автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Совершенствование рабочего процесса разгрузки осадка рамных фильтр-прессов

Введение.

Раздел

Обзор существующих способов удаления осадка и состояния изученности проблемы обработки пастообразных материалов.

1.1. Обзор и анализ существующих конструкций фильтр-прессов.

1.2. Свойства структурированных систем.

1.3. Анализ эффективности и возможности применения для удаления осадка инерционного поля.

1.4. Цели и задачи исследований.

Раздел

Исследование процесса разрушения и истечения осадка из рамного 32 пространства при разгрузке фильтр-пресса.

2.1. Конструктивное решение проблемы качественной разгрузки ^ высоковязкого осадка рамных фильтр-прессов.

2.2. Этапы разгрузки осадка.

2.3. Отделение слоя осадка от фильтровальной перегородки.

2.4. Истечение осадка из рамного пространства.

2.5. Выводы по разделу 2.*.

Раздел 3 ^ Лабораторные исследования процесса виброобработки осадка.

3.1. Экспериментальное определение физических свойств осадка в статических условиях.

3.2. Исследование изменения свойств осадка под воздействием вибрации.

3.3. Установление адекватности математической модели разгрузки осадка ^ реальному процессу.

3.4. Выводы по разделу 3.

Раздел

Методика определения параметров фильтр-пресса и экономический эффект 106 от его внедрения.

4.1. Выбор параметров фильтр-пресса с вибрационной разгрузкой осадка.

4.2. Экономический эффект от внедрения фильтр-пресса с вибрационной ^, ^ разгрузкой осадка.

4.3. Выводы по разделу 4.

Фильтр-пресс представляет собой машину, в которой исходная пульпа обезвоживается на фильтрующей перегородке под воздействием избыточного давления.

Несмотря на ряд недостатков (тяжелый ручной труд при обслуживании, периодичность процесса, потери продукта через неплотности, большой расход ткани), фильтр-прессы продолжают изготовлять многие зарубежные фирмы и предприятия стран СНГ. Это объясняется тем, что фильтр-прессы обладают незаменимой уникальной совокупностью технологических достоинств. Фильтр-прессы позволяют обрабатывать трудно разделяемые тонкодисперсные шламистые суспензии и гарантируют высокую степень разделения, получение чистого фильтрата и осадка минимальной влажности (менее 50 %). Кроме фильтр-прессов только вакуумные фильтры позволяют получать осадки такой же низкой влажности, однако движущая сила фильтрации (т. е. перепад давления на фильтрующей перегородке) в вакуумных фильтрах на порядок ниже, чем в фильтр-прессах, т. к. в них перепад давления даже теоретически не может быть больше атмосферного давления. Работа фильтр-прессов практически не зависит от степени минерализации и ионной характеристики жидкой фазы фильтруемой суспензии, что позволяет применять эти аппараты для фильтрования высоко агрессивных пульп, как кислых, так и щелочных, а также высококонцентрированных солевых растворов и пульп при высокой температуре (до 100 °С) с соблюдением условия охраны окружающей среды. Фильтр-прессы предоставляют возможность тщательно промывать полученный осадок горячей водой при высоком давлении.

При кажущейся громоздкости и металлоемкости, по удельной металлоемкости и отношению занимаемой площади к поверхности фильтрования фильтр-прессы находятся в ряду наиболее экономичных в этом отношении конструкций фильтров, уступая лишь листовым и тарельчатополочным фильтрам.

Поэтому фильтр-прессы широко применяются в горнорудной, угольной, металлургической, химической, нефтехимической и пищевой промышленности.

Наиболее известны такие производители фильтр-прессов как «Краусс-Маффей», «Хеш», «Шуле» (ФРГ), «Карлсон-Форд» (Англия), «Миура», «Курита», «Эймко» (Япония), «Фильтрокс-Верк» (Швейцария), «Шрайвер» «Вэмко», «Ласта» (США), «Сведала» (Швеция), «Макон», «Делькор» (Италия), «Ларокс», «Оутокумпу» (Финляндия), Бердичевский завод химического машиностроения «Прогресс», НПК «Восточная Украина», НПО «Пензхиммаш» и другие.

По режиму работы фильтр-прессы относятся к устройствам периодического действия. В зависимости от способа формирования фильтровальной ячейки фильтр-прессы делятся на рамные и камерные. Ряд недостатков автоматических камерных фильтр-прессов (например, изменение направления фильтрации при каждом новом цикле работы, необходимость в случае повреждения ленты замены сразу всей фильтровальной ткани, необходимость установки промежуточных приводов протягивания ленты, неизбежное вытягивание ткани) не позволяют им вытеснить из эксплуатации рамные фильтры.

С другой стороны, разгрузка пастообразного осадка рамных фильтр-прессов является трудоёмкой и травмоопасной операцией. В силу органических недостатков известные варианты механизации разгрузки осадка на предприятиях практически не применяются, а используются ручные методы в неблагоприятных условиях гидрометаллургических цехов. Ударная очистка рам от осадка приводит к их деформации, снижает герметизацию, вызывая дополнительные потери раствора при эксплуатации, а обслуживающему персоналу приходится непосредственно контактировать с продуктами металлургического, химического или обогатительного производства, которые могут быть агрессивными, ядовитыми или горячими.

Рис. 1.1. Фильтр-пресс с верхней подвеской плит (НИК «Восточная Украина»)

Об актуальности проблемы разгрузки осадка рамных фильтр-прессов свидетельствует также большое количество выданных патентов на изобретения (России, Японии, США, Великобритании) в этой области.

На основании произведённой систематизации существующих и запатентованных конструкций фильтр-прессов по способу разгрузки осадка с анализом их достоинств и недостатков в работе был сформулирован принцип конструирования нового фильтр-пресса, механизм разгрузки которого позволит исключить ручной труд и сократить простои оборудования при условии качественного удаления осадка. Этому принципу отвечает предложенная автором конструкция вертикального рамного фильтр-пресса, на которую получен патент РФ. Разгрузка фильтр-пресса осуществляется при комбинированном инерционном и гравитационном полевом воздействии на осадок. При приложении вибрации осадок псевдоожижается за счет разрушения надмолекулярных связей. Однако достижение наиболее полного разрушения структуры осадка, например, за счет внутреннего резонанса, противоречит условию снижения инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса.

В работе установлены закономерности отделения осадка от конструктивных элементов фильтровальных ячеек и его истечения из рамного пространства с учетом эффекта виброожижения осадка и получены эмпирические зависимости свойств осадка от амплитуды и частоты вибрации, что позволило создать методику определения оптимальных параметров предложенного механизма разгрузки.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Параметры привода, обеспечивающего вибрационное воздействие на разгружаемый из рамного пространства фильтр-пресса тиксотропный осадок, на различных стадиях разгрузки определяются из условия нарушения равновесия массива осадка с преодолением его адгезионных и когезионных связей при комбинированном инерционном и гравитационном полевом воздействии с учётом сил внутреннего и внешнего трения псевдоожиженного осадка.

2. Минимальное значение амплитуды создаваемых самобалансным виброприводом колебаний, ограниченное условием компенсации упругих деформаций соединительных звеньев пакета плит и рам, обеспечивает снижение инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса, а частота колебаний выбирается одновременно с шириной разгрузочных зазоров согласно уравнению истечения осадка и проверяется по условиям отделения осадка от фильтроткани на начальной и завершающей стадиях разгрузки с учетом увеличения амплитуды колебаний на завершающей стадии.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка использованной литературы из 89 наименований, содержит 120 страниц машинописного текста, включает 43 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для совершенствования процесса разгрузки пастообразного осадка рамных фильтр-прессов эффективным является применение способа, основанного на одновременном удалении материала из всех ячеек аппарата при одновременном формируемом механизмом разгрузки вибрационном воздействии на все элементы пакета плит и рам,

2. Параметры привода, обеспечивающего вибрационное воздействие на разгружаемый из рамного пространства фильтр-пресса тиксотропный осадок, на различных стадиях разгрузки определяются из условия нарушения равновесия массива осадка с преодолением его адгезионных и когезионных связей при комбинированном инерционном и гравитационном воздействии с учетом сил внутреннего и внешнего трения псевдоожиженного осадка.

3. Созданные математические модели процессов отделения слоя осадка от фильтроткани и последующего истечения осадка через разгрузочные зазоры позволяют выбирать требуемые амплитуду и частоту вибропривода механизма разгрузки и размеры зазоров раскрытого пакета плит и рам в зависимости от физико-механических свойств осадка, геометрических размеров фильтровальных ячеек аппарата и толщины слоя осадка фильтрования, при этом относительное отклонение величин, рассчитанных согласно уравнениям, описывающим процесс разгрузки осадка из рамного пространства, от значений, установленных эмпирическим путем не превышает 10 %.

4. Для снижения инерционных нагрузок на конструктивные элементы фильтр-пресса и уменьшения разгрузочных зазоров между плитами и рамами рекомендуется применять режим порционного истечения осадка, а ширину зазора между плитой и рамой принимать пропорциональной квадратному корню произведения модуля сдвига осадка и предела прочности осадка при растяжении.

5. Для исследованных материалов, образующихся в процессе очистки анолита электролиза никеля, при частоте колебаний до 350 с"1 и амплитуде 0.54-4 мм, достигнуто уменьшение коэффициентов внутреннего и внешнего трения до 4 раз, а пределов прочности адгезионных и когезионных связей осадков до 6 раз.

6. Установлено, что применение для разрушения структуры осадка минимальной амплитуды колебаний отвечает минимальным инерционным нагрузкам на конструкцию, при этом наименьшая величина амплитуды определяется условием компенсации упругих деформаций звеньев, соединяющих плиты и рамы.

7. Методика проектирования механизма разгрузки конкретного осадка заключается в определении минимального значения амплитуды колебаний, экспериментальном установлении физико-механических характеристик кека (соотношение прочности когезионных и адгезионных связей осадка при отрыве и при сдвиге в статических условиях; зависимости прочности адгезионных и когезионных связей осадка и коэффициентов его внутреннего и внешнего трения от частоты колебаний при выбранной амплитуде) и выбора частоты вибрации из условия осуществления всех стадий процесса разгрузки.

8. Для расчёта режима порционного истечения осадка при отделении мениска осадка требуется создание методики и проведение серии экспериментов с целью исследования упругих свойств осадка.

9. Рекомендуется применять дорезонансный режим работы самобалансного вибропривода с учетом возможности увеличения интенсивности колебаний на завершающей стадии разгрузки аппарата без перехода через резонанс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. Пер. с англ. М.: Мир, 1979.

2. БарашЮ.С. Влияние тонких поверхностных слоёв на ван-дер-ваальсово взаимодействие макроскопических тел и свойства жидких плёнок. // Письма в Журнал эксперим. и теорет. физики, 1987 Т. 45, вып. 6, с. 294 - 296.

3. Баркан Д. Д. Виброметод в строительстве. М.: Госстройиздат, 1959.

4. Басов А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1984.

5. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1976.

6. Берман Г.К. Течение пищевых масс в каналах различной формы: Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: 1970.

7. Блехмаи И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964.

8. Брук О.Л. Применение фильтр-прессов для обезвоживания продуктов обогащения угля (за рубежом). Уголь, 1968 №7.

9. Брук О.Л. Фильтрование угольных суспензий. М.: Недра, 1978.

10. ВайсбергЛ.А. Проектирование и расчет вибрационных грохотов. Л.:1. Недра, 1986.

11. Варсанофъев В Д. Вибрационные бункерные устройства на горных предприятиях. М.: Недра, 1984.

12. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В Н. Челомей (пред.). М.Машиностроение, 1981. Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела.

13. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1970.

14. Галабурда А. Ф. Производство каолина. М.: Госстройиздат, 1958.

15. ГейерВ.Г., Дулин B.C., ЗаряА.Н. Гидравлика и гидропривод.: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1991.

16. Гончаревич ИЛ. Виброреология в горном деле. М.: Наука, 1977.

17. Горшков Л.К. Основы теории упругости и пластичности в разведочном бурении. СПб.: Санкт-Петербургский горный институт, 1992.

18. ГячевЛ.В. Движение материалов в трубах и бункерах. М.:1. Машиностроение, 1968.

19. Дерягин Б.В. О тонких плёнках в третьем измерении. // Наука в России, 1994, №2, с. 20-23.

20. Дерягин Б.В., Kpomoea Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973.

21. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985.

22. ДругалъС.А. Виброочистка полувагонов от остатков груза. М.:1. Трансжелдориздат, 1960.

23. ЕгерДж. Упругость, прочность, текучесть. -М.: Машгиз, 1961.

24. Елъшин А. И. Фильтровальное оборудование в США. -М.:ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991.

25. Ермолов А.Ю. Течение вязкопластичных пищевых материалов при вибрационном воздействии: Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: 1984.

26. Жужикое В. А. Фильтрование М.: Химия, 1980.

27. Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978.

28. Зенгут Э. Физика поверхности. Пер. с англ. М.: Мир, 1990.

29. Злобинский Б.П. Охрана труда в металлургии. М.: Металлургия, 1975.

30. К вопросу гравитационного истечения сыпучего материала. / Е.В. Максимов и др. Изв. вузов. Горный журнал. 1983 №3 с. 61.

31. Кирпиков В.А., Шорин Г.Н. Введение в теорию пограничного слоя. М.: Московский институт химического машиностроения, 1974.

32. Корнаушенко Л.И. Влияние внутренних и внешних параметров сыпучих материалов на процесс сдвига начало течения / Изв. вузов. Пищевая технология, № 3, 1988.

33. Королёв К.К., Арекельянц М.М. Вибрационные смесители для приготовления бетонных и растворных смесей. М., 1961.

34. Круглицкш Н.Н. Основы физико-химической механики. Киев: Вища школа, 1975 - 4.1.

35. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели.

36. Новосибирск: Наука. Сиб. от-ние, 1986.

37. Лейбовский М.Г. Новости отечественного фильтростроения. М.:1. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1986.

38. Лейбовский М.Г. Современные фильтр-прессы. Обзор. М., 1979.

39. Леонтьев Н.Л. Техника статистических вычислений. М.: Изд-во «Лесная промышленность», 1966.

40. Лунин Л.Н. Научно-практические основы виброформования высоковязких пищевых масс. Автореферат дисс. на соискание уч. ст. докт. техн. наук. М., 1992.

41. Макушок Е.М. Механика трения. Под ред. акад. В.П. Северденко. -Минск: Наука и техника, 1974.

42. Математическая теория планирования эксперимента. Под ред. С.М. Ермакова. М. Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983.

43. Маширов B.C. Фильтр-прессы для обработки отходов флотации на обогатительных фабриках ПНР. ЦНИЭуголь, 1978.

44. Механизм разгрузки фильтр-пресса. патент SU № 1225596 А МЕСИ В 01 D 25/12.

45. Михайлов Н.В. Основные принципы новой технологии бетона и железобетона. М.: Госстройиздат, 1961.

46. Низкопрофильный пластинчатый фильтр. патент US № 458602 МКИ В 01 D 25/12.

47. НурокГ.А. Технология и проектирование гидромеханизации горных работ. М.: Недра, 1965.

48. Овчинников П.Ф. Виброреология. Киев: Наук, думка, 1983.

49. Овчинников П.Ф. О выборе оптимальных параметров вибрационной обработки сред. Изв. Вузов. Стр-во и архитектура, 1969, № 2, с. 168-172.

50. Овчинников П.Ф. Разрушение связей структуры при вибрационном воздействии на среды. В кн.: Закономерности процессов образования и разрушения дисперсных материалов. Минск: Изд-во АН БССР, 1972, Т.4, с 188-196.

51. Овчинников П.Ф. Реология тиксотропных систем- Киев: Наук, думка, 1974.

52. Притыкин Д.П. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. В 3-х частях. Ч. 1. Механическое оборудование для подготовки шихтовых материалов. М.: Металлургия, 1988.

53. Рамный фильтр-пресс. патент RU №2134140 С1 МКИ В 01 D 25/12.

54. Рамный фильтр-пресс. патент SU № 1717175 А1 МКИ В 01 D 25/12.

55. Ратнер С. И. Разрушение при повторных нагрузках. М.: Оборонгиз, 1959.

56. РейнерМ. Деформация и течение. Введение в реологию. М, 1963.

57. Рейнфарт В.В. Автоматические камерные фильтр-прессы с односторонней выгрузкой типа ФАМО. М.: Химическая промышленность, 1984, № 11.

58. Седое Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Изд. 10-е, доп.- М.: Наука, 1987.

59. Современное фильтровальное оборудование / Т.М. Коекова II Горный журнал, 1997, № 4, с. 53.

60. Современные фильтр-прессы, под ред. Лейбовского М.Г. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1970.

61. Тарасов Ю.Д. Инструментальные методы определения прочности прилипания примазок транспортируемого груза. // Изв. вузов. Горный журнал, 1983, № 10, с. 57 60.

62. Тарасов Ю.Д. Использование центробежного эффекта для очистки конвейерных лент. // Изв. вузов. Горный журнал, 1983, № 9, с. 60 62.

63. Тарасов Ю.Д. Очистка конвейерных лент и подконвейерного пространства. -М.: Недра, 1993.

64. Тарасов Ю.Д., Трегубое A.M. Вибрационный очиститель конвейерных лент. // Промышленный транспорт, 1981, №7, с. 14 15.

65. Устройство для воздействия вибрацией на фильтрующую ткань фильтр-пресса. патент JP № 59-6909 МКИ ВОЮ 25/12.

66. Устройство для воздействия вибрацией на фильтрующую ткань фильтр-пресса. патент JP № 59-6910 МКИ В 01 D 25/12.

67. Устройство для отделения остатка фильтрации в фильтр-прессе. -заявка JP № 61-461618 МКИ В 01 D 25/12.

68. Устройство для очистки фильтр-пресса. патент JP № 59-16513 МКИ В 01 D 25/12.

69. Устройство для перемещения фильтрующей ткани в фильтр-прессе.заявка JP № 61-54447 МКИ В 01 D 25/12.

70. Устройство для перемещения фильтрующих пластин в фильтр-прессе.- заявка JP № 61-56003 МКИ В 01 D 25/12.

71. Устройство для удаления остатков фильтрации из фильтр-пресса.патент JP № 55-134615 МКИ В 01 D 25/12.

72. Фильтрование, под ред. Копылевой Б.Б. Л., 1965.

73. Фильтростроение за рубежом, под ред. Борисоглебского Б.Н. М.: ЦИНТИАМ, 1963.

74. Фильтр-пресс с неподвижной фильтрующей тканью. патент JP № 59-92008 МКИ В 01 D 25/12.

75. Фильтр-пресс. заявка FR № 2572302 МКИ В 01 D 25/12.

76. Фильтр-пресс. заявка GB № 2145936 МКИ В 01 D 25/12.

77. Фильтр-пресс. патент JP № 54-94173 МКИ В 01 D 25/12.

78. Фильтр-пресс. патент JP № 58-101712 МКИ В 01 D 25/12.

79. Фильтр-пресс. патент RU № 2040948 С1 МКИ В 01 D 25/12.

80. Фильтр-пресс. патент SU № 1156716 А МКИ В 01 D 25/12.

81. Фильтр-пресс. патент SU № 1225596 МКИ В 01 D 25/12.

82. Фильтр-пресс. патент SU № 1708389 А1 МКИ В 01 D 25/12.

83. Фрейндлих Г. Тиксотропия. JL: Гостехиздат, 1939.

84. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. М.: Физматгиз, 1959 (собр. соч.; Т.З).

85. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1988.

86. Цейтлин М.Г., Беретов В.В. Вибрационная техника и технологиясвайных и буровых работ. JL: Стройиздат. Ленинградское отделение, 1987.

87. Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972.

88. Чубук Ю.Ф. Назаренко И.И., Гарнец В.Н. Вибрационные машины для уплотнения бетонных смесей. Киев: Вища шк. Головное изд-во, 1985.

89. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М.: Наука, 1974.