Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми

Проведена идентификация, установлен минеральный состав, выполнен термический анализ природной и модифицированной форм бентонитовой породы Черкасского месторождения, получены изотермы адсорбции воды глинопорошками, определены состояние воды, удельная теплоемкость и теплопроводность материалов, исслед...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Михайлик, В.А., Снєжкін, Ю.Ф., Михайлик, Т.О., Марцін, І.І., Дмитренко, Н.В., Дабіжа, Н.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Теория и практика сушки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60517
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми / В.А. Михайлик, Ю.Ф. Снєжкін, Т.О. Михайлик, І.І. Марцін, Н.В. Дмитренко, Н.О. Дабіжа // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 51-59. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60517
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-605172014-04-16T03:02:13Z Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми Михайлик, В.А. Снєжкін, Ю.Ф. Михайлик, Т.О. Марцін, І.І. Дмитренко, Н.В. Дабіжа, Н.О. Теория и практика сушки Проведена идентификация, установлен минеральный состав, выполнен термический анализ природной и модифицированной форм бентонитовой породы Черкасского месторождения, получены изотермы адсорбции воды глинопорошками, определены состояние воды, удельная теплоемкость и теплопроводность материалов, исследована кинетика конвективной сушки гранул суспензии Na⁺-замещенной формы. Проведено ідентифікацію, встановлено мінеральний склад, виконано термічний аналіз природної та модифікованої форм бентонітової породи Черкаського родовища, одержані ізотерми адсорбції води глинопорошками, визначено стан води, питому теплоємність та теплопровідність матеріалів, досліджено кінетику конвективного сушіння гранул суспензії Na⁺-заміщеної форми. Identification is made, the mineral composition is positioned, the thermal analysis of the natural and inoculated shapes of bentonite breed of the Cherkassk deposit is executed, water adsorption isotherms drilling mud powder are received, the water state, specific heat and thermal conductivity of substances are defined, the kinetics of the convective drying of granules of suspension Na⁺-substituted form is probed. 2010 Article Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми / В.А. Михайлик, Ю.Ф. Снєжкін, Т.О. Михайлик, І.І. Марцін, Н.В. Дмитренко, Н.О. Дабіжа // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 51-59. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60517 552.52:66.047 uk Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Теория и практика сушки Теория и практика сушки
spellingShingle	Теория и практика сушки Теория и практика сушки Михайлик, В.А. Снєжкін, Ю.Ф. Михайлик, Т.О. Марцін, І.І. Дмитренко, Н.В. Дабіжа, Н.О. Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми Промышленная теплотехника
description	Проведена идентификация, установлен минеральный состав, выполнен термический анализ природной и модифицированной форм бентонитовой породы Черкасского месторождения, получены изотермы адсорбции воды глинопорошками, определены состояние воды, удельная теплоемкость и теплопроводность материалов, исследована кинетика конвективной сушки гранул суспензии Na⁺-замещенной формы.
format	Article
author	Михайлик, В.А. Снєжкін, Ю.Ф. Михайлик, Т.О. Марцін, І.І. Дмитренко, Н.В. Дабіжа, Н.О.
author_facet	Михайлик, В.А. Снєжкін, Ю.Ф. Михайлик, Т.О. Марцін, І.І. Дмитренко, Н.В. Дабіжа, Н.О.
author_sort	Михайлик, В.А.
title	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми
title_short	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми
title_full	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми
title_fullStr	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми
title_full_unstemmed	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми
title_sort	дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його na⁺-заміщеної форми
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Теория и практика сушки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60517
citation_txt	Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми / В.А. Михайлик, Ю.Ф. Снєжкін, Т.О. Михайлик, І.І. Марцін, Н.В. Дмитренко, Н.О. Дабіжа // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 51-59. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT mihajlikva doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi AT snêžkínûf doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi AT mihajlikto doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi AT marcíníí doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi AT dmitrenkonv doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi AT dabížano doslídžennâfízikohímíčnihtateplofízičnihvlastivostejbentonítučerkasʹkogorodoviŝazmetoûrozrobkitehnologíísušínnâjogonazamíŝenoíformi
first_indexed	2025-07-05T11:35:11Z
last_indexed	2025-07-05T11:35:11Z
_version_	1836806634324623360
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 51 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ УДК 552.52:66.047 Михайлик В.А.1, Снєжкін Ю.Ф.1, Михайлик Т.О.1, Марцін І.І.2, Дмитренко Н.В.1, Дабіжа Н.О.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України 2Відкрите акціонерне товариство «Дашуківські бентоніти» ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ТА ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕНТОНІТУ ЧЕРКАСЬКОГО РОДОВИЩА З МЕТОЮ РОЗРОБКИ ТЕХНОЛОГІЇ СУШІННЯ ЙОГО Na+-ЗАМІЩЕНОЇ ФОРМИ Проведено ідентифікацію, встановлено мінеральний склад, виконано термічний аналіз природної та модифікованої форм бентонітової породи Черкасько- го родовища, одержані ізотерми адсорбції води глинопорошка- ми, визначено стан води, питому теплоємність та теплопровідність матеріалів, досліджено кінетику конвективного сушіння гранул суспензії Na+-заміщеної форми. Проведена идентификация, установлен минеральный состав, выполнен термический анализ при- родной и модифицированной форм бентонитовой породы Черкасского месторождения, получены изотер- мы адсорбции воды глинопорош- ками, определены состояние воды, удельная теплоемкость и теплопро- водность материалов, исследова- на кинетика конвективной сушки гранул суспензии Na+-замещенной формы. Identification is made, the mineral composition is positioned, the thermal analysis of the natural and inoculated shapes of bentonite breed of the Cherkassk deposit is executed, water adsorption isotherms drilling mud powder are received, the water state, specific heat and thermal conductivity of substances are defined, the kinetics of the convective drying of granules of suspension Na+-substituted form is probed. с – питома теплоємність, кДж / (кг·К); n – частка сухого матеріалу; R – коефіцієнт кореляції; t – температура, °С; W – вологовміст, %; φ – відносна вологість повітря. Скороченя: ДСК – диференціальна скануюча калориметрія; ДТА – крива диференціального термічного аналізу; ДТГ – крива диференціальної термогравіметрії; РФА – рентгенофазовий аналіз; Т – крива температури; ТГ – крива термогравіметрії. Індекси: n – природний бентоніт; m – модифікована форма бентоніту; w – вода. Вступ Бентоніти – важливий вид мінеральної сировини, що у все зростаючих обсягах використовується, в основному у вигляді порошків, для виготовлення високоякісних бурових розчинів при бурінні глибоких сверд- ловин у нафтовій і газовій промисловості, як адсорбенти та каталізатори – в енергетиці, нафтопереробній, хімічній та харчовій про- мисловостях, як зв’язуючий матеріал – у ливарному виробництві та при одержанні залізорудних концентратів, як пластифікатор – у будівельній та керамічній галузях, в сільському господарстві, ветеринарії та медицині. Технологічні схеми виробництва глинопорошків найчастіше включають про- цеси модифікування природного бентоніту, сушіння та подрібнення. Процес сушіння в них здійснюється в барабанних сушарках при прямому контакті матеріалу з гарячими га- зами теплогенератора. Такий спосіб сушіння має ряд недоліків, що ускладнює одержання високоякісного продукту та звужує сферу його використання. Розширення асортименту та виробництво ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №252 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ екологічно чистих порошків потребує застосу- вання нових технологій, розробка та реалізація яких пов’язана з необхідністю отримання достовірних даних щодо фізико-хімічних та теплофізичних властивостей сировини. З цією проблемою зіткнулися при реконструкції вироб- ництва на ВАТ «Дашуківські бентоніти». Незва- жаючи на те, що фізико-хімічні властвості глин Черкаського родовища вивчались на протязі багатьох років, в результаті чого накопичено великий обсяг різнобічної інформації [1, 2], ви- користання їх було обмеженим, а конкретизація проектних завдань вимагала додаткових досліджень. Так, для визначення параметрів конвективного сушіння гранул бентоніту Na+- заміщеної форми чистим повітрям та отриман- ня вихідних даних для проектування стрічкової сушарки необхідно було визначити термічні властивості, склад води, умови та кінетичні параметри сушіння, залежність питомої теплоємності та коефіцієнта теплопровідності від температури та вологості матеріалу, а також рівноважну вологість порошку. Методи та методики досліджень Na+-заміщену форму одержували в лабора- торних умовах шляхом «мокрого» заміщення обмінних катіонів глинистого мінералу на катіон натрію шляхом обробки бентонітової породи розчином Na2СО3 за методикою, викла- деною в [3]. Рентгенофазовий аналіз (РФА) породи, глинистого мінералу та Na+- заміщеної форми бентоніту проведено на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-М1 з двома щілинами Солера з фільтрованим СоКα-випромінюванням при швидкості зйом- ки 1°/хв. Ідентифікацію мінерального скла- ду проводили відповідно до картотеки ASTM [4] і наукових праць [5, 6]. Термічний аналіз виконано з використанням дериватографа Q–1000 [7], в конічному платиновому тиглі без кришки при швидкості нагрівання 7,4 К/хв. Склад води визначено за допомогою методів термогравіметрії та низькотемпературної диференціальної скануючої калориметрії (ДСК) [8]. Рівноважна вологість глинопорошків досліджена тензиметричним методом Ван Ба- мелена [9]. Вимірювання питомої теплоємності виконано в динамічному режимі методом ДСК, відповідно до методики, опублікованій в [10]. Коефіцієнти теплопровідності бентонітової породи та високонцентрованої суспензій Nа+- заміщеної форми визначали методом пласти- ни [11] за допомогою приладу, оснащеного тепломірами, порошкоподібних матеріалів – методом сферичного зонда в необмеженому середовищі. Процес конвективного сушіння досліджували в горизонтальній камері експе- риментального стенда при боковому обдуванні зразків сушильним агентом. Детальний опис комп’ютеризованого сушильного комплексу наведено в [12]. Результати дослідження та їх обговорення Методом РФА підтверджено мінеральний склад бентонітової породи та її Nа+-заміщеної форми, проведено ідентифікацію, визначено вміст глинистого породоутворюючого мінералу та компонентів домішок. Згідно одержаних да- них, основним породоутворюючим мінералом сировини є монтморилоніт, вміст якого досягає 80 %. У зразках породи присутні: супутній мінерал – високодисперсний кварц (близько 10 %) та домішкові мінерали – кальцит – 6 %, анатаз і польові шпати – до 3 % кожного, виявлені сліди каолініту. Термічний аналіз показав суттєву відмінність термічних властивостей бентоніту природної та Na+-заміщеної форми. За своїм характером дериватографічні криві нагрівання бентонітової породи відповідають глинам монтморилонітового складу (рис. 1) [2]. На кривій ДТА спостерігаються три теплові ефек- ти – два ендотермічні, що супроводжують- ся зміною маси зразка (ТГ), та екзотермічний – при сталій масі. Перший (низькотемпера- турний) ендоефект, в інтервалі 20...276 °С, з характерним для Ca2+-монтморилоніту пере- гином в районі 190...245 °С, відповідає вида- ленню вільної, адсорбованої та міжпакетної води, сумарний вміст якої визначено на рівні 84,84 % від загальної кількості води в бентоніті. Другий – спостерігається в інтервалі 494... 622 °С, як наслідок видалення структурної ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 53 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 1. Дериватограма бентонітової породи. Маса зразка 298 мг. Рис. 2. Дериватограма суспензії бентоніту Na+-заміщеної форми. Маса зразка 170,7 мг. або гідроксильної води (15,16 %). В інтервалі 879...980 °С, з максимумом при 939 °С, реєструється екзотермічний ефект, який відображає структурну перебудову з виникнен- ням нових фаз. Заміщення природного іонного обмінного комплексу на іон натрію викликає звужен- ня температурних інтервалів ендотермічних ефектів та зміщення максимумів в сторо- ну більш низьких температур (рис. 2, кри- ва ДТА). На висхідних ділянках кривих ДТА та ДТГ першого ендотермічного ефек- ту відсутній перегин, зумовлений видален- ням води, зв’язаної з обмінними катіонами Са2+ та Mg2+ мінералу бентонітової породи (рис. 1), що може служити підтвердженням повноти іонного заміщення. Зменшується кількість гідроксильної води в загальній її кількості до 4,58 %. Не спостерігається про- цес фазоутворення – на кривій ДТА відсутній екзотермічний ефект. Порівнюючи амплітуди піків кривих ДТГ (рис. 1 та 2) та температурні інтервали видалення води першого ендоефекта можна констатувати, що швидкість зневодню- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №254 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ вання модифікованої форми значно перевищує швидкість зневоднювання бентонітової по- роди. Цей висновок співпадає з результата- ми дослідження дегідратації натрієвої форми монтморилоніту, одержаними в [13]. Після видалення води низькотемператур- ного ендоефекта, спостерігається монотон- ний спад кривих ДТА, обумовлений зміною теплоємності, що відображає структурні змінами в матеріалі, як наслідок видалення залишків міжпакетної та втрати гідроксильної води. Початок структурної перебудови в природній формі відмічається при 267 °С, в Na+-заміщеній – при 192 °С. Термообробка може змінювати фізико- хімічні властивості бентоніту [1], впливає на адсорбційну здатність [14] та набрякання [13]. Підвищені температури підготовки бентоніту погіршують властивості, які обумовлюють можливість його використання в ливарно- му виробництві та металургії [15]. Тому, аби не допустити зміни природних властивостей матеріалу при сушінні, модифіковану форму небажано перегрівати вище 190 °С. Видалення зв’язаної води завжди супроводжується погіршенням кінетики сушіння, що призводить до подовження проце- су та підвищення енерговитрат [16]. В зв’язку з цим інформація про стан води в бентонітових матеріалах є необхідною при прогнозуванні та оптимізації сушіння. Одержані методом низькотемпературної ДСК дані про кількісний склад води свідчать, що частка зв’язаної води в загальній масі води є найвищою в природній формі бентоніту (табл.). Тому при однакових початкових умовах зневоднювання природної форми бентоніту, порівняно з модифікованою, буде протікати менш інтенсивно, що і було зафіксовано при дериватографічних дослідженнях. Проте питомий вміст зв’язаної води (віднесеної до сухої маси матеріалу), або зв’язаний вологовміст, як це видно з даних, наведених в таблиці, залежить від загально- го вмісту води в матеріалі. Зі збільшенням вологості бентоніту величина зв’язаного вологовмісту зростає. Тому при підвищенні вихідної вологості час сушіння буде подовжу- ватись як через більший вміст вільної води, так і через зростання зв’язаного вологовмісту. Серед фізико-хімічних властивостей глино- порошків рівноважний вологовміст має особли- ве технологічне значення. Він визначає не тільки умови зберігання, а і кінцеву вологість матеріалу при сушінні, що важливо перш за все з погляду максимального використання виробничих по- тужностей та скорочення енергетичних витрат. Рівноважний вологовміст визначають по ізотермам адсорбції, що представляють функціональну залежність між вологовмістом матеріалу та відносною вологістю повітря при сталих температурі та тиску. Значен- ня рівноважного вологовмісту порошків бентонітової породи та Na+-заміщеної форми при 22...23 °С були отримані тензиметрич- ним методом в інтервалі 0,4...0,9 для шести значень відносної вологості повітря (рис. 3). В інженерних розрахунках в дослідженому інтервалі відносної вологості повітря рівноважний вологовміст глинопорошків може бути визначений за допомогою рівнянь (1), (2), одержаних шляхом апроксимації експеримен- тальних залежностей поліномом другого сту- пеня: Wn = 11,40 − 8,64 φ + 17,64 φ2, R = 0,999, (1) Wm = 10,36 − 23,36 φ + 34,11 φ2, R = 0,998. (2) Заміна природного обмінного комплексу монтморилоніту на Na+-іони змінює адсорбційні властивості матеріалу. Як видно з рис. 3, ве- личина адсорбції пари води модифікованим бентонітом нижча, ніж природною формою. В зв’язку з цим умови зберігання порошку Na+- заміщеної форми менш жорсткі, ніж природної, а вологовміст, до якого має бути висушений модифікований бентоніт перед подрібненням, може бути більш високим. Методом ДСК визначено питому теплоємність бентонітової породи кар'єрної вологості й суспензії її Na+-заміщеної фор- ми в інтервалі 15...95 °С, та відповідних порошків у діапазоні від 5 до 175 °С. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 55 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Форма бентоніту Вологість, % Склад води, % Вміст зв’язаної води, г/г сухого матеріалувільна зв’язана Природна 26,65 45,11 54,89 0,199 ±0,002 Na+-заміщена 41,98 63,12 36,88 0,267 ±0,003 53,17 72,56 27,44 0,312 ±0,003 Табл. Вміст вільної та зв’язаної води у бентонітовій породі та суспензії її Na+-заміщеної фор- ми Рис. 3. Ізотерми адсорбції водяної пари порошками бентоніту природної та Na+-заміщеної форми. Досліджено теплопровідність бентонітової породи, суспензій її Na+-заміщеної форми в інтервалі 30...90 °С, та збезводнених порошків у діапазоні від 27 до 190 °С. Температурні залежності питомої теплоємності та коефіцієнтів теплопровідності апроксимовано рівняннями. Отримано рівняння залежності теплоємності сухої бентонітової породи від температури, яке дає можливість, використо- вуючи правило адитивності, розраховувати пи- тому теплоємність досліджених бентонітових матеріалів при різних вологості та температурі за формулою: с = n (0,858 + 0,0014 t) + (1 - n) cw(t). (3) Результати визначення теплофізичних ха- рактеристик зазначених матеріалів докладно висвітлено в [17, 18]. Перехід на безконтактну з газами тепло- генератора схему конвективного сушіння гранульованої Na+-заміщеної форми бенто- ніту викликав необхідність всебічного дослідження кінетики процесу. Зразки (гра- нули) матеріалу циліндричної форми довжи- ною 50 мм в експериментальному стенді були піддані конвективному сушінню, кінетику якого досліджували в залежності від темпе- ратури теплоносія (110...170 °С), вологості матеріалу (35...50 %), швидкості сушильного агента (1,4...4,1 м/с), діаметра гранул (10, 16 та 20 мм), взаємного їх розміщення та розташу- вання відносно потоку теплоносія. З кривих, представлених на рис. 4, видно, що підвищення температури сушильного аген- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №256 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 4. Кінетичні криві сушіння одиночних гранул суспензії бентоніту Na+- заміщеної форми діаметром 10 мм при температурі сушильного агента: 1 – 100; 2 – 120; 3 – 145; 4 – 160; 5 – 170 °С. Швидкість теплоносія – 1,4 м/с. та до 160 °С викликає зростання швидкості та зменшення часу сушіння. Проте подаль- ший підйом температури до 170 °С погіршує кінетику, в результаті чого зниження швидкості відмічається вже на початку сушіння (криві 5). Встановлено, що гальмування процесу зневоднювання є наслідком теплового уда- ру, що ускладнює умови переміщення воло- ги до зовнішньої поверхні гранул у результаті ущільнення поверхневого шару матеріалу (утворення кірки). Тому дослідження кінетики сушіння здійснювали при температурі теплоносія, що не перевищувала 160 °С. Для більшості колоїдних капілярно- пористих матеріалів підвищення швидкості сушильного агента є дієвим засобом інтенсифікації тепломасообміну. Одержані результати підтверджують цей висновок. Так зміна швидкості сушильного агента з 1,4 до 4,1 м/с прискорює час зневоднювання гра- нул діаметром 16 мм суспензії бентоніту Na+- заміщеної форми до відносної вологості 7 % в 1,61 рази. Процес «мокрого» модифікування бентоніту потребує приготування глинистої суспензії. Швидкість іонного обміну залежить від співвідношення твердої та рідкої фази, він зростає при зменшенні вмісту дисперсної фази. Виходячи з енергетичної доцільності, вологість суспензії була обмежена 50 %. Дослідження по- казали, що швидкість зневоднювання має пряму залежність від вологовмісту (рис. 5). Сушіння зразків з вологістю 42...50 % супроводжується утворенням глибоких тріщин на поверхні гра- нул, які значно збільшують загальну поверх- ню випаровування, що є ще однією з причин більш високих швидкостей зневоднювання модифікованої форми. Зі зростанням вихідної вологості матеріалу кількість та розмір тріщин збільшується. Проте сушіння бентонітової породи навіть з підвищеною вологістю не викликає розтріскування гранул. Підвищений вміст вологи в суспензії призводить до подо- вження періоду сушіння та збільшення енер- говитрат. Так час зневоднювання суспензії з вихідною вологістю 46,69 % до досягнення вологовмісту 10 %, в порівнянні з суспензією вологістю 35,39 %, збільшується на 20,6 %. Застосування гранулювання та використан- ня стрічкової сушарки обумовили необхідність вивчення впливу на кінетику сушіння гео- метричних розмірів гранул, їх взаємного розміщення на стрічці транспортера та розта- шування відносно потоку сушильного агента. Незалежно від напрямку потоку сушильного агента відносно одиночної гранули або гру- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 57 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 5. Кінетичні криві сушіння одиночних гранул суспензії бентоніту Na+-заміщеної форми діаметром 16 мм, розміщених поперек потоку сушильного агента, з вихідною вологістю: 1 – 49,67; 2 – 42,0; 3 – 35,39 %. Швидкість теплоносія – 3,0 м/с. пи гранул кінетичні параметри сушіння по- кращуються зі зменшенням діаметра гранул (рис. 6). Крім того швидкість процесу за- лежить від аеродинамічних умов в зоні сушіння, найкращі результати отримані для одиночних гранул, розташованих по- перек потоку теплоносія. При паралельному розміщенні гранул максимальна швидкість сушіння спостерігалась при повздовжньому їх обдуванні. Зважаючи на те, що в реальних промисло- вих умовах можуть траплятися випадки по- рушення одношарового укладання гранул на стрічку транспортера сушарки та їх злипання з утворенням фігур різної конфігурації, були змодельовані деякі ймовірні варіанти таких Рис. 6. Кінетичні криві сушіння одиночних гранул суспензії бентоніту Na+-заміщеної форми, розміщених уздовж потоку сушильного агента, діаметром: 1 – 10; 2 – 16; 3 – 20 мм. Швидкість теплоносія – 1,4 м/с. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №258 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ конструкцій – скупчення двох («пушка») та чотирьох («колодязь») гранул. Порівняння кінетики їх сушіння з варіантами при одно- шаровому розміщенні гранул, показує, що кінетичні показники сушіння таких фігур по- ступаються одиночним гранулам. Час сушіння гранул діаметром 16 мм при швидкості су- шильного агента 2 м/с до вологовмісту 10 % в положенні «пушка» збільшується на 12 хв. (або в 1,3 рази), в положенні «колодязь» – на 14 хв. (або в 1,4 рази) в порівнянні з періодом сушіння в шарі при швидкості теплоносія 1,4 м/с. Отже порушення режиму укладання гранул можуть призвести до втрати продуктивності сушарки та зростання енерговитрат. Висновки Виконано комплекс фізико-хімічних та теплофізичних досліджень властивостей при- родного бентоніту та його Na+-заміщеної фор- ми. Встановлено мінеральний склад, проведе- но ідентифікацію, визначено вміст породоут- ворюючого мінералу та компонентів домішок, знайдено, що ступінь збагачення породи монтморилонітом досягає 80 %. Визначено термостійкість матеріалів, вста- новлено, що для збереження фізико-хімічних властивостей бентоніту температура матеріалу при сушінні Na+-заміщеної форми не повинна перевищувати 190 °С. Показано, що вміст зв’язаної води в загальній масі води модифікованої форми менший ніж в бентонітовій породі. Зв’язаний вологовміст за- лежить від загального вмісту води в матеріалі і при збільшенні вологості зростає. Досліджена адсорбція води глинопорошка- ми, показано, що адсорбційна здатність моди- фікованого бентоніту нижча, ніж бентонітової породи. Визначено питому теплоємність бенто- нітової породи кар'єрної вологості, висококон- центрованих суспензій Na+-заміщеної форми в інтервалі 15...95 °С та їх порошків у діапазоні від 5 до 175 °С. Виконано вимірювання коефіцієнта теплопровідності бентонітової породи, суспензій її Na+-заміщеної форми в інтервалі 30...90 °С та збезводнених порошків у діапазоні від 27 до 190 °С. Отримано відповідні аналітичні рівняння. Визначено, що температура теплоносія при конвективному сушінні через специфічні властивості суспензії Na+-заміщеної форми бентоніту не повинна перевищувати 160 °С. Показано, що зменшення геометричних розмірів гранул та збільшення швидкості су- шильного агента позитивно відбивається на кінетиці сушіння – зростає швидкість та скорочується час зневоднення, підвищення вологовмісту матеріалу призводить до подо- вження періоду сушіння та збільшення енерго- витрат. Порушення одношарового режиму укла- дання гранул на стрічку транспортера сушар- ки ускладнює процес сушіння та збільшує його тривалість. Для одержання максимальної швидкості сушіння градієнт швидкості пото- ку сушильного агента необхідно спрямовува- ти перпендикулярно площині перфорованої стрічки транспортера сушарки, або уздовж гра- нул, якщо стрічка суцільна. Результати досліджень використані як вихідні дані при розробці схеми, технології та обладнання сушильного відділення при реконструкції лінії по виробництву бентонітових порошків на ВАТ «Дашуківскі бентоніти». ЛІТЕРАТУРА 1. Овчаренко Ф.Д., Кириченко Н.Г., Ковален- ко Д.Н., Растренко А.И. Украинские бентони- ты. – К.: Изд-во АН УССР, 1958. – 100 с. 2. Овчаренко Ф.Д., Кириченко Н.Г., Остров- ская А.Б., Довгий М.Г. Черкасское месторожде- ние бентонитовых и полыгорскитовых глин. – К.: «Наукова думка», 1966. – 126 с. 3. Овчаренко Ф.Д. Гидрофильность глин и глинистых минералов. – Киев: Издательство Академии наук УССР, 1961. – 291 с. 4. Powder Diffraction File. International Centre for Diffraction Data. - Swartmore, Penselvania, USA. – 1977. 5. Brindlеy G. and Brown G. Crystal structures ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 59 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ of clay minerals and their X-ray identification. – London.: Miner. soс., 1980. – 495 p. 6. Рентгенография основных типов породо- образующих минералов (слоистые и каркасные силикаты) / Под ред. В.А. Франк-Каменецкого. – Л.: Недра, 1983. – 359 с. 7. Дериватограф системы Паулик Ф., Пау- лик Й., Эрдеи Л. Теоретические основы. Вен- герский оптический завод. – Будапешт. 1974. – 146 с. 8. Михайлик В.А., Снєжкін Ю.Ф., Лєбовка М.І., Марцін І.І., Шпак Л.Л. Дослідження ста- ну води в кислотноактивованих глинистих мінералах методами низькотемпературної ДСК та термогравіметрії / Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології / Збірник науко- вих праць, т. 3, № 4. – Київ: Академперіодика, 2005. – C. 1105-1112. 9. Гинзбург А.С., Савина И.М. Массовлагооб- менные характеристики пищевых продуктов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, – 280 с. 10. Михайлик В.А., Снежкин Ю.Ф., Немчин А.Ф., Давыдова Е.О. Определение теплоемко- сти влагосодержащих материалов с помощью сканирующей калориметрии // Промышленная теплотехника. – 2002. – Т.24, №5. – С. 92-96. 11. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И., Уколов В.С. Теплофизические характери- стики пищевых продуктов и материалов. Спра- вочное пособие. Под ред. А.С. Гинсбурга. – М.: Пищевая промышленность, 1975. – 223 с. 12. Михайлик В.А., Хавін С.О., Реус І.А. Ек- спериментальне дослідження кінетики сушіння ріпчастої цибулі // Енергетика, економіка, технології, екологія. – 2006. – №2 (19). – С. 74- 78. 13. Мдивнишвили О.М., Махарадзе Л.В., Вя- хирев Н.П. Структурные и физико-химические особенности монмориллонита с различным со- ставом обменных катионов // Глины, их мине- ралогия, свойства и практическое значение. – М.: Издательство «Наука», 1970. – С. 119-122. 14. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорб- ция на глинистых минералах. – К.: «Наукова думка», 1975. – 351с. 15. Горюшкин В.В. Технологические свой- ства бентонитов палеоцена воронежской анте- клизы и возможности их изменения // Весник Воронежского университета. Геология. – 2005. – №1. – С. 166-177. 16. Гинсбург А.С. Сушка пищевых продук- тов. – М.: Пищепромиздат, 1960. – 683 с. 17. Михайлик В.А., Снежкин Ю.Ф., Дми- тренко Н.В., Воробьев Л.И., Михайлик Т.А., На- дел Л.Г. Теплофизические характеристики бен- тонитовой глины и её Na+-замещенной формы (Черкасское месторождение) / Промышленная теплотехника, –2008. – Т.30, №4. – C. 72-77. 18. Михайлик В.А., Снежкин Ю.Ф., Дмитрен- ко Н.В. Теплоемкость бентонитовой глины Чер- касского месторождения и её Na+-замещенной формы / Керамика наука и жизнь, –2008. – №2. – С.31-37. Отримано 18.11.2009 р.

Дослідження фізико-хімічних та теплофізичних властивостей бентоніту черкаського родовища з метою розробки технології сушіння його Na⁺-заміщеної форми

Репозитарії

Схожі ресурси