Основний зміст роботи - Обгрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, об'єкт, предмет і ідея роботи, наукова новизна і основні результати, приведені наукові положення, які захищаються, а також дані про апробацію і публікацію результатів досліджень.

В першому розділі на основі аналізу роботи водно-шламових комплексів вуглезбагачувальних фабрик акцентована увага на їх енергоємності та наявності значного шламоутворення. Показано, що одним з високоенерговитратних і шламоутворювальних апаратів є гідроциклонні установки, які застосовуються для згущення і гідравлічної класифікації вугільних шламів. Це пов'язано з тим, що у більшості випадків компоновка обладнання технологічних схем вуглезбагачувальних фабрик не дозволяє здійснювати подачу вихідного живлення в гідроциклони без допомоги насосів. Питома витрата енергії на підняття пульпи в гідроциклони складає (за встановленою потужністю) 0,41-0,97 кВт/м3 при максимальному навантажені насосів і 0,57-1,65 кВт/м3 при мінімальному.

Питоме шламоутворення для обладнання, що розглядається, складає: в гідроциклонах 3-8%, в насосах 6-10% від вихідного продукту.

Тому в основу зменшення енергоємності процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів і шламоутворення покладена можливість утворення додаткового гідродинамічного потоку за рахунок розрядження у зоні повітряного стовпа. Дані практики свідчать, що очікуваний ефект може бути отримано з допомогою використання сифону для розвантажування зливу гідроциклона.

Огляд теоретичних робіт з гідродинаміки гідроциклонів дозволив встановити відсутність теоретичних закономірностей виникнення ефекту сифона в кільцевому обертальному гідродинамічному потоці, а також доцільність застосування турбулентної дифузійної моделі для дослідження процесу гідравлічної класифікації і оцінки розподілення часток різної крупності за продуктами розподілу.

Встановлена також доцільність розробки методики розрахунку гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу і необхідність уточнення впливу технологічних, конструктивних, гідродинамічних і енергетичних параметрів на ефективність гідравлічної класифікації у порівнянні з звичайними гідроциклонами.

В результаті виконаного аналізу визначена актуальність та сформульована суть науково-практичної роботи, мета, задачі та методи досліджень.

В другому розділі для рішення першої та другої задач досліджень виконані теоретичні та експериментальні дослідження гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу на основі стохастичного моделювання процесів розділення.

З метою отримання залежностей, котрі можуть бути використані для прогнозування результатів технологічного процесу розподілу і вибору оптимальних конструктивних параметрів гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу, на основі аналітичного аналізу сепараційних характеристик гідроциклонів за допомогою застосування рівняння Колмогорова-Фоккера-Планка встановлено, що наявність циркуляційного замкненого коаксіального потоку у протитечійному гідроциклоні визначається моментом гідродинамічних сил, які діють у низхідному та висхідному потоках. Об'ємна кількість цього потоку залежить від різниці тиску у пристінному шарі і повітряному стовпу та може досягати 20% від об'єму вихідного продукту. Отримані дані дозволяють зробити висновок, що сепараційна характеристика гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу є несиметрична крива, математичний опис якої є параметричне рішення рівняння Колмогорова-Фокера-Планка зі зносом для концентрацій.

На підставі рішення рівняння масопереносу і експериментальних даних отримано формулу ефективності класифікації у вигляді

Де - початкова концентрація часток крупністю менше 0,5 мм; - відношення діаметрів згущеного і зливного насадок; - вектор параметрів, який визначається розрахунковим шляхом для конкретних промислових умов роботи даного гідроциклона.

На підставі цих наукових результатів сформульовано перше наукове положення.

В третьому розділі для рішення третьої задачі досліджень на стендовій установці, схема якої наведена на рис.1, виконані експериментальні дослідження впливу конструктивних, гідродинамічних, технологічних та енергетичних параметрів гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу на ефективність процесу класифікації.

При досліджені конструктивних параметрів встановлено, що з збільшенням довжини труби сифону пропускаюча здібність гідроциклона росте по вихідному та зливному продуктам, а по згущеному продукту зменшується.

При дослідженні гідродинамічних факторів встановлено, що загальний тиск в гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу залежить від сполучення гідростатичного тиску на вході і розрядження, яке створюється стовпом рідини, що витікає з сифону, і апроксимується наступною залежністю

Де ;

; ;

; - довжина сифона м; - тиск обертального потоку на стінку гідроциклона, кПа (повинно бути обов'язково надмірним); - щільність пульпи, кг/м3.

При аналізі результатів по заміру тангенціальних складових швидкості потоку в циліндричному циклоні з сифонним розвантаженням зливу встановлено, що для їх опису не може бути використана залежність, яка характерна для циліндроконічного циклона: де п - безрозмірний показник ступеня рівний 0,3-0,9; - тангенціальна складова швидкості потоку; - радіус потоку.

Встановлено, що

Практично це значить, що, на відміну від циліндроконічного, у циліндричному гідроциклоні з сифоном при малому радіусі обертання потоку тангенціальна його швидкість із зменшенням радіусу зростає більш інтенсивно, а при великому радіусі - навпаки. Такий характер розподілу тангенціальної швидкості сприяє отриманню більш чистого зливу, тому що у центральній частині потоку утворюється більш інтенсивні відцентрові сили, які перешкоджають виносу радіальним потоком крупних часток у центральну зону гідроциклона. Так, наприклад, відцентрове прискорення і параметр Фруда при малому радіусі потоку для гідроциклона з сифоном збільшується в 15 разів, а для гідроциклона без сифона - в 8 разів.

Для опису розподілу по радіусу тангенціальної складової осьової швидкості поблизу стінки гідроциклона отримано рівняння

,

А поблизу повітряного стовпа:

Де - швидкість потоку пульпи на вході в гідроциклон, м/с.

Аналіз розподілу осьових швидкостей в гідроциклоні без сифона і з сифоном показав, що їх епюри мають аномальне скривлення у середній по радіусу зони, що пояснюється наявністю в гідроциклонах замкнутого потоку.

Перевірка матеріального балансу в гідроциклоні з сифоном показала, що кількість пульпи, яка рухається у ньому, перевищує на 15-20% загальну її витрату через циклон, що також свідчить про наявність у ньому циркуляційних потоків. Отже сифон збільшує абсолютні значення осьових складових швидкості у внутрішньому потоці, але не сприяє суттєвому впливу на характер розподілення цих швидкостей.

При дослідженні технологічних параметрів для визначення межової граничної крупності розподілу отримано рівняння

мм,

Де - об'ємне навантаження по вихідному продукту, м3/с; - діаметр гідроциклона, м; - загальний тиск на вході в гідроциклон, м. вод. ст.; - середньовиважений діаметр часток вихідного матеріалу, мм; - щільність, відповідно, твердого матеріалу та води, кг/м3; - динамічна в'язкість пульпи, н-с/м2; - динамічна в'язкість води при температурі 20°С, н-с/м2; - відношення об'єму твердого до об'єму пульпи.

З рівняння слідує, що при інших рівних умовах в гідроциклоні з сифоном буде менше, ніж в гідроциклоні без сифона, тому що

.

Крім того встановлено, що механізм і характер розподілу часток по крупності в гідроциклоні з сифоном аналогічні відповідним характеристикам циліндричних гідроциклонів.

Для визначення об'ємного навантаження гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу отримано рівняння

, м3/ч,

Де - діаметр отвору насадок, відповідно, вихідного, згущеного та зливного продукту, м; - відповідно, гідростатичний та вакуумний тиск, м. вод. ст.; - щільність вихідного продукту, кг/м3; - коефіцієнт пропорційності, який дорівнює 0,008; 0,018; 0,030; 0,055 і 0,085, відповідно, для гідроциклонів діаметром 100; 250; 250; 500 и 710 мм.

При дослідженні енергетичних показників сифона встановлено, що енергетичний ефект сифона є наслідком динамічного зниження тиску попереду зливного стакана, яке утворюється всмоктуючою дією сифону. Величина збільшення тиску у гідроциклоні дорівнює

, м,

Де - довжина труби сифону, м; - швидкість потоку відповідно перед зливним стаканом та на виході з сифонної труби, м/с; - втрати сифону, м; - прискорення вільного падіння, м/с2.

Ці результати дозволили сформулювати друге наукове положення.

В четвертому розділі для вирішення четвертої задачі досліджень на підставі технологічних і гідродинамічних вимог, які включають умови зниження енергоємності процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів, виконане обгрунтування параметрів гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу і розроблена методика його розрахунку з урахуванням енергетичного ефекту сифона.

Запропонована методика була використана для розрахунку гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу ЦАС-710, ЦАС-350, ЦАС-320 і ЦАС-100.

Таблиця 1. Середнє зниження зольності в згущеному продукті

Обладнання

Вилучення твердого бА в згущений продукт

Сcr <200 г/л

Сcr = 200-300г/л

Сcr = 301-400г/л

Сcr = 401-500г/л

Сcr > 500 г/л

Тиск, МПа

ГЦ-1000

0,93

0,88

0,83

0,76

0,71

0,1

ГЦ-710

0,92

0,85

0,79

0,74

0,69

0,1

ГЦ-630

<120* г/л

0,91

0,85

0,76

0,68

0,60

0,1

120-200* г/л

0,94

0,89

0,80

0,72

0,62

>200* г/л

1,00

0,91

0,84

0,75

0,65

ГЦ-500

0,86

0,80

0,72

0,70

0,65

0,1

ГЦ-350

0,80

0,76

0,71

0,68

0,65

0,15

ГЦ-250

0,80

0,75

0,68

0,65

0,62

0,15

ГЦ-100

0,78

0,73

0,66

0,64

0,62

0,3

ГЦ-50

0,75

0,70

0,64

0,63

0,62

0,3

* - вміст твердого в вихідному продукті, г/л

На підставі узагальнення результатів класифікації вугільних шламів в гідроциклонах у різних виробничих умовах визначене середнє зниження його зольності (табл. 1) і середнє вилучення твердого в згущений продукт (табл. 2), в залежності від діаметра гідроциклону, вмісту твердого в вихідній пульпі та згущеному продукті, що дозволяє розрахувати якісно-кількісні показники цієї операції.

Таблиця 2. Середнє вилучення твердого в згущений продукт

Обладнання

Сис., г/л

Вилучення твердого бТ в згущений продукт

Сcr < 200 г/л

Сcr = 200-300г/л

Сcr = 301-400г/л

Сcr = 401-500г/л

Сcr > 500 г/л

Тиск, МПа

ГЦ-1000

<80

    80-120 121-200

>200

    0,32 0,45 0,55

Н/д

    0,28 0,39 0,43 0,50
    0,21 0,30 0,32 0,39

Н/д

    0,24 0,29 0,35

Н/д

    0,14 0,22 0,31

0,1

ГЦ-710

<80

    80-120 121-200

>200

    0,35 0,39 0,48

Н/д

    0,24 0,31 0,38 0,45
    0,22 0,29 0,33 0,41
    0,20 0,24 0,28 0,30
    0,18 0,21 0,24 0,26

0,1

ГЦ-630

<80

    80-120 121-200

>200

    0,38 0,43 0,52

Н/д

    0,27 0,34 0,45 0,48
    0,25 0,30 0,40 0,44
    0,23 0,26 0,30 0,32
    0,20 0,24 0,26 0,28

0,1

ГЦ-500

<80

    80-120 121-200

>200

    0,44 0,46 0,55

Н/д

    0,31 0,41 0,48 0,51
    0,27 0,32 0,44 0,48
    0,25 0,28 0,32 0,38
    0,22 0,26 0,28 0,30

0,1

ГЦ-350

<80

    80-120 121-200

>200

    0,48 0,51 0,58

Н/д

    0,41 0,44 0,50

Н/д

    0,33 0,40 0,43 0,47
    0,30 0,33 0,35 0,38
    0,25 0,27 0,29 0,31

0,15

ГЦ-250

<80

    80-120 121-200

>200

    0,50 0,55 0,62 1,00
    0,44 0,47 0,53 0,68
    0,35 0,38 0,41 0,46
    0,30 0,32 0,33 0,35
    0,25 0,27 0,28 0,30

0,15

ГЦ-100

<80

80-120

    0,56 0,60
    0,45 0,54
    0,33 0,41
    0,29 0,32
    0,24 0,26

0,3

ГЦ-50

<80

0,32

0,27

0,25

0,22

0,20

0,3

В п'ятому розділі, в межах рішення п'ятої і шостої задач досліджень, наведені результати промислових випробувань на ЦЗФ "Комендантська" гідравлічної класифікації вугільних шламів з використанням гідроциклонів ЦАС-710 (на операції класифікації підситного продукту вузла знешламлення дрібного машинного класу), ЦАС-350 (на операції згущення та класифікації відходів регенерації магнетитової суспензії), ЦАС-320 (на операції згущення і класифікації зливу гідроциклонів ГЦ-710 обробки вторинних шламів).

Впровадження гідроциклонів ЦАС дозволило збільшити вихід концентрату сорту АШ на 0,2%.

Річний розрахунковий економічний ефект від впровадження розробленої технології гідравлічної класифікації вугільних шламів в гідроциклонах с сифонним розвантаженням зливу в умовах ЦЗФ "Комендантська" складає 1,5 млн. грн., в т. ч. підтверджений економічний ефект за рахунок зниження експлуатаційних витрат через виключення із експлуатації двох насосів ШН-250 - 66,6 тис. грн.

Похожие статьи




Основний зміст роботи - Обгрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу

Предыдущая | Следующая