Центробежное осаждение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Центробежное осаждение

Центробежное осаждение осуществляется в центрифугах со сплошным ротором и применяется для разделения и обезвоживания мелких разжиженных продуктов обогащения, содержащих от 10 до 50% твердого.

Под действием центробежных сил твердые частицы оседают на стенки осадительного ротора и уплотняются. Вода выжимается из промежутков между частицами и удаляется в виде фугата через сливные окна. Осадок по стенкам ротора перемещается шнеком в конец ротора к разгрузке. При этом из него дополнительно выжимается вода.

Разделение твердой и жидкой фазы в роторе осадительных центрифуг состоит из трех основных этапов: 1) осаждение твердых частиц, 2) уплотнение осадка и его транспортирование спиралью шнека по внутренней поверхности ротора, 3) обезвоживание осадка при его выходе из объема суспензии.

Унос твердого в фугат 25-35%, влажность осадка 20-35%.

Скорость осаждения частиц в роторе осадительной центрифуги определяется по уравнению Стокса аналогично осаждению в гравитационном поле. При этом ускорение силы тяжести заменяется на центробежное ускорение. Тогда:

V_ц = d² (д_т - Д) щ² r / 18 м,

где д_т - плотность твердого, Д - плотность жидкости, d - диаметр частицы, щ - угловая скорость, r - расстояние от центра вращения до частицы, м - вязкость жидкости.

Формула Стокса выведена для условий свободного падения частиц в воде. При массовом осаждении частиц в стесненных условиях необходимо учитывать скорость перемещения поверхности раздела осветленной жидкости в суспензии, т.е. граничного слоя. Поэтому скорость осаждения граничного слоя определяется по формуле:

V_ц = 2 К_р³ (д_ср - Д) щ² r / S² м.

Здесь Кр - коэффициент разрыхленности (пористости) материала, д_ср - среднединамическая плотность твердых частиц, S - удельная поверхность частиц.

Коэффициент разрыхленности определяется как

К_р = R_исх д_ср / (Д + R_исх д_ср),

где R = Ж:Т в исходном питании (разжиженность).

Скорость осаждения крупных частиц определяется по формуле:

V_круп = K_p V_o vФ_р.

Здесь Ф_р - фактор разделения, V_o - конечная скорость падения частиц граничного слоя.

Условие эффективной работы центрифуги следующее: время осаждения частиц должно быть меньше или равно времени удаления жидкости к сливным окнам, т.е.

t_ос < t_сл.

Здесь t_сл - время, за которое жидкая фаза перемещается от места загрузки суспензии до сливных отверстий, t_ос - время, за которое частицы проходят путь от поверхности жидкости до стенки ротора (рис. 13.3).

t_ос = H / v_ц, t_сл = L_oc / v_l.

Здесь H - максимальная высота суспензии в роторе, V_ц - скорость осаждения частиц в центробежном поле, V_l - скорость растекания жидкости по длине ротора, величина переменная, L_ос-сл. - длина зоны осаждения частиц и слива жидкости, L_об - длина зоны обезвоживания осадка.

Отжим влаги из осадка происходит в зоне обезвоживания под действием центробежной силы. Отжатая влага стекает по спиральному шнековому каналу в зоне осаждения (шнек на рис. 13.3 не показан). Регулирование длины зон осаждения (L_ос-сл) и обезвоживания выполняется путем изменения высоты порога в сливных окнах.

Гидродинамика внутрироторного пространства сильно влияет на процесс осаждения твердой фазы. Она влияет на траекторию осаждаемых частиц, т.е. на продолжительность воздействия на них центробежной силы и тем самым на производительность машины и эффективность ее работы.

Непрерывное поступление исходной суспензии в машину формирует в роторе потоки, скорость которых зависит от интенсивности питания. Скорость потока жидкости в роторе неодинакова по глубине. Максимальная скорость на поверхности жидкостной ванны и постепенно снижается до нуля у стенки ротора. Элементарные струи потока не параллельны оси вращения. Большое влияние на процесс разделения оказывает угловая скорость жидкости. При отсутствии питания вся жидкость в машине вращается как одно целое с ротором. При подаче питания жидкость начинает отставать от ротора.

Эффективность работы шнековой осадительной центрифуги по степени осветления жидкости определяется из выражения:

з_ос = (1 - С_ф / С_п) *100, %.

Здесь С_ф, С_п - содержание твердого в фугате и питании. з _ос = 55 - 90%.

Осадительные центрифуги выпускаются противоточные и прямоточные. В противоточных жидкая и твердая фазы движутся в противоположных направлениях. Здесь исходная суспензия подается в зону с уже сформировавшимся осадком и размывает его. При этом уже осевшие частицы увлекаются к сливным окнам.

В прямоточных машинах твердая и жидкая фазы движутся в одном направлении. Осветленная вода в зоне перехода цилиндра в конус удаляется из машины по внутреннему (еще одному) цилиндру. Осадок выводится через конус ротора. В жидкостной ванне таких центрифуг нет турбулентных зон. Это облегчает отделение жидкости от осадка.

Непрерывно действующая осадительная горизонтальная шнековая (НОГШ) центрифуга имеет шнек и ротор, состоящие из цилиндрической и конической частей. Цилиндрическая часть шнека выполнена в виде беличьего колеса. Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но частота вращения шнека меньше частоты вращения ротора на 2.6%. твердая фаза перемещается шнеком к разгрузочным патрубкам ротора, через которые разгружается центробежной силой. Вода по спиральным каналам, образованным витками шнека и стенкой ротора, движется в противоположном направлении и вытекает через сливные окна. Производительность 25-35 т/ч.

На беличьем колесе спираль четырехзаходная, на шнеке - двухзаходная. Производительность 40 т/ч, влажность осадка 23-35%. В конструкции машины предусмотрена фильтрующая ступень.

Эффективность работы осадительных центрифуг зависит от ряда факторов. Из конструктивных - это диаметр и форма ротора. Выпускаются центрифуги с цилиндроконическим ротором с повышенным отношением длины к диаметру. Это увеличивает объем жидкостной ванны и повышает эффект осветления. Также на показатели работы влияет конструкция шнека, число заходов спирали и направление вращения относительно ротора.

Технологическая эффективность работы оценивается по влажности конечных продуктов, уносу твердого в фугат, степени измельчения твердого и степени осветления жидкости. Основные технологические факторы:

1) гранулометрический состав питания - один из важнейших факторов,

2) толщина слоя осадка в роторе - при ее увеличении с 15 до 45 мм, влажность осадка возрастает с 9.5 до 11%,

3) производительность центрифуги по суспензии - с увеличением производительности повышается унос твердого в фугат и влажность осадка,

4) равномерность подаваемой нагрузки,

5) фактор разделения - с увеличением Фр уменьшается унос твердого в фугат и влажность осадка,

6) время пребывания осадка в роторе,

7) угол конусности ротора и т.д.

От плотности питания эффективность работы зависит в меньшей степени, поэтому она может колебаться от нескольких десятков до нескольких сот кг/м³.

Для интенсификации процесса в суспензию добавляют ПАВ, которые снижают поверхностное натяжение воды и увеличивают гидрофобность частиц. Такой метод носит название центробежно-флокуляционного способа и может применяться для обезвоживания отходов флотации.

Подогрев пульпы не используют, т. к. значительны затраты энергии.

осадительный центрифуга стокс центробежный

Размещено на Allbest.ru