Диссертация (1025509), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Методика инженерного расчета цилиндроконических гидроциклоновклассификаторов малых размеров с инжекцией, применяемая для решенияширокого ряда технических задач.Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационнойработы обсуждались на заседаниях кафедры гидромеханики, гидромашин игидропневмоавтоматики и кафедры экологии и промышленной безопасностиМГТУ им. Н.Э.
Баумана, а также на научных семинарах кафедрыинженерной защиты окружающей среды Университета Эрланген-Нюрнберг,Германия.Крометого,результатыработыдокладывалисьнаследующихконференциях: 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid15Mechanics and Thermodynamics (Krakow, Poland, 2009); World ConferenceSeries with Virtual Participation: Interdisciplinary Conference on Chemical,Mechanical and Materials Engineering Hosted by Australian Institute of HighEnergetic Materials in Melbourne (Australia, 2009); Bauman’s Russian-Frenchcolloquium of young scientists (Moscow, 2009); Вторая Всероссийскаяконференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроенияРоссии» (Москва, 2009); Wissenschaftlich Seminar der Stipendiaten derProgramme «Michail Lomonosov II» und «Immanuil Kant II» 2008/2009(Moskau, 2009); Wissenschaftlich Seminar der Stipendiaten der Programme«Michail Lomonosov II» und «Immanuil Kant II» 2009/2010 (Moskau, 2010);19th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2010(Prague,CzechRepublic,2010);Всероссийскаямолодежнаянаучнаяконференция «Актуальные проблемы современной механики сплошныхсред» 16–19 октября (Томск, 2010); XXII Международный научныйсимпозиум «Неделя горняка–2014» (Москва, 2014).Публикации.
По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, вчислекоторыхрекомендованных6введущихВысшейнаучныхаттестационнойрецензируемыхкомиссиейжурналах,РоссийскойФедерации для опубликования результатов диссертационных исследований.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав и общих выводов. Работа содержит 224 страницы, из них 206 страницосновного текста, 62 рисунка, 8 таблиц и 191 наименование литературныхисточников.16Глава1.Особенностиработы,конструированияирасчетагидроциклонов1.1. Анализ возможностей практического применения гидроциклонов всоставегидравлическихмашин,устройств,аппаратови гидропневмоагрегатов1.1.1.
Основные типы гидроциклонов и их целевое назначениеГидромеханические процессы очистки, разделения и классификацииполидисперсных систем находят все более широкое применение в различныхобластяхпромышленностиимашиностроениядляобеспеченияпромышленной чистоты рабочих сред, получения целевого продукта,комплексной переработки сырья, рационального использования природныхресурсов, а также решения различных задач экологической безопасности[9,10,16,48,73,115,145,185].
Указанные процессы входят в состав многихсовременных промышленных производств, таких как нефтехимическое,горнорудное,угольное,химическое,микробиологическое,пищевое,лакокрасочное и ряд других [2,6,37,73,89, 92,93,108,121,179]. В этихпроцессах,какправило,двухкомпонентных,такприходитсяиосуществлятьмногокомпонентных,обработкуразбавленныхкакиконцентрированных суспензий и водных дисперсных систем, обычнообладающих полидисперсным составом с размером частиц дисперсной фазыменее 100 мкм. Эта обработка сводится к частичному или к полномуразделению дисперсной системы по фазовому, химическому и элементномусоставу, либо к классификации дисперсной фазы на две или несколькофракций [9,42,73,99,123,179,187].Одним из универсальных видов оборудования для осуществленияпроцессов обработки дисперсных систем являются гидроциклоны.
Аппараты17этого типа являются составной частью многих гидравлических машин,устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов, используемых при решениибольшого числа производственных, технических и технологических задач,включаяпроблемыэкологии,надежностиибезопасности[9,10,16,28,37,42,48,49,73,89,104, 108,129,179].Основные подходы к разработке этих аппаратов, как правило, базируютсяна различиях в их целевом назначении.
По этому признаку аппараты обычноподразделяют на следующие основные группы [4,107,108]: гидроциклоныдля проведения массообменных процессов, гидроциклоны для разделенияэмульсий и несмешивающихся жидкостей, гидроциклоны-осветлители,гидроциклоны-сгустители, гидроциклоны-классификаторы.Аппараты первых двух групп имеют свои специфические особенности,образуют самостоятельные направления в технике гидроциклонирования[4,18,45,108] и в настоящей работе детально не анализируются.Последние три группы гидроциклонов предназначены для обработкидисперсных систем «жидкость-твердое тело» [79,90,92,93,108,121,126,179].Гидроциклоны-осветлители преимущественно используются в составегидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов дляочистки сред от твердых включений в технологических процессах, связанныхсочисткойцелевых,рабочихитехнологическихжидкостейотсопутствующей твердой фазы [9,47-49,115], а также при обработке сточныхвод для обеспечения экологической безопасности [10,16,42,93,99,123].Гидроциклоны-сгустители применяются для выделения твердой фазы изсуспензий и пульп и сгущения ее до высоких концентраций порядка 50-70%[90,107,108].Гидроциклоны-классификаторы в основном предназначены для тонкойочистки жидкостей и фракционного разделения в жидкостных потокахтвердыхчастици[7,46,58,66,107,108,143].зернистыхматериаловпокрупности18Для решения многих технических и технологических задач все группыгидроциклонов находят широкое применение при обработке, очистке,разделении, обогащении, сгущении, осветлении и классификации самыхразнообразныхпосоставуисвойствамдисперсныхсистем[9,10,42,48,73,90,93,108,115,116,123,126,128,143,145,179].Гидроциклоны в составе гидромашин, устройств, аппаратов и агрегатовсоставляют конкуренцию фильтрам [9,48,73] и центрифугам [9] и являютсясоставной частью системы очистки рабочих жидкостей [9,47–49,109,115].В частности, известно применение гидроциклонных аппаратов в составегидроагрегатовнефтедобывающейпромышленности[28,108].Примериспользования гидроциклонов в составе нефтяных насосных магистральныхагрегатов представлен на Рисунке 1.1 [28].Рисунок 1.1.
Пример применения гидроциклонов в составе нефтяныхнасосных магистральных агрегатов на станции по перекачкенефти [28]Широко известно применение гидроциклонов для тонкой очисткиразличных технологических жидкостей в других отраслях промышленности[9,47-49,108,109], а также при решении широкого ряда экологических задач,в частности, в процессах водоподготовки [8,16,99,108]. При этом авторы [8]19отмечают, что применение гидроциклонов в водоподготовке неоправданномало.Согласно СНиП 2-04-03-85 [101] вканализационныхнаружныхсетях и сооружениях гидроциклоны могут использоваться не только вкачестве вспомогательной, но и в качестве самостоятельной ступени очисткисточных вод.
К определяющим параметрам процесса очистки можно отнестиспособ обеспечения необходимой движущей силы процесса (напорные ибезнапорные гидроциклоны), расходные характеристики аппарата, массовыеи/илиобъемныеосредненнуюконцентрациигидравлическуюзагрязненийкрупностьвочищаемыхпримесей,потоках,граничноезерноразделения и ряд других технологических параметров. Причем дисперсныйили фракционный состав загрязнений, также как и функция эффективностиразделения гидроциклонов, обычно рассматриваются лишь в качестведополнительных характеристик.В некоторых современных технологиях обработки сточных вод, гдефракционный состав загрязнений и фракционная функция эффективностиразделения частиц в гидроциклонах являются определяющими параметрами,широкое применение получили гидроциклоны-классификаторы. Составляяконкуренцию центрифугам, гидроциклоны-классификаторы могут бытьиспользованы для локальной очистки сточных вод, когда требуетсявыделение мелкодисперсных загрязнений при невозможности их извлеченияс помощью реагентов [10,57] или же когда тонкодисперсный осадокпредставляет собой ценный продукт, предназначенный для дальнейшегоиспользования [10,16,42,108,123,179].В работе [10] указывается на возможность применения гидроциклоновклассификаторов в технологиях мелкофракционного извлечения извести изосадка водоочистных сооружений.Кроме того, известно применение гидроциклонов-классификаторов всистемах мокрой классификации твердых отходов [10],где указанные20аппараты используются для отделения утилизируемых твердых материаловот менее ценных.При осуществлении процессов очистки почв гидроциклоны могутприменяться в качестве предварительной ступени очистки [33,162,187].
Этосвязано с тем, что имеющиеся в почве различного характера загрязненияобычно распределяются неравномерно и в основном концентрируются вмелкодисперсной части минеральной компоненты из-за ее высокой удельнойповерхности [32,33]. При этом сильнозагрязненные высокодисперсныефракции обычно необходимо отделить от остального относительно чистогоматериала, чтобы снизить нагрузку на последующие ступени очистки,осуществляемые при помощи биологических, химических или термическихметодов. В этом случае гидроциклон-классификатор может занимать всоставе технологической установки одно из центральных мест (Рисунок 1.2)и во многом определять эффективность ее работы в целом [187].Рисунок 1.2. Схема технологической установки очистки почв [187]Врезультатефракционныйсоставтвердойфазыисходныхполидисперсных систем и непрерывную функцию эффективности разделениягидроциклонов-классификаторов следует рассматривать в качестве одних изосновных характеристик многих технологических процессов и аппаратов21различного назначения, связанных с обработкой суспензий.Данный вывод подтверждается тем, что в настоящее время значительноеколичество научных публикаций посвящено результатам исследованийименноэтихвзаимосвязанныхмеждусобойхарактеристик[26,41,76,92,126,133,142,146,179].
При этом особое внимание уделяетсяисследованиюповедениявысокодисперсныхфракцийтвердойфазысуспензий с размером частиц менее 5 мкм [73,76,85,116,142,146,154,163,165,189]. Указанное обстоятельство связано с потребностями многихсовременных технологических процессов [10,16,32,42,128,162].В частности, в технологиях обогащения полезных ископаемых длямокрого обогащения каолинов, глин и бентонитов и снижения энергоемкоститехнологических процессов в керамической, бумажной, строительной идругих промышленностях активно применяются батарейные гидроциклоны,основу которых составляют гидроциклоны-классификаторы (Рисунок 1.3).Рисунок 1.3. Применение батареи цилиндроконических гидроциклоновклассификаторовназаводепообогащениюкаолина,ГерманияУказанныетехнологииобогащенияпредусматриваютэффективноевыделение тонкодисперсных керамических и других масс из породыминералов, а также обеспечение экологической безопасности производства,комплексности переработки сырья и высокого качества выпускаемойпродукции.22Такимобразом,нарядусдругимигруппамигидроциклонов,гидроциклоны-классификаторы нашли широкое применение во многихсовременных технологических процессах, в том числе при обеспечениинадежности [47-49,104,115], промышленной и экологической безопасности[10,108], включая водоподготовку [16,108,123] и очистку сточных вод[16,23,99,116], обработку их осадка [16,39,42,52,108,123,185], вторичноеиспользование твердых отходов [10,123,128], очистку почв [32,33,57,162,187], рациональное использование природных ресурсов и комплекснуюпереработку сырья [2,10,89,108].Очевидно, что все многообразие областей применения гидроциклонныхустановок и их конструктивного оформления не может быть учтено в рамкахединой классификации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
