Как замерить плотность пульпы
Опубликовано: 17.04.2024
CC BY
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Петров В.Н., Малышев С.Л., Кирпиченков И.А., Махоткин И.А.
В представленной работе предложен метод измерений расхода двухкомпонентного продукта смеси жидкой и твёрдой фаз, с присутствием газовой фазы, представляющий собой пульповый продукт сырьевой поток концентратов, транспортируемый по трубопроводам между подразделениями горно-обогатительных предприятий.I
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Петров В.Н., Малышев С.Л., Кирпиченков И.А., Махоткин И.А.
n this work a method for measuring flow rate of two-component product-a mixture of liquid and solid phases, with presence of gas phase, which is a product of syrevoj stream be concentrates, transported by pipeline between units of ore processing plants.
Текст научной работы на тему «Измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы»
В. Н. Петров, С. Л. Малышев, И. А. Кирпиченков,
ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И ПЛОТНОСТИ ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ПРОДУКТА
В ТРЁХФАЗНОЙ СРЕДЕ ПУЛЬПЫ
Ключевые слова: трёхфазная пульпа, расход, плотность, концентрация.
В представленной работе предложен метод измерений расхода двухкомпонентного продукта - смеси жидкой и твёрдой фаз, с присутствием газовой фазы, представляющий собой пульповый продукт - сырьевой поток концентратов, транспортируемый по трубопроводам между подразделениями горно-обогатительных предприятий.
Keywords: three-phase slurry flow rate, density, concentration.
In this work a method for measuring flow rate of two-component product-a mixture of liquid and solid phases, with presence of gas phase, which is a product of syrevoj stream be concentrates, transported by pipeline between units of ore processing plants.
Вопрос взаиморасчётов, возникший при реструктуризации крупных предприятий привёл к проблеме достоверного метрологического обеспечения измерений расхода и плотности продукции, передаваемой и принимаемой продукции различными производственными подразделениями. Так, для горно-обогатительных предприятий особую трудность представляет определение расхода и плотности пульпы, поступающей в трубопроводную транспортную систему после флотационных машин, для случаев, когда она содержит газ. При этом образуется трёхфазная среда - смесь твёрдой, жидкой и газообразной фаз, или иначе двухкомпонентный продукт в трёхфазной среде пульпы. Объёмное содержание газовой фазы в трёхфазной пульпе (рг может
составлять до 20%, а иногда оно может быть и выше. Пренебрежение учёта влияния газосодержания при сведении сырьевых балансов производственными подразделениями, как показано в работе [1], может привести к значительному расхождению данных измерений массового расхода и количества передаваемой продукции.
Для определения параметров потока, состоящего из трёх фаз, в режиме реального времени необходимо распознать три компонента - твёрдый, жидкий и газообразный, проходящих через средства измерений, что, в свою очередь, требует системы измерений фракционного состава, способного различать фазы в общем потоке. Надо заметить, что пульповый продукт транспортируется в ограниченном трубой пространстве, следовательно, зная содержание двух фаз, можно рассчитать третью. Отсюда следует, что для описания трёхфазного потока необходимы измерения скоростей трёх фаз, двух плотностей и, для приведения к стандартным условиям, значения давления и температуры потока.
Из вышесказанного следует, что измерительная система должна одномоментно выполнить семь измерений, что усложняет реализацию поставленной задачи.
Сегодня на рынке отсутствуют приборы по учёту отдельно каждой фазы в рассматриваемой трёхфазной среде. Для нефтедобывающей отрасли
разработаны и эксплуатируются многофазные рас-ходомерные установки, позволяющие определить покомпонентный состав сырой нефти - нефти, воды и попутного нефтяного газа [2,3].
В данной работе представлены методы определения параметров двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы с учётом приборной базы, имеющейся на мировом рынке.
Рассмотрим течение трёхфазной пульпы в трубопроводной транспортной системе горнообогатительных предприятий. После процесса флотации пульпа содержит пузырьки газа, в результате чего образуется газированная пульпа. В дальнейшем при движении по трубопроводам пузырьки всплывают и образуют структуру расслоённого течения (незаполненного канала). В работе [4] показано, что после флотации диаметр воздушных пузырьков составляет от 1 до 5 мм, а скорость их всплытия в соответствии с работой [5] составляет порядка 0,25 м/с. Как показано в работе [6] максимальная скорость течения двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы не превышает Ос = 4 м/с.
Следовательно, при средней скорости течения пульпы 5 м/с через 10 м вниз по потоку в трубопроводе диаметром 0,5 м образуется расслоённое течение.
Такой подход, как сказано выше, справедлив, если не учитывать воздействие химического реагента, используемого в технологическом процессе флотации. С учётом добавки скорость всплытия воздушных пузырей может существенно уменьшиться, при этом расслоённое течение может образоваться через 50 м и более. Следовательно, в пульпопроводе возможны два режима течения трёхфазной пульпы - газированный (пузырьковый) и расслоённый.
Рассмотрим методы измерений параметров трёхфазной пульпы для этих двух случаев течения применительно к приборам учёта, имеющимся сегодня на рынке. Запишем уравнения по определению
средней скорости ос и плотности рс трёхфазной
От ,Ог ,Ож — соответственно, скорость твёрдой, газовой и жидкой фаз;
Рт, р, рж - соответственно, плотность твёрдой,
газовой и жидкой фаз.
Как следует из уравнения (1), при течении трёхфазной пульпы необходимо учитывать скольжение между отдельными фазами, имея в виду, что
скорость твёрдой фазы От меньше скорости жидкости иж, которая, в свою очередь, меньше скорости газа Ог, если последний не диспергирован в ней.
В работе [7] представлена схема устройства, позволяющего произвести измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта. В соответствии со схемой устройства производится измерение пяти параметров трёхфазной смеси в двух сечениях потока газированной пульпы, с объемным содержанием газа в условиях измерений 2-6% . Схема включает пять измерительных преобразователей, три из которых - преобразователи расхода 1, плотности 2 и давления 7 установлены в сечении А-А (рис.1). На достаточном удалении от сечения А-А, в сечении Б-Б размещены преобразователи расхода 3 и давления 4. Сигналы от всех преобразователей поступают на вычислительное устройство 6, на выходе которого имеется измеритель концентрации пульпы 5, принцип работы которого основан на том, что разность между объёмными расходами Ав в сечениях А-А и Б-Б зависит от расширения газовой фазы при уменьшении давления от РА в сечении А-А до РБ в
сечении Б-Б. С учётом ряда допущений автор работы приводит уравнение для определения концентрации газа р в сечении А-А.
вв — Qл )РБ вл ( Ра — Рв )
где вА и вБ - соответственно, объёмные расходы пульпы в сечениях А-А и Б-Б;
РА и РБ - соответственно, давление в сечениях А-А и Б-Б.
Из уравнения (2) следует выражение для определения концентрации твёрдой фазы
(Рс — Рж ) + Р (Рж — Р )
Если учесть, что рж>>рг , тогда
Массовый расход твёрдой фазы От в работе определяется в зависимости от объёмного расхода смеси вс по уравнению
Решая уравнение (3) совместно с уравнениями (5) и (6) получено выражение для определения массового расхода твёрдой фазы
Выражение (7) справедливо при равенстве скоростей фаз, в него входят пять величин, которые измеряются в соответствии со схемой устройства, представленной на рис. 1.
Рис. 1 - Схема устройства для измерений расхода твёрдого компонента в газированной пульпе
Промышленные испытания устройства показали, что предельная приведённая погрешность измерения массового расхода твёрдой фазы не превышает 4%.
Схем устройств измерения расхода твёрдой фазы в газированной пульпе при объёмном содержании газовой фазы более 6%, а также при расслоённом течении пульпы в канале, в литературе нет. Данная проблема, как было сказано выше, появилась в последнее время в связи с реорганизацией горно-обогатительных предприятий.
Авторами данной статьи предложена схема определения расхода и плотности двухкомпонент-ного продукта (смесь жидкой и твёрдой фазы) в трёхфазной пульпе.
Для двухкомпонентного продукта пульпы в трёхфазной среде можно записать
где фп - концентрация пульпы в трёхфазной среде; рп - плотность пульпы в трёхфазной среде.
С учётом выражения (8) уравнение (2) при-
Рс =РгРг + (1 — Рг )Рп
Используя выражение (10) после простых преобразований можно получить формулу для определения плотности пульпы рп
С целью определения расхода и уровня пульпы в трубопроводе используем ультразвуковой прибор 1 (рис.2), позволяющий определить расход и уровень двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде Ь (рис.3). Зная уровень пульпы Ь можно определить площадь трубопровода, занимаемой газом, Бг , который можно вычислить как разницу площади сектора круга Бсек с углом 2а и площади треугольника 8т„.
где Я - радиус трубопровода;
Здесь а измеряется в радианах. Следовательно, концентрация газовой фазы определяется по формуле
где Я - площадь проходного сечения трубопровода.
Схема устройства для измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы (рис.2) включает четыре измерительных первичных преобразователя, - преобразователи расхода и уровня 1, плотности 2 и датчик давления 3. Сигналы от всех четырёх преобразователей поступают на вычислительное устройство 5, на выходе которого имеется измеритель расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде 4.
Рис. 2 - Схема устройства для измерений расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы
Рис. 3 - Схема определения уровня двухкомпо-нентного продукта в трёхфазной среде
Измерения давления в сечениях А-А и Б-Б необходимы для компенсации параметров газовой фазы (г, так как величина давления в этих сечениях
Метод измерений, представленный в данной работе, позволяет решить наболевшую проблему сведения сырьевого баланса между подразделениями крупных горнообогатительных компаний, а именно, по определению расхода пульпового продукта в трёхфазной среде.
1. В. Кравченко, М. Риккен «Законодательная и прикладная метрология» № 4 23-25 (2006).
2. В.В. Кузьмин, А.А. Гайнуллина, А.Н. Ахмерова Вестник КГТУ, № 10, 289 (2013).
3. В.М. Красавин, С.В. Раинчик, В.П. Ившин, А.В. Красавин Вестник КГТУ, № 13, 193 (2013).
4. А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников, Техника защиты окружающей среды. Химия, М, 1989. 512 с.
5. Г.Н. Абрамович, В сб. «Итоги науки и техники» т.20, М.: 1986. - с.85-139.
6. Пособие по проектированию гидравлического транспорта (К СНиП 2.05.07-85). ПромтрансНИИПроект. М.: Стройиздат, 1986. - 18с.
7. Кремлёвский П.П. Расходомеры и счётчики количества. Справочник. Л.: Машиностроение. 1989г. - 701с.
2015-01-13
20528
Определения и формулы для расчета
Пульпой называется смесь минеральных частиц и воды. В которой твердые частицы находятся во взвешенном состоянии и равномерно распределены в объеме воды.
Если такая смесь применяется в качестве среды для разделения по плотности, то она называется не пульпой, а суспензией.
Пульпа (или суспензия) характеризуется следующими параметрами: содержание твердого в пульпе по массе или по объему, разжижением по массе или по объему, плотностью.
Содержание твердого в пульпе по массе Р – отношение массы твердого вещества Q к массе всей пульпы Q + Ж, выраженное в долях единицы или процентах:
Содержание твердого в пульпе по объему λ – отношение объема твердого вещества к объему всей пульпы Vт + Vж, выраженное в долях единицы или процентах:
где VТ = Q / ρ; Vж = Ж / Δ; ρ и Δ – плотность соответственно твердого и жидкого, кг/м 3 , если жидкой фазой является вода Δ = 1000 кг/м 3 .
При сильно разжиженных пульпах содержание твердого в ней характеризуют массой твердого, которое содержится в единице объема пульпы, т.е. указывают, сколько граммов или миллиграммов твердого приходится на 1 м 3 или на 1 л такой разжиженной пульпы. Так характеризуют, например сливы сгустителей, фильтраты и фугаты.
В этом случае пересчет на обычное содержание твердого по массе или объему производят в соответствии с формулами ( ) по следующим формулам:
где Q1 – масса твердого в единице объема пульпы (например, в 1 л), г; VT1 – объем твердого в единице объема пульпы, л, VT1 = Q1/ρ.
При расчете величин Р и λ необходимо тщательно следить за единицами массы твердого, объема пульпы и плотностей твердого и воды.
Разжижение пульпы по массе R – отношение массы жидкого Ж к массе твердого Q в определенном количестве пульпы:
Содержание твердого по массе:
Разжижение пульпы по массе можно рассчитывать по её влажности:
где М – влажность пульпы, %.
Разжижение пульпы по объему R0 – отношение объема жидкости к объему твердого: R0 = Vж / VТ = (1-λ) / λ ; содержание твердого по объему λ = 1 / (1 + R0).
Разжижение пульпы по массе и объему связаны друг с другом, так же как и содержание твердого в пульпе по массе и объему:
объем пульпы V определяют через разжижение по формулам:
В формулах ( ) и ( ) единицы объема будут определяться единицами плотности твердого и жидкого ( и Δ), которые, естественно, должны быть одинаковыми и соответствовать единице массы твердого. Например, если значения и Δ измерены в кг/м 3 . то значение Q должно быть выражено в кг, тогда объем пульпы V получим в кубических метрах.
Плотность пульпы (или суспензии) п - масса единицы объема пульпы. Её определяют непосредственным взвешиванием определенного объема пульпы (чаще всего 1 л) или рассчитывают по нижеприведенным формулам, если известно содержание в пульпе твердого (массовое или объемное) или её разжижение, а также плотность твердого и жидкого:
где п и Δ определяют в килограммах на кубический метр, P и λ – в долях единицы.
По формулам ( ) – ( ) можно рассчитать плотность суспензии .
Если плотность пульпы определена непосредственным взвешиванием определённого объёма пульпы (обычно 1 литр), то можно рассчитать плотность твёрдого (зная его массовое и объёмное содержание в пульпе) или, наоборот, зная плотность твёрдого, его массовое или объёмное содержание в пульпе и разжижение:
Здесь плотность пульпы q·10 3 , кг/м 3 ; q – масса 1 л. Пульпы, кг, получена непосредственным взвешиванием.
По плотности пульпы и плотности твёрдого можно определить и массовое, и объёмное разжижения пульпы:
В формулах ( ) – ( ) значения ρп(ρс), ρ, Δ, определяют в килограммах на кубический метр; Р и λ – в долях единицы.
По параметрам пульпы (или суспензии) можно рассчитать непосредственно массу твёрдого и воды в 1 м 3 пульпы (суспензии) или в 1 т. пульпы (суспензии):
где Q – масса твёрдого (для суспензии масса утяжелителя) в 1 м 3 пульпы (суспензии), кг; QT – масса твёрдого (для суспензии утяжелителя) в 1 т. пульпы (суспензии), т.;
W – масса воды в 1 м 3 пульпы (суспензии), кг; WT – масса вода в 1 т. пульпы (суспензии), т.
Контрольные вопросы по дисциплине:
1. Основные понятия и виды грохочения по технологическому назначению: самостоятельное, подготовительное, вспомогательное, избирательное, обезвоживающее.
2. Просеивающая поверхность грохотов: колосниковые решетки, листовые решета со штампованными отверстиями, резиновые решета, проволочные сетки, шпальтовые, струйные сита. Живое сечение просеивающих поверхностей (коэффициент живого сечения).
3. Гранулометрический состав сыпучего материала, классы крупности. Средний диаметр отдельной частицы и смеси частиц. Виды грохочения по крупности материала: крупное, среднее, мелкое, тонкое.
4. Ситовый анализ, стандартные шкалы сит. Аппараты для производства ситового анализа. Характеристики крупности сыпучего материала по частным и суммарным выходам классов крупности. Формы суммарной (кумулятивной) характеристики крупности: по «плюсу» и «минусу», полулогарифмическая, логарифмическая.
5. Уравнения характеристик крупности материала (Годэна–Андреева, Розина–Раммлера). Кривые распределения. Вычисление поверхности и числа зерен по уравнениию суммарной характеристики крупности. Вычисление среднего диаметра зерен сыпучего материала.
6. Эффективность грохочения – общая и по отдельным классам крупности. «Легкие», «трудные» и «затрудняющие» зерна. Вероятность прохождения зерен через отверстия сита.
7. Влияние на процесс грохочения различных факторов: влажности материала, формы и размера его частиц, формы отверстий и наклона просеивающей поверхности, скорости движения грохотимого материала, амплитуды и частоты вибраций короба инерционных грохотов. Последовательность выделения классов крупности: от крупного к мелкому, от мелкого к крупного, комбинированная.
8. Зависимость эффективности грохочения от продолжительности рассева, нагрузки грохота и гранулометрического состава грохотимого материала. Извлечение мелкого класса в подрешетный продукт. «Замельченность» надрешетного продукта.
9. Общая классификация грохотов. Неподвижные колосниковые грохоты. Валковые грохоты. Схема устройства, принцип действия, размеры, область применения, производительность, показатели работы. Достоинства и недостатки.
10. Барабанные грохоты. Плоские качающиеся грохоты. Схема устройства, принцип действия, размеры, область применения, производительность, показатели работы. Достоинства и недостатки.
11. Вибрационные (инерционные) грохоты с круговыми и эллиптическими колебаниями, самоцентрирующиеся грохоты. Амплитудно-частотная характеристика инерционных грохотов. Схема устройства, принцип действия, размеры, область применения, производительность, показатели работы. Достоинства и недостатки.
12. Вибрационные грохоты с линейными вибрациями. Типы вибраторов. Грохоты с самобалансным вибратором, самосинхронизирующиеся, самобалансные грохоты. Схема устройства, принцип действия, размеры, область применения, производительность, показатели работы. Достоинства и недостатки.
13. Резонансные горизонтальные грохоты. Электровибрационные наклонные грохоты. Схема устройства, принцип действия, размеры, область применения, производительность, показатели работы. Достоинства и недостатки.
14. Условия, влияющие на производительность и эффективность работы вибрационных грохотов. Технологический расчет наклонных инерционных грохотов. Гидравлические грохоты: дуговые сита, плоские грохоты для тонкого грохочения.
15. Эксплуатация грохотов. Способы крепления сит, замена сит. Балансировка вибрационных грохотов. Борьба с залипанием рабочей поверхности и пылевыделением. Основные приемы безопасного обслуживания грохотов.
16. Основные понятия и назначение процессов дробления. Степень дробления и измельчения. Стадиальность и схемы дробления и измельчения. Удельная поверхность рыхлого материала.
17. Современные представления о процессе разрушения упруго-хрупких и хрупких твердых тел под механическим воздействием. Физико-механические свойства горных пород: прочность, твердость, вязкость, пластичность, упругость, их значимость в процессах разрушения. Шкала крепости горных пород по М.М. Протодьяконову.
18. Структура горных пород, пористость, дефекты, трещиноватость. Образование и распространение в напряженном упруго-хрупком теле разрывающей трещины «критической» длины, как критерий возникаемого напряжения атомно-молекулярных связей в устье трещины. Физическая сущность напряжения и предельно возможная его величина.
19. Законы дробления горных пород (Риттингера, Кирпичева–Кика, Ребиндера, Бонда), их сущность, достоинства и недостатки, область применения. Зависимость удельного расхода энергии разрушения куска или частицы твердого тела от их крупности, общее выражение для энергозатрат на сокращение крупности. Индекс работы дробления по Бонду, возможность его практического использования. Избирательность дробления, физическая основа процесса, критерии и показатели, характеризующие избирательность. Роль дефектов и трещин при разделении сростков различных минералов и их связь с показателями избирательности.
20. Гранулометрический состав поступающей на дробильно-сортировочную фабрику горной массы. Способы дробления. Дробление крупное, среднее и мелкое. Степень дробления, ее определение. Схемы дробления, стадиальность дробления. Открытый и замкнутый циклы дробления. Работа дробилок мелкого дробления в замкнутом цикле с грохотом.
21. Технологическая эффективность дробления. Энергетические показатели дробления. Циркулирующая нагрузка в циклах дробления. Технологические особенности дробления при переработке различного минерального сырья: руд металлических и неметаллических полезных ископаемых, угля.
22. Эксплуатация дробильных отделений, требования карт технологического режима к конечному продукту дробления. Оптимальная крупность дробленого продукта, поступающего в последующие операции измельчения. Операции предконцентрации в циклах дробления: сухая магнитная сепарация, обогащение в тяжелых суспензиях и др.
23. Классификация дробильных машин. Щековые дробилки с простым и сложным движением щеки. Схемы устройства и принцип работы, формулы для определения угла захвата, теоретической производительности, частоты качаний (для конусных и щековых), степень дробления, расход электроэнергии и металла на дробление, достоинства и недостатки, области применения.
24. Конусные дробилки для крупного дробления с верхним подвесом и нижней опорой дробящего конуса. Конусные редукционные дробилки. Конусные дробилки среднего и мелкого дробления. Дробилки с гидравлической амортизацией и регулированием загрузочной щели. Безэксцентриковая инерционная дробилка. Схемы устройства и принцип работы, формулы для определения угла захвата, теоретической производительности, частоты качаний (для конусных и щековых), степень дробления, расход электроэнергии и металла на дробление, достоинства и недостатки, области применения.
25. Валковые дробилки, устройства, окружная скорость валков, область применения. Зависимость диаметра валков от размера дробимых кусков. Дробилки с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками. Схемы устройства и принцип работы, формулы для определения угла захвата, теоретической производительности, частоты качаний (для конусных и щековых), степень дробления, расход электроэнергии и металла на дробление, достоинства и недостатки, области применения.
26. Новые типы дробильных машин. Физические способы дробления: электрогидравлическое, кавитационное, процесс Снайдера и др.
27. Машины для среднего и мелкого дробления мягких и хрупких пород. Валковые дробилки для угля. Молотковые и роторные дробилки, дезинтеграторы. Схемы устройства и принцип действия, степень дробления, производительность, расход электроэнергии и металла, способы управления.
28. Выбор типа и размеров дробилок для среднего и мелкого дробления для работы в заданных условиях. Достоинства дробилок ударного действия. Способы автоматического регулирования дробильных агрегатов.
29. Особенности разрушения минеральных частиц и зерен в процессах измельчения. Крупность исходного и конечного продуктов. Понятие «масштабного фактора» и его влияние на энергоемкость процесса измельчения в зависимости от тонины помола.
30. Раскрытие рудных и нерудных минералов в процессе измельчения, определение параметров раскрытия, селективность измельчения, способы ее повышения. Взаимосвязь процессов измельчения и обогащения при переработке руд с различной крупностью вкрапленности минералов.
31. Измельчаемость полезных ископаемых. Методы определения измельчаемости.
32. Кинетика измельчения, уравнения кинетики измельчения, значение параметров уравнения, их определение. Технологические зависимости, вытекающие из уравнения кинетики измельчения.
33. Типы мельниц, их классификация. Барабанные вращающиеся мельницы как основное измельчительное оборудование на обогатительных фабриках: шаровые с центральной разгрузкой и через решетку, стержневые, рудно-галечные. Конструктивные особенности, режимы работы, питатели, привод.
34. Скоростные режимы измельчения в шаровых мельницах: водопадный, каскадный, смешанный, сверхкритический. Угол отрыва шаров. Критическая и относительная частота вращения мельниц. Уравнения круговой и параболической траектории движения шаров в мельнице. Координаты характеристик точек параболической траектории шаров в мельнице. Оборачиваемость шаров в мельнице, циклы движения мелющей загрузки.
35. Степень заполнения объема барабана мельницы мелющей средой. Насыпная масса шаров стержней, рудной гали в мельнице. Определение степени заполнения объема барабана мельницы мелющей загрузкой.
36. Мощность, потребляемая мельницей при каскадном и водопадном режимах ее работы. Зависимость полезной мощности от частоты вращения мельницы и степени заполнения ее объема мелющей средой. Формулы полезной мощности.
37. Закономерности износа шаров в мельнице, уравнения характеристики крупности шаров в мельнице при регулярной их догрузке. Рационная загрузка шаров. Факторы, влияющие на расход шаров в процессе измельчения.
38. Барабанные мельницы сухого и мокрого самоизмельчения, особенности процесса измельчения, его преимущества. Образование классов «критической крупности» в мельницах самоизмельчения и пути уменьшения их накопления. Мельницы полусамоизмельчения. Рудно-галечные мельницы, размер и плотность рудной гали, ее расход. конструктивные особенности, режимы работы, питатели, привод. Конструктивные особенности, режимы работы, питатели, привод. Футеровка мельниц, типы футеровок, срок эксплуатации. Области применения. Эксплуатация барабанных мельниц.
39. Вибрационные, планетарные, центробежные, струйные мельницы. Принцип действия, схемы устройства. Области применения.
40. Открытый и замкнутый циклы измельчения. Процесс образования и установления циркулирующей нагрузки в замкнутом цикле измельчения, взаимосвязь с производительностью мельницы. Определение циркулирующей нагрузки. Пропускная способность мельницы.
41. Технологические схемы измельчения, стадиальность измельчения. Число стадий и их связь с процессами обогащения. Особенности применения стержневых, шаровых и рудно-галечных мельниц в технологических схемах стадиального измельчения. Сочетание рудно-галечного измельчения с первичным рудным самоизмельчением. Классификаторы и гидроциклоны в схемах измельчения. Особенности узлов сопряжения «мельница – классификатор». Влияние эффективности классификации на производительность мельницы. Пульпа, показатели ее состава, свойства пульпы.
42. Производительность мельниц по исходному питанию и расчетному классу, факторы, влияющие на производительность. Определение производительности мельниц. Расчет мельниц по удельной производительности.
43. Автоматизация циклов измельчения, особенности регулирования этих циклов.
44. Технико-экономические показатели измельчения. Стоимость измельчения по отдельным статьям расхода.
Рекомендуемая литература
Основная литература:
Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчения и грохочение полезных ископаемых: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1990. – 301 с.
Дополнительная литература:
1. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / Под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского. 2-е издание. – М.: Недра, 1982. – 366 с.
2. Донченко А.А., Донченко В.А. Справочник механика рудообогатительной фабрики. – М.: Недра, 1986. С. 4-130.
3. Журналы «Обогащение руд», «Горный журнал».
4. М.Н.Келль. Обогащение полезных ископаемых. Сборник задач. – Л.: ЛГИ, 1986. – 64 с.
CC BY
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Петров В.Н., Малышев С.Л., Кирпиченков И.А., Махоткин И.А.
В представленной работе предложен метод измерений расхода двухкомпонентного продукта смеси жидкой и твёрдой фаз, с присутствием газовой фазы, представляющий собой пульповый продукт сырьевой поток концентратов, транспортируемый по трубопроводам между подразделениями горно-обогатительных предприятий.I
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Петров В.Н., Малышев С.Л., Кирпиченков И.А., Махоткин И.А.
n this work a method for measuring flow rate of two-component product-a mixture of liquid and solid phases, with presence of gas phase, which is a product of syrevoj stream be concentrates, transported by pipeline between units of ore processing plants.
Текст научной работы на тему «Измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы»
В. Н. Петров, С. Л. Малышев, И. А. Кирпиченков,
ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И ПЛОТНОСТИ ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ПРОДУКТА
В ТРЁХФАЗНОЙ СРЕДЕ ПУЛЬПЫ
Ключевые слова: трёхфазная пульпа, расход, плотность, концентрация.
В представленной работе предложен метод измерений расхода двухкомпонентного продукта - смеси жидкой и твёрдой фаз, с присутствием газовой фазы, представляющий собой пульповый продукт - сырьевой поток концентратов, транспортируемый по трубопроводам между подразделениями горно-обогатительных предприятий.
Keywords: three-phase slurry flow rate, density, concentration.
In this work a method for measuring flow rate of two-component product-a mixture of liquid and solid phases, with presence of gas phase, which is a product of syrevoj stream be concentrates, transported by pipeline between units of ore processing plants.
Вопрос взаиморасчётов, возникший при реструктуризации крупных предприятий привёл к проблеме достоверного метрологического обеспечения измерений расхода и плотности продукции, передаваемой и принимаемой продукции различными производственными подразделениями. Так, для горно-обогатительных предприятий особую трудность представляет определение расхода и плотности пульпы, поступающей в трубопроводную транспортную систему после флотационных машин, для случаев, когда она содержит газ. При этом образуется трёхфазная среда - смесь твёрдой, жидкой и газообразной фаз, или иначе двухкомпонентный продукт в трёхфазной среде пульпы. Объёмное содержание газовой фазы в трёхфазной пульпе (рг может
составлять до 20%, а иногда оно может быть и выше. Пренебрежение учёта влияния газосодержания при сведении сырьевых балансов производственными подразделениями, как показано в работе [1], может привести к значительному расхождению данных измерений массового расхода и количества передаваемой продукции.
Для определения параметров потока, состоящего из трёх фаз, в режиме реального времени необходимо распознать три компонента - твёрдый, жидкий и газообразный, проходящих через средства измерений, что, в свою очередь, требует системы измерений фракционного состава, способного различать фазы в общем потоке. Надо заметить, что пульповый продукт транспортируется в ограниченном трубой пространстве, следовательно, зная содержание двух фаз, можно рассчитать третью. Отсюда следует, что для описания трёхфазного потока необходимы измерения скоростей трёх фаз, двух плотностей и, для приведения к стандартным условиям, значения давления и температуры потока.
Из вышесказанного следует, что измерительная система должна одномоментно выполнить семь измерений, что усложняет реализацию поставленной задачи.
Сегодня на рынке отсутствуют приборы по учёту отдельно каждой фазы в рассматриваемой трёхфазной среде. Для нефтедобывающей отрасли
разработаны и эксплуатируются многофазные рас-ходомерные установки, позволяющие определить покомпонентный состав сырой нефти - нефти, воды и попутного нефтяного газа [2,3].
В данной работе представлены методы определения параметров двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы с учётом приборной базы, имеющейся на мировом рынке.
Рассмотрим течение трёхфазной пульпы в трубопроводной транспортной системе горнообогатительных предприятий. После процесса флотации пульпа содержит пузырьки газа, в результате чего образуется газированная пульпа. В дальнейшем при движении по трубопроводам пузырьки всплывают и образуют структуру расслоённого течения (незаполненного канала). В работе [4] показано, что после флотации диаметр воздушных пузырьков составляет от 1 до 5 мм, а скорость их всплытия в соответствии с работой [5] составляет порядка 0,25 м/с. Как показано в работе [6] максимальная скорость течения двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы не превышает Ос = 4 м/с.
Следовательно, при средней скорости течения пульпы 5 м/с через 10 м вниз по потоку в трубопроводе диаметром 0,5 м образуется расслоённое течение.
Такой подход, как сказано выше, справедлив, если не учитывать воздействие химического реагента, используемого в технологическом процессе флотации. С учётом добавки скорость всплытия воздушных пузырей может существенно уменьшиться, при этом расслоённое течение может образоваться через 50 м и более. Следовательно, в пульпопроводе возможны два режима течения трёхфазной пульпы - газированный (пузырьковый) и расслоённый.
Рассмотрим методы измерений параметров трёхфазной пульпы для этих двух случаев течения применительно к приборам учёта, имеющимся сегодня на рынке. Запишем уравнения по определению
средней скорости ос и плотности рс трёхфазной
От ,Ог ,Ож — соответственно, скорость твёрдой, газовой и жидкой фаз;
Рт, р, рж - соответственно, плотность твёрдой,
газовой и жидкой фаз.
Как следует из уравнения (1), при течении трёхфазной пульпы необходимо учитывать скольжение между отдельными фазами, имея в виду, что
скорость твёрдой фазы От меньше скорости жидкости иж, которая, в свою очередь, меньше скорости газа Ог, если последний не диспергирован в ней.
В работе [7] представлена схема устройства, позволяющего произвести измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта. В соответствии со схемой устройства производится измерение пяти параметров трёхфазной смеси в двух сечениях потока газированной пульпы, с объемным содержанием газа в условиях измерений 2-6% . Схема включает пять измерительных преобразователей, три из которых - преобразователи расхода 1, плотности 2 и давления 7 установлены в сечении А-А (рис.1). На достаточном удалении от сечения А-А, в сечении Б-Б размещены преобразователи расхода 3 и давления 4. Сигналы от всех преобразователей поступают на вычислительное устройство 6, на выходе которого имеется измеритель концентрации пульпы 5, принцип работы которого основан на том, что разность между объёмными расходами Ав в сечениях А-А и Б-Б зависит от расширения газовой фазы при уменьшении давления от РА в сечении А-А до РБ в
сечении Б-Б. С учётом ряда допущений автор работы приводит уравнение для определения концентрации газа р в сечении А-А.
вв — Qл )РБ вл ( Ра — Рв )
где вА и вБ - соответственно, объёмные расходы пульпы в сечениях А-А и Б-Б;
РА и РБ - соответственно, давление в сечениях А-А и Б-Б.
Из уравнения (2) следует выражение для определения концентрации твёрдой фазы
(Рс — Рж ) + Р (Рж — Р )
Если учесть, что рж>>рг , тогда
Массовый расход твёрдой фазы От в работе определяется в зависимости от объёмного расхода смеси вс по уравнению
Решая уравнение (3) совместно с уравнениями (5) и (6) получено выражение для определения массового расхода твёрдой фазы
Выражение (7) справедливо при равенстве скоростей фаз, в него входят пять величин, которые измеряются в соответствии со схемой устройства, представленной на рис. 1.
Рис. 1 - Схема устройства для измерений расхода твёрдого компонента в газированной пульпе
Промышленные испытания устройства показали, что предельная приведённая погрешность измерения массового расхода твёрдой фазы не превышает 4%.
Схем устройств измерения расхода твёрдой фазы в газированной пульпе при объёмном содержании газовой фазы более 6%, а также при расслоённом течении пульпы в канале, в литературе нет. Данная проблема, как было сказано выше, появилась в последнее время в связи с реорганизацией горно-обогатительных предприятий.
Авторами данной статьи предложена схема определения расхода и плотности двухкомпонент-ного продукта (смесь жидкой и твёрдой фазы) в трёхфазной пульпе.
Для двухкомпонентного продукта пульпы в трёхфазной среде можно записать
где фп - концентрация пульпы в трёхфазной среде; рп - плотность пульпы в трёхфазной среде.
С учётом выражения (8) уравнение (2) при-
Рс =РгРг + (1 — Рг )Рп
Используя выражение (10) после простых преобразований можно получить формулу для определения плотности пульпы рп
С целью определения расхода и уровня пульпы в трубопроводе используем ультразвуковой прибор 1 (рис.2), позволяющий определить расход и уровень двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде Ь (рис.3). Зная уровень пульпы Ь можно определить площадь трубопровода, занимаемой газом, Бг , который можно вычислить как разницу площади сектора круга Бсек с углом 2а и площади треугольника 8т„.
где Я - радиус трубопровода;
Здесь а измеряется в радианах. Следовательно, концентрация газовой фазы определяется по формуле
где Я - площадь проходного сечения трубопровода.
Схема устройства для измерения расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы (рис.2) включает четыре измерительных первичных преобразователя, - преобразователи расхода и уровня 1, плотности 2 и датчик давления 3. Сигналы от всех четырёх преобразователей поступают на вычислительное устройство 5, на выходе которого имеется измеритель расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде 4.
Рис. 2 - Схема устройства для измерений расхода и плотности двухкомпонентного продукта в трёхфазной среде пульпы
Рис. 3 - Схема определения уровня двухкомпо-нентного продукта в трёхфазной среде
Измерения давления в сечениях А-А и Б-Б необходимы для компенсации параметров газовой фазы (г, так как величина давления в этих сечениях
Метод измерений, представленный в данной работе, позволяет решить наболевшую проблему сведения сырьевого баланса между подразделениями крупных горнообогатительных компаний, а именно, по определению расхода пульпового продукта в трёхфазной среде.
1. В. Кравченко, М. Риккен «Законодательная и прикладная метрология» № 4 23-25 (2006).
2. В.В. Кузьмин, А.А. Гайнуллина, А.Н. Ахмерова Вестник КГТУ, № 10, 289 (2013).
3. В.М. Красавин, С.В. Раинчик, В.П. Ившин, А.В. Красавин Вестник КГТУ, № 13, 193 (2013).
4. А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников, Техника защиты окружающей среды. Химия, М, 1989. 512 с.
5. Г.Н. Абрамович, В сб. «Итоги науки и техники» т.20, М.: 1986. - с.85-139.
6. Пособие по проектированию гидравлического транспорта (К СНиП 2.05.07-85). ПромтрансНИИПроект. М.: Стройиздат, 1986. - 18с.
7. Кремлёвский П.П. Расходомеры и счётчики количества. Справочник. Л.: Машиностроение. 1989г. - 701с.
Гранулометр-плотномер "Гран-П" - установка для достоверного определения гранулометрического состава и плотности в пульповых продуктах измельчения обогатительных и других производств. Грансостав и плотность являются важными параметрами, определяющими качество работы флотационного передела обогатительной фабрики. Стабилизации режимов измельчения и классификации обычно бывает недостаточно для стабильности грансостава пульпы, поэтому необходим постоянный его контроль.
Преимущества гранулометра-плотномера «Гран»:
- На точность определения грансостава не влияет изменение соотношения классов крупности, например, за счет глинистых пород;
- Простота калибровки и поверки гранулометра по эталонным пробам контролируемых продуктов;
- Возможность установки датчика гранулометра как выше, так и ниже точки отбора пульпы;
- Одновременное определение гранулометрического состава и плотности пульповых продуктов;
- Автоматическая диагностика технического состояния гранулометра.
Установка автоматического определения грансостава и плотности пульповых продуктов - гранулометр "Гран-П" предназначен для измерения массовых долей содержания твердых частиц заданного класса крупности и плотности в продуктах измельчения (пульпах, гидросмесях, суспензиях). В основу метода измерения заложен принцип седиментационного анализа (ГОСТ 24598-81). Установка определяет вес всей пробы и вес минусового класса крупности. Отношение этих весов и определяет содержание контролируемого класса, что аналогично методике ситового анализа, которому «Гран-П» не уступает в точности. Это качество положительно отличает «Гран-П» от известных автоматических гранулометров, например лазерных или измеряющих средний размер частиц. Одновременно с грансоставом определяется и плотность технологического потока пульпы.
Особенности системы:
Принцип работы и примеры применения:
В основу работы гранулометра положено явление седиментации в гидросмесях – разделение твердых частиц по классам крупности в осадительной трубе, заполненной водой. Седиментационный анализ с ручными операциями известен более сотни лет. Ранее предпринимались попытки их автоматизации, но распространения не получили. Наиболее трудновыполнимыми оказались операции стабилизации режимов ввода пробы пульпы в осадительную трубу и измерение результатов седиментации.
В 1985 году На Зыряновском ГОКе (Казцинк), перерабатывающем до 5 типов руд, внедрено 8 шт. гранулометров «Гран». В 1999 году «Уралавтоматика инжиниринг» изготовило для того же предприятия 4 шт. «Гран-1», а в 2012 году 7 шт. «Гран-П». Все эти годы гранулометр постоянно совершенствовался, внедрен на ряде других предприятий и доказал надежность и достоверность результатов измерений. На рис. 1 показаны результаты сравнительных испытаний с ситовым анализом на примере переработки полиметаллических руд, а на рис. 2 - на примере железных руд. Такая картина наблюдается на всех фабриках. Низкая точность ситовых анализов определяется разными навыками исполнителей и переменным состоянием сит. Специалистам известны способы автоматического контроля грансостава, построенные на предположении сохранения постоянства соотношения классов крупности измельченной руды. Однако при изменении твердости руды и особенно при наличии шламистых включений, типа глины, соотношение классов крупности резко меняется, что вызывает существенное увеличение погрешностей измерения. Это характерно, например, для гранулометров лазерных, ультразвуковых и измерений с использованием микрометрических щупов. Для устранения указанного недостатка нами выбран седиментационный метод измерений. Его суть заключается в следующем. В осадительную трубу, предварительно заполненную водой, вводится проба пульпы. Скорость оседания твердых частиц пропорциональна квадрату их диаметра, что обеспечивает высокую селективность распределения частиц по классам крупности по высоте осадительной трубы и, соответственно, точность измерения грансостава. В начале ввода пробы пульпы определяется общий вес твердого в ней. Через нормированный промежуток времени оседания твердых частиц определяется вес минусового класса крупности. Отношение этих весов и дает процент содержания контролируемого класса. Таким образом, методика измерений аналогична стандартному ситовому анализу, которому она не уступает по точности (см. диаграмму сравнительных измерений класса -44 мк в параллельно отобранных пробах, выполненных «Гран» и ситовых анализов, выполненных исследователями и ОТК). Как видно на диаграмме, погрешности единичных измерений ситового анализа велики, в среднем 4. 5 % абс., а отдельные результаты до 20% абс. Аналогичная картина наблюдается практически на всех предприятиях. Погрешности измерений зависят от навыков исполнителей и состояния сит. По нормам ситовый анализ является контрольным для любого автоматического гранулометра, поэтому его градуировка и поверка связаны с определёнными сложностями, вызванными трудоёмкостью и точностью ситового анализа. При качественной градуировке результаты измерения гранулометра «Гран-П» будут достовернее ситового анализа.
Наиболее масштабное внедрение системы выполнено в июне 2010 года на АО «Васильковский ГОК» (Алтынтау Кокшетау, Республика Казахстан), перерабатывающим золотоносные руды. В шести точках контролируются грансостав и плотность, в пяти точках только плотность (вместо изотопных плотномеров). Контролируются крупности (-74мк) и (-44мк), плотности от 1,1 до 1,8 кг/см. куб. Точки контроля: разгрузка мельниц, сливы гидроциклонов, контактные чаны. Погрешность измерения грансостава ±2% абс., плотности – в пределах ±1% отн.
На структурной схеме гранулометра указаны следующие компоненты:
Конструкция и работа гранулометра:
Структурная схема гранулометра показана на рис.3. Уровень воды Нmax в измерительном сосуде 6 пропорционален весу твердого и плотности твердых частиц в пробе пульпы, введенной в осадительную трубу. Уровень Нн пропорционален весу минусового класса частиц. Отношение Нн/Нmax и определяет содержание контролируемого класса крупности. При измерении снимается непрерывная кривая распределения частиц по крупности, поэтому можно определять любое заданное количество классов крупности. Уровень Но расположен на уровне перелива воды из осадительной трубы и принят за начало шкалы отсчета значений Нmax и Нн. Градуировочной характеристикой гранулометра является нормированное время Тн, определяющее момент когда все частицы крупнее контролируемого класса крупности осядут ниже вреза измерительного сосуда в осадительную трубу. Время Тн может оказаться разным для отдельных типов руд, перерабатываемых на фабрике. Тогда каждое врем Тн вносится в программу работы гранулометра.
Для каждого типа руд производится индивидуальная градуировка на предприятии заказчика. При переработке нескольких типов руд в программу вводится соответствующий параметр, который может быть изменен как с шкафа управления (местное управление), так и с центрального операторского пункта оператором фабрики (централизованное управление/параметрирование по шине profibus). Для заполнения осадительной трубы используется техническая вода. Категорически не рекомендуется использование оборотной воды. Температурные колебания вязкости воды автоматически измеряются и учитываются в расчётах грансостава. Проба пульпы автоматически отбирается и загружается в осадительную трубу вакуумным пробоотборником. Объём отбираемой пульпы постоянен. Зная объём пульпы и вес твёрдого в ней, легко рассчитывается плотность пульпы. Градуировочное уравнение определения плотности не изменяется за всё время эксплуатации, оно определяется исключительно геометрическими параметрами осадительной трубы и весом твёрдого в пробе. Тип руды также не влияет на измерение плотности. На измерения не влияют также, (как, например, на изотопный плотномер) аэрация пульпы, заполнение, износ и зарастание трубопровода.
Методы повышения надежности работы и достоверности результатов измерений:
Основные технические решения для измерения плотности:
Объем отбираемой пробы пульпы постоянен, вес твердого в пробе и плотность твердых частиц определяются измеряемой величиной Нmax, что достаточно для расчета плотности пульпы в контролируемом потоке. Градуировочным параметром расчета плотности является коэффициент Кv, определяющий степень разбавления пробы пульпы при ее вводе в осадительную трубу. Коэффициент Кv зависит только от геометрических параметров осадительной трубы, которые в процессе эксплуатации не меняются, поэтому дрейф градуировки плотности практически отсутствует, что является важным достоинством прибора. Коэффициент Кv указывается изготовителем и корректируется при наладке на объекте внедрения.
Подготовка места установки и монтаж:
На рисунке 4 приведены рекомендованные габаритные размеры расположения места установки гранулометра. Прибор рекомендуется устанавливать вблизи точки контроля (отбора пробы). Отбор проб может осуществляться из коробов слива гидроциклонов, потоков пульпы в лотках и самотечных трубопроводов, контактных чанов, карманов флотомашин. Монтаж может осуществляться на существующих площадках вдоль перил ограждения, на площадках установки гидроциклонов, на специальных площадках и др. На площадках вырезать отв 200х300, по контуру которого и устанавливается рама с датчиком «Гран-П» или «П-Гран». К площадке необходимо подвести техническую воду и сжатый воздух. Если отсутствует сжатый воздух, изготовитель может по договоренности поставить передвижной или стационарный воздушный компрессор.
Уважаемые коллеги! Ниже приведен опросный лист (таблица) для заполнения исходных данных по предполагаемой точке измерения грансостава, скопируйте ее в любую удобную для Вас программу, заполните и пришлите на электронную почту info@uralautomatica.ru Пожалуйста, укажите ваши контактные данные.
На нашем производственном участке (г. Дегтярск, Свердловской области, ул. Калинина 1а) имеется промышленный образец данного прибора, доступный для полноценной демонстрации работы (определения грансостава и плотности на пробах предприятия Заказчика). Мы приглашаем всех заинтересованных специалистов принять участие в оценке достоверности измерений выпускаемой нами установки.
Перед выездом специалистов необходимо выслать уведомление на имя Генерального директора по факсу о дате приезда и количестве специалистов. Для калибровки прибора на пробах конечного потребителя необходимо приготовить высушенную пробу весом примерно 10 кг. Пробу тщательно перемешать и методом сокращения взять из нее три навески для ситового анализа. Остатки пробы разделить на навески по 500+1 грамм и упаковать их в полиэтиленовые пакеты. Ситовый анализ выполнять мокро-сухим способом. Аналогичным способом приготовить пробы для каждой предполагаемой точки контроля грансостава. На каждом пакете указать наименование продукта, ситовый анализ контролируемого класса крупности, вес пробы, удельный вес твердого, дату приг
Состав базового комплекта поставки гранулометра-плотномера "Гран-П":
- Датчик гранулометра (пробоприемная камера и осадительная труба);
- Датчик давления;
- Датчик температуры;
- Настенный шкаф управления с программируемым контроллером Siemens S7-1200, панелью визуализации Siemens КТР600 и воздухораспределительными компонентами фирм Festo, Camozzi или SMC;
- Монтажный комплект (вентили, пневмотрубка, пробозаборная трубка и др.);
- Руководство по эксплуатации;
- Паспорт.
По согласованию с Заказчиком поставляется:
- АРМ оператора системы с программным обеспечением для архивации, визуализации данных, ведения журнала событий, тревог и т.п.;
- Малогабаритный воздушный компрессор (при отсутствии источника технического воздуха на объекте).
Шкаф местного управления с функцией АРМа оператора (ведение базы данных измерений по двум классам крупности одновременно). Качканарский ГОК.
Процесс измерения (по требованию Заказчика) может быть визуализирован на экране монитора с хранением результатов измерений в базе данных компьютера. Следует отметить, что АРМ оператора может быть использован для нескольких точек измерения грансостава и плотности. Результаты измерения могут быть завязаны с контурами регулирования мельниц по информационной шине обмена данными (изменение задания на измельчение в зависимости от текущего грансостава). Система имеет возможность одновременного измерения нескольких различных классов крупности твердых частиц конкретного продукта.
Эффективность работы системы и заявленные точностные характеристики, а также универсальность базовой методики выполнения измерений подтвердил ФГУП «Уральский центр стандартизации и метрологии», проводивший в 2004 году метрологическую аттестацию системы, выдан сертификат соответствия №0000757. «Гран» защищен патентом на изобретение (патент «Седиментационный гранулометр № 2196974»). В настоящее
Перед тем как приступить к описанию картины осаждения твердого материала из суспензии в сгустителе, рассмотрим основные методы определения и расчета концентрации твердого в суспензии.
На практике для определения содержания твердого в суспензии, а также отношения Т:Ж отбирают мерной кружкой определенный объем пульпы и взвешивают его. Зная вес и объем пульпы, составляют два балансных уравнения и из них рассчитывают все необходимые величины:
. (3.9)
Согласно уравнению (3.8) вес пульпы (Pn) равен сумме весов твердого (Pтв) и жидкого (Pж), а уравнение (3.9) отражает баланс объемов: объем пульпы (Vn) равен сумме объемов твердого (Vтв) и жидкого (воды) (Vж). Объемы Vтв и Vж далее выражают через массу и удельную массу твердого (тв) и жидкого (ж).
Решение системы уравнений относительно массы твердого имеет вид:
обычно Vn =1000 см 3 , ж =1 г/см 3 ;
а для веса воды:
,
отсюда Т:Ж равно:
l = (Т:Ж) = 
,
а R = Ж:Т выразится обратным соотношением.
и 
,
найдем их значения:
,
.
Зная вес твердого и объем жидкости, легко найти концентрацию:
[г/см 3 ].
Для соблюдения соответствия в размерности между объемом и удельной массой, объем необходимо в формулах подставлять в (см 3 ), удельную массу в (г/см 3 ), вес в (г), а концентрацию в (г/см 3 ).
Переход от концентрации с к отношению Ж:Т осуществляется по выражению:
.
Если концентрация выражена в процентах, то разжижение рассчитывают обычно как
,
где b - процент твердого в суспензии или пульпе.
3.2.3. Исследование скорости расслоения суспензий I-го и II-го классов методом длинной трубки
Все суспензии I-го класса и многие суспензии II-го класса при отстаивании не дают четкой границы раздела твердое-жидкость. Расслоение таких суспензий анализируют по зависимости изменения концентрации твердого в сливе от времени осаждения.
Для определения потерь твердого со сливом проводятся опыты в стеклянной трубке диаметром 25 ÷ 30 мм с рабочей длиной 1,8 м (для ускорения работы лучше иметь несколько таких трубок). Каждый конец трубки плотно закрывается пробкой, и трубка устанавливается вертикально. В трубку до отметки 1,8 м заливается суспензия. Через определенный промежуток времени (например, после 15 минут отстаивания суспензии) сифоном отбирается столб слива высотой 0,3 м, а после этого до первоначальной отметки доливается свежая суспензия. С принятым интервалом вся операция неоднократно повторяется в течение первого часа.
В течение второго часа операция производится с интервалом, например, в 30 минут. Последующие опыты можно проводить с интервалом в один и несколько часов.
Отсифоненные сливы фильтруют, осадок высушивают и определяют вес сухого материала. По результатам опытов определяют потери твердого со сливом при разной площади сгущения.
Пример расчетов приведен в табл.3.3.
Результаты сгущения суспензии (внутренний диаметр трубки 25 мм, отношение Ж:Т в исходном 3,5:1). Отбиралось 0,30 м или объем 0,147 л = 
.
Интервал времени между сливами, t, ч
Скорость удаления слива 
=Vу.сл`, м/ч
Удельная производи-тельность по сливу q, м 3 /м 2 ∙сутки
Содержание твердого в сливе C, кг/м 3
Количество слива с 1 т твердого Q, м 3 /т
Потери со сливом cQ, %
Удельная нагрузка qн, т/м 2 ∙сутки
Удельная площадь сгущения f, м 2 /сутки∙1т
Вес твердо-го Ртв, г
Объем пробы Vп, л
, F - площадь сечения трубки
Потери 
Предварительные опыты показали, что содержание твердого в сгущенном продукте может превышать 50%, поэтому отношение Ж:Т в разгрузке сгустителя принято равным I : In (цель расчета - найти зависимость количества потерь от нагрузки).
Скорость удаления слива определена делением высоты столба слива 0,3 м на интервал времени.
Удельная производительность по сливу q соответствует скорости удаления слива, умноженной на 24 - число часов в сутках.
Содержание твердого в сливе подсчитано по весу твердого в отобранном сливе. При диаметре трубки 25 мм объем отбираемого за один раз слива составлял 0,147 л. В первом опыте интервал времени равнялся 0,5 ч, следовательно, 2,3 грамма твердого были отобраны за 2 раза, которые содержались в 0,294 л. Это соответствует 7,82 кг/м 3 . В остальных случаях сливы были отсифонены за один раз.
Количество слива, получаемого с 1 т твердого, определяется по разности значений Ж:Т в исходном Rn и сгущенном Rк продуктах. Потери со сливом подсчитаны по содержанию твердого в сливе и количеству слива с 1 т твердого.
Удельная нагрузка определена делением удельной производительности по сливу на количество слива с 1 т твердого. Удельная площадь сгущения является обратной величиной нагрузки.
При удельной нагрузке 0,7 т/м 2 сутки (табл.3.2) потери со сливом составляют около 0,25%. Однако, учитывая разницу в условиях осаждения (выпадение из средних и нижних слоев отобранного из трубки слива частиц, которые в условиях непрерывного сгущения попадут в слив), следует ожидать, что потери в промышленном сгустителе при такой нагрузке будут в 2 ÷ 3 раза больше.
Читайте также: