By this author

Algorithm for Processing Data on the Thermophysical Properties of Phosphorites by Solving the Inverse-Coefficient Heat-Conduction Problem

Issue number 1 from 01.01.2023

В данной работе предлагается алгоритм обработки экспериментальных данных по определению теплофизических свойств фосфоритов – теплоемкости и теплопроводности, использующий метод решения обратной коэффициентной задачи теплопроводности, которая сводится к программируемому нагреву, осложненному протеканием термически активируемых эндотермических реакций диссоциации карбонатов и управлению внутренним тепловым состоянием системы с распределенными параметрами. Рассматривается задача математического и компьютерного моделирования системы по обработке экспериментальных данных и обобщения основных зависимостей теплофизических свойств в диапазоне температур функционирования теплотехнологического оборудования термической обработки рудного сырья и практического химического состава фосфоритов методом решения обратной коэффициентной задачи теплопроводности. Параметрами управления являются теплопроводность и теплоемкость – коэффициенты в уравнении теплопроводности для пластины. Критерием оптимальности – принимается наименьшее отклонение полученного в вычислительном эксперименте по модели температурного распределения по толщине пластины от заданного. При решении задачи оптимизации используется метод скользящего допуска с оптимизацией способом деформируемого многогранника. В статье приводятся результаты, полученные в вычислительных экспериментах с использованием фосфатных сырьевых материалов. Представленные численные результаты хорошо согласуются с результатами натурных экспериментов, что подтверждает адекватность разработанной нами математической и компьютерной моделей, а также предлагаемого алгоритма решения обратной коэффициентной задачи теплопроводности.

103 0

A Study of the Influence of the Thermal Conductivity Coefficient of Phosphate Ore Raw Materials on the Efficiency of the Chemical–Power Technological Process of Roasting in a Dynamic Dense Multilayered Mass

Issue number 3 from 01.05.2023

В данной работе предлагается физическая и математическая модели химико-энерготехнологического процесса обжига дисперсного рудного фосфатного материала в движущейся плотной многослойной массе на конвейере обжиговой машины с перекрестной подачей газа теплоносителя. На основе построенных моделей, разработана компьютерная модель, на которой проводились вычислительные эксперименты по исследованию влияния теплофизических характеристик рудного сырья, на эффективность обжига. Установлена степень влияния коэффициента теплопроводности рудных фосфатных материалов на энергоэффективность и завершенность термически активируемых эндотермических реакций диссоциации карбонатов. Научно обоснован и подтвержден в вычислительных экспериментах способ активного воздействия на эффективность химико-энерготехнологического процесс обжига, основанный на использовании многослойной полифракционной засыпки рудного дисперсного сырья на колосниковую решетку – конвейер обжиговой машины. Установлено, что изменение температуры газа теплоносителя в плотном слое и на выходе из него, эффективность обжига и неравномерность декарбонизации по высоте плотного слоя термически обрабатываемого рудного сырья, существенно зависят от теплофизических характеристик. По результатам вычислительных экспериментов обнаружено, что применение полифракционной засыпки рудного фосфатного сырья на конвейер обжиговой машины в регламентных условиях обжига приводит к снижению температуры отходящих газов, и увеличивает среднюю по слою степень декарбонизации сырья. Выявлено, что применение полифракционной засыпки, изменяет зависимость температуры газа теплоносителя от координаты высоты слоя.

95 0

A Fractal Analysis of the Effect of Titanium Dioxides on the Biological Properties of Bioinorganic Composite Materials

Issue number 3 from 01.05.2023

Статья посвящена проблеме создания экологически безопасных материалов за счет использования нового поколения композитов на основе биоразлагаемых биосовместимых полимерных матриц с возможностью длительного контролируемого адресного высвобождения питательных и биопротекторных веществ. Разработаны методика и алгоритм использования фрактального анализа для оценки биологических свойств бионеорганического композиционного материала хитозан-оксид титана, который применяется в сельском хозяйстве для получения высокоэффективных комплексных удобрений. Разработанный алгоритм отличается от аналогов использованием скелетонов для расчета фрактальной размерности микрофотоизображений. Исследованы фрактальные и механические свойства органо-неорганических пленок бионеорганического композиционного материала хитозан-оксид титана. Полученные результаты имеют важное значение для оценки таких характеристик бионеорганических композиционных материалов, как биодеградируемость, биосовместимость, экологическая безопасность, которые имеют важное значение для защиты окружающей среды. Установлено существование зависимости между величиной коэффициентов асимметрии и эксцесса фрактальной размерности микрофотоизображений пленок хитозана и процентом содержания в них оксида титана. Результаты исследования механических свойств пленок композита хитозан-оксид титана позволяют сделать вывод о влиянии примесей оксида титана на прочность пленок.

76 0

Evaluation of the Efficiency of the Separation of Dust–Gas Flows in Uniflow Cyclones

Issue number 4 from 01.07.2023

В статье приводится модель для определения эффективности фракционного разделения прямоточного циклона. Модель включает параметры, характеризующие движение частицы в циклоне, влияющие на степень сепарации: расстояние, которое проходит частица, двигаясь по спирали, и ее траекторию. Представлены результаты экспериментального исследования эффективности разделения в прямоточном циклоне новой конструкции. Эксперименты проводились с кварцевой мукой четырех дисперсных составов – 15, 20, 30 и 50 мкм. При работе с частицами малой дисперсности циклон показал высокую эффективность для аппаратов такого типа. Приведен анализ кривых эффективности разделения.

105 0

Method to Calculate the Limiting and Optimal Conditions of the Chemical and Energy Engineering Process of Calcination of Lump and Pelletized Phosphate Ore Raw Materials on the Grate of a Traveling-Grate Roasting Machine

Issue number 4 from 01.07.2023

В данной работе предложена методика и математическая модель для расчета химико-энерготехнологического процесса обжига рудного фосфатного сырья в движущемся плотном слое на колосниковой решетке обжиговой конвейерной машины. По результатам проведенных вычислительных экспериментов на разработанной компьютерной модели, представлен анализ предельных и оптимальных режимов процессов сушки и обжига кускового и окомкованного рудного фосфатного сырья на конвейере обжиговой машины. Определены предельные условия прокалки кускового и окомкованного рудного сырья при засыпке в виде монослоя кусков, совместном обжиге и в виде слоя фосфоритовых окатышей, с учетом технологических ограничений функционирующих обжиговых конвейерных машин. Для фосфатного рудного сырья установлено, что предельно достижимая степень декарбонизации при высокотемпературном обжиге в виде кусков в обжигово-конвейерной машине составляет 60%. Обжиг в виде окатышей, позволяет обеспечить степень декарбонизации в 80%. Предложенная в настоящей работе методика теплофизических и кинетических исследований может быть распространена на изучение закономерностей термически активируемых эндотермических химико-металлургических процессов прокалки в широком классе железорудных сырьевых материалов. Представленная компьютерная модель для расчета предельных и оптимальных условий функционирования обжиговых конвейерных машин используется для оперативной адаптации промышленных установок, к периодически изменяющимся свойствам рудных сырьевых материалов, поступающих на термическую обработку.

101 0

Theory of a Solid–Liquid Heterogeneous Reaction to Form a Gas Phase

Issue number 5 from 01.09.2023

Представлена аналитическая модель гетерогенной реакции твердое–жидкость с возникновением газообразной фазы базирующаяся на анализе основных параметров, оказывающих наиболее существенное воздействие на интенсивность происходящей реакции. Показано наличие газожидкостных диссипативных структур в виде чередующихся потоков реагирующих фаз, совершающих релаксационные пульсации. Приведено описание процессов формирования пузырьков, их отрыва, движения, имеющих удовлетворительную адекватность. Описана динамика и условия формирования пузырька газа на твердой поверхности реагирования. Получены соотношения для оценки коэффициентов массообмена, коррелирующие с экспериментальными данными. Разработанная аналитическая модель гетерогенной реакции позволит лучше понимать сущность протекания процессов плавления в рудотермических печах, что даст возможность вносить изменения в технологический процесс данных установок, опирающиеся на качественно новые параметры характерных для них реакций. Анализ гидродинамики с формированием газовой фазы аналитическими и численными методами позволил получить соображение о форме протекания жидкой фазы. Типичным является присутствие гидродинамических структур, определяющих упорядоченное движение жидкой фазы при разнообразных методах подачи газовой фазы. Определены значения критических параметров массопереноса. В отличие от процесса кипения наличие кризисного режима при гетерогенной реакции невыполнимо из-за экранирования поверхности реакции.

108 0

Experimental and theoretical bases of energy and resource efficient process of extraction of valuable component from natural matrix ores

Issue number 1 from 01.01.2025

Вещественный состав фосфоритов конкреционного типа представлен рудной породой альфа-кварц пористой структуры, фосфатным веществом, практически не имеющим пор, и примесью слоистых алюмосиликатов. В результате осадочного генезиса фосфоритных руд и матричной структуры альфа-кварца происходит заполнение его пористого пространства вышеуказанными компонентами и их тесное взаимное прорастание. Эффективность известных методов обогащения фосфатных руд повышается по мере увеличения степени их измельчения и сопровождается не только ростом энергозатрат, но и потерями тонкодисперсных фракций. Результаты комплексного анализа образца брянского фосфорита и выделенного по завершении кислотной экстракции альфа-кварца свидетельствуют о целесообразности рационального измельчения сырья с учетом технических характеристик кварцевых песков, применяемых в стекольной промышленности, что обеспечит энергоресурсоэффективный процесс переработки. Выявленные закономерности кислотной экстракции фосфорита конкреционного типа и математическая обработка данных кинетического эксперимента свидетельствуют о возможности использования стандартного оборудования промышленных схем с получением основного продукта - кислотной вытяжки и сопутствующего продукта - альфа-кварца.

43 0