Привод ленточного транспортера. Документ 75 (14)_merged. Диск из пористой проницаемой керамики для аэраторов, применяемых в системах биологической очистки сточных вод (аэротэнках)
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Домашнее задание по дисциплине ”Физические основы наноматериалов и нанотехнологий” Задание № 4 Выполнила Антипова КР. Группа МТ8-62Б Проверил Тарасовский В.П. Задание на выполнение реферата №4 1. Тема реферата Диск из пористой проницаемой керамики для аэраторов, применяемых в системах биологической очистки сточных вод (аэротэнках). 2. Материал диска Керамика на основе электрокорунда с добавкой 15 – 20 % глины. Открытая пористость – 35 – 40 %. Структура материала мелкопористая. Пористость равномерно распределяется по поверхности диска. 3. Конфигурация и габаритные размеры изделия Диаметр диска – 250 мм, толщина – 15 мм. 4. Условия эксплуатации Температура – 20 - 25 С воздействие кислот, органических соединений. 5. Технология изготовления Метод формования – полусухое прессование. Сушка – на воздухе в течение 24 часов. Обжиг – скорость подъёма температуры 300 град/час; время выдержки при максимальной температуре обжига (1300 С) – 1 час. Охлаждение изделий – вместе с печью, скорость произвольная. 6. Объём партии требуемых изделий 2500 штук изделий в месяц. 6. Сырьевые материалы Выбор за исполнителем работы (на основании обзора литературы) 7. Оборудование для выполнения работы Выбор за исполнителем работы (на основании обзора литературы) 8. Содержание реферата (вопросы на которые надо дать ответы в реферате - титульный лист - задание на реферат - чертёж изделия - аэраторы из пористой проницаемой керамики – физико-технические свойства, фирмы производители, стоимость единицы изделия (из научно-технической литературы - керамика пористая проницаемая (из научно-технической литературы) – исходные материалы, технология изделий, физико-технические свойства применение - описание технологии полусухого прессования – обосновать выбор данной технологии - исходные материалы выбранные для выполнения работы (привести ГОСТы, ТУ, рассчитать вес необходимых материалов) – обосновать выбор - технологическая схема производства изделий - эскиз общего вида прессоснастки для формования изделия - оборудование необходимое для выполнения работы - контроль свойств исходного сырья, параметров технологического процесса и свойств готовых изделий (описать кратко какие свойства и параметры необходимо контролировать для получения изделий с заданными свойствами - список литературы. Задание на реферат выдал Тарасовский В.П. __________________ ______________2022 г, кафедра МТ-8 Задание на выполнение реферата получил Студентка) 08.02.2022 г, гр. МТ8-61Б Ç 25 0H 7 15±0,15 Масса Масштаб Изм. Лист докум. Подп. Дата Лит. Разраб. Пров. Т.контр. Лист Листов Н.контр. Утв. 2:1 Вариант 4 Диск Антипова Тарасовский 0,1 Керамика на основе электрокорунда МГТУ им. Н. Э. Баумана Ин в под л. По дп . и дата Вз ам . инв Инв дуб л. По дп . и дата Сп ра в. Пе рв . приме н. Вар иан т 4 Копировал Формат A4 Не для коммерческого использования КО МП АС -3 D v2 0 Учебная версия ООО "А СК ОН -С ис темы проектирования, Россия. Все права защищены. Аэраторы из пористой проницаемой керамики Традиционно на станциях аэрации в России десятилетиями применялись среднепузырчатые (фильтросные) аэраторы в виде труби пластин из пористой проницаемой керамики, которые вошли в типовые проекты и используются для постройки аэротенков. С тех пор за аэраторами из пористой проницаемой керамики закрепился термин фильтросные пластины, трубы (фильтросы). Эффективность аэрации фильтросов составляет 1,5–2,2 кгО2/кВтч, они достаточно просты и надежны в эксплуатации. Основными их недостатками являются достаточно высокое энергопотребление и попадание внутрь иловой смеси при отключении электроэнергии, что при ее включении приводит к гидроударам, разрушению отдельных труб каналов) и необходимости последующего опорожнения аэротенка для восстановления аэрационной системы. Указанные недостатки привели к разработке нового поколения менее энергоемких аэраторов. В России, в основном, это выпускаемые отечественной промышленностью аэраторы («Экополимер», «Экотон» и их аналоги) с эффективностью аэрации 2,5 – 3,5 кгО2/кВт ч. Также в России имеется достаточно длительный (5 – 7 лет) опыт использования зарубежных мембранных аэраторов, характеризующихся эффективностью 4,0 – 7,5 кгО2/кВт ч. В тоже время двухлетний промышленный опыт применения мембранных аэраторов «Фортэкс» на одной из технологических линий Люберецкой станции аэрации с расходом 500000м3/сут показал, что мембраны снизили проницаемость на 35 – 45%, и при этом потери напора возросли с паспортных 0.3 – м дом. Восстановление проницаемости аэраторов проводится щавелевой кислотой 2 раза в год с опорожнением аэротенка, а это на 50 – 60% увеличивает эксплуатационные расходы. Эффективность аэрации снизилась с 3,5 – 4,0 кгО2/кВтч допри этом производитель аэраторов «Фортрикс» давал гарантию сохранения технических параметров 5 лет. Основной производитель аэраторов из пористой проницаемой кермики - НТЦ «Бакор». Преимущества аэраторов, разработанных НТЦ «Бакор»: • высокая открытая пористость (45%), обеспечивающая высокое насыщение кислородом • простота и высокая скорость монтажа • понижение стоимости строительных и монтажных работ на 25%-30% за счет снижения его объемов и высокой скорости монтажа оборудования • возможность проведения монтажных работ при знакопеременнных температурах • возможность создания различных размеров аэраторов, оптимальных для данного аэротенка; • аэраторы устойчивы к механическими биохимическим воздействиям со стороны сточных вод • рабочая поверхность аэраторов при необходимости легко регенерируется • аэраторы изготовлены из экологически чистых материалов и не требуют специальных затратна утилизацию • аэраторы не требуют технического обслуживания в течение всего срока службы • срок работы аэраторов – до 12 лет без замены • ускорение процессов окисления органических и неорганических загрязнений за счет мелкодисперсной регулируемой аэрации (более чем 2 раза по сравнению с аналогичными пневматическими аэраторами • увеличение пропускной способности очистных сооружений за счет снижения времени окисления загрязнений • обеспечивается широкий видовой состав активного ила в аэротенках; • экономия электроэнергии от 70% до 80%; • сокращение капитальных затрат в 2-3 раза. Виды аэраторов НТЦ «Бакор»: Рис. 1 Аэраторы и диспергаторы газов из пористой проницаемой керамики производства компании НТЦ «Бакор»: 1 - цилиндрической формы (тип ПКФ); 2 - трубчатой формы (представлен обрезок от элемента 3 - в форме футляра 4 - диспергатор (аэратор) пальчиковый керамический 5 - модульный Аэраторы НТЦ «Бакор» применяются для • перемешивания, насыщения жидкости кислородом, отдувки из сточных вод газов и летучих соединений в усреднителях и преаэраторах; • предотвращения осаждения взвешенных веществ и отмывки жироподобных загрязнений в аэрируемых песколовках; • обеспечения иловой смеси кислородом и поддержания активного ила во взвешенном состоянии в аэротенках и SBR реакторах • флотирования загрязнений на пузырьках воздуха и их выноса на поверхность жидкости во флотаторах; • обеспечения ила кислородом и перемешивания в аэробных стабилизаторах ила • насыщения воды кислородом в водоемах и прудах рыбных хозяйств • обеспечение кислородом воздуха для окисления Fe2+, Mn2+ при очистке шахтных и рудничных вод • бактериологического выщелачивания в технологических процессах. Стоимость аэратора варьируется в пределах от 3 до 15$ 2. Пористая проницаемая керамика Изделия из пористой проницаемой керамики обладают рядом преимуществ по сравнению с такими же изделиями из пористых металлов, стекла и пластмасс. Они имеют более высокие значения прочности, устойчивы в кислотах и щелочах, расплавах черных и цветных металлов, агрессивных шлаков, могут длительно эксплуатироваться при высоких температурах. Поэтому в последнее время изделия из такой керамики вызывают большой интересу потребителя. По областям применения изделия из пористой проницаемой керамики можно разделить на несколько групп 1 группа — изделия, процесс эксплуатации которых характеризуется наличием избыточного давления газа или жидкости, которые проходят по поровым каналам, очищаются, гомогенизируются, разделяются, смешиваются. К этим изделиям относятся фильтрующие элементы для очистки воздуха от пыли, водяного и масляного тумана, а также воздуха и горячих агрессивных газов, например доменного и мартеновского, при температурах до 1000 С фильтрующие элементы для очистки газов от аэрозолей, в том числе радиоактивных фильтрующие элементы для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий, растворов электролитов, пульп, солевых растворов, вина, молока, кислот, щелочей, расплавов черных и цветных металлов дисперегаторы для мелкодисперсного распыления газов в жидких средах или расплавах, а также газообразных реагентов в химических реакторах с целью увеличения контактной поверхности 2 группа — изделия из капиллярно-пористых керамических материалов, работа которых основана на использовании капиллярного давления, возникающего на границе раздела жидкость- газ. К таким изделиям относятся испарители, конденсаторы, фитили тепловых труб, капиллярные насосы, гидравлические затворы и др 3 группа — изделия из пористых керамических материалов со специальными свойствами, для которых в процессе эксплуатации характерно взаимодействие поверхности пор с фазой, заранее введенной или пропускаемой по поровым каналам, что интенсифицирует физические и химические процессы. К таким изделиям относятся мембраны для электродов сравнения, заменители костной ткани и др. Для получения пористой керамики необходимо создать требуемую поровую структуру материала, которая будет соответствовать условиям его применения. Например, для применения в качестве носителей катализаторов керамика должна обладать высокой проницаемостью к флюидами большой удельной поверхностью. Для процесса фильтрации эффективны материалы с узким распределением пор по размерами малой извилистостью канальных пор. Пористую керамику с требуемой структурой получают разными способами. Все их многообразие свести к нескольким основным способам 1. Подбор зерновых составов наполнителя и керамической связки. 2. Получение материалов из волокон. 3. Использование золь - гель методов. 4. Вовлечение в суспензию или расплав воздуха и закрепление образовавшихся пузырьков (пенометоды). 5. Добавление в формовочную массу добавок, образующих поры после их удаления, например, выжиганием, растворением, возгонкой, испарением. 6. Создание в расплаве или суспензии пузырьков газа благодаря разложению вводимых добавок или их образованию при химической реакции. 7. Введение в исходную массу специального пористого наполнителя природного или искусственно полученного. 8. Образование в процессе обжига новых фаз, приводящих к возрастанию пористости. 9. Термическая обработка формовочной массы или её компонентов для их вспучивания. Первый способ сводится к использованию керамического порошка, содержащего близкие по размеру частицы в смеси с дисперсной связкой, для 23 формования изделий. В таких материалах выделяют пористость наполнителя и связки и пористость между наполнителем и связкой. Установлено, что крупные зёрна в керамических материалах не только играют роль отощителя, но и сами активно участвуют в процессах спекания, особенно при больших удельных давлениях прессования. Экспериментально доказана возможность производства огнеупоров зернистого строения из монофракционных порошков (до 3 мм. При этом особенности взаимодействия зёрен в местах контакта позволяют получать жесткий зерновой каркас в спекшемся изделии, ведущий себя аналогично плотноспекшемуся телу и такие материалы имеют высокую механическую прочность. В первом случае контакт между зёрнами будет осуществляться либо по плоскости (при спекании за счет взаимной структурной подстройки на месте непосредственного контакта, либо по типу игла – плоскость, игла – игла, нож – плоскость, нож – нож (в этих случаях скорость спекания существенно увеличивается. Поверхность контакта зёрен ничтожна по сравнению с общей поверхностью, и, следовательно, давление локализуется в местах контакта и при спекании будет протекать по механизму ползучести, но очень короткий период. Далее будут действовать диффузные механизмы удаления вакансий. При наличии связки можно рассматривать два случая связки мало, иона, занимая пустоты, не мешает контакту крупных зёрен; связки много, и непосредственный контакт между крупными зёрнами не имеет места. Во втором случае при повышении температуры происходит образование ячеистой структуры, зависящей от свойств тонкодисперсной связки и характера взаимодействия её частиц между собой и с поверхностью крупных зёрен. По всему объему прессовки возникают мостики из тонкодисперсного компонента, связывающие крупные зёрна. В процессе спекания при усадке, мелкие частицы связующего вещества подвергаются растягивающим силам, связанные со стремлением частиц связки сблизить между собой крупные зерна, приводит к многочисленным разрывам 24 мостиков, как в местах их крепления к частицам, таки в точках с ослабленной структурой. Это явление усиливается с увеличением дисперсности связки. В результате образуются характерные вытянутые канальные поры. Таким образом, спекание в присутствии большего количества тонкодисперсной связки характеризуется значительно большей усадкой и снижением механической прочности из-за образования трещин. На свойства пористой керамике, в том числе, проницаемость к флюидам, большое влияние оказывает гранулометрический состав наполнителя. Из теории плотнейших упаковок шаров одинакового размера известно, что объем образующихся между ними пустот зависит от способа их упаковки и не зависит от размера шаров. При плотной ромбоэдрической упаковке пористость небольшая примерно 25%. При плотной кубической упаковке она может возрасти максимально до 50%. Реальные керамические порошки состоят из частиц различного размера. Сами частицы имеют дефекты, их форма отличается от сферической. При этом отмечают увеличение пористости при укладке угловатых зёрен. Если заменить плотные зерна наполнителя гранулами с собственной пористостью, пористость керамики может быть значительно повышена. С этой целью можно использовать природные пористые материалы, такие как диатомит, трепел, либо после соответствующей термообработки (вспученные перлит и вермикулит. Кроме того, применяют искусственные пористые гранулы, полученные дроблением и рассевом обожженных пористых брикетов, или специально изготовленные пористые микросферы. Чем больше содержание в пористой керамике крупных зерен и их собственная пористость, тем больше пористость материала. Методом введения пористого заполнителя достигают пористости 50 – 55% при прессовании и 60 – 65% при изготовлении изделий легкой 25 утрамбовкой или вибрацией. Применение полых микросфер позволяет повысить пористость до 90%. Монофракционные массы дают меньшую усадку и более высокую пористость при равной удельной поверхности по сравнению с полифракционными массами. При изучении плотности шамота различного гранулометрического состава после утряски было установлено, что при преобладании какой-либо одной фракции получают высокие значения пористости, независимо оттого, является ли эта фракция крупно или мелкозернистой. Проницаемость и размер пор в керамике с увеличением размера частиц наполнителя возрастает. Форма пор зависит от зернового состава. В массах неоднородного зернового состава поры отличаются большей округлостью, чем в массах, изготовленных из одной фракции шамота. В массах с мелким шамотом это выражено не так отчетливо. Отмечено, что механическая прочность обожженных образцов резко увеличивается с ростом удельной поверхности шамота и уменьшается пропорционально диаметру зерен шамота. При введении в массу зёрен меньшего размера, они располагаются в пустотах между крупными зернами. Пористость заготовки заметно снижается, уменьшается также размер пор. Соответственно прочность полифракционного шамота выше, но считают, что она практически не зависит от количества фракций 3. Технология полусухого прессования При полусухом прессовании изделия изготавливают из масс, содержащих от 7 доводы, которая обеспечивает их достаточную пластичность и делает легко формуемыми. Масса сжимается прессом в вертикальном направлении с одной стороны (одностороннее давление) или с двух сторон двухстороннее давление) непрерывно в течение времени прессования одноступенчатое прессование) или с паузами (ступенчатое прессование. При полусухом прессовании развиваемые давления составляют 200 - 700 кГ/см2. После окончания сжатия изделие (сырец) выталкивается из пресс- формы, и цикл прессования повторяется. В результате прессования увеличиваются контактная поверхность между частицами и их сцепление. При прессовании снижается размер крупных пори увеличивается общая удельная поверхность пор. Компоненты массы в процессе прессования частично перераспределяются. Это выражается в переориентации частиц, измельчении зерен, особенно продолговатой формы. Образуется анизотропия макроструктуры, которая после обжига и обуславливает анизотропию некоторых свойств изделий. Из оксидных масс уже при давлении 2 МПа удаляется 85 - 95% воздуха, однако дальнейшее его удаление затруднено. Воздух запрессовывается (сжимается) особенно в тонкозернистых массах, что создает растягивающие усилия, и образуются разрывы в сырце. Удаление воздуха происходит вовремя паузы в конце прессования. Вода при полусухом прессовании участвует в передаче давления. Максимальное уплотнение массы достигается тогда, когда объем массы равен сумме объемов твердых частиц и воды - критическая плотность. Давление, при котором наступает такая плотность, называют критическим. Если давление выше критического, наступает перепрессовка, сопровождающаяся образованием трещин в плоскостях, параллельной плоскости прессования. Значение критического давления резко снижается при избытке воды в массе. Однако это невыгодно, т.к. при последующей сушке вода уходит, оставляя поры. При полусухом прессовании применяют не только воду, но и различного вида растворы, смолы, парафин и т.д. Процесс прессования длится 3-10 секунд. На начальной стадии происходит сближение частиц. Эта стадия может быть высокоскоростной (100 мм/с). На второй стадии происходит зацепление частиц и их перемещение друг относительно друга. Допустимая скорость прессования 8-9 мм/с. На последней стадии происходит выравнивание напряжений и частичное разрушение зерен. Полусухое прессование изделий имеет ряд преимуществ по сравнению с пластическим формованием расширяется сырьевая база за счет использования тощих глин, изделия получаются более точных размеров и более правильной формы, длительность производственного цикла сокращается почтив раза. 4. Исходные материалы для работы Исходный материл - керамика на основе электрокорунда с добавкой 15- 20% глины. Структура материала мелкопористая. Отрытая пористость 35- 40%. ГОСТ 28818-90 Требования пористость равномерно распределяется по поверхности изделия температура среды 20-25 С материал должен работать в среде С, необходимо учитывать воздействие кислот, органических соединений. 5. Технологическая схема производства изделий Первоначально на основе порошков оксида алюминия различных размеров и связующего готовят керамическую массу, которую экструдируют в диски. Диски после сушки и обжига при 1300 градусов Цельсия и охлаждения с печью используют в качестве пористой подложки. Наследующем этапе формируют мембрану толщиной 30-40 мкм, которую наносят на подложку в два приема. Готовят водную суспензию из порошков оксида алюминия с различными добавками. В суспензию для первого слоя мембраны вводят порошки со средним диаметром частиц 2,5 мкм, а для второго слоя - 0,2 мкм. Суспензией заполняют внутренний объем диска, после чего на поверхности остается пористый слой в 20-30 мкм после первого нанесения и 10 мкм после второго. Первый слой обжигают при 1550 градусов Цельсия, второй при 1000 градусов Цельсия. Открытая пористость в обоих слоях примерно одинакова и составляет 30-40%, Средний диаметр пор в первом слое 1,2 мкм, во втором - 0,2 мкм. Между всеми операциями проводится контроль. 6. Эскиз общего вид прессооснастки Пресс-форма содержит направляющие 1, обойму 2, разрезную упругую матрицу 3, промежуточную гильзу 4, штанги 5, пуансоны 6, 8 и центральный пуансон 7, сектора 9, фиксаторы 10 7. Оборудование, необходимое для выполнения работы • Смешение - смеситель • Дозирование - аэродозатор • Формование изделий методом горячего литья под давлением - литейная форма, литейный автомат • Охлаждение изделий - печь • Обжиг – печь • Механическая обработка - режущий станок, шлифовальный станок 8. Контроль свойств исходного сырья, параметров технологического процесса и свойств готовых изделий Определение коэффициента газопроницаемости образца (ГОСТ 11573-98). Определение среднего размера пори распределение пор по размерам в перемычках между ячейками Газопроницаемость, те, способность керамических тел пропускать через свои поры газы, оценивают коэффициентом, который показывает, какое количество газа сданной вязкостью в единицу времени протекает через единицу площади и единицу толщины тела при определенной разности давления с обеих сторон испытуемого образца. Предел прочности при изгибе (ГОСТ 8462-75) Определение предела прочности керамики зернистого строения при изгибе проводили согласно Практикум по химической технологии керамики учеб. пособие для вузов / Н. Т. Андрианов, В. Л. Балкевич, А. В. Беляков и др под ред. И. Я. Гузмана. М ОООРИФ Стройматериалы. 2005. 336 с. Предел прочности при сжатии - максимальное сжимающее напряжение, которое выдерживает образец до разрушения. Прочность при сжатии определяли на образцах, форма и размеры которых установлены соответствующими ГОСТами и технологическими условиями. В качестве образцов используют кубики или цилиндры одинакового диаметра и высоты, их размеры могут колебаться от 10-30 до 40-100 мм. В нашем случае испытуемые образцы имели размеры диаметр мм, высота мм. Разрушающее напряжение при сжатии σсж определяли, как величину разрушающей нагрузки, отнесенную к площади поперечного сечения образца σсж Р где P - разрушающая нагрузка, Н R - радиус образца, см. Требования к испытуемым образцам. Образцы должны иметь правильную геометрическую форму. Поверхности, к которым прикладывается давление, должны быть тщательно отшлифованы. Соотношение размеров высоты и ширины должны быть одинаковы. Недопустимы перекосы при установке на испытательном столе. Список литературы • B22F3/03 патент, авторы Крынский В.Н., Ермаков В.И.,Кревский В.В., Плешков ИМ, Тимков Н.Ф. • ГОСТ 28818-90 • https://knowledge.allbest.ru/manufacture/3c0a65635b3bc69b4d43b89521 316d26_0.html • ПОРИСТАЯ ПРОНИЦАЕМАЯ КОРУНДОВАЯ КЕРАМИКА ИЗ ПОРОШКОВ ГИДРОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ. Часть 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОРОШКОВ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК. Авторы Д. т. н. Б. Л. Красный, к. т. н. В. П. Тарасовский, к. т. н. Ю. М. Мосин, к. т. н. А. Б. Красный, к. т. н. А. Ю. Омаров • Прочная пористая проницаемая керамика на основе электроплавленного корунда, Йе Аунг Мин • Технология аэрации БАКОР http://www.mrsp.ru/netcat_files/File/aeraciya.pdf • https://www.ntcbakor.ru/ |