Способ сгущения суспензий и аппарат для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B01D21/24 C02F1/52 

1

(21)4893428/26 (22)24.12.90 (46)07.10.92. Бюл. №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 , М., 1982.

Динамика разгрузки сгущенного продукта из сгустителей С-10. ЦНИЭИуголь, 1982, №5, с. 42-43.

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

(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 Ёиде 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.

f

fe

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 цилиндро- конический 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 зашла- мовки 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

эффективность работы сгустителей, осуществляющих этот способ сгущения, к примеру, конусных сгустителей С-10. Опыт их эксплуатации показывает, что для расшла- мовок 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 момент открытия разгрузочного отверстия.

д о о

4

ел

В последующие моменты и до конца цикла разгрузка к 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 цилин- дро-конический корпус, загрузочное уст- ройство, гребкЮв ый механизм и разгрузочное устройство в виде конусной воронки/ч,

В аппарате осуществляется способ сгущения суспензии, включающий раз- деление 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 отвер- стие 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 (с зарастанию разгрузки и соответственно снижению эффективности работы сгустителя.

Цель изобретения - повышение степени и стабилизация сгущения. Разгрузку cry- щенного 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- 35% 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 усеченной под углом 30-45° к вертикальной оси и снабжена шибером, установленным с воз- можностью 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 показана разгрузочная воронка с шибером, вид сбоку; на фиг. 5 показано распределение концентрации твердого по глубине аппарата.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходная суспензия, обработанная полимерным флокулянтом, подается в цилиндро-конический объем аппарата по заглубленному загрузочному устройству в область стесненного осаждения флокул. Частицы суспензии питания, непрерывно поступающие в объем аппарата, в присутствии полимерного флокулянта интенсивно осаждаются на эти флокулы, служащие центрами флокуляции. По мере увеличения массы флокул они оседают в нижнюю конусную часть аппарата в зону компрессии сфлоку- лированного осадка. Осветленная жидкость вытесняется вверх непрерывно поступающей суспензией питания и удаляется переливом через верхнюю кромку аппарата. В зоне компрессии осадка происходит разрушение полимерной структуры флокул под действием давления вышележащих слоев суспензии, частицы флокул укладываются более компактно, освободившаяся жидкость вытесняется вверх.

Максимальная плотность осадка достигается в пограничном слое конусного днища, где разрушению флокул и уплотнению осадка способствуют также сдвиговые напряжения, возникающие при движении скребков. Для достижения поставленной цели изобретения необходимо из аппарата взять именно этот наиболее уплотненный слой материала, не перемешивая его с вышележащими разбавленными слоями. Однако уплотненный осадок в погранслое конусного днища в отличие от разбавленного осадка выележащих слоев, обладает механическими свойствами, присущими в известной мере твердым телам, а именно: прочностью, упругостью, пластичностью и др. Например, в случае сгущения отходов флотации угля, сгущенный продукт при содержании твердого менее 200 кг/м3 оценивается эффективной вязкостью, Н с/м2, при содержании твердого от 200 до 900 кг/м3 - предельным статическим напряжением сдвига, Н/м , при содержании твердого более 900 кг/м3 - пластической прочностью, Н/м2.

Легкое перемешивание движущимися гребками способствует более интенсивному уплотнению осадка придонного слоя, что в

свою очередь приводит к увеличению предельного статического напряжения сдвига. Экспериментально установлено для сфло- кулированного осадка с концентрацией твердого 640 кг/м3 перемешивание ведет к увеличению напряжения сдвига от 17 до 40 н/м , что в свою очередь дает увеличение плотности перемещаемого в пограничном слое осадка. Уплотнившийся придонный слой осадка медленно сдвигается гребками 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 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, 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 по короткой стороне конуса подается только часть осадка меньшей концентрации из центральной области разгрузочной воронки аппарата. Этот дополнительный поток осадка, обладая достаточной текучестью, увле- 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 сечения по мере приближения к выходному отверстию воронки. Этим предотвращается образование закупоривающего свода твердой фазы.

Для достижения такого эффекта доста- 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- ется более текучий осадок с соответствующего уровня аппарата, что стабилизирует степень сгущения и не позволяет останавливаться общему потоку сгущенного продукта.

Пример 1. Суспензия отходов флотации угольных шламов со средней концентрацией твердого 30 кг/м3, зольностью около 70% и с содержанием частиц размером менее 50 мкм около 80% подвергают флокуля- 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 Кем (фиг. 5). Слой плотного осадка перемещается гребками к разгузочной воронке и двигается далее самотеком к разгрузочному отверстию по стенке воронки. Движение разбавленного осадка тормозят, а к месту истечения плотного осадка с концентрацией 600 кг/м3 подают только часть разбавленной суспензии с содержанием твердого 200 кг/м3. Количество подаваемого разбавленного осадка регулируют таким образом, чтобы среднее содержание твердого в сгущенном продукте составляло 460 кг/м3. При общей объемной нагрузке на сгуститель 350 м3/ч общий расход сгущенного продукта составляет 23 м3/ч, Соотношение объемов потоков плотного и разбавленного осадков рассчитывают по материальному балансу:

fVi-Ci + V2-C2-V0-Co

IVi + V2 V0,(1)

где Vi, Ci - объем (м3/ч) и содержание твердого (кг/м потока плотного осадка;

Va, C2 - объем (м3/ч) и содержание твердого (кг/м3) потока разбавленного осадка;

V0, Со - объем (м3/ч) и содержание твердого сгущенного продукта на выходе из аппарата.

Подставив соответствующие значения в систему (1), определяем;

fVi -600 + V2-200 23-460 lVi + V2 23

Vi :15M3/4, V2 8M3/M

Откуда V2/V0 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 м3/ч при содержании твердого в питании 35 кг/м . Объем выпускаемого сгущенного продукта - 26 м /ч при содержании твердого 440 кг/м3. Среднее содержание твердого в пристенном слое осадка - 550 кг/м3, плотность разбавленного осадка -180 кг/м3.

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

JTV1 500+ V2 180 26440

LVi + V2 26

Откуда Vi 18,3, V2 7,7; V2/Vo 0,296 0,30 30%, т.е. объем потока осадка меньшей концентрации 30% от общего объема выгружаемого сгущенного продукта.

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

Объемная нагрузка на сгуститель составляет 340 м3/ч при содержании твердого 30 кг/м3. Объем выпускаемого сгущенного продукта - 20 м3/ч при содержании твердого 500 кг/м3. Среднее содержание твердого в пристенном слое осадка 600 кг/м3, плотность разбавленного осадка составляет 200 кг/м3.

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

Vi 600 + V2 200 20 500

Vi + V2 20. Откуда Vi 15 м3/ч, V2 5 м3/ч.

V2/Vo - 0, ,

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, от25 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 Va/V0 0,4 (40%) плотность усредненного сгущенного продукта понижается до 300 кг/м3.

При увеличении соотношения V2/V0 более 0,4 (40%) в разгрузку устремляется, в первую очередь, поток разбавленного материала по центру разгрузочной воронки и концентрация всгоущенном продукте резко уменьшается и составляет менее 200 кг/м3.

Приуменьшении соотношения /2/У0от 0,25 (25%) до 0,1 (10%) происходит замедление продвижения плотного слоя осадка, его концентрация возрастает до 900 кг/м3, 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 цилиндро-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 раз0 грузочная воронка б, 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 ро5 ликами 10. Шибер выполнен с овальным вырезом 11 в нижней части.

Аппарат работает следующим образом.

Суспензия, обработанная раствором

полимерного флокулянта, подается в цилин0 дро-конический чан 1 через заглубленное загрузочное устройство 2 по питающей трубе 3 в зону стесненного осаждения сфлоку- лированной твердой фазы. Частицы поступающей суспензии интенсивно нали5 пают на оседающие флокулы, благодаря наличию свободных функциональных групп макромолекул полимера. По мере увеличения массы флокул они оседают в конусную часть аппарата, образуя зону компрессии

0 осадка. Максимальная плотность упаковки частиц твердой фазы достигается в придонном пограничном слое осадка, где разрушению флокул и уплотнению осадка способствуют два фактора. Во-первых, наи5 большее давление вышележащих слоев твердой фазы. Во-вторых, сдвиговые напряжения, возникающие при движении гребко- вого механизма 4, вращаемого приводом 5. Уплотнившийся слой осадка медленно сдви0 гается 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 уплот5 пившийся осадок движется самотеком по стенке воронки к разгрузочному отверстию. Шибер 7 отсекает при этом продвижение по центру воронки разбавленного осадка вышележащих слоев центральной зоны аппа0 рата. 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 теку5 честью, 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

противоположных сторон конуса. Этим предотвращаемся 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 об- ласть линий тока больших скоростей.

Наоборот, в случае увеличения количества разбавленного осадка, поступающего в разгрузку, шибер 7 по направляющим 9 и роликам 10 опускается исполнительным ме- ханизмом 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 ворон- ки, 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 про- дукта и не образуются выступы ни 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/м3. При этом

сгуститель работал с высокой надежностью даже при выпуске малых объемов концентрированного сгущенного продукта, в то время как при работе прототипа налюдались частые зэшламовки уже при содержании 200-250 кг/м3 в сгущенном продукте. Формула изобретения

L- питание

;

Y3tt$

го

6н СО

о,

СО

е и со

го а:

о

P

Ј

400 Содеркиние твердого , кг /у

Гиг Л

600

70U