РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ’ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
2.1. Обгрунтування вибору об’єктів дослідження
1. Вибір об’єктів дослідження (торфу та збагаченого вугілля) здійснено з метою
продовження досліджень механізму сушіння дисперсних матеріалів - фільтраційне
чи конвективне сушіння у щільному шарі.
2. Вибір матеріалів торфу та збагаченого вугілля обумовлений також складною
енергетичною ситуацією у державі і наявністю вказаних паливно-енергетичних
ресурсів у західних регіонах держави. Разом з цим, відсутні наукові дані з
гідродинамічних закономірностей кінетики сушіння, а також гідродинамічні і
кінетичні коефіцієнти, які входять в математичні моделі процесу сушіння, що не
дозволяє створити високоефективні сушильні малоенергоємні агрегати, які б
забезпечували випуск продукту із заданими технологічними параметрами.
3. Науковою школою кафедри хімічної інженерії “Львівської політехніки”
достатньо добре висвітлені в науковій літературі результати дослідження
листових газопроникних матеріалів різної модифікації. Сушінню у щільному шарі
дисперсних матеріалів приділялось мало уваги. Як показали окремі дослідження,
вказаний метод достатньо ефективний при сушінні різного роду сипучих об’єктів
[6; 35; 46]. Однак, ні в одній з робіт немає відомостей стосовно впливу
розмірів частин окремих фракцій дисперсних матеріалів на гідродинаміку і
кінетику сушіння, а також вплив фракційного складу на процес обезводнення.
4. Крім практичної мотивації вивчення процесу сушіння вугілля у щільному шарі,
ми керувались і науковим інтересом, який полягає в тому, що вугілля, яке
характеризується певною природою зв’язку вологи з матеріалом, має широкий
полідисперсний спектр, що дозволило нам вивчити вплив розміру частин окремих
фракцій на гідродинаміку і кінетику сушіння і встановити взаємозв’язок між
кінетичними характеристиками окремих фракцій і полідисперсної суміші.
Фракційний склад вугілля, яке підлягало вивченню, відповідає його фракційному
складові, що сушиться в промислових умовах.
2.2. Торф
Торф – природне утворення органічного походження, що виникло в результаті
відмирання та неповного розкладу болотної рослинності (листових та хвойних
дерев, кущів, трав, мохів) в умовах підвищеної вологості та нестачі кисню. З
фізико-хімічної точки зору торф можна віднести до класу складних
багатокомпонентних (гетерогенних) полідисперсних (поліфракційних)
напівколоїдно-високомолекулярних систем [19].
Тверда фаза торфу формується з рослинних залишків та продуктів їх біохімічного
розпаду, серед яких значне місце займають гідрофільні речовини – гумінові
кислоти, геміцелюлоза. Гідрофобні речовини представлені бітумами, смолами,
жирними кислотами. Тверді компоненти торфу у природних умовах мають агрегатну
(асоціатну) будову з органічних та органомінеральних комплексів. Об’єднання
молекул в асоціати здійснюється за рахунок хімічних, міжмолекулярних,
капілярних сил та водневих зв’язків.
Велика кількість та різноманітність активних функціональних груп (СООН, -ОН) в
твердому компоненті торфу зумовлює його високу сорбційну та іонообмінну
здатність [80]. Асоціати торфу – нестійкі утворення, що мають гелеподібну
структуру і складаються з хаотично розподілених молекул та макромолекул,
мікропори між якими заповнені сорбованою та імобілізованою водою.
Органічна частина торфу містить, в основному, 5 елементів (С, H, S, N, O).
Неорганічна частина представлена нерозчинними мінералами різної природи,
адсордційними утвореннями мінералів з гуміновими речовинами та іншими
продуктами розпаду, іонообмінними гетерополярними органомінеральними сполуками
та комплексно-гетерополярними похідними [129]. У торфі весь цей
органомінеральний комплекс знаходиться в динамічній рівновазі з водою, яку
містить торф [31]. Торф може втримувати до 15 – 20 частин води на одну частину
сухої речовини, тобто, його вологовміст може доходити до 15 – 25 кг/кг [66].
Пориста структура торфу залежить від його ботанічного складу та ступеню
розкладу [109, 135]. Розміри пор торфу [31, 152] змінюються від 0,35 до 8,5
мкм, при цьому розміри найменших водопровідних пор коливаються в межах 0,10 –
0,15 мкм. Форма пор в торфі, особливо у слаборозкладеному, у більшості випадків
є щілиноподібною. На малу рухливість води у торфі, у порівнянні з мінеральними
грунтами, вказує відношення загальної пористості до активної (тобто ступінь
рухливості води), яке вимірюється у межах 1,7 – 2. Це пояснюється великою
кількістю у торфі нерухомої рідкої фази (фізико-механічної,
внутрішньокліткової, імобілізованої, структурно захопленої води). Під час
переробки торфу відбувається його ущільнення, тоді, пори матеріалу стають більш
однорідними за розмірами, зменшується загальна і зростає активна пористість.
Торф має так звані “тупікові” пори, де може міститись замкнена вода або газ.
Вільний газ видаляється при зовнішній дії на торф, защемлений може бути
видалений лише після руйнування обмежувальної перегородки в структурах торфу.
При зовнішній дії тиску “замкнений” газ стискається, а при його відсутності
розширюється, спричиняючи збільшення об’єму торфу.
Із розвитком та поглибленням наших знань про природу торфу як складного
багатокомпонентного утворення, відкриваються все нові потенціальні можливості
його використання у промисловості, народному та сільському господарствах,
медицині, охороні довкілля. В природі існує багато видів торфу, відмінних за
своїм складом з переважанням одного чи декількох компонентів, що визначає
напрямок його використання.
Так, верховий торф низького ступеню розкладу, що містить до
- Київ+380960830922