КОЛОННА-КЛАССИФИКАТОР Российский патент 1994 года по МПК B03B5/62 

Изобретение относится к конструкциям колонных аппаратов и предназначено для использования в технике обогащения, гидрометаллургии редких и цветных металлов при осуществлении противоточных процессов в системе жидкость-твердое тело, например, таких, как классификация пульп с одновременной промывкой крупнодисперсного материала, разделение твердой фазы суспензии по различным классам крупности с получением нескольких продуктов и т.п.

Цель изобретения - повышение эффективности классификации при получении нескольких продуктов разделения.

Поставленная цель достигается тем, что колонна-классификатор, включающая приемную коническую камеру с установленным по ее оси питающим патрубком, цилиндрическую сепарационную камеру с патрубком для подвода промывной жидкости и контактными элементами, конический отстойник и приспособления для отвода крупного и мелкого материала, снабжена установленными в приемной камере друг над другом пакетами концентрично расположенных конических элементов и штуцерами для вывода промежуточного материала, соединенными с коллектором и установленными асимметрично на различных уровнях между пакетами конических элементов, при этом конические элементы верхнего пакета выполнены с равномерным увеличением, а конические элементы нижнего пакета - с равномерным уменьшением длины образующей конической поверхности от оси колонны к периферии. Указанная цель достигается также тем, что угол конусности верхнего пакета конических элементов на 5-20^о превышает угол конусности нижнего пакета конических элементов. Для достижения поставленной цели штуцеры для вывода промежуточного материала выполнены с различным диаметром, причем диаметрально расположенные и установленные в смежных уровнях штуцеры имеют наибольший диаметр.

Снабжение гидравлического классификатора пакетами конических элементов, установленными в верхней конической сепарационной камере, способствует отделению наиболее крупных фракций промежуточного материала (предварительно отклассифицированного исходного продукта), что приводит к увеличению эффективности классификации вследствие снижения загрязнения одного из продуктов разделения (мелкого) крупнодисперсными частицами. Причем равномерное увеличение длины образующей конической поверхности верхнего пакета конических элементов от оси классификатора к периферии наряду с равномерным уменьшением длины образующей конической поверхности (в том же направлении) нижнего пакета конических элементов создает предпосылки для повышения эффективности гидромеханического процесса за счет перераспределения потоков взаимодействующих фаз в горизонтальной плоскости, а также в результате периодического ускорения и торможения потока. Асимметричное расположение штуцеров для вывода промежуточного материала в горизонтальной плоскости и на различных уровнях по высоте аппарата способствует переводу процесса на неустановившийся режим движения, что позволяет реализовать максимально возможную разницу в скоростях движения частиц различных классов крупности.

Изменение угла наклона поверхностей нижнего пакета конических элементов по сравнению с углом наклона поверхностей верхнего пакета конических элементов приводит к перераспределению потоков взаимодействующих фаз в вертикальной плоскости и способствует дополнительному отделению частиц различной крупности друг от друга. Следует отметить, что величина увеличения угла конусности верхнего пакета конических элементов зависит от угла конусности нижнего пакета элементов в виде концентрично расположенных конических поверхностей (чем больше последний, тем меньше величина увеличения угла конусности верхнего пакета конических элементов). В свою очередь предпосылкой для выбора угла конусности как верхнего пакета конических элементов, так и нижнего является установленный факт о том, что наибольшая скорость гравитационного разделения высококонцентрированных тонкодисперсных суспензий в пространстве между наклонными элементами наблюдается при расположении пластин под углом 30-40^о к горизонту (М.В. Демура. Проектирование тонкослойных отстойников. Киев. Будiвельник, 1981, с.19).

К гетерогенизации условий процесса классификации приводит также и выполнение штуцеров для вывода промежуточного материала с различным диаметром. Причем, наибольший эффект наблюдается при расположении штуцеров с наибольшим проходным сечением на противоположных концах диаметра корпуса в смежных уровнях по высоте классификатора.

На фиг.1 изображена колонна-классификатор, общий вид; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1.

Колонна-классификатор включает приемную коническую камеру 1, конический отстойник 2, цилиндрическую сепарационную камеру 3 с контактными элементами 4, приспособление для отвода мелкого материала в виде сливного кармана 5 с пилообразными вырезами 6 по верхней кромке его внутренней стенки, нижний пакет конических элементов 7 в виде концентрично расположенных конических поверхностей, патрубки для подвода исходного материала 8 и промывной жидкости 9, патрубки для отвода мелкого 10 и крупного 11 продуктов разделения, верхний пакет конических элементов 12, штуцера для вывода промежуточного материала 13 и коллектор 14.

Колонна-классификатор работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы подается в приемную коническую камеру 1 через питающий патрубок 8, снизу через патрубок 9 поступает классифицирующая жидкость.

Крупнодисперсный материал с некоторым количеством мелкодисперсного продукта осаждается в цилиндрическую сепарационную камеру 3, где происходит их многократное контактирование на поверхности контактных элементов 4 с восходящим потоком промывной жидкости и как следствие отделение увлеченных вниз мелких частиц от крупных (тонкая классификация). Мелкодисперсный материал с незначительным количеством крупнодисперсного выносится в зону верхней камеры 1, расположенную между нижним пакетом конических элементов 7 и верхним пакетом конических элементов 12, откуда промежуточный продукт с определенным расходом удаляется из аппарата через штуцера 13 и коллектор 14. Крупнодисперсный материал исходного продукта дополнительно отделяется от мелкодисперсного в наклонных слоях нижнего пакета элементов 7 и, сползая по конической поверхности, осаждается в нижнюю часть аппарата. То же самое происходит с крупнодисперсным продуктом промежуточного материала при прохождении через верхний пакет конических элементов 12. Мелкодисперсный материал после прохождения через пакет конических элементов 12 восходящим потоком выносится через пилообразные вырезы 6 в сливной карман 5 и удаляется из аппарата через штуцер 10.

Следует отметить, что классификатор работает при постоянном сливе верхнего продукта, что достигается регулированием расхода выводимого промежуточного материала. Крупнодисперсный материал осаждается в нижнюю часть гидравлического классификатора, накапливается в коническом отстойнике 2 и выводится из процесса через патрубок 11.

Таким образом, вышеперечисленные отличительные особенности предлагаемого аппарата наряду с известными конструктивными признаками способствуют достижению поставленной цели - увеличению эффективности классификации за счет повышения чистоты продуктов разделения (снижения загрязнения крупного продукта мелким и мелкодисперсного материала крупнодисперсным).

П р и м е р 1. В гидравлическом классификаторе колонного типа (диаметр средней цилиндрической камеры - 0,1 м, диаметр большего основания верхней конической камеры - 0,35 м) высотой 1,8 м (высота верхней конической сепарационной камеры - 0,5 м) производили классификацию твердой фазы технической суспензии. В первой серии опытов испытывался аппарат, выполненный в соответствии с [1] (колонна с контактными элементами, верхняя коническая камера снабжена набором конических элементов, выполненных с равномерным уменьшением длины образующей от оси колонны к периферии) и имеющей шесть равномерно расположенных по окружности штуцеров для вывода промежуточного продукта классификации (диаметр равен 6 мм), во-второй - предлагаемый аппарат. Угол конусности нижнего пакета конических элементов составлял - 90^о, угол конусности верхнего пакета конических элементов - 100^о, расстояние между коническими поверхностями - 20 мм. Наибольший диаметр штуцера для вывода промежуточного материала равнялся 8 мм, двух наименьших из трех штуцеров, установленных на одном уровне - 5 мм.

Объектом исследований являлась пульпа полидисперсного материала, характеризуемая следующими параметрами: Плотность 1390-1430 кг/м³; Содержание частиц класса + 0,1 мм 46-48%; Содержание частиц класса - 0,04 мм 18-20% ; Плотность твер- дой фазы 2650 кг/м³.

Методика экспериментов состояла в следующем (необходимо разделить твердую фазу пульпы на три фракции: + 0,1 мм, - 0,1-+ 0,04 мм и - 0,04 мм). Исходная пульпа через заглубленный патрубок подавалась в верхнюю коническую камеру колонны-классификатора, снизу противотоком поступала классифицирующая жидкость (вода). Выделенный крупнодисперсный материал после многократного контактирования с восходящим потоком воды в средней цилиндрической камере накапливался в нижней конической камере и выводился из аппарата. Промежуточный продукт удалялся через штуцера, установленные равномерно (в первой серии опытов) и асимметрично (во второй серии опытов) по окружности между набором и пакетом конических элементов. Мелкодисперсный материал выносился в наружный сливной карман классификатора и выводился из процесса. Столбу пульпы в аппарате сообщались низкочастотные возвратно-поступательные колебательные движения (частота пульсаций - 0,4 с^-1, амплитуда - 12-14 мм).

Результаты экспериментов представлены в табл.1 (эффективность классификации рассчитывалась по критерию Ханкока-Луйкена).

Как видно из результатов экспериментов, осуществление процесса в предлагаемом аппарате позволяет повысить точность разделения и получить более чистые продукты при много фракционной гидравлической классификации. Так, эффективность гидромеханического процесса при разделении по граничному зерну 0,04 мм возрастает на 4,8-6,3% при практически одинаковой эффективности классификации по классу 0,1 мм, в 6,6-7,8 раза снижается содержание крупного материала (частиц класса + 0,04 мм) в мелком продукте.

П р и м е р 2. В гидравлическом классификаторе подвергали классификации твердую фазу суспензии (конструктивные параметры аппарата и технологические свойства пульпы представлены в примере 1). При постоянном угле конусности набора элементов (90^о) в данной серии опытов варьировали углом конусности пакета конических элементов.

Результаты опытов приведены в табл.2.

Из результатов опытов следует, что наименьшее содержание частиц класса + 0,04 мм в верхнем продукте наблюдается при превышении угла конусности пакета конических элементов над углом конусности набора элементов в виде концентрично расположенных конических поверхностей на 5-20^о.

Предлагаемый аппарат характеризуется высокой технико-экономической эффективностью, обусловленной возможностью получения достаточно чистых продуктов при многофракционной классификации. Так, при классификации 1 т гидроксида алюминия стоимостью 156 руб. (ТУ 48-5-128-79) на три продукта (+ 0,045 мм, - 0,045-+ 0,01 мм и - 0,01 мм) за счет увеличения цены продуктов разделения (например, на 5 руб.) вследствие повышенной чистоты получаемых крупного и мелкого материалов удельный экономический эффект составит:
Э = 0,45 х 5 руб/т + 0,08 х 5 руб/т = 2,65 руб/т где 0,45 и 0,08 - содержание, соответственно, частиц класса + 0,045 мм и - 0,01 мм в исходной пульпе.

Использование: для осуществления противоточных процессов в системе жидкость - твердое, например, классификация пульп с одновременной промывкой крупнодисперсного материала. Сущность: в приемной конической камере колонны - классификатора установлены друг над другом пакеты концентрично расположенных конических элементов, при этом конические элементы верхнего пакета выполнены с равномерным увеличением, а конические элементы нижнего пакета - с равномерным уменьшением длины образующей конической поверхности от оси колонны к периферии. 3 ил. 2 табл.

1. КОЛОННА-КЛАССИФИКАТОР, включающая приемную коническую камеру с установленным по ее оси питающим патрубком, цилиндрическую сепарационную камеру с патрубком для подвода промывной жидкости и контактными элементами, конический отстойник и приспособления для отвода крупного и мелкого материалов, отличающаяся тем, что она снабжена установленными в приемной камере друг над другом пакетами концентричных конических элементов и штуцерами для вывода промежуточного материала, соединенными с коллектором и установленными асимметрично на разных уровнях между пакетами конических элементов, при этом конические элементы верхнего пакета выполнены с равномерным увеличением, а конические элементы нижнего пакета - с равномерным уменьшением образующей конической поверхности от оси колонны к периферии. 2. Колонна-классификатор по п.1, отличающаяся тем, что угол конусности верхнего пакета конических элементов на 5 - 20^o превышает угол конусности нижнего пакета конических элементов. 3. Колонна-классификатор по п.1, отличающаяся тем, что штуцеры для вывода промежуточного материала выполнены с различным диаметром, причем диаметрально расположенные и установленные в смежных уровнях штуцеры имеют наибольший диаметр.