Способ разделения суспензий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к разделению тонкодисперсных суспензий и может быть использовано при добыче полезных ископаемых, регенерации буровых растворов, химической, пищевой и других областях промышленности. Сущность изобретения: разделение суспензии производят под постоянным давлением и при возбуждении низкочастотных колебаний в зоне разделения. Подачу суспензии осуществляют движущимся сверху вниз потоком. Разделение суспензии производят на двух фильтровальных поверхностях. Возбуждение низкочастотных колебаний производят синфазно с двух сторон, перпендикулярно периферийным слоям потока суспензии. Разделение суспензии производят в плоском вертикальном потоке или в симметрично расширяющемся вниз под углом от 0 до 120^o потоке. После разделения суспензии на фильтровальных поверхностях пески подвергают перечистке в расширяющейся камере гравитационного осаждения. Устройство для разделения суспензии состоит из приспособления для подачи суспензии, удаления фильтрата и песков, включает разделенный на камеры корпус, размещенные в корпусе фильтровальная поверхность и поршни для возбуждения низкочастотных колебаний. Фильтровальная поверхность устройства выполнена из двух элементов, каждый из которых установлен в паре с поршнем и параллельно ему. Фильтровальные поверхности каждой пары обращены друг к другу. Устройство снабжено камерой гравитационного осаждения с осадительными пластинами и переливным приспособлением с регулируемым по высоте расположения патрубком, а приспособление для подачи суспензии, камеры разделения и осаждения расположены одна под другой с возможностью создания прямоточного направленного сверху вниз потока суспензии. Приспособление для подачи суспензии выполнено с возможностью подачи суспензии между парами фильтровальных поверхностей и поршней. Поршни для регенерации фильтровальных поверхностей выполнены с коническими отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Технический результат - повышение производительности и качества продуктов разделения. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к разделению тонкодисперсных суспензий и может быть использовано при добыче и обогащении полезных ископаемых, регенерации буровых растворов, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ разделения тонкодисперсных суспензий, включающий подачу суспензии под постоянным давлением в зону разделения, воздействие на суспензию низкочастотными колебаниями, которые производят на собственной частоте колебательной системы. Суспензия в камере находится под действием центробежных сил [1].

Недостатком данного способа является то, что разделение суспензии производится неэффективно, так как амплитудно-частотный диапазон возбуждения колебаний ограничен собственной частотой, что не всегда согласуется с гидродинамикой процесса.

Наиболее близким к заявленному способу является способ разделения тонкодисперсных суспензий, включающий подачу суспензии под постоянным давлением в зону разделения, воздействие на суспензию низкочастотными колебаниями, разделение суспензии на фильтровальной поверхности, расположенной в зоне разделения, вывод фильтра и песков [2].

Недостатком этого способа является невысокая удельная производительность процесса, а также низкое качество продуктов разделения.

Известно устройство для разделения тонкодисперсных суспензий, включающее приспособления для подачи суспензии, удаления фильтра и песков, разделенный на камеры корпус, размещенные в корпусе фильтровальные поверхности и поршни для возбуждения низкочастотных колебаний [1].

Недостатком данного устройства является низкая удельная производительность и неэффективность процесса разделения, из-за накапливания осадка твердых частиц на фильтровальной поверхности и в объеме камеры разделения.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для разделения тонкодисперсных суспензий, включающее приспособления для подачи суспензии, удаления фильтрата и песков, разделенный на камеры корпус, размещенные в корпусе фильтровальная поверхность и поршни для возбуждения низкочастотных колебаний. Один из поршней имеет конические отверстия для регенерации фильтровальной поверхности [2].

Недостатком известного устройства является неполная регенерация фильтровальных поверхностей и соответственно низкая удельная производительность, а также ограниченные возможности применения устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности разделения суспензий. Техническим результатом является повышение производительности и качества продуктов разделения за счет создания оптимальных гидродинамических и технологических условий для разделения суспензий.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем подачу суспензии под постоянным давлением в зону разделения, воздействие на суспензию низкочастотными колебаниями, разделение суспензии на фильтровальной поверхности, расположенной в зоне разделения, вывод фильтрата и песков, подачу суспензии осуществляют движущимся сверху вниз потоком, разделение суспензии производят на двух фильтровальных поверхностях, при этом возбуждение низкочастотных колебаний производят синфазно с двух сторон, перпендикулярно периферийным слоям потока суспензии.

Разделение суспензии производят в плоском вертикальном потоке.

Разделение суспензии производят в симметрично расширяющемся вниз под углом от 0 до 120^o потоке.

После разделения суспензии пески подвергаются перечистке в расширяющейся камере гравитационного осаждения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения тонкодисперсных суспензий, включающем приспособления для подачи суспензии, удаления фильтрата и песков, разделенный на камеры корпус, размещенные в корпусе фильтровальная поверхность и поршни для возбуждения низкочастотных колебаний, фильтровальная поверхность выполнена из двух элементов, каждый из которых установлен в паре с поршнем и параллельно ему, фильтровальные поверхности каждой пары обращены друг к другу, при этом устройство снабжено камерой гравитационного осаждения с осадительными пластинами и переливным приспособлением с регулируемым по высоте расположения патрубком, а приспособление для подачи суспензии, камеры разделения и осаждения расположены одна под другой с возможностью создания прямоточного направленного сверху вниз потока.

Приспособление для подачи суспензии выполнено с возможностью подачи суспензии между парами фильтровальных поверхностей и поршней.

Для регенерации фильтровальных поверхностей поршни выполнены с коническими отверстиями, расположенными в шахматном порядке.

Совокупность признаков, характеризующая изобретение, включает все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения технического результата.

Выполнение фильтровальных поверхностей из двух элементов, каждый из которых установлен в паре с поршнем и параллельно ему, и обращение фильтровальных поверхностей каждой пары друг к другу позволяет создать синфазные колебания с двух противоположных сторон потока суспензии, перпендикулярно периферийным слоям потока, что повышает эффективность регенерации фильтровальных поверхностей.

Наличие камеры гравитационного осаждения с осадительными пластинами и переливным приспособлением с регулируемым по высоте расположения патрубком и расположение приспособления для подачи суспензии, камеры разделения и камеры осаждения одна под другой, позволяют создать направленный сверху вниз поток, что организует свободную седиментацию твердых частиц в пространстве и времени, т. е. седиментацию частиц по высоте и объему потока с начала до конца времени обработки, а также увеличить концентрацию частиц в потоке сверху вниз, сегрегацию твердых частиц и увеличить скорость осаждения.

Разделение суспензии в симметрично расширяющемся вниз под углом от 0 до 120^o потоке и наложение синфазных колебаний на поток перпендикулярно периферийным слоям позволяет управлять траекторией движения твердых частиц и реологическими свойствами суспензии, что ведет к оттеснению твердых частиц в середину и вниз потока, и при уменьшении вязкости суспензии, как следствие, к увеличению скорости седиментации. При этом векторный путь твердых частиц минимальный.

Снабжение камерой гравитационного осаждения с осадительными пластинами и переливным приспособлением с регулируемым по высоте расположения патрубком позволяет значительно увеличить в нижней части сечение потока, что приводит к уменьшению скорости потока при виртуально малых колебаниях, за счет чего происходит сегрегация твердых частиц, интенсивное их осаждение и уплотнение осадка.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - разрез по А-А при вертикальном расположении пар фильтрованных поверхностей и поршней; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг.1 при расположении пар фильтрованных поверхностей и поршней под углом.

Способ осуществляется в устройстве, включающем корпус 1, разделенный на камеру питания 2, камеру разделения 3, камеру гравитационного осаждения 4 и две камеры фильтрата 5, 6. Камеры фильтрата устроены идентично и содержат пары, состоящие из фильтровальных поверхностей 7, 8, обращенных друг к другу, и параллельных им поршней 9, 10 для возбуждения низкочастотных колебаний, жестко связанных между собой. Для подачи суспензии служит приспособление 11, для удаления фильтрата - приспособления 12, 13, для удаления песков - шнек 14. Поршни 9, 10 выполнены из перфорированных дисков, соединенных тягами 15, 16 через коромысло 17 с вибровозбудителем 18, и имеют конические отверстия перфорации. Камера гравитационного осаждения 4 снабжена переливным приспособлением 19 с регулируемым по высоте расположения патрубком 20. Камера гравитационного осаждения имеет систему осадительных пластин 21.

Способ осуществляется следующим образом.

После запуска вибровозбудителя 18, приводящего в синфазные колебания поршни 9,10 и включения шнека 14, через приспособление для подачи суспензии 11, в питающую камеру 2 подают исходную суспензию, которая заполняет все камеры до уровня высоты патрубка 20. На суспензию в камере разделения 3 воздействуют синфазно низкочастотные колебания поршней 9, 10. Воздействие осуществляется с двух противоположных сторон, перпендикулярно периферийным слоям потока суспензии. Суспензия разделяется на фильтровальных поверхностях 7, 8 на фильтрат: жидкую фазу с частью твердых частиц, размеры которых меньше размеров ячеек фильтровальных поверхностей 7, 8, и пески. Фильтрат поступает в камеры фильтрата 5, 6. Пески накапливаются в объеме камеры разделения 3 и в виде осадка на фильтровальных поверхностях 7, 8. За счет колебания системы поршней 9, 10 происходит регенерация поверхностей 7, 8, разрушение осадка на них, оттеснение твердых частиц к середине камеры и транспортировка твердых частиц потоком вниз в расширяющуюся камеру гравитационного осаждения 4, где при малых скоростях течения пески подвергаются перечистке. Проходя через осадительные пластины 21, твердые частицы седиментируют и образуют осадок на коническом днище камеры 4. Далее осадок под действием малых колебаний за счет трансформации колебаний поршней 9, 10 уплотняется и удаляется шнеком 14. Небольшая часть суспензии (10-15%), прошедшая через осадительные пластины 21, выводится в виде фильтрата через патрубок 20 переливного приспособления 19.

Эффективность процесса разделения тонкодисперсных суспензий зависит от многих параметров - гидродинамических приемов и операций, их последовательности и взаимосвязи.

Только предложенная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата и решение задачи разделения тонкодисперсных суспензий.

Разделение суспензии происходит в потоке при его течении сверху вниз, под небольшим гидростатическим давлением 0,1- 0,5 ати, которое определяется высотой патрубка 20 переливного приспособления 19. Течение прямоточное, последовательное по всем камерам, начиная с камеры питания 2, далее камеры разделения 3, и завершается камерой осаждения 4. Это обеспечивает оптимальную траекторию седиментации твердых частиц по всей высоте и объему потока с начала и до конца процесса разделения при постоянном увеличении концентрации твердых частиц к нижней части потока, их сегрегации и увеличении скорости седиментации. Взаимное расположение фильтровальных поверхностей 7, 8 и поршней 9, 10 обеспечивает высокую эффективность возбуждения колебаний в рабочей зоне за счет малой присоединенной массы жидкости и противофазности воздействия на фильтровальные поверхности 7, 8, когда в одном цикле поршень, например 9, создает давление между собой и фильтровальной поверхностью 7, поршень 10 создает разрежение между собой и фильтровальной поверхностью 8, в другом цикле наоборот. Интенсивность колебаний со стороны поршня перед любой перегородкой выше, чем за перегородкой. Система из двух попарно противостоящих фильтровальных поверхностей 7, 8 и поршней 9, 10 это значительно нивелирует. Вследствие этого повышается интенсивность колебаний суспензии в этой зоне, при этом колебания воздействуют на реологические свойства суспензии, уменьшая ее вязкость до 30%. Все это способствует полной регенерации фильтровальных поверхностей и увеличивает эффективность разделения суспензии на фильтровальных поверхностях и в объеме потока.

Воздействием низкочастотных синфазных колебаний под некоторым углом вниз к течению потока дополнительно разрушают осадок на фильтровальных поверхностях, и интенсивно оттесняют твердые частицы из зоны больших значений колебательных скоростей в зону малых колебаний, т.е. в середину и вниз потока, что ускоряет их седиментацию и транспортировку в камеру гравитационного осаждения. В камере гравитационного осаждения при малых ламинарных скоростях течения суспензии происходит интенсивная сегрегация и осаждение твердых частиц, которые выпадают в осадок и уплотняются под действием малых затухающих колебаний.

Формула изобретения

1. Способ разделения суспензий, включающий подачу суспензии под постоянным давлением в зоне разделения, воздействие на суспензию низкочастотными колебаниями, разделение суспензии на фильтровальной поверхности, расположенной в зоне разделения, вывод фильтрата и песков, отличающийся тем, что подачу суспензии осуществляют движущимся сверху вниз потоком, разделение суспензии производят на двух фильтровальных поверхностях, при этом возбуждение низкочастотных колебаний производят синфазно с двух сторон, перпендикулярно периферийным слоям потока суспензии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение суспензии производят в плоском вертикальном потоке.

3. Способ по п.1. отличающийся тем, что разделение суспензии производят в симметрично расширяющемся вниз под углом 0 - 120^o потоке.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что после разделения суспензии на фильтровальных поверхностях пески подвергают перечистке в расширяющейся камере гравитационного осаждения.

5. Устройство для разделения суспензий, включающее приспособление для подачи суспензии, удаления фильтрата и песков, разделенный на камеры корпус, размещенные в корпусе фильтровальную поверхность и поршни для возбуждения низкочастотных колебаний, отличающееся тем, что фильтровальная поверхность выполнена из двух элементов, каждый из которых установлен в паре с поршнем и параллельно ему, фильтровальные поверхности каждой пары обращены друг к другу, при этом устройство снабжено камерой гравитационного осаждения с осадительными пластинами и переливным приспособлением с регулируемым по высоте расположения патрубком, а приспособление для подачи суспензии, камеры разделения и осаждения расположены одна под другой с возможностью создания прямоточного направленного сверху вниз потока суспензии.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приспособление для подачи суспензии выполнено с возможностью подачи суспензии между парами фильтровальных поверхностей и поршней.

7. Устройство по любому из пп.5 - 6, отличающееся тем, что для регенерации фильтровальных поверхностей поршни выполнены с коническими отверстиями, расположенными в шахматном порядке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3