Сравнительный анализ процессов сушки различных видов торфяной продукции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

свойств органоминеральных композиций // Технология и комплексная механиз. торф. производства. Сб. научн. тр. / Тверь: ТГТУ, 2000. С. 84-89.

5. Непша В.Г. Исследование процесса гранулирования торфа методом окатывания в тарельчатом грануляторе. Дис.... канд. техн. наук. Тверь: 1981.

6. Антонов В.Я, Малков Л.М., Гамаюнов Н.И. Технология полевой сушки торфа. - М.: Недра. 239 с.

7. Афанасьев А.Е., Чураев Н.В. Оптимизация процессов сушки и структурообразования в технологии торфяного производства. - М.: Недра, 1992. 288 с.

8. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Сорбция в гидрофильных материалах. -Тверь: ТГТУ, 1997. 160 с.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------

Мисников О.С., Тимофеев А.Е. - Тверской государственный технический университет, г. Тверь.

-------------------------------------------- © Е.Ю. Исаева, О.В. Пухова,

2006

УДК 662.331:622.31:812

Е.Ю. Исаева, О.В. Пухова

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СУШКИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОРФЯНОЙ ПРОДУКЦИИ

Семинар № 16

ЖЭ условиях рыночных отноше--Я-М ний и непрерывного изменения требований, предъявляемых к технологии торфяного производства, а также широкого разнообразия торфа развитие отрасли сдерживается отставанием темпов совершенствования и разработки новых технологий добычи, переработки и использования торфа. Ускорение технического прогресса в торфяной отрасли может быть достигнуто в результате

практической реализации глубоких тео-ре-тических разработок, доведенных до инженерных решений. В соответствии с этим постановка задачи по изучению закономерностей изменения физических свойств торфа при его переработке и сушке становится актуальной в связи с решением проблем прогнозирования физико-химических свойств торфа и направленного регулирования ими с целью более полного и эффективного

использования торфяной продукции для нужд энергетики и других областей применения.

Важным отличием торфа от других видов твердых топлив является то, что в естественном состоянии при залегании в залежи не является продукцией из-за сильной обводненности (до 90 % воды) при малом содержании серы. Поэтому для превращения его в продукцию необходимо удалить боль-шое количество воды.

Торф состоит из растительных остатков и минеральных компонентов. Часть минеральных компонентов в обводненном торфе находится во взаимодействии с ионами, пос-тупающими из раствора. Вторая часть - это различные минералы, соединения, занесенные в торф из воз-духа или потоками воды. Малоразложившийся торф низкой зольности состоит из волокон. И его свойства близки к свойствам хлопковой ваты. В хорошо разложившемся торфе структурным элементом служит гумус. Торф средней степени разложения имеет промежуточные свойства. В нем имеются волокна и разложившаяся масса. Прочность продукции из торфа зависит от количества и качества связей между частицами, агрегатами, ассоциатами, из которых он состоит, а также дефектов структуры, то есть ее степени «организации» [1].

В настоящее время торф добывают в основном фрезерным способом, недостатком которого является большая зависимость от погодных условий и высокая влажность готового торфа (40-45 %), а так же склонность к саморазогреванию при хранении. Повысить эффективность торфяного производства можно при разработке новых технологий добычи.

Длительность сушки торфа, которая определяет величину сбора, зависит от комплекса метеорологических, почвенных и технологических факторов [2, 3]. Почвенные и метеорологические факторы определяются естественными условиями природной среды. Технологические факторы могут быть изменены в нужном направлении в целях более полного использования погодных условий для сушки торфа и получения максимально возможных сборов.

Сушка торфа при добыче его фрезерным способом производится в слое непосредственно на полях добычи. Основными технологическими параметрами слоя, которые влияют на длительность сушки торфа, являются: толщина и равномерность расстила, величина среднедействующего диаметра, насыпной вес, влажность, величина поверхности испарения, величина площади и характер контакта торфяных частиц с подстилающей торфяной залежью.

Величина среднедействующего диаметра крошки в производственных условиях колеблется в пределах 1,5-6 мм. На низинных залежах более 50 % по весу составляют мелкие и пылеватые фракции. Па верховых залежах фракционный состав довольно неоднороден. Коэффициент вариации толщины расстила составляет 0,5-0,7.

В целях выявления эффективности сушки различных видов торфяной продукции были проведены сравнительные опыты по сушке фрезерной крошки, укрупненных частиц и гранул сферической и цилиндрической форм. Процесс сушки является одним из способов повышения концентрации твердой фазы, происходящих в торфе. Сушка велась при конвективном теплоподводе [4] при Т = 295 К, ф = 0,6.

Сравнительный анализ процессов сушки образцов торфяной продукции проходил в рамках. Сушка производилась до влажности 30 % без ворошения. Образцы приготавливались из верхового магелланикум торфа степенью разложения 30 %, фракционный состав которого представлен на рис. 1., из которого видно неоднородный состав частиц фрезерной крошки.

Укрупненные частицы (рис. 2) получали из фрезерной крошки на лабораторной установке. Фрезерная крошка загружается в бункер, дном которого служат два металлических вальца рабочего аппарата, вращающихся навстречу друг другу. Вращаясь, вальцы захватывают из бункера, торфяную крошку и запрессовывают ее в канавки ребристого вальца, из которых с помощью гребенчатых счистителей извлекаются сформованные частицы торфа. По направляющей плоскости укрупненные частицы поступают на ленту транспортера, образуя организо-

Рис. 1. Фракционный состав

фрезерного верхового магеллани-кум торфа степенью разложения 30 %

ванный расстил. При равенстве окружной скорости вращения вальцов V о и скорости движения транспортера V тр расстил укрупненных частиц производится в один слой. Если V о > V тр, то расстил осуществляется в большее число слоев.

Среднее значение I ср (мм) размера укрупненных частиц определяется

I = К + к ср 2 '

Сферические гранулы получали на тарельчатом грануляторе методом окатывания фрезерной крошки, который позволяет регулирование размеров получаемых гранул. Гранулируемый материал подается непрерывно на поверхность вращающегося диска. В процессе окатывания частицы торфа по мере их укрупнения движутся в тарели по сужающимся к борту виткам спирали и одновременно удаляются от днища та-рели. Такой характер движения опреде-

ляется совокупными влияниям центробежных сил, прижимающих частицы к борту тарели, массы частиц, сил реакции борта и сил трения. Достигнув критического размера, окатыши торфа пересыпаются через борт. В зависимости от влаго-содержания торфа и параметров работы гранулятора (число оборотов, угол наклона тарели и высота ее борта) были получены сферические гранулы диаметром от

Рис. 2. Схема укрупненной частицы (11 -длина частицы, мм; 12 - высота частицы, мм)

Рис. 3. Кривые сушки фрезерного торфа (а), укрупненных частиц (б), сферических (в) и цилиндрических торфяных гранул толщиной слоя: 1 -15 мм, 2 - 25 мм, 3 - 40 мм

10 до 30 мм.

Цилиндрические гранулы на формующем устройстве экструзионного типа с размерами гранул - диаметр 15 мм и длина 30 мм.

Принятая методика опытов по сушке, не отражая в полной мере процессов, происходящих в естественных условиях, позволила с достаточной точностью установить относительную интенсивность испарения влаги при сушке торфяной продукции различного назначения (фрезерной крошки, укрупненных частиц, сферических и цилиндрических гранул).

Результаты опытов для загрузок поля 1,2; 1,9 и 3 кг/м2 представлены на рис. 3.

Процессы сушки торфяной продукции быстрее всего происходят в однослойном расстиле, однако более технологичнее производить сушку в полутораслойном расстиле, так как в этом случае интенсивнее идет сушка и в ее конце продукция образует равномерный однослойный расстил. Интенсивность испарения влаги с поверхности рамки, загруженного укрупненными частицами и

гранулами, превышает интенсивность испарения фрезерного торфа, так как в формованной продукции существует единая капиллярная система, обеспечивающая постоянный подвод влаги в постоянном периоде сушке.

Укрупнение фрезерной крошки позволяет в 1,7-1,9 раза повысить среднюю интенсивность испарения из слоя. Сбор товарной продукции с единицы поверхности поля сушки в единицу времени увеличивается для укрупненных частиц в 1,8 раза в сравнении со сбором фрезерной крошки. При загрузках поля сухим веществом торфа 1,2 кг/м2 укрупненные частицы сохнут с достижении торфом равновесной влажности стабилизируется на некотором постоянном уровне, определяемом режимом сушки и характером загрузки.

В настоящих опытах стабильная интенсивность испарения из рамок для укрупненных частиц равна 0,170 кг/м2ч, для фрезерной крошки — 0,200 кг/м2ч, для гранул — 0,230 кг/м2ч.

Наилучшие условия для сушки укрупненных частиц и гранул создаются в расстиле толщиной в 1,5 слоя. В случае меньшей загрузки часть тепловой энергии затрачивается на испарение влаги из монолита залежи, так как вследствие усадки частиц в процессе сушки освобождается некоторая часть поверхности поля сушки. В зависимости от начальной влажности и величины загрузки эта часть может составить 10—40 % общей площади поля сушки.

Количество воды, испаряемое из монолита торфяной залежи при сушке торфа до условного влагосодержания (0,67 кг/кг), составляет значительную долю от количества воды, испаряемого из слоя сушимого торфа. При сушке укрупненных частиц оно колеблется в пределах 39-52 %, при сушке фрезерного торфа - в пределах 56-68 %, при сушке гранул - в пределах 36-46 %.

1. Афанасьев А.Е., Чураев Н.В. Оптимизация процессов сушки и структурообразова-ния в технологии торфяного производства. М.: Недра, 1992. 288 с.

2. Физико-химические основы технологии торфяного производства / И.И. Лиштван, А.А. Терентьев, Е.Т. Базин, А.А. Головач. - Мн.: Наука и техника, 1983. 232 с.

Результаты опытов говорят о том, что снижение уборочного влагосодер-жания ниже условного значения в случае добычи торфа пониженной влажности для различных целей приводит к значительному увеличению количества испаренной влаги из торфяной залежи. В этом случае оно может превышать в 1,2—1,3 раза количество влаги, испаряемое из слоя сушимого фрезерного торфа.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что формование укрупненных частиц, сферических и цилиндрических гранул из верховой фрезерной крошки позволит устранить существующие недостатки операции фрезерования, получить расстил с более благоприятными технологическими параметрами и достигнуть на этой основе увеличения теоретических цикловых и сезонных сборов торфа в 1,3-1,5 раза.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Справочник по торфу / Под ред. С.С. Корчунова и А.В. Лазарева. - М.: Недра, 1982. 760 с.

4. Антонов В.Я., Малков Л.М., Гамаюнов Н.Н. Технология полевой сушки торфа. -М.: Недра,1981. - 239 с.

— Коротко об авторах -----------------------------------------

Исаева Е.Ю. - магистрант 5 курса направления «Горное дело»,

Пухова О.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры ТКМ РТМ,

Тверской государственный технический университет.