Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Дослідження процесу гідравлічної класифікації





тонкоподрібненого матеріалу в гідроциклоні

Вступ

Гідроциклони застосовуються для класифікації за крупністю і знешламлювання дрібних і тонких продуктів. Вони використовуються також для згущення пульпи і збагачення.

В промисловості використовуються гідроциклони діаметром від 250 до 1400 мм. На збагачувальних фабриках використовують головним чином циліндроконічні гідроциклони малих типорозмірів з кутом конусності 10о і великих типорозмірів з кутом конусності 20о. Гідроциклони малих діаметрів працюють з відносно високим тиском, великих діаметрів – з низьким тиском. Залежно від призначення гідроциклони мають різний кут при вершині конічної частини корпуса (кут конусності): згущувальні – 10º; класифікаційні – 20º; важкосередовищні – 40 – 60º; збагачувальні (короткоконусні) – понад 90º.

Класифікаційний гідроциклон являє собою циліндроконічний апарат (рис. 5.1). Живлення під тиском подається у верхню частину циліндра за допомогою тангенціально розташованої живильної насадки 3. Злив вивантажується через зливний патрубок 4 у циліндричній частині 1 гідроциклона, а піски – через піскову насадку 5, розташовану в конічній частині 2.

 
 
 
 
 
 
 
 
Живлення
Живлення
Піски
Злив
А-А

 

                   
   
   
 
 
   
     
Рис. 5.1 – Гідроциклон. 1 – циліндрична частина; 2 – конічна частина; 3 – живильний патрубок; 4 – зливний патрубок; 5 – піскова насадка.
 

 

 


У результаті тангенціального введення вихідної пульпи в гідроциклон вона набуває інтенсивного обертального руху з частотою, що досягає декількох тисяч обертів на хвилину. У таких умовах всередині гідроциклона виникає відцентрова сила, що значно переважає силу ваги. При вихровому русі пульпи в гідроциклоні утворюються два обертових потоки – зовнішній, що переміщається уздовж стінок конуса вниз до піскової насадки 5, і внутрішній циліндричний, спрямований угору уздовж осі до зливного патрубка 4. Поблизу геометричної осі апарата відцентрова сила стає настільки великою, що відбувається розрив суцільності потоку і утворення повітряного стовпа діаметром до 0,7 від діаметра зливного патрубка.

Швидкість руху частинки в гідроциклоні можна описати як векторну суму тангенціальної Vt, радіальної Vr і осьової Vx складових. Тангенціальна швидкість пульпи збільшується зі зменшенням відстані від осі, тому в гідроциклоні спостерігається різке зростання відцентрової сили від стінок до осі. Осьова швидкість частинки в зовнішньому потоці спрямована вниз, а у внутрішньому – вгору. Положення частинки по радіусу гідроциклона визна­чає, куди вона буде винесена вертикальним потоком – у злив чи у піски. Відносно рідкої фази пульпи частинки рухаються одночасно в осьовому і радіальному напрямках відповідно до діючих на них сил, головними з яких є відцентрова і сила опору середовища. Незважаючи на те, що рух пульпи в гідроциклоні носить турбулентний характер, обтікання більшості частинок має ламінарний характер, тому що відносні швидкості обтікання невеликі. Диференціальне рівняння руху частинки в радіальному напрямку має вигляд:

 

, (5.1)

 

звідки радіальна швидкість переміщення частинки в рівноважному стані:

 

. (5.2)

 

де Vr і Vt – радіальна і тангенціальна швидкості, м/с; d – діаметр частинки, м; δ і Δ – густини частинки і середовища, кг/м3; μ – в’язкість середовища, Па·с; r – радіус обертання частинки, м.

Таким чином, з рівняння (4.2) видно, що крупність є основним розділовим параметром (інші параметри практично однакові).

На показники роботи гідроциклонів впливають конструктивні і технологічні фактори. До конструктивних факторів належать: форма і геометричні розміри гідроциклона, піскової насадки, живильного і зливного патрубків, спосіб установки гідроциклона; до технологічних факторів – тиск на вході і властивості оброблюваної пульпи (вміст твердого, його гранулометричний і речовинний склади). Зупинимося на цих факторах більш докладно.

Конструктивні фактори:

діаметр D (м)гідроциклона визначає його продуктивність по твердому:

 

Q = 200 D 2, т/год, (5.3)

 

Вибираючи гідроциклон, варто прагнути до установки мінімального числа апаратів, що забезпечують необхідну крупність частинок зливу. Зі збільшенням діаметра гідроциклона збільшується крупність зливу, тому тонкі зливи одержують в апаратах малих розмірів;

розмір і форма живильного патрубка dЖ мало впливають на якісні показники роботи гідроциклона, у той же час продуктивність гідроциклона прямо пропорційна розміру живильного патрубка. Форма отвору живильного патрубка звичайно виконується прямокутною (щілинною), еквівалентний діаметр живильного патрубка приймається в межах:

 

dЖ = (0,08 – 0,25) D, м; (5.4)

 

діаметр зливного патрубка dЗЛ впливає на всі показники роботи гідроциклона. Збільшення діаметра зливного патрубка викликає пропорційне збільшення продуктивності і приводить до одержання більш грубих зливів у зв'язку зі скороченням часу перебування матеріалу в апараті. Діаметр зливного патрубка приймається залежно від діаметра гідроциклона і на 20 – 25 % більше діаметра піскової насадки:

dЗЛ = (0,2 – 0,4) D, м; (5.5)

dЗЛ = (1,20 – 1,25) dП, м; (5.6)

діаметр піскової насадки dП практично не впливає на продуктивність, однак впливає на якісні показники роботи гідроциклона. Зі зменшенням розміру піскової насадки збільшується вихід зливу і його крупність, збільшується вміст твердого в пісках і зменшується їхній вихід. Розмір піскової насадки вибирають залежно від діаметра гідроциклона і діаметра зливного патрубка:

dП = (0,03 – 0,20) D, м; (5.7)

 

dП = (0,15 – 0,80) dЗЛ, м. (5.8)

 

Обраний гідроциклон повинен бути перевірений на продуктивність по пісках QП. Питома продуктивність гідроциклона по пісках qП, що проходять через піскову насадку обраного розміру dП складає:

qП = QП / (0,785n dП 2 ), т/год•м2, (5.9)

де QП – продуктивність гідроциклонів по пісках, т/год; n –число обраних в операції гідроциклонів.

Нормована питома продуктивність вибраного гідроциклона повинна складати 5•103 – 2,5•104 т/год•м2. Якщо питома продуктивність не входить у зазначений інтервал, треба прийняти інший розмір насадки і перевірити номінальну крупність зливу при новому діаметрі насадки dП;

розвантажувальне відношення dП / dЗЛ, тобто відношення діаметра піскової насадки до діаметра зливного патрубка є основним чинником, що визначає показники роботи гідроциклона. Зі збільшенням розвантажувального відношення збільшується вихід пісків, знижується їх крупність і вміст твердого, відповідно до цього змінюється характеристика зливу. Ефективність класифікації досягає максимуму при оптимальному розвантажувальному відношенні, що складає 0,3 – 0,5. Якщо зміна розвантажувального відношення виробляється за рахунок зміни діаметра піскової насадки, то при постійному тиску на вході продуктивність гідроциклона змінюється мало, якщо ж за рахунок діаметра зливного патрубка, то продуктивність змінюється прямо пропорційно цьому діаметру;

кут конусності α визначає об’єм гідроциклона і час перебування в ньому матеріалу. Зі збільшенням кута конусності збільшується крупність класифікації, зменшуються вихід пісків і об'ємна продуктивність:

 

Q0 = 3ּ104 kα k dЖ dЗЛ р00,5, м3/год, (5.10)

де р0 тиск пульпи на вході в гідроциклон, МПа; kα поправка на кут конусності α гідроциклона (при α = 10о kα =1,15; при α = 20о kα =1,0); k – поправка на діаметр гідроциклона, що визначаються за формулою:

k = 0,8 + 1,2 / (1 + 10 D); (5.11)

спосіб установки гідроциклона залежить від його розміру і тиску на вході. На роботу гідроциклонів великих розмірів при невеликих тисках на вході може істотно впливати гравітаційне поле. У цьому випадку рекомендується встановлювати гідроциклони в похилому або горизонтальному положенні. У похилому положенні встановлюють також важкосередовищні гідроциклони.

 

Технологічні фактори:

тиск р0 на вході в гідроциклон для одержання задовільних результатів розділення повинен бути постійним і досить високим. При заданій об'ємній продуктивності тиск на вході в гідроциклон визначається головним чином розмірами зливного dЗЛ і живильного dЖ отворів. Підвищення тиску сприяє зменшенню граничної крупності розділення і одержанню більш дрібних зливів. При одержанні грубих зливів допускається робота гідроциклона з тисками 0,05 МПа, при одержанні тонких зливів – не менше 0,2 МПа;

вміст твердого у вихідній пульпі β впливає на крупність і розрідженість продуктів розділення. Одержання тонких зливів можливе лише при досить низьких вмістах твердого у вихідній пульпі. У протилежному випадку крупність зливу зростає внаслідок збільшення в'язкості і густини пульпи в гідроциклоні. Крім того, підвищення вмісту твердого в пульпі спричиняє збільшення навантаження на піскову насадку, яка може не забезпечити вивантаження пісків, що приведе до порушення процесу розділення;

гранулометричний склад вихідного матеріалу впливає на якісні показники процесу розділення. При розділенні грубозернистих шламів злив більш крупний, а піски більш густі, ніж при роботі за тих же умов, але на більш дріб­них матеріалах. Результати класифікації погіршуються при збільшенні вмісту у вихідному матеріалі класів, близьких до граничної крупності розділення.

При виборі гідроциклона його типорозмір визначають, виходячи з необхідної продуктивності по живленню, з урахуванням крупності одержу­ваного зливу. Номінальна крупність частинок зливу dН гідроциклону може бути визначена за формулою:

, мкм, (5.12)

де – діаметри гідроциклона, зливної і піскової насадок, м; – вміст твердого в живленні гідроциклона, %; - поправочний коефіцієнт на діаметр гідроциклона; – об’ємна густина твердої фази, т/м3; – тиск на вході в гідроциклон, МПа.

Гідроциклони в порівнянні з механічними класифікаторами більше витрачають електроенергії, не можуть класифікувати більш крупний матеріал, мають менш тривалі міжремонтні періоди. Основні їхні переваги – низька вартість, більші питома продуктивність і ефективність, малі габаритні розміри. З цієї причини перевагу при виборі класифікаційного апарата віддають гідроциклонам.

 

Мета роботи вивчення конструктивних і технологічних параметрів роботи гідроциклону та освоєння методів оптимізації його роботи.

 

Апаратура, пристосування, матеріали

– лабораторна гідроциклонна установка з набором насадок (рис. 5.2);

– механічний струшувач з ситом 0,5 мм;

– ємності для відбору проб;

– секундомір;

– вугілля крупністю 0 – 1 мм.

 

Методика виконання роботи

Робота виконується при концентраціях твердого у пульпі 10, 15, 20, 25 %. У ході роботи використовуються піскові насадки діаметром 6, 8, 10 і 12 мм.

Перед початком роботи виконується розрахунок:

– маси твердої фази (вугілля), необхідної для приготування потрібного об’єму пульпи заданої концентрації:

 

, кг, (5.13)

де Wн – необхідний об’єм пульпи, м3; с – задана концентрація твердого, част. од.; δ – густина твердого (1450 кг/м3).

– об’єму води у пульпі заданої концентрації:

 

, м3. (5.14)

 

Після розрахунку кількісних показників пульпи з концентрацією твердої фази 10 %. Пробу вугілля крупністю 0 – 1 мм старанно перемішують і відбирають навіску розрахованої маси. Навіску розсіюють на ситі 0,5 мм і результати розсіву заносять в табл. 5.1 (в строку «Вихідний»).

 

Таблиця 5.1 – Результати класифікації вугільної пульпи

 

Умови експерименту Результати експерименту
с, % dп, мм Рвх , Па dп / dзл Продукт кл-ції Характеристика пульпи Характеристика твердого Е, част.од.
М, кг W, м3 δ, кг/м3 β, % Вихід класів, % Вихід прод, % dср, мм
+0,5 -0,5 разом
        Вихідн. Піски Злив             100,0      
        Вихідн. Піски Злив             100,0      
        Вихідн. Піски Злив             100,0      
        Вихідн. Піски Злив             100,0      
        Вихідн. Піски Злив             100,0      

 

На гідроциклоні (рис. 5.1) встановлюється піскова насадка діаметром 6 мм. В зумпф установки заливається розрахована кількість води, включається привод мішалки, в зумпф засипається навіска розрахованої маси і включається привід насоса, що подає пульпу у гідроциклон. Протягом 1 – 2 хв. продукти розділення (злив і піски) направляють у зумпф насоса з метою усереднення пульпи і стабілізації процесу класифікації. По закінченні вказаного терміну продукти розділення направляють у збірники при цьому тривалість їхнього наповнення фіксується секундоміром (2 – 3 с). Зафіксувати тиск на вході в гідроциклон Рвх і по закінченні процесу відбору проб продуктів класифікації виключити приводи мішалки і насоса.

 

 
 

 

 


За результатами експерименту визначити масу і об’єм продуктів класифікації. Піски гідроциклону фільтрують, висушують, розсівають на ситі 0,5 мм і визначають виходи класів крупності.

Вміст твердого у пульпі:

 

, %, (5.15)

 

де β – вміст твердого у продукті класифікації, %; δ – густина твердого, кг/м3; М – маса продукту, кг; W - об’єм продукту, м3.

 

Ефективність процесу класифікації за розрахунковою крупністю 0,5 мм:

 

, част.од., (5.16)

 

де α, β, – вміст розрахункового класу – 0,5 мм у вихідному, зливі і пісках, част. од.

Умови експерименту і його результати занести у табл. 5.1

Для цієї ж пульпи (з вмістом твердого с = 10 %) аналогічні дослідження виконуються при діаметрах піскової насадки 8,10 і 12 мм.

Після закінчення першої серії опитів (при вмісті твердого с = 10 %) пульпу, що залишилася у зумпфі, випустити і систему промити чистою водою.

Інші серії опитів для пульп з вмістом твердого 15, 20 і 25 % виконуються за тією ж методикою. За даними табл. 5.1 будують залежності виходів продуктів, їхньої крупності, вмісту в них твердого, а також ефективності процесу від розвантажувального числа і вмісту твердого у вихідної пульпі (рис. 5.2).

 

 
 

 


Крупність продуктів оцінюється за розміром середнього зерна у продукті. З урахуванням крупності досліджуваного матеріалу і використаної шкали класифікації середній розмір у кожному продукті розділення можна визначити за формулою:

, (5.17)

де т+0,5; т–0,5 – маси класів + 0,5 і – 0,5 мм в продукті, г.

Середні розміри зерен класів + 0,5 і – 0,5 мм:

 

, мм; , мм.

Зміст звіту

– Основні параметри, що впливають на ефективність класифікації в гідроциклонах.

– Мета роботи і методика її виконання.

– результати роботи у вигляді табл. 5.1 і рис. 5.2.

– Висновок про вплив технологічних і конструктивних параметрів на показники роботи гідроциклону.

 

Рекомендована література

1. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1980, с. 110 – 129.

2. Смирнов В.О., Білецький В.С. Гравітаційні процеси збагачення. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005, с. 56 – 64.

 

Date: 2015-10-19; view: 527; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию