авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка аппаратурнотехнологического процесса утилизации угольных шламов кузбасса

-- [ Страница 2 ] --

Определение индекса свободного вспучивания выполняли по ГОСТ 30313-95.

Индекс свободного вспучивания равен 5 единицам, показывающий, что полученный угольный концентрат пригоден для технологии коксования.

Полученный концентрат из угольного шлама угля марки К, отвечающий требованиям технологических регламентов производства кокса, необходимо исследовать на возможность применения его в технологии коксования.

Наиболее точную информацию о пригодности углемасляного концентрата в технологии коксования можно получить, приготовив из него или при помощи него прочный кокс.

Коксование угольного концентрата осуществлялось путем применения ГОСТированной методики – технического анализа углей. Согласно методике, при определении выхода летучих веществ, образуется коксовый королек, по свойствам которого можно сделать вывод о качестве кокса.

Для определения прочности королька применялась методика определения механической прочности гранул. Анализ осуществлялся на чашечных весах. На одну чашку помещались гранулы, на другую гири. Надавливали на гранулу какой либо пластиной до ее растрескивания. По показаниям стрелки весов замеряли нагрузку на гранулу и делили ее на поперечное сечение гранулы. Это являлось прочностью гранул на раздавливание в статических условиях. Расчет прочности ведется по формуле:

P = Fg / S, [Н/см2] (1)

где F – показания весов, кг;

g ускорение свободного падения, 9,8 м/с2

S – площадь сечения гранулы, см2

Для сферических гранул: S = r2, (2)

где r – радиус гранулы, см.

В табл.7. приведены данные испытаний на прочность коксовых корольков из обогащенного угольного концентрата и его смесей согласно состава производственных и аварийных шихт на коксохимических заводах. Угли марок Г и Ж соответствовали требованиям к углям идущим на коксование.

Таблица 7

Данные испытания на прочность в статических условиях коксовых корольков

Наименование королька Прочность на раздавливание в статических условиях, Н/см2
Уголь марки К (Ad = 10 мас.%) для сравнения 25,0
Обогащенный угольный концентрат (ОУК) 28,0
Смесь ОУК(75мас.%)+уголь марки Ж(25 мас.%) 21,2
Смесь ОУК(50мас.%)+уголь марки Ж(50 мас.%) 22,0
Смесь ОУК(50 мас.%)+уголь марки Г(50 мас.%) 6,8
Смесь ОУК(25 мас.%)+уголь марки Г(75 мас.%) 5,5
Смесь ОУК(50 мас.%)+уголь марки Г(25 мас.%) + уголь марки Ж(25 мас.%) 50,1
Смесь ОУК(80 мас.%)+уголь марки Г(10 мас.%) + уголь марки Ж(10 мас.%) 36,6

Максимальной прочностью в смеси обладал королек ОУК + Г + Ж с соотношением ОУК = 50 мас.%, Г = 25 мас.% и Ж = 25 мас.%. Полученные данные показывают эффективность применения угольного концентрата для процесса коксования и возможность применения масляной агломерации с целью получения ценного коксохимического сырья хорошего качества и соответственно получения качественного кокса.

По результатам исследований в данном направлении оформлена авторская заявка на патент.

В третьей главе на основе полученных экспериментальных данных, разработана система математических уравнений, позволяющая расчетным путем вычислить интегральную и дифференциальную функции распределения частиц по размерам, краевой угол смачивания и смоченный периметр угольных частиц отработанным машинным маслом, время необходимое на проведение процесса масляной агломерации, которые являются исходными данными для расчета и выбора технологического оборудования и управления технологическими параметрами.

В основу построения математической модели процесса было положено представление агломерата масло-уголь в виде совокупности угольных частиц, содержащихся в капле масла (рис.3.).

 Схематичное представление-4

Рис.3. Схематичное представление агломерата масло-уголь

Будем считать, что показанный на рис.3. масло-угольный агломерат также как и частицы угля имеет сферическую форму. Тогда любую из угольных частиц, расположенных на границе этого агломерата, можно считать контактирующей с частицей масла размером с весь масло-угольный агломерат (рис.4.). Влиянием друг на друга угольных частиц, входящих в состав агломерата, пренебрегаем.

 Система угольная частица-капля-5

Рис.4. Система угольная частица-капля масла.

Положение угольной частицы при контакте с каплей масла характеризуется расстоянием h=O1O2 между центрами сфер, которое в свою очередь определяется краевым углом смачивания для системы угольмасловода. Угол представляет собой угол между касательными к границам раздела фаз в точке В контакта трех фаз. Значение угла зависит от степени смачивания поверхности угольной частицы маслом. В зависимости от смачивания при соприкосновении частиц угля с маслом могут получаться разные типы соединений. В случае низкозольных углей, обладающих хорошей смачиваемостью маслом (рис.5, а), определяемой большим углом смачиваемости , смоченный периметр, равный длине , довольно велик и сила поверхностного натяжения, удерживающая частицу, будет больше веса этой частицы:

(3)

Здесь плотности частицы угля и воды, соответственно, кг/м3.

По этим причинам, образовавшийся агломерат (угольная частицакапля масла) не разрывается, и частица входит в состав маслоугольного агломерата.

 Различные типы соединений частиц-9

Рис.5. Различные типы соединений частиц угля с маслом:

а – хорошая смачиваемость поверхности угля маслом;

б – плохая смачиваемость поверхности угля маслом.

В случае частиц высокой зольности, поверхность которых обладает плохой смачиваемостью маслом (рис.5, б), имеет место малый угол смачивания и очень малый периметр соприкосновения частицы с маслом. Поэтому сила поверхностного натяжения будет меньше веса частицы и образовавшийся агрегат (частицамасло) будет разорван. Такие частицы не будут присоединяться к маслоугольному агломерату, а осядут на дно аппарата.

Смоченный периметр, как и расстояние h между центрами частиц, целиком определяется значением угла . Расстояние h можно найти из треугольника О1О2В. Угол между радиусами и в этом треугольнике равен . Тогда:

(4)

Для нахождения отрезка АВ=l, являющегося диаметром смоченного периметра, найдем площадь треугольника О1О2В:

(5)

Тогда отрезок , представляющий собой высоту в рассматриваемом треугольнике, равен:

(6)

Откуда: (7)

Полученное уравнение (3.2.5.) определяет зависимость смоченного периметра от краевого угла смачивания .

Если размер частицы угля значительно меньше размера частицы масла (), формула (3.5.) принимает вид:

(8)

Эта зависимость соответствует случаю, когда кривизной поверхности масла можно пренебречь (рис.6).

 Система частица угля - частица масла -21

Рис.6. Система частица угля - частица масла

Случай, когда размеры частицы масла значительно больше размеров угольной частицы. Поскольку под частицей масла мы подразумеваем

масло-угольный агломерат, размеры которого значительно превышают размеры отдельной частицы угля, в дальнейшем мы будем пользоваться уравнением (7).

Краевой угол находится из условия равновесия сил поверхностного натяжения, приложенных к границе раздела фаз масловода у поверхности угольной частицы (рис.5):

, (9)

где поверхностные натяжения на границах масло-уголь, вода-уголь, вода-масло, соответственно, Н/м.

Тогда: (10)

Кинетическую модель процесса агломерации будем строить на основе следующих представлений.

Скорость роста маслоугольного агломерата тем выше, чем чаще свободные угольные частицы сталкиваются с этим агломератом. Число столкновений N, происходящих в единицу времени в единице объема смеси, прямо пропорционально объему, занимаемому маслоугольным агломератом и количеству свободных угольных частиц, содержащихся в единице объема смеси:

, 1/(м3 с) (11)

Здесь - объем масло-угольного агломерата, приходящийся на единицу объема смеси (удельный объем агломерата), м3/м3;

- число свободных угольных частиц, содержащихся в единице объема смеси (концентрация частиц), 1/м3;

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости перемешивания, вязкости среды и других факторов, 1/с.

Частицы, поверхность которых хорошо смачивается маслом, при столкновении с агломератом прилипают к нему, обуславливая тем самым его рост, остальные частицы, хотя и сталкиваются с агломератом, но вследствие плохой смачиваемости маслом не прилипают к нему, а осаждаются на дно аппарата. Тогда скорость прироста объема масло-угольного агломерата будет пропорциональна среднему объему частиц, присоединившихся при столкновении к агломерату, тогда как скорость роста объема осадка будет пропорциональна среднему объему частиц, не присоединившихся при столкновении к агломерату:

, (12)

Здесь - удельный объем осадка, м3/м3; t- время, с.

Согласно условию (1), для удержания частицы угля при ее контакте с маслом необходимо, чтобы сила сцепления, удерживающая частицу, была больше веса частицы. Так как обе эти силы являются функциями размера частицы, то существует некоторое значение радиуса частицы, при котором наступает равенство данных сил (см. рис.7).

 Зависимость сил, действующих на-34

Рис.7. Зависимость сил, действующих на частицу угля

при ее контакте с маслом, от размера частицы

Для частиц с радиусом условие (1) не выполняется и они оседают на дно. Для частиц с радиусом это условие выполняется, следовательно, происходит их сцепление с маслоугольным агломератом.

Средние объемы и двух данных классов частиц можно рассчитать по формулам:

(13)

Здесь - плотность распределения частиц по размерам;

- объем частицы, м3; - максимальный радиус частиц, м.

Скорость убывания концентрации свободных частиц во времени будет равна числу столкновений в единицу времени:

(14)

Итак, математическая модель процесса агломерации в окончательном виде запишется следующим образом:

(15)
(16)
(17)

Начальные условия: .

Здесь удельный объем масла в смеси, м3/м3;

начальная концентрация частиц угля, ;

начальная масса угля в смеси, кг; - средняя плотность угля, кг/м3;

объем масла и воды в смеси, м3;

средний объем угольных частиц в исходном шламе, .

Расчеты по модели проводились для различных исходных шламов. Результаты расчетов для шлама марки К показаны на рис.816. Расчеты проводились при следующих значениях параметров: =30 мл; =850 мл; =200 г; =1400 кг/м3; =1200 кг/м2; =2200 кг/м3; =0.03 1/с; =1000 кг/м3. Система дифференциальных уравнений решалась численно методом Рунге-Кутта 4-го порядка.

Рис.8. Гранулометрический состав исходного шлама марки К

 Интегральная функция распределения-64

Рис.9. Интегральная функция распределения частиц по размерам

для шлама марки К

 Дифференциальная функция-65

Рис.10. Дифференциальная функция распределения (плотность распределения) частиц по размерам для шлама марки К

 Зависимость зольности от размера-66

Рис.11. Зависимость зольности от размера частиц для шлама марки К

 Краевой угол смачивания как функция-67

Рис.12. Краевой угол смачивания как функция размера частиц

для шлама марки К

 Смоченный периметр как функция-68

Рис.13. Смоченный периметр как функция размера частиц для шлама марки К

 Силы, действующие на частицы при их-69

Рис.14. Силы, действующие на частицы при их контакте с маслом (шлам марки К)

 Протекание процесса масляной-70

Рис.15. Протекание процесса масляной агломерации во времени (шлам марки К)

 Изменение во времени концентрации-71

Рис.16. Изменение во времени концентрации свободных угольных частиц

(шлам марки К)

Время необходимое для получения концентрата с оптимальными свойствами опытным путем составило 25 минут, а расчетным (решением системы уравнений) 26 минут, т.е. разработанная система уравнений позволяет прогнозировать время образования углемасляного агломерата, с точностью до 96%.

На рис.17 представлен алгоритм функционирования математической модели процесса обогащения угольных шламов методом масляной агломерации.

 Алгоритм функционирования-72

Рис.17. Алгоритм функционирования математической модели

В четвертой главе представлен технологический процесс стабилизационной обработки шламовых вод электрическим полем.

Для выявления эффективности стабилизационной обработки очищенной технической воды шламовых вод электрическим полем был проведен ряд экспериментов. Эксперименты проводились на исходной шламовой воде, имеющей следующие характеристики: рН=8,12; жесткость 3,44 ммоль/дм3; взвешенные вещества 80,1 мг/дм3; ХПК=19,38 мгО2/дм3 и др.

Обработка шламовой воды электрическим полем осуществлялась в герметичной ячейке, в которой встроены металлический катод, графитовый анод и штуцера для входа и выхода воды (рис.18). На катод и анод подавался электрический ток от источника постоянного тока. Таким образом, между анодом и катодом создавалось постоянное электрическое поле.

Исследуемая шламовая вода, проходя между анодом и катодом, подвергалась действию электрического поля, в результате чего частицы накипеобразователей, присутствующие в воде, приобретали положительный заряд, перемещались к металлическому катоду и осаждались на его поверхности в виде слоя накипи.

Количество накипи, выделившейся на поверхности нагревательного элемента, определялось гравиметрическим методом.

Рис.18. Схема лабораторной установки стабилизационной обработки шламовой воды электрическим полем:

1 – термостат; 2 – исследуемая вода; 3,11 – штуцера для подачи и отвода воды соответственно; 4 – насос; 5 – вентиль; 6 - аппарат для обработки шламовой воды электрическим полем; 7 - источник постоянного тока; 8 – нагревательная ячейка; 9 – нагревательный элемент; 10,12 – термометры; 13 - U-образная трубка для охлаждающей воды

Обработка шламовой воды электрическим полем осуществлялась в цилиндрической ячейке с соотношением площадей поверхностей катода и анода равном 2:1. Плотности катодного и анодного токов варьировались от 3,5 до 14 А/м2 и от 7 до 28 А/м2 соответственно.

Эффективность защиты нагревательного элемента от накипи при обработке шламовой воды электрическим полем определялась по формуле:

100 %, (15)

где – масса накипи, отложившейся на нагревательном элементе в шламовой воде, не обработанной электрическим полем; – масса накипи, отложившейся на нагревательном элементе в шламовой воде, обработанной электрическим полем.

Исследования проводились в замкнутом режиме работы установки, т.е. без подпитки системы свежей шламовой водой. Обработка шламовой воды электрическим полем осуществлялась при разных значениях плотностей тока на катодах и анодах. Для того, чтобы возможно было узнать противонакипный эффект обработки шламовой воды электрическим полем сначала был проведен контрольный опыт, в ходе которого определялась динамика отложения накипи на нагревательном элементе в условиях отсутствия электрического поля. Эксперименты проводились на шламовой воде ОАО ЦОФ «Березовская». Условия проведения экспериментов представлены в табл.8.

Таблица 8

Условия проведения экспериментов

№ п/п Наименование Единицы измерения Значение параметров
1 Объем воды в установке м3·10-3 5,1
2 Скорость воды, пропускаемой через нагревательный элемент м/с 0,3
3 Плотность катодного тока А/м2 3,514
4 Плотность анодного тока А/м2 728


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.