Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Власов В.П. Технология производства кускового торфа [учеб. пособие]

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.43 Mб
Скачать

Цессе сушки)

коэффициента пористости имеет линейный характер

и лишь при

влагосодержании

г/г линейная закономерность

нарушается,

быстрота убывания

е увеличивается. Повышение

плотности торфа с уменьшением влагосодержания от 1 г/г обус­ ловлено, как уже было отмечено выше, достаточно высокой сте­ пенью дисперсности торфа.

При составлении графика (см. рис. 65) и аргумент, и функция отложены в одинаковом масштабе; единице влагосодержания 1 г/г, а также единице коэффициента пористости на осях коорди­ нат соответствуют одинаковые отрезки.' Угловые коэффициенты ß прямых, вычисленные как тангенсы углов их наклона к оси абс­

цисс, для переработанного в прессах торфа (экскаваторный

спо­

соб добычи) имеют

значения

1,3, 1,38 и 1,31. По данным

С. С. Корчунова и автора, для

верхового

торфа

ненарушенной

структуры ß= 1,02.

 

 

 

 

 

 

 

Согласно формуле (91) можно написать

 

 

 

 

е =

 

W.

 

 

 

 

 

У

 

У

 

 

 

 

При W= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

е о

Р — То

 

 

 

(97)

 

То '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где во — начальная ордината, отсекаемая

прямой

E=f{W).

 

Из уравнения (97) следует, что

 

 

 

 

 

 

 

?о =

 

Р

 

 

 

(98)

 

1+ Е0

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь уо —- плотность

абсолютно

сухого

торфа

(вместе с

газо­

вой фазой) при условии, если

бы коэффициент

е

изменялся ли­

нейно до W = 0.

 

 

 

 

 

 

 

Для процесса сушки в области линейного изменения коэффи­

циента пористости:

 

 

 

 

 

 

 

 

8 =

 

+ ßW;

 

 

 

(99)

 

То

 

 

 

 

 

 

 

ß =

=

const.

 

 

 

(100)

§ 48. Изменение объема торфа в процессе его сушки, коэффициент объемной усадки

С. С. Корчунов показал следующую зависимость объема торфа от уменьшающейся в процессе сушки влажности:

Ѵ = ѵ 0 (1 + kW),

(101)

где V — объем торфа при влагосодержании W\

іЗО

Vo — объем абсолютно сухого торфа

вместе с содержащейся

в нем газовой фазой;

 

 

 

k — коэффициент объемной усадки.

ту

особенность,

что он

Коэффициент объемной

усадки имеет

не зависит от влажности, но изменяется

с

изменением

степени

разложения торфа и его

переработкой.

Значения коэффициента

объемной усадки для непереработанной торфяной залежи и пере­ работанной в прессах при экскаваторном способе добычи приве­

дены в табл.

18.

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 18

Степень р азл о ­

Верхопая залеж ь

Низинная зал еж ь

 

 

 

 

ж ения залежи,

пеперерпботпн-

переработанная

непереработан-

переработанная

%

ная

в прессах

ная

в прессах

5

0,059

 

0,022

 

10

0,096

 

0,052

 

15

0,131

0,425

0,076

0,369

20

0,155

0,096

25

0,176

0,507

0,114

0,453

30

0,198

0,581

0,128

0,520

35

0,214

0,655

0,140

0,581

40

0,230

0,718

0,153

0,650

45

0,244

0,776

0,163

0,710

50

0,259

0,838

0,172

0,764

55

0,267

0,888

0,181 .

0,816

60

0,271

0,947

0,188

0,859

Уравнение (101) представляет собой линейную зависимость.

Продифференцируем эту функцию

 

 

 

——= V0k — const.

 

Отсюда

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

dW

 

( 102)

 

 

k =

 

Vo

Что касается величины Ѵо, то она может быть найдена из ра­

венства

 

 

ѴоѴ

Ѵсухр,

 

у

= УсухР .

(103)

0То

Сувеличением степени переработки торфа (степени его дис­ персности) количество газовой фазы в торфе уменьшается, Ѵо стремится к Ѵсух, система становится двухфазной.

131

Объем системы

сух

V = Ѵсух + V

 

+ - Г -

 

 

 

 

 

 

Второе слагаемое правой части равенства умножим на Рсух и

разделим на ту же величину, получим

 

 

 

V = ° с у х

'

P ßP c yX

сух

+

сух W.

 

Р

Д^сух

Р

 

 

 

Точно также разделим и умножим второе слагаемое

правой

части последнего равенства на р

 

 

 

 

Эсух

,

Рсух Р т

 

 

 

 

Р ^ Ьр w V c y x + V c y x - J - i r .

 

Окончательно

 

 

 

 

 

 

Ѵ =

УСу , ( і +

f w

y

 

(104)

Из равенства (104) видно, что

с переработкой торфа

коэффи­

циент объемной усадки

стремится

к —

как

к своему

пределу:

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

*т« =

-5г.

'

 

(105)

 

 

 

А

 

 

 

С изменением влагосодержания уравнение (101) будет иметь линейный характер до тех пор, пока сохраняется линейная зависи­ мость e= f(W). Имея это в виду, под Ѵ0 нужно подразумевать не истинный объем абсолютно сухого торфа, а ординату, отсекаемую прямой V=f(W).

Механическая переработка торфа придает функции V=f(W) линейный характер до самых малых значений влагосодержания, при большой переработке — практически до W= 0.

Между коэффициентом объемной усадки и угловым коэффи­ циентом прямой &= f{W) имеется связь. После подстановки в ра­ венство (87) значение V по уравнениям (101) и (103) и после­ дующие преобразования приводят к равенству

е = Р^ІЪ . + 1 -kW.

Yo Yo

Из сравнения этого равенства с формулой (99) следует, что

ß = - £-Ä

(106)

Yo

 

и

 

k = ß Yo_

(107)

Р

 

132

Формулой (107) можно пользоваться для вычисления коэффи­ циента объемной усадки при любой переработке, какая будет осуществлена в процессе производства или в лабораторных ус­ ловиях.

Данные, приведенные в табл. 18, не исчерпывают тех случаев, какие могут встретиться в расчетах. Действительно, совсем нет никаких данных, касающихся величины коэффициента объемной усадки для той переработки, какую обеспечивают комбайны фрезформовочного способа производства кускового торфа, не от­ ражена в этом отношении и переработка торфа различными перерабатывающими устройствами, установленными на разных торфодобывающих экскаваторах.

Рекомендуется в необходимых случаях исследовать гидроста­

тическим взвешиванием

изменение плотности

торфа

в

про­

цессе его сушки, а затем,

воспользовавшись формулой

(91),

по­

строить

график e=f(W) для определения

углового коэффициента

ß этой

линейной

функции.

Упомянутый график

послужит также

для определения

величины

е0 по формуле

(97)

и у0 по формуле

(98). После подстановки значения коэффициента объемной усадки по уравнению (107) в уравнение (101) получается новое урав­ нение для объема торфа, изменяющегося в процессе сушки,

Ѵ = Ѵ0 + Ѵсух№

(108)

или, приняв во внимание равенство (103),

 

ѵ

= Ѵ с у х

(? 7 + ßr)'

(109)

Здесь ß можно рассматривать

как коэффициент

объемной

усадки.

 

 

(109)

 

Производная функции уравнения

 

 

= Vcyxß =

const,

(110)

 

d\V

1

 

 

 

 

dV

 

 

 

ß =

"су х

 

(Hl)

 

 

 

 

Сравнение формул

(111) и

(102)

показывает, что k и ß разли­

чаются только знаменателями. Максимальное значение ß, которо­ го этот коэффициент достигает при максимально возможной пере­ работке торфа, можно определить по формуле

С переработкой торфа коэффициент объемной усадки и угло­ вой коэффициент увеличиваются.

Следовательно,'

133

Выше было установлено, что &тах= — и отмечено, что с уве-

Д

лпчением степени переработки количество газовой фазы в торфе уменьшается и Ѵ0 стремится к 1/СуХ. В таком случае согласно уравнению (103) можно заключить, что уо с переработкой торфа стремится к р. Из приведенного выше равенства следует, что

ßn..x = *max-

О 12)

Таким образом, коэффициент объемной усадки и угловой коэф­ фициент линейного участка функции s=f(W) при большой меха­ нической переработке торфа стремятся к одному и тому же пре­ делу:

ßmax = -дf .

( И З )

С. В. Курдкамов установил, что после шестикратной переработ­ ки торфа в мясорубке дальнейшее его диспергирование не дает ощутимых изменений физико-механических свойств системы. Уг­ ловые коэффициенты можно определить по графику (см. рис. 65). Сравнение этих коэффициентов для весьма значительно перера­ ботанного торфа с их предельными величинами приведено ниже:

П р о б ы т о р ф а . . • .................................

1'

2 '

3'

ß ..................................................................

1,63

1,51

1,39

р / Д .............................................................

1,67

1,56

1,49

Действительно, большая механическая переработка торфа при­ ближает ß к его пределу.

§49. Изменение удельного объема кускового торфа

впроцессе его сушки

Удельный объем торфа (обратная величина плотности) с изме­ нением в процессе сушки относительной влажности изменяется линейно. Можно доказать, что это положение справедливо. Из уравнения (91) следует, что

= р (1 + W)

(114)

1+Е

 

Если заменить е по уравнению (99) и влагосодержание относи­ тельной влажностью по формуле

W =

w

w

, Г/г,

100 -

 

то после преобразований получается

— =

- ---- ß — ) — .

(115)

У

То \ То 9 J 100

 

134

1

Это уравнение прямой. При ву= 0 —^— = — .При ад = 100%.

Ѵц)=о

Ѵо

1

(116)

■',№=100%

 

Линейный характер уравнения (115) справедлив для процесса сушки кускового торфа до тех пор, пока линейным будет измене-

Рис. 66. График объемов сухого вещества, воды и газа, составляющих удель­

ный объем торфяного куска.

Медиум-торф степенью

разложения 20%, пере­

 

работан

в прессе

р = 1,67 г/см3, уо=0,362

г/см3, ß=li,3

ние

коэффициента

пористости. На рис.

66

показана зависимость

=/(ш ), построенная применительно

к торфу, характеристика

То которого приведена ниже и обозначена на рис. 64 цифрой 1. Ве­

личина уо определяется по уравнению (98). Точка С на оси орди­ нат, соответствующая обратной величине плотности сухого веще­ ства, соединяется с точкой D, имеющей абсциссу эд=100% и ор­

динату — (А — плотность воды).

Д

С переработкой торфа положение прямой AB будет изменяться: она будет вращаться вокруг точки Е, приближаясь к положению прямой CD. Влияние диспергирования торфа на положение пря­

мой — =f{w) обусловлено тем, что с переработкой увеличи­ те

135

ізается объемная усадка кусков в процессе сушки. Если бы пріі некоторой, весьма большой переработке частицы сухого вещества, сближаясь в процессе сушки, заняли бы в абсолютно сухом со­ стоянии торфа весь объем куска, без каких бы то ни было пор, то это означало бы совпадение точки /1 с точкой С и точки В с

точкой D.

Между прочим,

из сказанного

следует, что

ß—

(фор-

мула 116)

не может быть

I

 

р

 

больше — . Таким образом, график

(см. рис. 66) еще раз убеждает в том, что

 

 

 

 

 

_Р_

 

 

 

 

 

ßrnax

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

Построение графика заканчивается

соединением

точки С с

точкой F,

которой соответствуют координаты — =0 и

оу=

100%.

 

 

 

V

 

 

В таком виде график можно рассматривать как диаграмму, кото­ рая для любой влажности указывает на объем сухого вещества, воды и газа, составляющих удельный объем торфа.

Легко убедиться, что зависимость

Ѵфух = Дш) — прямая CF на

рис. 66.

 

 

 

Масса системы Р = Ѵсух Pd + W).

 

относительной

влажностью

После замены влагосодержання

 

получается

 

 

 

Р_

Р

W

(117)

Vсух —

р

’ 100

Р

 

Поскольку рассматривается удельный объем торфа, величина

Р принимается равной единице массы. Пользуясь формулой (117),

можно для любой влажности найти

объем сухого

вещества, со­

ставляющий часть удельного объема.

 

Теперь нужно убедиться в

том, что зависимость суммы объемов сухого вещества и воды в

удельном

объеме системы

(прямая

CD)

также является ли­

нейной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Ѵп— объем воды,

^сухР +

 

=

Р,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У„ =

Р W

 

 

 

(118)

 

 

Д 100

 

 

Сумма

равенств (117)

и (118)

составляет

W

 

 

1/сух

 

 

 

J ______ 1_

 

 

 

 

 

Р

 

А

100.

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение прямой CD при Р 1

 

 

 

 

 

 

Е Сух + Ѵв

 

1

/ 1

 

1

\

££І

(119)

 

Р

~

р

\

р

Д /

100

 

 

136

Что касается объема газовой фазы в торфе, то линейное изме^ некие его в процессе сушки (прямая АЕ) при относительной влажности ш<50% может нарушиться. Тогда объем газовой фазы будет измеряться отрезком ординаты между прямой СЕ и кривой 1. Таким образом, рис. 66 действительно можно рассматривать как график, указывающий на величины объемов сухого вещества, воды и газа, составляющих удельный объем торфа.

Привлекает внимание точка Е на рис. 66. Опустим из этой точки ординату на ось абсцисс. Влажность w2- з отражает начало (в процессе сушки) проникновения газовой фазы в систему. Ин­ декс 2—3 при w означает, что торф при этой влажности можно рассматривать, с одной стороны, как трехфазную систему, которой соответствует полученное выше уравнение (99) коэффициента по­

ристости, и, с другой стороны,

как

двухфазную, для которой

уравнение коэффициента пористости

согласно

формулам

(87) и

(104) будет иметь вид

 

 

 

 

8 =

-2-W.

 

 

(120)

 

А

 

 

 

Подставив знак равенства между правыми частями уравнений

(99) и (120) и решив полученное равенство

относительно

И72_3,

получим

 

 

 

 

1ѵ/

А (р— То)

 

(121)

2—3 —

,

, rt4 .

 

 

Ѵо (Р —Aß)

 

 

Этим уравнением можно пользоваться при решении практиче­ ских задач, когда требуется определить влажность, соответствую­ щую моменту перехода двухфазной системы в трехфазную.

§50. Объем газа в кусковом торфе и его изменение

впроцессе сушки

Объем газа в торфе в общем виде

 

Ѵг = Ѵ - (Ч сух + У8),

р

рсух(1+ ІѴ7)

но V = — =

—------------

У

V

 

р

Объем сухого вещества Ѵсуі= —сух , из определения же влаго-

рР

содержания следует VD= - ^ W- Объем газа в торфе, содержащем

1 г сухого вещества,

Ѵг

_

1 + \Ѵ _

A + рГ

( 122)

 

 

 

 

Р с у х

 

V

рД

 

Для относительной влажности

 

 

Ѵг

_

100А — y w ___1_

(123)

Рсух

 

Ду (100 — w)

р

 

 

9 В. П. Власов

137

Ниже приводится формула (124) для определения количества газа в 1 г торфа, содержащего воду. Объем газа определяется по формуле (86) с использованием равенства (91). Принимается во внимание объем сухого вещества, который определяется по приве­ денной ниже формуле, получающейся из формулы (88),

 

 

 

У с у * - ' р(1+Г)

 

 

 

 

 

 

Объем же воды в формуле (86)

заменяется правой

частью

равенства,

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 +

117

Д

 

 

 

 

 

вытекающего из определения влагосодержания.

 

 

 

 

После преобразований получается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уг= — -

Д + р \Ѵ

 

 

 

 

(124)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

рД (1+117)

 

 

 

 

 

Для относительной влажности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

г

- - -

юод

 

100

w

 

 

 

(125)

 

 

 

ШОр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из формулы (122) легко можно получить формулу (126) для

определения объема

газовой

фазы

в 1 см3

трехфазного

торфа.

Для

этого достаточно умножить

обе

части

равенства

 

(122)

на

Y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^

=

1 -

V (А +

РГ )

см3

 

 

 

(126)

 

V

 

рД (1 +

 

117)

см3

 

 

 

 

Для относительной влажности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_Ѵ=

1, — у . ЮОД +

(р — Д) щ

см3

 

 

 

(127)

 

V ~

*

Г

ЮОДр

 

гм3" ‘

 

 

 

В работе [1] имеется ряд формул, которыми можно

 

пользо­

ваться при определении массы и объема

сухого

вещества

и воды,

а также объема газа

на

1 г или

1

см3 торфа,

содержащего

воду

и на 1 г или 1 см3 сухого вещества. Формулы

(правые

части их)

приведены в табл. 19.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (123) вычислен объем газа в торфе, для

которо­

го на рис. 64 изменение плотности отражает кривая 1.

 

 

 

Расчет выполнен для ряда точек кривой у —f(w).

 

 

 

По результатам расчета на рис. 67 показан график изменения

объема газа в торфе, содержащем

 

1 г

сухого

вещества.

Этот

график позволяет сделать следующие выводы.

 

опыте до

1. В процессе сушки торфа

 

рассматриваемом

влагосодержания около 1 г/г)

воздух входит в систему и замещает

138

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

19

П оказатели

В 1 г торфа,

В 1 см* торфа,

В торфе,

со ­

В торфе, содерж а ­

содерж ащ его

содержащ его

держ ащ ем

1 г

щем 1 см* сухого

 

воду

воду

сухого вещ ества

вещ ества

 

Масса торфа Р

Масса сухого вещества

Р сух

Масса воды

Р в

Объем тор­ фа V

Объем су­ хого вещест­ ва Ксуі

Объем во­ ды Ѵв

Объем га­ за Ѵг

1

1

1+R7

W

1+ W

1

У

1

Pll+W')

w

Д (1+tP)

1

V

д + р w

рА ( 1 + Ю

У

1

V 1+№

W

Ѵ1-f- w

1

У

p(l+B7)

уW

Д(1+117)

1

V (Д+Р W)

р А(1+ТГ)

і+№

1

W

1+ W

У

1

р

W

А

1+ W

У

Д+ р№ рД

р О+Ю

р

p W

f М

1

W

А

Д—(у —A)W

9у Д

1.

9* 139

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ