Способ сгущения суспензий и аппарат для его осуществления

(54 АП (57 ще исследовательрский институтх ископаемыхилов и Ю.И.Рыния технологии на углеобогати. Экспресс-ин- ., 1982.чшенного проЦНИЭ Иуголь,СССР1983, публ эффективность раб ствляющих этот спо ру, конусных сгуст эксплуатации показ мовок конусов треб ких суток. оты сгус соб сгу ителей ывает, уется вр тителей, осущещения, к приме- С - 10. Опыт их что для рэсшлаемя до нескольГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Опыт совершенствова сгущения отходов флотации тельных фабриках Украины формация ЦНИЭИуголь, МДинамика разгрузки сг дукта из сгустителей С, 1982, М 5, с. 42 - 43.Авторское свидетельств М 1163881, кл. В 01 О 21/24 Изобретение относится к области сгущения суспензий, например глинисто- угольных, 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) СПОСОБ СГУЩЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ И ПАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ) Сущность изобретения: разгрузку сгунного 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 - 350 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. 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 момент- открытия разгрузочного отверстия.В последующие моменты и до конца цикла разгрузк.; к выходному отверстию устремляется по центральной оси разбавленная суспензия, плотность сгущенного продукта резко снижается, ее величина не стабилизируется. Движение плотного слоя осадка затормаживается потоком разбавленнойй суспензии.Известен аппарат, содержащий цилиндро-конический корпус, загрузочное устройство, гребковый механизм и разгрузочное устройство в виде конусной воронки.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 25 в 35 О/о от общего объема выгружаемого сгущенного продукта.Аппарат для сгущения суспензий включает цилиндро-конический чан, загрузочное устройство, гребковый механизм и разгрузочное устройство в виде конусной воронки; разгрузочная воронка выполнена усечен ной 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 шибероми исполнительным механизмом; на фиг. 3показана конусная воронка с исполнительным механизмом, вид сверху; на фиг. 4 по 5 казана разгрузочная воронка с шибером,вид сбоку; на фиг, 5 показано распределение концентрации твердого по глубине аппарата.Способ осуществляется следующим об 10 разом,Исходная суспензия, обработаннаяполимерным флокулянтом, подается в цилиндра-конический объем аппарата по заглубленному загрузочному устройству в15 область стесненного осаждения флокул. Частицы суспензии питания, непрерывно поступающие в объем аппарата, в присутствииполимерного флокулянта интенсивно осаждаются на эти флокулы, служащие центрами20 флокуляции. По мере увеличения массыфлокул они оседают в нижнюю конуснуючасть аппарата в зону компрессии сфлокулированного осадка. Осветленная жидкостьвытесняется вверх непрерывно поступаю 25 щей суспензией питания и удаляется переливом через верхнюю кромку аппарата. Взоне компрессии осадка происходит разрушение полимерной структуры флокул поддействием давления вышележащих слоев30 суспензии, частицы флокул укладываютсяболее компактно, освободившаяся жидкость вытесняется вверх,Максимальная плотность осадка достигается в пограничном слое конусного дни 35 ща, где разрушению флокул и уплотнениюосадка способствуют также сдвиговые напряжения, возникающие при движениискребков. Для достижения поставленнойцели изобретения необходимо из аппарата40 взять именно этот наиболее уплотненныйслой материала, не перемешивая его с вышележащими разбавленными слоями. Однако уплотненный осадок в погранслоеконусного днища в отличие от разбавленно 45 го осадка выележащих слоев, обладает механическими свойствами, присущими визвестной мере твердым телам, а именно:прочностью, упругостью, пластичностью идр. Например, в случае сгущения отходов50 флотации угля, сгущенный продукт при содержании твердого менее 200 кг/м оценивается эффективной вязкостью, Н с/м ,при содержании твердого от 200 до 900кг/м - предельным статическим напряжез55 нием сдвига, Н/м , при содержании твергдого более 900 кг/м - пластическойзпрочностью, Н/м ,Легкое перемешивание движущимисягребками способствует более интенсивномууплотнению оеадка приданного слоя, что всвою очередь приводит к увеличению предельного статического напряжения сдвига,Экспериментально установлено для сфлокулированного осадка с концентрациейтвердого 640 кг/м перемешивание ведет к 5зувеличению напряжения сдвига от 17 до 40гн/м, что в свою очередь дает увеличениеплотности перемещаемого в пограничномслое осадка. Уплотнившийся придонныйслой осадка медленно сдвигается гребками 10от периферии к центру и подается на последнем этапе к разгрузочной конусной воронке, сеченной в нижней части под углом30 - 45 к оси. Так как угол конусности воронки соответствует условиям скольжения по 15ее стенкам выгружаемого осадка (для хвостов флотации угол конусности соответствует 48 - 50), то поданный к воронке осадокпродолжает самотечное движение по стенке воронки к месту свободного истечения, 20которое смещено от ее центральной оси.Одновременно с этим отсекается продвижение разбавленного осадка из объема аппарата по центру воронки. К месту выходапотока плотного пристенного слоя осадка 25по короткой стороне конуса подается только часть осадка меньшей концентрации изцентральной области разгрузочной воронкиаппарата. Этот дополнительный поток осадка, обладая достаточной текучестью, увлекает и обрушает в разгрузочное отверстиеплотный материал, в том месте, где начинается его торможение в результате встречиплотных слоев с противоположных сторонконуса, а также уменьшения поперечного 35сечения по мере приближения к выходномуотверстию воронки, Этим предотвращаетсяобразование закупоривающего свода твердой фазы,Для достижения такого эффекта достаточно подавать поток менее плотного осадка в количестве 25 - 35 от общего потокавыгружаемого сгущенного продукта. Приповышении концентрации твердого в придонном слое осадка к месту разгрузки подается более текучий осадок ссоответствующего уровня аппарата, что стабилизирует степень сгущения и не позволяет останавливаться общему потокусгущенного продукта. 50П р и м е р 1. Суспензия отходов флотации угольных шламов со средней концентрацией твердого 30 кг/м, зол ьностью около70 и с содержанием частиц размером менее 50 мкм около 80 подвергают флокуляционному разделению в сгустителе сцентральным приводом и диаметром чана16 м, В качестве флокулянта применяют0,05 -ный раствор порошкообразного полимера "Суперфлок", который подают в питающий трубопровод сгустителя, Удельныйрасход флокулянта не превышает 40 г/т,В установившемся режиме определяютраспределение концентрации твердого поглубине аппарата, включая толщину уплотненного пристенного слоя и концентрациютвердого в нем (фиг, 5). Слой плотного осадка перемещается гребками к разгузочнойворонке и двигается далее самотеком к разгрузочному отверстию по стенке воронки.Движение разбавленного осадка тормозят,а к месту истечения плотного осадка с концентрацией 600 кг/м подают только частьразбавленной суспензии с содержаниемтвердого 200 кг/м . Количество подаваемозго разбавленного осадка регулируют такимобразом, чтобы среднее содержание твердого в сгущенном продукте составляло 460зкг/м, При общей объемной нагрузке на сгуститель 350 м /ч общий расход сгущенногозпродукта составляет 23 м /ч, Соотношениезобъемов потоков плотного и разбавленногоосадков рассчитывают по материальномубалансу:Ч 1С 1 + Ч 2С 2 = ЧоСоЧ 1+ Ч 2 = Чо, (1)где Ч, С 1 - объем (м/ч) и содержание твердого (кг/мз) потока плотного осадка;Ч 2, Сг - объем м /ч) и содержание тверздого (кг/мз) потока разбавленного осадка;Ч, С - объем (м /ч) и содержание тверздого сгущенного продукта на выходе из аппарата.Подставив соответствующие значения всистему (1), определяем;Ч 1 600+ Ч 2 200=23 460Ч 1+ Ч 2 = 23Ч 1 =15 м /ч, Ч 2 = 8 мз/мОткуда Ч 2/Ч = 0,348 0,35 = 35, т,е,объем потока осадка меньшей концентрации составляет 35 фот общего объема выгружаемого сгущенного продукта; "П р и м е р 2, Исходные данные и последовательность операций те же, что в предыдущем примере,Объемная нагрузка на сгуститель составляет 325 м /ч пи содержании твердогозв питании 35 кг/м . Объем выпускаемогосгущенного продукта - 26 м /ч при содерзжании твердого 440 кг/м. Среднее содержание твердого в пристенном слое осадка -550 кг/м, плотность разбавленного осадказ- 180 кг/м .Соотношение объемов потоков плотного и разбавленного осадков определяют изсоотношения (1):Ч 1 500+ Ч 2 180 = 26 440Ч 1+ ЧУ =26Откуда Ч 1 = 18,3, Ч 2 = 7,7; Чг/Чо = 0,296- 0,30 = 30;, т,е, объем потока осадка мень10 15 20 25 30 35 40 50 55 шей концентрации 30% от общего объемавыгружаемого сгущенного продукта,П р и м е р 3. исходные данные и последовательность операций те же, что в примере 1.Объемная нагрузка на сгуститель составляет 340 м /ч при содержании твердого30 кг/мз, Объем выпускаемого сгущенногопродукта - 20 м /ч при содержании твердозго 500 кг/м . Среднее содержание твердогов пристенном слое осадка 600 кг/мз, плотность разбавленного осадка составляет 200кг/м .Соотношение объемов потоков плотного и разбавленного осадков определится изсоотношений (1):Ч 1 600+ Ч 2 200 = 20 500Ч + Чг = 20.Откуда Ч 1 = 15 м /ч, Ч 2 = 5 мэ/ч,Ч 2/Чо = 20 = 0,25 = 25 %,т.е, объем осадка меньшей концентрациисоставляет 25% от общего потока выгружаемого сгущенного продукта,Примеры 1 - 3 показывают положительный эффект достижения высокой степенисгущения в интервале значений потокаосадка меньшей концентрации суспензии,рециркулируемой из аппарата, от 25 до 35%от общего потока сгущенного продукта,Увеличение потока разбавленного осадка более 35% к общему потоку сгущенногопродукта приводит к опережающей разгрузке менее плотных слоев осадка и торможению продвижения пристенного слоя вконусной воронке.. При соотношении Чъ/Чо = 0,4 (40%)плотность усредненного сгущенного продукта понижается до 300 кг/м,При увеличении соотношения Ч 2/Чо более 0,4 (40%) в разгрузку устремляется, впервую очередь, поток разбавленного материала по центру разгрузочной воронки иконцентрация в сгоущенном продукте резкоуменьшается и составляет менее 200 кг/м,При уменьшении соотношения Ч 2/Чо от0,25 (25%) до 0,1 (10%) происходит замедление продвижения плотного слоя осадка, егоконцентрация возрастает до 900 кг/м, разгружаемый осадок приобретает пластическую прочность, достаточную дляобразования пробки из твердого материалаперед отверстием в разгрузочной воронкеаппарата, что останавливает движение сгущенного продукта.Для того, чтобы возобновить разгрузку,осуществляется направленная подача разбавленного осадка с более высокого уровняаппарата 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. В 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 9 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 с1766451 10 итапис противоположных сторон конуса. Этим предотвращае-ся 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 содержании200 - 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 конуснуюворонку,отличающийся тем,что, 15 с целью повышения степени и стабилизациисгущения, разгрузку сгущенного продукта производят со смещением относительно оси разгрузочной воронки, причем в сгущенный продукт на его выходе подают регу лируемый объем суспензии,рециркулируемой из аппарата.2. Способ по и, 1, отл и ч а ю щи й с ятем, что объем рециркулируемой суспензии составляет 25 - 35 О от общего объема выгру жаемого сгущенного продукта.3. Аппарат для сгущения суспензий,включающий цилиндроконический аппарат, загрузочное устройство, гребковый механизм и разгрузочное устройство в виде ко нусной воронки, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения степени и стабилизации сгущения, разгрузочная воронка выполнена усеченной под углом 30-45 к вертикальной оси и снабжена шибером, ус тановленным с возможностью перемещения вдоль усеченной части воронки и выполненным с овальным вырезом в нижней части.,яГ ектор Л.Филь едакт улаков каз 3497 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 оставиехред М ь Ф.ПанфиловМоргентал