3.2.2. Способы выражения и расчета концентрации твердого в пульпе

Перед тем как приступить к описанию картины осаждения твердого материала из суспензии в сгустителе, рассмотрим основные методы определения и расчета концентрации твердого в суспензии.

На практике для определения содержания твердого в суспензии, а также отношения Т:Ж отбирают мерной кружкой определенный объем пульпы и взвешивают его. Зная вес и объем пульпы, составляют два балансных уравнения и из них рассчитывают все необходимые величины:

P_n = P_тв + P_ж, (3.8)

. (3.9)

Согласно уравнению (3.8) вес пульпы (P_n) равен сумме весов твердого (P_тв) и жидкого (P_ж), а уравнение (3.9) отражает баланс объемов: объем пульпы (V_n) равен сумме объемов твердого (V_тв) и жидкого (воды) (V_ж). Объемы V_тв и V_ж далее выражают через массу и удельную массу твердого (_тв) и жидкого (_ж).

Решение системы уравнений относительно массы твердого имеет вид:

обычно V_n =1000 см³, _ж =1 г/см³;

а для веса воды:

,

отсюда Т:Ж равно:

l = (Т:Ж) = ,

а R = Ж:Т выразится обратным соотношением.

Учитывая, что

и ,

найдем их значения:

,

.

Зная вес твердого и объем жидкости, легко найти концентрацию:

[г/см³].

Для соблюдения соответствия в размерности между объемом и удельной массой, объем необходимо в формулах подставлять в (см³), удельную массу в (г/см³), вес в (г), а концентрацию в (г/см³).

Переход от концентрации с к отношению Ж:Т осуществляется по выражению:

.

Если концентрация выражена в процентах, то разжижение рассчитывают обычно как

,

где b - процент твердого в суспензии или пульпе.

3.2.3. Исследование скорости расслоения суспензий I-го и II-го классов методом длинной трубки

Все суспензии I-го класса и многие суспензии II-го класса при отстаивании не дают четкой границы раздела твердое-жидкость. Расслоение таких суспензий анализируют по зависимости изменения концентрации твердого в сливе от времени осаждения.

Для определения потерь твердого со сливом проводятся опыты в стеклянной трубке диаметром 25 ÷ 30 мм с рабочей длиной 1,8 м (для ускорения работы лучше иметь несколько таких трубок). Каждый конец трубки плотно закрывается пробкой, и трубка устанавливается вертикально. В трубку до отметки 1,8 м заливается суспензия. Через определенный промежуток времени (например, после 15 минут отстаивания суспензии) сифоном отбирается столб слива высотой 0,3 м, а после этого до первоначальной отметки доливается свежая суспензия. С принятым интервалом вся операция неоднократно повторяется в течение первого часа.

В течение второго часа операция производится с интервалом, например, в 30 минут. Последующие опыты можно проводить с интервалом в один и несколько часов.

Отсифоненные сливы фильтруют, осадок высушивают и определяют вес сухого материала. По результатам опытов определяют потери твердого со сливом при разной площади сгущения.

Пример расчетов приведен в табл.3.3.

Таблица 3.3

Результаты сгущения суспензии (внутренний диаметр трубки 25 мм, отношение Ж:Т в исходном 3,5:1). Отбиралось 0,30 м или объем 0,147 л = .

Интервал времени между сливами, t, ч	Отобранный слив		Скорость удаления слива =Vу.сл`, м/ч	Удельная производи-тельность по сливу q, м3/м2∙сутки	Содержание твердого в сливе C, кг/м3	Количество слива с 1 т твердого Q, м3/т	Потери со сливом cQ, %	Удельная нагрузка qн, т/м2∙сутки	Удельная площадь сгущения f, м2/сутки∙1т
	Вес твердо-го Ртв, г	Объем пробы Vп, л
0,5	2,30	0,299	0,6	14,4	7,82	2,5	1,95	5,76	0,17
1	0,60	0,147	0,3	7,2	4,08	2,5	1,02	2,88	0,35
2	0,27	0,147	0,15	3,6	1,84	2,5	0,46	1,44	0,70
3	0,18	0,147	0,10	2,4	1,22	2,5	0,31	0,96	1,05
4	0,14	0,147	0,175	1,8	0,95	2,5	0,24	0,72	1,40
-	-	-	-	, F - площадь сечения трубки			Потери

Предварительные опыты показали, что содержание твердого в сгущенном продукте может превышать 50%, поэтому отношение Ж:Т в разгрузке сгустителя принято равным I : I_n (цель расчета - найти зависимость количества потерь от нагрузки).

Скорость удаления слива определена делением высоты столба слива 0,3 м на интервал времени.

Удельная производительность по сливу q соответствует скорости удаления слива, умноженной на 24 - число часов в сутках.

Содержание твердого в сливе подсчитано по весу твердого в отобранном сливе. При диаметре трубки 25 мм объем отбираемого за один раз слива составлял 0,147 л. В первом опыте интервал времени равнялся 0,5 ч, следовательно, 2,3 грамма твердого были отобраны за 2 раза, которые содержались в 0,294 л. Это соответствует 7,82 кг/м³. В остальных случаях сливы были отсифонены за один раз.

Количество слива, получаемого с 1 т твердого, определяется по разности значений Ж:Т в исходном R_n и сгущенном R_к продуктах. Потери со сливом подсчитаны по содержанию твердого в сливе и количеству слива с 1 т твердого.

Удельная нагрузка определена делением удельной производительности по сливу на количество слива с 1 т твердого. Удельная площадь сгущения является обратной величиной нагрузки.

При удельной нагрузке 0,7 т/м² сутки (табл.3.2) потери со сливом составляют около 0,25%. Однако, учитывая разницу в условиях осаждения (выпадение из средних и нижних слоев отобранного из трубки слива частиц, которые в условиях непрерывного сгущения попадут в слив), следует ожидать, что потери в промышленном сгустителе при такой нагрузке будут в 2 ÷ 3 раза больше.