Введение к работе
Актуальность темы. В производствах, использующих размерную электрохимическую обработку (ЭХО) изделий, материал детали сначала переходит в электролит за счет анодного растворения, и в дальнейшем образует, в результате первичных и вторичных электрохимических реакций, нерастворимые осадки гидратов окислов обрабатываемого материала, так называемый шлам. Накопление большого количества шлама ухудшает течение процессов ЭХО, хотя его концентрация, в целом, редко превышает 3-4%. Организация непрерывного массовыноса частиц шлама из рабочей среды ЭХО при такой концентрации вызывает определенные трудности.
Получаемый шлам, особенно при ЭХО легированных сплавов, содержит значительные количества гидроокислов ценных металлов, которые являются одновременно полезным сырьем для вторичной переработки и экологически опасным отходом. Однако процесс дальнейшей утилизации шламов требует проведения дополнительных технологических операций с целью удаления из пор частиц шлама остатков рабочих сред - солей, мешающих дальнейшей переработке шлама.
Выщелачивание, например, ведет к удорожанию процессов утилизации, а имеющиеся технические средства для проведения этого процесса не всегда обеспечивают необходимый технологический эффект.
В большинстве случаев применяемая для выщелачивания аппаратура отличается громоздкостью, металлоемка, сложна в эксплуатации. Несмотря на широкую номенклатуру существующего оборудования, оно не всегда обеспечивает удовлетворительные условия массовыноса из дисперсной фазы - отмечается образование застойных зон, локальных уплотнений слоя твердой дисперсии, значительное обратное перемешивание, что в конечном итоге ведет к увеличению расходов применяемых реагентов. Большинство аппаратов приспособлено для работы в узком диапазоне свойств дисперсий, которые могут изменяться в процессе переработки в широких пределах, что влияет на устойчивость работы аппаратов. Наиболее эффективное противоточное взаимодействие фаз является самым сложным в плане конструктивных решений. Указанные проблемы актуальны во многих производствах, связанных с переработкой твердофазного сырья.
Перспективными устройствами, обеспечивающими
противоточное контактирование фаз, является техника, в которой
пульсация используется как для интенсификации процессов массообмена и массовыноса, так и для перемещения твердых дисперсий внутри аппарата. Аппараты этого класса отличаются простотой конструкции, особыми условиями массообмена и гидродинамики фаз внутри аппарата.
Создание эффективных устройств массовыноса шлама из рабочих сред при ЭХО и для очистки полученного шлама от остатков солей с целью подготовки к дальнейшей переработке позволяет удешевить технологический процесс ЭХО и решить проблему утилизации образующихся шламов.
Проблема создания эффективной аппаратуры для массообмена и массовыноса актуальна и для других отраслей промышленности, работающих с твердофазным сырьем.
Цель работы. Целью работы является создание эффективных устройств, обеспечивающих массовынос шлама из рабочих сред, а также удаления из шлама остатков солей электролита.
Задачи исследования.
1. Разработка гидродинамической модели процесса
пульсационного перемещения твердой дисперсной фазы (шлама)
внутри аппарата.
2. Разработка физической модели процесса массовыноса в
непрерывных противоточных аппаратах с пульсационным
перемещением твердой дисперсной фазы.
3. Разработка математической модели процесса массовыноса в
пульсационных установках, работающих с плотным слоем твердой
дисперсии.
Численное моделирование процессов массовыноса в разрабатываемом пульсационном аппарате.
Экспериментальная проверка режимных параметров пульсации и основных узлов оборудования, обеспечивающих ее работоспособность.
6. Создание эффективных устройств для массовыноса шлама из
рабочих сред ЭХО и разработка технологии для реализации
процесса.
7. Создание эффективного противоточного непрерывно
действующего оборудования, обеспечивающего удаление из пор
шлама растворимых солевых веществ, и разработка технологии для
реализации процесса.
8. Расширение результатов работы на продукцию
конверсионных производств.
Методы исследования. Полученные в работе результаты основаны на использовании теории фильтрации, пульсационного течения, подобия, численных методов исследования, функциональном анализе.
Научная новизна.
1. На основании классических представлений разработана
физическая и математическая модели процесса нестационарного
массообмена в аппаратах с противоточным пульсационным
транспортированием твердой дисперсии, что позволило создать
численные методы расчета параметров массообменных аппаратов.
2. Изучены зависимости процесса массообмена в
пульсационном аппарате от начальных условий и от параметров
взаимодействующих фаз.
Практическая ценность.
Разработаны новые непрерывные устройства разделения сред с низкой концентрацией твердой дисперсной фазы с одновременным формированием слоя твердой дисперсии с предельной концентрацией, работающие в широком диапазоне свойств дисперсий.
Предложена методика расчета габаритных размеров и режимных параметров аппаратов с противоточным пульсационным транспортированием твердой дисперсии с предельной концентрацией.
3. Адекватность предложенных решений проверена на
экспериментальных установках.
4. Результаты работы внедрены на заводах машиностроения с
экономическим эффектом 53185 рублей в год.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях: "Химия 97" в г.Иваново в 1997 г., на I молодежной научной конференции в РХТУ (МХТИ) им.Менделеева в г.Москве 1997 г., на XI Российской конференции по экстракции в г.Клязьма в 1998 г., на V-ой Международной конференции в г.Казани 1999 г., на годовых конференциях кафедры ТМВГТУ (1998-1999 г.г.).
Публикации. По материалам работы опубликовано 8 печатных работ в международной, центральной и местной печати, подана заявка на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы, спсика условных обозначений, приложения. Объем работы составляет 167 стр., включает 29 рисунков и приложения на 4 страницах.
