CC BY
17
УДК 622.742 ГРНТИ 52.45.15
DOI 10.24412/2409-3203 -2021 -27-38-41
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КЛАССИФИКАЦИИ
НЕФТЯНОГО КОКСА
Федарович Евгений Геннадьевич
инженер кафедры процессов и аппаратов химических производств
Кулевец Полина Сергеевна инженер кафедры процессов и аппаратов химических производств Левданский Александр Эдуардович
д.т.н., заведующий кафедрой процессов и аппаратов химических производств Белорусский государственный технологический университет Республика Беларусь, г. Минск
Аннотация: В данной статье рассмотрен процесс классификации нефтяного кокса, а также факторы, влияющие на эффективность классификации его в барабанном грохоте. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния дисперсного состава исходного материала и его влажности на эффективность разделения по фракциям. Приводятся результаты 3D моделирования процесса классификации, при котором изучалось влияние конструкции отверстий сит просеивающей поверхности на эффективность грохочения. В заключении перечислены пути интенсификации процесса классификации нефтяного кокса в барабанном грохоте.
Ключевые слова: механическая классификация, эффективность разделения, нефтяной кокс, барабанный грохот, просеивающая поверхность.
DETERMINATION OF RATIONAL PARAMETERS OF THE CLASSIFICATION OF
PETROLEUM COKE
Fedarovich Evgeny Gennadievich
engineer of the Department of Processes and Apparatus for Chemical Production
Kuliavets Polina Sergeevna engineer of the Department of Processes and Apparatus for Chemical Production Levdanskiy Alexander Eduardovich doctor of technical sciences, head of the Department of Processes and Apparatus for Chemical
Production Belorussian State Technological University Belarus, Minsk
Abstract: This article discusses the process of classification of petroleum coke, as well as factors affecting the efficiency of its classification in a drum screen. The results of experimental studies of the influence of the dispersed composition of the starting material and its moisture content on the efficiency of separation into fractions are presented. The results of 3D modeling of the classification process are given, in which the influence of the design of the openings of the sieves of the sieving surface on the screening efficiency was studied. In conclusion, the ways of intensification of the process of classification of petroleum coke in a drum screen are listed.
Keywords: mechanical classification, separation efficiency, petroleum coke, drum screen, screening surface.
Механическая классификация - разделение материала на классы по крупности путем просеивания его через поверхности с отверстиями (сита) [1].
38
При перемещении частиц материала по перфорированной поверхности часть материала проходит через отверстия в ней. Этот продукт называют подрешетным продуктом или нижним классом. Часть материала, которая в результате классификации не прошла через сито, называют надрешетным продуктом или верхним классом [1-3].
На практике, одни из наиболее распространенных машин для механической классификации сыпучих материалов являются барабанные грохоты.
К главным достоинствам барабанных грохотов относят: простота конструкции, тихоходность и уравновешенность, что позволяет устанавливать их на верхних этажах сортировочных заводов. Недостатками являются: громоздкость; малая удельная производительность и низкая эффективность (особенно при грохочении мелкого материала) [4].
В настоящем исследовании изучалось влияние свойств материала на эффективность грохочения, а также изменения конструктивных параметров просеивающей поверхности с целью определения оптимальных параметров работы барабанного грохота для достижения максимально возможного качества разделения сырья.
Экспериментальная установка для исследования процесса классификации нефтяного кокса (рисунок 1) состоит из перфорированного вращающегося (диаметр отверстий 7,7 мм) барабана 3 диаметром 0,5 м и длинной 1 м, опорного устройства 1 и приводного механизма 4. Подлежащий фракционированию материал, поступающий через шнековый питатель 2, при вращении барабана силой трения увлекается на некоторую высоту и затем сползает вниз. Так как барабан устанавливается с небольшим наклоном (а) в сторону приемного бункера 5, частицы, при движении вниз одновременно подаются к выходному концу барабана. При движении и происходит разделение материала по крупности. Нижняя фракция, пройдя через отверстия сита, собирается в бункере 6, а крупная (верхняя) поступает в бункер 5.
1 - опорная рама; 2 - шнековый питатель; 3 - барабан; 4 - приводной механизм; 5 -бункер крупной фракции; 6 - бункер мелкой фракции Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки для исследования процесса классификации в барабанном грохоте
Механической классификации подвергался нефтяной кокс, образующийся на ОАО «Нафтан».
Ранее [5], при исследовании процесса классификации на эксперементальной установке, были выбраны оптимальные параметры процесса грохочения, а именно, угол наклона барабана 7,5 ° и частота вращения барабана 0,42 с-1. При данных параметрах
обеспечивается максимальная вероятность прохождения частиц через отверстия сита, что было подтверждено теоретически и эксперементально.
Следующим этапом исследований, является изучение диспертсного состава исходного материала на эффективность грохочения. Для этого, в исходном материале, содержание мелкой фракции (менее 7,7 мм) изменялось в интервале от 10 до 90 % с шагом в 10 %, при оптимальных параметрах работы грохота указанных выше. Полученная сырьевая смесь в количестве 1 кг подвергалась рассеву на барабанном грохоте.
Полноту разделения нефтяного кокса на фракции определяли при помощи расчета эффективности грохочения по формуле 1 [6].
в - 6 4
Е = ¡нГосТ-ё) (1)
где в - содержание мелкой фракции в исходном материале, %; 6 - содержание мелкой фракции в конечном надрешетном продукте, %.
Для исследования процесса классификации в барабанном грохоте исходный материал состоял их двух фракций: крупная фракция (надрешетный продукт) - размер частиц больше 7,7 мм; мелкая фракция (подрешетный продукт) - размер частиц - 0-7,7 мм. Кажущейся плотность материала составляла 1200 кг/м3. Коэффициент трения нефтяного кокса определялся экспериментально методом предельного угла и составил 0,55 относительно металлической поверхности. Влажность материала составляла 1,52 %.
На рисунке 2 представлена графическая зависимость эффективности грохочения при различном содержании мелкой фракции в исходном материале.
89
88 87 86
я и н е
ечо
охо гро
£ ¡£85
со н в и тик
е ф
ф
О
84 83 82 81
10 20 30 40 50 60 70 80 90 Содержание нижнего класса в исходном материале, % Рисунок 2 - Графическая зависимость эффективности грохочения при различном содержании мелкой фракции в исходном продукте
Из графической зависимости, представленной на рисунке 2 видно, что эффективность грохочения в барабанном грохоте, с ростом в исходном материале мелкой фракции, возрастает до определенного значения, дальнейшее увеличение количества надрешетного продукта в исходном сырье приводит к снижению эффективности классификации. Максимальное значение эффективности грохочения достигается при в = 40 % - Е = 88,24 %, а минимальные значения при в = 10 % - Е = 83,50 % и в = 90 % - Е = 81,68 %.
На данной кривой (рисунок 2) можно выделить три участка, 1 - в = 10-40 %, 2 - в = 40 %, 3 - в = 40-90 %:
1 - процесс грохочения сопровождается явлением сегрегации, т.е. разделение материала по крупности. В результате верхний слой состоит из крупных частиц, а мелкая фракция проходит сквозь толщину слоя материала и движется к просеивающей поверхности [7]. При высоком содержании верхнего класса в исходном материале (70-
90 %), крупные частицы образуют «толстый» слой (высота слоя частиц больше удвоенного диаметра отверстий) в котором частицы активно взаимодействуют друг с другом в следствии чего, процесс прохождения мелкой фракции к просеивающей поверхности затрудняется;
2 - снижение количества крупной фракции до 60 % приводит к повышению эффективности грохочения за счет уменьшения высоты слоя материала, состоящего из крупных частиц. В результате, мелкая фракция с легкостью достигает просеивающей поверхности грохота;
3 - дальнейшее увеличение мелкой фракции в исходном материале приводит к повышенному содержанию в массе «трудных» зерен, размер которых больше трех четвертей диаметра отверстий сит (5,8-7,7 мм) [8]. Данные частицы с трудом проходят через отверстия сита в результате чего задерживаются на его поверхности затрудняя перемещение более мелких зерен к отверстиям сита.
Далее определялось влияние влажности подаваемого материала на эффективность классификации в барабанном грохоте. В качестве исходного материала была выбрана масса, состоящая из 40 % мелкой фракции. Влажность нефтяного кокса изменялась от 1,52 до 35 %. Исходный материал равномерно увлажняли водой, постепенно, так, чтобы частицы не слипались. После увлажнения материал тщательно перемешивали и выдерживали в течении 10-30 мин. С увеличением влажности материала, время выдерживания увеличивалось. Далее, увлажненный материал поступал в загрузочное устройство барабанного грохота, после чего производилась классификация при оптимальных параметрах, выбранных ранее. После классификации определялась эффективность грохочения.
На рисунке 3 представлена графическая зависимость эффективности грохочения от влажности исходного материала.
90
я и н е ч о
охо р
г ь тьс
о н в и тик
е ф
ф Э
85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
0
5
30
35
10 15 20 25
Влажность исходного материала, %
Рисунок 3 - Графическая зависимость эффективности грохочения от влажности
исходного материала
Анализируя полученные данные, представленные на рисунке 3, установлено, что с увеличением влажности подаваемого в барабанный грохот материала, эффективность грохочения снижается, при этом, увеличение влажности более 15 % приводит к резкому снижению качества разделения сырья. Так при изменении влажности от 15 до 20 %, эффективность грохочения изменятся от 80,26 до 65,52 %.
Это объясняется тем, что мелкие частицы, входящие в состав исходного материала, имеют наибольшую внешнюю влажность чем крупные куски в результате их большей удельной поверхности. Внешняя влага приводит к агрегации мелких частиц, налипанию их на крупные частицы и замазыванию отверстий сит вязким материалом. Данное явление
