Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время технология дисперсных материалов (Particle Technology) характеризуется как бурно развивающаяся отрасль мировой экономию!, которая имеет важное, все более возрастающее значение для развития химической, пищевой промышленности и многих других отраслей хозяйства. Интенсивные исследования, проводимые в рамках этой технологии, позволяют создавать новые материалы с оригинальными потребительскими свойствами, разрабатывать эффективные технологические процессы и оборудование, а также совершенствовать действующее производство и находить решения актуальных проблем экологии. Среди процессов технологии дисперсных материалов особое место занимает процесс сепарации, широко используемый на различных стадиях производства от подготовки сырья до финишных операций по обеспечению качества продукта. Традиционными задачами сепарации являются разделение частиц материала либо по размеру либо по плотности. Однако, во многих случаях, в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства существует проблема сепарации частиц зернистых материалов, различающихся по комплексу физико—механических свойств, чаще всего частиц, различающихся одновременно по размеру и плотности. Сепарация таких материалов сопряжена со значительными проблемами, связанными с необходимостью последовательного применения и ситовой классификации и пневмо-гидравлической сепарации с использованием вспомогательных газожидкостных потоков. Эти обстоятельства приводят к снижению надежности и эффективности процесса, особенно в случае неправильной формы частиц, и, кроме того, являются причиной пониженной экологической безопасности.
Анализ указанной проблемы свидетельствует, что она имеет широкий межотраслевой характер и ее решение могло бы способствовать совершенствованию процессов сепарации в металлургии, энергетике, химической, горнорудной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях.
В связи с этим проведенные в настоящей работе исследования эффектов сегрегации в сдвиговом гравитационном потоке неоднородной зернистой среды с их реализацией для организации технологии бесситовой сепарации частиц, различающихся одновременно по размеру и плотности имеют актуальное научное и практическое значение. Работа выполнена в рамках единого заказ — наряда Министерства образования Российской Федерации, МНТП (шифр П. Т. 465, П. Т. 419)
Цель работы. Диссертационная работа посвящена разработке способа сепарации зернистых материалов, частицы которых различаются одновременно по размеру и плотности, за счет комплексного использования эффектов сегрегации в сдвиговом гравитационном потоке. В соответствии с этим в задачу данной работы входило:
комплексный анализ эффектов сегрегации в быстром гравитационном потоке неоднородной зернистой среды, и разработка способа сепарации частиц, различающихся по размеру и плотности;
моделирование процесса сепарации зернистых материалов, базирующегося на комплексном использовании различных механизмов сегрегации;
разработка рекомендаций по организации процесса сепарации частиц зернистых материалов, различающихся по размеру и плотности;
разработка технических решений по сепарации зернистых материалов и их промышленная апробация.
Научная новизна. Экспериментально исследована эффективность сегрегации частиц, различающихся по размеру и плотности, в быстром гравитационном потоке и определены условия максимальной эффективности процесса сепарации.
Предложен способ оценки эффективности разделения смеси частиц, различающихся по размеру и плотности при неоднородном пространственном распределении твердой фазы в гравитационном потоке на шероховатом наклонном скате.
Составлена математическая модель многоступенчатой сепарации частиц, различающихся одновременно по размеру и плотности, позволяющая исследовать влияние технологических параметров процесса на его эффективность.
Практическая ценность. Предложена технология бесситовой сепарации зернистых материалов, частицы которых отличаются по размеру и плотности, основанная на комплексном использовании эффектов гидромеханической сегрегации и миграции частиц в быстром гравитационном потоке без применения вспомогательных газовых и жидкостных потоков.
Разработана методика технологического расчета аппарата для многоступенчатой сепарации частиц на базе комплексного использования эффектов сегрегации в быстром гравитационном потоке с применением разработанной математической модели. Модель позволяет оценить влияние основных конструктивных и эксплуатационных параметров на эффективность сепарации и может быть использована при совершенствовании конструкции и оптимизации условий работы сепаратора.
Проведено комплексное исследование эффективности сепарации зерновой смеси, имеющей важное промышленное значение, и выданы рекомендации по организации процесса.
Технология сепарации зернистых материалов, основанная на комплексном использовании эффектов сегрегации в гравитационном потоке частиц, внедрена в производстве зерна в колхозе «Новый Мир» Тамбовской области с экономическим эффектом 94 тыс. руб. в ценах 1998 г.
Апробация работы Результаты диссертационной работы доложены на III и IV научных конференциях, проводимых в Тамбовском государственном техническом университете в 1996-97 гг., на 2-й межрегиональной научно-практической конференции — «Пищевая промышленность — 2000» (Казань, 1998 г.), на школе молодых ученых при международной конферен-
ции «Математические методы в химии и химической технологии» (Новомосковск, 1997 г.), на международном форуме по переработке зернистых материалов (Иерусалим, Израиль 1997 г.).
Публикации По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе одно положительное решение на вьщачу авторского свидетельства на изобретение.
Объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложений.