1.3. Анализ современных подходов к моделированию частиц в суспензиях
В современной металлургической науке, никогда ранее не имевшей дело с технологиями жидкофазного восстановления, практически Hei исследований, посвященных проблематике моделирования частиц в шлакоугольных суспензиях.
Исследования гидродинамических параметров пневматически перемешиваемых суспензий в последние десятилетия были связаны с задачами химической, горной, пищевой промышленности, биотехнологий и др. Накоплен значительный материал. касающийся в основном характеристик развития межфазной поверхности «газ- жидкость». массо- и теплообмена в суспензиях.
Так. в работах [53-59) были получены корреляционные выражения для оценки объемного коэффициента массопереноса в жидкости и характерного размера пузыря при барботаже суспензий, показано влияние насыщенности суспензии и физических свойств жидкости на газосодержание в суспензии. В работах [60, 61J получили корреляционные выражения для коэффициента массопереноса между жидкостью и твердыми частицами (К,), определили зависимость К, от газовой нагрузки, размера пузырей и вязкости жидкости. В работе [54] получили эмпирическую зависимость для оценки объемного коэффициента массопереноса в газовой фазе. При барботаже суспензий для оценки коэффициента теплонереноса в жидкой фазе можно использовать зависимости, полученные в [62].
В работе [63] изучали влияние концентрации мелких легких твердых частиц на гидродинамику слоя при концентрации твердых частиц до 36% (об.). Систему условно разделили на "разреженную" и "плотную" фазы. Разреженная фаза состояла из быстро проходящих барботируемый слой крупных пузырей и их конгломератов. Плотную фазу идентифицировали как жидкость с твердыми частицами и взвесью мелких пузырьков. Определяли вклады в общее газосодержание разреженной и плотной фаз. Показано, что увеличение насыщенности суспензии значительно снижает величину общего газосодержания. При этом содержание разреженной фазы меняется слабо.
Значительное уменьшение содержания газа в нлошой фазе при барботаже объяснили облегчением коалесценции малых пузырьков при введении в CHCICMV твердых мелких частиц. Содержание газа в плотной фазе оказалось практически не зависящим от диаметра барботера. Содержание крупных пузырей уменьшалось с увеличением диаметра барботера. В работе предложены эмпирические корреляционные выражения для оценки содержания газа в разреженной и плотной фазах.Специфика рассмотренных выше исследований определялась нуждами соответствующих промышленных технологий. Все экспериментальные работы по гидродинамике суспензий проводились на холодных моделях с использованием твердых частиц микроскопических размеров: от 1 до 10 мкм, редко - при 100 мкм (что намного меньше характерных размеров частиц угля в печи Ромелт). Размерный фактор при выборе фракции модельных частиц во внимание не принимали.
(24)
где c/v - диаметр частицы, Ао - внутренний масштаб турбулентности, к и П -
безразмерные константы, которые зависят от того больше или меньше размер частицы внутреннего масштаба турбулентности в системе. Однако, как будет показано в п:. 2. «константы» в (24) на самом деле зависят от соотношения плотностей несущей и дисперсной фазы и должны быть существенно уточнены.
Исследования суспензий, содержащих более крупные тзердые частицы, проводились преимущественно применительно к флотации. По и здесь специфика тех-нологического процесса определила направление работ: исследования посвящены повышению эффективности работы флотомашин путем у величения минерализации пузырей и седиментации осадков.
В литерату ре имеются (см.. например, [64]) критериальные зависимости, описывающие взаимодействие микрочастиц с турбулентными пульсациями. Они имеют вид
Проведенный анализ литературных источников покатал, что при физическом моделировании частиц шлакоугольной суспензии процесса Ромелт практически не-возможно использовать резулыагы но исследованию гидродинамики суспензий, по-лученные для других технологических процессов. Необходима разработка методик моделирования угольных частиц (как мелких, взвешенных в несущей жидкости, так и крупных, неравномерно распределенных в обьеме ванны), адекватных условиям поставленной задачи.
Угольные частицы, образующие в перемешиваемом струями кислородовоз- душного дутья шлаке суспензию, вносят основной вклад в интегральную скорость восстановления железа в процессе Ромелт. В настоящее время нем единой точки зрения на схему восстановления железа в шлакоугольной суспензии процесса Ро- ме.п, а. следовательно, на потенциальные возможности интенсификации технологии. Поэтому, помимо исследований гидродинамики шлакоугольной суспензии необходимо изучение возможных схем и особенностей кинетики восстановления желе ja в шлакоугольной суспензии.