Конструкции сгустителей. 
Конструкции сгустителей

Конструкции сгустителей

Непрерывный процесс осаждения в сгустителях протекает в несколько стадий аналогично периодическому процессу в цилиндрах.

Зона осветленной жидкости имеет высоту 0.3−0.9 м, в зоне сжатия образуются каналы, по которым жидкость уходит вверх. Плотный осадок в виде сгущенного продукта разгружается из нижней части сгустителя, а осветленная жидкость перетекает через борт сгустителя в кольцевой желоб.

Удельная площадь сгущения определяется по формуле:

f = (R_исх — R_сг) / V_ос.

Здесь V_ос — скорость осаждения, определяется экспериментально, R — разжиженность.

Глубина сгустителя определяется как сумма:

Н = h₁ + h₂ + h₃ + h₄.

Значения высот: h₁ = 0.3 — 0.9 м, h₂ = 0.3 — 0.6 м. Высота переходной зоны и зоны компрессии может быть определена из соотношения:

h₃ = (1 / + R) / 24 f.

Здесь — время пребывания твердой фазы в зоне сжатия, час, — плотность твердого, R — средняя разжиженность в зоне сжатия.

Высота зоны уплотненного осадка определяется как:

h₄ = 0.5 D tg б, где б = 12⁰ — угол конусности днища сгустителя.

Цель разработок различных конструкций сгустителей — ускорение осаждения твердого и осветления воды, сокращение площадей, занимаемых сгустителями. Наибольшее распространение получили цилиндрические сгустители.

Для сгущения подрешетных вод гравитационного отделения и отходов флотации применяются радиальные сгустители. В зависимости от расположения привода рамы с гребками для разгрузки осадка радиальные сгустители бывают с центральным и периферическим приводом.

Гребковая рама выполнена в виде радиальной фермы, которая одним концом закреплена в опорном подшипнике головки на центральной железобетонной колонне, а другим — опирается на ходовое колесо. Колесо перемещается по рельсу, расположенному вокруг сгустителя. При вращении рамы гребки разрушают структуру осадка, что способствует получению более плотного сгущенного продукта. Нижний край питающей воронки заглублен по отношению к уровню слива на 0.5−1 м.

Наиболее часто применяются сгустители диаметром 25, 30 м, глубиной 3,6−4.2 м.

Экспериментально установлено, что распределение потоков в радиальном сгустителе зависит от величины произведения DV, где V — средняя скорость потока, D — диаметр сгустителя.

При значении DV?1.5 в сгустителе возникают вторичные циркулирующие потоки (см. рис. 18.5, слева). Это перемешивает зоны в сгустителе, ухудшает условия осветления и перегружает сгуститель. В промышленных условиях поддерживают DV?1.2−1.5. При этом есть вероятность возникновения вторичных потоков, но они прижаты к днищу сгустителя и не вызывают перемешивания зон в нем, нарушения процесса осаждения и загрязнения слива.

Осаждение твердых частиц в радиальных сгустителях происходит в основном в горизонтальном потоке. Питание, выходя из приемного стакана, опускается вниз. Затем движется радиально вдоль днища к вертикальным стенкам сгустителя. Здесь изменяет направление движения и движется вверх вдоль вертикальных стенок к сливному желобу. Основная часть потока уходит в слив. В районе сливного желоба в потоке наблюдаются завихрения. Небольшая часть потока возвращается к центру сгустителя, создавая циркулирующую нагрузку. При таких потоках осадок на дне имеет максимальную толщину у стенок и минимальную к центру. Это может быть причиной зашламовывания сгустителя.

При использовании флокулянтов распределение потоков остается прежним. Но осаждение флокул происходит в основном в вертикальном нисходящем потоке. Флокулы прижимаются потоком к центру днища и осаждение ускоряется.

Это более эффективно, чем осаждение в горизонтальных потоках (как в наружных отстойниках) или в восходящем потоке или даже в спокойной воде. Шлам садится в центре сгустителя и это облегчает выгрузку шлама.

Распределение потоков в сгустителе зависит от конструкции загрузочного устройства. Оно должно обеспечивать равномерное распределение потока по площади сгустителя и невысокую скорость его течения.

Институтом Ленгипрошахт разработано загрузочное устройство в виде стакана с боковыми отверстиями. Поток пульпы направляется к зеркалу сгустителя. Затем движется горизонтально, увлекая за собой близлежащие слои воды. Значительная часть потока уходит в слив. Остальная часть движется вдоль вертикальных стенок вниз, затем параллельно днищу — к разгрузке. Часть потока поднимается вверх и рассеивается.

Эффективность работы сгустителя оценивается по удельной нагрузке по твердому и жидкости, извлечению твердого в слив и сгущенный продукт. Эффективность работы зависит от системы выгрузки сгущенного продукта. Выпуск слишком густых пульп (400 г./л) из радиального сгустителя приводит к тому, что в слив уносится большое количество твердого. Из-за этого удельная нагрузка на сгуститель должна быть снижена. При выпуске более разжиженных пульп (250−300 г./л) содержание твердого в сливе снижается и можно увеличить нагрузку на сгуститель примерно вдвое.

На эффективность работы сгустительно-осветлительных устройств влияют: реологические свойства среды, в которой происходит осаждение частиц; гидродинамические параметры потоков, зависящие от удельной нагрузки на аппараты, их геометрической формы, способа загрузки исходной пульпы и разгрузки готовых продуктов и др.

Сгустители с осадкоуплотнителями С-10 разработаны институтом УкрНИИуглеобогащение, применяются для сгущения отходов флотации.

Диаметр сгустителя 10 м, высота — 15−18 м. Осадок уплотняется с помощью рыхлителя — набора стержней, насаженных на вертикальный вал. Вал совершает возвратно-поступательное движение. Частота колебаний рыхлителя — 3 в мин., амплитуда перемещения — 200 мм.

В последних конструкциях, отличающихся большой высотой (19.5 м), уплотнение происходит только под действием давления, создаваемого твердой массой в конической части сгустителя. Давление вызывает и перемещение жидкости вверх.

Опыт эксплуатации сгустителей С-10 показал, что рыхлители корежатся и их вырезают. Питающие карманы зашламовываются в зависимости от поведения переходной зоны, которая может перемещаться вверх-вниз. При подъеме вверх слив загрязняется, плотность сгущенного продукта повышается. При опускании вниз плотность сгущенного продукта снижается до 450 г./л. Разгрузка сгустителя выполняется периодически и не должна длиться более 3 мин. Иначе поднимающийся при разгрузке воздух разрушает образовавшиеся зоны и слив становится грязным. Слив содержит 10−20 г./л твердого. Без применения флокулянта сгуститель может работать 15 мин. После этого необходимо прекращать подачу питания и дать отстояться. Флокулянт желательно подавать дробно: 60, 20, 15%. Дозатор необходимо устанавливать на расстоянии 3−6 м от входа в сгуститель. Расход ПАА — 50−60 г./т.

Сгуститель со взвешенным (сфлокулированным) слоем СФ-9 разработан институтом ИОТТ.

Диаметр сгустителя 9 м, высота 4.2 м, высота цилиндрической части 3.7 м. Загрузочное устройство в виде полого цилиндра вокруг вертикального вала заканчивается раструбом, образующим кольцевую щель с отбойным диском. Такое устройство обеспечивает возможность заглубленного ввода питания в горизонтальной плоскости. Подача питания регулируется изменением зазора между раструбом и отбойным диском.

Под действием восходящих потоков жидкости над отбойным диском образуется взвешенный слой из флокул. Вода фильтруется через мелкие каналы в слое флокул и уходит в слив.

Удельная производительность по твердому превышает удельную производительность радиального сгустителя в 4−6 раз.

Осаждение частиц в тонком слое пульпы происходит быстрее, чем в объеме. Осаждение ускоряется из-за снижения высоты падения. Одновременно происходит ламинарное движение осветленной воды с более низкой плотностью вверх вдоль наклонной плоскости. Это также увеличивает скорость осветления.

Для сгущения в тонком слое используют сгустители с набором наклонных осаждающих пластин. Здесь совмещены увеличение эффективной площади осаждения со снижением высоты падения частиц. Критический угол наклона пластин к горизонту, при котором возможно скольжение осадка ко дну сгустителя, зависит от материала пластин и свойств твердой фазы. Чаще всего б = 45−60^0. Расстояние между пластинами должно быть 15−20 мм по горизонтали.

Чем меньше расстояние между пластинами и чем больше отношение длины пластин к этому расстоянию, тем выше скорость осаждения. Для повышения эффективности осветления пластины выполняют с ребрами, которые расположены перпендикулярно к движению потока пульпы (лабиринтная насадка). Используют пластины с волнообразной поверхностью.

В зависимости от направления наклона пластин и подачи питания сгустители бывают: 1) прямоточные.

• а) питание подается в направлении против наклона пластин;
• б) питание подается в направлении наклона пластин;
• 2) противоточные — питание подается между пластинами снизу вверх;
• 3) поперечные — питание подается между пластинами в горизонтальном направлении.

Наиболее высокие результаты работы обеспечивают сгустители с противоточным и поперечным направлением движения жидкости. Такие сгустители применяются на плотных пульпах и дают более чистый слив при большем расходе пульпы. б = 45−55^о. При поперечной схеме, когда жидкая фаза течет перпендикулярно направлению перемещения осадка, угол наклона пластин увеличивается до 60^о. В этом случае увеличивается производительность сгустителя.

Сгустители, работающие по прямоточной схеме применяются для более крупного материала при небольшой нагрузке и разжиженной пульпе, б = 40−30^о. Такие аппараты чувствительны к колебаниям нагрузки.

Пластинчатые сгустители применяются в основном для осветления шахтных вод.

Производительность сгустителя по пульпе 1200 м³/ч, содержание тонких частиц в сливе 0.03−0.05 кг/м³ при 2 кг/м³ в исходном. Расход флокулянта до 1 г/м³. Схема работы аппарата противоточная.

сгущение осадкоуплотнитель компрессия стакан.