Згущення суспензій із застосуванням акустичних хвиль стиску

Abstract

Проведений порівняльний аналіз способів інтенсифікації згущення суспензій і ущільнення осаду та встановлена можливість застосування для цього акустичних хвиль стиску. З'ясований механізм згущення тонкодисперсних суспензій та встановлено, що акустичні хвилі стиску збільшують швидкість агрегатування твердої фази, залишаючись індиферентними до процесу осадження утворених агрегатів. Створена математична модель розповсюдження акустичних хвиль стиску в суспензіях, для застосування якої встановлені їх дисипативні властивості. Використання моделі дозволило розрахувати конструктивні та технологічні параметри обладнання. Розроблена технологія збагачення каоліну із застосуванням акустичних хвиль стиску для інтенсифікації процесу згущення кислої суспензії, що підви-щує продуктивність прес-фільтрів на 8,6% завдяки підвищенню густини жив-лення. Запропонована конструкція циліндричного згущувача з акустичними випромінювачами для ущільнення осаду. Впровадження такого згущувача дозволило розробити технологічну схему збагачення вугілля Західного Донбасу, яка дозволяє знизити вологість мілкого вугільного концентрату на 0,81%, що зменшує витрати вугілля на його сушіння на 0,883 т/год.

Проведен сравнительный анализ способов интенсификации сгущения суспензий и уплотнения осадка, установлена возможность использования для этого акустических волн сжатия. Выявлен механизм сгущения тонкодисперсных суспензий, который обу-словлен последовательными процессами – агрегатирования и седиментации, причем скорость агрегатирования обратно зависит от энергии активации образования агрегатов. Получена математическая модель процесса сгущения, в которую одновременно входят коэффициенты скоростей агрегатирования и седиментации. Экспериментально установлено, что акустические волны сжатия увеличивают скорость агрегатирования частиц путем уменьшения энергии активации, оставаясь индифферентными к процессу седиментации. Таким образом, акустические волны не изменяют термодинамическое равновесие суспензии, а только способствуют более быстрому его установлению. Осадок, образованный в результате сгущения суспензии, является термодинамически неустойчивым вследствие того, что расположение частиц твердой фазы хаотично и не соответствует наиболее плотной их упаковке. Следовательно, воздействие акустических волн сжатия приводит к уплотнению осадков, что подтверждается проведенными исследованиями. Наибольшая степень уплотнения наблюдалась в случае рыхлых, обводненных осадков, полученных в результате "мостикового" механизма флокуляции, и составила более 25%. Экспериментально получены кинетические зависимости степени уплотнения осадков от параметров волн сжатия. В явном виде получено решение уравнения зависимости давления от времени на поверхности парогазовой полости, образующейся при подводном электрическом разряде, что позволило рассчитать конструктивные параметры электрогидроимпульсного генератора. Разработана математическая модель распространения акустических волн сжатия в суспензиях с учетом их диссипативных свойств. Из законов линейной акустики следует, что величина коэффициента поглощения акустических волн пропорциональна квадрату частоты. Измерения диссипативны свойств суспензий показали, что зависимость коэффициента поглощения акустических волн от частоты аппроксимируется полиномом более высокой степени. Следовательно, диссипативные свойства суспензий подчиняются законам нелинейной акустики. Применение модели распространения акустических волн позволило рассчитать конструктивные и технологические параметры сгустительного оборудования. Разработана технология обогащения каолина с применением акустических волн сжатия для безреагентной интенсификации сгущения кислой суспензии. Использование флокулянтов и коагулянтов в данном случае нецелесообразно из-за увеличения вязкости каолина, что снижает потребительские качества готовой продукции. Применение схемы позволяет увеличить производительность пресс-фильтров на 8,6% благодаря увеличению плотности пульпы, поступающей на фильтрование. Энергетически и конструктивно нерационально применение одного излучателя большой мощности для сгустителя диаметром более 10 м. Более целесообразно использование нескольких излучателей меньшей мощности. Предложена конструкция цилиндрического сгустителя с периферийным приводом П-30, на поворотной ферме которого установлены два акустических излучателя волн сжатия, работающие в противофазе. При энергии импульса 1250 Дж и периоде следования 5 с потребляемая электрогидроимпульсной установкой мощность с учетом к.п.д. не превышает 357 Вт. Применение предложенного сгустителя в разработанной технологической схеме обогащения коксующихся углей Западного Донбасса позволяет увеличить плотность суспензии мелкого угольного концентрата на 10%, которая в дальнейшем подвергается фильтрованию на ленточных вакуум-фильтрах. Увеличение плотности питания фильтров обеспечивает снижение влажности концентрата на 0,81%, что приводит к снижению затрат угля на его последующую термосушку в количестве 0,883 т/час. Технология уплотнения угольного шлама прошла опытно-промышленные испытания на ГОАО ЦОФ "Селидовская" ГХК "Селидовуголь", дала положительные результаты и рекомендована для внедрения в углеобогащении.

It was performed the comparative analysis of intensification methods under suspension thickening and sediment densification and possibility of acoustic pressure waves using for this purpose it has been installed. It was formulated the mechanism of fine disperse suspension thickening and it was discovered that acoustic pressure waves enhance velocity of solid phase aggregating remaining indifferent to process of formed aggregates sedimentation. The mathematical model of acoustic pressure waves preparation within suspension and dissipative properties for its application have been developed. Use the model allowed to calculate constructive and technological parameters of equipment. Developed kaolin dressing technology with using of acoustic pressure waves for acidic suspension thickening allows to arise productivity of press-filters by 8.6% due to increasing of feed solid content. It proposed cylinder thickener construction with acoustic radiators for sediment densification. Introduction of such thickener allowed to develop the coal preparation technological scheme for conditions of Western Donbass which decreases the moisture of fine coal concentrate by 0.81% and coal consumption for its drying by 0.883 t/h.