Влияние механической переработки на качество кускового торфа (обзор)

Зюзин Б.Ф.

ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НА КАЧЕСТВО КУСКОВОГО ТОРФА

Предисловие к работе Сергея Георгиевича Солопова «Влияние дисперсности на структуру и физико-механические свойства торфа в связи с задачей получения качественного кускового топлива из залежей с пониженной влажностью»

Кусковой торф находит применение в качестве энергогазохимического и коммунальнобытового топлива.

Особенно велика его роль в безлесных и труднодоступных районах, где отсутствуют другие источники топлива.

Производство кускового торфа выгодно отличается от производства торфяных брикетов тем, что не требует операций прессования, искусственной сушки и обходится дешевле.

Фактором, сдерживающим производство кускового торфа для бытового потребления, является его низкая механическая прочность.

Известно, что торф в естественном залегании - это полидисперсное гетерогенное трехфазное упруго-пластичное тело. Изменяя дисперсность торфа механическим воздействием, можно в известной степени влиять на физико-механические свойства готовой продукции.

Механическая переработка торфа -процесс массового разрушения твердой фазы упруго-пластичного тела с переходом его в вязко-пластичное состояние. Переработка торфа - процесс массового разрушения его твердой фазы, сопровождающийся постепенным развитием поверхностей раздела с дисперсионной средой. При этом энергия частично переходит в образованную поверхность раздела фаз и в тепло, затрачиваемое на пластическое деформирование.

Установить степень переработки -значит определить размеры частиц и их процентное содержание в дисперсной системе после механического воздействия на нее.

Большое значение для технологии торфяного производства имеет установление первичной, или исходной, дисперсности торфа-сырца.

Изыскание способа получения прочного кускового торфа актуально при разработке как залежей низинного типа, на которых пока не удается получить достаточно прочную продукцию из-за трещи-нообразования в процессе сушки, так и для залежей верхового типа с целью уменьшения энергоемкости процессов механической переработки и формования.

Влияние переработки на качество торфа давно привлекает внимание исследователей.

Еще в начале ХХ века зависимость качества кускового торфа от кратности пропускания торфа-сырца через перерабатывающее устройство исследовал К. Блахер. Изучению отдельных операций переработки посвятил свои исследования Е.С. Меньшиков. Процессы измельчения и перемешивания исследовались в работах С.В. Курдюмова, И.А. Рогова, Е.П. Семенского и Х.И. Ривкиной. Улучшение механических свойств кускового торфа с увеличением кратности пропуска торфа-сырца через перерабатывающее устройство выяснено К. Блахером, С.В. Курдюмовым,

С.Г. Солоповым и Г.И. Кужманом, имеет свой предел и достигается при семидесятикратном пропуске либо при достижении величины удельной поверхности Sо=6000-7000 см2/г.

Количественная оценка результатов переработки торфа характеризуется технологически степенью переработки торфа, а механически - степенью перерабатывающего воздействия механизма на торф.

Результат переработки зависит от интенсивности воздействия механизма на материал и от прочности перерабатываемого материала. Торф-сырец в процессе механической переработки подвергается деформации сжатия, растяжения и сдвига, что приводит к разрушению частиц. Эффект переработки в основном зависит от того, насколько полно в процессе переработки представлены деформации сдвига торфяной массы. Истирающее действие потока становится меньшим при снижении предельного напряжения: сдвига и пластической вязкости.

Процесс переработки торфа-сырца всегда связан с увеличением поверхности диспергируемого тела на границе с жидкой средой и увеличением поверхностной энергии.

В связи с этим проф. С.Г. Солоповым для оценки степени переработки торфа предложена величина удельной поверхности системы, т.е. величина суммарной поверхности, приходящаяся на 1 г сухого вещества торфа.

Так как грубые дисперсии дают весьма незначительную удельную поверхность, то при этом методе учитывается в качестве основной определяющей величины удельная поверхность мелких дисперсий, т.е. частиц размером 4 мк и менее.

Интенсивность переработки зависит от типа торфа.

При переработке торфа следует равномерно распределять волокна в куске, образуя в нем подобие пространственной сетки, ячейки которой были бы заполнены мелкодисперсной массой, что позволяет повысить прочность кускового торфа.

Различие в прочности верхового и низинного торфа, как выяснено С.Г. Солоповым, связано с их структурой. Верховой торф не только высокой, но и малой степени разложения обнаруживает губчатую связную структуру, низинный торф имеет раздельно-зернистую структуру и сохраняет пористость в воздушно-сухом состоянии, что и приводит к крошимости этого торфа. Улучшения качества низинного торфа можно добиться повышенной переработкой и уплотнением до двухфазного состояния (торф + вода).

В создании прочного куска, как отмечено в исследованиях Г.И. Кужмана, важная роль принадлежит поверхности и поверхностной энергии. Улучшение качества кускового торфа, как установлено в работах И.И. Лиштвана и Г.Я. Воронкова, может быть достигнуто введением химических добавок.

Исследуя химический состав переработанного торфа, В.Е. Раковский и Х.И. Ривкина выяснили, что такой торф имеет связующие свойства, и высказали предположение, что он может быть использован в качестве добавки к слабо-переработанному для улучшения свойств смеси.

Наряду с усовершенствованием способов переработки и перерабатывающих устройств развиваются и совершенствуются методы оценки переработки.

В настоящее время существуют две группы методов оценки степени переработки.

Первая группа основывается на измерении свойств сырца и готовой продук-

ции и служит для определения достаточности переработки торфа-сырца, вторая группа измеряет интенсивность механического воздействия перерабатывающего устройства на торф-сырец и необходима для установления основных конструктивных расчетных параметров перерабатывающего устройства.

Наибольшее распространение из методов первой группы получил седименто-метрический анализ, разработанный для торфа Е.П. Семенским, М.П. Воларовичем, Н.В. Чураевым и др.

Н.В. Чураев впервые для оценки диспергирования ввел величину, учитывающую соотношение между размерами частиц грубодисперсной и высокодисперсной области, - коэффициент неоднородности переработки.

Из методов второй группы следует отметить метод оценки переработки по величине главных деформаций, разработанный Ф.А. Опейко.

В.К. Фомин определил зависимость удельной поверхности от степени механического воздействия на торф, определенную по методу Ф.А. Опейко.

Следует отметить, что при существующих способах добычи мелкокускового торфа до сих пор еще не удается получать удовлетворительную по прочности продукцию из низинного торфа. Поэтому особую актуальность приобретает разработка способа получения кускового торфа путем добавки небольших количеств интенсивно переработанного торфа к неперерабо-танному или слабо переработанному торфу и метод оценки влияния добавляемой массы на качество торфа, который остается пока неисследованным.

Б.Д. Коган в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук рассмотрел вопросы влияния неоднородности механической переработки на качество мелкокускового торфа. Для характеристики распределения и упрочняющего действия мелкодиперсных частиц он ввел понятие «коэффициента относительной площади поверхности», равного отношению суммарной площади частиц размером менее 5 мк, т.е. коллоидных, к площади, образованной частицами размером более 5 мк в единице веса сухого вещества торфа. Коэффициент относи-

тельной площади поверхности показывает, во сколько раз площадь поверхности, образованная мелкодисперсными частицами, больше площади поверхности, образованной крупными фракциями: (р=¥м:?к. По этой величине можно судить о «клеющей» способности мелкодисперсной фракции. Сравнительная оценка степени переработки (по свойствам торфа) показывает, что оценка степени переработки по величине коэффициента относительной площади поверхности р более контрастно характеризует интенсивность диспергирования.

В табл. приведены результаты экспериментальных исследований

Б.Д. Когана. По данным табл. 1 наиболее рациональной для обеспечения минимальной крошимости кускового торфа является степень переработки при Я=2600.

При этом коэффициент относительной площади поверхности составляет р=2,4...2,6.

Б.Д. Коган установил зависимость крошимости от коэффициента относительной площади поверхности р при различных влажностях формования и высушивания кускового торфа, которая представляется в виде степенной зависимости К = ар-в,

где а=67...177%, в=0,86...1,84 - безразмерный коэффициент.

Как показали опытные данные, минимальная крошимость достигается при влажности воздушно-сухого торфа Ш=40%.

Таблица. Оценка переработки торфа

№ п.п. Степень перера- ботки, Удельная поверхность, Бс, см2/г Коэффициент относительной площади поверхности, р Кроши- мость, К, %

Торс э тростниковый, степень разложения Р=20%

1 0 3000 0,9 100

2 700 5100 1,7 80

3 2600 6600 2,4 7

4 5500 11200 8,4 15

Торф осоково-древесный, степень разложения Р=25...30%

1 0 2400 0,6 100

2 700 4700 1,7 75

3 2600 5700 2,6 10

4 5500 9300 6,5 23

Исследования показали, что влаго-поглощаемостъ очень сильно зависит от степени дисперсности. Наиболее резко снизилась способность образцов к влаго-поглощению при добавке 25% мелкодисперсной массы к торфу, переработанному в конусном растирателе. Это объясняется тем, что в основной массе торфа были разрушены пустотелые клетки, заполненные водой, однако был сохранен каркас из волокнистых частиц, принимающих на себя наибольшие напряжения, а также имелось достаточное количество мелкодисперсных частиц, обладающих коллоидными свойствами. Коллоидные частицы при сушке претерпевают необратимые изменения и при высушивании до влажности менее 55% теряют способность впитывать воду. На поверхности куска образуется корка, которая препятствует проникновению влаги внутрь куска. Из исследуемых видов торфа наибольшее влагопоглощение наблюдается у тростникового торфа, что объясняется особенностями его ботанического состава.

Обращаясь к классическим работам признанных ученых, мы в очередной раз восхищаемся глубиной их исследований, которые сохранили свою актуальность и значимость и на рубеже XXI века.

Солопов С.Г.

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ НА СТРУКТУРУ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОРФА В СВЯЗИ С ЗАДАЧЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО КУСКОВОГО ТОПЛИВА ИЗ ЗАЛЕЖЕЙ С ПОНИЖЕННОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ

Впервые работа опубликована в Трудах Московского торфяного института