Способ сгущения суспензий и аппарат для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4893428/26 (22) 24.,12.90 (46) 07.10.92, Бюл. ¹ 37 (71) Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых (72) А.Ф.Колбин, Ф.А.Панфилов и Ю.И.Рыжиков (56) Опыт совершенствования технологии сгущения отходов флотации на углеобогатительных фабриках Украины. Экспресс-информация цНИЭИуголь, M., 1982.

Динамика разгрузки сгчщенного продукта из сгустителей С вЂ” 10, ЦНИЭИуголь, 1982, N 5, с. 42 — 43.

Авторское свидетельство СССР

N 1163881, кл. В 01 D 21/24. 1983, публик.

Изобретение относится к области сгущения суспензий, например глинистоугольных, и может быть использовано в горно-рудной, цветной, химической и других отраслях промышленности, Известен способ сгущения суспензий, включающий подачу суспензии в цилиндроконический аппарат, осаждение твердого в конусную часть и последующую разгрузку уплотнившегося осадка через отверстие в нижней части конуса с заданной периодичностью.

Недостатком указанного способа сгущения суспензий являются частые зашламовки конусной части аппарата из-за залипания разгрузочного отверстия наиболее уплотнившимся за цикл отстоя материалом, устремляющимся к выходному отверстию в начале очередного цикла разгрузки. Следствием этого является низкая (н)5 В 01 О 21/24, С 02 F 1/52 (54) СПОСОБ СГУЩЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ И

АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: разгрузку сгущенного продукта осуществляют в пристенном пограничном слое конусного усеченного объема до уровня свободного истечения из аппарата. Из объема аппарата к месту истечения дополнительно вводят поток осадка меньшей концентрации в количестве 25 — 35 от общего объема выгружаемого-сгущенного продукта. В аппарате для сгущения разгрузочное устройство выполнено в виде усеченной в вершине под углом 30 — 45 к оси конусной воронки, В плоскости сечения воронки установлен шибер с овальным вырезом на конце, 2 с.п, и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. эффективность работы сгустителей, осуществляющих этот способ сгущения, к примеру, конусных сгустителей С вЂ” 10. Опыт их эксплуатации показывает, что для расшламовок конусов требуется время до нескольких суток.

Кроме того, динамика периодической разгрузки уплотнившегося материала через определенные промежутки времени приводит к образованию вихревого течения сгущенного продукта из сгустителя и попаданию воздуха в разгрузочное отверстие и к активному перемешиванию слоев различной плотности, что приводит к прорыву осветленной воды в область сгущенного осадка, при этом снижается степень-сгущения. Наиболее плотный осадок попадает в разгрузку только в начальный моментоткрытия разгрузочного отверстия.

1766451

В последующие моменты и до конца цикла разгрузки х выходному отверстию устремляется по центральной оси разбавленная суспензия, плотность сгущенного продукта резко снижается, ее величина не стабилизируется. Движение плотного слоя осадка затормаживается потоком разбавленной суспензии.

Известен аппарат, содержащий цилиндро-конический корпус, загрузочное устройство, гребков ый механизм и разгрузочное устройство в виде конусной воронки. 1

В этом аппарате осуществляется способ сгущения суспенэии, включающий разделение суспензии на твердую и жидкую фазы в объеме чана, перелив осветленной воды через верхнюю свободную поверхность и самотечную разгрузку сгущенного продукта через конусную воронку.

При работе аппарата в разгрузку по центральной оси проходит более разбавленный осадок, затрудняя продвижение плотных слоев у стенки разгрузочной воронки. При попадании в разгрузочное отверстие осадка повышенной плотности происходит зашламовка разгрузочного устройства из-за образования пробки из твердого материала, что снижает стабильность концентрации в сгущенном продукте.

Регулирование потока сгущенного продукта осуществляется запорной арматурой на выходном патрубке конусной воронки на уровне максимальной плотности осадка, что при превышении порогового значения его вязкости приводит к зарастанию разгрузки и соответственно снижению эффективности работы сгустителя.

Цель изобретения — повышение степени и стабилизация сгущения. Разгрузку сгущенного продукта производят со смещением относительно оси разгрузочной воронки, а в сгущенный продукт на его выходе подают регулируемый объем суспензии, рециркулируемой из аппарата; объем рециркулируемой суспензии составляет 25в

35 от общего объема выгружаемого сгущен ного и роду кта.

Аппарат для сгущения суспензий включает цилиндро-конический чан, загрузочное устройство, гребковый механизм и разгрузочное устройство в виде конусной воронки; разгрузочная воронка выполнена усеченной под углом 30 — 45 к вертикальной оси и снабжена шибером, установленным с возможностью перемещения вдоль усеченной части воронки и выполненным с овальным вырезом в нижней части.

На фиг. 1 показан предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг, 2 показана конусная разгрузочная воронка с шибером и исполнительным механизмом; на фиг. 3 показана конусная воронка с исполнительным механизмом, вид сверху; на фиг. 4 по5 казана разгрузочная воронка с шибером, вид сбоку; на фиг. 5 показано распределение концентрации твердого по глубине аппарата.

Способ осуществляется следующим об10 разом, Исходная суспензия, обработанная полимерным флокулянтом, подается в цилиндра-конический объем аппарата по заглубленному загрузочному устройству в

15 область стесненного осаждения флокул. Частицы суспензии питания, непрерывно поступающие в объем аппарата, в присутствии полимерного флокулянта интенсивно осаждаются на эти флокулы, служащие центрами

20 флокуляции. По мере увеличения массы флокул они оседают в нижнюю конусную часть аппарата в зону компрессии сфлокулированного осадка. Осветленная жидкость вытесняется вверх непрерывно поступаю25 щей суспензией питания и удаляется переливом через верхнюю кромку аппарата. В зоне компрессии осадка происходит разрушение полимерной структуры флокул под действием давления вышележащих слоев

30 суспензии, частицы флокул укладываются более компактно, освободившаяся жидкость вытесняется вверх.

Максимальная плотность осадка достигается в пограничном слое конусного дни35 ща, где разрушению флокул и уплотнению осадка способствуют также сдвиговые напряжения, возникающие при движении скребков. Для достижения поставленной цели изобретения необходимо из аппарата

40 взять именно этот наиболее уплотненный слой материала, не перемешивая его с вышележащими разбавленными слоями. Однако уплотненный осадок в погранслое конусного днища в отличие от разбавленно45 го осадка выележащих слоев, обладает механическими свойствами, присущими в известной мере твердым телам, а именно: прочностью, упругостью, пластичностью и др. Например, в случае сгущения отходов

50 флотации угля, сгущенный продукт при содержании твердого менее 200 кг/м оценивается эффективной вязкостью, (Н с/м ), при содержании твердого от 200 до 900 кг/м — предельным статическим напряжез

55 нием сдвига, (Н/м ), при содержании тверг дого более 900 кг/м — пластической з прочностью, (Нlм ), Легкое перемешивание движущимися гребками способствует более интенсивному уплотнению ооадка приданного слоя, что в

1766451 свою очередь приводит к увеличению предельного статического напряжения сдвига.

Экспериментально установлено для сфлокулированного осадка с концентрацией твердого 640 кгlм перемешивание ведет к 5 з увеличению напряжения сдвига от 17 до 40 г н/м, что в свою очередь дает увеличение плотности перемещаемого в пограничном слое осадка. Уплотнившийся придонный слой осадка медленно сдвигается гребками 10 от периферии к центру и подается на последнем этапе к разгрузочной конусной воронке, усеченной в нижней части под углом

30 — 45 к оси. Так как угол конусности воронки соответствует условиям скольжения по 15 ее стенкам выгружаемого осадка (для хвостов флотации угол конусности соответствует 48 — 50 ), то поданный к воронке осадок продолжает самотечное движение по стенке воронки к месту свободного истечения, 20 которое смещено от ее центральной оси.

Одновременно с этим отсекается продвижение разбавленного осадка из объема аппарата по центру воронки. К месту выхода потока плотного пристенного слоя осадка 25 по короткой стороне конуса подается только часть осадка меньшей концентрации из центральной области разгрузочной воронки аппарата. Этот дополнительный поток осадка, обладая достаточной текучестью, увле- 30 кает и обрушает в разгрузочное отверстие плотный материал, в том месте, где начинается его торможение в результате встречи плотных слоев с противоположных сторон конуса, а также уменьшения поперечного 35 сечения по мере приближения к выходному отверстию воронки. Этим предотвращается образование закупоривающего свода твердой фазы, Для достижения такого эффекта доста- 40 точно подавать поток менее плотного осадка в количестве 25 — 35 от общего потока выгружаемого сгущенного продукта. При повышении концентрации твердого в придонном слое осадка к месту разгрузки пода- 45 ется более текучий осадок с соответствующего уровня аппарата, что стабилизирует степень сгущения и не позволяет останавливаться общему потоку сгущенного продукта. 50

Пример 1. Суспензия отходов флотации угольных шламов со средней концентрацией твердого 30 кг/м, зол ьностью около

70 и с содержанием частиц размером менее 50 мкм около 80 подвергают флокуля- 55 ционному разделению в сгустителе с центральным приводом и диаметром чана

16 м, В качестве флокулянта применяют

0,05 -ный раствор порошкообразного полимера "Суперфлок", который подают в питающий трубопровод сгустителя. Удельный расход флокулянта не превышает 40 г/т, В установившемся режиме определяют распределение концентрации твердого по глубине аппарата, включая толщину уплотненного пристенного слоя и концентрацию твердого в нем (фиг, 5). Слой плотного осадка перемещается гребками к разгузочной воронке и двигается далее самотеком к разгрузочному отверстию Ro стенке воронки.

Движение разбавленного осадка тормозят, а к месту истечения плотного осадка с концентрацией 600 кгlм подают только часть з разбавленной суспензии с содержанием твердого 200 кг/м . Количество подаваемоз го разбавленного осадка регулируют таким образом, чтобы среднее содержание твердого в сгущенном продукте составляло 460 з кгlм, При общей объемной нагрузке на сгуститель 350 м /ч общий расход сгущенного з продукта составляет 23 м /ч, Соотношение з объемов потоков плотного и разбавленного осадков рассчитывают по материальному балансу:

Ч1 С1+ Ч2 С2 = Vo Со

V1+ V2 = Vo, (1) где V1, С1 — объем (м /ч) и содержание твердого (кг/мз) потока плотного осадка;

Vg, Cz — объем (м /ч) и содержание тверз дого (кг/мз) потока разбавленного осадка;

Vo, С вЂ” объем (м /ч) и содержание тверз дого сгущенного продукта на выходе из аппарата.

Подставив соответствующие значения в систему (1), определяем;

Ч1 600+ЧУ ° 200=23.460

Ч1+ Ч = 23

ЧУ=15 м /ч, Vz=8 м /м

Откуда Vz/Vo = 0,348 0,35 = 35, т,е. объем потока осадка меньшей концентрации составляет 35 от общего объема выгружаемого сгущенного продукта, Пример 2, Исходные данные и последовательность операций те же, что в предыдущем примере.

Объемная нагрузка на сгуститель составляет 325 м /ч пои содержании твердого з в питании 35 кг/м . Объем выпускаемого сгущенного продукта — 26 м /ч при содерз жании твердого 440 кг/м . Среднее содержание твердого в пристенном слое осадка—

550 кгlм, плотность разбавленного осадка з — 180 кг/м .

Соотношение объемов потоков плотного и разбавленного осадков определяют из соотношения (1):

V> 500+ Чг 180 = 26 440

Ч1+ ЧУ =26

Откуда V< = 18,3, V2 = 7,7; Чг/Чо = 0,296

- 0,30 = 30, т.е, объем потока осадка мень1766451

15

25

35

50

55 шей концентрации 30 от общего объема вы гружаем ого сгущен ного и родукта.

Пример 3. исходные данные и последовательность операций те же, что в примере 1.

Объемная нагрузка на сгуститель составляет 340 м /ч при содержании твердого

30 кг/мз. Объем выпускаемого сгущенного продукта — 20 м /ч при содержании твердоз го 500 кг/м . Среднее содержание твердого в пристенном слое осадка 600 кг/мз, плотность разбавленного осадка составляет 200 кг/м-.

Соотношение объемов потоков плотного и разбавленного осадков определится из соотношений (1):

Ч1 600+ Ч2 200 = 20 500 й+Чг=20.

Откуда V> = 15 м /ч, Чг = 5 м /ч.

Vz /о — 20 — 0,25 = 25 %, т.е. объем осадка меньшей концентрации составляет 25 от общего потока выгружаемого сгущенного продукта.

Примеры 1 — 3 показывают положительный эффект достижения высокой степени сгущения в интервале значений потока осадка меньшей концентрации суспензии, рециркулируемой из аппарата, от 25 до 35 от общего потока сгущенного продукта, Увеличение потока разбавленного осадка более 35% к общему потоку сгущенного продукта приводит к опережающей разгрузке менее плотных слоев осадка и торможению продвижения пристенного слоя в конусной воронке.

- При соотношении Ч /Чо = 0,4 (40 ) плотность усредненного сгущенного продукта понижается до 300 кгlм .

При увеличении соотношения Vp/V< более 0,4 (40%) в разгрузку устремляется, в первую очередь, поток разбавленного материала по центру разгрузочной воронки и концентрация в сгоущенном продукте резко уменьшается и составляет менее 200 кг/м, При уменьшении соотношения Ч /Vo от

0,25 (25%) до 0,1 (10 ) происходит замедление продвижения плотного слоя осадка, его концентрация возрастает до 900 кг/м, разгружаемый осадок приобретает пластическую прочность, достаточную для образования пробки из твердого материала перед отверстием в разгрузочной воронке аппарата, что останавливает движение сгущенного продукта.

Для того, чтобы возобновить разгрузку, осуществляется направленная подача разбавленного осадка с более высокого уровня аппарата к закупоренному месту в разгрузочной воронке, что приводит к его размыванию, и затем начинается разгрузка необходимого объема осадка заданной плотности.

Аппарат содержит цилиндра-конический чан 1, внутри которого расположено центральное загрузочное устройство 2 с питающей трубой 3 и гребковый механизм 4, приводящийся в движение приводом 5. B нижней части аппарата расположена разгрузочная воронка 6, усеченная в вершине под углом 30-45 к оси. В плоскости сечения установлен шибер 7. Шибер 7 перемещается с помощью исполнительного механизма

8 в направляющих Q и поддерживается роликами 10. Шибер выполнен с овальным вырезом 11 в нижней части.

Аппарат работает следующим образом.

Суспензия, обработанная раствором полимерного флокулянта, подается в цилиндро-конический чан 1 через заглубленное загрузочное устройство 2 по питающей трубе 3 в зону стесненного осаждения сфлокулированной твердой фазы. Частицы поступающей суспензии интенсивно налипают на оседающие флокулы, благодаря наличию свободных функциональных групп макромолекул полимера. По мере увеличения массы флокул они Оседают в конусную часть аппарата, образуя зону компрессии осадка. Максимальная плотность упаковки частиц твердой фазы достигается в придонном пограничном слое осадка, где разрушению флокул и уплотнению осадка способствуют два фактора. Во-первых, наибольшее давление вышележащих слоев твердой фазы. Во-вторых, сдвиговые напряжения, возникающие при движении гребкового механизма 4, вращаемого приводом 5, Уплотнившийся слой осадка медленно сдвигается гребками от периферии к центру и на последнем этапе подается в разгрузочную воронку 6, усеченную в нижней части под углом 30-45 к оси. Далее из-за резкого увеличения угла наклона поверхности уплотнившийся осадок движется самотеком по стенке воронки к разгрузочному отверстию.

Шибер 7 отсекает при этом продвижение по центру воронки разбавленного осадка вышележащих слоев центральной зоны аппарата, По стенке шибера 7 к месту выхода плотного пристенного слоя поступает только часть этого разбавленного осадка, Этот дополнительный поток осадка, обладая малой вязкостью и достаточной текучестью, увлекает и обрушает в разгрузочное отверстие плотный материал, который замедляет свое движение по мере уменьшения поперечного сечения воронки к выходному отверстию в том месте, где встречаются потоки плотного материала с

1766451

10 питаиис сл / б сгушсиици

Фиг.I противоположных сторон конуса. Этим предотвращае- я образование пробки на пути осадка к выходному отверстию.

В случае прохождения в разгрузку более плотного материала, замедления его продвижения и кратковременного образования "свода" из твердой фазы на выходе из воронки, шибер 7 поднимается с помощью исполнительного механизма 8 по направляющим 9 и роликам 10. По стенке шибера к месту зашламовки поступает поток разбавленного осадка с более высокого уровня, который размывает и увлекает в разгрузку уплотнившийся материал. При этом поток осадка шибером смещается к центру в область линий тока больших скоростей.

Наоборот, в случае увеличения количества разбавленного осадка, поступающего в разгрузку, шибер 7 по направляющим 9 и роликам 10 опускается исполнительным механизмом 8, в результате чего тормозится продвижение разбавленного осадка по центру, в разгрузку подается плотный слой по стенке конусной воронки, место свободного истечения осадка смещается от оси воронки, где при прочих равных условиях можно держать большее проходное сечение, При движении шибера с овальным вырезом 11 на конце не нарушается равномерность поперечного сечения потока сгущенного продукта и не образуются выступы на его пути.

Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить степень сгущения в 1,8 — 2 раза без ухудшения чистоты слива и высоты осветленного слоя.

При работе сгустителя по предложенному способу содержание твердого в сгущенном составило 440 — 500 кг/м . При этом сгуститель работал с высокой надежностью даже при выпуске малых объемов концентрированного сгущенного продукта, в то время как при работе прототипа налюдались

5 частые зашламовки уже при содержании

200 — 250 кг/м в сгущенном продукте, Формула изобретения

1. Способ сгущения суспензий, включающий разделение суспензии на твердую и

10 жидкую фазы в цилиндроконическом аппарате, перелив осветленной воды через верхнюю свободную поверхность и самотечную разгрузкусгущенного продукта через конусную воронку,отличающийся тем, что, 15 с целью повышения степени и стабилизации сгущения, разгрузку сгущенного продукта производят со смещением относительно оси разгрузочной воронки, причем в сгущенный продукт на его выходе подают регу20 лируемый объем суспензии, рециркулируемой из аппарата.

2. Способ по и, 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что объем рециркулируемой суспензии составляет 25 — 35с от общего объема выгру25 жаемого сгущенного продукта.

3. Аппарат для сгущения суспензий, включающий цилиндроконический аппарат, загрузочное устройство, гребковый механизм и разгрузочное устройство в виде ко30 нусной воронки, отличающийся тем, что, с целью повышения степени и стабилизации сгущения, разгрузочная воронка выполнена усеченной под углом 30-45 к вертикальной оси и снабжена шибером, ус35 тановленным с возможностью перемещения вдоль усеченной части воронки и выполненным с овальным вырезом в нижней части.

1766451 \ >

° йиг.2

Вид А

Фиг.3

17б6451

6,5

600 сОО 400

СОДОЩ(iлИО ТВС ДОГО, кГ /м ИГ.,>

Редактор С.Кулакова

Заказ 3497 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

4 »

Составитель Ф.Панфилов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь