Аппарат для классификации твердой фазы суспензий

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и предназначено для осуществления процесса классификации по дисперсному составу твердой фазы различных суспензий, например суспензий гидроксида алюминия при производстве глинозема из различных видов глиноземсодержащего сырья, и может быть использовано также в других областях промышленности, где требуется классификация твердой фазы, содержащейся в суспензии.

Известен гидросепаратор для гидроклассификации суспензий гидроксида алюминия в технологии производства глинозема (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. М., Металлургия, 1970, с. 206).

Данный аппарат состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем, питающего стакана, расположенного в верхней части аппарата по оси корпуса, патрубков для подачи суспензии на классификацию и отвода продуктов, получаемых в процессе классификации. Аппарат прост по конструкции и используется на некоторых глиноземных заводах для гидроклассификации твердой фазы суспензий гидроксида алюминия по дисперсному составу.

Недостатком данного аппарата является низкая степень разделения твердого, что особенно проявляется при классификации суспензий, содержащих полидисперсную твердую фазу, например, суспензий гидроксида алюминия. Кроме того, при повышении концентрации твердого в продукте, отбираемом из нижней части гидросепаратора, в котором повышено содержание более крупных частиц, высока вероятность «забивки» осадком разгрузочного патрубка, что приводит к необходимости остановки аппарата на чистку. Таким образом, снижается коэффициент его использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является аппарат для классификации (гранулометрической сепарации) суспензий (FR, заявка №2511894, B01D 11/02, B03B 5/62, B03B 5/66, B03B 5/02, опубл. 04.03.1983 г.). Аппарат состоит из цилиндрического корпуса переменного сечения, конических царг (переходов), соединяющих цилиндрические части корпуса различного диаметра, а также конического днища. Внутренний объем аппарата по высоте корпуса разделен горизонтальными перфорированными перегородками, которые предназначены для улучшения распределения по сечению «промывной» жидкости. Промывная жидкость подается в нижнюю зону классификатора под нижнюю перфорированную перегородку. Аппарат снабжен питающим стаканом для подачи суспензии на классификацию, который установлен в верхней зоне по оси корпуса, а также патрубками для отбора суспензии, обогащенной крупными и мелкими частицами твердой фазы, расположенными соответственно в нижней и верхней зонах.

К недостаткам данной конструкции аппарата следует отнести низкие показатели по производительности и высокие энергетические затраты на осуществление процесса, поскольку для получения приемлемых результатов по классификации суспензии необходимо обеспечить равномерное распределение промывной жидкости по сечению аппарата, т.е. уменьшать «живое» сечение (отношение суммарной площади отверстий в перфорированной перегородке к площади собственно перегородки.) всех перегородок. При увеличении площади «живого» сечения, что необходимо для снижения энергетических затрат, т.е. при увеличении диаметра отверстий в горизонтальных перегородках, существенно ухудшаются показатели по равномерности распределения промывной жидкости, поскольку в центральной зоне промывная жидкость движется вверх, а у стенок суспензия «проваливается» через отверстия в перегородках и движется вниз, т.к. в эти

отверстия не поступает промывная жидкость. Кроме того, при классификации суспензий, сплошная фаза которых представляет собой насыщенные растворы, т.е. растворы, склонные к кристаллизации (например, при производстве глинозема, где практически во всех случаях твердой фазой суспензий являются различные промежуточные полупродукты, а жидкой алюминатные растворы различных концентраций), высока вероятность «зарастания» отверстий перфорированных перегородок кристаллизующимся осадком и, как следствие, повышение гидравлического сопротивления аппарата при одновременном снижении показателей по классификации.

В основу изобретения положена задача, направленная на снижение энергетических затрат за счет уменьшения гидравлического сопротивления на подачу промывной жидкости, повышение коэффициента использования аппарата и показателей по разделению твердой фазы суспензии по дисперсному составу.

При этом техническим результатом является повышение работоспособности и классифицирующей способности аппарата.

Технический результат достигается тем, что в аппарате для классификации твердой фазы суспензий, включающем корпус переменного сечения, состоящий из цилиндрических обечаек различного диаметра, соединенных между собой коническими переходными царгами, конусное днище, питающий стакан, размещенный в верхней части по оси корпуса, патрубки для подачи суспензии на классификацию и отбора продуктов классификации и устройство для подачи промывной жидкости, по оси корпуса установлено перемешивающее устройство механического типа с приводом, выполненное в виде закрепленных на одном валу в несколько ярусов по высоте корпуса мешалок, отличающихся друг от друга по диаметру, под питающим стаканом на валу установлен отбойник, а устройство для подачи промывной жидкости размещено в нижней части корпуса между цилиндрическими обечайками большего и меньшего диаметров, при этом по крайней мере одна мешалка установлена

непосредственно над ним в зоне, ограниченной поверхностью конической царги, соединяющей указанные цилиндрические обечайки, а мешалка, установленная в зоне, ограниченной поверхностью цилиндрической обечайки наибольшего диаметра, может быть выполнена в виде радиально расположенных в одной плоскости, жестко закрепленных на валу траверс, на которых под углом к поверхности цилиндрической части корпуса установлены скребки.

В зонах, ограниченных поверхностями цилиндрической обечайки корпуса меньшего диаметра и конического днища, на валу закреплены мешалки, при этом, по крайней мере, одна из них размещена в объеме, ограниченном поверхностью конического днища.

Благодаря установке по оси корпуса перемешивающего устройства механического типа с приводом, выполненного в виде закрепленных на одном валу в несколько ярусов по высоте корпуса мешалок, отличающихся по диаметру друг от друга, размещению устройства для подачи промывной жидкости в нижней части корпуса между цилиндрическими обечайками большего и меньшего диаметров и при этом установке по крайней мере одной мешалки непосредственно над ним в зоне, ограниченной поверхностью конической царги, соединяющей указанные цилиндрические обечайки, обеспечивается равномерное распределение промывной жидкости по сечению аппарата при минимальном гидравлическом сопротивлении, повышение коэффициента использования аппарата и показателей по разделению твердой фазы суспензии по дисперсному составу.

Выполнение мешалки, установленной в зоне, ограниченной поверхностью цилиндрической обечайки наибольшего диаметра, в виде радиально расположенных в одной плоскости, жестко закрепленных на валу траверс, на которых под углом к поверхности цилиндрической части корпуса установлены скребки, обеспечивает перемещение твердой фазы, осевшей на поверхности конической цари, соединяющей цилиндрические обечайки

корпуса большего и меньшего диаметров, в центральную зону аппарата, через которую движется вверх часть промывной жидкости.

Закрепленные на валу перемешивающего устройства мешалки, размещенные в зоне, ограниченной поверхностью цилиндрической обечайки меньшего диаметра и конического днища, когда, по крайней мере, одна из них установлена в зоне, ограниченной поверхностью собственно конического днища, позволяют предотвратить уплотнение твердой фазы суспензии, которые обогащены крупными частицами, в этой зоне, т.е. обеспечивают надежный отбор из аппарата отклассифицированной суспензии.

Сущность изобретения поясняется следующим чертежами. На фиг. 1 показана схема аппарата для классификации твердой фазы суспензий; на фиг. 2. - перемешивающее устройство, состоящее из жестко закрепленных на валу траверс, на которых установлены скребки.

Аппарат для классификации твердой фазы суспензий состоит из корпуса переменного сечения, включающего цилиндрические обечайки различного диаметра 1, 2, 3, конические переходные царги 4, 5, соединяющие цилиндрические части корпуса, а также конического днища 6. По оси аппарата установлено перемешивающее устройство, включающее вал 7, на котором в несколько ярусов по высоте корпуса установлены мешалки 8, 9, 10, 11. На крышке 12 расположен привод перемешивающего устройства 13, выходной вал которого соединен муфтой с валом 7. Строго вертикальное положение вала 7 фиксируется в нижней части подпятником 14. В верхней зоне по оси корпуса установлен питающий стакан 15, состоящий из двух цилиндрических обечаек 16 и 17, соединенных между собой конической царгой 18. Суспензия подается в питающий стакан 15 по трубопроводу 19. Под питающим стаканом 15 на валу 7 установлен отбойник 20, назначением которого является изменение направления движения потока суспензии, выходящей из питающего стакана 15. В зоне, ограниченной цилиндрической обечайкой 1 корпуса, на валу 7 установлена мешалка специальной конструкции 8, состоящая из радиально расположенных в одной плоскости траверс 21, на которых под углом к поверхности цилиндрической обечайки 1 корпуса закреплены скребки 22. В зоне перехода от конической царги 4 к цилиндрической обечайке 2 корпуса меньшего диаметра размещено устройство 23, предназначенное для подачи в классификатор промывной жидкости. Промывная жидкость поступает в устройство 23 через коллектор 24, который соединен с ним патрубками 25. Над устройством 23 в зоне, ограниченной поверхностью конической царги 4, на валу 7 установлена мешалка 9. В нижней зоне аппарата на валу 7 установлены также мешалки 10 и 11, назначение которых - гомогенизация суспензии, обогащенной крупными частицами. Отбор суспензии, обогащенной крупными частицами, производится через патрубок 26. Суспензия, содержащая мелкие частицы (так называемый слив), отбирается из верхней зоны аппарата через коллектор 27, в который врезаны патрубки 28, соединяющие его с этой зоной. В конусном днище 6 установлен люк 29.

Аппарат для классификации твердой фазы суспензий работает следующим образом.

Суспензия, твердая фаза которой подлежит классификации по дисперсному составу, подается по трубопроводу 19 в питающий стакан 15. Под питающим стаканом 15 на валу 7 установлен отбойник 20. С помощью отбойника 20 изменяется направление движения поступающей в аппарат суспензии с аксиального на радиальное. При этом гасится также скорость потока, выходящего из стакана 15, и, таким образом, исключается турбулизация массы суспензии, находящейся в аппарате.

При изменении направления потока неизбежно возникают центробежные силы, что способствует «первичной» классификации частиц суспензии в центробежном поле в зависимости от их размера. Крупные частицы, скорость витания которых выше скорости восходящего потока, поступают в основную зону классификации, ограниченную цилиндрической обечайкой 1 корпуса, и частично осаждаются на поверхность конической переходной царги 4.

Для дополнительного отделения («отмывания») мелких частиц от общей массы первично отклассифицированной суспензии в устройство 23 подается промывная жидкость, что необходимо для улучшения гидродинамических условий разделения частиц по крупности за счет снижения концентрации твердого непосредственно в зоне классификации и увеличения скорости восходящего потока. Это гарантирует вынос в верхнюю зону аппарата (зону слива) мелких частиц, скорость витания которых ниже скорости восходящего потока.

Равномерность распределения промывной жидкости по сечению классификатора обеспечивается мешалкой 9, закрепленной на валу 7, которая расположена непосредственно над устройством для подачи промывной жидкости 23.

Большая часть предварительно отклассифицированной твердой фазы суспензии оседает на поверхности конической царги 4 и далее перемещается в нижнюю зону аппарата, ограниченную поверхностью цилиндрической обечайки 2 и днища 6. Часть твердой фазы суспензии поступает непосредственно в указанную зону суспензии минуя поверхность конической царги 4. Часть промывной жидкости мешалкой 9 перемещается к периферии и в противоточном режиме контактирует с массой твердой фазы суспензии, движущейся вниз по поверхности конической обечайки 4, «вымывая» из этой массы мелкие частицы. Поскольку число оборотов перемешивающего устройства незначительно, то определенная часть промывной жидкости не попадает под «действие» мешалки 9 и движется вверх вдоль оси аппарата. Для повышения эффективности использования промывной жидкости в процессе классификации и предотвращения возникновения так называемой продольной циркуляции суспензии (из-за имеющей место даже незначительной разности плотностей суспензии у стенок аппарата и в центральной зоне), что ухудшает показатели по собственно классификации, служит мешалка 8, состоящая из закрепленных на валу 7 траверс 21, на которых под углом к цилиндрической поверхности корпуса установлены

скребки 22. С помощью последних определенная масса суспензии «перемещается» от периферии к центру аппарата, обеспечивая, тем самым, равномерность распределения как твердой фазы суспензии, так и промывной жидкости по сечению классификатора.

Перемешивание суспензии в зоне аппарата, ограниченной поверхностью цилиндрической обечайки 2 корпуса меньшего диаметра и поверхностью конического днища 6, осуществляется мешалками 10 и 11, которые, как и все остальные, закреплены на валу 7.

Суспензия, содержащая в основном крупные частицы, отбирается из аппарата через патрубок 26. Суспензия, обогащенная мелкими частицами, удаляется через коллектор 27, в который врезаны патрубки 28, соединяющие его с верхней зоной аппарата (зоной слива).

Регулирование дисперсного состава продуктов, отбираемых из нижней и верхней зон классификатора, при прочих равных условиях, производится изменением частоты вращения перемешивающего устройства и расходом промывной жидкости.

1. Аппарат для классификации твердой фазы суспензий, включающий корпус переменного сечения, состоящий из цилиндрических обечаек различного диаметра, соединенных между собой коническими переходными царгами, конусное днище, питающий стакан, размещенный в верхней части по оси корпуса, патрубки для подачи суспензии на классификацию и отбора продуктов классификации и устройство для подачи промывной жидкости, отличающийся тем, что по оси корпуса установлено перемешивающее устройство механического типа с приводом, выполненное в виде закрепленных на одном валу в несколько ярусов по высоте корпуса мешалок, отличающихся друг от друга по диаметру, под питающим стаканом на валу установлен отбойник, а устройство для подачи промывной жидкости размещено в нижней части корпуса между цилиндрическими обечайками большего и меньшего диаметров, при этом по крайней мере одна мешалка установлена непосредственно над ним в зоне, ограниченной поверхностью конической царги, соединяющей указанные цилиндрические обечайки, а мешалка, установленная в зоне, ограниченной поверхностью цилиндрической обечайки наибольшего диаметра, выполнена в виде радиально расположенных в одной плоскости, жестко закрепленных на валу траверс, на которых под углом к поверхности цилиндрической части корпуса установлены скребки.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в зонах, ограниченных поверхностями цилиндрической обечайки корпуса меньшего диаметра и конического днища, на валу закреплены мешалки, при этом, по крайней мере, одна из них размещена в объеме, ограниченном поверхностью конического днища.