Введение к работе
Актуальность работы. Сегрегация проявляет себя во многих природных явлениях и технологических процессахt протекающих с участием дисперсной твердой фазы. Это явление, возникающее при взаимном перемещении твердых частиц, поиводит к повышению неоднородности смеси зернистых материалов. В связи с этим, сегрегация может оказывать существенное влияние на кинетику технологических процессов 'переработки зернистых материалов.
Сегрегацию можно использовать для организации процесса сепарации. Сепарация, основанная на сегрегации, позволяет разделять смеси частиц, различающиеся по комплексу физико-механических свойств, которые в некоторых случаях (при различии по форме, шероховатости) не поддаются традиционным методам разделения. Вс многих случаях такой процесс требует меньших затрат по сравнению с другими способами сепарации, например,, при разделении смесей разнородных частиц одинакового размера, особенно крупных фракций, в сравнении с пневмо- или гвдроселарацией, обьчно применяемых в этом случае.
Тем не менее, широкое использование этого перспективного метода сепарации сдерживается вследствие недостаточной изученности явления сегрегации и путей управления им.
По этим я? причинам до сих пор без должного внимания остают
ся вопросы учета и использования сегрегации при расчете и реали
зации технологических процессов. Наиболее часто сегрегация связа
на с гравитационным течением зернистых материалов, имеющим место
на наклонней плоскости. "
В связи с этим моделирование сегрегации при гравитационном течении материала и разработка способов управления этим процессом, проведенное в данной работе, имеют актуальное научное и на-родохозяйственное значение.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с координационным планом НИР АН Российской Федерации по направлению "Теоретические основы химической технологии" на 1991-1995 г.г., (код 2.27.1.4).
Цель работы. Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию сегрегации при гравитационном течении зернистых материалов. В соответствии с этим, в задачу данной работы входило:
проведение комплексного.исследования сегрегации при гравитационном течении частиц, различающихся по размеру и плотности;
моделирование динамики сегрегации при гравитационном тече-
кии зернистых материалов по шероховатой наклонной плоскости;
- разработка способов интенсификации (торможения) сегрегации в сдвиговом потоке неоднородных частиц.
Научная новивна. Установлено наличие встречного потока частиц различной массы, обусловленного градиентом концентрации твердой фазы при гравитационном течении зернистого материала. Разработана модель, определяющая величину названного потока при установившемся гравитационном течении сферических частиц. Предложена модель динамики сегрегации при сдвиговом течении сыпучего материала, отличающаяся от известной наличием в общем уравнении компоненты квазидиффузионного потока, вследствие градиента концентрации твердых частиц.
Исследованы закономерности влияния технологических параметров течения и поперечного потока воздуха на эффективность сегрегации в гравитационном потоке материала.
Проведена адаптация известных моделей формирования структуры потока и динамики сегрегации в гравитационном потоке к условиям поперечно продуваемого слоя частиц.
Практическая ценность. Предложенная модель динамики сегрегации позволяет осуществить оценку однородности смесей в инженерных расчетах процессов переработки сыпучих материалов в режше гравитационного течения.
Установлены относительные значения угла наклона и удельной величины потока материала на шероховатой плоскости, при которых достигается максимальная зффективность сегрегации и перемешивания. Предложен экспериментально-аналитический метод определения параметров продуваемого сдоя, обеспечивающих благоприятные условия для сегрегации.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований сегрегации разработаны способ выделения металлокон-центрата из шлаков металлургического производства и способ сепарации зернистых материалов, позволяющие повысить эффегашность сегрегации. Первый способ внедрен на Никопольском заводе ферросплавов с экономическим эффектом 2 111 S57 руб. в расчете на 6. лет эффективного функционирования (цены 1991 г.).
Апробация работы. Результаты работы доложены на XVII-XXIX научно-технических конференциях ТИХМа в 1990-1992 гг., Всесоюзной конференции "Механика сыпучих материалов" (Одесса, 1991), Всероссийской конференции "Математические методы в химии" (Тула, 1993), международном конгрессе "CHISA-93" (Прага, 1993).
_ «1 *
о -
Публикации. По материалам диссертация имеется 7 публикаций, в т.ч. два положительных решения по заявкам на патент.
Объем работы. Диссертация состоиг из введения, четырех глав,
выводов, списка литературы и приложений.