Способ разделения твердых фаз

 

Изобретение относится к области разделения твердых материалов методом флотации и их очистки от примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической и ряде других областей промышленности. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа разделения твердых фаз, заключается в интенсификации процесса флотации и повышении качества очистки загрязненных поверхностей за счет преодоления сил адгезии в сочетании с рациональной организацией процесса разделения и оптимизации геометрических характеристик кавитатора. Способ разделения твердых фаз, состоящих из основного материала 1 и примесного компонента 2, погруженных в жидкую среду 3, включает автономную подачу жидкости с помощью патрубка 4, снабженного соплом-кавитатором 5 переменного эквивалентного диаметра, и газа с помощью патрубка 6. Подача жидкости производится на границу раздела твердой фазы, при этом минимальный эквивалентный диаметр сопла-кавитатора 5 меньше величины проекции расстояния от внешнего среза сопла-кавитатора 5 до наружной поверхности твердой фазы, измеряемого по его продольной оси, пересекающейся с продольной осью патрубка подачи газа 6 в точке ее контакта с твердой фазой. 3 ил.

Изобретение относится к области разделения твердых материалов методом флотации и их очистки от примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической и ряде других отраслей промышленности.

Известны способы разделения твердых фаз на фракции при помощи просеивания, а также под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил [1] К общим недостаткам указанных способов следует отнести невозможность их использования при значительной адгезионной способности разделяемых материалов, а также при обработке поверхностей большого размера, не подлежащих механическому разрушению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является флотационный способ разделения твердых материалов, погруженных в жидкую среду, включающий раздельную подачу жидкости и газа с помощью патрубков в жидкую среду [2] Недостатком данного способа разделения твердых фаз является низкая эффективность процесса и продолжительное время его осуществления в тех случаях, когда адгезия разделяемых компонентов велика и, следовательно, флотационная схема практически не функционирует.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа разделения твердых фаз, заключается в интенсификации процесса флотации и повышении качества очистки загрязненных поверхностей за счет преодоления сил адгезии в сочетании с рациональной организацией процесса разделения и оптимизацией геометрических характеристик кавитатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии со способом разделения твердых фаз, погруженных в жидкую среду, включающем автономную подачу жидкости и газа с помощью патрубков и жидкую среду, согласно изобретению патрубок подачи жидкости снабжен соплом-кавитатором переменного эквивалентного диаметра, а подача жидкости производится на границу раздела твердой фазы, при этом минимальный эквивалентный диаметр сопла-кавитатора меньше величины проекции расстояния от внешнего среза сопла-кавитатора до наружной поверхности твердой фазы, измеряемого по его продольной оси, пересекающейся с продольной осью патрубка газа в точке ее контакта с твердой фазой.

Снабжение патрубка подачи жидкости соплом-кавитатором переменного эквивалентного диаметра обеспечивает активное эррозионное разрушение примесного компонента с последующей активной его транспортировкой из зоны контакта потоком воздуха, подаваемым с помощью соответствующего патрубка. В то же время выполнение условия, регламентирующего соотношение величины минимального эквивалентного диаметра сопла-кавитатора к проекции расстояния от внешнего среза сопла-кавитатора до наружной поверхности твердой фазы, измеряемого по его продольной оси, обеспечивает возможность проведения процесса в наиболее интенсивных режимах, что необходимо при значительной адгезионной способности компонентов без разрушения рабочего органа в сочетании с рациональным распределением энергии кавитирующей струи.

На фиг. 1 представлена иллюстрация примера реализации данного способа разделения основного материала 1 и примесного компонента 2, погруженных в жидкую среду 3, с использованием патрубка 4 подачи жидкости, снабженного соплом-кавитатором 5 переменного свободного сечения, ориентированного под углом β к поверхности твердой фазы, изменяющимся в диапазоне от 0 до 90^o, а также патрубка 6 подачи газовой фазы; на фиг. 2 и 3 показаны некоторые из возможных вариантов выполнения сопла-кавитатора 5 в виде полого тела или снабженного дополнительным элементом 7, установленным с зазором к внутренней стенке сопла-кавитатора 5. В случае выполнения сопла-кавитатора 5 полым минимальный эквивалентный диаметр d^э_min равен его минимальному внутреннему диаметру d_min а при наличии дополнительного элемента 7 минимальный эквивалентный диаметр определяется с учетом минимального сечения сопла-кавитатора 5.

На фиг. 2 и 3 стрелками показано направление движения жидкости.

При всех вариантах выполнения сопла-кавитатора минимальный эквивалентный диаметр d^э_min меньше величины проекции L₀ расстояния L от внешнего среза сопла-кавитатора 5 до наружной поверхности твердой фазы 2, измеряемого по его продольной оси, пересекающейся с продольной осью патрубка 6 подачи газа в точке ее контакта с твердой фазой.

Таким образом d^э_min< L_o= L cosα, где α = 90°-β. Реализация данного способа разделения твердых фаз осуществляется следующим образом.

Жидкость под напором подается в патрубок 4 и поступает в сопло-кавитатор 5, где происходят последовательное возрастание поперечных пульсаций скорости потока и его ускорение с последующим образованием ядер кавитации и пузырьков газа, вытесняемых в пространство, ограниченное внешней кромкой сопла-кавитатора 5 и поверхностью 2 примесного компонента, погруженного в жидкую среду 3. Происходящее при этом схлопывание пузырьков вызывает эррозионное разрушение твердой фазы 2, частички которой активно выводятся при помощи патрубка 6, ось которого пересекается с осью сопла-кавитатора 5 в точке ее контакта с твердой фазой 2. Составляющие примесного компонента 2 с большим удельным весом оседают, а сравнительно легкие частицы вследствие эффекта флотации оказываются в пенном слое, который удаляется принудительно или самотеком.

Формула изобретения

Способ разделения твердых фаз, погруженных в жидкую среду, включающий автономную подачу жидкости и газа с помощью патрубков в жидкую среду, отличающийся тем, что патрубок подачи жидкости снабжен соплом-кавитатором переменного эквивалентного диаметра, а подача жидкости производится в направлении поверхности твердой фазы, при этом минимальный эквивалентный диаметр сопла-кавитатора меньше величины проекции расстояния от внешнего среза сопла-кавитатора до наружной поверхности твердой фазы, измеряемого по его продольной оси, пересекающейся с продольной осью патрубка подачи газа, в точке ее контакта с твердой фазой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3