Томілін Віктор Борисович. Обґрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу

Короткий опис

Томілін Віктор Борисович. Обґрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу : Дис... канд. наук: 05.15.08 2008

Томілін В.Б. Обґрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 - «Збагачення корисних копалин». - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.
Дисертація присвячена дослідженню процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів і вирішує задачу зниження енергоємності водно-шламового господарства вуглезбагачувальних фабрик.
У дисертації виконані теоретичні дослідження гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу на підставі стохастичного моделювання процесів розподілу. Встановлено, що сепараційна характеристика гідроциклону з сифонним розвантаженням зливу є несиметричною кривою, математичний опис якої є параметричним рішенням рівняння Колмогорова-Фоккера-Планка із зносом у явному вигляді, або у вигляді численного алгоритму.
За допомогою рішення рівняння масоперенесення встановлено наявність та вигляд нелінійного зв’язку технологічних, конструктивних та гідродинамічних параметрів, які виражені через вектор параметрів, з локальною концентрацією часток у об’ємі апарата. Отримана залежність ефективності класифікації від вектора параметріві розроблена методика його визначення.
На підставі прийнятих технологічних і конструктивних вимог, обґрунтовані параметри і розроблена методика інженерного розрахунку, які використані для створення гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу ЦАС-100, ЦАС-320, ЦАС-350 та ЦАС-710.
Результати досліджень використані при розробці енергозберігаючої технології гідравлічної класифікації шламових продуктів на ЦЗФ «Комендантська».
Впровадження цієї технології дозволило збільшити вихід сорту АШ на 0,2% та виключити з експлуатації 2 насоса ШН-250.
Економічний ефект складає 1,5 млн. грн/рік.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій отримано рішення актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в встановленні теоретичних закономірностей виникнення додаткового тиску у середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, на основі яких виконано обґрунтування конструктивних, гідродинамічних, технологічних і енергетичних параметрів гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу, розробку енергозберігаючих технологічних рішень, щодо удосконалення процесів гідравлічної класифікації вугільних шламів, що дозволило зменшити експлуатаційні витрати водно-шламових комплексів вуглезбагачувальних фабрик та знизити шламоутворення на них за рахунок виключення з експлуатації насосних установок.
Найбільш важливі науково-практичні результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:
1. Ефективність роботи вуглезбагачувальних фабрик і вартість товарної продукції в більшості визначається станом і енергоємністю водно-шламового комплексу. Одним із перспективних напрямів удосконалення і спрощення водно-шламових схем є застосування гідроциклонів, які за простотою конструкції і економічністю ще довгий час будуть залишатися основними апаратами для згущення і гідравлічної класифікації шламових продуктів. Однак, використання насосного господарства, наявність значного шламоутворення у ньому визначають необхідність пошуку альтернативних рішень, які забезпечать, як зниження енергоємності цих операцій, так і зменшення виходу на них класу менше 0,5 мм. Одним з таких рішень є застосування на цих операціях гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу.
2. Причиною зниження енергоємності процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу є додатковий тиск в середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, що виникає в результаті засмоктуючої дії сифону. Загальний тиск на вході в гідроциклон є сумою гідростатичного тиску на вході і вакуумного тиску попереду зливного стакану.
3. Сепараційна характеристика гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу є несиметрична крива, математичний опис якої являється параметричним рішенням рівняння Колмогорова-Фоккера-Планка зі зносом для концентрацій у явному вигляді або у вигляді численного алгоритму.
4. На підставі рішення рівняння масопереносу встановлено існування і вигляд нелінійного зв’язку технологічних, конструктивних і гідродинамічних параметрів, які відображені через вектор параметрів, з локальною концентрацією часток в об’ємі апарату. Отримана залежність ефективності класифікації від вектора параметріві розроблена методика визначення.
5. Для здійснення процесу класифікації в гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу тиск обертального потоку на стінку апарату повинен бути надмірним, що відповідає довжині труби сифону не більше 8,7 м при щільності пульпи не більше 1228 кг/м3.
6. Наявність циркуляційного замкненого коаксіального потоку у протитечійному гідроциклоні визначається моментом гідродинамічних сил, які діють у низхідному та висхідному потоках, а його витрати різницею тиску у пристінному шарі і повітряному стовпу, об’єм яких досягає 20% від вихідного продукту, що необхідно враховувати при виборі гідроциклонів заданої продуктивності.
7. Найбільша ефективність класифікації досягається при довжині труби сифону 6,8-8,7 м. У цьому випадку величина гідростатичного тиску, де- діаметр гідроциклона.
8. Епюра розподілу осьових швидкостей потоку у гідроциклоні з сифоном має аномальне викривлення у середній по радіусу зоні, що пояснюється наявністю в ньому замкнутого потоку у кількості 15-20% від об’єму пульпи, що прямує на класифікацію. Таким чином, сифон збільшує абсолютні значення осьових складових швидкості у внутрішньому потоці, але не чинить суттєвого впливу на характер розподілу цих швидкостей.
9. Механізм та характер розподілу часток по крупнисті в гідроциклоні з сифоном аналогічний відповідним характеристикам традиційних гідроциклонів.
10. Встановлені залежності об’ємної потужності і межової крупності розподілу від конструктивних, гідродинамічних, технологічних і енергетичних параметрів, в яких вперше враховано гранулометричний склад вихідного продукту.
11. Обґрунтовані конструктивні, гідродинамічні, технологічні і енергетичні параметри і розроблена методика їх розрахунку, яка використана при створенні гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу ЦАС-710, ЦАС-350, ЦАС-320 і ЦАС-100.
12. Технологія гідравлічної класифікації вугільних шламів на базі гідроциклонів ЦАС успішно пройшла випробування на ЦЗФ «Комендантська» на операціях згущення і класифікації первинних та вторинних шламів. Впровадження технології дозволило збільшити випуск сорту АШ на 0,2%. Розрахунковий економічний ефект від впровадження розробленої технології складає 1,5 млн. грн/рік, у т.ч. підтверджений економічний ефект - 66,6 тис. грн/рік, за рахунок зниження експлуатаційних витрат, який отримують у результаті зупинки двох насосів ШН-250 з встановленою потужністю 55 кВт кожний.