Русинова И.Н.

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», Россия

Теоретические основы процесса гранулирования сорбента выполненного из глауконита

Гранулированный сорбент, выполненный на основе глауконита, может применяться в различных областях отраслях: детоксикация грунта от нефтешламов; применение в качестве удобрений и при восстановлении почвы; сфера водоочистки. Большая область применения гранулированного сорбента объясняется разнообразием физико-механических и адсорбционных свойств гранул сорбента полученных в ходе технологического процесса гранулирования. Рассматривая технологический процесс формирования гранул необходимо отметить то обстоятельство, что наибольшее влияние на качество сорбента и образования пор различного диаметра, оказывает влажность исходного материала. С увеличением влажности уменьшается диаметр пор сорбента, что приводит к повышению удельной поверхности, что улучшает адсорбционные свойства сорбента. На сегодняшний день в качестве основных механизмов используемых при формировании гранул используются шнековые грануляторы или плунжерные экструдеры. Данные устройства имеют существенный недостаток – способность производить формирование гранул из материала имеющего небольшую влажность, и в процессе выдавливания происходит понижение влажности гранул вследствии нагревания рабочего органа вызванного трением.

Так как приготовленный материал для процесса формирования гранул обладает высокой вязкостью и липкостью, то целесообразнее использовать роликовый гранулятор. В основу теоретического описания процесса формирования гранул в роликовом грануляторе положен метод качения твердого цилиндра по слою вязкой ньютоновской жидкости. В процессе качения прессующего ролика расположенного внутри большого цилиндра (матрица) происходит выдавливание глауконитовой смеси через калиброванные отверстия, выполненные на поверхности большого цилиндра, рис. 1. При этом толщина выдавливаемого материала изменяется от максимальной величины до нуля. Тогда условие захвата глауконитовой смеси прессующим роликом запишем как

, (1)

где a_н – начальный угол, град.

Рисунок 1 – Процесс взаимодействия прессующего ролика и матрицы в роликовом грануляторе при формировании глауконитовой смеси

Рекомендуемая толщина выдавливаемого слоя

, (2)

где R – радиус наружной матрицы, м; r – радиус выдавливающего ролика, м.

Плотность глауконитовой смеси

, (3)

Максимальная плотность глауконитовой смеси

, (4)

где a_пр – угол соответствующий началу проталкивания глауконитовой смеси в матрице прессования; А=R-r – расстояние между осями матрицы и ролика, м.

, (5)

Сила прижатия ролика к матрице при выдавливании глауконитовой смеси

, (6)

где а и b – коэффициенты, характеризующие физико-механические свойства глауконитовой смеси.

Скорость продавливания глауконитовой смеси через калиброванные отверстия наружнего барабана пропорциональна давлению создаваемую силой прижатия ролика к матрице в степени 1/n, тогда

, (7)

где l - коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра отверстий гранулятора и реологических свойств глауконитовой смеси.

Диаметр прессующего ролика и матрицы можно определить по зависимости

, (8)

где К₁ – коэффициент отставания окружной скорости глауконитовой смеси от скорости движения ролика и матрицы; z – степень уплотнения глауконитовой смеси; u_р и u_м – окружная скорость вращения соответственно прессующего ролика и матрицы, с^-1.

Вышеперечисленные теоретические зависимости позволяют произвести расчет конструкционно-технологических параметров роликового гранулятора при формировании гранул из глауконитовой смеси.