Способ обезвоживания водных суспензий

 

Изобретение касается разделения неоднородных сред и позволяет увеличить интенсивность обезвоживания. Способ включает непрерывное нагнетание суспензии в канал с водопроницаемыми стенками со скоростью ядра потока 0,1 - 1 80 м/с, при этом градиент давления на стенках канала обеспечивают равным 105- 1011 Па/м. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 01 D 45/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842661/26 (22) 22,06,90 (46) 15,05.92. Бюл, М 18 (71) Специализированный проектно-изыскательский и экспериментально-конструкторский институт нГидроспецпроектп (72) В.M. Королев, fl.И. Малышев, Г,С, Эткин, В,А. Ашихмен, В,И. Долотказин и О.Е. Смирнов (53) 621.928.37(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 522785, кл, С 02 F 11/12, 1970, Авторское свидетельство СССР

N. 1479082, кл, В 01 D 45/12, 1987.

Изобертение относится к строительству и может быть использовано при обезвоживании суспензий, например, иловых осадков и сапропеля, Цель изобретения — увеличение интенсивности обезвоживания.

На чертеже представлена технологическая схема способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Из расходной емкости 1 насосом 2 водную суспензию непрерывно нагнетают под давлением в канал с водопроницаемыми стенками дренажный элемент, состоящий из перфорированной трубы 4, оснащенной фильтром 5, При этом режим нагнетания (градиент давления) устанавливают по формуле = К, т,е. в зависимости от требуеnQ мой производительности, начальных и конечных свойств суспензии, а также от характеристик используемых фильтров, выбирают свой технологический режим. В процессе нагнетания водной суспензии по,, Ы2„„1733054 А1 (54) СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВОДНЫХ

СУСПЕНЗИЙ (57) Изобретение касается разделения неоднородных сред и позволяет увеличить интенсивность обезвоживания. Способ включает непрерывное нагнетание суспензии в канал с водопроницаемыми стенками со скоростью ядра потока 0,1—

180 м/с, при этом градиент давления на стенках канала обеспечивают равным

10 — 10 Па! м, 1 ил, дренажному элементу 3 из нее через фильтр

5 отжимают воду (показано стрелками), ко- ( торая по лотку 6 стекает в сборную емкость,. а обезвоженная до требуемой степени сус- 2 пензия поступает из трубы 4 в вагонетку 8.

Для исключения отложения осадка в дренажных элементах нагнетание суспензии осуществляют со скоростью 0,1—

180 м/с, При этом градиент давления на стенках канала обеспечивают равным 4

10 — 10 Па/м. iC)

Для осуществления обратной промывки Ql фильтра 5 по окончании работ дренажный ф, элемент 3 может быть заключен в трубу (не ! показана), по которой под давлением подается вода. и

Дренажный элемент может также иметь форму двух скрепленных перфорированных пластин, покрытых фильтром.

Расход отжимающейся воды из суспензии при нагнетании ее по каналу с водопроницаемыми стенками можно определить по зависимости

Qb=VS=KlS;

1733054 где К вЂ” коэффициент фильтрации осадка на стенках канала.

Тогда из формулы (3)

Qb„— (10)

6(I+ Ä ) где Qb — расход отжимающейся воды при наличии осадка на стенках канала.

Сравнивая формулы (5) и (10), определя10 ем (2),„з — ч 6 (12) где рч — плотность частицы;

d — диаметр частицы.

Сила лобового сопротивления

50 где Кл — коэффициент лобового сопротивления частицы;

Vnp — продольная скорость в канале;

pc — плотность суспензии, Подъемная сила потока где К 1 — коэффициент подъемной силы частицы. (6) (7) прид«К

Р = — ;(В+д) (8) пQ

При наличии осадка из уплотненной (отжатой) суспензии на стенках (фильтра) пло- 55 ского сечения канала! —

P (9) и (1+ — ") где Qb — расход отжимающейся воды;

V — скорость нагнетания отжимающейся воды;

S — активная площадь (площадь перфорации) водопроницаемой стенки канала;

К вЂ” коэффициент водоотдачи суспензии;

1 — градиент давления по поперечному сечению канала с водопроницаемыми стенками, в который нагнетается суспензия.

Расход отжатой суспензии О с расходом отжатой воды Qb СвЯЗан СлЕдуЮщЕй ЗавиСимостъю

Оь= nQ; где и — /Ъ Ps рк,р — конечная (после отжатия) и исходная плотности суспензии; р — плотность воды.

Подставляя значение Qb из формулы (2) в формулу (1), определяем

Qb nQ

KS KS (3) но Оь=Чь S;

Vb. тогда 1=К

Расчеты показали, что диапазон градиентовуавления изменяется в пределах:

I = 10 — 10 Па/ м, Для плоского канала (потока)

I =-у

P (4) где P — давление в канале; д — толщина водопроницаемой стенки (фильтра) канала.

Подставляя значение I из формулы (4) в формулу (3), получим

Р nQ пОд т KS Р KS (5)

Для круглого сечения канала (радиального канала): +д

РIll — —

В где R — радиус канала.

Подставляя значение I из формулы (6) в . формулу (3), получим (й+д)

Ч (1 1) где С вЂ” коэффициент интенсивности, который показывает во сколько раз уменьшается отжатие воды из суспензии при наличии осадка на стенках канала (эксперименты показывают, что отношение К, Ко может достигать 10З, т,е. коэффициент фильтрации осадка в 1000 раз меньше коэффициента водоотдачи суспензии).

Таким образом, наличие осадка из отжатой суспензии на стенках канала приводит к резкому (в 1000 раз и более) уменьшению интенсивности обезвоживания сапропеля (снижению расхода отжимаемой воды).

Повышение интенсивности обезвоживания можно достичь за счет исключения отложения на стенках канала посредством увеличения скорости нагнетания суспензии в канале выше критического значения, При таких условиях образованию осадка на стенках канала препятствуют гидродинамические силы потока.

Для оценки диапазона возможных критических скоростей потока рассмотрим условия равновесного состояния частицы суспензии при обезвоживании суспензии.

В общем случае на частицу, находящуюся в потоке, могут действовать следующие силы.

Вес частицы

1733054

20 (23) Vnp = и с

55

Сила динамического прижатия частицы к фильтру; г б (15)

Чф — поперечная скорость потока в канале (скорость потока, вызванная за счет отжатия воды из суспензии через фильтр).

Сила статического прижатия частицы к фильтру

„г

Fc = РКф (16) где Кф — коэффициент относительной перфорации фильтра.

Архимедова сила ,з

F — gрс W — gpc

6 (17)

Условие нагнетания частицы суспензии в вертикальном канале можно записать в следующем виде

G — Fa (Fn. (18)

Условие нагнетания частицы в горизонтальном канале

Fn G Fa+ Fg, (19)

Условие перекатывания частицы в горизонтальном канале 2 (6 — Fa + Fg — Fn)tg p+ CoKs Ел, (20) где К вЂ” коэффициент относительного соприкосновения частицы;

tg p,Ñ0 — коэффициенты, характеризующие свойства осадка в канале.

Условие отрыва осевшей частицы суспензии от осадка

„d2

Рл > G Fa+ СоКв. ° (21)

Условие исключения осаждения частицы, находящейся в непосредственной близости от водопроницаемой стенки канала

Fn F+ Fc+ Fg. (22)

Анализ полученных зависимостей показывает, что наибольшее значение критических скоростей потока необходимо иметь

5 для исключения осаждения частиц суспензии, находящихся в непосредственной близости от фильтра. B этом случае необходимо пользоваться уравнением (22).

Его можно представить в следующем

10 виде

md2 Я Ч лб гг02

Л d2 Ус Ч

15 л 4 2 откуда

V2 1 (2d +P K +K Ясф

2Крс 3 ф п 2 ) °

Расчеты показывают, что диапазон из25 менения критической скорости нагнетания суспензии при обезвоживании предлагаемым способом изменяется в пределах от

0,1 до 180 м/с.

Формула изобретения

30 Способ обезвоживания водных суспензий, включающий непрерывное нагнетание суспензии в канал в водопроницаемыми стенками, о тл и ч а ю шийся тем,.что. с целью увеличения интенсивности обезво35 живания за счет исключения возможности образования отложений на стенках, нагнетание суспензии осуществляют со скоростью ядра потока 0,1-180 м/с, при этом градиент давления на стенках канала обес40 печивают равным 10 — 10 Па/м.

1733054

Составитель Г. Гудочков

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор И, Сегляник

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1619 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5