ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СУШКИ ОБОГАЩЕННОГО УГЛЯ В «КИПЯЩЕМ СЛОЕ» С ПРИМЕНЕНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

summary

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вугілля, що видобувається на території України, не завжди придатне для безпосереднього використання, що вимагає його попереднього збагачення, завершальною стадією якого є сушіння вологої збагаченої сипкої маси.

Зневоднення як кінцевий етап є найважливішою складовою процесу отримання ряду хімічних продуктів (зокрема, феритового порошку), сировини для металургійної промисловості (зокрема, руди та її концентратів), будівельних матеріалів (піску, глини, щебеню) тощо.

Перший розділ роботи присвячений аналізу раніше виконаних досліджень із проблеми розробки теоретичних основ і створення технологічних схем сушіння вологого сипкого матеріалу.

Рішенню проблем розвитку теорії і вдосконалення технології процесів сушки присвячені роботи ряду галузевих й академічних науково-дослідних і проектно-конструкторських установ таких як ІТТФ НАНУ, УкрНДІВуглезбагачення, КузНДІВуглезбагачення, ВНДІРеактивелектрон, ІГТМ ім. М.С. Полякова НАНУ та ін., а також вищих навчальних закладів, у тому числі ДонНТУ, НГУ, КНУ, ДонНАБА, МДГУ, МІХТ та ін.

Основи теорії та технології процесів закладено у фундаментальних працях низки вітчизняних і зарубіжних учених, у числі яких: М. А. Стирикович, А. В. Ликов, В. В. Кафаров, М. І. Бейлін, Л. М. Лур’є, В. А. Філіпов, Г. В. Губін, П. І. Пілов, А. Ю. Майстренко, Б. А. Блюсс, І. М. Федоров,  Г. Шиллінг, Б. Бонн, У. Краус, І. Девідсон, Д. Харрісон, Х. Леві, М. Шиффер, К. Фрідріхс, Дж. Ейтс та ін.

На підставі виконаних досліджень і розробок створені й функціонують на різних підприємствах установки, що здійснюють процес зневоднення сипких матеріалів. Разом з тим, враховуючи постійні зміни умов експлуатації, що пов’язано як з дефіцитом енергоресурсів, так і з посиленням вимог до екологічної складової діяльності промислових підприємств, тривають дослідження процесів і технологічних схем з метою їх подальшого вдосконалення.

Дослідженнями багатьох авторів доведено, що з метою підвищення ефективності й екологічної безпеки процесу доцільно переходити від звичайного принципу роботи сушарок до принципу роботи в «киплячому шарі». Сушарка «киплячого шару» дозволяє збільшити тривалість сушіння матеріалу в багато разів і регулювати її в дуже широких межах. Цей принцип  найбільш прийнятний для таких матеріалів, тривалість висушування яких обчислюється десятками секунд або хвилинами. Таким чином, сушіння матеріалів у «киплячому шарі» дозволяє значно розширити сферу застосування методу сушіння у зваженому стані.

Здійснення будь-якого практичного заходу містить низку стандартних етапів: постановка мети, визначення фізичної суті завдання, визначення початкового набору складових технологічної схеми, розробка теоретичних основ розрахунку параметрів реального процесу, розробка проекту, технічна реалізація, лабораторні та натурні експерименти, промислові випробування й остаточне оформлення проекту. При цьому нерідко запуск проекту не є кінцевою стадією, найчастіше технологія вимагає постійного вдосконалення, а це, у свою чергу, викликає необхідність розвитку теоретичної бази й математичного апарату для забезпечення можливості попередніх досліджень, не пов’язаних з натурними експериментами.

Проте використовувані нині теоретичні передумови базуються в основному на елементарних співвідношеннях, що описують фізичні закономірності, й емпіричних формулах. Вони не дають можливості дослідження процесів у динаміці як систем з розподіленими параметрами. Таку можливість забезпечують тільки математичні моделі детермінованого типу, засновані на рівняннях математичної фізики. Цим визначено мету й завдання досліджень, сформульовані вище в загальній характеристиці роботи.

Другий розділ присвячений розв’язанню завдань математичного моделювання процесів зневоднення вологих сипких матеріалів на основі способу «киплячого шару».

Для математичного моделювання технологічних процесів теплової обробки матеріалів найбільш ефективним і універсальним  в інженерному відношенні є метод побудови моделі, що базується на фізичних законах, які описуються рівняннями математичної фізики.

Побудова моделі на базі фізичних законів зводиться до таких етапів:

1) обґрунтування і вибір структури математичної моделі на підставі фізичних міркувань і цілей моделювання;

2) оцінювання параметрів моделі за наявними даними про процес;

3)     перевірка адекватності математичної моделі реальному процесу.