Определение удельной поверхности сгущения

Для определения удельной площади сгущения необходимо знать скорость осаждения частиц.

Конечная скорость осаждения частиц определяется по формуле Стокса для d < 0,15мм (3.1):

, (3.1)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; d – крупность частиц, м; δ и ∆ – плотность твердой и жидкой фаз; μ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с.

Однако в сгустителе помимо укрупнения и оседания наблюдается стесненное падение частиц. Скорость осаждения частиц в стесненных условиях определяют по формуле (3.2):

, (3.2)

где θ – коэффициент пористости, определяемый из выражения

где δ₀ – насыпная плотность материала, кг/м³; δ_ср – средневзвешенная плотность частиц, кг/м³.

Расчет скорости осаждения частиц в стесненных условиях по формуле (3.2) приводит к значительному отклонения от действительной скорости в виду сложности процесса сгущения. Поэтому конечную скорость осаждения определяют по результатам лабораторных опытов.

При определении удельной поверхности сгущения для различного типа концентратов используют различные разбавление от 1:3 до 1:10 (твердого к жидкому).

Исследования проводят в цилиндрической емкости объемом 0,5-1 литр до полного осветления предварительно перемешав суспензию (рис. 3.4, а).

Скорость осаждения определяют экспериментально, при этом имеются допущения.

1.Разделение идет до четкой границы жидкого и твердого.

2.Слив идеально чистый и не содержит твердых частиц.

3.Скорость оседания частиц равна скорости расслоения пульпы.

Ход осаждения твердых частиц можно проследить в цилиндрах. Через некоторое время в сосуде наблюдается отдельно выраженные зоны (рис. 3.4, б): зона I – осветленной воды; зона II – свободного осаждения частиц; зона III – стесненного осаждения; зона IV – уплотнение осадка. По мере осаждения граница зоны уплотнения осадка поднимается за счет новых осевших частиц зоны II (рис. 3.4, в), которая постепенно исчезает (рис. 3.4, г). Зона уплотнения увеличивается, и в цилиндре остаются только две зоны – осветленной воды и осадка (рис. 3.4, д), который продолжает медленно уплотняется (рис. 3.4, е).

Рис. 3.4 Ход процесса осаждения

Скорость расслоения пульпы для исследуемых разбавлений определяют по формуле (3.3):

(3.3)

где V – скорость расслоения пульпы, м/ч; h – высота слоя осветлённой жидкости, м; τ – время отстаивания, ч.

Плотность обезвоженного осадка характеризуют содержанием твёрдого и определяют (3.4):

(3.4)

где β _т – содержание твёрдого в осадке, %; R _ос – отношение жидкого к твёрдому (ж: т) в осадке находят (3.5):

(3.5)

где m _в – масса воды в осадке, г; m _т – масса исходной навески, г.

Осадок после сгущения содержит твёрдое и воду.

Объём осадка вычисляют по формуле (3.6):

V _ос= S ∙ h _ос, см³ (3.6)

где S – площадь сечения цилиндра; см²; h _ос – высота осадка, см.

V _ос = V _т + V _в;

V _т = m _т/ δ;

V _в = V _ос – V _т;

V _в = m _в;

S = π·d ²/4

где δ – плотность исходного материала, г/см³; V _в – объём воды в осадке, см³; V _т – объём твёрдого в осадке, см³.

Удельную площадь сгущения определяют по формуле (3.7):

, (3.7)

где R _и и R _к – разжижение в исходном и в конечном (сгущенном) продукте; К – коэффициент использования площади сгустителя (К = 0,6÷0,8); ν – скорость осаждения.

Удельная площадь сгущения (осаждения) – это площадь, необходимая для осаждения единицы массы твердого в единицу времени, м²·ч/т, [5-50 м²·ч/т].

Удельная производительность сгустителя – это масса твердого, приходящаяся на единицу площади сгущения в единицу времени, т/(м²∙ч),[0,04-1 т/(м²∙ч)].

Контрольные вопросы

1.Объясните физическую сущность процесса сгущения.

2.Какие факторы влияют на скорость осаждения частиц?

3.Классификация суспензий.

4.Свойства суспензий.

5.Структура двойного электрического слоя.

6.Влияние энергетического барьера при укрупнении частиц.

7.Как экспериментально определить среднюю скорость осаждения твердой фазы?

8.Объясните физическую сущность разжижения пульпы.

9.Как определяют удельную площадь сгущения?

10.Что называется удельной площадью сгущения и удельной нагрузкой?