Введение к работе
Актуальность работы. Сушка материалов широко применяется во
всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, сотни тонн в час
руды и концентратов сушат на обогатительных фабриках. Сушка -
теплоэнергетический процесс, требующий значительных затрат на тепловую
энергию. До 12 % добываемого топлива расходуется на сушку. Качество
продуктов также зависит от методов и режимов сушки. Создание
высокоэкономичных и высокопроизводительных сушильных установок,
обеспечивающих не только снижение энергозатрат на сушку, но и высокое
качество высушенных продуктов, имеет существенное
народнохозяйственное значение и является актуальной проблемой.
Интенсификация процессов сушки относится к числу наиболее актуальных проблем горно-металлургических и других производств в обогащении полезных ископаемых. Одним из способов интенсификации процесса сушки является применение взвешенного слоя. В работе предлагается проводить сушку ряда продуктов обогащения, таких, как медный и цинковый концентраты, асбестовая руда класса -6 мм, в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками.
Разработка оптимальных конструкций труб-сушилок и выбор оптимальных режимов сушки ряда тонкодисперсных и высоковлажных продуктов (сульфидных концентратов, асбестовых руд мелких классов) требует не только экспериментального исследования на полузаводских установках, но и создания математической модели процесса сушки в трубах-сушилках со вставками с целью исследования влияния различных параметров процесса на конечные результаты с её помощью.
В связи с этим направление исследований по интенсификации процесса сушки является актуальным и заслуживает внимания.
Объектом исследования является процесс сушки высоковлажных тонкодисперсных сульфидных концентратов и асбестовой руды класса -6 мм
[,.", Ті'ОТЕКА
00 CJ^a*T 07V
в трубе-сушилке с интенсифицирующими вставками, а закономерности движения газовзвеси и массообмена в ней составляют предмет исследования.
Цель работы - разработка конструкции трубы-сушилки с интенсифицирующими вставками и исследование процесса сушки (аэродинамики и массообмена) в ней ряда перечисленных выше продуктов обогащения для повышения эффективности процесса, снижения теплоэнергетических затрат, имеющих существенное значение в обогащении полезных ископаемых.
Идея работы заключается в использовании взвешенного слоя, а именно труб-сушилок с интенсифицирующими вставками, для интенсификации процесса сушки ряда продуктов обогащения.
Задачи исследования
1. Экспериментальное изучение кинетики процесса сушки цинкового и
медного концентратов, асбестовой руды класса -6 мм с целью определения
влияния, скорости и температуры теплоносителя на коэффициенты
массоотдачи и коэффициенты сушки.
2. Изучение аэродинамики двухфазного вертикального потока
газовзвеси перечисленных продуктов обогащения, установление характера
распределения концентраций и скоростей материала по длине труб-сушилок
с интенсифицирующими вставками и без вставок.
-
Исследование массообмена сульфидных концентратов и асбестовой руды класса -6 мм в трубе-сушилке со вставками и в трубе-сушилке без вставок.
-
Разработка математической модели процесса сушки в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками.
5. Исследование с помощью математической модели процесса сушки с
целью оптимизации конструкции сушилки.
Методы исследований. Исследования процесса сушки проводились на лабораторной и полузаводской (производительностью 200-300 кг/ч)
з установках. В проведении опытов и обработке результатов экспериментальных исследований использованы результаты анализа и обобщения литературных данных, методы теории подобия, математической статистики и планирования эксперимента.
Работа выполнена с использованием современных компьютерных программ. Для проведения общих математических расчетов, составления инженерных таблиц, построения графиков на основе табличных данных и получения зависимостей использованы программы Excel и Advanced Grapher.
Проведены численные исследования полученной системы уравнений математического описания процесса сушки в трубе-сушилке с интенсифицирующими вставками, с целью проверки адекватности модели истинному процессу сушки и решения задачи оптимизации конструктивных размеров трубы-сушилки со вставками.
Основные результаты и научные положения, представляемые к
защите:
1. Результаты лабораторных исследований механизма и кинетики
сушки асбестовых руд, цинкового и медного концентратов.
2. Зависимости распределения концентраций и скоростей изученных
объектов сушки по длине труб-сушилок постоянного сечения и труб-
сушилок с интенсифицирующими вставками при различных скоростях
воздуха vr и исходных концентрациях ц,,.
3. Результаты исследований массоотдачи в процессах сушки
асбестовой руды и сульфидных концентратов в трубах-сушилках со
вставками и без вставок; зависимости коэффициентов массоотдачи J3 от
относительных скоростей газа vr и материала vM (v = vr-vM)H от длины
трубы-сушилки; зависимости диффузионного критерия Нуссельта Nua от
критерия Рейнольдса Re (Ыид = f (Re)).
-
Предложенную математическую модель процесса сушки в трубе-сушилке с интенсифицирующими вставками.
-
Метод оптимизации конструктивных размеров трубы-сушилки со вставками.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендации диссертации подтверждается результатами экспериментов, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных, опытно-промышленных испытаний с результатами теоретических исследований с помощью предложенной математической модели и полученных критериальных уравнений. Относительная ошибка результатов находится в пределах от 5 до 10 %.
Научная новизна
1. Сушку высоковлажных тонкодисперсных продуктов обогащения
медного и цинкового сульфидных концентратов, асбестовой руды класса -6
мм предложено проводить во взвешенном состоянии в трубе-сушилке с
интенсифицирующими вставками.
2. Разработана конструкция полузаводской трубы-сушилки
производительностью (в зависимости от температуры воздуха и начального
влагосодержання продуктов обогащения) 200-300 кг/ч.
3. Проведено изучение механизма и кинетики сушки перечисленных
продуктов на лабораторной установке. Установлено, что процесс сушки
сульфидных концентратов и асбестовых руд класса -6 мм до требуемой
влажности заканчивается в первом периоде сушки. Получены зависимости
коэффициента массоотдачи В от скорости сушильного агента, а также
критериальные уравнения массоотдачи для всех изученных продуктов
обогащения.
4. Проведено исследование аэродинамики потока газовзвеси
сульфидных концентратов и асбестовой руды класса -6 мм в трубах-
сушилках со вставками и без вставок. Найдены зависимости распределения
5 концентрации и скорости материала по длине сушилки со вставками и без вставок на полузаводской трубе-сушилке.
-
Изучены кинетические закономерности массоотдачи, определены коэффициенты массоотдачи в процессах сушки в трубе-сушилке со встазками и без вставок перечисленных выше продуктов и зависимости их от относительной скорости газа и материала и от длины труб-сушилок. Получены критериальные уравнения конвективного массообмена для изученных объектов сушки.
-
Предложена математическая модель процесса сушки в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками. Математическая модель для труб-сушилок постоянного сечения была дополнена автором уравнением неразрывности потока, и в уравнение движения частиц введен коэффициент, учитывающий влияние вставок на скорость частиц. Предложена методика определения оптимальных конструктивных размеров промышленных труб-сушилок со вставками.
Практическая значимость. Результаты экспериментальных исследований, проведенных с рядом продуктов обогащения на полузаводской установке, количественных исследований предложенной в диссертации математической модели показали высокую интенсивность процесса сушки в предложенной конструкции трубы-сушилки. Влагонапряжение таких сушилок в 2-3 раза выше, чем обычных труб-сушилок, и составляет 500-1500 кг/м3ч (в барабанных сушилках при тех же температурах теплоносителя 10-60 кг/м3ч), в 1,5-2 раза уменьшается удельный расход тепла (на 1 кг испаренной влаги).
Полученные уравнения, предложенная модель процесса сушки в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками могут быть использованы при проектировании таких сушилок для изученных объектов сушки, а также для интенсификации процесса сушки в существующих сушилках.
6 Реализация результатов работы. На основе проведенных
исследований даны рекомендации по интенсификации процесса сушки
сульфидных концентратов Учалинскому ГОКу. Результаты работы внедрены
при проектировании труб-сушилок ЗАО «Уралпищемаш»; используются
студентами ХТФ УПУ-УПИ при выполнении курсовых и дипломных
проектов.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные Б диссертации, были представлены: на X International Congress of Chemical and Process Engineering (Chisa 90), Praha, Czechoslovakia, 1990 g; Seventh International Drying Symposium (IDS'90) Praha, 1990 g; 13 th International Congress of Chemical and Process Engineering, Praha, 1998 g; научно-практической конференции УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург, 1999 г; международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», г. Екатеринбург, 2004 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Вклад автора в проведенные исследования, выполненные в соавторстве, состоял в постановке задач, в разработке методик исследований, непосредственном участии в выполнении исследований, обработке результатов опытов, анализе и обобщении полученных результатов.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Диссертационная работа изложена на 186 страницах, содержит 42 рисунка и 35 таблиц; Список литературы содержит 123 наименования.
Похожие диссертации на Исследование процесса сушки асбестовых руд и сульфидных концентратов в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками
