Гідромеханічні закономірності процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості у осаджувальній шнековій центрифузі

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК 622.794.2

Гідромеханічні закономірності процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості у осаджувальній шнековій центрифузі

Спеціальність 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Пономарьова Наталія Георгіївна

Харків 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

Моісеєв Віктор Федорович,

Національний технічний університет «Харківський

політехнічний інститут», професор кафедри хімічної

техніки та промислової екології

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Камбург Володимир Григорович,

Пензенський державний унiверситет

архiтектури та будiвництва, м. Пенза,

завiдувач кафедри прикладної математики та iнформатики

кандидат технічних наук, доцент

Якушко Сергій Іванович, Сумський державний університет,

м. Суми, доцент кафедри процесів та обладнання хімічних та нафтопереробних виробництв

Захист відбудеться «14» травня 2009р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.05 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою:

61002 м. Харків, вул. Фрунзе, 21

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий «09» квітня 2009р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Тимченко В.К.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

зневоднювання високодисперсний центрифуга

Актуальність роботи. Внаслідок інтенсивної роботи хімічної промисловості в Україні утворилась величезна кількість рідких відходів, що знаходяться у відкритих сховищах. Тільки невелика частина їх є інертними в екологічному плані. В теперішній час, в умовах певного дефіциту енергетичних та матеріальних ресурсів та з урахуванням розвитку хімічних технологій виникає необхідність переробки цих відходів з метою одержання корисної сировини, рекультивації земель або звільнення місця для відходів поточної переробки.

Сучасні методи переробки хімічних відходів дозволяють одержувати концентрат у вигляді суспензії, яка піддається подальшому механічному зневоднюванню та термічному сушінню. Тому вдосконалення процесу зневоднювання з метою зниження енергетичних витрат на сушіння й зменшення вартості процесу зневоднювання в цілому є актуальним. Існують виробництва, де термічне сушіння осаду кінцевого продукту взагалі неприйнятне із техніко-економічних міркувань. Низький вміст вологи в осаді дозволяє зменшити витрати на транспортування, зберігання отриманих матеріалів. Апарати для механічного зневоднювання повинні забезпечити низьку вологість осаду; високу ефективність уловлювання твердої фази в осаді; стійку роботу в умовах різких змін якості і кількості суспензії, що надходить на переробку. В найбільшій мірі цим вимогам відповідають осаджувальні центрифуги зі шнековим вивантаженням осаду.

Перспективним напрямком вдосконалення процесу зневоднювання в осаджувальних шнекових центрифугах є інтенсифікація механічного ущільнення осаду.

Таким чином дисертаційну роботу спрямовано на вирішення конкретної науково-технічної задачі - виявленню закономірностей процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальній шнековій центрифузі із зоною ущільнення та розробка методу розрахунку конструктивних параметрів зони ущільнення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у рамках наукового напрямку кафедри хімічної техніки і промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Здобувач був виконавцем окремих розділів господарчих науково-дослідних договорів «Дослідження процесу зневоднювання шламів Ясинівського КХЗ у відстійній центрифузі та вибір раціонального режиму її роботи» (ТОВ НВП «Екомаш», м. Харків); «Дослідження процесу зневоднювання червоного шламу у відстійній центрифузі » (ТОВ «Техносінтез», м. Харків); «Вибір режимів механічного зневоднювання оксиду титану» (ТОВ «Укрпостач», м. Верхньодніпровськ, Дніпропетровської обл.).

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є встановлення гідромеханічних закономірностей процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальних шнекових центрифугах та вдосконалення їхньої конструкції і вибір раціональних режимів роботи.

Для досягнення цієї мети вирішувалися наступні задачі:

провести літературний аналіз існуючих процесів та апаратів з метою вибору напрямків інтенсифікації процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальній шнековій центрифузі;

теоретично й експериментально дослідити рух осаду в зоні ущільнення осаджувальної шнекової центрифуги;

експериментально вивчити процес зневоднювання та вплив технологічних та конструкційних параметрів на його результати;

видати практичні рекомендації щодо раціональних шляхів інтенсифікації процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальній шнековій центрифузі.

Об'єкт дослідження - процес зневоднювання суспензій з високодисперсною твердою фазою в осаджувальній шнековій центрифузі.

Предмет дослідження - рух та відцентровий віджим високодисперсних відходів хімічної промисловості у зоні ущільнення осаджувальної шнекової центрифуги.

Методи досліджень. Теоретичні положення дисертації базуються на загальних принципах механіки руху твердих тіл, також використовуються принципи механіки сипкого тіла. Експериментальні дослідження проведені в умовах промислового експерименту у рамках діючої технологічної схеми підприємства за умови різних режимів роботи центрифуги. Визначення властивостей продуктів проводилось за стандартними методиками. Витрати матеріальних потоків визначено ваговим і об'ємним методами. Обробку експериментальних даних виконано методами математичної статистики. Математичне моделювання здійснювалось на підставі положень теорії зневоднювання. Графічна інтерпретація та статистична обробка результатів досліджень проводилася із застосуванням комп'ютерних технологій.

Наукова новизна отриманих результатів:

вперше вивчено закономірності процесу зневоднювання в осаджувальній шнековій центрифузі, що має зону ущільнення осаду;

вивчено механізм пересування й ущільнення осаду при наявності зони ущільнення в осаджувальній шнековій центрифузі.

вперше експериментально вивчений вплив параметрів зони ущільнення на вологість осаду;

запропоновано модель процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальній шнековій центрифузі, що має зону ущільнення, та враховує структуру вологи в осаді та його гранулометричний состав.

Практичне значення отриманих результатів для хімічної галузі полягає у розробці вдосконаленої конструкції осаджувальної шнекової центрифуги, використання якої приводить до зниження вологості осаду, що зменшує витрати на подальше термічне сушіння. Обґрунтовано галузь раціонального застосування вдосконаленої конструкції осаджувальної центрифуги, розроблено методику розрахунку конструктивних параметрів зони ущільнення. Результати роботи впроваджені у виробництво науково-технічного центру «Екомаш» (м. Харків) та використовуються на кафедрі хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ» при викладанні спеціальних дисциплін, у курсовому та дипломному проектуванні за спеціальностями 8.070220 - обладнання хімічних виробництв та підприємств будівельних матеріалів та 8.070221 - обладнання переробних та харчових підприємств.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи, яка виноситься на захист, отримані здобувачем особисто. Серед них: участь у постановці задачі та вивчення закономірностей процесу зневоднювання в осаджувальної шнековій центрифузі, що має зону ущільнення; вивчення механізму переміщення осаду при наявності зони ущільнення; розробка моделі процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості; експериментальне вивчення впливу параметрів зони ущільнення на вологість осаду; обробка експериментальних даних; отримання функціональних залежностей для розрахунку часу перебування, зусилля і потужності на вивантаження осаду та їх змістовна інтерпретація; розробка методики розрахунку конструктивних параметрів зони ущільнення.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та матеріали дисертації доповідались та обговорювались на: Міжнародній науковій конференції «Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних екологічних проблем» (м.Чернівці 2005-2006рр.), II Міжнародній конференції “Співробітництво для рішення проблеми відходів” (2005р., м. Харків), 9-й міжнародній науково-практичній конференції “Ресурси й енергозберігаючі технології при переробці мінеральної сировини”, (2006р., м. Маріуполь).

Публікації. Основний зміст роботи викладений в 12 наукових працях, які опубліковані в 6 фахових виданнях ВАК України, отримано авторське свідоцтво, подано заявку і отримане позитивне рішення про видачу патенту України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації 137 сторінок, 3 ілюстрацій на 2 сторінках, 42 ілюстрацій і 9 таблиць по тексту, 7 додатків на 42 сторінках, список використаних джерел з 103 найменувань на 10 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульована основна її мета, наведені основні дані про структуру і задачі досліджень, зв'язок з науковими програмами, структуру і апробацію роботи, публікації.

У першому розділі виконано аналіз конструкцій осаджувальних центрифуг зі шнековим вивантаженням осаду для поділу суспензій з високодисперсною твердою фазою й основними тенденціями їхнього розвитку. Обґрунтовано мету й задачі досліджень.

Типова схема роботи осаджувальної шнекової центрифуги - вихідний продукт (суспензія) надходить у трубу живлення центрифуги й проходить у внутрішню порожнину циліндро-конічного ротору (рис.1), де під впливом відцентрової сили частки твердої фази осаджуються на його внутрішній поверхні.

Усередині ротора коаксіально розташовано транспортуючий шнек. Шнек, що обертається із трохи меншою частотою, ніж ротор, переміщає тверду фазу по ротору в конічну частину, де й відбувається зневоднювання осаду. З конічної частини осад видаляється шнеком через вікна вивантаження зневодненого осаду. Очищена рідка фаза суспензії (фугат) виводиться через вікна вивантаження фугату.

Ротор шнекової осаджувальної центрифуги по довжині розподіляють на зони осадження й зневоднювання (рис.1). Границі зон визначаються діаметром зливу фугату і діаметром та кутом конуса ротора.

Рис. 1 Осаджувальна шнекова центрифуга

Найчастіше процес зневоднювання високодисперсного осаду закінчується другою стадією відцентрового відтискання, коли пори осаду заповнені рідкою фазою, тому вдосконалення процесу зневоднювання в осаджувальних шнекових центрифугах можливе за рахунок інтенсифікації механічного ущільнення осаду.

На підставі проведеного аналізу обґрунтовано мету та задачі дослідження.

У другому розділі представлено використані методи дослідження процесу поділу високодисперсних суспензій у центрифузі зі шнековим вивантаженням осаду. Описано схему промислового експерименту, яка дозволила змінювати конструктивні та технологічні параметри процесу зневоднювання, що найбільш впливають на його результати. Наведено методи аналізів продуктів центрифугування, обробки експериментальних даних, і методи, які вживалися в теоретичному дослідженні.

У третьому розділі описано дослідження процесу відцентрового зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджуючій центрифузі.

Показано, що волога в осаді після відцентрового відтискання представлена у вигляді суми двох складових.

Волога, що у принципі не може бути виділена при відцентровому віджимі. Вміст цієї вологи характеризується показником максимальної молекулярної вологоємності (ММВ).

Капілярна волога, що перебуває в порах осаду. Причому існує капілярна волога, що не може бути вилучена при даному факторі поділу, вміст якої визначається за рівнянням Бателя. Також існує капілярна волога, вміст якої зменшується із часом при ущільненні осаду. Вміст цієї вологи залежить від розміру й форми часток, модуля пружності часток, коефіцієнта внутрішнього тертя, змочуваності, а також від інтенсивності й тривалості механічного впливу на осад.

Таким чином, загальна вологість описується рівнянням

, (2)

де і - комплекси, які враховують властивості осаду, що впливають відповідно на вміст капілярної вологи при нескінченному часі перебування і вміст капілярної вологи, кількість якої зменшується із часом при ущільненні осаду; - поверхневий натяг; і - щільність рідкої і твердої фаз; - питома поверхня твердої фази; - середній діаметр часток, - коефіцієнт внутрішнього тертя, модуль Юнга, - крайовий кут змочуваності.

Якщо розподілити продукт тільки на два класи - крупніше і дрібніше певного розміру, то на підставі адитивності вологості полідисперсних матеріалів отримаємо залежність

(3)

де й вміст в осаді часток крупніше й дрібніше певного розміру; та , та , та - комплекси, що враховують характеристики відповідні класів крупності.

Границя відцентрового відтискання при даному факторі поділу

(4)

Формули (2) і (3) враховують вплив об'ємних сил на осад. Результат впливу залежить від інтенсивності (а значить від фактора поділу) і від тривалості впливу. У той же час фактор поділу і час перебування в сучасних конструкціях промислових центрифуг перебувають у межах а виходячи з конструктивних і технологічних міркувань, отже зниження вологості можна домогтися, якщо використати додаткове механічне ущільнення осаду. Відомо, що структурно-механічні властивості осаду визначаються змістом у ньому вологи (вологістю). Стійкість осаду при стискуванні підвищується при зниженні його вологості. Тому найбільше стискуюче зусилля може бути прикладене в зоні, де осад має найменшу вологість, тобто в зоні вікон вивантаження осаду.

У цьому випадку залежність вологості осаду буде мати вигляд

 (5)

де - вплив зони ущільнення; - тиск, що розвивається при механічному ущільненні; - геометричні параметри зони ущільнення.

Виходячи з цих міркувань, була запропонована конструкція центрифуги, у якої кінець витка шнека розташований на віддаленні від краю вікон вивантаження осаду. Традиційна конструкція передбачає вихід кінця витка за край вікна вивантаження.

В цьому випадку на поверхні ротора перед вікном вивантаження осаду утвориться стійкий валик з матеріалу осаду(рис. 2). Осад, що транспортується шнеком, повинен подолати цей місцевий опір для того, щоб потрапити у вікна вивантаження осаду.

Рис. 2 Рух та ущільнення осаду в центрифузі, якщо кінець витка шнеку не доходить до краю вікна вивантаження осаду

На рис.3 схематично зображений процес зневоднювання осаду в зоні ущільнення осаду шнекової центрифуги. Останній виток шнека показаний у розгорнутому виді.

На відміну від традиційної конструкції осад, що вивантажується шнеком, не відразу попадає у вікно вивантаження, а залишається перед ним. У цьому випадку, волога, що виділяється із цього осаду, відводиться уздовж утворюючої ротору.

Рис. 3 Процес зневоднювання осаду в зоні ущільнення осаджувальної шнекової центрифуги

Нова порція осаду, що подається шнеком, витісняє осад, що залишався після попереднього оберту шнека. Зусилля, які необхідно прикласти для витиснення осаду, істотно зростають через наявність місцевого опору. За рахунок цього між поверхнею стійкого валика й витком шнека відбувається додаткове ущільнення осаду. У свою чергу, ущільнення осаду викликає вижимання вологи з його пор.

Таким чином, розглянуто залежність вологи отриманого осаду від його властивостей та гранулометричного складу. Розглянуто механізм ущільнення та вивантаження осаду із осаджувальної центрифуги. Показано, що у існуючий залежності вологи осаду від гранулометричного складу не враховується вплив додаткового ущільнення осаду, тобто, є потреба в подальших дослідженнях для отримання нової залежності вологи осаду від гранулометричного складу із врахуванням додаткового ущільнення.



Рис.4 - Зусилля, що діють на осад

У четвертому розділі описані результати теоретичного дослідження ущільнення й вивантаження осаду в зоні ущільнення.

Зусилля, що впливають на осад, і необхідні для ущільнення і вивантаження осаду, визначалися на підставі механіки сипучого тіла. Для визначення зусиль, що впливають на осад, який перебуває в зоні ущільнення, осад умовно розбили на три сегменти. На кожний сегмент діє відцентрова сила, сили тертя, а також сили нормальної реакції між сегментами, з боку шнека, і нерухомого осаду.

Для кожного сегмента складені рівняння рівноваги по осях:

Сегмент I: (6)

(7)

Сегмент II: (8)

(9)

Сегмент III: (10)

(11)

Рішення рівнянь (6) - (11) дозволило визначити в безрозмірному вигляді залежність стискуючого зусилля від висоти стійкого валика. Стискуюче зусилля, що зазнає осад, нелінійно зростає при збільшенні висоти стійкого валика (мал.5). Розрахунки показали, що тиск в осаді може досягати 1,5-2,0 МПа, у той час як при відсутності зони ущільнення, що має ширину , і тих же умовах процесу він не перевищує 0,5 МПа.(рис.6).

Рис. 5 Залежність стискаючого зусилля, від висоти сталого валика осаду

Рис. 6 Залежність тиску в осаді від ширини зони ущільнення

Слід зазначити, що не всі матеріали, що зневоднюються, утворюють стійкий валик необхідних геометричних параметрів, що отримані при моделюванні, а, отже, не у всіх випадках буде досягатися необхідні розраховані тиск і ступінь ущільнення.

З метою підвищення інтенсивності ущільнення і більш раціонального використання об'єму ротора запропонована й захищена патентом України конструкція центрифуги, що передбачає установку заставок перед вікнами вивантаження осаду, при цьому край витка шнека розташовується на певній відстані від заставки.

Між заставкою й витком шнека створюється зона ущільнення осаду, що має задані параметри: висоту, що визначається висотою заставки, і ширину, що визначається відстанню від краю вікна вивантаження до крайки витка шнека.

У цьому випадку в широкому діапазоні зміни коефіцієнта внутрішнього тертя, і фактора поділу досягається необхідний тиск і ступінь ущільнення осаду.

Рис. 7 Рух та ущільнення осаду в центрифузі з організованою зоною ущільнення

У цьому випадку в широкому діапазоні зміни коефіцієнта внутрішнього тертя, і фактора поділу досягається необхідний тиск і ступінь ущільнення осаду.

Для визначення розташування елементарного обсягу осаду в області вікон вивантаження уведена полярна система координат із центром на осі обертання ротора. Площина відліку полярного кута перпендикулярна вісі обертання ротора. Початок відліку полярного кута відповідає початку останнього витка спіралі шнека. Значення полярного кута відповідає закінченню спіралі шнека (рис. 8).

Рух осаду відбувається наступним чином. При осад має вигляд двох валиків. Один валик, перед витком спирали шнека, має трикутний перетин, а іншої, біля заставки, має перетин близький до трапецоїдного.

Площа поперечного переріза валика осаду, що прилягає до шнека, м2

, (12)

де - продуктивність центрифуги по осаду, кг/сек; - щільність осаду, кг/м3; - радіус ротора в області вікон вивантаження, м; - кутова швидкість відносного обертання шнеку 1/сек.

Відстань від заставки до перетину витка шнека змінюється відповідно до рівняння

. (13)

При початкових умовах інтегрування рівняння приводить до залежності:

(14)



Рис. 8 Зони формування і вивантаження осаду

Зміна величини означає, що валик осаду, що перебуває перед шнеком, рухається убік вивантаження. У певний момент цей осад торкнеться валика осаду перед заставкою. Кутова координата торкання валиків

, (15)

де - довжина валика осаду біля шнеку у напрямку вісі, м; - довжина нижньої основи трапецоїдного валику осаду, м; - ширина зони ущільнення, м.

Після торкання валиків починається зона випинання і ущільнення осаду. Між валиками утворюється перешийок товщиною . Зміна товщини перешийка буде відбуватися відповідно до рівняння:

 (16)

При досягненні певної «критичної» товщини перешийка, міцність його зросте настільки, що випинання припиниться, і почнеться рух усього осаду убік вивантаження.

Для оцінки «критичної» товщини шару осаду в дисертаційній роботі запропоновано залежність, що дозволяє завдання механіки сипучого тіла звести до розгляду геометричних характеристик осаду

(17)

де - товщина шару осаду, що рухається (відповідає товщині валика осаду перед заставкою) ; - мінімально можлива товщина шару осаду, що рухається, яка визначається з умови стійкості або виходячи з експериментальних даних.

Після підстановки (14) у (16) при проведенні інтегрування рівняння (16) по змінній в межах від 0 до , а по куту в межах від до , визначимо кутову координату початку зони вивантаження осаду :

(18)

Якщо продуктивність по осаду дуже мала, то може виявитися, що . Для цього випадку кутова координата визначається залежністю

.(19)

У безрозмірному виді отримана залежність площі перетину осаду, що перебуває в зоні ущільнення від площі перетину валика осаду перед шнеком для різних значень відносної висоти заставки (рис. 9).

З огляду на те, що площа перерізу валика осаду перед шнеком залежить від продуктивності центрифуги, щільності осаду, радіуса ротора, відносної частоти обертання шнека, то наведена на рис.9 залежність може використовуватися для різних режимних параметрів.

Залежність на рис.10 зіставляє кількість осаду в зоні ущільнення і на одному витку шнека. Таким чином, можна визначити час перебування осаду перед заставкою (у цьому випадку час виражається в кількості обертів шнека). При невеликій площі перерізу валика осаду перед шнеком можна одержати різке збільшення часу перебування.

Таким чином, запропоновано та захищено патентом України конструкцію центрифуги, що передбачає установку заставок перед вікнами вивантаження осаду, при цьому край витка шнека розташовується на певній відстані від заставки. Розглянуто механізм формування й вивантаження осаду із центрифуги при наявності зони ущільнення. Отримано залежності для визначення кутових координат початку зон ущільнення та вивантаження осаду, а також для визначення кількості осаду, що вивантажується.

Експериментальні дослідження, які описані в п'ятому розділі, проведені на серійних центрифугах ОГШ-459 і ОГШ-469 у промислових умовах при зневоднюванні пінного продукту флотації вугілля.

Досліджувалися центрифуги як з радіальними, так і радіально-осьовими вікнами, і осьовими вікнами вивантаження осаду (рис.11).

У випадку використання радіальних вікон вивантаження осаду (ОГШ-469) для зміни відстані між кромкою вікна вивантаження й витком шнека, і висоти заставки, використовувалися спеціальні вставки.

У випадку використання радіально-осьових вікон вивантаження осаду (ОГШ-459) використовувалася додаткова пластина, що продовжує спіраль шнека, а також вставки, що продовжують поверхню ротора.

При використанні осьових вікон (ОГШ-321) на зовнішню поверхню встановлювалися заставки, що закривають частину вікна.

Примусове спрацьовування механізму захисту редуктора призводило до зупинки відносного руху шнека усередині ротора. Далі відбувався вибіг ротора центрифуги з осадом, що перебуває в ньому (як єдиного цілого зі шнеком) до повної зупинки.

Рис. 9 Залежність площі перерізу осаду, що знаходиться в зоні ущільнення від площі перерізу валику осаду перед шнеком



Рис. 10 Залежність площі перерізу осаду в зоні ущільнення від площі перерізу валику осаду перед шнеком

Осад зберігає свою форму при нерухомому шнеку. Таким чином, була можливість безпосереднього виміру геометричних параметрів осаду, його форми й структури.

Досліджено, що товщина осаду, що вивантажується, залежить від продуктивності центрифуги по осаду (рис.12).

Наведена залежність отримана для ОГШ-469, що має радіальні вікна, при частоті обертання ротора 1600 об/хв, частоті обертання шнека 21 об/хв, висоті заставки 20мм, ширина зони ущільнення 50мм.



Рис. 12 Залежність товщини осаду від продуктивності центрифуги по осаду

Рис. 13 Залежність межі зневоднювання від вмісту часток менше -0,074мм

Отримано залежність межі зневоднювання від змісту часток дрібніше 74мкм (рис.13).

Визначено коефіцієнти математичної моделі процесу відцентрового відтискування рис14. Крім того, у дане рівняння уведені члени, які враховують вплив ширини зони ущільнення на вологість осаду.

Рис. 14 Залежність вологості осаду від вмісту часток дрібніше 74мкм і ширини зони ущільнення

Рис.15 Залежність ефекту зниження вологості від вмісту часток дрібніше 74 мкм при наявності зони ущільнення

Рівняння описує отримані експериментальні дані в межах зміни фактора поділу ; часу перебування сек; змісту часток дрібніше 0,074мм в осаді; ; ширині зони ущільнення м, відносній висоті заставки .Як видно, найбільший ефект зниження вологості досягається для осадів, які утримують значну кількість високодисперсних часток. (рис.15).

У шостому розділі дисертаційної роботи розроблено методику розрахунку ширини зони ущільнення й висоти заставки. Наведений алгоритм містить у собі ітераційний підбор конструктивних параметрів зони ущільнення, що забезпечують заданий тиск при ущільненні осаду, а також перевірку підібраних параметрів, виходячи із припустимих значень потужності, висоти шару осаду й міцності шнеку. Розроблений алгоритм базується на отриманих раніше залежностях стискаючого зусилля від висоти заставки та співвідношення площин валиків біля заставки та перед шнеком.

На підставі проведених досліджень було проведено удосконалення конструкцій осаджувальних шнекових центрифуг. Удосконалені конструкції впроваджені у виробництва для поділу різних суспензій (табл.1). При цьому ефект від використання запропонованої конструкції склав від 1,5 до 7 відсотків.

Табл. 1 Ефект зниження вологості осаду на різних суспензіях

Поділювана суспензія, склад твердої фази; характеристика	Вологість осаду, %	Ефект зниження вологості	Тип машини
Червоний шлам ( , , і ін.); 80% часток дрібніше 74 мкм	30-31	2-3	ОГШ-350
Металургійний шлам ( , , і ін.) 90% часток дрібніше 74 мкм	18-18,5	1-1,5	ОГШ-350
Гідроокис титана Ti2 (1,5-2)H2O, 90% часток дрібніше 40 мкм; суспензія оброблена флокулянтом	62-65	4-6	ОГШ-460
Високодисперсний кремній, 80% часток дрібніше 10 мкм	25-28	7-9	ОГШ-460
Осади комунальних стічних вод, осад первинних відстійників	62-65	3-6	ОГШ-450 ОГШ-750
Осади комунальних стічних вод, суміш осадів первинних і вторинних відстійників. Суспензія оброблена флокулянтом.	65-70	3-5	ОГШ-450 ОГШ-750

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і отримано рішення наукової задачі, що полягає у встановленні закономірностей процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в осаджувальній центрифузі зі шнековим вивантаженням осаду і на підставі цього вдосконалення її конструкції, зроблено вибір раціонального режиму роботи та обґрунтування області застосування удосконаленої конструкції.

Вивчення закономірностей процесу зневоднювання високодисперсних відходів хімічної промисловості в у зоні вивантаження осаду шнекової центрифуги показало, що ущільнення осаду за рахунок додаткового стискаючого впливу буде найбільше ефективно впливати на вологість осаду, якщо воно зосереджено в області вікон вивантаження осаду.

С позицій механіки сипучого тіла визначені зусилля необхідні для ущільнення і вивантаження осаду. Показано, що при наявності зони ущільнення, тиск із боку шнека може бути збільшений в 3-4 рази і при факторі поділу рівному 1000 становить біля 15-20 атм.

Розроблено математичну модель формування і вивантаження осаду в осаджувальній шнековій центрифузі вдосконаленої конструкції. Показано існування зон ущільнення і вивантаження осаду. Отримано залежності для визначення меж цих зон, а також для визначення кількості і часу перебування осаду в області перед заставками.

Експериментально досліджений вплив конструктивних параметрів центрифуги і гранулометричного складу осаду на результати зневоднювання. Показано, що ущільнення осаду найбільше ефективно знижує вологість високодисперсних відходів хімічної промисловості.

Запропоновано вдосконалену конструкцію осаджувальної шнекової центрифуги, що передбачає установку заставок перед вікнами вивантаження осаду, при цьому в зоні між заставками і крайнім витком шнека створюються умови для додаткового ущільнення осаду.

На підставі проведених досліджень розроблена методика визначення конструктивних параметрів зони ущільнення в осаджувальних шнекових центрифугах

Галузі раціонального застосування нової конструкції:

-осади, що містять понад 50 відсотків часток дрібніше 74 мкм;

-осади, одержувані при поділі суспензій, оброблених флокулянтами;

-осади, що складаються з м'яких часток біологічного походження.

Проведено оцінку економічної ефективності застосування центрифуг удосконаленої конструкції, наприклад, для виробництва гідроокису титана, при продуктивності по осаду 3 т/год, економічний ефект становить не менше 700 тис.грн у рік, за рахунок економії палива в сушильному відділенні.

Розроблена конструкція осаджувальної шнекової центрифуги впроваджена в виробництво науково-технічного центру «Екомаш» (м. Харків)

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Трошин О.Г., Моісеєв В.Ф., Пономарьова Н.Г.. До уточнення розрахунку критичної товщини шару осаду в центрифугах безперервної дії із примусовим вивантаженням. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005, --№47.-С.33-38.

Здобувач провів аналіз існуючих закономірностей для розрахунку та розробив власну залежність .

2. Трошин О. Г., Пономарьова Н. Г., Мацак О. Ф. Переробка сховищ стічних вод із застосуванням відстійних центрифуг зі шнековим вивантаженням облогу //Вісник Сумського державного університету. - Суми: Сумду, 2006.- №5(89).

3. Здобувач провів аналіз обладнання, яке використовується в галузі.

4. Пономарьова Н.Г., Трошин О.Г., Моісеєв В.Ф., Мацак О.О. Оцінка змісту плівкової вологи в осаді при відцентровому віджимі// Східно-європейський журнал передових технологій. - Харків: Технологічний центр. - 2005 - № 6/2. -С.193-196.

Здобувач проаналізував зміст плівкової вологи в осаді при відцентровому віджимі та його вплив на вологість одержаного осаду.

5. Пономарьова Н.Г., Трошин О.Г., Моісеєв В.Ф., Мацак О.О. Напрямки вдосконалення процесу зневоднювання полідисперсних матеріалів в осаджуючих центрифугах зі шнековим вивантаженням осаду.// Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005, --№26.-С.150-156.

Здобувач проаналізував існуючі конструкції апаратів, які використовуються для зневоднювання за допомогою літературних джерел та патентними базами даних. Було визначено основні напрямки вдосконалення процесу зневоднювання.

6. Мацак О.Ф., Трошин О.Г., Мишанина А.В., Шкоп А.О., Пономарьова Н.Г.. Обогащение угольного шлама на осадительных центрифугах.// Горная промышленность.-М., 2007.- №2(71).

Здобувач запропонував використовувати удосконалену конструкцію осаджувальної центрифуги та провів попередній аналіз її роботи.

7. Трошин О. Г., Моісеєв В. Ф., Пономарьова Н. Г., Василь'єв М. І. Вибір способів механічного поділу суспензії гідроокису титана // Вісник Національного технічного університету«ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2008.-№13.

Здобувач дав рекомендації, щодо вибору обладнання для механічного поділу суспензії гідроокису титана

8. А.С. №15922 від 01.03.2006р, Способ снижения влажности осадка, выгружаемого из осадительных горизонтальных центрифуг со шнековой выгрузкой осадка / Трошин О.Г., Пономарьова Н.Г., З.№15918 від 17.01.2006р.

9. З.№ 2008 12588 від 27.10.2008, Центрифуга з безперервним вивантаженням осаду / Мацак О. Ф.,Трошин О. Г, Шкоп А.А., Трошин Г.П, Пономарьова Н.Г., рішення про видачу патенту України 1286/1 від 16.01.2009р.

10. Мацак О.Ф., Горохов В.А., Трошин О.Г., Пономарьова Н.Г.. Застосування осаджуючих центрифуг для переробки вугільних шламів зі шламонакопичувачів. //Тези II Міжнародної конференції “Співробітництво для рішення проблеми відходів”, м. Харків. - Х.: ИД “ИНЖЭК”, 2005. -С.138-142.

Здобувач проаналізував застосування центрифуг у галузі та їх переваги та недоліки.

11. Мацак О.Ф. Трошин О.Г., Пономарьова Н.Г.. Вплив режимних і конструктивних параметрів осаджуючих центрифуг на вологість флотоконцентратів вугілля. // Тези 9-й міжнародної науково - практичної конференції “Ресурси й енергозберігаючі технології при переробці мінеральної сировини”, м. Маріуполь, 2006р. - С.150-156.

Здобувач проаналізував вплив різноманітних параметрів на вологість осаду, що одержано та провів порівняння із існуючими залежностями.

12. Трошин О.Г., Моісеєв В.Ф., Мацак О.О., Пономарьова Н.Г. Переробка шламонакопичувачів вуглезбагачення із застосуванням відстійних центрифуг зі шнековим вивантаженням осаду. // Матеріали Четвертої Міжнародної наукової конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки” , м. Чернівці. 2005 р. - С.320-324.

Здобувач проаналізував переваги та недоліки застосування удосконаленої конструкції при переробці шламонакопичувачів вуглезбагачення.

13. Пономарьова Н.Г., Трошин О.Г., Моисеєв В.Ф., Мацак О.О. Технологія переробки шламонакопичувача Ясинівського коксохімзаводу із застосуванням відстійної центрифуги зі шнековим вивантаженням осаду. // Тези конференції «Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки».- Чернівці, 2006. - С.302-307.

Здобувач проаналізував технологічну схему процесу переробки та дав рекомендації щодо її удосконалення.

Размещено на Allbest.ru