3.4. Процессы разделения суспензий

Для разделения суспензий в производстве минеральных удобре­ний широкое распространение нашли процессы отстаивания под дейст­вием силы тяжести и центробежной силы и процесс фильтрования че­рез пористую перегородку под действием перепада давлений.

Суспензии, которые подвергаются разделению, представляют со­бой неоднородные системы с различной концентрацией твердых частиц. Жидкая фаза – растворы минеральных кислот, насыщенные раствором со­лей, и, реже, водные суспензии. Твердая фаза – частицы или агрега­ты частиц различного размера и произвольной формы.

3.4.1. Осаждение частиц в поле сил тяжести

О саждение частиц под собственным весом проводится в аппара­тах-отстойниках с целью сгущения твердой фазы и (или) осветления жидкости. Как правило, процесс осаждения протекает в несколько стадий, что позволяет выделить следующие основные зоны осаждения в отстойнике непрерывного действия:

Рис. 1. Зоны осаждения в отстойнике непрерывного действия:

1 – зона осветленной жидкости;

2 – зона исходной суспензии;

3 – переходная зона;

4 – зона суспензии с переменной концентрацией твердой фазы;

5 – зона уплотненной твердой фазы (шлама)

Известно два вида основных режимов осаждения: свободное, при котором наблюдается постоянство концентрации твердой фазы по высоте слоя, и стесненное (консолидированное), при котором устанавлива­ется переменная концентрация твердой фазы.

При свободном осаждении и в условиях, когда осаждающаяся частица твердой фазы плавно обтекается потоком жидкости (ламинар­ное течение), скорость осаждения одиночной сферической частицы определяется по уравнению

v_oc = d²_ч (ρ_тв – ρ_ж) g / 18 μ,

где dч	– диаметр частицы;
тв и ж	– плотности твердой фазы и жидкости;
	– коэффициент динамической вязкости среды.

Скорость стесненного осаждения рассчитывается по аналогично­му уравнению с введением поправочных коэффициентов, учитывающих торможение частиц в сгущенном слое суспензии и отклонение от сферичности частицы.

v_oc = [d²_ч (ρ_тв – ρ_ж) g / 18 μ]K,

где K = (μ/μ_э)ε.

Здесь /_э – отношение вязкости осветленной жидкости к эффективной вязкости суспензии;  – объемная доля осветленной жидкости в суспензии.

Для повышения скорости разделения суспензий в отстойнике можно использовать следующие приемы:

увеличение размера оседающих частиц (проведение коагуляции или флокуляции);

повышение скорости осаждения (нагрев суспензии);

увеличение площади осаждения;

увеличение средней плотности суспензии (добавка утяжелителей).

3.4.2. Фильтрование суспензий

В основе теории фильтрования лежит эмпирический закон Дарси, согласно которому скорость фильтрования прямо пропорциональна раз­ности давлений и обратно пропорциональна общему сопротивлению осад­ка и фильтрующей перегородки. В дифференциальной форме этот закон выражается следующим уравнением

dV / Sdt = ΔP /  (R_ос + R_Ф.П.),

где V	– объем фильтрата;
S	– поверхность фильтрации;
ΔP	– перепад давлений при фильтровании;
	– вязкость фильтрата;
Rос и RФ.П.	– сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегородки.

Фильтрование как технологический процесс состоит из трех стадий: собственно фильтрования, промывки и обезвоживания осадка. Промывку осадка проводят с целью извлечения веществ, которые растворены в жидкости, находящейся в порах осадка. Основной характе­ристикой этого процесса является коэффициент отмывки, который определяется отношением количества отмытого вещества к первоначально содержащемуся в жидкой фазе осадка.

,

где СН и СК	– начальная и конечная концентрации извлекаемого вещества в жидкой фазе осадка;
GH и GK	– количество жидкой фазы в осадке до и после фильтрации.

Различают диффузионную, репульпационную и фильтрационную промывки. Две последние еще носят названия промывки методом разбавле­ния и методом вытеснения. В современных производствах мине­ральных удобрений наибольшее распространение получили высокопроиз­водительные вакуум-фильтры, на которых промывка осуществляется главным образом методом вытеснения.

Обезвоживание осадка начинается в момент, когда с его поверхности исчезает пленка промывной жидкости.

При обезвоживании меня­ется распределение влаги по высоте слоя осадка.