УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ Российский патент 1996 года по МПК B03D1/24 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к устройствам для приготовления растворов реагентов, и может быть использовано при очистке природных, промышленных и сточных вод.

В практике обогащения полезных ископаемых в качестве устройств для приготовления промышленных растворов реагентов широко используются контактные чаны служащие для обработки флотационных пульп, включающие резервуар, внутри которого на валу вращается, импеллер (мешалка). Вал проходит внутри трубы с отверстиями, расположенными по винтовой линии, предназначенными для циркуляции жидкости. Питание обычно подается в верхнюю часть трубы. Возможна подача питания и через нижний патрубок в трубе. Приготовленный промышленный раствор выводят через патрубки, расположенные по высоте чана. Наличие нескольких таких патрубков позволяет регулировать объем жидкости в чане и время приготовление промышленного раствора [1]
Недостатком устройства [1] является то, что приготовленный в нем промышленный раствор, содержит все примеси, присутствующие в техническом продукте подлежащем растворению, так как это устройство не имеет конструктивных элементов для выделения посторонних примесей. Это может отрицательно сказаться в последующем технологическом процессе, использующем этот промышленный раствор. Кроме того, при приготовлении промышленных растворов флотореагентов, таких как полиакриламид, происходит деструкция молекул реагента, производимая быстро вращающимся импеллером.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для приготовления растворов, включающее резервуар с патрубками для подвода воды и вывода промышленного раствора, загрузочную воронку с расположенной в ней решеткой и барботажное приспособление. В известном устройстве загрузочная воронка образована стенками железобетонного резервуара [2]
Устройству [2] также присущи недостатки устройства [1] Кроме того, оно имеет свой недостаток, связанный с отсутствием в нем конструктивных элементов, обеспечивающих эффективную очистку промышленного раствора от примесей, что снижает эффективность приготовления промышленных растворов и его очистку.

Целью изобретения является повышение эффективности приготовления промышленных растворов и его очистки от примесей за счет улучшения аэродинамического режима струйного перемешивания гидросмеси с тонкодиспергированной аэрогидросмесью и последующего аэрогидравлического их разделения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для приготовления растворов, включающем резервуар с патрубками для подвода воды и вывода промышленного раствора, загрузочную воронку с расположенной в ней решеткой и барботажное приспособление, аппарат снабжен осадительной камерой, выполненной с порогом, с вертикально расположенной перегородкой с зазором у ее нижней кромки и с патрубком для выгрузки шлама с задвижкой, барботажное приспособление выполненное в виде закрытой расширяющейся по ходу материала растворной камеры с входным патрубком, с вертикально расположенной на ее верхней стенке сливной трубой, с расположенным у широкого торца растворной камеры шламовым отверстием и пневмогидравлическими аэраторами, равномерно размещенными в шахматном порядке в нижней части боковых стенок раствоpной камеры вдоль ее оси, направленными в сторону шламового отверстия и наклоненными вниз, при этом резервуар выполнен с наклонной перегородкой, разделяющей его на две сообщенные между собой в верхней части зоны, в одной из которых расположены сообщенный с узким торцом растворной камеры патрубок для вывода осадка и примыкающая к загрузочной воронке вертикальная перегородка с зазором у ее нижней кромки, а в другой патрубок для подвода воды и сливной желоб с регулируемым порогом, причем резервуар и осадительная камера сообщены между собой порогом в верхней части и патрубком с задвижкой в нижней части, а осадительная камера сообщена со сливной трубой переливным порогом, верхняя кромка которого имеет уровень выше уровня верхней кромки переливного порога резервуара в сливной желоб для вывода промышленного раствора на величину, пропорциональную разности плотностей аэрированной и неаэрированной жидкости, пневмогидравлический аэратор включает корпус трубчатой формы, выходную втулку с тангенциальными проходами для сжатого воздуха, сообщенными с кольцевой канавкой корпуса, при этом пневмогидравлические аэраторы размещены в двух блоках, каждый из которых имеет баллон-ресивер для сжатого воздуха с воздухоподводящим патрубком и коллектор для напорной воды с водоподводящим патрубком, и сообщены входными соплами с коллектором для напорной воды, а выходными с растворной камерой, загрузочная воронка снабжена патрубком для подвода питания к патрубку для вывода осадка.

При создании изобретения авторы исходили из следующего.

Приготовление промышленных водных растворов реагентов в ряде случаев представляет сложную техническую задачу, особенно когда растворяемый продукт содержит большое количество примесей, отрицательно влияющих на последующий технологический процесс, а также когда он трудно растворим в воде. В этих случаях требуется более интенсивный барботаж гидросмеси для более интенсивного перевода водорастворимых веществ в водный раствор с одновременным отделением примесей и удалением их из этого раствора. Вместе с тем, необходимо, чтобы барботаж гидросмеси не приводил к деструкции вещества как это часто бывает при растворении высокомолекулярных флокулянтов, таких как полиакриламид, когда используют механические мешалки. В таких случаях предпочтительнее менять струйный барботаж посредством тонкодиспергированных между собой воды и воздуха, который не приводит к деструкции молекул флокулянта. Использование барботажа посредством высокоскоростных струй тонкодиспергированных между собой воды и воздуха эффективно и при растворении реагентов, содержащих большое количество примесей, так как одновременно с интенсивным растворением можно легко осуществить очистку полученного раствора от этих примесей. Такая задача возникает при растворении коагулянтов, поставляемых в виде технических продуктов на водоочистные заводы. Рациональным в этих случаях может быть одновременное использование двух и более разделительных процессов интенсифицирующих растворение и удаление примесей.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает общий вид устройства для приготовления растворов (продольный разрез);
фиг. 2 поперечный разрез фиг.1 по линии А-А, изображающий в увеличенном масштабе фрагмент растворной камеры аппарата;
фиг. 3 узел I на фиг.2 в увеличенном масштабе, изображающий пневмогидравлический аэратор и его размещение в блоке (продольный разрез).

Устройство для приготовления растворов включает (см. фиг.1) резервуар 1 с наклонным днищем 2, установленный вертикально на раме 3 посредством элементов 4. В нижней части резервуара 1 расположены патрубок 5 для подвода воды и патрубок 6 для вывода осадка, установленный перпендикулярно вертикальной стенке резервуара 1. В верхней части резервуара 1 установлен сливной желоб 7 с патрубком 8 для вывода промышленного раствора, при этом внутренние полости резервуара 1 и сливного желоба 7 сообщены между собой через регулируемый порог 9. Резервуар 1 разделен наклонной перегородкой 10 на две зоны 11 и 12, сообщающиеся между собой в верхней части резервуара 1 над верхней кромкой наклонной перегородки 10. Первая зона 11 резервуара 1 оснащена патрубком 6 для вывода осадка, а вторая зона 12 патрубком 5 для подвода воды и сливным желобом 7. В первой зоне 11 резервуара 1 размещена вертикальная перегородка 13 с зазором 14 у ее нижней кромки. Между наклонной перегородкой 10 и вертикальной перегородкой 13 в зоне 11 резервуара 1 у его одной из вертикальных боковых стенок размещена загрузочная воронка 15, оснащенная патрубком 16 для подвода питания к патрубку 6 для вывода осадка и решеткой 17, служащей для предотвращения попадания инородных предметов внутрь аппарата.

К резервуару 1 за патрубок 6 для вывода осадка присоединено барботажное приспособление 18, выполненное в виде горизонтально расположенной закрытой расширяющейся по ходу материала растворной камеры 19 (см. фиг.1 и 2), выполненной в форме усеченного конуса, меньшее основание которого обращено к резервуару 1 и подсоединено к патрубку 6 для вывода осадка посредством входного патрубка 20. Со стороны большего основания к растворной камере 19 в верхней ее части присоединена сливная труба 21 с выходом 22, расположенным выше уровня переливного края резервуара 1, а в нижней торцевой части имеется шламовое отверстие 23 с патрубком для вывода осадка из растворной камеры 19. Внутренние полости резервуара 1, растворной камеры 19 и сливной трубы 21 сообщены друг с другом, образуя единый сообщающийся сосуд, ветвями которого являются резервуар 1 и сливная труба 21 соединенные между собой через растворную камеру 19.

На боковых противоположных друг к другу стенках растворной камеры 19 в нижней ее половине равномерно в шахматной порядке размещены пневмогидравлические аэраторы 24 с входными 25 и выходными 26 соплами, оси которых направлены навстречу друг к другу с незначительным наклоном вниз и в сторону шламового отверстия 23. Для удобства их размещения боковые стенки растворной камеры 19 уплощены, что обеспечивается приваркой двух пластин 27, расположенных с незначительным наклоном от вертикали.

Между первой зоной 11 резервуара 1 и сливной трубой 21 расположена осадительная камера 28 пирамидальной формы, сообщающаяся с зоной 11 в верхней ее части через порог 29 и в нижней ее части через патрубок 30, оснащенный задвижкой 31. Внутри осадительной камеры 28 размещена вертикально расположенная перегородка 32 с зазором 33 у ее нижней кромки. Под вертикально расположенной перегородкой 32 в нижней части осадительной камеры 28 установлен патрубок 34 для выгрузки шлама, оснащенный задвижкой 35. Со стороны, противоположной порогу 29, осадительная камера 28 сообщена с внутренней полостью сливной трубы 21 через смежный между ними переливной порог 36. Верхняя кромка переливного порога 36 имеет уровень выше уровня верхней кромки регулируемого порога 9 на величину, пропорциональную разности аэрированной и неаэрированной жидкости, что обеспечивает одновременность и непрерывность перелива неаэрированной жидкости из резервуара 1 в сливной желоб 7 и аэрированной жидкости из сливной трубы 21 в осадительную камеру 28, ибо в сообщающихся сосудах столб аэрированной жидкости будет выше столба неаэрированной жидкости именно на эту величину.

Пневмогидравлические затворы 24 установлены на боковых наклонных стенках растворной камеры 19 в двух блоках 37, каждый из которых имеет баллон-рессивер 38 для сжатого воздуха и коллектор 39 для напорной воды, расположенные попарно. Каждый из пневмогидравлических аэраторов 24 имеет свой трубчатой формы корпус 40 (см. фиг. 2 и 3) плотно (на сварке) вмонтированный в боковую стенку растворной камеры 19 одним своим торцом и в смежную стенку 41 между баллоном-рессивером 38 для сжатого воздуха и коллектором 39 для напорной воды. Выходные сопла 26 пневмогидравлических аэраторов 24 обращены внутрь растворной камеры 19, а их входные сопла 25 внутрь коллектора 39 для напорной воды. Каждая пара пневмогидравлических аэраторов 24 расположена на боковых стенках растворной камеры 19 в плоскости своих осей. Внутри трубчатого корпуса 40 размещены входная 42 и выходная 43 втулки, изготовленные из износостойкого материала, например из силицированного графита или металлокерамики, имеющие сквозные отверстия 44 для напорной воды. Выходная втулка 43 имеет в осевом отверстии уширение 45 с тангенциальными проходами 46 для сжатого воздуха. Втулки 42 и 43 закреплены в корпусе 40 посредством гайки 47 через прокладку 48. На внутренней поверхности трубчатого корпуса 40 имеется кольцевая канавка 49, соединенная через отверстия 50 с внутренней полостью баллона-ресивера 38, а через тангенциальные проходы 46 с уширением 45 выходной втулки 43 пневмогидравлического аэратора 24, что обеспечивает проход сжатого воздуха из баллона-рессивера 38 в каждый из пневмогидравлических аэраторов 24. Баллон-рессивер 38 имеет воздухоподводящий патрубок 51 с рукавом 52. Коллектор 39 для напорной воды имеет водоподводящий патрубок 53 с рукавом 54, а также люки 55 с герметичными крышками 56, расположенные напротив каждого пневмогидравлического аэратора 24 и предназначенные для замены изнашивающихся частей пневмогидравлических аэраторов 24.

Для вывода примесей и засорений из резервуара 1 в нижней части его наклонного днища 2 установлен патрубок 57.

Устройство для приготовления растворов работает следующим образом.

Резервуар 1, растворную камеру 19 со сливной трубой 21 и осадительную камеру 28 заполняют водой до уровня верхней кромки регулируемого порога 9, после чего вода переливается в сливной желоб 7. Одновременно с заполнением резервуара 1 водой включают в работу пневмогидравлические аэраторы 24, для чего в каждый баллон-ресивер 38 через воздухоподводящие патрубки 51 и рукава 52 подают сжатый воздух, а в каждый коллектор 39 через водоподводящие патрубки 53 и рукава 54 воду под давлением. Через загрузочную воронку 15 подают в виде гидросмеси продукт, подлежащий растворению. На решетке 17 задерживаются крупные куски и инородные предметы, присутствующие в гидросмеси. Из загрузочной воронки 15 через патрубок 16 для подвода питания гидросмесь вводится в зону 11 к патрубку 6 для вывода осадка, откуда нерастворенные частицы в виде гидросмеси поступают в растворную камеру 19. Растворившаяся часть продукта в виде водного раствора переходит из зоны 11 в зону 12, из которой затем переливается через регулируемый порог 9 в сливной желоб 7 и выводится из аппарата через патрубок 8 для вывода промышленного раствора. При этом частицы примесей и засорений оседают из раствора на наклонное днище 2, скользя по нему вниз и затем выводятся из аппарата через патрубок 57.

Выходя из зоны 11 резервуара 1 через патрубок 6 для вывода осадка, твердые нерастворенные частицы продукта вместе с жидкой фазой в виде гидросмеси поступают через входной патрубок 20 в растворную камеру 19. Крупные нерастворенные частицы материала, осаждаясь, движутся в нижних ее слоях, а жидкая фаза, заполнив закрытую растворную камеру 19, поднимается по сливной трубе 21 (по закону сообщающихся сосудов) до уровня, занимаемого раствором в резервуаре 1, т.е. до уровня верхней кромки регулируемого порога 9. При работе пневмогидравлических аэраторов 24 из их выходных сопел 26 под давлением в виде высокоскоростных струй выходит аэрогидросмесь тонкодиспергированных между собой воды и воздуха, которой насыщается гидросмесь в растворной камере 19. В работающем пневмогидравлическом аэраторе 24 при прохождении высокоскоростной струи жидкости через уширение 45 в его полости генерируются акустические колебания и из нее эжектируется воздух, который непрерывно пополняется из баллона-ресивера 38 для сжатого воздух через отверстия 50 в трубчатом корпусе 40, кольцевые канавки 49 и тангенциальные проходы 46. В уширении 45 воздух разгоняется до высоких скоростей за счет тангенциальной его подачи через тангенциальные проходы 46. при этом векторы скоростей жидкости и воздуха не совпадают, что способствует более тонкой диспергации воздуха.

Ввиду того, что пневмогидравлические аэраторы 24 равномерно размещены в шахматном порядке на боковых противоположных друг к другу уплощенных стенках растворной камеры 19 в нижней ее половине, высокоскоростные струи аэрогидросмеси при выходе из пневмогидравлических аэраторов 24 тщательно перемешивают гидросмесь в растворной камере 19 путем ее струйного барботирования. В результате чего происходит оттирка глинистых и прочих примазок от частиц растворяемого материала и их интенсивное растворение. В итоге получается пульпа, составляющими которой являются раствор и твердые частицы нерастворимых примесей. Незначительный наклон осей пневмогидравлических аэраторов 24 вниз и в сторону шламового отверстия 23 предотвращает торможение частиц материала при движении их по растворной камере 19 от входного патрубка 20 к шламовому отверстию 23. Расширяющийся по ходу движения пульпы объем растворной камеры 19 предотвращает коалесценцию воздушных пузырьков. Насыщенная тонкодисперсными воздушными пузырьками пульпа создает неравновесный столб в сливной трубе 21 по отношению к столбу неаэрированной пульпы в резервуаре 1, в результате чего создается эрлифтный ламинаризированный поток пульпы в сливной трубе 21, который увлекает мелкозернистые и шламистные фракции из растворной камеры 19, где за счет барботажа пульпы они находятся во взвешенном состоянии. Эрлифтный ламинаризированный поток аэрированной пульпы, содержащей мелкозернистые и шламистые фракции, через выход 22 поступает в осадительную камеру 28, в которой эти частицы оседают вниз и выводятся из нее через патрубок 34 для выгрузки шламов при огибании потоком пульпы вертикально расположенной перегородки 32. Прошедшие через зазор 33 под нижней кромкой вертикально расположенной перегородки 32 более мелкие и легкие частицы потоком раствора увлекаются вверх и выводятся из осадительной камеры 28 в виде слива, который поступает в зону 11 резервуара 1. В резервуаре 1 происходит доочистка раствора от примесей. Наиболее крупные и тяжелые частицы примесей после отделения от них мелкозернистых и шламистых фракций выгружаются из закрытой растворной камеры 19 через шламовое отверстие 23. В случае неполного растворения продукта он может быть возвращен в зону 11 резервуара 1 на дорастворение после открытия задвижки 31 на патрубке 30.

Флотоактивные примеси можно удалить с поверхности раствора в осадительной камере 28, где они концентрируются в пенном продукте и локализуются посредством вертикально расположенной перегородки 32. Разбавление раствора до необходимой концентрации осуществляют подачей воды в резервуар 1 через патрубок 5 для подвода воды.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет улучшения аэродинамического режима струйного перемешивания гидросмеси с тонкодиспергированной аэрогидросмесью и последующего аэрогидравлического их разделения повысить эффективность приготовления промышленных растворов и его очистки от примесей.

Использование: обогащение полезных ископаемых, приготовление растворов реагентов. Сущность изобретения: устройство включает резервуар Р с патрубками для подвода воды ПВ и вывода раствора ПР, загрузочную воронку ЗВ с расположенной в ней решеткой, барботажное приспособление БП и осадительную камеру ОК. ОК выполнена с порогом П, с вертикально расположенной перегородкой с зазором у ее нижней кромки и с патрубком для выгрузки шлама с задвижкой. БП выполнено в виде закрытой расширяющейся по ходу материала растворной камеры РК с входным патрубком, с вертикально расположенной на ее верхней стенке сливной трубой СТ, с расположенным у широкого торца РК шламовым отверстием ШО и пневмогидравлическими аэраторами А. А равномерно размещены в шахматном порядке в нижней части боковых стенок РК вдоль ее оси. А направлены в сторону ШО и наклонены вниз. Р выполнен с наклонной перегородкой НП. НП разделяет Р на две сообщенные между собой в верхней части зоны. В одной зоне расположены сообщенный с узким торцом РК патрубок для вывода осадка и примыкающая к ЗВ вертикальная перегородка с зазором у ее нижней кромки. В другой зоне расположены ПВ и сливной желоб с регулируемым порогом РП. Р и ОК сообщены между собой П в верхней части и патрубком с задвижкой в нижней части. ОК сообщена со СТ переливным порогом ПП. ПП расположен выше уровня верхней кромки РП, в зависимости от разности плотностей аэрированной и неаэрированной жидкости. А включает корпус трубчатой формы К и выходную втулку с тангенциальными проходами для сжатого воздуха ТП. ТП сообщены с кольцевой канавкой К. А размещены в двух блоках Б. Каждый Б имеет баллон-ресивер для сжатого воздуха с воздухоподводящим патрубком и коллектор для напорной воды КВ с водоподводящим патрубком. Б сообщены входными соплами с КВ, а выходными с РК. ЗВ снабжена патрубком для подвода питания к ПО. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для приготовления растворов, включающее резервуар с патрубками для подвода воды и вывода раствора, загрузочную воронку с расположенной в ней решеткой и барботажное приспособление, отличающееся тем, что оно снабжено осадительной камерой, выполненной с порогом, с вертикально расположенной перегородкой с зазором у ее нижней кромки и с патрубком для выгрузки шлама с задвижкой, барботажное приспособление выполнено в виде закрытой, расширяющейся по ходу материала, растворной камеры с входным патрубком, с вертикально расположенной на ее верхней стенке сливной трубой, с расположенным у широкого торца растворной камеры шламовым отверстием и пневмогидравлическими аэраторами, равномерно размещенными в шахматном порядке в нижней части боковых стенок растворной камеры вдоль ее оси, направленными в сторону шламового отверстия и наклоненными вниз, при этом резервуар выполнен с наклонной перегородкой, разделяющей его на две сообщенные между собой в верхней части зоны, в одной из которых расположены сообщенный с узким торцом растворной камеры патрубок для вывода осадка и примыкающая к загрузочной воронке вертикальная перегородка с зазором у ее нижней кромки, а в другой патрубок для подвода воды и сливной желоб с регулируемым порогом, причем резервуар и осадительная камера сообщены между собой порогом в верхней части и патрубком с задвижкой в нижней части, а осадительная камера сообщена со сливной трубой переливным порогом, расположенным выше уровня верхней кромки регулируемого порога в зависимости от разности плотностей аэрированной и неаэрированной жидкости. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пневмогидравлический аэратор включает корпус трубчатой формы, выходную втулку с тангенциальными проходами для сжатого воздуха, сообщенными с кольцевой канавкой корпуса, при этом пневмогидравлические аэраторы размещены в двух блоках, каждый из которых имеет баллон-ресивер для сжатого воздуха с воздухоподводящим патрубком и коллектор для напорной воды с водоподводящим патрубком, и сообщены входными соплами с коллектором для напорной воды, а выходными с растворной камерой. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что загрузочная воронка снабжена патрубком для подвода питания к патрубку для вывода осадка.