Уплотнение технологической щепы при вибрационной обработке

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ходе из сорбционной колонки возрастает до 26 г/л (при исходной концентрации - 72 г/л). Основное количество сорбированного цинка в дальнейшем смывается промывкой адсорбента дистиллированной водой. Полученные промывные воды содержат достаточное количество ионов цинка для повторного использования их в технологическом процессе.

В сильнокислой среде сорбент становится недиссоциированным, поверхностные группы адсорбента неионогенны. Следовательно, процесс адсорбции идет на нейтральной поверхности ионообменника. Ионы железа адсорбируются на поверхности древесного окисленного угля в виде ацидокомплексов, что объясняет его способность сорбироваться в большей степени, чем ионы цинка. Вследствие сильной сольватации ионы цинка имеют высокую подвижность и меньшее сродство

к поверхности ДОУ по сравнению с ионами железа.

Ионы цинка последовательно заполняют поры угля, начиная с объемного заполнения микропор и заканчивая послойным заполнением мезопор, что видно на рис 5.

Из полученных экспериментальных результатов можно сделать вывод, что процесс разделения железа и цинка в переработке отработанных травильных стоков цинковаль-ного отделения идет достаточно эффективно, что позволяет надеяться на внедрение такой технологии в аналогичных производствах.

Библиографический список

1. Тарковская, И.А. Окисленный уголь / И.А. Тарковская. - Киев: Наукова думка, 1981. - 200 с.

2. Тарковская, И.А. Свойства и применение окисленных углей / И.А. Тарковская // Российский химический журнал. - 1995. - № 6. - С. 44-51.

УПЛОТНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ

при вибрационной обработке

В.П. СИВАКОВ, проф. каф. машин и оборудования ЦБП УГЛТУ, д-р техн. наук, М.Ю. ГОЛЫНСКИИ, асп. каф. машин и оборудования ЦБП УГЛТУ

На предприятиях лесного комплекса широко применяются бункеры для приема, хранения и отгрузки технологической щепы.

Совершенствование конструкций бункеров направлено на увеличение плотности заполнения их сырьем и обеспечение равномерной и регулируемой отгрузки сырья. Решение этих задач в эксплуатирующихся и проектируемых бункерах можно обеспечить, в частности, применением вибровозбудителей. С целью определения воздействия вибрации на уплотнение технологической щепы производилась обработка сырья погружным вибровозбудителем.

В сырье генерировалось вибрационное поле, контур которого был меньше геометрического расстояния от вибровозбудителя до стен, днища и свободной поверхности сырья [2]. Другими словами, вибрационное поле полностью располагалось в щепе. В зоне вибрационной обработки щепа подвергалась воздействию вибрации со следующими характеристиками: частота ю - 10...75 Гц; вибро-

перемещение А - 50...500 мкм; виброскорость V - 0,4...44 мм/с; виброускорение а - 0,2... 2,8 м/с2 возмущающей силой F - 3...34 Н.

Для выбора характеристик вибрации при обработке материала частоты вибровозбудителя регулировались в интервале 10-75 Гц. При частотах вибрации ниже 15 Гц инерционным вибратором генерировались малые вынуждающие силы, быстро затухающие в толще материала. Максимальные уровни вибрации в материале наблюдались при частотах вибровозбудителя 20-40 Гц. Увеличение частоты вынуждающей силы от 40 до 75 Гц сопровождалось незначительным (до 5 %) возрастанием уровня вибрации технологической щепы при больших энергетических затратах на виброуплотнение. Распространение вибрации в щепе зависит от направления бегущей волны. В горизонтальном направлении вынуждающая сила от вибровозбудителя генерирует в технологической щепе вибрацию в диапазоне 10-250 Гц с преобладающей интенсивностью в октавной полосе со сред-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2008

163

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

негеометрической частотой 16 Гц. В вертикальном направлении от вибровозбудителя в технологической щепе возбуждается вибрация в частотном диапазоне 10-375 Гц с преобладающими уровнями в октавах со среднегеометрическими частотами 16 и 31,5 Гц.

Характер изменения уровней вибрации в технологической щепе в зоне вибрационного поля приведен на рисунке. Контуры вибрационного поля в горизонтальной плоскости имеют симметричную форму, в вертикальной - несимметричную. Вибрационные волны от вибратора из глубины материала к поверхности затухают быстрее, чем от источника вибрации вглубь уплотняемого материала.

Распространение волн вибрации в технологической щепе в горизонтальном ОХ

и вертикальном OZ направлениях характерно для соотношения l << l, где l - длина поля вибрационной обработки щепы; l - расстояние от вибратора до стенки резервуара. Длина поля эффективной вибрационной обработки щепы определялась экспериментально из условия снижения общего уровня виброскорости до Vmin , при котором прекращалось уплотнение. Принималось, что уплотнение щепы не происходит, если ее начальный объем не изменялся после обработки в течение 1 мин. Экспериментально установлено, что уплотнение технологической щепы прекращается при Vmin < 2,2 мм/с. Измерение расстояния от вибратора до вибропреобразователя в направлении распространения волны установлено, что 1э = 1600 мм при виброскорости на поверхности вибровозбудителя V = 35 - 50 мм/c.

Рисунок. Схема распространения вибрации в технологической щепе: а - вид измерительной установки в плоскости XOZ; б - то же в плоскости ZO7; в - график изменения виброскорости в направлении OX; г - то же в направлении OZ; 1 - вибровозбудитель; 2 - резервуар; 3 - вибропреобразователь; 4 - контуры вибрационного поля в горизонтальной плоскости; 5 - то же в вертикальной плоскости; 6 - уровень щепы; 7, 8 - экспериментальный и расчетный график соответственно

164

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица

Экспериментальные характеристики распространения волн вибрации в технологической щепе

Характеристика Величина характеристики в зависимости от направления волны

горизонтально е вертикальное

Общее затухание виброскорости ао на 4 8,30 7,90

Среднее затухание виброскорости а на 1э 2,00 2,32

Кинетическая энергия Тз], Дж 0,27 0,27

Кинетическая энергия Тр„ Дж 0,21 0,23

Угол потерь 5Ь рад. 0,66 0,71

Общее затухание виброскорости на l а0 =VJV .,

где Vmin - виброскорость в щепе на расстоянии 1э от вибровозбудителя.

Среднее затухание вибрации в октавной полосе преобладающей интенсивности колебаний

а=

1 ,

n—1i=i V,-

где n - число i-х точек контроля виброскорости на длине 1э;

Vi - виброскорость технологической щепы в i-й контрольной точке.

Логарифмический декремент колебаний определялся приблизительно по формуле D = ln

i min

При вибрационной обработке технологическая щепа подвергается периодическому сдвиговому деформированию. Установлено, что крошение технологической щепы минимально при вибрационной обработке со среднегеометрическими частотами 16 и 31,5 Гц и виброскоростью до 40 м/с, вызывающей малые деформации. Для предотвращения крошения щепы при сдвиговом деформировании вибрационная обработка производилась в узком диапазоне изменения вибрационных характеристик, отвечающим малым деформациям и малым скоростям деформации. Изменения упруговязких свойств сыпучих материалов в области малых деформаций можно рассматривать как линейные [1].

Для линейных упруговязких материалов соотношение между рассеянной и запасенной энергиями щепы, подвергаемой вибрационной обработке, характеризуется тангенсом угла потерь

tgSi = ТрТ j = х, z,

где T = (m + m )V 2 / 2 - кинетическая энер-

р] v в щ' p] г

гия, рассеянная в зоне вибрационной обработки щепы;

T = (m + m )V 2 / 2 - кинетическая энергия, запасенная щепой в зоне вибрационной обработки;

mв - масса вибровозбудителя;

mщ - масса щепы, подвергающаяся эффективной вибрационной обработке;

Vp. = V (1 - 1/5г) - градиент (потери уровня) виброскорости при прохождении волн вибрации от вибровозбудителя до границ поля эффективной обработки щепы;

V1]. - виброскорость вибровозбудителя.

Масса щепы определялась приближенно в предположении, что объем эффективной вибрационной обработки имеет форму шара с радиусом l

mщ = 1/6утс/3,

где у - плотность технологической щепы.

Экспериментальные характеристики распространения волн вибрации в технологической щепе приведены в таблице. Запасенная и рассеянные энергии в объеме вибрационной обработки (таблица) являются величинами одного порядка. При таком соотношении кинетических энергий виброоб-рабатываемый сыпучий материал находится в фазе перехода от неподвижного состояния в «вязкотекучее» [1]. Затухание колебаний по длине и глубине технологической щепы происходит по экспоненциальному графику. Энергия колебаний при этом рассеивается в слое материала, толщина которого меньше l.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

165

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Распределение амплитуд перемещений и деформаций в этом случае зависит только от колебаний по длине и глубине технологической щепы и происходит по экспоненциальному графику. Энергия колебаний при этом рассеивается в слое материала, толщина которого меньше l. Распределение амплитуд перемещений и деформаций в этом случае зависит только от свойств насыпного материала. Например, амплитуда вертикальных колебаний V, на расстоянии l . от вибровозбудителя определяется по эмпирической формуле

V, =1,2V -еы‘к,

где V. - виброскорость в вертикальном направлении на поверхности вибровозбудителя;

Р, - коэффициент затухания;

к, - коэффициент, учитывающий объемное затухание вибрации.

Для продольных волн малой амплитуды в, может быть рассчитан по формуле [2]

р, = 2n/V&5, ,

где X. - V T - длина волны;

i, i, i,

V., - скорость распространения волны;

T., - период колебаний.

Для вертикальных колебаний при -T, = 0,0625 с и V, - 35 мм/с коэффициент к = 0,00063. “

Виброскорость горизонтальных колебаний определяется по формуле

Vx=1,2-V,-e-Mk,

где Рх = 2n/Xjx'tg8x - коэффициент затухания в направлении ОУ

К - V1,T1,

Для горизонтальных колебаний при T.x = 0,0625 с и Vx - 50 мм/с коэффициент к Х= 0,00059. “

Вибрация в объеме щепы возбуждает продольные волны. При распространении вибрации в щепе происходит их затухание,

обусловленное диссипативными процессами, связанными со сдвиговой и объемной вязкостью щепы. Первой причиной затухания волн являются структурные, происходящие внутри частиц материала, необратимые процессы, сопровождающиеся рассеиванием энергии. Под воздействием структурных процессов, происходит их разрушение или деформация. Вторая причина затухания вибрации в щепе связана с процессом трения между частицами в материале.

При распространении в технологической щепе колебаний за счет вибрационных импульсов отдельным частицам материала сообщаются разные скорости и ускорения. Вследствие индивидуальных вибрационных характеристик частиц материала происходит укладка щепы в пределах вибрационного поля. Эффективность вибрационного уплотнения щепы зависит от времени вибрационной обработки, глубины погружения вибраторов в материал, направления и характеристик вибрации [3]. Уплотнение щепы в цилиндрическом резервуаре с открытой поверхностью при пятиминутной вибрационной обработке повысило степень наполнения в 1,25 раза.

Библиографический список

1. Басов, Н.И. Виброформование полимеров / Н.И. Басов, С.А. Любартович, В.А. Любартович. - Л.: Химия, 1979. - 160 с.

2. Сиваков, В.П. Вибрационное уплотнение технологической щепы / В.П. Сиваков // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства: Межвуз. сб. научн. тр. - СПб.: СПбГТУРП, 1997. -С. 17-20.

3. Патентный поиск и изыскание технических решений по вибрационной интенсификации уплотнения щепы в варочных котлах: Отчет о НИР / УЛТИ; Научный руководитель Сиваков В.П. № 27/86; № Гр.01860006621; Инв. № 02.87.0024350. Свердловск. 57 с.

166

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008