ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ процесу механічного зневоднення карбонату кальцію в пресовій установці

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність дисертації, сформульовано її мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження,  наукову новизну і практичну значущість роботи.

Перший розділ “Сучасний стан досліджень механічного зневоднення матеріалів” присвячено аналізу основних напрямків у розвитку теоретичних і експериментальних досліджень процесу механічного зневоднення матеріалів. Наведено аналіз конструкцій устаткування, що використовується в промисловості для зневоднення карбонату кальцію, і проблем виробництва щодо процесів видалення вологи й підвищення продуктивності  обладнання.

В даний час штучне видалення вологи із карбонату кальцію здійснюється термічним методом. Але застосування теплових сушарок вимагає великих витрат на енергоносії, що спричиняє підвищення вартості готового продукту. Тому потрібні дослідження іншого обладнання, яке може бути використане при сушінні карбонату кальцію

Виявлено, що центрифуги, вакуум-фільтри непридатні для сушіння карбонату кальцію, що надходить безпосередньо з кар'єру, тому що матеріал для них повинен бути у вигляді суспензії. Ефективність процесу зневоднення визначається коефіцієнтом проникності матеріалу, що для карбонату кальцію на 2-3 порядки нижче матеріалів, зневоднення яких відбувається на даному встаткуванні.

У торф'яний, буровугільній промисловості для одержання брикетів використовують штемпельні, вальцьові й кільцеві преси. Пресове обладнання застосовується також при переробці сталевого брухту з отриманням брикетів для металургійних підприємств. Найбільш поширене брикетування на гідравлічних пресах. Це обумовлено їх високою продуктивністю, низькими енерговитратами, можливістю механізації і автоматизації процесу. Як устаткування для механічного зневоднення карбонату кальцію вони не застосовувалися. Тому для досліджуваного процесу створення або модернізація пресової установки зі спеціальною камерою зневоднення є перспективним. За основу такої установки може бути прийнятим гідравлічний прес для готування брикетів з металобрухту.

Дослідженнями процесів механічного зневоднення займалися такі відомі вчені, як Б.В. Дерягін, М.І. Бейлін, Ю.П. Бочков, В.С. Бутовецький, О.А. Клешнин, Г.Л. Майдуков, І.Д. Пейчев, П.І. Пілов, О.Д. Полулях, О.П. Скрипов, О.І. Назимко, Є.Є. Гарковенко та інші. Ці роботи є основою для визначення параметрів, які впливають на швидкість переміщення й видалення вологи з осадів; вони розвинули сучасну теорію фільтрації й показали, зокрема, вплив особливостей будови осаду і його пористості.

У роботах О.І. Назимко й Є.Є. Гарковенко розглянуто математичну модель процесу механічного зневоднення матеріалу на основі однорідного рівняння дифузії для процесів механічного зневоднення в центрифугах і фільтр-пресах. Для досліджуваного порового простору або одиничної пори використовувалися граничні умови, за якими задаються закони зміни вологості на межах ділянки.

До того ж, розрахунок раціональних технологічних параметрів процесу механічного зневоднення вимагає врахування змінюваності проникності, пористості й дифузійної здатності брикету.

На підставі проведеного аналізу теоретичних і експериментальних робіт з механічного зневоднення матеріалів, вивченню досвіду експлуатації встаткування й можливих напрямків удосконалення методів розрахунку параметрів процесу механічного зневоднення сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі “Експериментальні дослідження процесу механічного зневоднення карбонату кальцію” описано лабораторні установки, а саме преси з камерами зневоднення різного діаметру, методики проведення експерименту, наведено результати експериментальних досліджень процесу механічного зневоднення карбонату кальцію в пресовій камері.

Метою експериментальних досліджень є визначення структурних характеристик карбонату кальцію, вивчення поведінки матеріалу і процесу видалення вологи при його стисненні в пресової камері, побудова кінетичних кривих механічного зневоднення, визначення раціональних технологічних параметрів цього процесу. На підставі аналізу конструкцій пресового устаткування доведено, що для процесу механічного зневоднення найбільш підходять гідравлічні преси. Але для удосконалення конструкції необхідно передбачити пресову камеру, забезпечену отворами для відведення води. Кількість, форма і розташування отворів повинні визначатися на підставі експериментальних даних при проведенні досліджень.

Запропоновано методику експериментальних досліджень з 2-х етапів:

1. На першому етапі експериментально визначено структурні характеристики карбонату кальцію – пористість і проникність. З даних експерименту виходить, що карбонат кальцію є матеріалом з низькою проникністю (k = 6,8×10^-16 – 1,0×10^-15 м2), пористість якого змінюється в інтервалі n = 0,37-0,5.

2. На другому етапі досліджено вплив на кінцеву вологість карбонату кальцію прикладеного тиску й тривалості пресування. Визначено значення відносної усадки карбонату кальцію під дією тиску, отримані дані щодо виходу води й карбонату кальцію крізь перфорований корпус лабораторного зразку пресової камери.

Для експериментів з кінетики механічного зневоднення використано камери діаметром D = 0,03, 0,06 і 0,12 м. Початкова вологість карбонату кальцію становила у відносних одиницях ω = 0,25, 0,30 і 0,35. Тиск пресування змінювався в межах p = 0-45 МПа.

Аналіз отриманих експериментальних даних у вигляді графіків показує кінетику зміни вологості карбонату кальцію ω від тиску пресування p. Початкова вологість проби визначається при значенні p = 0 (рис. 1а).

Результати свідчать, що при кінцевому тиску 10 МПа вологість карбонату кальцію перебуває в межах ω = 0,16-0,18. Умовно залежності ω = f(p) можна розділити на 2 ділянки: перша ділянка – збільшення тиску від 0 до 6 МПа характеризується інтенсивним видаленням вологи із карбонату кальцію, що відповідає зменшенню вологості до ω = 0,18-0,20; друга ділянка – наступне збільшення навантаження від 6 до 10 МПа й зниження вологості матеріалу на 2-3%. На графіку (рис. 1а) показано інтервал навантаження від 0 до 10 МПа. При наступному збільшенні тиску вологість карбонату кальцію не змінюється.

Доведено, що для механічного зневоднення карбонату кальцію раціональним є кінцевий тиск пресування в інтервалі p_k = 5-6 МПа. Наступне підвищення його приведе до збільшення енергоємності й тривалості процесу, зменшуючи кінцеву вологість матеріалу на 2-3 %.

На рис. 1б наведено результати експериментальних досліджень з механічного зневоднення карбонату кальцію з початковою вологістю ω = 0,3 для різної тривалості процесу (τ_k = 150, 300 і 1200 с). Аналогічні залежності отримано для вологості карбонату кальцію ω = 0,25 і 0,35.