Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 250
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
2. Теоретический анализ исследуемого процесса
.1 Характеристика исходных материалов
3.2 Выбор метода эксперимента и анализа. Описание техники эксперимента
3.3 Выбор параметров исследования
4. Результаты эксперимента, их обсуждение и теоретическая обработка
.1 Расчет материального баланса
.2 Синтез технологической схемы с экономической оценкой предлагаемой технологии
.2 Контрольно-измерительные приборы и аппараты
Библиографическое описание используемых литературных источников
2, а расстояние между ними 10-6мм, то сила молекулярного взаимодействия по этому уравнению составит примерно 0,01Н (0,3-0,5МПа), что примерно на порядок меньше фактической прочности прессованных гранул. Это свидетельствует о том, что наряду с молекулярным взаимодействием частиц возникают фазовые контакты, прочно связывающие элементы первичной структуры.
Таким образом, на определенной стадии уплотнения порошка с ростом внешнего давления происходит деформация первичных кристаллических блоков, вплоть до полного разрушения кристаллов, при этом могут возникать фазовые контакты между частицами порошка и плотная структура типа С3.
Очевидно, что чем больше энергия кристаллической решетки, тем выше должно быть давление прессования и тем больше энергетические затраты в процессе. В связи с этим прессование хлористого калия (имеющего высокую энергию кристаллической решетки Е=690кДж/моль) является технологически трудным и энергоемким процессом. Внесение в гранулируемый материал различных добавок может снизить энергетические затраты, не изменяя прочности гранул.
В условиях лаборатории гранулирование исследуемых смесей проводили методом таблетирования. Механизм прессования, происходящий в замкнутом объеме, применим для объяснения процессов, происходящих при таблетировании порошков, так как физико-химические и физико-механические основы процессов совпадают. Так, сыпучий образец, помещенный в сосуд (пресс-форму) с жесткими стенками, исключает возможность бокового расширения, то при увеличении давления на поверхность материала он уплотняется, то есть уменьшается его пористость. Связь между давлением сжатия Рт (таблетирования) и коэффициентом пористости материала описывается уравнением:
, (2.2.5.)
где А, С, РС, n - параметры, определяемые экспериментально.
если n=1, то можно получить зависимость:
Пользуясь приведенным уравнением и изменяя величину n от 0 до 2, можно получить кривые уплотнения, имеющие вид от прямой линии до гиперболы. В начальный период таблетирования происходит структурная деформация, приводящая к увеличению количества контактов и уплотнению порошка.
Суммарная площадь контактных площадок возрастает с увеличением нагрузки. Необходимую нагрузку можно рассчитать из уравнения:
, (2.2.6.)
где Р - давление соответствующее данной плотности;
Ро- давление для той же плотности при статическом прессовании;- константа;
- скорость относительной деформации.
Важную роль в процессе играет скорость прессования, повышение ее проводит к изменению характера деформации частиц прессуемого материала, поэтому для получения заданной плотности может быть увеличено давление.
Поэтому для выбора оптимальной скорости прессования порошков необходимо определить допустимый интервал нагрузки на прессуемый материал.
· Минимальная скорость уплотнения характеризуется временной выдержкой соответствующего давления на гранулируемый материал.
· Максимальная скорость уплотнения определяется условиями фильтрации воздуха через слой материала, зависящей от применяемого давления и времени выдержки процесса гранулирования.
Зависимость давления от скорости прессования носит сложный характер и может быть как возрастающей, так и убывающей.
Общая работа, затрачиваемая на таблетирование, на увеличение плотности материала от исходной до конечной определяется из уравнения (2.2.7.):
, (2.2.7.)
где An-работа на увеличение плотности материала;
Аf - работа на преодоление внешнего трения.
Соответственно, общее давление прессования Р складывается из давления, необходимого для уплотнения порошка Pn, и давления, необходимого для преодоления трения порошка о стенки матрицы Pf:
(2.2.8.)
где Pn и Pf соответственно зависят от свойств прессуемого материала, форм и размеров соответствующих таблеток.
В процессе прессования различают три периода:
· начальный - период уплотнения;
· средний - период упругой деформации;
· конечный - период пластической деформации.
В первом периоде происходит наиболее интенсивное уплотнение материала за счет быстрого уменьшения пористости.
Во втором - давление нарастает, но уплотнения порошка не происходит, так как частицы порошка оказывают сопротивление сжатию. У пластичных материалов этот период упругой деформации кратковременен и частицы порошка не оказывают сопротивление сжатию, и процесс переходит в третий период - пластическую деформацию. При деформации порошков происходит изменение взаимных положений частиц. Упругим и жестким материалам свойственна хрупкая деформация, зависящая от качества гранулята, условий прессования.
Давление прессования должно обеспечивать хорошие показатели прочности. Такое давление называется оптимальным. При избыточном давлении ухудшается качество таблеток, при недостаточном - формируются непрочные таблетки. Величина оптимального давления зависит от прессуемости порошка: чем выше прессуемость, тем меньше давление требуется для получения таблеток определенной прочности. При одинаковом давлении прессования хорошо прессуемые порошки образуют таблетки с более высокой прочностью.
Процессы гранулообразования сопровождаются явлениями массовой кристаллизации веществ, которые оказывают влияние на структуру гранулируемых материалов, на их физико-химические и физико-механические свойства. Продуктом массовой кристаллизации является дисперсная структура мелкокристаллических солей с развитой поверхностью и многочисленными центрами адсорбции и адгезии. Посторонние примеси в виде растворенных солей или взвесей приводят к изменению формы, увеличению числа и прочности фазовых контактов. Присутствие примесей оказывает влияние на структуру твердой фазы, оказывает большое влияние на физические свойства удобрений - гигроскопичность, слеживаемость, их гранулируемость и прочность гранул. Прочность дисперсных структур зависит от пористости и размеров исходных частиц образцов.
Прочность образующихся капиллярно-пористых тел определяется характером внутренних напряжений, возникающих при формировании их структуры в результате срастания зародышей новой фазы, а также физико-механическими свойствами поверхностных слоев. /26/
На процесс получения гранул, обладающих, высокими прочностными свойствами влияют многочисленные параметры:
· Свойства исходных материалов - хрупкость, твёрдость, плотность;
· Исходное состояние материала - форма частиц, гранулометрический состав, влажность, температура;
· При увеличении минералогической прочности гранулированного материала необходимо поддерживать более высокое давление для получения продукта, обладающего достаточными прочностными характеристиками.
· Наличие незначительного количества влаги 1-2 % вес. способствует поверхностному растворению кристаллов (Например: хлористый калий), что обеспечивает образование мостиков между частицами и приводит к упрочнению материала.
· Повышение температуры вызывает повышение пластичности и деформируемости, тем самым частицы плотнее прилегают друг к другу, а так же необходимо меньшее давление для получения высоких прочностных характеристик. При более низких температурах происходит кристаллизация в виде упрочняющих мостиков между частицами, что приводит к упрочнению гранул.
Объектами исследования данной дипломной работы является оборотный щелок и хлорид калия флотационной фабрики БКРУ-2.
Для поведения эксперимента был использован оборотный щелок флотационной фабрики БКРУ-2 состав, которого представлен в таблице 3.1.1.
Таблица 3.1.1.
Состав оборотного щелока БКРУ-2.
Продуктом переработки флотационной фабрики БКРУ-2 является хлористый калий называемый в соответствии с ГОСТ 4568-95 «Калий хлористый 98%» - мелкие кристаллы серовато-белого цвета с розоватым оттенком.
Основные константы продукции:
· химическая формула основного вещества - KCl;
· температура плавления - 7680С;
· плотность отдельных кристаллов - (1950-2000) кг/м3;
· насыпная масса в зависимости времени хранения - (900-1400) кг/м3%;
· растворимость хлорида калия составляет при 200С - 34,3 г на 100 г Н2О, при 1000С - 55,5 г на 100 г Н2О.
Гранулометрический состав хлорида калия БКРУ-2 приведен в таблице 3.1.2.
Таблиц 3.1.2.
Гранулометрический состав хлористого калия
Таким образом, на определенной стадии уплотнения порошка с ростом внешнего давления происходит деформация первичных кристаллических блоков, вплоть до полного разрушения кристаллов, при этом могут возникать фазовые контакты между частицами порошка и плотная структура типа С3.
Очевидно, что чем больше энергия кристаллической решетки, тем выше должно быть давление прессования и тем больше энергетические затраты в процессе. В связи с этим прессование хлористого калия (имеющего высокую энергию кристаллической решетки Е=690кДж/моль) является технологически трудным и энергоемким процессом. Внесение в гранулируемый материал различных добавок может снизить энергетические затраты, не изменяя прочности гранул.
В условиях лаборатории гранулирование исследуемых смесей проводили методом таблетирования. Механизм прессования, происходящий в замкнутом объеме, применим для объяснения процессов, происходящих при таблетировании порошков, так как физико-химические и физико-механические основы процессов совпадают. Так, сыпучий образец, помещенный в сосуд (пресс-форму) с жесткими стенками, исключает возможность бокового расширения, то при увеличении давления на поверхность материала он уплотняется, то есть уменьшается его пористость. Связь между давлением сжатия Рт (таблетирования) и коэффициентом пористости материала описывается уравнением:
, (2.2.5.)где А, С, РС, n - параметры, определяемые экспериментально.
если n=1, то можно получить зависимость:
Пользуясь приведенным уравнением и изменяя величину n от 0 до 2, можно получить кривые уплотнения, имеющие вид от прямой линии до гиперболы. В начальный период таблетирования происходит структурная деформация, приводящая к увеличению количества контактов и уплотнению порошка.
Суммарная площадь контактных площадок возрастает с увеличением нагрузки. Необходимую нагрузку можно рассчитать из уравнения:
, (2.2.6.)где Р - давление соответствующее данной плотности;
Ро- давление для той же плотности при статическом прессовании;- константа;
- скорость относительной деформации.Важную роль в процессе играет скорость прессования, повышение ее проводит к изменению характера деформации частиц прессуемого материала, поэтому для получения заданной плотности может быть увеличено давление.
Поэтому для выбора оптимальной скорости прессования порошков необходимо определить допустимый интервал нагрузки на прессуемый материал.
· Минимальная скорость уплотнения характеризуется временной выдержкой соответствующего давления на гранулируемый материал.
· Максимальная скорость уплотнения определяется условиями фильтрации воздуха через слой материала, зависящей от применяемого давления и времени выдержки процесса гранулирования.
Зависимость давления от скорости прессования носит сложный характер и может быть как возрастающей, так и убывающей.
Общая работа, затрачиваемая на таблетирование, на увеличение плотности материала от исходной до конечной определяется из уравнения (2.2.7.):
, (2.2.7.)где An-работа на увеличение плотности материала;
Аf - работа на преодоление внешнего трения.
Соответственно, общее давление прессования Р складывается из давления, необходимого для уплотнения порошка Pn, и давления, необходимого для преодоления трения порошка о стенки матрицы Pf:
(2.2.8.)где Pn и Pf соответственно зависят от свойств прессуемого материала, форм и размеров соответствующих таблеток.
В процессе прессования различают три периода:
· начальный - период уплотнения;
· средний - период упругой деформации;
· конечный - период пластической деформации.
В первом периоде происходит наиболее интенсивное уплотнение материала за счет быстрого уменьшения пористости.
Во втором - давление нарастает, но уплотнения порошка не происходит, так как частицы порошка оказывают сопротивление сжатию. У пластичных материалов этот период упругой деформации кратковременен и частицы порошка не оказывают сопротивление сжатию, и процесс переходит в третий период - пластическую деформацию. При деформации порошков происходит изменение взаимных положений частиц. Упругим и жестким материалам свойственна хрупкая деформация, зависящая от качества гранулята, условий прессования.
Давление прессования должно обеспечивать хорошие показатели прочности. Такое давление называется оптимальным. При избыточном давлении ухудшается качество таблеток, при недостаточном - формируются непрочные таблетки. Величина оптимального давления зависит от прессуемости порошка: чем выше прессуемость, тем меньше давление требуется для получения таблеток определенной прочности. При одинаковом давлении прессования хорошо прессуемые порошки образуют таблетки с более высокой прочностью.
Процессы гранулообразования сопровождаются явлениями массовой кристаллизации веществ, которые оказывают влияние на структуру гранулируемых материалов, на их физико-химические и физико-механические свойства. Продуктом массовой кристаллизации является дисперсная структура мелкокристаллических солей с развитой поверхностью и многочисленными центрами адсорбции и адгезии. Посторонние примеси в виде растворенных солей или взвесей приводят к изменению формы, увеличению числа и прочности фазовых контактов. Присутствие примесей оказывает влияние на структуру твердой фазы, оказывает большое влияние на физические свойства удобрений - гигроскопичность, слеживаемость, их гранулируемость и прочность гранул. Прочность дисперсных структур зависит от пористости и размеров исходных частиц образцов.
Прочность образующихся капиллярно-пористых тел определяется характером внутренних напряжений, возникающих при формировании их структуры в результате срастания зародышей новой фазы, а также физико-механическими свойствами поверхностных слоев. /26/
На процесс получения гранул, обладающих, высокими прочностными свойствами влияют многочисленные параметры:
· Свойства исходных материалов - хрупкость, твёрдость, плотность;
· Исходное состояние материала - форма частиц, гранулометрический состав, влажность, температура;
· При увеличении минералогической прочности гранулированного материала необходимо поддерживать более высокое давление для получения продукта, обладающего достаточными прочностными характеристиками.
· Наличие незначительного количества влаги 1-2 % вес. способствует поверхностному растворению кристаллов (Например: хлористый калий), что обеспечивает образование мостиков между частицами и приводит к упрочнению материала.
· Повышение температуры вызывает повышение пластичности и деформируемости, тем самым частицы плотнее прилегают друг к другу, а так же необходимо меньшее давление для получения высоких прочностных характеристик. При более низких температурах происходит кристаллизация в виде упрочняющих мостиков между частицами, что приводит к упрочнению гранул.
3. Экспериментальная часть
.1 Характеристика исходных материалов
Объектами исследования данной дипломной работы является оборотный щелок и хлорид калия флотационной фабрики БКРУ-2.
Для поведения эксперимента был использован оборотный щелок флотационной фабрики БКРУ-2 состав, которого представлен в таблице 3.1.1.
Таблица 3.1.1.
Состав оборотного щелока БКРУ-2.
| Вещество | MgCl2 | CaCl2 | KCl | NaCl | CaSO4 |
| Содержание, % | 0,838 | - | 10,15-10,32 | 18,20-18,99 | 0,174 |
Продуктом переработки флотационной фабрики БКРУ-2 является хлористый калий называемый в соответствии с ГОСТ 4568-95 «Калий хлористый 98%» - мелкие кристаллы серовато-белого цвета с розоватым оттенком.
Основные константы продукции:
· химическая формула основного вещества - KCl;
· температура плавления - 7680С;
· плотность отдельных кристаллов - (1950-2000) кг/м3;
· насыпная масса в зависимости времени хранения - (900-1400) кг/м3%;
· растворимость хлорида калия составляет при 200С - 34,3 г на 100 г Н2О, при 1000С - 55,5 г на 100 г Н2О.
Гранулометрический состав хлорида калия БКРУ-2 приведен в таблице 3.1.2.
Таблиц 3.1.2.
Гранулометрический состав хлористого калия