Способ сгущения и устройство для сгущения жидкости

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента СПОСОБ СГУЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СГУЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ Изобретение относится к способу и устройству для сгущения жидкостей, переносящих взвешенные частицы, причем загружаемую суспензию подают в бак (2) сгустителя через питающий резервуар(4), в который сгущаемая жидкость подается через питающий трубопровод (8). Изобретение предусматривает изменение площади поперечного сечения питающего трубопровода (8) в ответ на изменения скорости (расхода) потока внутри него, с тем чтобы поддержать постоянной скорость суспензии, подаваемой из питающего трубопровода (8) в питающий резервуар (4), при изменении скорости потока. Изобретение позволяет снизить ослабление смешивания в питающем резервуаре,вызываемое изменениями скорости потока (расхода) загружаемой суспензии. 015996 Данное изобретение в основном относится к разделению твердого вещества и жидкости. Более конкретно, изобретение относится к способу и устройству для сгущения, когда подачу вещества внутрь питающего резервуара приспосабливают к изменениям скорости потока внутри питающего трубопровода. В процессе осветления или сгущения суспензию, включающую жидкость, переносящую взвешенные частицы, вводят в сгуститель или отстойный бак, для того чтобы отделить частицы от жидкости. Основными компонентами сгустителя являются перегородка и бак, привод, питающий трубопровод, питающий резервуар, гребки (включая вал и скребки), воронка для сгущенного продукта и сливной желоб. В баке взвешенные частицы образуют сгущенный шлам на дне бака. Сгущенное вещество оседает на дно бака сгустителя, и затем его удаляют и обрабатывают, в то время как жидкий компонент поднимается в верхнюю часть сгустителя, течет в сливной желоб и покидает сливной бак. Гребок расположен таким образом, чтобы сдвигать вязкие твердые частицы, осевшие на дно сгустителя, по направлению к воронке для сгущенного продукта, расположенной в центре бака сгустителя. Суспензия поступает в сгуститель через питающий трубопровод и питающий резервуар. Скорость осаждения часто повышают с применением оптимального количества флокулянтов подходящего типа. Флокулянт добавляют в загружаемое вещество, для того чтобы агломерировать взвешенные частицы суспензии. Цель флокуляции состоит в том, чтобы связать твердые частицы друг с другом, чтобы способствовать процессу разделения, основанному на силе тяжести. При флокуляции некоторых суспензий иногда необходимо сначала разбавить суспензию, для того чтобы при добавлении флокулянта происходила эффективная флокуляция. Питающий резервуар часто применяют для подачи суспензии в бак сгустителя через дно питающего резервуара и для обеспечения возможности флокуляции суспензии перед ее поступлением в бак. Также функцией питающего резервуара сгустителя является смешивание загружаемой суспензии с флокулянтом и предоставление возможности осаждения флокулированных твердых частиц. Питающий резервуар обычно расположен в центре бака сгустителя, для того чтобы предоставить возможность равномерного распределения указанных оседающих твердых частиц внутри бака сгустителя. Для того чтобы сделать процесс флокуляции более действенным и эффективным, загружаемую суспензию обычно нужно разбавлять дополнительной технологической жидкостью. Разбавление обычно осуществляют в сгустителях посредством возвращения некоторого количества разбавляющей жидкости, вытекающей из верхней части бака сгустителя, обратно в питающий трубопровод и/или в питающий резервуар, для того чтобы разбавить втекающую суспензию. Для повторного использования вытекающей жидкости иногда необходимо установить насосы, трубопроводы для жидкости и клапаны. Одним из способов разбавления суспензии является циркуляция разбавляющей жидкости извне питающего резервуара внутрь питающего резервуара через отверстие в стенке питающего резервуара или через отдельный трубопровод. Иногда внутри питающего резервуара возникает проблема, состоящая в том, что загружаемое вещество имеет тенденцию течь непосредственно в нижнее выпускное отверстие. Время удерживания твердых частиц внутри питающего резервуара мало. Тогда данные частицы практически не смешиваются с разбавляющей жидкостью и флокулянтом. Частицы просто текут прямо через питающий резервуар вниз и наружу. Данная тенденция выше для фракции крупнозернистых частиц во входящем загружаемом твердом веществе. В результате разбавляющая жидкость не смешивается с загружаемым веществом должным образом и может происходить только частичная флокуляция. Смешивание внутри питающего резервуара должно быть эффективным, для того чтобы должным образом смешать загружаемую суспензию с разбавляющей жидкостью и флокулянтом. Возникает также вопрос, каким образом лучше смешать разбавляющую воду, флокулянт и загружаемую суспензию друг с другом, для того чтобы смешивание было идеальным для процесса. Кроме того, возникает вопрос, каким образом снизить ослабление смешивания, вызванное ослаблением объемного потока, которое представляет собой снижение скорости потока, т.е. расхода, загружаемой суспензии в питающем резервуаре из-за смешивания. Данное смешивание представляет собой как разбавление необработанной загружаемой суспензии,так и флокуляцию разбавленной загружаемой суспензии. Когда скорость потока внутри питающего трубопровода по какой-либо причине снижается, следовательно, снижается входная скорость вещества, текущего в питающий резервуар, возникает реальная возможность того, что загружаемая суспензия с высокой плотностью поступает в питающий резервуар и течет вниз и наружу из питающего резервуара без разбавления и флокуляции. Это явление известно как "пробой". Загружаемое вещество, загружаемая суспензия, течет вниз и выходит из питающего резервуара слишком быстро, вместо того чтобы течь по кругу и, в итоге, из питающего резервуара. Когда по какой-либо причине происходит отключение части сгущающей установки или снижение ее производительности, объемный поток в сгуститель снижается,что вызывает снижение скорости и возникновение пробоя, продемонстрированного выше. Существует потребность в рассмотрении поддержания скорости подачи на выходе из питающего трубопровода, когда происходит снижение объемного потока, т.к. скорость подачи снижается вместе со снижением объемного потока. Если ее не поддерживать, то в питающем резервуаре не будет достигаться адекватная скорость смешивания. В результате этого снижается входная скорость подачи, а объем питающего резервуара,который необходимо перемешать, остается таким же, поэтому входная скорость оказывается недостаточной для эффективного смешивания подаваемого потока внутри объема питающего резервуара.-1 015996 Целью данного изобретения является создание устройства и способа для сгущения жидкости, посредством которых подачу вещества в питающий резервуар приспосабливают к изменениям скорости потока посредством изменения площади поперечного сечения питающего трубопровода, для того чтобы поддерживать скорость подачи постоянной, даже если скорость потока внутри питающего трубопровода меняется. Путем поддержания входной скорости вещества, загружаемого в питающий резервуар, предотвращают или, по меньшей мере, значительно снижают возможность пробоя внутри питающего резервуара и достигают лучшего разбавления загружаемого вещества и лучшей флокуляции твердых частиц, т.е. лучшего смешивания. Также достигают лучшего вращения суспензии внутри питающего резервуара, что,в свою очередь, способствует процессу смешивания. Вышеупомянутой цели достигают посредством устройства и способа, определенных ниже в независимых пунктах формулы изобретения. Другие предпочтительные воплощения данного изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения. Согласно способу и устройству по данному изобретению смешивание загружаемой суспензии, разбавляющей жидкости и флокулянта внутри питающего резервуара улучшают посредством подстраивания процесса подачи к изменениям скорости потока внутри питающего трубопровода, подающего подлежащую сгущению жидкость в питающий резервуар, сообщающийся с баком для осаждения твердых частиц из сгущаемой жидкости, снабженным выпускным трубопроводом для выпуска из нижней части бака концентрированной жидкой фракции и желобом для выпуска из верхней части бака жидкой фракции с относительно более низкой плотностью, вытесненной в эту часть бака. В соответствии с изобретением питающий трубопровод выполнен с возможностью регулирования площади его поперечного сечения в зависимости от изменения скорости потока внутри него посредством соединенного с питающим трубопроводом регулирующего механизма, поддерживающего постоянной скорость подачи в питающий резервуар сгущаемой жидкости, выходящей из питающего трубопровода, при изменении скорости потока в указанном трубопроводе. Таким образом, площадь поперечного сечения питающего трубопровода для загружаемого вещества постоянно меняют при изменении скорости потока внутри питающего трубопровода. Для поддержания эффективного смешивания внутри питающего резервуара или, по меньшей мере, для наилучшего возможного смешивания цель данного изобретения состоит в поддержании постоянной входной скорости суспензии, подаваемой из питающего трубопровода в питающий резервуар, даже если скорость потока внутри питающего трубопровода снижается. Согласно одному из воплощений данного изобретения площадь поперечного сечения питающего трубопровода для загружаемого вещества непрерывно изменяют посредством регулирующего механизма, который, например, сжимает питающий трубопровод по меньшей мере с одной стороны, для того чтобы изменить площадь поперечного сечения питающего трубопровода вблизи выхода питающего трубопровода. Согласно другому воплощению данного изобретения регулирующий механизм оборудован устройством, которое, по меньшей мере, частично закрывает выход питающего трубопровода, т.е. тот конец питающего трубопровода, из которого вещество течет в питающий резервуар. Например, его можно применять для ограничения потока суспензии, подаваемого из конца питающего трубопровода. Воплощениями данного изобретения могут являться, например, решения типа зажимающего клапана или отсекающего клапана. Согласно данному изобретению регулирующий механизм приводят в действие с помощью электрического, пневматического или гидравлического привода или аналогичного устройства, для того чтобы легко менять площадь поперечного сечения питающего трубопровода. Согласно одному из воплощений данного изобретения площадь поперечного сечения питающего трубопровода для загружаемого вещества регулируют посредством изменений давления, скорости потока и/или скорости вещества, текущего внутри питающего трубопровода. Когда известны параметры процесса, их можно применять для предсказания ситуации, при которой необходимо изменение площади поперечного сечения питающего трубопровода. Когда скорость потока внутри питающего трубопровода снижается, площадь поперечного сечения питающего трубопровода для загружаемого вещества уменьшают посредством регулирующего механизма. Устройство и способ по данному изобретению снижают пробой загружаемого вещества и способствуют разбавлению и смешиванию потоков загружаемого вещества и флокулянта. Преимущество данного изобретения также состоит в поддержании скорости, которая, в свою очередь, делает максимально возможной эффективность смешивания внутри питающего резервуара. Представленные способ и устройство по данному изобретению легко использовать и можно изменять таким образом, чтобы они подходили к как можно большему количеству процессов с изменениями пропускной способности подачи. Изобретение описано более подробно на следующих чертежах: фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства для сгущения согласно настоящему изобретению,фиг. 2 а-2 е - схематическое изображение одного из воплощений данного изобретения. Устройство для сгущения согласно одному из предпочтительных воплощений настоящего изобретения включает сгуститель 1 с круглым баком 2 для вмещения жидкой суспензии 3. Питающий резервуар 4 обычно расположен в центре бака 2 и снабжен устройством для подачи вещества 5, такого как суспензия, разбавителя и флокулянта внутрь питающего резервуара. Обычно флокулянт подают, когда это не-2 015996 обходимо. В питающем резервуаре имеется нижнее отверстие 6, гидравлически сообщающееся с баком 2, через которое жидкая суспензия может течь из питающего резервуара в бак. Нижняя секция стенки питающего резервуара предпочтительно включает направленную вниз коническую пластину 7, так что площадь потока жидкости в нижней секции меньше, чем в верхней секции, для того чтобы ограничить поток жидкости между баком и питающим резервуаром. Флокулянт смешивают с суспензией обычно внутри питающего резервуара 4 во время подачи суспензии в бак по меньшей мере через один питающий трубопровод 8, желоб или аналогичное устройство в стенке питающего резервуара. Флокулянт способствует осаждению минеральной суспензии на дно бака и в воронку для сгущенного продукта. При нормальной работе осаждение твердых частиц происходит в баке 2 сгустителя, посредством чего слой сгущенной суспензии 3 оседает, вытесняя верхний слой относительно разбавленной жидкости 9 по направлению к верхней части бака. Бак сгустителя окружен сливным желобом 10, который отводит избыточную переливающуюся через край жидкость в выпускную трубу. Концентрированную суспензию извлекают из воронки для сгущенного продукта через выпускной трубопровод 11. Согласно данному изобретению площадь поперечного сечения питающего трубопровода 8 непрерывно меняют в зависимости от изменений объемной скорости потока вещества, текущего внутри питающего трубопровода, для того чтобы поддержать постоянной входную скорость загружаемого вещества, когда меняется скорость потока внутри питающего трубопровода 8. Площадь поперечного сечения питающего трубопровода 8 для вещества, загружаемого в питающий резервуар, меняют посредством регулирующего механизма 12, который согласно одному из примеров данного изобретения сконструирован таким образом, что сжимает питающий трубопровод 8 по меньшей мере с одной стороны, предпочтительно вблизи выхода 14 питающего трубопровода, как изображено на фиг. 2 а. Затем диаметр питающего трубопровода 8 восстанавливают из положения, в котором он был сжат. Регулирующий механизм 12 оборудован по меньшей мере одним зажимающим клапаном 13 или аналогичным устройством для сжатия питающего трубопровода 8. При сжатии питающего трубопровода площадь поперечного сечения питающего трубопровода для потока суспензии уменьшается, и входная скорость вещества остается постоянной, даже если скорость потока внутри питающего трубопровода снижается. Регулирующий механизм 12 можно присоединить к стенке питающего резервуара или каким-либо другим способом к сгустителю 1. Согласно одному из воплощений данного изобретения, изображенному на фиг. 2b и 2 с, регулирующий механизм 12 оборудован по меньшей мере одной пластиной 15, похожей на клапан с задвижкой,для, по меньшей мере, частичного закрытия выхода 14 питающего трубопровода, когда площадь поперечного сечения питающего трубопровода для вещества, загружаемого в питающий резервуар, уменьшают на выходе 14 питающего трубопровода 8. Пластину 15 передвигают посредством приводного механизма 16, который приводят в действие, например, гидравлическим устройством. Согласно одному из воплощений данного изобретения, изображенному на фиг. 2 с, пластина 15 сконструирована таким образом, что она качается относительно выхода 14 питающего трубопровода, когда пластина присоединена к питающему трубопроводу 8 таким образом, что она шарнирно присоединена вблизи выхода 14 питающего трубопровода по меньшей мере в одной точке 18. Когда пластина 15 шарнирно присоединена, она может действовать либо автоматически, либо посредством приводного механизма 16 при изменениях скорости потока внутри питающего трубопровода 8. Согласно примерам данного изобретения, представленным на фиг. 2d и 2 е, по меньшей мере часть площади поперечного сечения питающего трубопровода вблизи выхода 14 питающего трубопровода является переменной, что означает, что выходной диаметр питающего трубопровода является переменным,как в трубе типа трубки Вентури (2d). В соединении с выходом 14 питающего трубопровода расположен лепестковый затвор, имеющий лопасти 17 или аналогичные устройства, которые можно двигать посредством приводного механизма 16, для того чтобы изменять площадь поперечного сечения питающего трубопровода, когда это необходимо. Лопасти 17 можно присоединить либо вблизи выхода 14 питающего трубопровода, либо к концу выхода питающего трубопровода. Лопасти 17 расположены таким образом, что их можно двигать либо частично закрывая выход 14 питающего трубопровода, либо полностью закрывая выход питающего трубопровода. Регулирующий механизм 12 можно приводить в действие с помощью электрического, пневматического или гидравлического привода или каким-либо другим способом посредством присоединения приводящего механизма 16 к регулирующему механизму. Изменения площади потока в питающем трубопроводе вблизи выхода питающего трубопровода можно регулировать посредством изменений давления,скорости потока и/или скорости внутри питающего трубопровода 8, когда данные параметры измеряют посредством механизма 19 управления, присоединенного к регулирующему механизму 12. Согласно одному из примеров данного изобретения пусть суспензию подают в питающий трубопровод с объемной скоростью потока, составляющей 400 м 3/ч, когда сгуститель рассчитан на максимальный (100%) поток. Тогда, чтобы получить скорость 2 м/с для текущего вещества, диаметр питающего трубопровода 8 составляет 266 мм. Затем скорость потока снижается до 300 м 3/ч (75% от номинальной),вследствие помех для процесса, а скорость внутри питающего трубопровода составит 1,5 м/с. Для поддержания входной скорости 2 м/с для вещества, текущего в питающий резервуар, диаметр питающего-3 015996 трубопровода потребуется снизить до 230 мм, с тем чтобы выходная скорость суспензии из выхода 14 питающего трубопровода была как можно ближе к расчетной скорости сгустителя. Хотя изобретение было описано со ссылкой на его предпочтительные воплощения, следует понимать, что специалисты в данной области могут произвести его модификации и изменения. Подразумевается, что такие модификации и изменения попадают в объем прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (1) для сгущения жидкости (5), содержащей взвешенные частицы, такой как содержащая минералы суспензия, включающее бак (2) для осаждения твердых частиц из сгущаемой жидкости (5), снабженный выпускным трубопроводом (11) для выпуска из нижней части бака (2) концентрированной жидкой фракции (3) и желобом(10) для выпуска из верхней части бака (2) жидкой фракции (9) с относительно более низкой плотностью,вытесненной в эту часть бака (2); питающий резервуар (4) по меньшей мере с одним выпускным отверстием (6), через которое резервуар (4) гидравлически сообщается с баком (2); по меньшей мере один питающий трубопровод (8) для подачи подлежащей сгущению жидкости (5) в питающий резервуар (4),отличающееся тем, что питающий трубопровод (8) выполнен с возможностью регулирования площади его поперечного сечения в зависимости от изменения скорости потока внутри него посредством соединенного с питающим трубопроводом (8) регулирующего механизма (12), поддерживающего постоянной скорость подачи в питающий резервуар (4) сгущаемой жидкости, выходящей из питающего трубопровода (8), при изменении скорости потока в указанном трубопроводе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующий механизм (12) снабжен элементом (13) для сжатия питающего трубопровода (8). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующий механизм (12) снабжен средством (15,17), по меньшей мере, для частичного закрытия выхода (14) питающего трубопровода (8). 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанное средство (15, 17) представляет собой по меньшей мере одну пластину (15), шарнирно присоединенную к выходу (14) питающего трубопровода(8). 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанное средство (15, 17) представляет собой лепестковый затвор (17), установленный на выходе (14) питающего трубопровода (8). 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что оно имеет блок (19) управления, предназначенный для измерения параметров протекающего в питающем трубопроводе (8) потока жидкости,подлежащей сгущению, соединенный с питающим трубопроводом и с приводом (16) регулирующего механизма (12). 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что привод (16) регулирующего механизма является электрическим приводом. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что привод (16) регулирующего механизма является пневматическим приводом. 9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что привод (16) регулирующего механизма является гидравлическим приводом. 10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок (19) управления выполнен с возможностью измерения давления, скорости потока и/или скорости жидкости (5) внутри питающего трубопровода (8). 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что регулирующий механизм (12) присоединен к стенке питающего трубопровода (8). 12. Способ сгущения жидкости (5), содержащей взвешенные частицы, такой как содержащая минералы суспензия, осуществляемый с использованием устройства (1) по любому из пп.1-11, согласно которому жидкость (5), подлежащую сгущению, подают посредством по меньшей мере одного питающего трубопровода (8) в питающий резервуар (4) и из питающего резервуара (4) в бак (2) и в процессе которого одна часть (3) жидкости (5), имеющая относительно более высокую плотность, оседает в донной части бака (2), образуя слой концентрированной жидкой фракции, а другая часть (9) жидкости (5) с относительно более низкой плотностью вытесняется в верхнюю часть бака (2), отличающийся тем, что сгущаемую жидкость (5) подают в питающий резервуар (4) с постоянной скоростью, поддерживаемой путем регулирования площади поперечного сечения питающего трубопровода (8) в зависимости от изменения скорости ее потока внутри питающего трубопровода (8). 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения питающего трубопровода(8) регулируют посредством регулирующего механизма (12). 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулирование площади поперечного сечения питающего трубопровода (8) осуществляют путем сжимания выходной части (14) этого трубопровода (8). 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулирование площади поперечного сечения питающего трубопровода (8) осуществляют путем частичного закрывания выходной части (14) этого трубопрово-4 015996 да (8). 16. Способ по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения питающего трубопровода (8) регулируют по изменению давления, скорости потока и/или жидкости (5) внутри питающего трубопровода (8). 17. Способ по любому из пп.12-16, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения питающего трубопровода (8) уменьшают посредством регулирующего механизма (12) при снижении скорости потока жидкости (5) внутри питающего трубопровода (8).