Введение к работе
Актуальность работы. В химической промышленности, наряду с химическими реакциями, являющимися основой химической технологии, широко используются физико-химические процессы. К таким процессам относятся массообменные, тепловые, гидромеханические и механические. Способы проведения этих процессов часто во многом определяют возможность осуществления, эффективность и рентабельность всего технологического производства.
В химической, нефтедобывающей, пищевой, целлюлозно-бумажной, металлургической, угольной, горнорудной и ряде других отраслей промышленности, а также в технике очистки производственных сточных вод нашли применение гидромеханические процессы разделения. Аппаратурное оформление этих процессов существенно различается в зависимости от требований конкретных производств. В ряде случаев для качественного разделения больших объемов неоднородных дисперсных систем вместо низкоэффективного, громоздкого и дорогостоящего отстойного оборудования широкое распространение получают аппараты центробежного типа -гидроциклоны.
Эти аппараты являются современным, высокоэффективным оборудованием многоцелевого назначения, обладающим существенными преимуществами по сравнению с другими устройствами центробежного принципа действия. Они просты и дешевы в изготовлении, компактны, надежны и удобны в эксплуатации (отсутствие вращающихся деталей), обладают высокой производительностью, позволяют сравнительно легко автоматизировать процессы разделения и обеспечить необходимые экологические и санитарно-гигиенические условия труда.
Процесс флотации является весьма эффективным средством извлечения
из воды нефти, жиров и других веществ, в связи с чем этот процесс получа-
. ет все большее распространение при очистке сточных вод. Процесс основан
на^различии способности частиц (капель) удерживаться на границе раздела
фаз.
Традиционно флотация осуществляется в аппаратах в поле действия гравитационных сил. Производительность таких устройств зависит от объема камер, который для промышленных условий может достигать десятков кубических метров.
Исследования последних лет показали, что эффективную флотационную сепарацию различных минералов можно проводить в высокопроизводительных гидроциклонах с дополнительной подачей диспергированного воздуха.
Осуществление флотации в гидроциклонах значительно повышает удельную производительность аппарата по сравнению с традиционными
флотаторами и к тому же достигаются совершенно иные показатели как классификации, так и разделения.
Однако пока в литературе можно найти только экспериментальные результаты исследования работы гидроциклона - флотатора с определенными геометрическими размерами на конкретных средах. В работе была сделана попытка теоретически описать движение системы частица-пузырек воздуха в гидроциклоне.
Цель работы. Разработка метода расчета гидроциклона - флотатора, изучение особенностей проведения процесса флотации в гидроциклонах и исследование влияния конструктивных и режимных параметров на эффективность проведения процесса.
Научная новизна. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:
-
Представлена математическая модель процесса флотации в цилинд-роконическом гидроциклоне, основанная на детерминированном подходе к рассмотрению движения частицы в радиальном направлении в гидроциклоне - флотаторе.
-
Проведен анализ условий связи частица-пузырек в центробежном поле.
-
Дано теоретическое обоснование влияния конструктивных и режимных параметров гидроциклона - флотатора на показатели разделения систем жидкость - твердое.
-
Предложена методика расчета ожидаемых показателей разделения неоднородных систем при проведении процесса флотации в аппаратах гидроциклонного типа.
-
Получены экспериментальные данные по влиянию конструктивных и режимных параметров на содержание твердой фазы в продуктах разделения гидроциклона - флотатора.
-
Получена эмпирическая зависимость для расчета общей производительности гидроциклона - флотатора.
-
Аналитически получена зависимость для предварительного выбора диаметра цилиндрической части гидроциклона - флотатора, при котором обеспечиваются заданные показатели разделения с учетом минимальных капитальных и энергозатрат.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований разработана методика расчета общей производительности и ожидаемых показателей разделения гидроциклона - флотатора. Получены зависимости для определения устойчивости связи пузырька с частицей.
Работа частично финансировалась в рамках поддержки исследовательских грантов МОПО РФ в области машиностроения (97-24-12.2-25).
Апробация работы и научные публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 международ-
ных научно-технических конференциях. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 5 тезисов докладов.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и приложения общим объемом 161 страница. Работа изложена на 107 страницах основного текста, содержит 47 рисунков и 2 таблицы. Список литературы из 108 наименований.