Обґрунтування параметрів фільтрувально-пульсаційної ма-шини для зневоднення глибоководних органо-мінеральних осадів

Abstract

В результате теоретических и экспериментальных исследований процесса обезвоживания глубоководных органоминеральных осадков (ГВОМО) в фильтровально-пульсационной машине определены основные параметры машины: статическая и динамическая составляющие давления, частота пульсации давления, время фильтрования, а также установлены зависимости этих параметров от показателей процесса фильтрования – влажности материала, высоты слоя суспензии и ее физико-механических свойств. Разработаны методики: проведения экспериментальных исследований процесса обезвоживания тонкодисперсной суспензии в фильтровально-пульсационной машине, работающей при пульсирующем и статическом давлении; обработки результатов эксперимента; определения параметров фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО; определения параметров фильтровально-пульсационной машины со шнековой выгрузкой осадка для обезвоживания ГВОМО. Методики определения параметров фильтровально-пульсационных машин внедрены на предприятиях: ПАО «БМЗ «Прогресс», ООО «Океанмашэнерго», филии «ЦЗФ» Павлоградская» ПАО «ДТЕК Павло-градуголь» и Институте с проектирования горных предприятий ГВУЗ «НГУ». Разработана конструкция фильтровально-пульсационной машины нового технического уровня для обезвоживания тонкодисперсных суспензий и получен патент на полезную модель. Приведены результаты лабораторных исследований процесса фильтрования ГВОМО при статическом и пульсирующем давлении, свойств суспензии и ее гранулометрического состава. Разработаны математические модели, описывающие режимы работы фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО при статическом и пульсирующем давлении, а также выполнен их статистический анализ. Установлено, что при фильтровании тонкодисперсной суспензии ГВОМО в фильтровально-пульсационной машине время фильтрования находится в экспоненциальной зависимости от частоты пульсации давления и обратно пропорционально статической составляющей давления с показателем степени, линейно зависимым от частоты. Кроме того установлено, что при обезвоживании ГВОМО в фильтровально-пульсационной машине при пульсирующем давлении в диапазоне от 1 до 4 МПа с частотой пульсации от 20 до 60 Гц, изменение коэффициента динамичности в пределах от 0,3 до 0,9 имеет незначительное влияние на процесс фильтрования. Определены рациональные (для исследуемого диапазона) конструктивные и режимные параметры фильтровально-пульсационной машины для обезвоживания ГВОМО до влажности от 45% до 50%: частота пульсации давления от 50 до 60 Гц; величина статической составляющей давления от 1 до 2 МПа; коэффициент динамичности 0,3; расстояние между фильтровальными перегородка-ми от 8 до 15 мм. Эффективность обезвоживания ГВОМО в фильтровально-пульсационной машине для режима работы при пульсирующем давлении в сравнении с режи-мом статического давления при одинаковых параметрах составила: для частоты пульсации 20 Гц – порядка 40%, для частоты пульсации 60 Гц – более 58%.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень процесу зневод-нення ГВОМО в фільтрувально-пульсаційній машині встановлено основні параметри машини: статична і динамічна складові тиску, частота пульсації тиску, час фі-льтрування, та їх залежності від показників процесу фільтрування – вологості матеріалу, висоти шару суспензії і фізико-механічних властивостей суспензії. Розроблено методики: проведення експериментальних досліджень процесу зневоднення дрібнодисперсної суспензії в фільтрувально-пульсаційній машині, що працює в режимах пульсуючого та статичного тиску; обробки результатів експерименту; визначення параметрів фільтрувально-пульсаційної машини для зневоднення ГВОМО; визначення параметрів фільтрувально-пульсаційної машини зі шнековим розвантаженням осаду для зневоднення суспензії ГВОМО. Розроблено нову конструкцію фільтрувально-пульсаційної машини для зневоднення дрібнодисперсних суспензій із шнековим розвантаженням осаду. Наведено результати лабораторних досліджень процесу зневоднення ГВОМО при статичному і пульсуючому тиску, властивостей суспензії і її грануло-метричного складу. Визначено раціональні конструктивні та режимні параметри фільтрувально-пульсаційної машини для зневоднення ГВОМО до вологості від 45 до 50%. Встановлено, що ефективність зневоднення ГВОМО в фільтрувально-пульсаційній машині для режиму роботи при пульсуючому тиску в порівнянні з режимом статичного тиску при однакових параметрах склала: для частоти пульсації 20 Гц – близько 40%, для частоти пульсації 60 Гц – більше 58%.

As a result of theoretical and experimental investigations of the process of de-watering deep-water organic-mineral sediments with a filtering machine utilizing pul-sating pressure, the following main parameters of the machine were established: static and dynamic components of the pressure, the frequency of the pressure pulsa-tion, the duration of the filtration, as well as dependences of these parameters on pa-rameters of the filtration, namely, on the moisture of the material, the suspension layer thickness, and physical-and mechanical properties of the suspension. The following techniques were developed: of the experimental investigation of the process of filtering the fine suspension with a filtering machine utilizing both static and dynamic pressures; of the experimental data processing; of determining pa-rameters of the filtering machine for dewatering deep-water organic-mineral sedi-ments utilizing the pulsating pressure; of determining parameters of the filtering ma-chine equipped with a screw for unloading the dewatered material. The design of the filtering machine utilizing the pulsating pressure for dewatering the fine suspension equipped with a screw for unloading the dewatered material was developed; a utility model patent was obtained. The results of laboratory investigations on dewatering deep-water organic-mineral sediments under the static and dynamic pressures, as well as properties of the suspension and its particles size distribution are given. Rational design and operation parameters of the filtration machine for dewatering deep-water organic-mineral sedi-ments to their moisture of 45-50 % are determined. It was established that the efficiency of dewatering the deep-water organic-mineral sediments with the filtering machine utilizing the pulsating pressure with the frequency of 20 Hz is app. by 40% higher in comparison with the static mode; for the frequency of 60 Hz this value is above 58%.