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 | 2 || 4 |

Облагораживание макулатуры в производстве бумаги

-- [ Страница 3 ] --

, , (9)

, , , (10)

, (11)

,,,

где -концентрации свободных пузырьков в слое;

- концентрации частиц в слое;

-кинетический коэффициент играет роль константы, характеризующей интенсивность извлечения частиц;

- скорость всплывания пузырьков с одной частицей.

Общая масса удаленных частиц определяется значениями концентраций пузырьков с частицами массой на поверхности флотационной камеры , а количество частиц в любом сечении флотационной камеры есть сумма незахваченных частиц и частиц, которые содержатся во всех пузырьках .

Рисунок 11 – Изменение количества частиц по высоте камеры

Рисунок12 – Изменение количества частиц во времени

Используя достижения отечественных школ по реологии волокнистых суспензий О.А. Терентьева и И.Д. Кугушева, нами разработан теоретически и подтвержден экспериментально гидродинамический режим в ячейке флотатора, (рисунок 19).

Для правильной оценки работы аппаратов для облагораживания макулатуры очень важно знать гидродинамические параметры флотатора, такие как распределение скоростей потоков бумажной массы по объему аппарата. Поле скоростей определяет не только число столкновений пузырек-частичка типографской краски , но и возможности адгезии (прилипания) частичек к пузырьку , а также возможности выноса агрегата пузырек-частица на поверхность .

Не каждая частица, находящаяся в суспензии, столкнется с проходящим через суспензию пузырьком. При заданном размере пузырьков вероятность столкновения зависит от крупности частиц, количества пузырьков, способа перемешивания.

Обозначим вероятность столкновения через , тогда

, (12)

где - число частиц, столкнувшихся с пузырьками за время ;

- общее число частиц.

Число столкновений пузырек-частица, здесь и - диаметры пузырька и частицы; и - число пузырьков и частичек, определяется характером турбулентных потоков, образуемых в результате разрушения структуры волокнистой суспензии при перемешивании ее с помощью мешального устройства, и зависит от относительной скорости между пузырьком и частицей, которая определяется по формуле

, (13)

где - кинематическая вязкость;

- плотность суспензии;

- разность плотностей частиц и суспензии;

- диаметр агрегата Ч/П;

- диссипация энергии , где - мощность мешального устройства.

Типичные значения диссипации энергии при перемешивании в мешальных аппаратах находятся в пределах от 1 до 100 Вт/кг.

На рисунке 13 показаны результаты расчета по формуле (13) относительной скорости движения пузырек-частица при различных размерах агрегата при вязкости суспензии = 0,05

При использованных в эксперименте размерах флотатора и мешального устройства диссипация энергии составила 60 Вт/кг, что не противоречит литературным данным.

Из рисунка 14 видно, что в гидродинамическом поле пузырька не все частицы могут столкнуться с пузырьком, а только те, которые содержатся в трубке тока с радиусом .

Рисунок 13 – Зависимость относительной

турбулентной скорости от энергии диссипации

Численными методами нами получена формула

, (14)

где и - радиусы частицы и пузырька соответственно.

По формуле (14) для экспериментально полученных в работе размеров частиц и пузырьков рассчитали вероятность встречи пузырек-частица. Результаты представлены на рисунке 15.

Величина Рейнольдса в уравнении (14) принимается, исходя из условий разрушения структуры волокнистой суспензии. Критическая величина , при которой происходит разрушение структуры для макулатурной массы со степенью помола 20 0ШР составляет , где -коэффициент гидравлического сопротивления, определяется экспериментально, - коэффициент динамической вязкости, принимаем из реологической кривой макулатурной массы концентрацией 1,0 % со степенью помола 20 0ШР.

1 - предельная траектория 2 - при , 3 - при

Рисунок 14 – Движение частицы

Рисунок 15 – Зависимость вероятности столкновения (встречи) пузырек – частица от размеров частиц и пузырьков

На рисунке 16 представлены результаты экспериментальных исследований влияния объемной доли воздуха и концентрации макулатурной суспензии на изменение белизны макулатуры, являющейся косвенным показателем эффективности флотации при различных размерах воздушных пузырьков.

Вероятность закрепления частиц, столкнувшихся с пузырьком, определяется временем утоньшения водной прослойки между частицей и пузырьком до ее разрушения и временем скольжения частицы по поверхности пузырька. Все частицы, время скольжения которых больше времени утоньшения жидкостной пленки, закрепляются на пузырьке.

Используя численные методы с учетом экспериментальных данных по размерам частиц, пузырьков, поверхностного натяжения, краевых углов смачивания, относительной скорости пузырек-частица, на рисунке 17, представлены результаты расчетов вероятностей адгезии.

На рисунке 18 представлены результаты расчета вероятности выноса закрепившихся на пузырьке частичек краски как функции размера частиц, гидрофобности частиц, выраженной через краевой угол смачивания при диссипации энергии 60 Вт/кг.

 А Б  Зависимость-126

А Б

Рисунок 16 – Зависимость повышения белизны отливки от количества и размеров пузырьков воздуха (А), зависимость эффективности флотации от концентрации суспензии (Б)

Рисунок 17 – Вероятность адгезии в зависимости от размеров частиц и пузырьков

Рисунок 18 – Зависимость вероятности стабилизации от размера частиц при заданном размере пузырька 200 мкм, диссипации энергии и угла

Таким образом, удельная скорость флотации (эффективность флотации) есть произведение всех трех вероятностей и определяется по формуле

, или , (15)

где - количество частиц, сфлотированных в промежуток времени от до ,

- число частиц в суспензии в момент времени ;

- количество частиц закрепившихся на пузырьке;

- количество частиц столкнувшихся с пузырьком.

Поскольку макулатурная масса используемых при флотации концентраций 1,0-1,5 % представляет из себя структурированную систему, представляющую для пузырька воздуха непреодолимую преграду, необходимо создать такие скорости потоков, при которых структурированное движение переходит в диспергированный поток. В аппаратах колонного типа это достигается установкой на дне аппарата мешальных устройств.

Исследованию распределения скорости жидкости в аппаратах с мешалками посвящено много теоретических и экспериментальных работ. Однако ввиду сложного характера течения жидкости в таких аппаратах, математическое описание распределения скоростей удалось получить только для некоторых простых случаев. Исследований работы мешальных устройств при облагораживании макулатурной массы во флотаторах обнаружить не удалось.

Величина насосного эффекта дает нам возможность организовать движение волокнистой суспензии по сечению флотатора таким образом, чтобы обеспечить движение ее в диспергированном режиме.

Имеющиеся в литературе рекомендации по определению мощности, потребляемой импеллерами флотаторов, сводятся к единственной формуле

, (16)

где – мощность на валу импеллера, Вт;

– опытный коэффициент;

– плотность массы, кг/м3;

– частота вращения импеллера, с-1;

– диаметр лопаток импеллера, м.

Ячейка флотатора рассматривается как гидравлическая машина, обеспечивающая замкнутую циркуляцию волокнистой суспензии по мериди-ональной циркуляционной петле.

 редстав-лена принципиальная-143

На рисунке 19 представ-лена принципиальная схема конструкции и кинематики движения потока в ячейке флотатора в меридиональной плоскости.

При работе флотатора импеллер можно уподобить центробежному насосу, со-общающему макулатурной массе энергию, которая заставляет ее двигаться по циркуляционной петле в условиях диспергирования волокон.

Рисунок – 19 Ячейка флотатора

Экспериментальное зондирование потока в ячейке флотатора позволило получить структуру скоростей в меридиональной плоскости флотатора. В сечениях , и представлены эпюры скоростей, характеризующие распределение потоков в экспериментальном флотаторе, а также его размеры.

Закономерности взаимодействия крупных и мелких частиц типографской краски с воздушными пузырьками.

Существующая технология роспуска макулатуры и отделения типографской краски от волокна не позволяет регулировать размеры частиц типографской краски. Поэтому разброс размеров частиц находится в диапазоне от 5 до 500 мкм. Несмотря на такой большой разброс частиц по размерам, в качестве теоретической основы флотации лежит процесс избирательного смачивания, т.е. формирование трехфазного периметра смачивания. Степень смачивания характеризуется величиной краевого угла (рисунок 20), который, в свою очередь, зависит от величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Для облегчения процесса флотации взвешенные в воде частицы даже более тяжелые, чем вода, должны быть гидрофобизированы, чтобы как бы втягиваться в гидрофобный пузырек и всплывать с ним на поверхность.

Флотация протекает при любых положительных значениях . Однако в практических условиях флоти-рующая сила, удерживающая части-цы и равная , дол-жна быть больше силы тяжести, т.е. веса частицы .

Это условие может быть выполнено всегда за счет уменьшения размеров частиц, поскольку сила тяжести убывает пропорционально кубу, а флотирующая сила – линейному размеру.

Равновесие между силами прилипания и силами отрыва частиц краски от пузырька воздуха характеризуется уравнением И. Уорка

, (17)

прилипание отрыв

где - радиус круга трехфазной границы, образовавшейся на поверхности одной из граней частицы;

- поверхностное натяжение воды;

- краевой угол смачивания;

- радиус кривой меридионального сечения у контура прилипания;

- объем частицы;

- ускорение силы тяжести;

- плотность частицы;

- плотность воды;

- ускорение движения системы пузырек - частица.

Существование верхней границы флотируемости определяется большим ростом сил отрыва по сравнению с силами прилипания.

Флотация крупных частиц (d > 20 мкм) называется контактной, т.к. между пузырьком и частицей осуществляется ближнее взаимодействие.

Для малых частиц (d < 20 мкм) наряду с контактной возможна флотация бесконтактная, при которой частица краски закрепляется и удерживается на пузырьке без образования периметра смачивания и краевого угла. Поскольку силы отрыва для частиц размером 100 мкм в 106 раз больше, чем для частицы в 1 мкм, то и силы прилипания должны варьироваться в этих же пределах.

Малые частицы краски, размеры которых меньше 20 мкм, безынерционны; тепловая энергия таких частиц соизмерима с кинетической энергией, т.е. их массой можно пренебречь.

Определяющая роль поведения таких частиц отводится поверхностным явлениям, т.е. возникает возможность и целесообразность изучения формирования агрегата пузырек-частица с общих позиций современной коллоидной химии на основе учения о дальнодействующих поверхностных силах. Сила, действующая на частицы краски, равна , где - молекулярная, - электростатическая, - гидродинамическая компоненты прижимной силы.

Согласно теории ДЛФО между частицами дисперсной фазы действуют силы молекулярного притяжения

, (18)

где – размеры частиц;

– лондоновская длина волны;

– константа Гамакера,

; – расстояние между взаимодействующими частицами;

и силы отталкивания, которые складываются из двух составляющих электростатической

, (19)

где -расстояние между частицами и пузырьком;

;

-диэлектрическая проницаемость среды;

- толщина диффузного слоя;

- заряды поверхностей частиц;

и структурной (или сольватационной) – .

Современная теория ДЛФО не позволяет количественно рассчитать структурную составляющую , поэтому анализ условий взаимодействия двух частиц возможен путем сопоставления двух величин – и . Баланс этих сил определяет результат встречи двух частиц дисперсной фазы, взаимодействие которых принято характеризовать с помощью потенциально-энергетических кривых – зависимостей суммарной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними .

На рисунке 21 изображены зависимости суммарной энергии взаимодействия пузырек-частица от расстояния между ними в растворах ПАВ при различных потенциалах частиц краски размером 20 мкм и пузырька размером 200 мкм, рассчитанные на основании экспериментальных данных.

Рисунок 21 – Зависимость суммарной энергии взаимодействия пузырек – частица от расстояния между ними при различных потенциалах частиц и пузырька

При наличии потенциально-энергетического барьера процесс флотации затруднен. При добавлении в систему электролита, энергетический барьер снижается, и, возникают условия для флотации.

Таким образом, флотацией малых частиц можно управлять, используя ионогенные ПАВ.

Факторы, влияющие на процесс флотации.

Эффективность извлечения типографской краски из макулатурной суспензии можно характеризовать косвенно через изменение степени белизны отливок из облагороженной массы и количества оставшихся частичек загрязнений путем их счета. В работе было исследовано влияние различных реагентов, изменения рН, поверхностного натяжения, -потенциала на эффективность флотации (рисунки 22 и 23). В таблице 3 представлены реагенты, применяемые при облагораживании, и места их применения.

А Б

Рисунок 22 – Влияние длины углеводородной цепи (А) и концентрации ПАВ (Б) на эффективность флотации

Таблица 3 – Основные реагенты процесса облагораживания

Реагенты Место применения
Гидроксид натрия (NaOH) Силикат натрия (Na2SiO3) Комплексообразователь (DTPA) Перекись водорода (H2O2) Тензиды (сурфактан) Собиратели Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, отбелка Гидроразбиватель, флотация, промывка Гидроразбиватель, флотация
Химикаты для агломерации Хлорид кальция (CaCl2) Диспергирующие вещества Гипохлорит натрия (NaClO) Гидросульфит натрия (NaHSO3) Очистительные полимеры Гидроразбиватель, очиститель Флотация Промывка, предподготовка Отбелка Отбелка Очистка


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 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.