Механическое обезвоживание способом дренирования

МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ СПОСОБОМ ДРЕНИРОВАНИЯ

Дренирование — процесс обезвоживания обводненных и мокрых зернистых материалов, основанный на естественном истечении жидкости через слой материала и пористую перегородку под действием силы тяжести.

Количество отфильтрованной воды зависит от режима ее движения, который может быть:1) ламинарным, 2) переходным, 3) турбулентным и определяется значением параметра Рейнольдса:

Re = vd? / ?; Re 1000.

Объем дренированной воды зависит от крупности материала, его смачиваемости, давления воды и времени обезвоживания (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Изменение количества дренированной жидкости с течением времени

Чем меньше диаметр частиц, тем меньше промежутки между ними и тем больше высота капиллярного подъема жидкости, определяемая из соотношения:

H = 2? Cos? / ?gr,

(?gh = 2? Cos? / r = ?P).

Процесс дренирования характеризуется скоростью фильтрации:

w = (1/F) dV/dt,

где V — объем дренированной жидкости; F — площадь дренирования (фильтрования).

Кроме того существует понятие удельного сопротивления фильтрующего слоя, которое обратно пропорционально среднему радиусу всех капилляров. Удельное сопротивление полностью характеризуется свойствами капилляров и является важнейшей характеристикой фильтруемости различных продуктов. Чем больше удельное сопротивление, тем ниже скорость фильтрации и больше влажность осадка.

При дренировании материала в статических условиях частицы неподвижны друг относительно друга и относительно сита. Для дренирования в статических условиях характерен переходный, а затем ламинарный режим движения жидкости. При кинетическом дренировании частицы перемещаются.

Дренирование в статических условиях выполняется в обезвоживающих бункерах, на обезвоживающих конвейерах и элеваторах, в складах. Применяется для материалов крупностью более 0.5 мм и чаще используется при обогащении угля. Время обезвоживания и минимальная влажность зависят крупности зерен и? и? жидкости. Некоторую роль при дренировании играет и обсыхание материала. Оно связано с движением воздуха в пустоты вместо воды при статическом дренировании или с движением частиц при кинетическом дренировании.

Обезвоживание в бункерах применяется для крупнозернистых продуктов. Предварительно часть воды удаляется на ситах, грохотах или элеваторах.

Бункера состоят из отдельных ячеек прямоугольного сечения с пирамидальной нижней частью и решетчатым днищем (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Схема ячейки обезвоживающего бункера

Работа ячеек цикличная — материал загружается, фильтруется, выгружается, бункер очищается. Время дренирования и количество ячеек определяются по зависимостям:

T = t_загр + t_обезв + t_выгр + t_оч,

0.5 4−8 0.5 0.5 час.

n = (QT / q) + (1−2).

Здесь Q — количество продукта, которое необходимо обезвоживать, т/ч, T — время работы бункеров, час, q — емкость одной ячейки бункера, т.

Об окончании процесса дренирования судят по снижению объема фильтрата (рис. 2.3).

Обезвоживание в дренажных складах. Склады — бетонные или железобетонные помещения больших размеров (рис. 2.4).

Полы склада имеют уклон в направлении дренажных канав, проходящих по всей его длине. Материал укладывается в штабель грейферным краном. В штабеле имеются две зоны: I — верхняя — в промежутках между частицами находится воздух, и II — нижняя — между частицами вода. Высота нижней зоны определяется высотой капиллярного подъема жидкости.

Рис. 2.3 Изменение скорости фильтрования с течением времени

Рис. 2.4 Схема закрытого дренажного склада

1 — помещение дренажного склада, 2 — мостовой кран, 3 — грейферный ковш, 4 — штабель материала, 5 — дренажные канавы Иногда на пол укладывается дренированный слой (постель) из крупнокускового материала. Если крупность материала постели меньше или равна крупности обезвоживаемого материала, то эффективность обезвоживания выше, т.к. высота зоны капиллярного подъема не превышает высоты постели.

Эффективность обезвоживания зависит от крупности материала, его смачиваемости, высоты штабеля, наличия постели, способа укладки, времени обезвоживания. Время обезвоживания 6−24 час, конечная влажность 9−16% при начальной — 20−22%.

Обезвоживание в элеваторах. Применяется для крупнозернистых материалов. На двух тяговых цепях укрепляются ковши с перфорированными передними стенками.

Рис. 2.5 Схема обезвоживающего элеватора

1 — звенья тяговой цепи, 2 — ковш, 3 — отклоняющая пластина Вода через отверстия стекает в кожух элеватора (рис. 2.5). Для предотвращения стока воды из верхнего ковша в нижний, предусматривается водоотводящая пластина. Элеваторы типа ЭО (ковши расположены через звено цепи) устанавливаются под углом 60−70^о, а ЭОС (с сомкнутыми ковшами — на каждом звене цепи расположен ковш) — 75^о.

Эффективность обезвоживания в элеваторах зависит от крупности продуктов, высоты обезвоживающей части элеватора, скорости движения цепи и содержания твердого. Недостатки — громоздкость, высокий расход электроэнергии.

При дренировании в кинетических условиях частицы перемещаются друг относительно друга и относительно сита. Дренирование в кинетических условиях выполняется на неподвижных и подвижных ситах различных конструкций.

Неподвижные плоские щелевидные сита применяются для предварительного отделения части воды перед обезвоживанием на грохотах. Чтобы материал не оседал на сите, оно устанавливается под углом 25−35^о, ширина сита равна ширине желоба, но не более 2 м. Направление щелей совпадает с направлением перемещения материала.

Дуговые сита применяют для предварительного отвода части воды (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Безнапорное (а) и напорное (б) дуговые сита

Щели располагаются перпендикулярно движению пульпы. При движении по ситу материал встречается с краем каждого поперечного колосника сита (рис. 3.2).

В результате часть потока уходит под решето. Толщина слоя жидкости, отделяемого краем колосничка равна? ¼ ширины щели. Поэтому отделяются частицы с диаметром? 0,5 ширины щели. Щели не забиваются. Эффективность обезвоживания невысокая. Это связано с небольшим значением центробежной силы, возникающей только в результате изменения направления движения потока при движении по криволинейной поверхности. Для обезвоживания и классификации продуктов обогащения применяются также двухкаскадные дуговые грохоты.

Рис. 3.2 Схема движения материала по дуговому ситу

Рис. 3.3 Схема конусного грохота типа ГК

1 — верхнее кольцеобразное сито, 2 — пирамидальное сито, 3 — сплошное кольцо, 4 — кожух Конические грохоты типа ГК. Благодаря тангенциальному подводу питания на поверхности грохота создается вращающийся поток суспензии (рис. 3.3).

На кольцевой обезвоживающей поверхности в верхней части грохота образуется слой материала определенной толщины. Под действием центробежной силы здесь удаляется 80−90% воды и мелочи. Оставшаяся свободная влага удаляется в пирамидальной части грохота. Удельная производительность ГК больше, чем у подвижных грохотов и составляет? 80 м³/м² ч по суспензии и 20 т/м² ч по твердому. Выпускаются грохоты ГК-1.5, ГК-3, ГК-6, цифры показывают площадь обезвоживающей поверхности, м². Устанавливаются перед отсадочными машинами или для обезвоживания крупнозернистого шлама.

Рис. 3.4 Промывка материала на обезвоживающем грохоте

Подвижные грохоты легкого типа ГСЛ, ГРЛ, ГИСЛ. Применяются для обезвоживания крупных и мелких материалов (рис. 3.4). Для крупных классов используются двухситные грохоты.

Для получения качественного обезвоживания необходимо разрыхлять материал на сите и добиваться взаимного перемещения частиц. Тогда удаляется не только гравитационная влага, но и капиллярная, расположенная в промежутках между частицами. Это достигается при подбрасывании или вертикальном перемещении частиц вверх-вниз.

Скорость колебаний сита поэтому должна быть значительной и изменяться по величине и направлению. В результате ускорений на пленки адгезионной воды будут действовать силы инерции. Когда величина этих сил будет больше поверхностного натяжения воды, капли будут отрываться от частиц. Но большие ускорения вредны: 1) из-за хрупкости частиц; 2) они могут вызвать подъем и массы гравитационной воды вместе с частицами, особенно в начале грохота, когда материал еще представляет собой пульпу. Это ведет к переизмельчению материала или к увеличению времени обезвоживания.

Показатель вертикального перемещения частиц определяется как:

U = (n² a / 90 000) (sin (? + ?) / cos ?).

Здесь n — частота колебаний, a — размах колебаний (амплитуда), ? — угол наклона сита, ? — угол, под которым действует возбуждающая сила.

Вертикальные перемещения начинаются при U = 1. Высота подъема частиц над ситом тем больше, чем больше U. Обычно 1.4 < U < 4−5.

Особенно трудно обезвоживать материал, содержащий частицы, близкие по размерам к коллоидным (глина). Для таких пульп используется промывка водой, что снижает влажность и зольность надрешетного продукта.

В последнее время появились высокочастотные грохоты типа ГВЧ. Особенностью их является повышенная частота вибраций сита при той же амплитуде. Это обеспечивает возможность достижения высоких значений ускорений и соответственно сил инерции, действующих на частицы. На этих грохотах возможно обезвоживание частиц класса 0.2−3мм из состояния пульпы с содержанием твердого 30−40% до влажности порядка 25%.

Оригинальное конструктивное решение имеют грохоты типа «Банан» с переменным углом наклона просеивающей поверхности (рис. 3.5). Разгрузочная часть сита грохота имеет отрицательный угол наклона, т. е. она приподнята по отношению к остальной поверхности сита. Это увеличивает время нахождения материала на сите и эффективность обезвоживания.

Рис. 3.5 Принципиальная схема грохота «банан»

Обезвоживание на грохоте можно разделить на 3 этапа (см. рис. 3.4). 1 этап — 1/3L — предварительное обезвоживание. Твердая фаза осаждается на сите, основная масса воды удаляется через слой материала и отверстия сита.

• 2 этап — 1/3L — промывка. Здесь на грохот подается вода из брызгал и отмывается основная масса тонких и глинистых частиц. Эффективность промывки зависит от конструкции брызгал и их расположения, расхода воды.
• 3 этап — 1/3L — окончательное обезвоживание. Здесь удаляются остатки свободной и капиллярной влаги. В течение этапов 2 и 3 происходит попеременное разрыхление и уплотнение осадка. В результате переформирования структуры осадка разрушаются капилляры в осадке, и удаляется капиллярная влага. дренирование обезвоживание грохот конусный

Удельная производительность грохотов и влажность надрешетного продукта зависят от диаметра отверстий сита и крупности материала.

Т.к. время обезвоживания и минимальная влажность зависят от вязкости и поверхностного натяжения воды, то эффективность обезвоживания можно повысить химическим или механическим путем. Поверхностное натяжение снижается при введении ПАВ или при повышении температуры. Способы интенсификации процесса:

• · механические: 1) подача воды для промывки; 2) обдувка сжатым воздухом;
• · химические: 1) обработка ПАВ; 2) Добавка ПАВ снижает силы сцепления влажных частиц между собой.