Способ обработки суспензии

Способ обработки суспензии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области использования гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением твердой фазы в качестве целевого продукта и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, а также угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке коммунальных и промышленных сточных вод, а также в индустрии строительных материалов, при разделении суспензий на жидкую и твердую фазы с дальнейшим использованием твердой фазы, как целевого компонента.

В дальнейшем при характеристике заявленного изобретения будут использованы следующие обозначения:

- низкомолекулярный флокулянт - флокулянт, средняя молекулярная масса которого составляет от 10⁴ до 10⁶;

- высокомолекулярный флокулянт - флокулянт, средняя молекулярная масса которого составляет от 10⁶ до 4·10⁷;

- флокулянт с низкой катионной активностью - флокулянт, катионная активность которого составляет от 5 до 50%;

- флокулянт с высокой катионной активностью - флокулянт, катионная активность которого составляет от 50 до 100%.

Применение гетерогенных систем в различных областях техники включает стадию их разделения на твердую и жидкую составляющие, так называемое "обезвоживание". Этот процесс лежит в основе большинства промышленных производств, использующих в качестве технологических сред суспензии. При обезвоживании существенным является перед разделением получить крупные, механически устойчивые частицы твердой фазы. Наличие таких частиц обеспечивает получение механически устойчивого осадка, легко отдающего влагу, что особенно важно при использовании камерных фильтр-прессов.

Известен способ осаждения осадка (RU, патент 2211077, 2003), согласно которому в суспензию перед осаждением твердой фазы последовательно вводят растворы неорганического коагулянта и органического флокулянта для отделения твердой фазы от жидкой.

Недостатком известного способа следует признать значительный расход используемых реактивов и неполнота осаждения твердой фазы.

Известен также способ обработки суспензии (SU, авторское свидетельство 1662115, 1992), согласно которому в суспензию вводят флокулянт с последующей фильтрацией образовавшегося осадка, причем в качестве флокулянта используют сополимер акриламида с акриловой кислотой и третичной или четвертичной аммониевой солью.

Недостатком известного способа следует признать неполноту отделения твердой фазы, а также низкие характеристики получаемого осадка.

Известен способ обработки суспензии (SU, авторское свидетельство 528039) путем последовательного введения в суспензию, находящуюся в смесителе, двух флокулянтов: неорганического и полиакриламида.

Недостатком известного способа следует признать неполноту отделения твердой фазы, низкие характеристики получаемого осадка, а также нерациональное использование флокулянтов, обусловленное отсутствием полноценного перемешивания суспензии и флокулянтов.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке эффективного способа агрегатирования твердой фазы суспензии перед разделением суспензии на твердую и жидкую фазы.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении возможности обработки суспензии различного состава и происхождения, приводящей при дальнейшем разделении суспензии на фильтровальных аппаратах к уменьшению влажности твердой фазы, выделенной из суспензии, уменьшению массы взвешенных частиц в фильтрате при одновременном увеличении производительности используемого оборудования.

Дня достижения указанного технического результата предложено использовать способ обработки суспензии, включающий введение в суспензию, по меньшей мере, одного реагента, вызывающего агрегирование частиц твердой фазы суспензии, причем при агрегировании частиц твердой фазы суспензии проводят смешение введенного реагента с суспензией с использованием струйного смесителя, представляющего собой смесительную головку в виде полого цилиндра, жестко соединенного с валом привода, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода реагента в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, при этом реагент вводят в виде раствора с концентрацией 0,5-7,0 мас.% при скорости вращения смесительной головки от 100-5000 об/мин. Обычно используют раствор флокулянта и/или раствор коагулянта. Если вводят более одного реагента, то в каждой точке смешивания устанавливают смесительную головку. При использовании двух и более реагентов обычно точки ввода разносят по трубе для транспортировки суспензии таким образом, чтобы к моменту ввода каждого последующего реагента каждый предыдущий успевал полностью смешаться с транспортируемой по трубе суспензией, или подают реагенты в одну точку. При использовании двух флокулянтов, преимущественно, ранее вводят раствор анионактивного флокулянта, а затем раствор катионактивного флокулянта. Содержание твердой фазы в суспензии перед обезвоживанием обычно составляет 0,100-0,600 кг/дм³, в предпочтительном варианте - 0,250-0,400 кг/дм³, при этом суммарный расход флокулянтов составляет 0,050-20,0 кг/т суспензии, предпочтительно 0,100-0,500 кг/т. Если используют два реагента, то соотношение между ними составляет от 20:1 до 1:30, преимущественно - 2:1-1:5. Молекулярная масса используемых флокулянтов обычно составляет 500000-30000000, а концентрации используемых растворов реагентов - от 0,03 до 2,5 мас.%, преимущественно - от 1,0 до 1,5 мас.% при используемой частоте вращения смесительной головки 100-5000 об/мин, преимущественно - 500-1500 об/мин. Давление суспензии в трубопроводе обычно составляет от 0,1 до 20 атм, преимущественно 0,3-10 атм.

При реализации способа может быть использован струйный смеситель, содержащий фланец крепления к трубе с обрабатываемой суспензией, средство ввода реагента и привод, причем указанные фланец крепления к трубе и привод соединены посредством камеры, через указанную камеру проходит соединительное средство, зафиксированное на валу привода, на конце которого за средством крепления к трубе установлена смесительная головка, представляющая собой цилиндр, жестко соединенный с валом привода и имеющий отверстия для протекания жидкого реагента, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода реагента в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, причем средство ввода реагента представляет собой трубу с диаметром, меньшим, чем диаметр цилиндра, стационарно закрепленной на противоположной относительно места установки фланца стенке трубы для подачи суспензии, и, по меньшей мере частично входящую в цилиндр смесительной головки, соединительное средство закреплено во фланце посредством механического уплотнения, вал привода проходит через камеру до механического уплотнения, предпочтительно, выполненного как слой карбида кремния, и зафиксирован в камере посредством самоцентрирующего роликового подшипника, соединительное средство зафиксировано на валу привода по всей длине камеры, а лопасти имеют скругленную форму. В предпочтительном варианте средство ввода реагента соединено с цилиндром смесительной головки посредством уплотнения.

Также может быть использован струйный смеситель, содержащий фланец крепления к трубе с обрабатываемой суспензией, средство ввода реагента и привод, причем указанные фланец крепления к трубе и привод соединены посредством камеры, через указанную камеру проходит соединительное средство, зафиксированное на валу привода, на конце которого за средством крепления к трубе установлена смесительная головка, представляющая собой цилиндр, жестко соединенный с валом привода и имеющий отверстия для протекания жидкого реагента, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода реагента в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, причем средство ввода реагента представляет полый вал привода, проходящий через привод и соединенный с источником реагента, соединительное средство закреплено во фланце посредством механического уплотнения, предпочтительно, выполненного как слой карбида кремния, вал привода проходит через камеру до механического уплотнения и зафиксирован в камере посредством самоустанавливающегося (центрирующего) роликового подшипника, соединительное средство зафиксировано на валу привода по всей длине камеры, а лопасти имеют скругленную форму.

Предложенные конструкции приведены на графическом материале, где на фиг.1 приведен первый вариант предложенной конструкции, а на фиг.2 - второй вариант предложенной конструкции. На графическом материале использованы следующие обозначения: труба 1 для прохода суспензии, фланец 2, привод 3, камера 4, соединительное средство 5, зафиксированное на валу привода 3, средство 6 крепления к трубе 1, смесительная головка 7, отверстия 8 для протекания жидкого реагента через соединительное средство 5, щелевые отверстия 9 для ввода реагента в суспензию, перемешивающие лопасти 10, средство ввода реагента 11, средство механического уплотнения 12.

При реализации способа с использованием первого варианта устройства в трубопроводе, предназначенном для прокачивания суспензии, выполняют отверстия для крепления фланца смесителя, а также отверстие для распределительной головки и, напротив, отверстие для трубы, предназначенной для подачи реагента. Закрепляют на трубе для суспензии посредством крепления фланца струйный смеситель, поместив предварительно в трубу распределительную головку. Укрепляют струйный смеситель таким образом, чтобы соединительное средство (и закрепленная на нем распределительная головка) было расположено перпендикулярно поверхности трубы. На противоположной стороне трубы для суспензии вводят трубу для подачи флокулянта и закрепляют ее таким образом, что конец трубы для подачи флокулянта соосно входил в распределительную головку примерно на 5-10% ее длины.

При обработке суспензии реагент вытекает из каждой щели в форме широкой полосы, в которую попадает следующая за ней в направлении, противоположном направлению вращения, перемешивающая лопасть, которая растягивает реагент вокруг своего края, как полосу тумана через суспензию. Раствор реагента вытекает в суспензию через щели стремительным прерывистым потоком. Щели и полосы в направлении вращения чередуются. Длина щелей и полос зависит от диаметра потока и/или распределительной головки. Направление вращения распределительной головки меняется автоматически (обычно каждые 2 минуты для предотвращения забивания шламового трубопровода и увеличения срока службы головки).

Предлагаемый способ в общем случае реализуют следующим образом. Предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии и, если содержание твердой фазы составляет менее 0,150 кг/дм³, суспензию предварительно сгущают. В предпочтительном варианте суспензию предварительно сгущают с использованием анионактивного флокулянта или комбинации анионактивного и катионактивного флокулянтов. Рассчитывают с учетом содержания твердой фазы общее количество подаваемых флокулянтов. Сгущенную суспензию обрабатывают в аппарате для перемешивания флокулянтом, предпочтительно представляющим собой раствор полиакриламида и/или его сополимеров в анионной или катионной форме, причем флокулянт подается в суспензию через полый вал вращающейся мешалки, рабочий орган которой представляет собой полый цилиндр с выполненными на нем щелевыми отверстиями для ввода флокулянта в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти. Затем самотеком или с помощью насоса переводят суспензию в следующий аппарат для перемешивания и обрабатывают аналогично предыдущему случаю вторым флокулянтом. Предпочтительно используют соотношение первого и второго флокулянта от 2:1 до 1:5. Кроме полиакриламидов в качестве флокулянтов могут быть использованы полиамиды, поливинилпирролидоны, винилариловые и фениленэтиловые катионные флокулянты, сополимеры винилацетата и малеинового ангидрида, полиакрилат натрия, полистиролсульфокислота.

В дальнейшем изобретение будет рассмотрено с использованием следующих примеров реализации.

1. В случае обработки суспензии отходов флотации угля предварительно суспензию сгущают в одну или две стадии, при этом (на обоих стадиях) добавляют при перемешивании анионактивный или катионактивный флокулянт или их комбинацию в любой последовательности. При этом необходимо отметить, что обработку суспензии всегда проводят последовательно, т.е. два реагента вместе не добавляют. Перед отделением твердой фазы от жидкой по предлагаемому способу дополнительно сначала добавляют анионактивный флокулянт с размешиванием с использованием первого струйного смесителя, а затем - катионактивный флокулянт с размешиванием его с использованием второго струйного смесителя. Преимущественно используют анионактивный флокулянт с низкой ионной активностью (˜30-40%) и катионактивный флокулянт с высокой ионной активностью (˜60-70%). Хотя могут быть использованы следующие варианты: анионактивный флокулянт и анионактивный флокулянт, катионактивный флокулянт и катионактивный флокулянт, катионактивный флокулянт и анионактивный флокулянт, а также первоначальное введение коагулянта или гетерокоагулянта. При этом суммарный расход на обработку составляет 0,300-0,700 кг/т суспензии.

2. Обработка суспензии угольного флотационного концентрата происходит по той же схеме, но с одностадийным сгущением. Для агрегатирования вводят анионактивный флокулянт с низкой ионной активностью (примерно 40% с молекулярной массой примерно 20-30 млн.) и катионактивный флокулянт с низкой ионной активностью (примерно 30% и молекулярной массой 12-18 млн.), при их соотношении - от 2:1 до 1:2. Общий расход реагента составляет 0,200-0,400 кг/т суспензии при скорости вращения смесительной головки 2000 и 2500 об/мин.

3. Для обработки суспензии коммунального осадка обычно используют введение катионактивного флокулянта с высокой ионной активностью (примерно 60-70%) с молекулярной массой 12-18 млн. при его расходе от 2 до 15 кг/т суспензии при скорости вращения смесительной головки 500 об/мин..

В результате реализации предлагаемого изобретения по трем экспериментам происходит уменьшение влажности твердой фазы в среднем на 5,1 мас.%, уменьшении содержания взвешенных частиц в фильтрате в среднем на 14,3 мас.% и увеличении производительности фильтр-пресса в среднем на 5,4%.

4. Эксперимент повторяет условия примера 1, но при скорости вращения смесительной головки 80 и 95 об/мин. Влажность твердой фазы и содержание частиц не уменьшилось, следовательно, производительность фильтр-пресса не увеличилась.

5. Эксперимент проводили в условиях примера 1, но при скорости вращения головки смесителя 5100 об/мин и 5200 об/мин. Влажность твердой фазы и содержание взвешенных частиц практически не изменились, как и производительность фильт-пресса.

1. Способ обработки суспензии, включающий введение в суспензию, по меньшей мере, одного реагента, вызывающего агрегирование частиц твердой фазы суспензии, отличающийся тем, что при агрегировании частиц твердой фазы суспензии проводят смешение введенного реагента с суспензией с использованием струйного смесителя, представляющего собой смесительную головку в виде полого цилиндра, жестко соединенного с валом привода, при этом на поверхности цилиндра выполнены щелевые отверстия для ввода реагента в суспензию, между которыми на внешней поверхности цилиндра размещены перемешивающие лопасти, при скорости вращения смесительной головки от 100-5000 об/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют раствор флокулянта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют раствор коагулянта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют раствор коагулянта и, по меньшей мере, один раствор флокулянта, причем в каждой точке смешивания устанавливают смесительную головку.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют последовательно растворы двух флокулянтов, причем в каждой точке смешивания устанавливают смесительную головку.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют растворы анионактивного, а затем катионактивного флокулянтов.