Badania procesu sedymentacji zawiesiny węglowej
Praca dotyczy zagadnień procesu sedymentacji zawiesiny węglowej z zakładu mechanicznej przeróbki węgla kamiennego, gdzie przetwarzany jest bardzo duży strumień wysokoobciążonych zawiesin drobnoziarnistych. Zadaniem wodno-mułowego obiegu zamkniętego jest efektywne przetworzenie zawiesiny tak, aby uzyskać zagęszczony osad oraz oczyszczoną wodę, która jest zawracana do obiegu. Ze względu na właściwości tej zawiesiny węglowej (m.in. drobnoziarnistość), konieczne jest intensyfikowanie jej procesu sedymentacji poprzez stosowanie technik wspomagających ten proces. W pracy badano wpływ jednoczesnego, synergicznego, wykorzystania wkładów wielostrumieniowych i flokulacji jako technik intensyfikacji procesu sedymentacji. Sflokulowana zawiesina węglowa jest zawiesiną nieziarnistą, kłaczkowatą. Proces sedymentacji zawiesin kłaczkowatych jest stosunkowo trudny w modelowaniu, zatem konieczne jest przeprowadzenie szeregu badań, na podstawie których można zaproponować model empiryczny opisujący proces sedymentacji tego typu zawiesiny. Praca przedstawia opis morfologii cząstek, metody analizy fraktalnej, budowę i właściwości zawiesin nieziarnistych oraz metody określania charakterystyki granulometrycznej zawiesin. Opisana została sedymentacja wielostrumieniowa, jako technika wykorzystywana do intensyfikacji procesu sedymentacji. Przedstawione zostały modele stosowane do opisu sedymentacji wielostrumieniowej. Opracowane zostały dwie autorskie metody przeprowadzania testów sedymentacyjnych. Zaproponowana metoda AST (Automatic Settling Test) wykorzystuje przetwarzanie obrazu rejestrowanego przez kamerę cyfrową ustawioną nieruchomo. Metoda MAST (Moving Automatic Settling Test) umożliwia śledzenie zmiany położenia granicy rozdziału faz w czasie rzeczywistym. Pozycja kamery, zamontowanej na wózku liniowym, ustalana jest na podstawie wyników bieżącej analizy obrazu. Obie zaproponowane metody stanowią innowacyjne rozwiązania w zakresie wykreślania testów sedymentacyjnych. Badania laboratoryjne procesu sedymentacji w warunkach statycznych, przeprowadzone z wykorzystaniem tych metod, potwierdziły możliwość
jednoczesnego stosowania sedymentacji wielostrumieniowej i flokulacji jako technik służących do intensyfikacji procesu sedymentacji badanej, drobnoziarnistej, zawiesiny węglowej. Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych procesu sedymentacji badanej zawiesiny w warunkach przepływowych zaproponowane zostały modele empiryczne: stopnia zagęszczania oraz efektywności procesu sedymentacji. Bazując na wynikach przeprowadzonych badań oraz doświadczeniach własnych autora sformułowane zostały wytyczne do projektowania urządzeń sedymentacyjnych przeznaczonych do przetwarzania takiej zawiesiny węglowej. Urządzenia te dedykowane są do procesu sedymentacji zawiesiny wspomaganej symultanicznym wy-korzystaniem sedymentacji wielostrumieniowej oraz procesu flokulacji. W podsumowaniu pracy zestawiono zrealizowane zadania cząstkowe oraz przedstawione zostały wnioski ogólne, które wynikają z prowadzonych badań i modelowania procesu sedymentacji zawiesiny węglowej. Wszystkie postawione cele niniejszej pracy doktorskiej zostały zrealizowane, a postawiona teza została udowodniona.
Research of sedimentation process of coal suspension
The dissertation concerns issues of the sedimentation process of coal suspension from a mechanical coal processing plant, where a very large stream of highly loaded fine-grained suspensions are processed. The task of the closed water-sludge cycle is to efficiently process the suspension so as to obtain concentrated sludge and clarified water, which is then recycled. Due to the properties of this coal suspension (i.a. fineness), it is necessary to intensify its sedimentation process by using techniques supporting this process. The study examined the impact of simultaneous, synergistic use of multiflux fillings and flocculation as a technique for intensifying the sedimentation process. The flocculated coal suspension is a non-granular, flocculent suspension. The sedimentation process of flocculent suspensions is relatively difficult to model, so it is necessary to carry a series of studies out on the basis of which an empirical model describing the sedimentation process of this type of suspension can be proposed. The work presents a description of the particle morphology, methods of fractal and structure analysis, and properties of non-granular suspensions as well as methods for determining the granulometric characteristics of suspensions. Multiflux sedimentation has been described as a technique used to intensify the sedimentation process. Models used to describe multiflux sedimentation are presented. Two methods of conducting sedimentation tests have been developed. The proposed AST (Automatic Settling Test) method uses image processing recorded by a stationary digital camera. The MAST (Moving Automatic Settling Test) method allows you to track the change in the position of the phase separation border in real time. The position of the camera mounted on the linear trolley is determined based on the results of the current image analysis. Both proposed methods are innovative solutions for plotting sedimentation tests. Laboratory tests of the sedimentation process in static conditions, performed with the use of these methods, confirmed the possibility of simultaneous use of multiflux sedimentation and flocculation as techniques for intensifying the sedimentation process of the tested fine-grained coal
suspension.Based on the laboratory tests of the sedimentation process of a coal suspension under flow conditions, empirical models are proposed: the degree of compaction and the efficiency of the sedimentation process. Based on the results of the conducted research and the author's own experience, guidelines for the design of sedimentation devices for the processing of such a coal suspension are formulated. These devices are dedicated to the suspension sedimentation process assisted by the simultaneous use of multiflux sedimentation and the flocculation process. The summary presents the completed partial tasks and general conclusions resulting from the conducted research and modeling of the coal suspension sedimentation process. The goals set for this research are achieved as well as postulated hypothesis are proved.
