ГРАВИТАЦИОННЫЙ СГУСТИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B01D21/24 

Изобретение относится к гравитационным сгустительно-осветлительным устройствам и может быть использовано в угольной, химической, горно-рудной, строительной отраслях промышленности.

При обогащении углей гравитационные сгустители применяют для извлечения шлама в качестве полезного продукта из шламовых вод, для осветления этих вод с целью использования в замкнутом цикле водооборота, для подготовки высокозольных тонких отходов к складированию и др. Процесс сгущения шлама в гравитационных сгустителях заключается в осаждении твердых частиц под действием сил тяжести в нижнюю часть аппарата и в перемещении этих частиц к месту выгрузки. Известно много конструкций гравитационных сгустителей, различающихся наличием и особенностями устройств, интенсифицирующих процесс осаждения частиц, но независимо от этих особенностей эффективность работы сгустителей во многом определяется тем, в какой мере стабильно, своевременно и в каком соотношении с водой оседающие частицы поступают к месту их выгрузки, а именно к патрубку для отвода сгущенной суспензии.

Известен гравитационный сгуститель, который содержит цилиндрический корпус, коническое днище с патрубком для отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство, патрубок для отвода осветленной жидкости, гребковое устройство для перемещения оседающих частиц в направлении к патрубку для отвода сгущенной суспензии (Справочник по обогащению углей. М. Недра, 1974, с. 289-290). Угол наклона образующей конуса днища к горизонту у известного устройства недостаточный для передвижения осевших частиц к выходному отверстию под действием составляющей силы тяжести. Поэтому все частицы, выпадающие в пределах площади оседания на днище и образующие на нем слой осадка, подвергаются механическому воздействию гребкового устройства. Процесс соскребания осадка и перемещения его в направлении к отводному патрубку требует значительных усилий, что ведет к большим энергозатратам и снижает надежность работы гребкового устройства. Кроме того, во время перемещения и при входе в отводной патрубок осадок разжижается до низких концентраций, что снижает эффективность сгущения.

Известен также гравитационный сгуститель "Лурги" (ФРГ), который содержит цилиндрический корпус, днище, устройства для загрузки исходной суспензии, выгрузки сгущенного продукта, гребкового устройства, патрубок для отвода осветленной жидкости (И.С. Благов и др. Оборотное водоснабжение углеобогатительных фабрик. М. Недра, 1980, с. 60, рис. 32). Днище выполнено в виде двух конусов, соединенных между собой таким образом, что между ними образуется кольцевое углубление, в котором расположены всасывающие патрубки центробежных насосов устройства для выгрузки сгущенного продукта. Такое выполнение сгустителя позволяет примерно в два раза сократить путь для перемещения оседающих частиц к месту выгрузки сгущенной суспензии, что несколько снижает нагрузку на гребковое устройство. Недостатком известного устройства является невысокая степень сгущения суспензии, обусловленная разбавлением осадка при всасывании его центробежным насосом.

Известен гравитационный сгуститель, который содержит цилиндрический корпус, коническое днище с патрубком для отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство и патрубок для отвода осветленной жидкости (авт.св. N 1333370, кл. B 01 D 21/24). Угол наклона стенки днища к горизонту в направлении к патрубку отвода сгущенной суспензии больше угла трения частиц о поверхность днища, благодаря чему оседающие на него частицы перемещаются к отводному патрубку под действием силы тяжести. У известного сгустителя отсутствует гребковое устройство, что по сравнению с описанными выше сгустителями снижает энергозатраты и повышает надежность работы.

Однако твердые частицы, движущиеся по поверхности конического днища, по мере приближения к оси аппарата сближаются друг с другом и неизбежно приходят в соприкосновение. Происходит своего рода взаимное "заклинивание" частиц под действием составляющих сил тяжести. То же самое происходит и с частицами, движущимися по слою осадка, образованному этими заклиненными частицами, и т.д. В результате на конической поверхности днища образуется массив уплотненного осадка, частицы которого находятся под действием сил, сплачивающих их в монолит. В центральной части этого монолита образуется воронка, через которую вытекает недостаточно концентрированная суспензия, что является существенным недостатком известного сгустителя.

Наличие большого количества осевших твердых частиц уменьшает объем сгустителя, что снижает его производительность и также является существенным недостатком.

В нижней части конуса частицы могут сблизиться до полной закупорки отводного патрубка и внутренней полости конуса, что снижает надежность работы сгустителя и также является существенным недостатком известного сгустителя.

Известен также гравитационный сгуститель (прототип), который содержит цилиндрический корпус, коническое днище с патрубком отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство и патрубок для отвода осветленной жидкости, циркуляционный трубопровод, соединенный с патрубком отвода сгущенной суспензии (авт.св. N 1230623, кл. B 01 D 21/24).

При работе известного устройства твердые частицы под действием сил тяжести оседают на коническое днище, по которому сползают в нижнюю часть сгустителя. Осветленная жидкость перемещается вверх и через патрубок отводится из сгустителя.

В нижней части сгустителя твердые частицы, сползающие в виде слоя осадка по коническому днищу, переходят во взвешенное состояние с помощью струи суспензии, истекающей из циркуляционного трубопровода, и через отводной патрубок удаляется из сгустителя в виде конечного сгущенного продукта.

Струя пульпы, вытекающая из циркуляционного трубопровода, являясь затопленной, смешивается не только с осадком, но и с находящейся в сгустителе суспензией, что снижает содержание твердого в сгущенной суспензии. Кроме того, необходимость перекачки суспензии по циркуляционному трубопроводу и создания достаточно интенсивной затопленной струи ограничивает содержание твердого в циркулирующей суспензии, что также снижает содержание твердого в конечном продукте и снижает степень сгущения.

Зона действия затопленной струи ограничивается расстоянием от отводного патрубка до циркуляционной трубы, равным 3 10 диаметрам этой трубы. Выше этой зоны оседающие на коническую поверхность твердые частицы подвергаются взаимному сжатию и "заклиниванию", из-за чего осадок теряет возможность перемещаться и, накапливаясь, значительно уменьшает полезный объем сгустителя. Это уменьшение объема повышает скорость восходящего потока жидкости, что снижает степень сгущения суспензии и повышает унос твердых частиц со сливной жидкостью. Для поддержания приемлемого содержания твердого в сливной жидкости снижают нагрузку на него по исходной суспензии, т.е. производительность. Недостаточная производительность является существенным недостатком известного сгустителя.

Накапливающийся на конической поверхности осадок, периодически обрушивается вниз в виде крупных комков, которые не успевают разбавиться суспензией под действием струи из циркуляционной трубы и могут закупорить патрубок отвода сгущенной суспензии. Тем самым снижается надежность работы сгустителя, что также является его существенным недостатком.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени сгущения, производительности и надежности работы сгустителя.

Для решения поставленной задачи в гравитационном сгустителе, содержащем цилиндрический или прямоугольный корпус, коническое днище с патрубком для отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство и патрубок для отвода осветленной жидкости, коническое днище выполнено ступенчатым в виде кольцевых выступов с вертикальными цилиндрическими или прямоугольными стенками, число которых зависит от размеров сгустителя.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого гравитационного сгустителя.

Гравитационный сгуститель содержит цилиндрический корпус 1, коническое днище 2 с патрубком 3 для отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство 4 и патрубок 5 для отвода осветленной жидкости. Коническое днище выполнено ступенчатым в виде кольцевых выступов 6 с вертикальными цилиндрическими или прямоугольными стенками 7. Сгуститель может быть снабжен известными устройствами, интенсифицирующими процесс осаждения твердых частиц.

Работа гравитационного сгустителя осуществляется следующим образом.

Исходная суспензия с помощью загрузочного устройства 4 подается внутрь корпуса 1, где твердые частицы под действием силы тяжести приобретают движение вниз, а освобожденная от них жидкость перемещается вверх. Последняя переливается через верхнюю кромку корпуса в сборный лоток и далее отводится из корпуса через патрубок 5 в виде одного из конечных продуктов разделения - осветленной жидкости.

Твердые частицы в своем движении вниз приближаются к кольцевым выступам 6 конического днища, на которых в начальный период работы сгустителя образуют осадок воронкообразной формы. После достижения верхней поверхностью этого осадка угла наклона, близкого по величине углу естественного откоса, твердые частицы, поступающие на этот осадок, изменяют направление движения и сползают, а точнее стекают с выступа в смеси с водой в виде слоя сгущенной суспензии. Далее этот слой движется вдоль вертикальной стенки выступа до слоя осадка на следующем выступе, стекает с него и т.д. приближаясь к выпускному патрубку. На каждом из выступов к движущейся суспензии присоединяются частицы, оседающие в объеме суспензии, расположенном над этим выступом, утолщая слой движущейся сгущенной суспензии. Двигаясь вдоль вертикальных стенок как единый поток, слой сгущенной суспензии испытывает меньшее сопротивление движению, чем сопротивление отдельно падающих частиц, и поэтому приобретает более высокую скорость. Этот поток не дает возможности оседать и накапливаться на выступах другим частицам, размывая находящийся на них осадок и уменьшая угол откоса его поверхности. Стекающая по ступенчатому коническому днищу сгущенная суспензия поступает в отводной патрубок 3, через который отводится из сгустителя в виде конечного продукта.

Отсутствие в сгустителе отложений твердых частиц, вызываемых их "заклиниванием", и тем самым отсутствие потери его активного объема позволяет повысить его производительность.

Благодаря тому что до самого отводного патрубка оседающие твердые частицы доходят в смеси с водой в виде слоя сгущенной суспензии, последняя перекрывает вход в патрубок, препятствуя проникновению в него более разжиженной суспензии из центральной части сгустителя, и в результате конечное содержание твердого в сгущенном продукте повышается, т.е. степень сгущения увеличивается. А благодаря тому что движущаяся по ступенчатому днищу сгущенная суспензия препятствует отложению осадка и заклиниванию твердых частиц, устраняется возможность закупорки выходного отверстия и тем самым повышается надежность работы сгустителя.

Применение предлагаемых сгустителей на углеобогатительных фабриках позволит уменьшить потери горючей массы с отходами обогащения, уменьшить объем сбрасываемых в илонакопители отходов, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Использование: для сгущения суспензий. Сущность изобретения: гравитационный сгуститель содержит коническое днище, которое выполнено ступенчатым в виде кольцевых выступов с вертикальными цилиндрическими или прямоугольными стенками. Твердые частицы в своем движении вниз приближаются к кольцевым выступам конического днища, на которых в начальный период работы сгустителя образуют осадок воронкообразной формы. По достижении верхней поверхностью осадка угла наклона близкого по величине углу естественного откоса твердые частицы, поступающие на этот осадок, изменяют направление движения и стекают с выступа в виде слоя сгущенной суспензии. Далее этот слой движется вдоль вертикальной стенки выступа до слоя осадка на следующем выступе, стекает с него и т.д., приближаясь к выпускному патрубку. 1 ил.

Гравитационный сгуститель, содержащий корпус, коническое днище с патрубком для отвода сгущенной суспензии, загрузочное устройство и патрубок для отвода осветленной жидкости, отличающийся тем, что коническое днище выполнено ступенчатым в виде кольцевых вытупов с вертикальными цилиндрическими или прямоугольными стенками, при этом корпус выполнен цилиндрическим или прямоугольным.