3.3. 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·d²/4

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)].