Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость автоматизации и интенсификации процессов разделения приводит к созданию большеобъсмных аппаратов нового типа с высокой степенью завершенности процесса. Наряду с хорошо и давно известными пневмомеханическими конструкциями флотомашип (ФМ) внедряются новые перспективные разработки струйно-эжекторпых и пневмомеханических большеобъсмных флотомашип, которые нашли широкое применение в практике обогащения руд.
Многие вопросы эффективного применения большеобъсмных ФМ не ясны из-за трудностей учета влияния гидродинамической структуры транспортных потоков в аппарате на результаты разделения. Выбор оборудования оказывается зачастую необоснованным и приводит к избыточным и неоправданным капитальным затратам. Изучение литературы показало, что математических моделей процесса флотации в большеобъемных аппаратах произвольной формы, моделирующих движение транспортных фаз пока нет. Нет и удовлетворительных методик оценки эффективности структуры потоков в большеобъсмных аппаратах, что помогло бы при решении задач проектирования и оптимизации режима работы аппарата в схеме.
Целью данной диссертационной работы явились исследование закономерностей влияпия структуры транспортных потоков на эффективность разделения в аппарате и создание математической модели процесса флотации с учетом динамики транспортных фаз с целью анализа эффективности работы аппаратов в схемах переработки промышленных руд.
В соответствии с поставленной целью в работе изучались
закономерности влияния структуры потоков транспортных фаз в аппарате па результаты разделения исходного материала;
способы инвариантного описания флотационной и гидродинамической подсистем процесса флотационного разделения с их последующим объединением в единую математическую модель процесса;
способы решения трехмерной краевой нелинейной задачи с произвольной границей рабочей области;
способы оцешш эффективности режима работы аппарата в промышленных схемах.
Объекты и методы исследований. В качестве практического объекта исследования и приложения результатов работы рассматривалась секция флотомашин ОК-38 переработки апатито-пефелиновых руд КННК АНОФ-П в Апатитах. Снимались показатели работы секции и работы отдельных ФМ и проводилось опробование пульпы и минерализованной фазы для изучения полей концентрации частиц на транспортных фазах.
Моделирование и идентификация параметров модели процесса флотации в аппаратах и схеме производилось па ПЭВМ с помощью специально для этого созданного в среде «Borland Pascal» программного обеспечения. При выполнении работы были использовапы основные положения теории флотационных процессов,
динамики многофазных сред, математического моделирования и системных исследований.
Научная новизна работы состоит в том, что автором
разработана математическая модель разделения при идеальном перекрестном токе;
предложена методика исследования влияния структуры потоков во флотационной зоне на результаты разделения, выделен критерий (коэффициент усиления структуры потоков) для оценки эффективности структуры потоков и проведепо ранжирование известных структур потоков по предложенному критерию;
разработана математическая модель процесса флотации в камере произвольной геометрии, учитывающая динамику транспортных фаз, и, позволяющая получать информацию о полях скоростей транспортных фаз и полях концентраций газовой и твердой фаз.
Практическая значимость работы
Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать результаты разделения в реальных флотомашинах при изменении входных параметров потоков пульпы и газа, изменении состава и свойств разделяемого материала и может служить для настройки параметров режима разделения в промышленных схемах. Рассчитываемые поля скоростей и ноля концентраций фаз в объеме аппарата могут помочь конструктору при выборе геометрии аппарата и способов подачи входных потоков пульпы и газа.
Исследовано влияние структуры однонаправленных транспортных потоков на результаты разделения, на селективность процесса. Выявлены закономерности и показаны теоретические пределы улучшения показателей разделения для различных структур потоков на основе введенной характеристики структуры потоков.
Разработанная методика оценки эффективности работы флотационных аппаратов позволяет обосновать выбор типоразмеров флотомашин в различных операциях схемы, провести анализ эффективности работы аппаратов в существующих схемах переработки промышленных руд и дать рекомендации для их совершенствования.
Данная методика анализа и сформулированные критерии эффективности работы аппаратов дают проектировщику ясные ориентиры при выборе типоразмеров аппаратов в схемах переработки промьппленных руд, а разработанная математическая модель процесса - математический аппарат ири решении задач проектирования и выбора режима работы оборудования.
Апробация работы. Основные положеїшя и результаты работы нашли отражения в докладах на следующих науных семинарах и конференциях:
D на Всесоюзной конференции автоматизации технологических процессов
в г.Мариуполе в сентябре 1988г;
на X международной конференции «Поверхностные силы» в Москве в
феврале 1994г;
D на всероссийской конференции «Вавиловские чтения» в Йошкар-Оле в
декабре 1997г.;
П на научных семинарах кафедры обогащения руд цветных и редких
металлов МИСиС и кафедры прикладной математики и информационных технологий в МарГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ.
Объем и структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, двух приложений. Содержит 160 машинописных страниц, в том числе 8 таблиц и 37 рисунков.