книги из ГПНТБ / Берней И.И. Устройство и работа листоформовочных машин

купоривают поры полностью или частично. Это ведет к насыщеншо цементом главным образом верхних частей слоя, так как проникание его зерен к нижним частям, лежащим вблизи сетки, затруднено. Поэтому с увели­ чением отложения цемента в слое, после прекращения уноса, распределение вяжущего в нем остается неравно­ мерным, хотя и уменьшается количество свободных нор. Это вызывает снижение влажности слоя на сетке с уве­ личением продолжительности фильтрации асбестоце­ ментной суспензии. При увеличении продолжительности фильтрации с 1 до 8 сек влажность слоя снижается при­ мерно с 71 до 65%.

■ Мы выяснили, как в процессе фильтрации вследствие уноса образуется слон неоднородной структуры, что ухудшает качество изделий. -Теперь выясним, от чего за­ висит скорость фильтрации, которая влияет на произво­ дительность сеточной части листоформовочных машин.

Скоростью фильтрации называют среднюю скорость течения жидкости через фильтр. Определяют ее деле­ нием объема фильтра па площадь сетки и продолжи­ тельность фильтрации

как от него зависит затрата времени на обезвоживание суспензии. Чем скорее будет протекать вода через фильтр, тем больше профильтруется суспензии и отло­ жится асбестоцемента на сетке в единицу времени, тем выше будет производительность фильтра.

Для понимания причин, влияющих на скорость филь­ трации, выберем из множества канальцев (капилляров), по которым в слое и сетках течет жидкость, один (Л—А на рис. 18). Скорость течения в капилляре, как и вооб­ ще в любой трубке, будет зависеть от напора и темпе­ ратуры жидкости, длины, диаметра капилляра. Напор, под влиянием которого идет фильтрация, равен весу столба суспензии над сеткой. Основание этого столба принимают равным 1 см2, а вес обычно указывают в гс. Тогда напор выражают в гс!см2.

40

Если высоту слоя суспензии над сеткой обозначить Я (см. рис. 18) и выразить в см, то напор будет равен весу столбика суспензии высотой Я см с основанием 1 см2. Поскольку вес суспензии оказывает гидростатическое давление на слой асбестоцемента, откладывающегося на сетке,-и на воду, движущуюся в его порах, то при рас­ смотрении фильтрации напор часто называют давлени­ ем, выражая его также в гс/см2. Пусть величина Я со­ ставит 38 см, тогда при фильтрации напор или давление будут равны весу столба суспензии с площадью основа­ ния 1 см2 и высотой 38 см. Объем такого столба будет 38 сиг3, а вес более 38 г, поскольку в воде содержатся частицы асбеста и цемента. Так, например, 1 см3 асбе­ стоцементной суспензии концентрацией 8% весит 1,05 г. Если слой такой суспензии над сеткой Я = 38 см, то дав­ ление Р будет равно: Р = 1,05-38=40 гс/см2.

Влияние напора (давления) на фильтрацию носит двойственный характер. Как при движении жидкости в трубах водопровода, скорость течения тем больше, чем выше напор, так и в капиллярах слоя скорость фильтра­ ции увеличивается с ростом напора. Но под влиянием того же напора сжимается образующийся при фильтра­ ции слой. Частицы асбестоцемента сближаются, а пло­ щадь сечения пор (капилляров) между ними уменьша­ ется. Это ведет к снижению скорости фильтрации.

Если асбест обладает повышенной жесткостью по своей природе (например, асбест Джетыгаринского ме­ сторождения или асбест полужесткой текстуры Баже­ новского месторождения), да к тому же распушка его невелика, то асбестоцементный слой сжимается мало. В этом случае повышение гидростатического давления приводит к большему увеличению скорости фильтрации, чем при использовании легко сжимаемого асбеста мяг­ кой текстуры. '

Влияние па фильтрацию температуры суспензии свя­ зано с изменением вязкости воды. С повышением тем­ пературы вода как бы разжижается и лучше течет по капиллярам. Скорость фильтрации увеличивается.

Необходимо также иметь в виду, что повышение тем­ пературы суспензии влияет не только на текучесть воды, но и на скорость взаимодействия цементных зерен с во­ дой. Слишком большое повышение температуры (сверх 30—35° С) может иногда (в зависимости от свойств це­ мента) ухудшать фильтруемость суспензии, так как в ней

41

накапливаются продукты взаимодействия цемента с водой.

Обычно уровень и температуру суспензии в фильтра­ ционной воронке поддерживают постоянными. Тогда скорость фильтрации зависит только от длины, площади ' сечения и количества капилляров, по -которым течет во­ да. Как же изменяются указанные величины в процессе фильтрования суспензии на воронке?

До образования слоя длина и площадь сечения ка­ пилляров, по которым течет вода, равны толщине сетки (верхней) п площади ее ячеек. Ячейки сетки настолько велики, что в сотни раз превышают размеры пор в слое, который на нее затем откладывается. Поэтому влияние сопротивления, оказываемого движению воды сеткой, можно не учитывать, так как оно ничтожно, а рассмат­ ривать лишь течение по капиллярам слоя. Длина этих капилляров приблизительно равна толщине слоя. По­ скольку с увеличением продолжительности фильтрации толщина слоя на сетке растет, то длиннее становятся и капилляры. Вода, вытекающая из суспензии, проходит по ним все большее расстояние, испытывает все большее трение о их стенки. Скорость фильтрации при этом уменьшается, как и скорость течения в водопроводных трубах с увеличением их длины. Следовательно, в нача­ ле фильтрации, когда толщина слоя на сетке мала, а капилляры короткие, скорость фильтрации максималь­ ная. Затем, по мере продолжения фильтрования, ско­ рость движения жидкости через фильтр непрерывно па­ дает как из-за роста толщины слоя, так и вследствие перекрытия и закупорки его пор.

В опытах по фильтрации принято-определять через заданные промежутки времени объем фильтрата и по этой величине судить о скорости фильтраций. С увеличе­ нием продолжительности фильтрации скорость ее умень­ шается. Если, например, в первую секунду скорость фильтрации в описанном нами опыте равна 0,46 см1сек,

трации на производительность фильтра можно подсчи­ тать, какое количество суспензии будет профильтровано на воронке за 1 мин, если менять сетки в первом случае через 1 сек, а во втором — через 8 сек. Количество филь­ трата, полученного при фильтрации суспензии на одной

4 2

сетке, определим по формуле (1), умножив скорость фильтрации (иф) на площадь сетки (F = 20 см2) и на продолжительность фильтрации (/). При смене сеток через 1 сек на каждой сетке будет получено фильтрата: |/=НфР^ = 0,46Х20Х 1=9,2 см3 суспензии. За 1 мин, сме­ нив 60 сеток, получим:- 9,2X60 = 552 см3фильтрата. Про­ делаем такой же расчет, если сетки будем менять через 8 сек. V= u$Ft = 0,15X20X8 = 24 см3 фильтрата на од­ ной сетке. За 1 мин, если сменить 7,5 сеток, образуется 24X5,5=180 см3 фильтрата, или в 3,05 раза меньше, чем в первом случае. Поскольку при получении 1 см3 филь­ трата из суспензии концентрацией 8% на сетке откла­ дывается в среднем 0,087 г асбестоцемента, то за 1 мин

где с — вес асбестоцемента, откладывающегося на филь­ тре при получении единицы объема фильтрата, в г.

Заменив в этой формуле величину Va ее значением из формулы (1), выразим производительность фильтра через скорость фильтрации:

П = - ^ 1 = (Иф = Ыф Fc. (3)

Поскольку площадь сетки F и величина с при филь­ трации не изменяются, то из последней формулы следу­ ет, что производительность фильтра прямо пропорцио­ нальна скорости фильтрации. При смене сеток через 1 сек скорость фильтрации в опыте была 0,46 см/сек, что в 3,05 раза больше скорости фильтрации при смене сеток через 8 сек (0,15 см/сек). Следовательно, и производи­ тельность в первом случае будет в 3,05 раза больше, чем во втором.

Последний вывод имеет прямое отношение к влиянию скорости вращения сетчатого цилиндра (или скорости сукна) на производительность формовочной машины. Увеличивая скорость вращения цилиндра (скорость сук­ на), мы уменьшаем продолжительность пребывания сет­ ки в суспензии, что по своему действию аналогично бо­

43

лее быстрой смене сеток на воронке. В результате воз­ растают скорость фильтрации и производительность.

Остается установить, как будет влиять на скорость фильтрации изменение концентрации суспензии.

Производительность фильтра, имеющего определен­ ную площадь F, как видно из формулы (3), зависит от произведения скорости фильтрации на величину с. С уве­ личением концентрации с растет пропорционально кон­ центрации, а скорость фильтрации падает, но в меньшей степени. Поэтому производительность фильтра с увели­ чением концентрации растет.

Мы подробно рассматривали влияние на скорость фильтрации давления, продолжительности фильтрова­ ния, температуры и концентрации суспензии. Но если фильтровать при одинаковом значении этих величин, на одной п той же воронке, суспензии, отличающиеся по со­ ставу сырья или по степени распушки асбеста, то скоро­ сти фильтрации также будут различными.

Слои, полученные фильтрацией суспензии и отличаю­ щиеся по составу или обработкой сырья, имеют пример­ но одинаковый объем пор, но количество пор и их раз­ меры различны, причем размер пор определяется раз­ мером частиц сырья, из которых состоит слой. Если волокна асбеста и зерна цемента крупнее, крупнее и по­ ры в слое. По таким порам вода движется с большей скоростью (скорость фильтрации выше), чем в слое из сырья с меньшим размером частиц.

Однако часто бывает так, что при меньших размерах частиц асбеста и цемента наблюдается большая ско­ рость фильтрации. Это объясняется хорошей адгезией цемента на волокне, в результате которой частицы асбе­ ста и цемента соединяются, образуя крупные агрегаты (5 на рис. 6). Тогда уже имеет значение размер этих асбестоцементных агрегатов, а не отдельных частиц асбеста и цемента. Следовательно, фильтрационные свойства суспензии зависят как от крупности частиц ас­ беста и цемента, взятых отдельно, так и от количества и размера агрегатов из асбестоцементных частиц, обра­ зовавшихся в результате адгезии.

Одно из необходимых условийполучения суспензии с хорошими фильтрационными свойствами — такое соот­ ветствие степени распушки асбеста свойствам и дисперс­ ности цемента, при котором адгезия максимальна. Ми­ нералогический состав цемента также влияет на филь-

44

труемость суспензии.. Это влияние связно с величиной адгезии цемента на асбесте. Установлено, что наихуд­ шая адгезия характерна для цемента, в котором содер­ жится повышенное (более 8%) количество трехкальцие­ вого алюмината и .малое (менее 50% )— алита. В асбе­ стоцементной суспензии с таким цементом возрастает количество свободных зерен и коллоидных частиц, за­ крывающих поры при фильтрации.

Для цемента каждого состава существует определен­ ное значение температуры асбестоцементной суспензии, при которой она обладает наилучшими фильтрацион­ ными свойствами. Эта температура для большинства цементов-находится в пределах 25—35° С.

Увеличение производительности сетчатого цилиндра с ростом температуры суспензии от 20° С до ее опти­ мального значения приблизительно равно 1% на каж­ дый градус повышения температуры.

Следует учитывать и особенности джетыгарннского асбеста, который все в большем количестве применяется на заводах вместо бажеиовского. Асбестоцементный слой на сетке цилиндра в этом случае получается более по­ ристым и влажным. Волокна этого асбеста жестче и меньше уплотняются при фильтрации. Увеличение коли­ чества и размеров пор в слое, по которым проходит во­ да, ведет к повышению скорости фильтрации. По способ­ ности волокон к адгезии цемента джетыгарннский ас­ бест не отличается от бажеиовского.

Сильно ухудшает фильтрационные свойства суспен­ зий повышение содержания пыли'в асбесте. Фильтруя суспензии из сырья различного состава в совершенно одинаковых условиях и замеряя скорость фильтрации при различной ее продолжительности, можно оценить фильтрационные свойства суспензий. В качестве опре-<* деляющей их характеристики принято использовать ве­ личину, зависящую от обратной скорости фильтрации, называемую коэффициентом сопротивления фильтрации. Следовательно, чем меньше коэффициент сопротивления слоя фильтрации, тем лучше фильтрационные свойства суспензии.

Для определения фильтрационных свойств асбестоце­ ментных суспензий воронки, подобные показанной на рис. 18, непригодны. Для этой цели созданы специаль­ ные установки.

Фильтрационные свойства суспензий ухудшаются при

45

обработке асбестоцементной суспензии в гомогенизаторе с чрезмерно большим числом оборотов или при повыше­ нии, сверх необходимого, числа оборотов мешалок в ван­ не формовочной машины.

Работа сетчатого цилиндра

Фильтрация. Фильтрация суспензии на сетчатом ци­ линдре имеет некоторые особенности по сравнению с фильтрацией в воронке. Чтобы их выявить, необходимо разобраться, как происходит фильтрация на различных участках погруженной в ванну сетки цилиндра (рис. 19).

На рисунке показан схематический разрез ванны листо­ формовочной машины и расположенного в ней сетчатого цилиндра Ц. Там же изображены водоотгонный В и от­ жимной О валы, техническое сукно С, мешалки М, пе­ ремешивающие суспензию в ванне. Перегородка П пре­ дохраняет слой на цилиндре от воздействия струи сус­ пензии, поступающей в ванну по желобу Ж, а трубка Т подает воду для промывки сетки. Стрелками обозначе­ ны направления движения сетчатого цилиндра, сукна, отжимного вала, мешалок и поступающей в ванну су­ спензии. Стрелки в точках 1—7 показывают направление течения воды, фильтрующейся сквозь сетку..

Выделим на поверхности сетчатого цилиндра неболь­ шую площадку в точке 1 и проследим, как будет идти на ней фильтрация и формоваться слой на всем пути ее движения*в суспензии от точки 1 до точки 7.

■Вследствие вращения сетчатого цилиндра будет из­ меняться глубина погружения выделенной площадки сетки в суспензию, а следовательно, и давление филь­ трации. Давление станет постепенно увеличиваться’ от

46

нуля в точке I до максимальной величины Ры в точке 3, где оно будет равно весу столба суспензии высотой Ны и сечением 1 см2. На пути движения площадки от точ­ ки 3 до точки 5 давление будет постоянным, равным Ры, так как на этом участке давление равно разности между глубиной погружения площадки в суспензию и высотой столба фильтрата' над ней. При движении от точки 5 к точке 7 давление будет уменьшаться от Рм до нуля. Таким образом, фильтрация между точками 1—3 и 5—7 при движении сетки цилиндра происходит при перемен­ ной величине давления.

Рассмотрим, как сказывается изменение давления на структуре слоя и скорости фильтрации.

Фильтрация и формирование слоя начинаются на участке между точками 1—2 при очень малом давлении. Это благоприятно влияет на структуру асбестоцемента.

Соприкасающаяся с сеткой часть слоя уплотняется незначительно, поэтому в ее поры может проникать це­ мент, частично восполняя убыль вяжущего вследствие уноса. По мере движения сетки от точки 1 до точки 3 скорость фильтрации уменьшается из-за роста толщины слоя на сетке и увеличения длины капилляров, по кото­ рым проходит вода. Влияние этой причины на скорость фильтрации сказывается сильнее,, чем увеличение дав­ ления. При движении сетки между точками 5—7 ско­ рость фильтрации снижается, что объясняется как ро­ стом толщины слоя, так и уменьшением давления. По­ этому на участке между точками 5—7 откладывается очень мало асбестоцемента.

•Изменение давления фильтрации на’ сетчатом ци­ линдре возможно при колебаниях уровня суспензии в ванне и уровня фильтрата внутри цилиндра. Всякое понижение уровня в ванне или повышение уровня внут­ ри цилиндра снижает величину давления и ведет к сни­ жению производительности сеточной части машины.

Нормальным уровнем в ванне можно считать такой, при котором поверхность суспензии примерно на 10— 12 см ниже бортов ванны. Снижение уровня в ванне на 5 см приведет к уменьшению производительности сетча­ того цилиндра приблизительно на 4%. Если уровень сни­ зится на 10 см, производительность упадет на 7%. Коле­ бания в пределах 2—3 см мало сказываются на произ­ водительности.

При вращении сетчатого цилиндра изменяется поло-

47

женне сетки в пространстве. Если на воронке (см. рис. 18) сетка горизонтальна, то на цилиндре, в точ­ ках 1 н 7, она наклонена, в точках 2 и 6 вертикальна, в точках 3—5 перевернута так, что слон оказывается внизу, а вода фильтруется снизу вверх. Направление движения воды при фильтрации в каждой из этих точек показано на рис. 19 стрелками.

Изменение положения сетки в пространстве сущест­ венно влияет на структуру слоя. Чтобы понять, почему она зависит от положения сетки, сравним процесс филь­ трации при движении жидкости сверху вниз (например,

вворонке на рис. 18) и снизу вверх (в точке 4 на рис. 19).

Вворонке твердые частицы суспензии движутся, как

ивода, вниз, поскольку вниз направлена-и сила тяжести. В точке 4 сетчатого цилиндра, поскольку давление су­ спензии под сеткой, пропорциональное глубине погру­ жения, больше давления слоя фильтрата над сеткой, фильтрующаяся вода движется только вверх, а твердые частицы, находящиеся вблизи точки 4 в суспензии, мо­ гут двигаться в разных направлениях. Сила тяжести бу­ дет тянуть частицы вниз, а фильтрующаяся вода — вверх. Куда двинется частица, будет зависеть от того, что боль­ ше— скорость фильтрующейся воды или скорость осаж­ дения частицы в суспензии под действием силы тяжести.

Частица малых размеров (короткое волокно, тонко­ дисперсный цемент), у которой скорость осаждения иос

больше направленной вверх скорости фильтрации (на­ пример, 9 на рис. 19), то она будет двигаться вниз, от сетки, и не отложится в слое, а останется в ванне. При­ мерно такая же картина будет и при фильтрации на пути между точками 2—6.

На пути движения сетки между точками 1—2 и 6—7, где скорость осаждения направлена к сетке и не препят­

сколько его было в профильтрованной суспензии, за ис­ ключением уноса. На пути между точками 2—6 в слой попадают не все частицы, содержащиеся в профильтро­ ванной суспензии, а только менее крупные, • имеющие небольшую скорость осаждения.

48

Если бы в ванне не было мешалок, которые непре­ рывно поднимают снизу вверх асбестоцементные части­ цы, не давая нм осаждаться, то крупные частицы, не попавшие в слон на пути 2—6, постепенно накаплива­ лись бы внизу ванны, где концентрация и количество крупных частиц было бы больше, чем вверху. Но мешал­ ки в ванне непрерывно работают. Они перемешивают оставшиеся частицы со всей суспензией, поднимают их в верхние слои, где все частицы, в том числе и крупные, откладываются в слое (хотя н с опозданием) на участ­ ках 6—7 и особенно 1—2. В результате часть асбесто­ цементного слоя, образующегося на пути движения сет­ ки между точками 1—2, содержит больше крупных ча­ стиц, представленных главным образом волокнами асбеста, чем та часть слоя, которая образуется на пути между точками 2—6. Это вторая причина неоднородно­ сти слоя. Первая причина, как уже говорилось, связана с уносом цемента.

Неполное отложение на сетке асбестоцемента, содер­ жавшегося в суспензии, фильтруемой при движении сет­ ки между точками 2—6, приводит к постепенному повы­ шению концентрации суспензии в ванне, хотя концентра­ ция суспензии, поступающей из мешалки, не изменяется. В результате увеличивается количество асбестоцемента, откладываемого на сетке при движении между точками 1—2 и 6—7, что компенсирует «недобор» частиц на уча­ стке 2—6.

Отношение концентрации суспензии, поступающей в ванну, к ее концентрации в самой ванне, при устано­ вившемся режиме, называется коэффициентом улавли­ вания (по суспензии) kyc. Величина этого коэффициента растет при повышении концентрации суспензии в ванне, но в среднем она равна 0,85. Например, если в ванну поступает суспензия с концентрацией а = 8 % , то после некоторого времени, когда режим работы сетчатого ци­ линдра станет устойчивым, концентрация суспензии

сс8

вванне будет: — - = ------ =9,4%.