ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРСТИКА РОБОТИ - Обгрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу

Актуальність теми. Вуглезбагачувальне підприємство - це об'єкт з великим споживанням електроенергії, більша частина якої витрачається на роботу водно-шламового комплексу, декілька технологічних операцій котрого обладнані гідроциклонами з насосними установками значної потужності.

Сучасна компоновка технологічного обладнання у більшості випадків не дозволяє встановлювати гідроциклони без насосних установок. У цьому випадку питома витрата встановленої потужності складає 0,41-0,92 кВт/м3 при максимальному навантаженні насосів і 0,57-1,65 кВт/м3 при мінімальному.

Наведена питома витрата встановленої потужності є занадто висока. Одним з шляхів її зменшення є застосування гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу, робота яких можлива без насосних установок, тому що в них використовується всмоктуючий ефект сифону.

Але їх використання стримується відсутністю теоретичних основ розрахунку енергетичного ефекту сифону, за допомогою яких визначаються технологічні, конструктивні та гідродинамічні параметри гідроциклона. У зв'язку з цим встановлення теоретичних закономірностей виникнення додаткового тиску у середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, на основі яких виконано обгрунтування параметрів гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу, розроблені технологічні рішення, які дозволяють зменшити експлуатаційні витрати водно-шламових комплексів вуглезбагачувальних фабрик, є актуальною науково-практичною задачею.

Дисертаційна робота виконана відповідно тематичного плану науково-дослідних робіт інституту "Укрндівуглезбагачення" за темами "Розроблення і впровадження технологій та обладнання для зниження втрат вугілля з відходами вуглезбагачення" (номер держреєстрації 0103U007350), у якій автор розробив технологію обробки шламів у комплексі для зниження втрат вугілля з відходами вуглезбагачення, і "Засвоїти технологію гідравлічної класифікації шламових продуктів з застосуванням гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу на ЦЗФ "Комендантська" (номер держреєстрації 0103U003744), у котрій автор визначив основні технологічні, конструктивні і гідродинамічні показники енергозберігаючої технології класифікації вугільних шламів і здійснив її впровадження у технологічну схему фабрики.

Метою роботи є розробка технічних рішень зі зниження енергоємності процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклонах.

Для досягнення мети в дисертації сформульовані і вирішені наступні задачі досліджень:

    1) обгрунтування застосування рівняння Колмогорова-Фоккера-Планка і розробка стохастичної моделі процесу розподілу вугільних шламів у гідроциклоні з сифонним розвантажуванням зливу; 2) визначення аналітичної форми рівняння масопереносу частинок в гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу; 3) встановлення конструктивних, гідродинамічних, технологічних і енергетичних параметрів, що визначають режим роботи гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу; 4) обгрунтування параметрів гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу; 5) розробка та впровадження енергозберігаючої технології класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу; 6) апробація енергозберігаючої технології класифікації вугільних шламів у промислових умовах.

Ідея роботи полягає у використанні енергетичного ефекту сифона для розвантажування зливного продукту гідроциклона.

Об'єкт досліджень - процес класифікації вугільних шламів.

Предмет досліджень - процес гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклонах.

Методи досліджень. Для рішення поставлених задач застосовувалися такі методи досліджень: аналітичний - для моделювання процесу розподілу вугільних шламів в гідроциклонах з використанням диференційних рівнянь; експериментальний - для встановлення взаємного зв'язку параметрів процесу з ефективністю класифікації; гідродинаміки - для визначення структури поля швидкостей двухфазних потоків; численного аналізу - для визначення коефіцієнтів вилучення за результатами гранулометричного аналізу продуктів розподілу; математичної статистики - для оцінки достовірності отриманих результатів, а також стандартні методи і обладнання для виконання технічних аналізів продуктів класифікації.

Наукова новизна одержаних результатів:

    1) вперше обгрунтуванно застосування рівняння Колмогорова-Фоккера-Планка зі зносом для опису зміни концентрації при класифікації вугільного шламу в гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу, та отримано його параметричні рішення у вигляді несиметричної кривої розподілу, що дозволило здійснити аналітичне моделювання процесу і розробити методику знаходження не визначених параметрів моделі; 2) розроблена нова напівемпірична модель процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу, яка дозволила визначити основні параметри, які впливають на ефективність розподілу; 3) вперше сформульована умова виникнення додаткового тиску у середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, на підставі якої розроблена енергозберігаюча технологія класифікації вугільних шламів і методика розрахунку гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу; 4) удосконалена залежність впливу довжини труби сифона на величину додаткового тиску, який виникає у середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, що дозволило визначити межу припустимого значення розрідження у ньому, при якому ще не здійснюється захоплення згущеного продукту висхідним потоком; 5) вперше встановлено, що для здійснення процесу класифікації у гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу тиск кільцевого обертового потоку на стінках апарату повинен бути надмірним, що відповідає довжині труби сифону не більше 8,7 м при щільності пульпи не більше 1228 кг/м3.

На підставі отриманих наукових результатів сформульовані наступні наукові положення:

    1) 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 якого досягає 20% від вихідного продукту, що необхідно враховувати при виборі гідроциклонів для заданого навантаження; 2) причиною зниження енергоємності процесу гідравлічної класифікації вугільних шламів у гідроциклоні з сифонним розвантаженням зливу є додатковий тиск у середині кільцевого обертального гідродинамічного потоку, що виникає у результаті всмоктуючої дії сифону.

Достовірність одержаних результатів підтверджується достатнім обсягом і збіжністю теоретичних і експериментальних даних, а також позитивними результатами промислової апробації розроблених технологій і гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу для класифікації вугільних шламів. Середньоквадратична похибка експериментальних даних не перевищує 10%, а несходимість теоретичних і експериментальних даних - не більш 6,6%.

Практичне значення результатів роботи полягає:

    1) в розробленій методиці розрахунку гідроциклона з сифонним розвантаженням зливу, яка враховує додатковий тиск, що має місце при використанні ефекту сифона; 2) в розробці і промисловому впроваджені технології гідравлічної класифікації вугільних шламів за допомогою гідроциклонів ЦАС-710, ЦАС-350 и ЦАС-320 на ЦЗФ "Комендантська" з розрахунковим економічним ефектом 1,5 млн. грн/рік, у тому числі підтверджений економічний ефект за рахунок зменшення енергоємності процесу склав 66,6 тис. грн/рік.

Особистий внесок здобувача полягає в формулюванні мети і задач досліджень, обгрунтуванні наукових положень, проведенні теоретичних і експериментальних досліджень, розробці моделей гідравлічної класифікації вугільних шламів та методики розрахунку гідроциклонів з сифонним розвантаженням зливу. Експериментальні дослідження проводилися при безпосередній участі автора.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертації доповідались і обговорювалися на науково-технічних нарадах ДП "Ровенькиантрацит" (м. Ровеньки, 1998-2006 р. р.), засіданнях Вченої ради інституту "Укрндівуглезбагачення" (м. Луганськ, 2000-2006 р. р.), V міжнародний науково-практичній конференції "Сучасні тенденції інтенсифікації технологічних процесів переробки корисних копалин (м. Маріуполь, 24-26 травня 2002 р.), VI міжнародній науково-практичній конференції із збагачення корисних копалин (м. Маріуполь, 22-25 травня 2003 р.), науково-практичній конференції "Технологія збагачення корисних копалин" (м. Дніпропетровськ, 20-21 листопада 2003 р.), VII міжнародній науково-практичній конференції із збагачення корисних копалин (м. Маріуполь, 27-30 травня 2004 р.), VIII міжнародній науково-практичній конференції "Теорія і практика збагачення і переробки мінеральної сировини" (м. Маріуполь, 24-27 травня 2005 р.), IX міжнародний науково-практичній конференції "Ресурси і енергозберігаючі технології при переробці мінеральної сировини" (м. Маріуполь, 22-24 травня 2006 р.), XV міжнародному конгресі з вуглезбагачення (м. Пекін, КНР, 17-20 жовтня 2006 р.), Х міжнародний науково-практичній конференції "Технолого-екологічний інжиніринг при переробці мінеральної сировини" (м. Бердянськ, 23-26 травня 2007 р.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковані 10 наукових робіт, у тому числі: 5 наукових статей в фахових виданнях, один навчальний посібник (в співавторстві), один патент, 3 - матеріали конференцій. Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел на 15 сторінках, додатків на 37 сторінках; загальний обсяг дисертації 142 сторінки, у тому числі 41 рисунок, 24 таблиці.

Похожие статьи




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРСТИКА РОБОТИ - Обгрунтування параметрів процесу класифікації вугільних шламів у гідроциклонах з сифонним розвантаженням зливу

Предыдущая | Следующая