3.2.4. Качественное описание процесса расслоения суспензий III и IV классов

Сгущению подвергаются суспензии III и IV типов. Оседание частиц в таких суспензиях происходит в стесненных условиях, и хорошо видна граница расслоения. Как ранее отмечалось, для скорости расслоения суспензии на твердую и жидкую фазы пока нет аналитических формул, поэтому последнюю определяют экспериментально.

П

Рис.3.1. Процесс сгущения пульпы в стеклянном цилиндре: I - исходное состояние, II, III, IV - промежуточное состояние, V - критическое состояние и VI - уплотнение осадка

ульпу равномерно перемешивают в цилиндре, а затем дают отстояться. По прошествии определенного времени можно заметить границу раздела между осветленной зоной и пульпой. В концентрированных суспензиях граница, как правило, бывает четкой (рис.3.1).

Выше границы осаждения находится осветленная зона А. При внимательном рассмотрении в пульпе также можно выделить и другие зоны - в первую очередь осадка из крупных частиц (зона уплотнения D), а над ней небольшую, менее уплотненную и несколько рыхлую переходную зону С. Зона В в суспензии называется зоной свободного падения. Из нее в первую очередь выпали крупные частицы, которые частично захватили и более мелкие, и образовали нижележащие зоны С и D. Поэтому концентрация частиц в зоне В значительно уменьшилась. В ряде случаев для расчета скорости осаждения частиц в зоне В можно применять закон Стокса.

В дальнейшем частицы из зоны В переходят в зоны С и D. Зона В уменьшается, а зона С вообще исчезает. Высота, при которой зоны В и С исчезнут, а останутся только зоны А и D, называется критической, а время ей соответствующее - критическим.

Дальнейшее сгущение суспензии считается целесообразным, так как уплотнение суспензии происходит очень медленно, а сам процесс скорее напоминает «выжимание губки» под действием гидростатического столба жидкости.

Процесс сгущения можно условно охарактеризовать четырьмя этапами - начальным, промежуточным, критическим и «уплотнением осадка».

Е

Рис.3.2. Кривая процесса сгущения

сли построить график, где на вертикальной оси отложить высоту осветленного слоя в мм, а на горизонтальной оси - соответствующее ей время, то получится кривая, характеризующая процесс сгущения. Высоту осветленной зоны отсчитывают от границы раздела «пульпа - газ», рис.3.2.

Через точки, нанесенные на графике, можно провести три прямые, соответствующие трем зонам в сгустителе. Первая от начала координат АВ - характеризует скорость свободного падения или скорость осветления, а соответствующая ей высота H₁ = H_кр - высоте «зоны свободного падения». Прямая ВС соответствует зоне уплотнения, или зоне сжатия, а соответствующая ей высота H₂ - высоте зоны уплотнения. Прямая DC, проведенная параллельно оси абсцисс через точку, соответствующую продолжительности осаждения (24 часа), характеризует конечное сжатие пульпы, а H₃ - высоту осадка. Точка В соответствует критическому или оптимальному сгущению.

По кривой процесса сгущения можно определить скорости осаждения твердых частиц:

а) оптимальная скорость

;

б) средняя скорость при заданной степени сгущения пульпы

.

На практике не всегда можно наблюдать указанные зоны. Важно наблюдать за изменением зоны А и замерять ее в каждый период изменения скорости осаждения твердых частиц. Резкое уменьшение скорости осаждения дает возможность определить критическую точку В.