автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.04, диссертация на тему:Развитие научных основ проектирования и создания агрегатов обезвоживания продуктов металлургического производства на основе вибрационной техники

од

На правах рукописи

2 9 АПР №к>

МАКСИМОВ Николай Павлович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ АГРЕГАТОВ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ВИБРАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

05.04.04 - Машины и агрегаты металлургического производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена В Северо-Кавказском государственном технологическом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ГОНЧАРЕВИЧ И. Ф. доктор технических наук, профессор БОЧКОВ Ю. Н. доктор технических наук, профессор ГЛУХАРЕВ К. К.

Ведущая организация - институт "ГИРЕДМЕТ"

Защита состоится 23 мая 1996 г. в 15.00 часов на заседании специализированного Совета Д 063.07.01 в Московском вечернем металлургическом институте по адресу: 111250, г. Москва, Е-250, Лефортовский вал, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан Я 1996 г.

Ученый секретарь специализированного

Совета к.т.н., доц. Васильева С. С.

Актуальность проблемы. Экономическое и социальное развитие общества невозможно без быстрого технического перевооружения производства и всемерной интенсификации технологических процессов и оборудования. Совершенствование металлургического и горнорудного оборудования, разработка новых высокоэффективных и высокопроизводительных машин и агрегатов является актуальной задачей.

Существенно важной задачей является также совершенствование процессов обезвоживания и применяемого для них оборудования, так как эти процессы при обогащении полезных ископаемых, гидрометаллургическом производстве »цветных металлов определяют значительную долю (до 2) расходов на передел. • Существующие схемы процессов обезвоживания состоят, как правило, из трех технологических операций: сгущение - в сгустителях, фильтрация - в фильтрах, судка -в термоустановках. Эти процессы и работа оборудования характеризуются низкой удельной производительностью, высоким расходом топлива и большими габаритным» размерами установок.

В настоящее время с целью интенсификации технологических процессов широко применяется вибрационная техника, это обусловлено тем, что при использовании вибрационного воздействия на обрабатываемые материалы повышается производительность оборудования и энергонапряженность процессов, значительно снижаются эксплуатационные затраты.

Вибрационное воздействие на обрабатываемые среды легко поддается регулированию путем изменения амплитуды и частоты колебаний, что лает возможность оптимизировать режимы технологических процессов, в частности, при обезвоживании суспензий металлургического производства.

Цель работы. Поиск и обоснование конструктивных решений, создание, на базе применения вибрационного воздействия, новых машин для процессов обезвоживания с устойчивым непрерывным режимом работы при интенсивном отборе жидкой фазы и получение мелкозернистых материалов с достаточно малым содержанием влаги.

Идея. Разработка расчетных и экспериментальных методов определения параметров вибрационного воздействия, обеспечивающего устойчивую работу вибрационных машин и принятия научно обоснованного решения по их конструктивному исполнению.

Научные положения.

1. Совокупное влияние . параметров вибрационного воздействия (амплитуда, частота) на режимы работы динамической фильтровальной перегородки вибрационного фильтра-сгустителя оценивается пропускной способностью по фильтрату (количеством образующего сгущенного продукта) и характеризуется зависимостями размеров и геометрии

перегородки, характером движения жидкой Фазы в ней, свойствам! суспензии и представляют собой показательные и степенные функци! определяющий техшшескую характеристику вкбромайины.

2. Совокупное влияние параметров вибрационного воздействие (амплитуда, частота) иа режимы работы фильтрующего элемента с тканевой Фильтровальной перегородкой вибрационного вакуум-фильтр; оценивается пропускной способностью по фильтрату (количеством образующегося кека) и характеризуется зависимостями геометрии фаю трующего элемента, характером движения" жидкой фазы, возможность! виброперемещения слоя осадка до поверхности фильтрогкани, свойствами суспензии которые описываются дифференциальными уравнениям; второго порядка, определяющими техническую характеристику вибра машины.

3. Совокупное влияние параметров вибрационного воздействи: (амплитуда, частота) на режим работы вибросушильной установки < вибрирующими подами, заполненными металлическими шарами, оценивается скоростью перемещения пластичных осадков (кеков) в зазора между металлическими карами и характеризуется зависимостями раз меров варов и количеством их на лодех, свойствами кека, количест вом и температурой подаваемого теплоносителя, которые предсгавля ют собой показательные и степенные функции определяющие техничес кую характеристику вибромашины.

4.Пропускная, способность отделы«« вибромашин, работающих режиме технологической линии,определяется их Функциональными свя зями и зависимостями режимов работы динамической фильтровально перегородки вибрационного фильтра-сгустителя,'фильтрующего элемен та с тканевой перегородкой вибрационного вакуум-фильтра и вибра ционной установки для сушки мелкозернистых материалов.

Научная новизна.

1. Теоретические и экспериментальные зависимости 'процессе обезвоживания суспензии в вибрационном фильтре-сгустителе учиты Всйт влияние на пропускную способность для фильтрата параметре вибрационного воздействия (амплитуда, частота), свойств и особен ностей конструкции динамической фильтровальной перегородки (плс щадь фильтрования, диаметр упругих нитей, коэффициент свободног объема и т.д.), свойств и характера обрабатываемой суспензии (от ношение жидкого к твердому в суспензии, размер твердых частии плотность, высота столба суспензии над перегородкой и др.).

2. Теоретические и экспериментальные зависимости процессе обезвоживания суспензии в вибрационном вакуум-фильтре учитывая влияние на пропускную способность для Фильтрата параметров вкбрг ционкого воздействия (амплитуда, частота), свойств и особенности конструкции фильтрующего элемента с тканевой фильтровальной пер?

- о -

горэдксй (свойство ткани, конструкция системы по эвакуации фильтрата. силы сопротивления при виброперемещении слоя осадка, перепад давлений создаваемый вакуум-машиной и др.), свойств и характера обрабатываемой суспензии (отношение жидкого к твердому в суспензии, плотность суспензии и осадка, относительную влажность осадка на поверхности фильтроткани и др.).

3. Теоретические и экспериментальные зависимости процессов эбезвоживанкя осадков (кеков) в вибрационной установке для сушки /чпгывгю-г влияние параметров вибрационного воздействия (амплитуда, частота) при двгжении пластичных материалов в зазорах между металлическими тарами, диаметр шаров, количество рядов шаров на гадах, характер и свойства обрабатываемых кеков (относительную злаиаюсть кеков, плотность, размер твердых частиц, вязкость и 1р.) количество и температуру подаваемого теплоносителя.

4. Теоретические и экспериментальные зависимости пропускной способности в вибрационном Фильтре-сгустителе, зибрационном вакуум-фильтре. вибрационной установке для суш-си мелкозернистых мате-жалоз учитызают их взаимовлияние при работе в режиме технологи-[еской- линии по. 1фличеству сгущенного продукта, выдаваемого кека [ готового сухого продукта.

Научное значение.

1. Теоретические и экспериментальные зависимости гибрзцкон-сго воздействия на динамическую фильтровальную перегородку поз-олили предложить научно обоснованное решение по конструкции ек6-ационного фильтра-сгустителя, обеспечивающего интенсивный отбор едкой фазы из суспензии «'получение сгущенного продукта (в пер-ой стадии обезвоживания) с влажностью 46-55 X.

2. Теоретические и экспериментальные зависимости вибрациоя-ого воздействия на тканевуя Фильтровальную перегородку позволили редложить научно обоснованное решение по конструкции вибрашгол-ого вакуум-фильтра. обе'спечизаюаего интенсивный отбор жидкой Фа-ы из сгущенного продукта и получение кека (во второй стадии безвсскивания) с относительней влажностью 10-20 X.

3. Теоретические и экспериментальные зависимости ЕИбрацкок-эго воздействия на поды заполненные' металлическими карами позволяй предложить научно обоснованнее решение по конструкции зибра-танкой установки, обеспечивающей интенсивна суику кеков и поучения готового'мелкозеркистого продукта (в третьей стадии обез-эживания') с относ1ггель:;сй влажностью 3,5-5 %.

4. Полученные зависимости режимов работы вибрационного филь-за-сгустителя, вибрационного вакуум-фильтра и вибросушкльной ус-щовки дали возможность создать технологическую лини» с высокой ^активностью перерабзтыззощей суспензии металлургического про-¡водства с выдачей готового продукта в мелксзержст-ом состоянии.

Практическое значение работа. Ка основании результатов выполненных исследований были рассчитаны и изготовлены опытнргпро-мывленный фильтр-сгуститель с динамической фильтровальной перегородкой, опытно- промышленный вибрационный вакуум-фильтр с тканевой фильтровальной перегородкой, опытно-промышленная вибрационная установка. для суши мелкозернистых материалов.

Предложенные конструкции вибромашин собранные в технологическую линию позволили получить готовый сухой продукт (концентрат) с конечной относительной е.ч&'кностью 3,5-5 X, при этом удельная производительность увеличилась в 1,6-2 раза по сравнению с удельной производительностью действующего в настоящий момент оборудования.

Реализация работы. Предложенные конструкции вибрационного фильтра-сгустителя с динамической фильтровальной перегородкой площадью фильтрования 1 м2, вибрационного вакуум-фильтра с тканевой фильтровальной перегородкой площадью фильтрования 4 ыг и вибрационной установки для сувки мелкозернистых материалов площадью одного пода 0,15 м2 были изготовлены и введены в эксплуатацию в виде технологической линии на обогатительной фабрике Урупского горко-обогатительного комбината.

Разработаны-промышленные варианты вибрационного вакуум-фияь-тра с площадью фильтрования ЭЭ м2 для обогатительной фабрики Садовского свикшво-цинкового комбината и площадью 64 м2 дла обогатительной фабрики Урупского ГОКа.

Апроаация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях Северо-Кавказского государственного технологического университета в 1930-1935 гг., на кафедре-механического оборудования горно-металлургических предприятий в 1995 году, международной научной конференции СКГТУ в 1994 году, научно- технической конференции Уральского политехнического института, секции "Физико-механических проблей¡обогащения и брикетирования углей" Института обогащения твердого топлива, заседании кафедры механического оборудования металлургических заводов УПИ, гаседании технического Совета при главном инженере Садокского свинцово-цинкового комбината, заседании технического Совета при главном инженере завода "Злектро-цинк", заседании технического Совета при" главном инженере Урупского горно-обогатительного комбината.

Ладное научное направление признано в 1994-95 гг. победителем конкурса грантов при Московском государственном техническое университете имени Н.Э. Баумана по разделу "Металлургическое машиностроение".

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 2£ статьях, получен патент на способ фильтрования суспензий и коне-

- ? -

рукцию фильтра-сгустителя с динамической перегородкой и 2 азорских свидетельства на конструкции вибромашин.

Теоретические обоснование и реализация проектов в произведено выполнялись при непосредственном участки автора диссертации з ачестБе научного руководителя на заводе "Злектрецинк", Сздонском винцово-цинковом комбинате, Урупском герко-обогатительном комби-ате, СКГТУ.

Автор благодарит производственные коллективы предприятий Се-ерного Кавказа за содействие и помошь при выполнении диссертациями исследований, а также сотрудников СКГТУ, принимавших ywзоне в лабораторных и производственных исследованиях.

Диссертация состоит из введения, б глав, изложенных на 246 йутах текста, содержит 67 рисунков, 22 таблицы.. список литерату-ы 138 наименований.

ССШВШЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО УСТАНОВКАМ ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ-.МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА с mШЬЮ ВИБРАЦИЙ С1-33.

Многообразие применяемых в практике разновидностей фильтров фильтров-сгустителей объясняется не только весьма широким раз-ичием в свойствах разделяемых суспензий, но и в значительной гепени несовершенством применяемых конструкций, среди тоторых рактически нет, в достаточно полной мере, удовлетворяющих требо-аниям современного производства. Среди этих требований важнейзи-и являются: высокая производительность (при обеспечении техколо-кческих целей), конструктивная компактность, простота обслуживает и ремонта, минимальные эксплуатационные расходы.

Несмотря на простоту самой схемы разделения суспензии на ильтруюадай перегородке, применяемые в практике разновидности фи-ьтров и фильтров-сгустителей обычкь отличаются большой конструк-1!вной сложностью и значительными габаритами.

Кроме того, сушественным недостатком выае.-'Перечисленных кльтров является циклический характер работы фильтровальных пе-ггородок, в том числе н на установках непрерывного действия, гим в основном, и чаде всего, определяется низкзя эффективность к использования.

Известно, что используемые в настоящее время непрерывно эйствутие фильтры и фильтры-сгустители в большинстве своем эльзя признать достаточно совершенными и в полной мере ссогзехс-вуэдими требованием современного производства, хотя отмеченные же недостатки в ряде кснстругащй достаточно удачно ксмпенсиру-гся возможностью параллельно выполнять на этих установках допол-итеяьньге технологически необходимые, операции типа проявки и /ики. Следует указать и ка -то, что недостатком рассматриваемых

устройств является сложность их обслуживания и ремонта. В большинстве случаев рабочие элементы их труднодоступны для наблюдения в процессе работы и требуют значительных затрат времени при ремонтах.

Применение фильтров и фильтров-сгустителей периодического действия (в том числе и с автоматизированным управлением) не всегда определяется особенностями обрабатываемых суспензий и уровнем,производительности. Нередко определяющим фактором их выбора является простота конструкции и существенно меньшие капитальные затраты. Эти достоинства, однако, являются относительными, таг как эксплуатация установок связана с применением ручного труда и необходимостью (систематически) привлекать вспомогательные механизмы (например, краны).

Основные направления развития и совершенствования фильтрующего оборудования в мировой практике, например, на таких фирмах как:. "Дейви Пакемак знд К°"' "Берд Машин", "Экмко", "Краусс-Мад-рей-Империал", "'Гумбольдт", "Филипп", "Т-эш", "Сапа" ведутся по пути создания крупных установок с максимальной площадью фильтрации. Для барабанных Фильтров с наружной поверхностью фильтрования до 145 ыг, для дисковых - да 260 м"-, для карусельных - до 190 мг, тарельчатых - до 40 м2, ленточных - до 20 листовых - до 153 м2, патронных - до 62 м2, фильтр-прессов - до 400 м2.

В СНГ, наряду с увеличением единичной мощности фильтров, проводятся работы по созданию фильтров новых конструкций:

- непрерывного действия, работающих под давлением;

- автоматических фильтр-'прессов с вертикальной фильтрующей перегородкой;

'•' - дисковых и листовых с центробежным и вибрационным сьемоь осадка;

- динамических для обработки вязких суспензий;

- патронных непрерывного действия;

- карусельных и акустических.

В последние годы с высокой эффективностью и хорошими эксплуатационными показателями в производственные процессы стала внедряться вибрационная техника.

Как правило, мазикам и аппаратам, работавшим на принцип« вибраций,присуще простота аппаратурного оформления, высокая производительность и достаточная научная основа.

Можно утверждать, что вибротехника и связанная с ней техно логия имеют реальную возможность для широкого внедрения в лроцес сы фильтрования.

Особенно ограниченное распространение вибромашины получили цветной метачлургии. Примеры "выхода вибротехники на- отрасль буквально единичны, если ке считать виброгрохотов, вибролотков

виброконвейеров, занятых на транспортировке.сыпучих материалов.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт (пока весьма огромный), на вибропринципе работают некоторые фильтры для рззде-яеяия неоднородных бшарнкх систем. Причем виброфильтры, в срав-мения с традиционными фильтрами любой конструкции и принципа действия, имеют целый ряд преимуществ. Например, по сразнениюс Зврабачнами вакуум-фильтрами расход энергии менее в 2.5 раза, «асса конструкции менее в 5 раз, производительность более в 1,5 раза. И помимо того они требуют значительно меньше капитальных и эксплуатационных затрат.

Однако, существуют вибрационным фильтрам, наравне с их по-вокителькостью, присущи и недостатки, как то: работая с выратея-тай динамичностью, они издают несколько утомляющие звуки, требуют точной настройки, "капризны" при первоначальном запуске и др. В гоже время все это легко устранимо при пользовании надежны;® и •ачественно изготовленными вибраторами. К сожалению, в настоящее зремя в нашей стране отсутствует широкая номенклатура вибраторов, которые бы безотказно и устойчиво работали при постоянной их эксплуатации.

Несомненно, что в силу закономерностей технического прогресса долкнач виброаппаратура займет подобающее ей место в обезволивающем хозяйстве.

В качестве принципиально новой группы следует отметить виб-эашонные фильтры, которые появились относительно недавно и начинает- получать распространение в некоторых отраслях промышденнос-ги. В таких фильтрах для шаексжякации процесса фильтрования используется вибрация фкльтруюц-зй перегородки или обрабатываемого збъема суспензии. Нкке показаны схемы наиболее действенных вибрационных фильтров, применяемых в настоящее время в отечественной практике.

Фильтр с конический; фильтрующими элементами, прс-дстазлетшй авторским .-свидетельством N 1041130, фильтр по авторскому свидетельству N 1095947, вибрационный фильтр по авторскому свидетельству N 1095948, ультразвуковой вибрационный фильтр, вибрационный фильтр-сгуститель по авторскому свидетельству N535095 и др.

Бее вызерассмотрекные фильтры имеют два существенных недос-гатка:

1. В конечном продукте содержится высокий процент влаги:

2. Проблема эвакуации осадка решена неудовлетворительно.

Основные возможности и направления повышения эффективности

фильтровальных установок могут быть сформулированы в следующем виде:

1) повышение удельной производитель кости фильтрующих поверхностей;

2) применение режимов, обеспечивающих повышение стойкости (или работоспособности) фильтровальных перегородок;

3) максимальное снижение простоев и затрат на ремонты и текущее обслуживание;

4) снижение стоимости установок;

5) снижение энергоемкости процесса, в том числе за счет вспомогательных операций.

Основные направления, тенденции развития и совершенствования оборудования для сушки

Работы по совершенствован!® сушильного оборудования а мировой практике ведутся на таких фирмах как: "Нусилоза" и "Вютнер" -(ФРГ); "Линк-Белт" - (США); "Ниро Атомайзер" - (Дания) и др. Основное направление - минимизация затрат на стадии сушки и в первую очередь уменьшение общего количества энергозатрат и эффективное использование энергии. Это связано прежде всего с достижением .минимально возможной влажности материала на стадии, предшествую-ыей сушке, с применением максимально возможной температуры сушильного агента и «акеимальных температурных перепадов в сушилках.

Важнейшим источником уменьшения себестоимости сушки является гштенс-ификацкя процесса, т.е. эффективное использование объема сушилки. Чем меньше размеры аппарата при одной и той же производительности, тем он менее металлоемок, требует меньше капитальных и других затрат. Для уменьшения размеров сушилки нужно стремиться к увеличению поверхности фазового контакта, увеличивать относительную скорость дисперсной и газовой фаз, уменьшать скорость движения частиц в аппарате, увеличивать движущую силу процессе сушки и уменьшать расход воздуха на'сушку.

В СНГ. наряду с повышением производительности сушилок, ведутся работы по созданию сушильных аппаратов новых конструкций:

- распылительные сушилки;

- пневматические трубы-сушилки;- пневматические спиральные сушилки;

- вихревые и циклонные сушилки;

- сушилки с кипящим слоем;

- б кбросушилки.

Применение вибрационных воздействий в процессе сушки позволяет интенсифицировать теплообмен и массообмен между частицами : газом за счет турбулизащш пограничного слоя и обеспечить устой чивый гидродинамический реиим. По гидродинамическим условиям виб росутаилки делятся на две группы: с режимами виброаэрокипящего виброкипяаего слоя.

Режим виброаэрокипящего слоя создается в аппаратах, в кото рых дисперсный материал псевдссшокается под действием вибраций

передаваемых слою вибрирующими элементами и.под действием гидродинамических сил газового потока, продуваемого сквозь слой через пористое или перфорированное днище. Такой режим применяют для сушки крупнозернистых ксмкугетхся материалов и тонкодисперсных материалов склонных к окомкованию, т.е. когда материал газовым потоком невозможно перевести б равномерный кипящий слой.

Режим виброкипящего слоя создается в аппаратах, в которых псевдоожижение, перемешивание и направленное перемещение дисперсного материала происходит лишь за счет действия на него вибраций рабочего органа. При этом тепло можно подводить к материалу конвективным и кондуктибкым способом. Такие аппараты используются главным образом для сушки хорошо сыпучих материалов.

Благодаря компактности, малой энергоемкости, хорошей модели-руемостк процесса вибрсс-уиилки завоевывают все большую популярность. Их разработкой занимаются ведущие зарубежные фирмы и ряд организаций нашей страны. В настоящее время разработано много конструкций различных типоразмеров с производительностью до 25т/ч.

Имеются все основания -к тему, что виброаппаратура найдет широкое применение в обезвоживающем хозяйстве обогатительных фабрик.

К числу сушильных агрегатов, которые появились относительно недавно, следует отнести сушилки с применением вибрации.

Вибрссушияка с кипящим слоем фирмы "Ззер Висс" (ФРГ), вибрационная сушилка с непрерывным режимом работы по патенту N1241355, Устанозка для термообработки материала по авторскому свидетельству N567780, горизонтальная спиральная вибрссуинлка конструкции Киевского политехнического института, вертикальная .вибросушилка со спиральными лотками, установка для термообработки дисперсных материалов в виброкипяа&м слое ИТМО АН БССР и др.

Основные направления повышения эффективности сушильных установок следующие:

1) повьпзение удельной производительности;

2) компактность и простота конструкции;

3) отказ от применения жидкого топлива и снижение энергоемкости процесса;

4) снижение стоимости установки и эксплуатационных расходов;

5) максимальное снижение простоев и затрат на ремонт и текущее обслуживание.

исследование и конструктивная разработка вибрационного фильтра-сгустителя с динамической фильтровальной перегородкой [4-73

Основные задачи и направления теоретического исследования процесса фильтрования в условиях вибрации динамической перегородки в принятой исходной схеме вибрационного фильтра-сгустителя (см. вике) определяются необходимостью выявить:

1) возможности и условия, при которых происходит процесс отделения жидкого от твердого;

2) влияние колебаний Фильтровальной перегородки (амплитуда, частота) на процесс фильтрования;

3) влияние перепада давлений на количество образующегося фильтрата и твердой фазы на вибрирующей перегородке.

Все зги вадачи рассматриваются и анализируются с точки зрения законов механики обусловленных конкретными поверхностными свойства1« частиц твердой фазы и жидкой среды, гравитационным полем и инерцией, структурой фильтровальной перегородки.

Пропускная способность для фильтрата динамической перегородкой совершающей прямолинейные гармонические.колебания в направлении перпендикулярном плоскости перегородки, рассматривается при следующих допущениях:

а) фильтрующая поверхность является жесткой и все ее точки перемешаются при колебаниях синхронно;

б) каналы перегородки (поры) прямолинейны я имеют гладкую поверхность;

в) частила твердой фазы имеют шарообразный вид.

Если площадь фильтровальной перегородки обозначить черев s (к2), а толщину через h (м), то объем будет Sh, а объем каналов (пор) She. где е - коэффициент свободного объема (отношение пустого пространства ко всему объему перегородки).

.Примем, что длина каналов 1 равна толщине перегородки h, тогда суммарная площадь сечений каналов составит Shs/h = Ss.

Произведение этой площади на скорость 0 в каналах равно объемному расходу, который в своя очередь равен S0o. где 0о - Фиктивная скорость (т.е. скорость отнесенная ко всей площади сечения перегородки). Таким образом, Ss<> = Э}0. откуда скорость в каналах составит:

Л = Ор/е . (1)

Эта скорость 0 является действительной скоростью (в отличии с? фиктивной), хотя"и это название не точно, поскольку фактическая длина каналов 1 больше толщины h, а шэдадь сечения качала меньше Ss.

Общая площадь поверхности каналов равна Shf, где f - удельная плоездь (kVm3) • Разделив эту величину на прияятую длину каналов h, получи^« их периметр Sf. Площадь сечения каналов равна Ss, следовательно эквивалентный, диаметр каналов составит:

d8KB » 4s/f, . (2)

(поскольку при движении жидкости в трубах или каналах кекруглого сечения в выражение критерия числа Рейнольдса Re вместо диаметра подставляют величину эквивалентного диаметра).

Подставляя значения 0 и <1экв в классическое выражение для

критерия Рейнолъдса при движении кедкссти через пористый слой подучим: '' ödSKap -il>rjp 4W

Re = --- = ----. (3)

Ц t'ß fu.

где p - плотность жидкости;

ji - коэффициент динамической вязкости; w - массовая скоростьА отнесенная ко всей площдди перегородки, кг/м'-с.

Подставляя значения ö и в классическое вьракенне определяющее потерю давления в трубопроводе, найдем потеря давления в фильтровальной перегородке:

xhfpi>20

йр = —;- , И)

£

где X - коэффициент пропорциональности (коэффициент гидравлического сопротивления).

После ряда преобразований это уравнение мохко привести к виду применимому при фильтровании через пористые среды:

3 11,6 h (1-Е)

Др а--- - . - ---р . 02О . i.5)

4 Re0'25 d Ф в3 где Ф - коэффициент Форш.

В соответствии с принятой схемой вибрационного фильтра-сгустителя давление на фильтровальную перегородку будет состоять из двух слагаемых:

Лр «.- рг + рг . " (5)

где pi - 'давление гидростатического столба жидкости;

Р2 - периодическое давление за счет действия вибраций.

Давление pi = p-g-H , Н/мг; (7)

где р - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение силы тяжести, и/с2; Н - высота сто.;-О а жидкости, м (рис.).

Периодическое давление рг. передающееся перегородке через шток от инерционных вибраторов, определяется с учетом всех силовых и конструктивных особенностей по формуле:

с

Р2 „ - Sinwt , Н/м2 (3)

F

где с - возмущдодая сила за счет работы инерционных вибраторов, с учетом жесткости упругой системы. Н;

F - площадь фильтровальной перегородки, uz.

Отсюда легко определяется • фиктивная скорость движения жкд-

кости при фильтровании:

1;7/_~ ф1.25.^.25^3 ; ~ '

о0=г 0.Ю386----- -(р-е-к + — -бш^) о:

М-О^.р0'75.»?'*5 г

Производительность по фильтрату можно определить по формуле: 0® = д - йо-Р-2-т: , (10!

где д0 - фиктивная скорость, движения жидкости, м/с;■ Г - площадь поверхности фильтрования (одной перегородки) , м2;

г - число фильтровальных перегородок установленных на одном фильтре; х - время, с,

В результате конкретных расчетов установлено, что при площади фильтровальной перегородки 1 м2, высоте столба жидкости на; перегородкой 1 м. диаметре полимерной нити фильтрованной перегороди? 0,001 м, плотности Фильтрата 995 кг/кг1:

- увеличение толщины динамической фильтровальной перегородки I 0,01 до 0,05 м приводит к уменьшению пропускной способности > 43,5 до 17,3 ы3/ч;

- уменьшение высоты столба суспензии над динамической фильтровальной перегородкой с 1 до 0,5 м приводит к уменьшению производительности но фильтрату с 18,5 до 13,3 иР/ч;

~ уменьшение коэффициента свободного объема с 0,09 до 0,05 уменьшает производительность по фильтрату с 16,3 до 5,78 м3/ч.

Экспериментальное доследование процессов фильтрования в вибрационном фильтре-сгустителе Поскольку исследуемьп"! вариант фильтра-сгустителя являете новым и не имеет в практике прототипа, объем и содержание зкепе ркментаяьной части были запланированы и осуществлены в соответствии со следующими основными целями и задачами:

1. Экспериментальное подтверждение работоспособности вибрационного Фильтра-сгустителя с динамической перегородкой по разра бгтывавмой схеме в непрерывном и периодическом режиме работы;

2. Экспериментальная оценка влияния основных факторов вибра аионного воздействия на процесс фильтрования и получения дачных-необходимых для технологических и конструктивных расчетов;

3. Получение данных для оценки эксплуатационных свойств раз рабатываемей установки.

Лабораторная экспериментальная установка. Запроектированная и изготовленная лабораторная установи состоит из опорной конструкции , установленной на виброотррах. Н опорной конструкции закреплена ванна , имеющая объем 100 литров в верхней части которой жестко закреплена напорная труба , состо

ятя из отдельных секторов связанных друг с другой, через уплотнения, болтами (подобная конструкция позволяет регулировать гидростатическое давление). Ванна имеет прямоугольные отверстия , расположенные в трех направлениях к плоскости горизонта (0°, 45°, 60°) куда через уплотнения устанавливается динамическая фильтровальная перегородга. Центральная часть перегородки через шток с помощью шайб и гаек жестко крепится к инерционному вибратору. Инерционный, вибратор в сбою очередь установлен на упругие элементы и создает вибрационное воздействие. Снизу под фильтровальной перегородкой на ванне (с двух сторон) установлены прозрачные стекла , для проведения фотографирования и наблюдения. Сгущенный продукт собирается з шкней части ванны.

Конструкция динамической фильтровальной перегородки состоит из металлической рамки , выполненной из тонкого листового металла на которую укладывается (сгибая рамку) в двух направлениях (вдоль и поперек) упругая полимерная нить. Укладка нити производится рядами с натяжением, исключая зазоры. Собранный, таким обра?ом, пакет укладывается на прямоугольное окно ванны фильтра через уплотнения. Крепление пакета к ванне осуществляется при помощи болтов. В центре пакета с помощью шайб и гаек, устанавливается шток, по-лучасакй гармонические колебания в вертикальной плоскости от инерционного вибратора.

В процессе испытаний использовалась дикамкчеа:ая перегородка площадью ? = о.огб м2.

Эксперимент проводился в соответствии с планом по методу комбинационных квадратов. Результаты опытов заносились в специальные таблицы и после обработки данных показаны "в виде графиков.

3 опытах использовалась суспензия цинкового концентрата с отношением Ж/Т = 6/1 по весу.

В результате опытов получены зависимости пропускной способности динамической перегородки по фильтрату при различных значениях амплитуды и частоты.

Полученные зависимости показывают, что с увеличением амплитуды колебаний от 0,5 до 2 мм практически линейно происходит увеличение производителькости по Фильтрату и при увеличении частоты колебаний также происходит увеличение пропускной способности динамической перегородки.

Конструктивная разработка и испытания полупромышленного вибрационного фильтра-сгустителя

Исследования лабораторной установки и полученные результаты тозволили разработать конструкцию опытно- промышленного фильтра-сгустителя с динамической перегородкой.

Б эту конструкцию заложен принцип:

- фильтрование суспензий с помощью вибрационного воздействия;

- минимальный расход электроэнергии;

- простота конструкции' реыонта и эксплуатации;

- использование фильтровальных перегородок из нетканных полимерных нитей;

- возможность полной автоматизации;

- высокая пропускная способность перегородки для фильтрата.

На рисунке 1 показана конструкция опытно-промышленного фильтра-сгустителя. На опорной конструкции Сна-рисунке не показана) через упругие элементы (пружины) 10 установлена бункерная часть Фильтра-сгустителя 1. Бункерная часть имеет раму с наличием ребер жесткости и получает прямолинейные гармонические колебания от электромагнитных вибраторов 2. Колебательные движения бункерной частя предназначены для более качественной разгрузки скопившегося в ней осадка через разгрузочный патрубок. В случае забивания осадком разгрузочного патрубка возможна его промывка водой через патрубок и.

Над бункерной частью с зазором 100 мм установлена ванна 4 с жестким креплением к опорной конструкции. В зазор между бункерной частью и ванной устанавливается упругая вставка 3, выполненная из транспортерной ленты и закрепленная с помощью металлических пластин, болтов и гаек к кромкам. Такое крепление упругой вставки обеспечивает надежную герметизацию. В верхней части ванны уста-• новлека напорная труба 7 куда подается исходная суспензия. С обеих сторон вдоль напорной трубы на упругих элементах выставлены инерционные вибраторы б, " которые в свою очередь через шток 5 жестко связаны с динамической фильтровальной перегородкой 8, установленной в специальных о;жах ванны 4. Для удаления Фильтрата в верхней части ванны закреплен г.елоб 9.

Испытания опытно-промышленной установки фильтра-сгустителя . проводились на обогатительной фабрике Урупского ГОКа. Исходная суспензия поступает в напорную трубу фильтра-сгустителя.и при работе вибраторов разделяется на динамической перегородке на две Фракции. Фильтрат проходит через перегородку и непрерывно удаляется по желобам, а твердая фаза скапливается снизу фильтровальной перегородки и по мере накопления оседает в буккерную часть фильтра-сгустителя и через разгрузочный патрубок выводится наружу.

Опытно-промышленный образец вибрационного фильтра-сгустителя конструктивно разрабатывался на базе следующих решений:

- ваннз фильтра-сгустителя с напорной трубой и бункерной частью выполняется из листового.металла с наличием ребер жесткости, конструктивно обеспечивавшая естественный подпор (давление столба суспензии) на филь?руюздй элемент;

- фильтрующая перегородка. Наиболее. компактный вариант выполняется аналогично конструкции установленной в лабора-

Сусшшя

7777р7

è^Â ß

Филыррат.

9

Ю

Рис. Г. Оглткс-прошпленвдЯ 'фильтр-сгуститель с динамической фильтровальной перегородкой

торной установке.

Расположение фильтрующей динамической перегородки - горизонтальное, это обеспечивает компактность машины и ее устойчивую работу (установка фильтрующей перегородки под другими углами к плоскости горизонта, как показали эксперименты на лабораторной установке, какого-либо эффекта по увеличению пропускной способности не дали);

- вибраторы. Поскольку диапазону применяемых режимов соответствует и частота 50 Гц, то конструктивно целесообразно применять для вибрации Фильтрующего элемента серийно выпускаемые нашей промышленностью инерционные вибраторы, а для бункерной части - электромагнитные. Выбор типа вибратора также зависит от необходимой установочной мощности. Фильтр-сгуститель испытывался на суспензии цинкового концентрата, имеющего содержание жидкого в питании 70+80 % и крупность твердой фракции 80*90 % класса минус 0,074 мм. При испытаниях контролировались следующие параметры:

- производительность (определялась взвешиванием выдаваемого фильтрата за единицу времени);

- относительная влажность сгущенной суспензии (определялась высушиванием предварительно взвешенной порции);

- потребляемая мощность вибраторов (определялась прибором К-50);

- амгшяуда колебаний фильтрующей перегородки и бункерной части (определялась приборами ВИП-2 и ВР-1).

Экспериментальные данные работы вибрационного фильтра-сгустителя с динамической перегородкой общей площадью фильтрования 1 .ч2 при"'непрерывном действии колебаний с частотой 50 Гц на суспензии медио-цинкового концентрата в условиях обогатительной фабрики Урупского ГОКа показывает, что при возрастании амплитуды колебаний с 0,5 до 2 мм происходит увеличение пропускной способности динамической фильтровальной перегородки для фильтрата с 3 мэ до 15 м3 это объясняется тем, что с увеличением амплитуды колебаний увеличивается аазоры между полимерными нитями. Однако при амплитуде колебаний 'равной 2 мм происходит незначительное помутнение фильтра за счет проскаккзания отдельных твердых частиц в еазоры полимерных нитей, при относительной влаквости сгущенной суспензии 50-60 •

Полученные данные в результате проведенных экспериментов на лабораторной и опытно-промышленной установке в условиях обогатительной фабрики Урупского ГОКа хорошо согласуются с теоретическими расчетами.

На основании полученных данных разработан технический проект промышленной установки вибрационного фильтра-сгустителя 'с динами-

ческой фильтровальной перегородкой для Урупского горно-обогатительного комбината.

Таблица 1

Техническая характеристика опытно-промышленного фильтра-сгустителя с динамической перегородкой

Общая фильтрующая поверхность. мг | 1

Количество фильтрующих перегородок, шт | 8

Инерционный вибратор, ит ( 4

Тип | ИВ-38.А

Мощность, кВт | 0,5

Количество, шт | 4

Электромагнитный вибратор, шт I 2

Тип 1 С-920

Мощность, кВт | 0,5

Количество, шт ч | 2

Габаритные размеры, мм I

Высота | 3000

Ширина > 1 1500

Длина. .. { ....... ' 1 1700

ИССЛЕДОВАНИЕ И КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОГО ВАКУУМ-ФИЛЬТРА С ТКАНЕВОЙ ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ С8-213

Расчетно--теоретический анализ процессов фильтрования с тканевыми вибрнруюкями перегородками. Задачи исследования

Основные задачи и направления расчетно-теоретического исследования движения частиц и слоя осадка в жидкой среде в условиях вибрации в соответствии с принятой исходной схемой вибрационного вакуум-фильтра (см. ниже) определяются необходимость» выявить:

1) возможности и условия при которых происходит вибропереые-цение слоя осадка по фильтрующей поверхности;

2) особенности виброперемещения и возможного уровня сторос-

тей;

3) влияние колебаний жидкой среды на процесс осалдения частиц твердой фазы;

4) влияние вибрации на процесс виброуплотнения осадка в разгрузочной части ванны.

Все эти задачи рассматриваются с точки зрения законов механики на базе силовых взаимодействий, обусловленных гравитационным •полем, инерцией и трением. Силовые явления, обусловленные кокк-

ретными поверхностными физико-химическими свойствам частиц твердой фазы и жидкой среды, исключаются в порядке допущения'.

Возможность виброперемеиения вязкого сдоя осадка по плоской рабочей поверхности, погруженного в ванну с суспензией фильтрующего элемента, наклоненной к горизонту под углом « и совершающей прямолинейные гармонические колебания в направлении, образующем угол в с указанной поверхностью . рассматривается при следующих допущениях:

а) поверхность является жесткой и все ее точки перемещаются при колебаниях синхронно;

б) условно выделенный для рассмотрения элемент слоя приравнивается к материальной точке и ей придаются все свойства слоя;

в) углы « и в в общем случае лежат в пределах

тс я

О < а < - и 0 < а < - . (11),

2 2

К выделенному для рассмотрения элементу, размером l-1-h. приложены:

Ga - вес элемента (с учетом выталкивающей силы);

ДР - сила, обусловленная перепадом давлений;

I - сила инерции:

К - ''сила прилипания";

FTp - сила трения на поверхности фильтрующего элемента,

FBk ~ сила вязкого трения наружной поверхности слоя (m-ш) о суспензию;

R - нормальная составляющая динамического напора со стороны, колеблющейся вместе с фильтрующим элементом, массы фильтрата;

N - нормальная реакция;

Q - нормальная составляющая динамического напора колеблющейся суспензий с-внешней стороны слоя.

Дифференциальные уравнения относительного движения выделенного элемента, составленные с учетом всех действующих на него сил, имеют вед: т

rnx = mAw2cosít slnwt + Ga sino! - FTP -FBH, }

} (12)

my = mAw2slne slnwt + §3 eos« - К -ÜP +R - Q + N. I

j

В общем случае возможны следующие три варианта движения элемента слоя относительно фильтрующей поверхности:

а) относительное скольжение без отрыва от фильтрующей поверхности;

б) движение без непосредственного контакта с фильтрующей по-

верхностью;

в) совместное движение с" фильтрующей поверхностью без отрыва и проскальзывания.

Лрк движении слоя по фильтрующей поверхности без отрыва у = 0 = const. Сила приграничного трения в этом .случае FTP = fi< при х >0 и FTP « ~ fN при х < 0, где f - коэффициент приграничного трения.

Нормальная реакция N = N (t) может быть определена из второго уравнения при у = 0 (поскольку у = 0 = const").

N = - mAc/'sins slnwt - 6а cos« + К + ДР - R + Q > 0. (13)

С ^учетом этого первое уравнение получит вид: - rnx = mA«2coss slnwt + GaSln« - FBh ± £ (- mAu2sln0 si nut -- Gacosa + К +ДР - R + Q). (14)

Знак плюс перед f соответствует случаю х < О, знак минус -случаю х > 0. Условия, определяющие возможность этого движения, рассматриваются ниже.

Дифференциальные уравнения движения слоя с отрывом от фильтрующей поверхности (для периода полета) определяются условиями

N - 0; FTp= О; К = О и имеют вид: 1

X « - (mAuzc0s3 slnwt + GaSln« - FBH). т

Ш

> (15)

у = - (mA«rsin3 Simit + GaCQSci - ДР + R - Q). J

m

При относительном покое слоя на вибрирующей поверхности х=0, у=0. Зто может иметь место при

Ftp = foN(t) > IQaSinct + mAw2cosf? slnwt - FBHI. (16)

где f0 - коэффициент трения покоя.

Как видно, возможность или невозможность перемещения слоя относительно фильтрующей поверхности определяется соотношением К, ДР. R. Q, N. f, fo. а также значениями <* и е. Значения К, f и f0 для конкретных осаждаемых материалов и их влажности в слое могут быть определены экспериментально; значения R и Q зависят не только от свойств жидкостей, но и от геометрии фильтрующего элемента и ванны фильтра. Зто существенно-затрудняет возможность теоретического анализа процессов.

Ниже будет показано, что практически наиболее целесообразным конструктивным решением вибрационного вакуум-фильтра является ватт л

риант с « = — и й ---« = О , обеспечивающий

2 2

при достаточно благоприятных условиях формирование и вибропереме-

щение слоя на филь грушей поверхности, возможность иметь достаточно компактные установки с большой площадью фильтрования (мко-гоэлементные фильтры), Для этого частного случая можно положить ( при примерно одинаковых размерах фильтрующих элементов и межз-лементных промежутков) ¡? * <3 к тогда соотношение существенно упрощается :

ДР + К > О, (17)

(что практически всегда выполняется), а система (14) получит вид, показывающая на невозможность отрыва слоя от поверхности фильтрования.

к

Таким образом, для установок с « - — и 8 » 0 следует

2

анализировать только возможность перемещения слоя в режимах его скольжения относительно фильтрующей поверхности.

Условие относительного покоя элемента слоя на фильтрующей поверхности в этом случае определяется выражением

6а Б

Аа^ИкЛ - < £о(ДР + К) -4 Гви, (18)

ш ' ш

где Б = 1 - площадь элемента слоя-, е - ускорение силы тяжести; й - толщина элемента слоя; г - плотность жидкости; П- удельная касса элемента слоя.

Поскольку величина вязкого тренкя слоя о суспензию очень мала, можно принять Гц« = 0.

Результаты конкретных расчетов для слоя цинкового концентрата при значениях: ДР = 1000*14000 кг/м2; А - 0.00025*0,0015 м; у = ЮООкг/м3; Г - ¡о - 0,02*0,1; « 157+314 с"1; и - 2500 кг/м3; Ь = 0,01 м позволяют сделать следующие выводы о возможности виброперемещения слоя осадка относительно фильтрующей поверхности:

1) возможность виброперемещения увеличивается с увеличением амплитуды (А) и частоты колебаний (ш), но существенно ограничивается наличием перепада давлении (ДР);

2) возможность виброперемещения прогрессивно увеличивается при снижении коэффициента трения на поверхности скольжения;

3) поскольку коэффициент трения зависит от влажности сдоя осадка, которая меняется по его толщине, виброперемещение слоя осадка относительно фильтрующей поверхности следует считать возможным в двух вариантах: всем слоем непосредственно -по фильтрующей поверхности и только той частью слоя, влажность которой обеспечивает достаточно низкое вначение коэффициента внутреннего тре-

вия. в последнем случае некоторая часть слоя (наиболее плотная и непосредственно примыкающая к фильтрующей поверхности) находится в относительном покое и мокко предположить , что виброперемещение слоя (в целом или частично) может происходить с различными скоростями, поскольку по толщине слоя влажность и коэффициент трения меняются.

ГС к

Из сказанного выше следует, что при а = — и о = '--<*= О

2 2

практически возможен только режим безотрывного перемещения слоя по поверхности фильтроткани ( или по относительно неподвижной части слоя). В соответствии с основными положениями теории виброперемещения дифференциальное уравнение движения слоя в подвижной системе координат в этом случае можно написать в виде:

X = А<огз1П(& + --± Г (ДР + К) --(19)

т т

или в соответствии с ранее принятыми обозначениями ... „ (VI - т) Гё

х = Ай б1гн>>Ь + - К ±- (йР + К). (20)

Г1 ЬГ1

(Т1 -г) Г^

Обозначим: -д = Ь и - (ДР + К) « М

Т1 Гил

тогда (19) получит вид:

X = Ам^гшЬ + I ± и . (21)

Знак перед М определяется относительной скорость» элемента слоя: при х > О - плюс, при х < 0 - минус.

Анализируя это уравнение и решая его относительно х получим после ряда преобразований перемещение элемента слоя за один этап:

5°= |5°+| - ¡5°-|, (22)

а средняя скорость перемещения

30«

<>Ср = 5°- , м/мин. (23)

я

Полученные расчетным путем зависимости средней скорости виб-роперемещенкя слоя осадка от амплитуды колебаний при частоте и » 314 с"1 -и толщине слоя Ь = 0,01 м, при различных коэффициентах трения и перепадах давления ДР=2.Ю4 Н/м2 показывают, что:

- 1) Средняя скорость виброперемещения слоя осадка существенно зависит от коэффициента трения на поверхности скольжения. При увеличении коэффициента трения эта скорость снижается.

2) Средняя скорость виброперемещения слоя осадка (при ы «

const) увеличивается с увеличением амплитуды колебаний.

3). Увеличение перепада давления снижает среднюю скорость виброперемещения.

Теоретическое исследование пропускной способности тканевой вибрирующей фильтровальной перегородки вибрационного вакуум-фильтра Будем полагать, что слой осадка на поверхности фильтроткани содержит в основном сферические частицы диаметром d4. Если, поперечные размеры слоя велики по сравнению с размерами частиц и жидкость движется ламинарно через сдой, то объем фильтрата, полученного с поверхности фильтрования S® определится:

сгч е4 Др с S®

у * - , мЭ/с (24)

30,72 ц hoc

где d4 - диаметр частицы, м;

£ - пористость слоя осадка;

Др - перепад давлений на слое.^м;

- вязкость фильтрата, Н-с/м2;

hoc - толвдна слоя осадка, м;

с - 10000 - переводный коэффициент, Н/м3; S«, - плоишь фильтрующей поверхности, м2 ;

Результаты расчета пропускной способности позволяют сделать следующий вывод о влиянии исследуемых факторов на пропускную способность слоя. .

Увеличение, перепада давления обеспечивает повышение пропускной способности системы (а, следовательно, и производительности фильтра). Эта зависимость близка к линейной, при повышении-перепада давлений от 150 до 550 мм.рт.ст. (т.е. примерно в 4 раза)" . пропускная способность при всех вариантах dT возрастает примерно в два раза.

Экспериментальное исследование процессов фильтрования суспензий в вибрационном вакуум-фильтре

Объем и содержание экпериментальной части настоящей работы были запланированы и осуществлены в соответствии со следующими основными целями и задачами:

1. Экспериментальная оценка влияния на процесс фильтрования основных факторов, определяющих технологическую характеристику вибровакуумного фильтра;

2. Получение данных, необходимых для технологических и конструктивных расчетов вибро-вакуумных фильтров;

3. Получение данных, необходимых для уточнения конструктивных решений по рабочим и вспомогательным узлам и элементам фильтра;

4. Получение данных для оценки эксплуатационных свойств разрабатываемого фильтра.

Запроектированная и изготовленная лабораторная установка состоит из механической мешалки объемом 0,5 м (с числом оборотов вала 110 об/мин), насоса (производительностью 300 л/ч), вибрационного фильтра, (с площадью фильтрования 0,25 мг, фильтрующие элементы сменные клиновидной формы с углом наклона рабочих поверхностей к горизонтали сс = 70, 75. 80, 85. 60°), ресивера для сбора Фильтрата (объемом 0,1 м3). вакууммаиикы типа ВВН-3 (создающей разрежение в системе до 580 мм рт. ст.). ловушки.

Для регулирования количества подаваемой в фильтр суспензии и величины вакуума предусмотрены пробковые краны. В соответствии с конкретными возможностями в опытах использовалась водная суспензия цинкового концентрата с Ж:Т = 3:1 (по весу) с 70 X частиц, размером минус 0,074 мм.

Конструкция лабораторного вибрационного вакуум-фильтра состоит из узлов и деталей описанных ниже. На опорной стоике жестко закреплена ванна , объемом 0,123 ы3, в нижней части которой предусмотрено инековое разгрузочное устройство (диаметр шнека 70 мм, скорость вращения до 72 об/мин). Выходное разгрузочное отверстие устройства снабжено регулированной заслонкой. Во внутренней полости ванны размещается рабочая часть фильтрующего элемента, выполненная в виде призмы, перфорированной множеством^отверстий диаметром 7 мм и обтянутой фильтровальной тканью типа'"Фильтрдиаго-наль". Полость фильтрующего элемента соединена через трубку и гибкий шланг с вакуум-установкой. Фильтрующий элемент крепится к раме, на которой установлен двухзальный дебалансный вибратор, имеющий клиноременный привод от электродвигателя с регулируемым числом оборотов. Рама опирается рессорами на стойки фильтра. Суспензия в ванну подается непосредственно через открытый верх.

Полученные в результате экспериментов зависимости показывают, что с увеличением перепада давлений толщина устойчивого слоя возрастает и, по-видимому, приближается к некоторому предельному значению, величина которого может определяться практическим прекращением фильтрации через слой.

При увеличении амплитуды колебаний толщина Формируемого устойчивого слоя снижается, но в диапазоне, принятом в эксперименте, она не достигает нуля. Влияние угла ос практически оказалось неощутимым, что позволяет ориентироваться на применение фильтру}Э-тг

, щих элементов ос * — , позволяющих иметь наиболее компактные

2

конструктивные решения.

Опыты по исследованию процесса отложения осадка на фильтрую-

т.ей поверхности проводили при частоте вибрации 50 Гц и амплитудах колебаний 0,25: 0,5; 0,75; 1,0 мм, а также в безвибрационном режиме.

Результаты эксперимента по выявлению влияния вибраций на скорость образования осадка на фильтрующей поверхности показывают, что максимальная, фиксированная при измерениях, голодна слоя осадка в обоих случаях достигается практически через 4 минуты, но для режимов с вибрацией она значительно меньше.

Результаты опытов по выявлению влияния на исследуемые процессы величины вакуума в полости фильтрующего элемента (перепад давлений). Продолжительность фильтрования была равна Ю минутам, т.е. обеспечивала возможность образования слоя максимальной толщины, максимальная толщина слоя осадка при фильтровании без вибрации в зависимости от величины вакуума изменяется во всем диапазоне принятых значений ДР практически линейно. В режимах с вибрациями (частота - 50 Гц. амплитуда - 1 мм) аналогичная зависимость существует только в диапазоне вакуума до 4.6-104

Конструктивная разработка и испытания опытно-промышленного образца вибрационного вакуум-фильтра с тканевой перегородкой

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить, что: -

- за счет вибраций тканевой фильтрующей перегородки закрепленной на жесткой перфорированной отверстиями основе «окно обеспечить виброперемещение формирующегося на ней осадка при непрерывном и периодическом действии вакуума;

- виброперемещение осадка (регенерирование фкльтроткани) может осуществляться в различных положениях плоской фшпьтроткани к плоскости горизонта (от вертикального расположения до горизонтального) ;

- вибрации приемника (сборника) для осадка способствуют процессу его виброуплотнения (уменьшение влажности) с одновременной равномерной выгрузки из бункерной части через специальные устройства.

Вибрационный вакуум-фильтр состоит (рис. 2) из оперной конструкции (не показана на рисунке) на которой смонтирована ванна 11, состоящая из верхней б и нижней 1 частей, опирающихся на упругие элементы 8 и 2.

Верхняя и нижняя части ванны взаимосвязаны упругой вставксй 5, причем верхняя часть ванны 6 жестко соединена с якорями 4 электромагнитных вибраторов 12. а статоры 3 этих вибраторов жестко связаны с нижней частью ванны, которая имеет патрубок 13 дл!

тканевой фильтровальной перегородкой

выгрузки осадка, снабженный заслонкой.

В верхней части ванны размещены фильтрующие элементы 7, обтянутые фильтровальной тканью, установленные на упругие элементы 10 и получающие колебательное движение от инерционных вибраторов 9. Фильтрующие элементы 7 выполнены в виде плоских коробок перфорированных множеством отверстий и связанных через гибкий рукав с вакуум-машиной.

Эксперименты но внедрению этой мааины в производство проводились на обогатительной фабрике Урупского ГОКа, где для фильтрации использовалась суспензия иедно-цинкового концентрата.

Экспериментальные данные работы вибрационного вакуум-фильтра площадью фильтрования А м2 при непрерывном действии прямолинейных колебаний с частотой 50 Гц ва суспензии медно-цинкового концентрата в условиях обогатительной фабрики Урупского ГОКа цри разности •давлений 450 мм.рт.ст. показывают, что при увеличении амплитуда с 0,25 до 1 мм производительность по осадку (кеку) увеличивается с 150-400 кг/ч-м2 при относительной влажности 10-20 X, при этом фильтр показал стабильную устойчивую работу во всех режимах.

Таблица 2

Техническая характеристика полупромышленного вибрационного вакуум-фильтра, установленного на обогатительной фабрике Урупского ГОКа

Составные элементы и параметры вибрационного фильтра 1 ■ ■ ■ (Единицы ¡измерения 1 .........1 Количество !

1 { г 3 1

Общая фильтрующая поверхность 1 иг 4 |

Количество фильтрующих элементов I шт 6 1

Тип фильтроткани 1 . диагональ 1

Удельная производительность | кг/ы2-ч I 400 |

Злгктромаг нитный вибратор 4 1 ВТ г 1

Тип С-920 I кВт 0,5-1.0 1

Масса 1 кг 100 1

Инерционный вибратор типа ИВ-38А 1 шт 2 I

Мощность двигателя I кВт 1 |

Масса ! кг • 40 |

Секторный затвор 1 шт 1 |

Частота вращения ротора I об/мин 28 1

Число ячеек 1 шт 6 I

Объем ячейки 1 Л • 2.7 |

Производительность , 1 т/ч 12 |

- 29 -

Продолжение таблицы 2

1 1 О I £< 1 1 1 з 1

Электродвигатель секторного затвора 1 шт ! 1 1

Тип ) 4Л112М |

Мощность КВТ ' | 3 ' I

Частота вращения об/мин | 700 |

Редуктор секторного затвора шт | 1 |

Тип 1 Д2У125 |

Передаточное число 1 12,5 |

Габаритные размеры фильтра:

высота мм 1 2700 |

ширина : мм 1 1200 |

длина мм | 1 1500 1 ,,. 1

На основании полученных данных разработан технический проект '. промышленной установки вибравдошгаговакуум-фильтра с тканевой ' ' фильтровальной перегородкой для Урупского горно-обогатительного комбината площадью фильтрования 64 уг и для садонского свннцо-во-цинкового комбината площадью фильтрования 30 м2.

ИССЛЕДОВАНИЕ И КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С22-24]

Расчетно-теоретический анализ процессов перемещения мелкозернистых материалов в вибрационной установке. Задачи исследования »

Основные направления теоретического исследования процесса сушки влажных материалов (¡сеглв) в условиях вибрации с наличием' дополнительных промежуточных материалов (металлические вибрирую-адае шары) в соответствии с принятой исходной схемой вибрационной установки (см. иве) определяются необходимостью выявить:

1) влияние колебаний (амплитуда, частота) на процесс перемещения влажных и сухих мелкозернистых материалов в-вибрирущих подах с металлическими шарами;

2) влияние размеров аароз на скорость перемещения мелкозернистых материалов в вибрационной установке;

3) получение данных для определения основных параметров характеристики вибрационной установки (высота» площадь сечения, диаметр шаров, количество слоев шаров на подах, количество подов и т.д.);

4) определение необходимого количества тепла для обеспечения оптимальных режимов работы установки.

Эти задачи рассматриваются и анализируются с точки зрения

законов механики при условии, что поды заполненные шарами совершают прямолинейные гармонические колебания в вертикальной плоскости.

Если сделать допущение, что влажный кек (пастообразный материал) движется в вибрационной установке неразрывно подобно пластичной жидкости под действием гравитационных сил, а металлические шары представляют собой фильтровальную перегородку (по аналогии с движением жидкости через зернистый яористый слой при условии ламинарного движения, то удельная пропускная способность этого сдоя может быть определена по основному кинетическому уравнению фильтрования:

tiV Ар

q =- -- , (25)

Fdt 1-г

где dV - производительность , м3: F - площадь фильтрования. *г; dt - время фильтрования, с;

Др - перепад давления на фильтрующей перегородке, Па; 1 - толщина фильтрующего слоя, м;

г - удельное сопротивление фильтрующей перегородки, Па-с/м2.

В случае объемной вибрации всей массы шаров и высушиваемого материала перепад давления становится переменным, так как к ускорению свободного падения добавляется виброускорение. Величина Др будет изменятся за период колебаний по следующему закону:

Др •= Pole - Ab>ZCOS (at + q>o)3-h . (26)

где A - амплитуда колебаний, u; и - угловая скорость, с-1; t - текущее время, с; 9а - начальная фаза колебаний. Ро - плотность смеси, кг/м3; г - ускорение свободного падение, м/с2; h - толщина слоя; м.

Толщину фильтрующего слоя 1 следует ограничить слоем шаров, находящихся на верхнем поде сушилки. Это объясняется тем , что после прохождения первого пода исходная смесь потеряет значительную часть содержащейся в ней влаги и существенно уменьшится в объеме. Поэтому она гарантированно пройдет через нижележащие слои,

Таким образом-ограничиваем 1 « 3 d , где d - диаметр шаров, м.

Удельное сопротивление фильтрующего зернистого слоя: , 110ц(1 - е)2

Г « - . (27)

dV Ф*е3

где {1 - вязкость смеси;

е - доля пусто? в слое еернистого материала. Для помольных шаров одинакового размера осреднеянсе значение е «= 0,411;

с53 - эквивалентный размер частиц зернистого слоя, м. В данном случае равен диаметру шаров, аа = <5;

Ф - коэффициент, учитывающий форму частиц. Для шаров ф = 2/3. • Вязкость и. при относительно небольшой концентрации твердой фракции в суспензии может быть определена по известным методикам. При этом характер движения суспензии принимается таким же как и для чистой жидкости, т.е. суспензия считается ньютоновской жидкостью, которая характеризуется постоянством вязкости ц. Однако при повышении объемной концентрации твердой фракции выше 40*50 % (это примерно соответствует .массовой концентрации 60*70 %) вязкость смеси перестает быть постоянной и зависит, при прочих равных условиях, от скорости движения смеси.

Это объясняется появлением начального напряжения сдвига х0, величина которого возрастает по мере увел'.тчеиия концентрации твердой фракции. Тогда представленную смесь следует отнести к неньятоновским жидкостям. Все неншгоновекке гсвдкости делятся на несколько классов. Смесь поступающая в вибрационную суэилку по рвоим свойствам относится к первому классу неньютоновских яркостей для которых используется уравнение Шведсва-Еингана:

г = Т0 + Дпл^'А'/сЗп), - (£8)

где То - начальное .сопротивление сдвигу., Па;

Яял - постоянная {аналогичная вязкости, обычной жидкости). называемая пластической вяз1состья, Па-с;. цл'/йп - градиент скорости. С"1.

Для практических расчетов может быть использована ?ффектив-ная или кажущаяся вязкость:

То

Икаж = !*пл +--.

йн'/с!п

Величена эффективной вязкости смеси не является постоянной и должна быть определена в каждом конкретном случае. .

Расчетное значение эффективности вязкости смеси используется для подстановки в выражение для определения удельного сопротивления фильтрующего зернистого слоя.

Градиент скорости, необходимый для расчета эффективной вязкости, можно определить для круглого канала: <3* Ус Зя + 1

_—, и - . -,— (30)

сЗп пН3 ■ п) . где Ус - секундный расход жидкости; R - радиус круглого сечения ; т - эмпирический.коэффициент.

Ve -

Заменим -- Ocp , .тогда

ICR2

dw üCp 3m + 1 -- - . -- . (31)

dn R m

При переходе от каналов круглого сечения к каналам произвольной Формы воспользуемся понятием гидравлического радиуса. Как известно для круглого сечения R » 2Rr. где Rr - гидравлический радиус.

F

Кг - •- . (32)

X

где F - шгсиздь сечения канава;

X - смоченный периметр.

Величина эмпирического коэффициента ш при возрастании пластических свойств, т.е. увеличении концентрации твердой Фракции, быстро уменьшается и приближается к нулю. С физической точки зрения это означает, что увеличивается центральное ядро и. уменьшается зона "псевдоламинарного" течения возле стенок каналов. В литературе отсутствуют опытные данные вкачении m для вяэкопластичных суспензий высокой концентрации твердой Фазы до 80-90 %. Считаем возможным в расчете использовать приведенное минимальное значение гл.

Автором ранее проводились опыты по экспериментальному определению начального сопротивления сдвигу. Величина начального сопротивления сдвигу колебалась в пределах 100-6120 Па, при изменении концентрации твердой фракции от 70 до 90 X.

Минимальное значение тъ близко к характеристикам угольной суспензии при максимальной концентрации. Тогда, в первом приближении для концентрации смеси 80 X для практических расчетов можно принять т0 = 100 Па, а пластическую вязкость смеси дПл • 2,5 Па-с.

Шары под воздействием вибраций расположатся по наиболее плотной упаковке, т.е. если соединить вершины трех соприкасающихся шаров, то получим правильный треугольник. Сторона такого правильного треугольника равна d. Проекция каждого шара на этот треугольник представляет из себя сектор с центральным углом 60°, тогда площадь свободного прохода будет равна:

Fe.FTp-.3Fc. (33)

где F-rp - площадь треугольника,

Fe - плоишь сектора с центральным углом 60°.

я й*

3FC - 3

я d«

(34)

тогда

«Г-

3

1

Периметр X - uü/Z.

Гидравлический радиус

2% 4

Порядок расчета.

Расчет ведется методом последовательных приближений:

Fr - d (-

-) = 0,0257-d.

1.

~я некоторое произвольное значение средней скорости

3.

4.

Задается йср.

По заданному йСр рассчитывается градиент скорости т/йп, а затем определяется элективная или кажущуюся вязкость смеси Мкэх.

Рассчитывается удельное сопротивление фильтрующего слоя г. Определяется перепад давления Др на фильтрующем слое, как при отсутствии так и при наличии вибрац;н. В случае наличия вибрации весь период разбивается на отдельные фазы и вычисление производится отдельно. Если величина ар не превысает начальное, сопротивление сдвигу т0, то расчет прекращается.

Рассчитывается.удельная пропускная способность д. Определяется расчетное значение средней . скорости при прохождении смеси через отверстия между шарами: й'ср = Ч/ е .

Сравнивается расчетное значение о'гоо заданным в пункте 1. Если расхождение меньие заданного (например 0,1 %) расчет прекращается и выдается результат. Если расхождение больше допустимого, то задается среднее значение между йСР и о'ср и расчет повторяется.

Данный алгоритм реализован в 'виде программы и приведен пример.

Результаты расчета хорспо сходятся с экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний на Урупском ГОКе.

Результаты теоретических " расчетов пропускной способности вибрационной установки для сушки мелкозернистых материалов показывают . что при изменении,амплитуды колебаний с 0,25 т. до 1,25 мм количество проходящего материала в слое шаров (при прочих равных условиях) увеличивается с 1,082 до 2,65 т/ч.

б.

7.

1

б

8

4

d

я

)

4

2

Экспериментальные исследования процессов перемещения мелкозернистых материалов в вибрационной установке

Эксплуатация традиционных промыаяенных установок для суши материала, их неудовлетворительная работа, теоретические исследования. патентные исследования и заявка на изобретение послужили основанием для разработки предлагаемого ниже полупромышленного виброагрегата для сушки материалов.

Назначение; разделение бинарных систем на классы {твердое-жидкое-газообразное) с целью уменьшения влажности конечного продукта до 3 X и придания концентрату единного гранулометрического состава (исключая образование комков и гранул).

.Особенности. Материал (кек) будучи загруженным в агрегат получает контакт с металлическими карами, которые являются аккумуляторами тепловой энергии и позволяют значительно увеличить площадь теплообменней поверхности. Процесс сушки осуществляется при вибрационном воздействии ка материал, создаваемом электромагнитными вибраторами.

Установка (рис. 3) для термообработки состоит из теплоизолированного неподвижного корпуса 4, с загрузочным" и разгрузочным устройствами, патрубков 5 для подачи и патрубка для отвода энергоносителя.

В центральной части корпуса расположены окна б, закрытые люками для ремонта и обслуживания. Внутри корпуса установлен -на упругие элементы ? и 15 каркас 11, закрепленный на раме 8 и лолуча-кщий колебания от Еибрововбудмтелей 2, установленных ка раме 1. Внутри каркаса установлены и жестко с ним соединены поды 10 с отверстиями. Верхний и нижний поды служат препятствием свободному ¿икосу энергоносителя из корпуса. Подача теплоносителя осуществляется над средними подами для обеспечения более равномерного распределения энергоносителя по всему рабочему объему корпуса. На подах 10 размещены в несколько рядов металлические шары 9. Для уменьшения потерь теплоносителя предусмотрены уплотнения 12 и 13.

Обрабатываемый материал из фильтра поступает в загрузочное устройство в верхней части установки и распределяется на верхних ркдах шаров Я верхнего пода 10. Под действием силы тяжести и вибрации каркаса при работе вибровозбудителей 2, материал распреде- ' ляется между шарами и проходит в зазорах между ними и через отверстия пода (вибрации каркаса и бункерной части происходят в протквофазе за счет жесткой связи 14}. Последовательно перемещаясь через поды 10 материал подвергается интенсивной термообработке энергоносителем (газ) и выводится через разгрузочное устройство 16 в порошкообразном состоянии с влажностью 3*3,5 7., что соответствует требованиям технологии и ГОСТа. Энергоноситель подается в корпус 4 через патрубки 5 и перемещается через отверстия в

,Ркс.З. Зпнтно-аромнэленная вибрационная установка для сузхк кеяхезернистнх материалов

подах и зазорах между тарами, отдавая энергию обрабатываемому материалу при непосредственном контакте, а также путем контакта с металлическими шарами , которые позволяют значительно увеличить площадь теплообменной поверхности при небольших габаритных размерах самой установки. Объемная термообработка материала при непосредственном контакте с энергоносителем и металлическими шараш способствует более полкой отдаче энергии материалу а значительно сокращает потери энергии с отходящими газами.

Наличие металлических шаров на подах позволяет улучпить структуру материала. Окомкованкый материал, проходя последовательно сквозь поды с шарада, подвергается интенсивному истиранию, измельчаясь при продвижении вниз. Крупность готового продукта может регулироваться изменением диаметров шаров и ж количеством на подах. Широкий диапазон регулирования параметров вибрации корпуса. количество карав на подач, различные диаметры шаров позволяет подбирать наиболее оптимальные рехкмы работы установки с высокой удельной производительностью и низкими затратами энергии.

Эксперименты проводились в фильтровально-сушильном отделении обогатительной фабрики Урупского ГОКа.

Сель - установить влияние параметров колебаний к температуры теплоносителя на процесс сушки модно-цинкового концентрата.

В качестве параметров приниыашсь:

- частота колебаний - 50 Гц;

- амплитуда колебаний - 0,0 * 1,£5;

- площадь одного пода - 0,15 м2;

- число подов - Б;

- количество рядов шароз на поде - 1*5.

Режим работы - непрерывный.

С виброфильтра медко-цинковый концентрат содержащий до 80 7. влажности поступал в вибрационную суинлку для окончательной термообработки к получения конечного продукта с содержанием влаги не более 3,6 % в соответствии с требованиями ГОСТа.

Исследование зависимости амплитуды крлеб&тай ка скорость прохождения материала между тарами.

Эксперименты проводились с целью определения скорости прохождения материала при изменении амплитуды колебания при влажности кека от 3 % до 15

Амплитуда колебаний изменялась в диапазоне от 0,0 во 1,25 ш с интервалом 0,25 мм. Исследования выполнены при неизменной час-готе колебаний 50 Гц. контролируемыми параметрами являлись : амплитуда колебаний, влажность кека. время прохождения материала от загрузочного отверстия до выхода материала из установки. В результате предварительных испытаний установлено, что материал с содержанием влаги от 3 до 15 X при колебания подов с амплитудой

от 0.25 мм до 1,25 мм свободно проходит между'шарами диаметром 60 т уложенными в 3 ряда, при этом с уменьшением влажности скорость прохождения увеличивается. Установлено, что с увеличением амплитуды колебаний увеличивается пропускная способность для обрабатываемого материала, за счет увеличения скорости перемещения по подам.

Экспериментальные данные работы вибрационной установки для суски мелкозернистых материалов площадью одного пода О,15 и2 при непрерывном действии колебаний с частотой 50 Гц в условиях обогатительной фабрики Урупского ГОКа показывают, что при увеличении амплитуды от 0,25 до 1,25 производительность по сухому концентрату возрастает с 0,85 до 2,5 т/ч при относительной влажности готового продукта 3,5-5 %. '

Таблица 3

Техническая хзс&чтерисгкка опытно-промышленной установки для сушкй мелкозернистых материалов

Площадь одного пода, м2 ..........( 1 0,15

Количество подов, шт 1 5

Диаметр шаров, ш | 50*80

Вибратор:. 1

ТИП | С-920

мощность, кВт 1 0,5

количество, шт I 2

Габариты установки: 1

высота, мм | 2800

ширина, мм 1 1100

длина, ш ! 1500 1

О диссертационной работе приводятся расчеты определяющие подачу необходимого количества тепла.

На основании полученных данных разработан технический проега1 промышленной вибрационной установки для сушки мелкозернистых материалов для Урупского горно-обогатительного комбината.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТШОЛОГИЧЕСКОЙ ЛКШ ДЛЯ СБЕЗВСШВАЦ'Я СУСПЕНЗИЙ С ПРИМЕНЕЙ1Ш БЙБ-РАПКОННЫХ МАШИН [25-283

Обоснование решений по технологической линии для обезвоживания продуктов металлургического производства. Расчет производительности Приведенные выше результаты расчетнойтеоретического исследования и экспериментов ка лабораторных, опытно-промышленных и частично промышленных установках позволяют принять в качестве исходных, при выборе технологической линии, следующие положения:

1. Регламентированная вибрация динамической фильтровальной перегородки вибрационного фильтра-сгустителя может обеспечить получение фильтрата из исходной суспензии в количествах соответствующих технологическому режиму работы обогатительной фабрики.

2. Прямолинейные гармонические колебания приемника для осадка вибрационного фильтра-сгустителя создают необходимые условия для накопления и разгрузки осадка из ванны с относительной влажностью соответствующей классической первой стадии обезвоживания (данным работы сгустителей с центральным или периферическим приводом) .

3. Вибрация тканевой фильтрующей перегородки (работающей за счет перепада давлений создающего вакуум-насосом) может обеспечить соответствующим образом относительное виброперемешение формирующегося на ней слоя осадка или части его (съем осадка) и создает интенсивную и устойчивую во времени Фильтрацию жидкой фазы, при зтс-м можно обеспечить ограничение толщины формируемого слоя осадка и стабилизировать, при определенных режимах колебаний, процесс фильтрования.

4. Интенсивная эвакуация фильтрата через фильтрующую перегородку в условиях стабилизированного по толщине слоя осадка должна приводить к интенсивному осаждению твердой фракции в нижнюю часть (приемник осадка) вачны и если она (или приемник) вибрирует, то возможно вибрсуплоткение этого осадка и его эзакуация с достаточно низким содержанием жидкой фазы.

5. Устройство для эвакуации осадка из приемника вибрирующей ванны должно быть регламентировано б своем режиме на заданную влажность иди содержание жидкой фазы в эвакуированной массе и,. следовательно, должно предусматривать ее отжатие или отбор из наиболее уплотненной зоны (образование кека).

6. В условиях вибрации суспензии в Еанне, как фильтра-сгустителя так и вакуум-фильтра, при соответствующих параметрах колебаний (по направлению, амплитуде и частоте) возможно более интенсивное осаждение частиц твердой Фазы на дно ванны.

7. Регламентированная вибрация подов заполненных металлическими шарами наряду с подачей теплоносителя в вибрационную установку для суеки мелкозернистых материалов может обеспечить движение пластичных кеков в зазорах между шарами с непрерывным удалением влаги и получить в приемнике (бункерной части) сухой сыпучий мелкозернистый продукт.

8. Вибрации приемника для сыпучего мелкозернистого материала обеспечивают регламентированную выдачу наружу готового продукта.

В соответствии с изложенным, технологическая линия для обезвоживания продуктов металлургического производства состоит из последовательно расположенных вибрационных маяин (рис. 4).

Исходная суспензия е содержанием жидкой .фазы 75-85 х насосом подается на первую стадию обезвоживания в вибрационный фильтр-сгуститель 1, где и разделяется с помощью динамической перегородки на осветленный продукт (фильтрат) и сгущенный твердый продукт (сгущенная суспензия) с содержанием жидкой фазы 45-55 X. Фильтрат по желобам возвращается в технологический процесс флотационного отделения, а сгущенный продукт проходит через разгрузочное устройство фильтра-сгустителя и Песковым насосом 2 подается в накопители (на рисунке не показаны) второй стадии обезвоживания. Из накопителей сгущенная суспензия самотеком поступает в ванку вибрационного вакуум-фильтра з с тканевой фильтровальной перегородкой, где за счет создания перепада давления, при работе вакуум-насоса (вакуум-система на рисунке не показана) и вибрации плоских фильтрующих перегородок разделяется на осветленный продукт (фильтрат) и сгущенный осадок Скек) с содержанием жидкой Фазы 12-20 7.. Фильтрат возвращается в технологический процесс, а осадок с помощью разгрузочного устройства подается в вибрационную установку 4 для сушки (вибрационный вакуум-фильтр устанавливается строго над вибрационной сусшкой и каких-либо транспортирующих устройств ке требуется). В результате вибраций подов с металлическими шарили, пластичный кск распределяется в зазорах между ними и перемещается вниз. Непрерывная подача теплоносителя (воздух) ео внутрь установки способствует непосредственному контакту кека с горячим воздухом и через нагреваемые им шары, увеличивая площадь теплообменной поверхности.

Подогрев технологического воздуха осуществляется в электрическом калорифере (на рисунке не показан).

В конструкции вибрационной установки заложен' принцип не исключающий интенсификацию процесса сушки за счет сжигания природного газа с помощью специальных Форсунок.,

Перемещаясь с пода на под (сверху вниз) кек теряет влагу и постепенно превращается в сухой мелкозернистый продукт с относительной влажность» 3,5-5 X, что полностью удовлетворяет требованиям ГОСТа.

Расчет производительнести вибрационных машин для обезвоживания продуктов металлургического производства.

Количественные результаты анализа влияния рассмотренных факторов на пропускную способность динамической фильтровальной перегороди! вибрационного фильтра-сгустителя, ткавевой фильтровальной перегородки вибрационного вакуум-фильтра и вибрационной установки для сушки мелкозернистых материалов практически определяют возможность расчетного прогноза производительности любой из установок технологической линии.

При отсутствии потерь производительность по жидкой фазе

Суспензия

энергия (гцеплоносцгг&ль) Х-

•Рис.4. Схема цзпи вибрационных •=== иашт для обезвожзания суспензий

тъериал ежой (шиёщраъ)

(фильтрату) может быть определена по метода изложенной выше, а количество образующейся сгущенной суспензии в Фильтре-сгустителе, осадка (кека) з вибрационном вакуум-фильтре и готового сыпучего мелкозернистого продукта в вибрационной шаровой •установке, исходя из материального баланса процесса разделения по формула«:

* для одной машины Ос - Оос + 0/» , (35)

для твердой фазы этой машины

осхс = оослос или (36)

ОсХс - 0ос(1 " ») . (37)

где - количество обрабатываемой суспензии, кг/ч;

Оф - количество образующейся осветленной жидкости (фильтрата), кг/ч; Оос - количество образующегося осадка, кг/ч; хс - весовая доля твердей фазы в исходной суспензии, X; хос - весовая доля твердой фазы в осадке, ; к - относительная влажность, X.

Решая совместно уравнения можно определить количество твердой Фазы в суспензии' и осадке и количество осадка в любой вибрсмадшне технологической линии.

Полученные дачные хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований проведенных на опытно-промышленных установках технологической линии для обезвоживания мелкозернистых продуктов.

Определив количество образующегося фильтрата в вибрационном фильтре-сгустителе и вкбрзционяом вакуум-фильтре и количество удаляемой влаги в вибрссукильной установке можно сделать теоретический прогноз по количеству выдаваемых продуктов из любой вибрационной машины технологической линии т.е. определить количество промежуточных продуктов и готового продукта. Возможные некоторые расхождения с экспериментальными данными объясняются принятием з теоретических расчетах ряда допущений, например: сферичность частиц, вязкость фильтрата равная вязкости воды и другие.

В диссертационной работе кроме того приведены теоретические исследования определяющие толязгау стенки вибрирующей ванны и потребляемой моалссти электромагнитными вибраторам;!.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены и научно обоснованы технические решения по созданию новых вибрационных машин и на их оско-Бе создана технологическая линия для обезвоживания продуктов металлургического производства. ■

Основные теоретические результаты, практические выводы и рекомендации:

1. За счет вибраций динамической фильтровальной перегородки

выполненной из синтетических полимерных нитей, при непрерывном давлении высоты столба исходной суспензии (высотой до 1 м) можно обеспечить непрерывный процесс фильтрования (отбор жидкой фазы) и сбор твердой Фазы (сгущенной суспензии) в нижней части ванны с относительной влажностью 45-50 X.

' 2. Теоретический анализ процесса фильтрования в динамической перегородке показывает, что производительность по фильтрату в большей степени зависит от толщины динамической перегородки, коэффициента свободного объема, высоты столба суспензии над перегородкой и параметров вибрации (амплитуда, частота).

3. Зксперимект&чьное исследование процессов фильтрования в динамической перегородке на разработанных и изготовленных, при выполнении настоящей работы, фильтрах-сгустителях с площадью фильтрования 0,025 м2 и 1,0 иг показаю, что увеличение частоты колебаний с 25 до 50 Гц к амплитуды колебаний с 0,5 до 2 мм оказывает существенное влияние на пропускную способность по фильтрату, которая может достигать величины 14-15 м3/ч на 1 м2 площади перегородки.

4. Анализ возможных конструктивных решений вибрационного фильтра-сгустителя с динамической перегородкой показывает на целесообразность варианта имеющего общую вакну для суспензии и приемник для осадка, связанных упругой герметичной вставкой с раздельными источниками вибраций (инерционные вибраторы для динамической фильтровальной перегородки, электромагнитные для приемника осадка).

5. За счет вибрации тканевой фильтрующей поверхности при непрерывном действии перепала давлений (до 760 мм рт.ст.) можно обеспечить непрерывный процесс фильтрования, при котором имеет' место непрерывный съем осадка (или внешней части его) с этой поверхности.

6. Полученные результаты при расчетно-теоретическои исследовании процесса фильтрования на тканевых вибрирующих перегородках показывают, при вертикальном направлении линейных гармонических колебаний, следующее:

- при увеличении перепада давления средняя скорость виброперемещения слоя уменьшается;

- при увеличении коэффициента трения (при уменьшении количества жидкой фазы в слое осадка на тканевой фильтровальной перегородке) средняя скорость виброперемещениа уменьшается;

- при неизменной частоте 50 Гц с увеличением амплитуды колебаний средняя скорость виброперемещениа увеличивается;

- при неизменной амплитуде 1 ш увеличение частоты обеспечивает увеличение средней скорости виброперемещения..

7. Экспериментальное исследование процессов фильтрования в

льтрах с тканевыми вибрирующими перегородками с плокадью филь-ования 0,25, 4. 5'и 20 ьг показало, что в условиях жидкой среды наличия перепада давления процесс виброперемещения слоя (или сти его) относительно фильтрующей поверхности зависит от »едины перепада давлений, коэффициента трения на поверхности сколь-ния, амплитуды и частоты колебаний фильтрующей поверхности при ом, за счет выбора соответствующих режимов, иметь заданный по лщине и неподвижный относительно фильтрующей поверхности слой :ад.ча, сбеспечиваюяий устойчивую эвакуацию фильтрата (в 1,5-2 13а большую, чем на супествтазих фильтрах) и предохракявэдй исьтроткань от износа. ' .

8. Анализ возможных-конструктивных решений для вибрационных исуум-фильтров с тканевыми ф;'льтрсва"ь'ными перегородками показы-1ет на целесообразность окончательного' варианта, имевшего общую шну для приема исходной суспензии с приемником для осадка свя-шных герметичной упругой ест?вкой, разгрузочным устройством в сеней его части и системой установленных й погруженных .в ванну гаских фильтруюэдх элементов с раздельной источниками вибраций шерщкжкые вибраторы для плоасих.фкльтругаиях элементов, элекг-жзгю'лные для ванны фильтра и приемника для осадка, причем ко-гбанил ванны и приемника в лротивофазе).

9. Сходящий с тканевых фильтрующих поверхностей осадок уп-зтняется в приемнике, при его вибрациях, и рззгрузсчкым устройс-вом выдается из фильтра при незначительном содержании в нем кид-эй фазы (до 12-20 %). .

10. За счет вибраций подов с металлическими шарами располо-енными в несколько рядов, можно обеспечить непрерывное переменив пластичных и сухих мелкозернист;« материалов в зззорах между ими.

11. Теоретический анализ процесса перемещения пластичных ма-ериаяов в зазорах между металлическими шара1«! показывает, что ри действии прямолинейных гармонически колебаний с увеличением мплитуды с 0,25 до 1,25 км и частоты с 25 Гц до 50 Гц скорость еремедения-увеличивается.

12./ Экспериментальные исследбззния процессов перемещения ¡ластичных материалов (кеков) в зазорах между металлическими ша->ами на разработанной и изготовленной опытно-промысленной вибро-¡ушилькой-установке с площадью пода 0,15 иг показало. что при ;ействии прямолинейных гармонических колебаний с увеличением ачп-1итуды колебаний с 0,25 мм до 1,25 мм и частоты с 25 до 50 Гц жооость. перемещения материала увеличивается и при подачи тепло-госителя (горячий воздух) производительность по готовому сухому (елксзеркнетому материалу с относительной влажностью 3,5-5 X мо-кет составить до 2,5 т/ч. ...

13. Анализ возможных конструктивных решений по вибрационной установке для сушки мелкозернистых материалов показывает на целесообразность варианта имеющего общую несущую конструкцию с пятью подзми заполненными металлическими шарами минимум в три ряда и приемного бункера для сбора готового продукта, получатих прямолинейные гармонические колебания от электромагнитных вибраторов таким образом, что их колебания осуществляются в противофаэе. при наличии неподвижного теплоизоляционного корпуса с камерами для подачи теплоносителя.

14. Обоснование теоретически и подтверждение экспериментально на опытных и опытно- промышленных установках свойства и возможности предлагаемых вибрационного фильтра-сгустителя с динамической фильтровальной перегородкой, вибрационного вакуум-фильтра с тканевой фильтровальной перегородкой, вибрационной установки для сушки мелкозернистых материалов определяют эффективность их применения в виде технологической линии, прежде всего, в процессах, имевших целью получение мелкозернистого материала с ограниченным содержанием (3,5-5 Т.) жидкой фазы.

По сравнению с применяемым в практике, для этих целей, оборудованием, эффективность разработанных устройств обеспечивается:

- компактностью конструкций и соответствующей экономией производственных площадей:

- непрерывностью работы при устойчивых оптимальных режимах, определяющих повышенную пропускную способность;

- упрощением ремонтов и соответствующим снижением ва них затрат.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Максимов Н.П., Кузнецов A.C. К вопросу применения вибрации с целью повышения эффективности процесса фильтрования суспензий. Научно-техническая конференция, посвященная 50-летив СКГМИ. Тезисы докладов. Орджоникидзе, 1981. .

2. Максимов Н.П., Кузнецов A.C., Взеьков Л.Ы. Пневмогидрав-лическая классификация сыпучих материалов в механическом классификаторе. Труды Северо-Кавказского горнометаглургкческого института. Механика. Орджоникидзе, 1974.

3. Максимов Н.П., Кузнецов A.C., Васьков Л.М. К вопросу определения основных технологических параметров пневиоскребкового тарификатора! Труды Северо-Кавказского горно-металлургического института. Выпуск 37. Орджоникидзе, 1&75.

4. Максимов Н.П., Афанасенко A.A. Вибрационная установка для разделения промышленных суспензий. Пути развития горнего производства. Сборник статей к 100-лети» ССЦК. Владикавказ,' 1S93.

5. Максимов и.П., Афанасенко A.A. Вибрационный фильтр-сгус-

тителъ с динамической Фильтров&пькой перегородкой. Материалы научно- технической конференции СКШИ. . К 100-летию содня рождения проф. Агеенкова. Тезисы докладов. Владикавказ, 1993.

6. Максимов Н.П., Афанасенко A.A. Способ очистки суспензий и вибрационный фильтр-сгуститель для его осуществления. Патент N 2027471, 1995. *

7. Максимов Н.П., Стрельцов A.A.- Виброагрегат для фильтрования суспензий. Научно-техническая конференция СКГТУ, посвященная 50-летию победы. Владикавказ, 1995.

8. Максимов Н.П. Вибрационное перемещение с;щ осадка по фильтрующей поверхности. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, N3, 1978.

9. Максимов Н.П., Григорьев Г.Г. Влияние вибраций на процесс осаждения твердой фракции на фильтрующей поверхности. Механизация и автоматизация взрывных работ. Межвузовский сборник статей. Орджоникидзе, 1977.

10. Максимов Н.П.. Григорьев Г.Г., Кузнецов A.C. Осахдеяке твердых частиц в вибрирующей жидкости. Машиностроение. Точность и конструирование. Межвузовский сборник статей. Орджоникидзе, 1979,

11. Максимов Н.П., Григорьев Г.Г.. Виброперемещекке вязкого слоя по фильтрующей поверхности вакуум-фильтра. Пятая научно-техническая конференция Уральского политехнического института. Выпуск 10. Свердловск, 1986.

12. Максимов Н.П. Экспериментальное исследование работы вибрирующих поверхностей. Машиностроение. Точность и конструирование. Межвузовский сборник статей. Орджоникидзе, 1979.

13. Максимов К.П. Экспериментальное исследование вибрационного вакуум-фильтра. Пятая научно-техническая конференция Уральского политехнического института. Выпуск 10. Свердловск, 1986.

14. Максимов Н.П., Соколов В.Н. К вопросу определения пропускной способности слоя осадка и отсасывающей системы фильтрующего элемента вибрационного фильтра. ЦНИИЭИцветмет, N1319. Деп., 1985.

15. Максимов Н.П. Соколов В.Н. Разработка конструкции и экспериментальные исследования вибрационного фильтра в лабораторных условиях. ДНИИЗИцветмет, N1313. Деп., 1985.

16. Максимов Н.П., Григорьев Г.Г., Кузнецов A.C. Вибрационный вакуум-фильтр. A.c. N2580588/23, 1979.

17. Максимов Н.П., Соколов В.Н. Вибрационный фильтр. A.c. N1313492, БИ N20, 1987.

18. Максимов Н.П., Соколов В.Н. Испытания опытно-промышленной установки вибрационного вакуум-фильтра на Урупеком ГОКе. Научно-техническая конференция СКГМй. Тезисы докладов. Орджоникидзе, 1988.

19. Максимов Н.П. Зкпериментальнос исследование опытно-промысленного вибрационного вакуум-фильтра. ШШЗИцветмет, N1824, 1684.

20. Максимов Н.П. Вибрационный фильтр. Северо-Осетинский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропоганды. Информационный листок N20-21. Владикавказ, 1991.

• 21. Максимов Н.П. К вопросу определения коэффициентов трения на транше скольжения слоя осадка и фильтрующей поверхности. ДНИ-ИЗИцветмет, N1225. Деп., 1S84.

22.' Максимов Н.П. Виброагрегат для термообработки' материала. Пути развития горного производства. Сборник статей к 100-летию ССЦК. Владикавказ, 1993.

. 23. Максимов Н.Л., Соколов В.Н. Испытание вибрационного агрегата для термообработки влажных материалов. Научно-техническая конференция СКГШ. Тезисы докладов. 1991.

24. Максимов Н.П. Обработка сыпучих материалов в вибросушильном агрегате. Научно-техническая конференция СКГТУ. посвященная 50-летшэ победы. Владикавказ. 1995.

25. ?аа.!ссимов Н.П. Конструктивная схема цепи вибрационных аппаратов для обезвоживания суспензий. Международная конференция СКГТУ. Тезисы докладов. Владикавказ, 1994.

26. Максимов Н.П., Стрельцов A.A. Теретические положения расчета толщины стенок ванн виброагрегатов для обезвоживания тех-нологих суспензий и промышленных стоков. Научные труды СКГТУ, N1, 1995.

27. Максимов Н.П. К вопросу определения мощности электромагнитных вибраторов вибрационного фильтра-сгустителя. Научные трудь СКГТУ N1, 1995.

28. МаксимовН.П., Стрельцов A.A. Виброагрегат для механической очистки стоков. Научные труды. Юбилейный сборник, посвяшеннш 50-летию электромеханического факультета. Владикавказ, 1995.

Подписано к печати 08.04.96 г. Объем 2,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ N 137 Северо-Кавказский Государственный технологический университет. 352021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Ротопринт СКГТУ. 362021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.