytaj więcej...

 Tadeusz GLUBA

Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska

Politechnika Łódzka

Badania procesu granulacji talerzowej w układzie ciągłym

 

Wprowadzenie

Granulacja, określana również jako aglomeracja, peletyzacja, grudkowanie jest procesem łączenia drobnych cząstek, takich jak pyły, proszki w większe agregaty (granule) o określonej wytrzymałości mechanicznej, w których nadal można jeszcze wyróżnić początkowe (wyjściowe) ziarna materiału. Aglomeracja drobnych ziaren ciała stałego w większe skupiska następuje wskutek fizycznych lub chemicznych mechanizmów łączenia.

W procesie mokrej granulacji, na cząstki podlegające mieszaniu (w bębnach przesypowych, talerzach, złożu fluidalnym, mikserach szybkotnących itp.) natryskiwana jest ciecz wiążąca, która łączy ziarna ze sobą za pomocą kombinacji sił kapilarnych i lepkościowych. Silniejsze wiązania międzyziarnowe mogą być utworzone podczas dalszych operacji takich jak suszenie, spiekanie.

Granulacja znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu włączając przeróbkę minerałów, produkty rolne, detergenty, farmaceutyki, środki spożywcze, a także różnego rodzaju substancje chemiczne. W przemyśle chemicznym szacuje się, że 60% produktów jest wytwarzana w postaci proszkowej bądź pylistej, a dalsze 20% stosuje dodatki w takiej postaci. Granulacja jest kluczowym etapem wytwarzania bądź przetwarzania produktów w wielu tych gałęziach. Niewłaściwie przeprowadzona granulacja, dająca produkt o niewłaściwych parametrach, może stwarzać znaczne problemy w kolejnych procesach przetwarzania (zbrylanie, segregacja, niska sprawność w czasie tabletkowania) jak również utrudniać stosowanie produktu końcowego.

Jednym z często stosowanych sposobów aglomerowania jest bezciśnieniowa granulacja aglomeracyjna realizowana w obrotowych talerzach o przesypowym charakterze ruchu wsadu. Metoda ta jest atrakcyjna ekonomicznie z uwagi na stosunkowo niskie nakłady inwestycyjne i eksploatacyjne. Dla większości materiałów przetworzenie postaci proszkowej bądź pylistej w granulat wymaga dostarczenia do granulowanego wsadu odpowiedniej ilości cieczy zwilżającej lub wiążącej. Zasadnicze znaczenie na przebieg procesu granulacji a w konsekwencji na właściwości otrzymanego produktu mają zjawiska i przemiany zachodzące na granicy faz mediów uczestniczących w ruchu przesypowym nawilżonego złoża materiału.

 Mechanizmy decydujące o powstawaniu zarodków i wzroście aglomeratów zależą od właściwości obu mediów biorących udział w procesie, a także od parametrów konstrukcyjnych urządzenia i warunków prowadzenia procesu [1÷5].

Badania warunków granulacji talerzowej prezentowane w literaturze dotyczą m.in kinetyki procesu [6, 7] oraz zagadnień związanych z cyrkulacją granulowanego wsadu na talerzu i jego dynamiką [8÷9]. Prace te dotyczą jednak głównie badań prowadzonych w układzie periodycznym.

Granulacja talerzowa w układzie ciągłym znajduje szerokie zastosowanie w warunkach przemysłowych, natomiast rzadko prowadzone są w takim układzie badania laboratoryjne. Rzutuje to na ograniczoną liczbę publikacji dotyczących badań w tym zakresie [10÷12].

Wyniki badań procesu ciągłej granulacji talerzowej, przeprowadzonych w ramach niniejszej pracy pozwolą lepiej poznać wpływ niektórych parametrów procesu ciągłego na przebieg granulacji i właściwości wytworzonego produktu.

Czytaj więcej...

 Andrzej OBRANIAK

Tadeusz GLUBA

Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska

Politechnika Łódzka

 

DOŚWIADCZALNA INSTALACJA DO CIĄGŁEJ GRANULACJI BĘBNOWEJ 

 

Streszczenie

W pracy opisano doświadczalną instalację do bębnowej granulacji ciągłej o wydajności  500 kg/h.

 

THE EXPERIMENTAL INSTALLATION FOR CONTINUOUS DRUM GRANULATION

Abstract

The experimental installation for continuous drum granulation with a capacity of 500 kg/h was presented in the paper.

Wstęp

Na podstawie badań wstępnych przeprowadzonych w granulatorach bębnowych okresowych o różnych średnicach bębnów oraz w oparciu o doświadczenie opracowano założenia do projektu procesowego:

-                     określono zakres zmian prędkości obrotowej bębna wynikający z zapewnienia typowego dla procesu granulacji ruchu kaskadowego (zapewniającego toczenie, ewentualnie zsuwanie się ziaren wsadu po utworzonej powierzchni swobodnej, przy zapewnieniu ciągłości złoża) oraz efektu związanego z jednej strony ze zjawiskiem wysypywania się materiału przez otwór czołowy w pokrywie, a z drugiej wynikający z optymalnych warunków nawilżania wsadu ziarnistego, oblepiania się ścianek aparatu oraz optymalnej wydajności procesu; przyjęto zakres zmian prędkości obrotowej.

-                     ustalono wymiary aparatu przy uwzględnieniu zmian objętości złoża wynikającej z postępu procesu; zaproponowano rozwiązanie z wymiennym bębnem, tak, by można było dokonać porównania efektów granulacji dla  aparatów o różnej średnicy

-                     ustalono zakres zmian stopnia wypełnienia bębna materiałem sypkim, uwzględniający potencjalną zmianę jego gęstości nasypowej wynikającą z dodania cieczy nawilżającej oraz z postępu procesu

-     ustalono zakres zmian następujących parametrów procesowych:

a) ciśnienia cieczy roboczej,

b) ciśnienia powietrza

c) temperatury czynników

d) natężenia przepływu cieczy

e) natężenia przepływu powietrza

f) wydajności procesu

Podczas badań zmieniano:

 -       średnicę bębna D

-        współczynnik wypełnienia bębna k

-        prędkość obrotową bębna n

-        natężenie przepływu powietrza Qp

-        natężenie przepływu cieczy Qc

-        rodzaj cieczy nawilżającej

Podczas przeprowadzonych prób dokonano obserwacji przebiegu procesu przeprowadzanego  przy różnych parametrach pracy oraz porównania uzyskanego efektu.

W celu ustalenia parametrów pracy układu zasilającego układ w ciecz nawilżającą badano charakterystyczne parametry dysz pneumatycznych. Zasadniczym celem badań  dysz było określenie wpływu parametrów pracy (natężenie przepływu cieczy i powietrza) oraz cech konstrukcyjnych dyszy na stopień rozpadu strugi cieczy.

Na podstawie przeprowadzonych badań wstępnych przyjęto, że optymalnym sposobem wdozowania cieczy, którą mogła być woda lub roztopione detergenty do przesypującego się w bębnie granulatora złoża materiału ziarnistego jest rozpylenie ich nad swobodną powierzchnią wsadu za pomocą dysz pneumatycznych.  Podczas badań stwierdzono, że dla stosowanych bębnów granulatora ze względu na zagadnienie równomierności nawilżania można stosować zamiennie jedną lub zestaw  dysz pracujących w układzie szeregowym. Zastosowana aparatura badawcza pozwalała na  podawanie do dysz rozpyłowych obu czynników (ciekłego i gazowego) o założonych dla danego doświadczenia parametrach pracy (temperatura, ciśnienie, natężenie przepływu).

Do badań zastosowano dysze pneumatyczne różnych konstrukcji:

a)                      wykonaną przez Spraying System Deutschland  GmbH.

Dysze te posiadają wymienne głowice o różnych średnicach wypływowych cieczy, a także daje możliwość wymiany rozpylaczy, które zapewniają krzyżowy przepływ cieczy i powietrza pod kątem 45o lub 60o

b)                      dysze zaprojektowane i wykonane w Katedrze Aparatury Procesowej PŁ.

Dysze te dawały możliwość przeprowadzenia badań dla średnic otworu wylotowego cieczy z zakresu d = 0,75 – 4 mm

Dla wszystkich badanych konstrukcji zderzenie strumieni cieczy i gazu realizowane jest na zewnątrz dyszy. Rozpylacze te wytwarzają rozpylony strumień o kołowym lub płaskim przekroju, który wydaje się być korzystny podczas nawilżania materiałów drobnoziarnistych w procesie granulacji w aparatach przesypowych.

Dla danego układu głowica-rozpylacz przeprowadzono badania parametrów uzyskanego strumienia przy zmiennych wartościach objętościowego natężenia przepływu cieczy i powietrza:

- natężenie przepływu cieczy, regulowano za pomocą regulatora przepływu cieczy  zakresie Qw = 0 - 300·10-3 m3/h.  z jednej dyszy

- natężenie przepływu powietrza podawanego za pomocą sprężarki ustalano w zakresie Qp= 0 - 30 m3/h.

Stosowano stałe ciśnienie powietrza zakresu p = 0 – 0,5 MPa.

Przeprowadzono szereg prób granulacji wsadu w bębnie przy zmiennych parametrach pracy dysz rozpyłowych oraz różnych warunkach pracy granulatora.

Uzyskane wyniki oraz obserwacje poczynione podczas badań pozwoliły na propozycje zawężenia stosowanych parametrów procesowych przy projektowaniu procesu i aparatury dla granulacji ciągłej.

Opis instalacji

Podstawowym założeniem budowy granulatora bębnowego o pracy ciągłej jest stworzenie zwartego ciągu technologicznego. Projekt stanowi zwartą całość, przejścia poszczególnych członów połączone są ze sobą tworząc ciągły przepływ materiału począwszy od zbiornika pyłu, a  kończąc na gotowym granulacie o odpowiedniej średnicy. Aparatura poza zadaniami utylitarnymi ma umożliwiać realizację celów badawczych, w związku z tym założono możliwość regulacji w pewnym zakresie niektórych parametrów aparaturowo – procesowych, a mianowicie:

a)      prędkości obrotowej,

b)      współczynnika wypełnienia,

c)      czasu przebywania,

d)      kąta pochylenia,

e)      długość bębna,

f)       średnicy wylotowej dyszy,

g)      natężenia przepływu cieczy zwilżającej i powietrza oraz ich ciśnienia.

17-01

 1 – dozowniki

2 – mieszalnik

3 – silnik

4 – zbiornik ciśnieniowy z płaszczem wodnym

5 – sprężarka

6 – termostat

7 – zespól dysz

8 – bęben granulatora

9 – sita

Rys.1. Doświadczalna instalacja do ciągłej granulacji bębnowej

Fig. 1. The experimental installation for continuous drum granulation

Instalacja w założeniach projektowych obejmuje następujące zespoły (rys.1):

      - mieszalnik substancji pylistych

17-02

 Rys.2.  Mieszalnik surowców

Fig. 2. The mixer of raw materials

 - dozownik substancji pylistych

17-03

 Rys.3. Dozowniki

Fig. 3. Feeders

            - bęben granulatora z napędem

17-04

 Rys.4. Bęben granulatora

Fig. 4.  Drum granulator

17-05

 Rys. 5.  Bęben granulatora

Fig. 5. Drum granulator

17-06

 Rys.6.  Bęben granulatora

Fig. 6. Drum granulator

- przesiewacz

17-07

 Rys. 7. Przesiewacz

Fig. 7. Screen

17-08

 Rys. 8. Przesiewacz

Fig. 8. Screen

- zasobnik produktu

17-09

 Rys.9. Zasobniki

Fig. 9. Trays

      - zespół nawilżający

17-10

 Rys.10. Zbiornik ciśnieniowy

Fig. 10. Pressure vessel

      - moduł pomiarowy

Moduł pomiarowy stanowił laserowy analizator wielkości ziaren

      - ramę nośną

           Suchy materiał poddawany granulacji podawany jest z zasobników materiałów pylistych do mieszalnika poprzez dozowniki. Wydajność dozownika jest określona w zakresie umożliwiającym mieszanie substratów w odpowiedniej proporcji. Regulację prędkości obrotowej bębna zapewnia falownik. Zakres zmian prędkości obrotowej ustalony został na     n = 0 – 30 obr/min.

 Czas przebywania materiału w granulatorze  regulowany jest poprzez natężenie podawanego surowca przez dozownik, zmianę długości bębna oraz jego kąta pochylenia.

Założono zmianę wydajność instalacji  w zależności od zmienianych parametrów. Przyjęto:

wydajność                  Q =  do 500 kg/h;

średnicę bębna           D = 500 mm.

Kąt pochylenia aparatu ustalono w zakresie b =  0 - 10 stopni.  Możliwość regulacji położenia kątowego granulatora osiąga się poprzez zawieszenie jednego końca ramy podtrzymującej na dwóch podporach przegubowych, a drugiego na podporach walcowych oraz zastosowaniu podnośnika trapezowego.

Moc zużywana do napędu granulatora składa się z następujących składowych:

- mocy na podniesienie materiału w bębnie do kąta naturalnego usypu,

- mocy na mieszanie materiału,

- mocy na pokonanie tarcia w czopach układu napędowego,

- mocy na pokonanie sił tarcia tocznego układu napędowego

Ustalono zapotrzebowanie mocy do napędu granulatora na N = 3 kW.

Przesypujące się w bębnie złoże będzie nawilżane cieczą nawilżającą (np. wodą lub roztopionym detergentem) przy ustalonych parametrach strugi. Niezbędne jest, by dostarczona w postaci drobnych kropli ciecz zmieniła wilgotność złoża w taki sposób, który zapewni uzyskanie produktu o żądanych parametrach, a jednocześnie nie spowoduje oblepiania wewnętrznych ścianek aparatu oraz nie wygeneruje dodatkowych kosztów wynikających z długotrwałego suszenia produktu.

Zmiany natężenia przepływu powietrza i cieczy zwilżającej zostaną dokonane za pomocą zmiany średnicy rozpylaczy  (2-4 mm) i parametrów zasilania dysz.

           Ustalono następujące zakresy zmian natężenia przepływu mediów:

Powietrze ;                             Qp =  1 – 10 m3/h

Ciecz zwilżająca;                   Qc = 1 – 50 l/h

Natężenie przepływu obu mediów można regulować za pomocą rotametrów lub ustalać na podstawie badań wstępnych. Dane podano dla jednej dyszy. Instalacja pozwala na wymianę dysz i stosowanie zamiennie dysz o innych parametrach pracy.

Wnioski

            Omawiana instalacja do granulacji ciągłej pozwala projektować proces ciągłej granulacji bębnowej złoża wieloskładnikowego. Daje możliwości komponowania składu produktu dla czterech różnych surowców. Dzięki możliwości ustalenia różnej prędkości podawania surowca dla każdego z czterech dozowników można ustalać różne proporcje stosowanych składników. Mieszalnik pozwala na ujednorodnienie złoża jeszcze przed dostarczeniem go do bębna granulatora. Istnieje również dzięki zainstalowaniu dyszy hydraulicznej możliwość dostarczania do mieszalnika dodatkowo rozpylonego składnika ciekłego. Instalacja pozwala na płynną zmianę kąta pochylenia bębna granulatora oraz dzięki zastosowaniu falownika na zmianę stosowanej prędkości obrotowej aparatu. Ciecz nawilżającą dostarcza się do bębna za pomocą  zespołu dysz pneumatycznych. Można stosować różne rodzaje cieczy nawilżającej, zmieniać ich skład, temperaturę oraz parametry strugi dostarczanej do dysz. Instalacja pozwala również na skokową zmianę długości bębna, co przy uwzględnieniu w/w możliwości pozwala w dużym zakresie wpływać na czas przebywania. Uzyskany granulat można skierować do przesiewacza, który segreguje go na produkt, nadziarno i podziarno i kieruje do odpowiednich zasobników.

Prace wykonano w ramach projektu badawczego rozwojowego Nr N R05 0009 06/2009

Notka biograficzna

Dr inż. Tadeusz Gluba ukończył studia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej w 1973r. W 1982r uzyskał tytuł doktora w Instytucie Inżynierii Chemicznej i Procesowej na tej samej uczelni.  Obecnie jest pracownikiem naukowym w Katedrze Aparatury Procesowej Politechniki Łódzkiej.

Dr inż. Tadeusz Gluba graduated in 1973 as M.Sc. in Mechanical Engineering from the Technical University of Lodz. In 1982 he obtained a Ph.D. degree at the Institute of Chemical and Process Engineering of the same University. He is now a research worker at the Department of Process Equipment, Technical University of Lodz.

 Sławomir OBIDZIŃSKI

Roman HEJFT

Zakład Techniki Rolno-Spożywczej

Wydział Mechaniczny, Politechnika Białostocka

 

BADANIA NACISKÓW WYWIERANYCH PRZEZ ZAGĘSZCZANY MATERIAŁ NA ŚCIANKĘ ZAMKNIĘTEJ KOMORY ZAGĘSZCZANIA

 

Streszczenie: W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu wysokości komory zagęszczania oraz temperatury procesu na wartości nacisków wywieranych przez zagęszczany materiał na ściankę zamkniętej komory zagęszczania. Do badań wykorzystano mieszankę paszową pełnoporcjową DK- Finiszer o wilgotności 16 %. Badania procesu zagęszczania przeprowadzono na stanowisku badawczym SS-3, wyposażonym w specjalną komorę zagęszczania, która pozwoliła na wyznaczenie wartości nacisków bocznych (promieniowych) na różnej wysokości od dna komory zagęszczania, a także wpływu temperatury procesu na ich wartości.

Słowa kluczowe: zagęszczanie, naciski boczne, komora zamknięta, mieszanka paszowa

1.       Wstęp

Proces ciśnieniowej aglomeracji jest najczęściej realizowany w układach roboczych:

·               z zamkniętą komorą zagęszczającą,

·               z otwartą komorą zagęszczającą,

·               z komorą częściowo otwartą,

·               w układzie „płaska matryca-rolki zagęszczające" lub „pierścieniowa matryca – rolki zagęszczające",

·               w układzie „tuleja –ślimak zagęszczający".

Według Hejfta [2002] ciśnieniowa aglomeracja rozdrobnionych materiałów roślinnych prowadzona jest najczęściej w urządzeniach z otwartą komorą roboczą. Ze względu na prostą budowę układu roboczego, większą wydajność (w porównaniu z komorą zamkniętą), ciągłość procesu, łatwe dozowanie surowca, urządzenia te znalazły zastosowanie w liniach produkcyjnych do granulowania i brykietowania.

W praktyce przemysłowej zagęszczanie w komorze zamkniętej nie znajduje szerszego zastosowania. Stosowane jest powszechnie jako metoda badawcza pozwalająca na weryfikację równań (modeli) zagęszczania i ustalenie rozkładu naprężeń w zagęszczanym materiale [Skonecki 2004] oraz ocenę podatności surowców do aglomerowania [Laskowski, Skonecki 1994], przez którą według Hryniewicza [1997] rozumie się jego zdolność do tworzenia, pod wpływem nacisku, trwałej formy kawałkowej o wymaganych parametrach wytrzymałościowych.

Według Czabana i Kamińskiego [2003], uzyskane metodą identyfikacji procesu w komorze zamkniętej stałe materiałowe (tj. odpowiednik granicy plastyczności, parametry C, D, E funkcji porowatości oraz wspołczynnik tarcia Prandtla), wyznaczone na podstawie zarejestrowanych przebiegów doświadczalnych sił działających na tłok zagęszczający, dno komory zagęszczania i na ścianki boczne komory zagęszczania, mogą być wykorzystane do modelowania i analizy energochłonności procesów zagęszczania mieszanek paszowych realizowanych w przemysłowych urządzeniach granulujących.

Demianiuk i współautorzy [Demianiuk i in. 1999; Demianiuk 2001] w swoich badaniach zagęszczania trocin świerkowych wykorzystali osiowo-symetryczną matrycę zamkniętą do pomiaru wartości rzeczywistego współczynnika tarcia zewnętrznego. W tym celu mierzono w matrycy zamkniętej wartości nacisków na tłoku zagęszczającym, nacisków na dno matrycy oraz rozkłady nacisków bocznych wzdłuż tworzącej matrycy.

Jak podaje Skonecki [2004], wynikiem badań w komorze zamkniętej są formuły (równania empiryczne) zależności gęstości materiału od nacisku zagęszczającego. Mogą one być stosowane po określeniu stałych parametrów dla badanych materiałów, dla których zostały opracowane i są słuszne w ściśle określonym przedziale nacisków zagęszczających.

Badania nad procesem zagęszczania materiałów roślinnych w komorze zamkniętej prowadzone były przez wielu innych badaczy. Ghazanfari i współpracownicy [Ghazanfari i in. 2007] zagęszczali przy różnych naciskach w komorze zamkniętej siano z tymotki przy różnej wilgotności. Gilbert i współpracownicy [Gilbert i in. 2009] zagęszczali różne rodzaje traw, a Razun i współpracownicy [Razun i in. 2011] odpady w postaci rdzeni palmowych, na prasie hydraulicznej w układzie „tłok –zamknięta komora" przy różnych ciśnieniach zagęszczania i różnej temperaturze.

Również Adapa i współpracownicy [Adapa i in. 2009], wyznaczając charakterystyki zagęszczania różnego rodzaju słom wykorzystywali układ „tłok –zamknięta komora" z możliwością regulacji temperatury procesu. Podobne stanowisko z komorą zamkniętą i regulacją temperatury procesu, do wyznaczania charakterystyk zagęszczania odpadów z przycinania drzew oliwnych, wykorzystała Carone i współpracownicy [Carone i in 2010].

Jak podaje Skonecki [2004], na równomierność i stopień zagęszczenia materiałów w komorze zamkniętej mają wpływ następujące parametry: wartość nacisku zewnętrznego i szybkość jego narastania, wartość nacisku normalnego do bocznej powierzchni matrycy, wartość współczynnika tarcia materiału o ścianki matrycy, geometria matrycy i stempla, iloraz wysokości aglomeratu do jego średnicy, właściwości fizykochemiczne materiału (cząstek), ilość zawartego w aglomeracie powietrza.

Celem pracy było określenie wpływu długości matrycy oraz temperatury procesu zagęszczania na wartości nacisków promieniowych (bocznych) wywieranych przez zagęszczany materiał na ścianki zamkniętej komory zagęszczania.

2.       Materiał i metody

2.1. Materiał badawczy

Do badań wykorzystano mieszankę paszową pełnoporcjową DK- Finiszer o wilgotności 16 %. Mieszanka ta używana jest do skarmiania kurcząt i brojlerów od 6 tygodnia do końca tuczu, jak również, jak podaje Laskowski [1989], jest stosowana do określania zdolności produkcyjnych wytwórni pasz.

Skład granulometryczny mieszanki paszowej DK- Finiszer przedstawia rys. 1.

21-01

 Rys. 1.            Rozkład granulometryczny cząstek mieszanki paszowej DK-Finiszer

Fig. 1. Particle size distributions of the DK-Finiszer fodder mixture

W badanej mieszance paszowej dominującymi frakcjami są cząstki o wielkości 1,6 mm, które stanowią 28 % udziału masowego mieszanki oraz frakcje o wielkości cząstek 2 mm (ok. 21 %) i 1 mm (ok.20 %).

2.2.       Metody badań

Badania procesu zagęszczania przeprowadzono na stanowisku badawczym SS-3 (rys. 2) [Obidziński 2005].

W skład stanowiska wchodzi praska ręczna 1, na której podstawie zamocowano otwartą komorę zagęszczania 3 (posiadającą otwór o średnicy 8 mm), do której zasypywano badany materiał. Komorę zagęszczania 3 ogrzewano od góry specjalnym elementem termostatującym 4, do którego doprowadzono przewodami 7, wodę z ultratermostatu 9, dzięki czemu możliwa jest regulacja temperatury procesu. Zagęszczanie mieszanki odbywało się za pomocą tłoka 6, z czujnikiem tensometrycznym pozwalającym na rejestrację sił działających na tłok.

Stanowisko SS-3 oprzyrządowano w aparaturę kontrolno-pomiarową, która pozwala na jednoczesny pomiar i rejestrację: sił działających na tłok zagęszczający 6, sił działających na ścianki komory zagęszczania (na tłoczki umieszczone na różnej wysokości komory zagęszczania 3), sił działających na dno komory zagęszczania oraz  przemieszczenie tłoka zagęszczającego 6 (za pomocą czujnika przemieszczenia 8).

Sygnały z układu tensometrów naklejonych na tłoku zagęszczającym 6, tłoczkach umieszczonych w ściankach bocznych, w dnie komory zagęszczania oraz sygnały z czujnika przemieszczenia 8 doprowadzano do mostka tensometrycznego 11 a następnie rejestrowano rejestratorem 12 (sprzężonym z komputerem 13) w postaci plików binarnych, które poddano dalszej obróbce z wykorzystaniem oprogramowania Microsoft Excel.

21-02

 Rys. 2.            Schemat stanowiska SS-3 do określania wpływu temperatury w procesie granulowania [Obidziński 2003, Obidziński 2005]: a) schemat stanowiska, 1- praska, 2-podstawa, 3-komora zagęszczania, 4-wymiennik ciepła,        5-dno komory, 6-tłok zagęszczający, 7-przewody elastyczne, 8-czujnik przemieszczenia, 9-ultratermostat,               10-mostek tensometryczny, 11- rejestrator, 12-komputer

Fig. 2. Schema of the SS-3 investigation stand granulowania [Obidziński 2003, Obidziński 2005]: 1–press,            2–basis,  3–densification chamber, 4–heat exchanger, 4a–heating band, 5–chamber bottom, 6–densification piston, 7–flexible ducts, 8–displacement sensor, 9 – multichannel recorder, 10 – temperature regulator, 11 – computer

Na rys. 3 przedstawiono specjalną komory zagęszczania użytą w stanowisku SS-3.

21-03

 Rys. 3.            Specjalna komory zagęszczania użyta w stanowisku SS-3 [Obidziński 2005]: a) schemat komory zagęszczania: 1- element ogrzewający komorę, 2-komora zagęszczania, 3-dno komory, 4-tłoczki do pomiaru nacisków bocznych, 5-belki, 6-śruby mocujące belki, 7-śruby mocujące dno komory, 8,9-tensometry typ TFm-10, 10-króciec, 11,12-uszczelki, b) widok komory,

Fig. 3.  The special densification chamber used in the position SS-3 [Obidziński 2005]: a) the schema of the densification chamber: 1- the element heating the chamber, 2-densification chamber,  3-the bottom of the chamber, 4-pistons to the measurement of radial pressures, 5-beams, 6-screws fixing beams, 7-screws the fixing the bottom of the chamber, 8,9-deformeter the type TFm-10, 10-the inlet, 11,12-gaskets b) the view of the chamber

W komorze zagęszczania na wysokości h1=15 mm, h2=30 mm, h3=45 mm od podstawy komory zostały umieszczone tłoczki pomiarowe 4 służące do pomiaru nacisków bocznych. Tłoczek 4 naciska na belkę 5, na której naklejone są tensometry (TFm-10) 8.

Przed pomiarami wygrzewano odpowiednio wcześniej komorę zagęszczania oraz próbki surowca (umieszczone w szczelnie zamkniętych próbówkach) do wymaganej temperatury.

Badania procesu zagęszczania wykonano dla temperatury 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 i 90oC, zagęszczając 20 próbek o masie 2 g każda.

3. Wyniki i dyskusja

Na rys. 4 przedstawiono przykładowy przebieg nacisków zagęszczających, nacisków bocznych zarejestrowanych na różnej wysokości komory zagęszczania oraz nacisków na dno komory uzyskanych w trakcie badań zagęszczania mieszanki DK-Finiszer w komorze zamkniętej zrealizowanych na stanowisku SS-3 w temperaturze 50°C.

21-04

 Rys. 4. Przebieg nacisków w funkcji odległości od dna zamkniętej komory zagęszczania (zagęszczanie mieszanki DK-Finiszer w temperaturze 50 oC)

Fig. 4. The course of the pressure in the function of distance from the bottom of the closed chamber (densifing the the mixture DK-Finiszer in the temperature 50 oC)

Z otrzymanego przebiegu nacisków (rys. 4) widać, że wraz ze zbliżaniem się do dna komory rosną wartości nacisków zagęszczających, bocznych i nacisków na dno komory zagęszczania. W przypadku temperatury procesu 50 oC, w odległości ok. 61 mm od dna komory naciski zagęszczające osiągają swoje wartości maksymalne. Podobny charakter mają przebiegi nacisków bocznych i nacisków na dno matrycy. Wartości maksymalne osiągają wtedy gdy tłok zagęszczający znajduje się w odległości ok. 61 mm od dna matrycy.

Przykładowy rozkład nacisków bocznych w funkcji długości komory zagęszczania podczas zagęszczania mieszanki w komorze zamkniętej w temperaturze procesu 50 oC wraz z równaniem opisującym przebieg nacisków bocznych w funkcji odległości od dna komory zagęszczania przedstawiono na rys. 5.

21-05

 Rys. 5. Rozkład nacisków bocznych na długości komory zagęszczania podczas zagęszczania mieszanki DK- Finiszer w komorze zamkniętej w temperaturze procesu 50 oC

Fig. 5. The radial pressures expansion on the chamber length during the densifing of the DK- Finiszer mixture in the closed chamber in the temperature of the process 50 oC

Rozkłady nacisków bocznych na długości komory zagęszczania podczas zagęszczania mieszanki w komorze zamkniętej w innej temperaturze procesu maja bardzo podobny, do przedstawionego na rys. 5, charakter. Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że zmiany wartości nacisków bocznych na długości matrycy (odległości od dna matrycy) podczas zagęszczania mieszanki paszowej w komorze zamkniętej można zobrazować równaniem:

 [MPa]                                                            (1)21-06 

 gdzie:

l - odległość od dna matrycy [mm],

a4, b4 – współczynniki równań.

Współczynniki a4, b4 równania (1) dla badanej temperatury procesu przy nacisku zagęszczającym ok.74 MPa zamieszczono w tabeli 1.

Tabela 1. Wartości współczynników a4 i b4 równania (1) opisującego przebieg nacisków bocznych na długości zamkniętej komory zagęszczania

Tab. 1. The value of coefficients a4 and b4 of equation (1) describing the course of radial pressures on the length of the closed densifing chamber

Temperatura

[oC]

Współczynniki

Współczynnik korelacji R2

a4

b4

20

-7,47

54,65

0,9320

30

-7,05

55,07

0,9533

40

-7,73

58,37

0,9903

50

-6,38

58,84

0,9901

60

-7,35

57,45

0,9897

70

-8,02

60,94

0,9954

80

-7,13

60,65

0,9780

90

-7,12

61,52

0,9719

 

 

 

 

 

 

 

 Przykładowy wpływ temperatury procesu na wartości nacisków bocznych na wysokości 45 mm od dna komory zagęszczania przedstawiono na rys. 6-8.

 a)

21-07

b)

21-08

c)

21-09

 Rys. 6. Zależność nacisków bocznych od temperatury uzyskanychpodczas zagęszczania mieszanki DK- Finiszer w komorze zamkniętej na wysokości od dna komory: a) 45 mm, b) 30 mm, c) 15 mm

Fig. 6. The dependence of the radial pressures from the temperature got during densifing the DK- Finiszer mixture in closed chamber on height from the bottom of the chamber: a) 45 mm, b) 30 mm, c) 15 mm

Wzrost temperatury procesu powoduje wzrost wartości nacisków bocznych na poszczególnych wysokościach matrycy. W temperaturze 60 oC w sposób gwałtowny rozpoczynają się przemiany skrobi i jej łączenie z wilgocią. Następuje przeorientowanie cząstek w tworzonym aglomeracie, co powoduje spadek nacisków bocznych (rys. 6). Dalsze zwiększanie temperatury procesu powoduje wzrost nacisków bocznych na skutek wzrostu ciśnienia wewnątrz komory (proces parowania wilgoci przy podwyższonym ciśnieniu).

Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że zmiany wartości nacisków bocznych pod wpływem temperatury procesu zagęszczania na każdej z badanych wysokości od dna komory zagęszczania (odległości od dna matrycy) podczas zagęszczania mieszanki paszowej DK-Finiszer w komorze zamkniętej można zobrazować równaniem:

qx = a1*t + b1                   [MPa]                                                 (2)

gdzie:

t – temperatura procesu zagęszczania [mm],

a1, b1 – współczynniki równań.

4. Wnioski

1.        Zaprojektowana i oprzyrządowana, specjalna komora zagęszczania użyta w stanowisku badawczym umożliwia określenie wpływu długości komory zagęszczania oraz temperatury procesu na wartości nacisków bocznych uzyskanych w trakcie procesu zagęszczania.

2.        Wraz ze zbliżaniem się do dna matrycy w trakcie zagęszczania następuje spadek nacisków bocznych oddziałujących na ścianki zamkniętej komory zagęszczania.

3.        Zwiększenie temperatury procesu od 20 do 90 oC powoduje wzrost wartości nacisków bocznych na różnych wysokościach matrycy. Wzrost nacisków bocznych następujący przy wzroście temperatury związany jest ze wzrostu ciśnienia wewnątrz komory na skutek parowania wilgoci.

4.        Wpływ długości komory zagęszczania (odległości od dna matrycy) jak również temperatury procesu zagęszczania na wartości nacisków bocznych podczas zagęszczania mieszanki paszowej w komorze zamkniętej można zobrazować równaniem funkcji liniowej.

5.        Uzyskane rozkłady nacisków bocznych na długości matrycy przy różnych temperaturach pozwolą na wyznaczenie współczynnika tarcia i jego zmian na długości matrycy.

Literatura

Adapa P., Lope Tabil L., Greg Schoenau G.; 2009. Compaction characteristics of barley, canola, oat and wheat straw. Biosystems Engineering 104 (2009) 335 – 344.

Czaban J. 2000. Ciśnieniowa aglomeracja pasz w układzie roboczym granulatora. Praca doktorska. Politechnika Białostocka.

Czabana J., Kamiński Z. 2003. Energochłonność prasowania mieszanek paszowych w komorze zamkniętej. IV Międzynarodowa Konferencja Naukowo–Techniczna: Motoryzacja i energetyka rolnictwa „Motrol'2003". Lublin, 19-21 maja 2003.

Carone M.T., Pantaleo A., Pellerano A. 2010. Influence of process parameters and biomass characteristics on the durability of pellets from the pruning residues of Olea europaea L. Biomass and Bioenergy (2010), 1-9.

Demianiuk L. (2001). Brykietowanie rozdrobnionych materiałów roślinnych. Praca doktorska. Politechnika Białostocka. 2001, Białystok.

Demianiuk L., Hejft R., Seweryn A. 1999. Doświadczalna analiza sił i odkształceń występujących podczas brykietowania materiałów drobnoziarnistych w komorze zamkniętej. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Nauki Techniczne nr 130. Mechanika 21, 1999, s. 73-94.

Ghazanfari, A. Opoku, L. Tabil. L. Jr. 2007. A stady on densification of timothy hay at different moisture content. Asian Journal of Plants Sciences 6(4), 2007, 704-707.

Gilbert P., Ryu C., Sharifi V., Swithenbank J. 2009. Effect of process parameters on pelletisation of herbaceous crops, Fuel 88 (2009) 1491–1497.

Hejft R. 2002. Ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych. Biblioteka Problemów Eksploatacji. ITE Radom.

Laskowski J. Skonecki S. 1994. Metoda określania parametrów zagęszczania materiałów pochodzenia biologicznego, III Ogólnopolska i II Międzynarodowa Konferencja Naukowa. Rozwój teorii i technologii w technicznej modernizacji rolnictwa. Olsztyn. s.29-33.

Laskowski J. 1989. Studia nad procesem granulowania mieszanek paszowych. Praca habilitacyjna. Wydanie Akademii Rolniczej w Lublinie.

Obidziński S. 2003. Wpływ temperatury na jakość produktu w procesie granulowania pasz. Inżynieria Rolnicza 8(50). Warszawa, s. 339-345.

Obidziński S. 2005. Granulowanie materiałów roślinnych w pierścieniowym układzie roboczym granulatora. Praca doktorska. Politechnika Białostocka. Białystok.

Razuan R., Finney K.N., Chen Q., Sharifi V.N., Swithenbank J.. 2011. Pelletised fuel production from palm kernel cake, Fuel Processing Technology 92 (2011), 609–615.

Skonecki S. 2004. Modelowanie ciśnieniowego zagęszczania materiałów roślinnych. Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie, Zeszyt 279. Lublin.

Praca wykonana w ramach projektu (grantu) MNiSW N N504 488239.

The investigation of pressures exerted by the densifing material on the wall of the closed densification chamber

Sławomir Obidziński

Department of  Agricultural and Food Techniques,

Faculty of Mechanical Engineering, Bialystok University of Technology

Summary: The paper presents the results of the investigations of the influence of the height of the closed densification chamber and temperature of process on the value of the pressures exerted by the densifing material on the wall of the closed densification chamber. The fodder mixture DK-Finiszer about moisture 16 % was used to investigations. The investigations of the densification process were conducted on the investigative stand SS-3, equipped in the special densification chamber which allowed to qualification of the value of radial pressures on the various height from exit of the bottom of densification chamber, and also the influence of the temperature of process on their value.

Key words: densification, radial pressure, closed chamber, fodder mixture.

Dr inż. Sławomir Obidziński

ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok

e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi.,

tel. (085) 746-92-82

Notka biograficzna

Dr inż. Obidziński Sławomir– adiunkt w Zakładzie Techniki Rolno-Spożywczej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Obszar pracy naukowej: ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych, konstrukcja i eksploatacja maszyn przemysłu rolno-spożywczego.

Prof. dr hab. inż. Hejft Roman - kierownik Zakładu Techniki Rolno-Spożywczej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Obszar pracy naukowej: ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych, konstrukcja i eksploatacja maszyn przemysłu rolno-spożywczego.

Biographical note

dr. eng. Obidziński Sławomir – adjunct of the Department of Agricultural and Food Techniques on the Faculty of Mechanical Engineering in Bialystok University of Technology. Area of the scientific work: the pressure agglomeration of plant materials, the structure and the use of machines of the farm and food industry.

Prof. lecturer dr. eng. Hejft Roman - department head of the Department of Agricultural and Food Techniques on the Faculty of Mechanical Engineering in Bialystok University of Technology. Area of the scientific work: the pressure agglomeration of plant materials, the structure and the use of machines of the farm and food industry.

 

Komitet organizacyjny

logo-sitpchem logo-ins logo-zaplogo-p-lodzkaprozap-logo-grupa-pulawy-100

Komitet naukowy

Członkowie:

  • prof. dr hab. inż. Andrzej BIŃ – Politechnika Warszawska
  • dr inż. Andrzej BISKUPSKI – Politechnika Wrocławska
  • prof. dr hab. inż. Andrzej HEIM – Politechnika Łódzka - Przewodniczący
  • prof. dr hab. Inż. Roman HEJFT Politechnika Białostocka
  • prof. dr hab. inż. Marek HRYNIEWICZ – AGH Kraków
  • dr hab. inż. prof. nadzw. Janusz IGRAS – INS
  • dr inż. Janusz KUCHARSKI – SITPChem Oddział w Puławach / ZA „Puławy" SA
  • mgr inż Jerzy MARCINKO - SITPChem w Puławach
  • dr inż. Piotr RUSEK - INS
  • dr inż. Józef SAS – INS
  • prof. dr hab. inż. Wojciech WEINER– UTP Bydgoszcz
  • mgr inż. Marek ZATORSKI – PROZAP Sp. z o.o. Puławy
 
 
 
 

Joomla Templates by Joomla51.com