Глава 4. Применение центробежной силы при обезвоживании

4.1. Основные понятия

Центробежная сила развивается в гидроциклонах и центрифугах. В первом случае вращательное движение суспензии происходит за счет подачи по касательной в аппарат цилиндрической формы, а во втором - за счет вращения суспензии в роторе центрифуги.

Величина центробежной силы F зависит от радиуса:

,

где m - масса; v - линейная скорость;  - угловая скорость; n - число оборотов; R - текущий радиус.

Поэтому аналитическое описание процессов расслоения осложняется. Центробежная сила в современных аппаратах может превышать силу тяжести в сотни и тысячи раз. Отношение центробежной силы к силе тяжести называется фактором разделения:

.

Следовательно, в аппаратах, в которых развивается центробежная сила, процессы разделения ускоряются и происходят более полно.

4.2. Особенности применения гидроциклонов для обезвоживания

Наиболее простым аппаратом, в котором развивается центробежная сила, является гидроциклон. В нем отсутствуют вращающиеся детали, но при отсутствии перепада высот комплект гидроциклона должен включать центробежный песковый насос. Для сгущения применяют гидроциклоны с углом конусности 10 ÷ 15°, поэтому они получаются удлиненными по сравнению с классифицируемыми гидроциклонами. Такая форма способствует большему времени пребывания частиц суспензии в гидроциклоне и тем самым более полному сгущению.

С

Рис.4.1. Схема движения потоков в гидроциклоне: 1 – цилиндрическая часть корпуса; 2 – коническая часть корпуса; 3 – входной патрубок; 4 – песковая насадка; 5 – сливная трубка; 6 – перегородка; 7 – сливной патрубок

успензия поступает по касательной в цилиндрическую часть гидроциклона, под влиянием центробежной силы частицы отбрасываются к стенкам. У стенок движение частиц притормаживается, и они как бы стекают вниз по конусу. Предполагается, что траектория движения сползающих частиц имеет вид спирали (рис.4.1).

После достижения частицами нижнего отверстия они выгружаются. Центральная часть потока отражается в сужении конуса вверх, в результате образуется направленный вверх спиралеобразный поток, который разгружается в сливе.

Применяемые в промышленности гидроциклоны имеют К = 500 и К = 2000.

Х

Рис.4.2. Количество слива (1) и сгущенного продукта (2) в зависимости от давления

арактерный вид зависимости производительности в сливе и сгущенном продукте от давления показан на рис.4.2.

Оптимальные показатели сгущения суспензий в гидроциклоне получаются при образовании пробки твердого материала над насадкой. При определенной высоте пробки производительность по сгущенному материалу максимальна, а содержание в нем жидкости минимально (при Р = 0,7 атм, см. рис.4.2).

Часто качественно оптимальный режим сгущения определяют по характеру разгрузки твердого через нижнюю насадку. Веерообразная нагрузка наблюдается при отсутствии пробки твердого в гидроциклоне, а разгрузка в виде извивающегося шнура - при наличии пробки твердого.

Следовательно, для сгущения применяют гидроциклоны, имеющие следующие характеристики:

1. небольшой диаметр (не более 250 мм; как правило, 100 мм);

2. длинная коническая часть (угол конусности 10 ÷ 15°);

3. тип - низко-напорные, с давлением Р = 0,5 ÷ 0,7 атм;

4. режим разгрузки - извивающимся шнуром.

Расчет диаметра и производительности гидроциклонов.

Диаметр:

,

где С - концентрация твердого в исходной суспензии; р_тв и р_ж - удельная масса соответственно твердых частиц и жидкости; d_n и d_cn - диаметры пескового и сливного отверстий: d_max - диаметр наиболее крупных частиц в сливе; Н - давление пульпы на входе в гидроциклон.

Производительность:

[м³/ч], (4.1)

где d_исх и d_cл - диаметр соответственно питающего и сливного патрубков, м.