Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа
Запропоновано математичну модель плину пульпи в шарі переливу вертикального згущувача гравітаційного типу, яка вперше враховує сепарацію твердих частинок з шару, а також метод розрахунку параметрів твердої фази в присутності флокулянтів. The mathematical model of slurry current in overflow onset...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32834 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа / Н.А. Никифорова, В.Б. Бобров, В.В. Георгиев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32834 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Никифорова, Н.А. Бобров, В.Б. Георгиев, В.В. 2012-05-25T18:36:19Z 2012-05-25T18:36:19Z 2009 Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа / Н.А. Никифорова, В.Б. Бобров, В.В. Георгиев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32834 622.753:622.648.24 Запропоновано математичну модель плину пульпи в шарі переливу вертикального згущувача гравітаційного типу, яка вперше враховує сепарацію твердих частинок з шару, а також метод розрахунку параметрів твердої фази в присутності флокулянтів. The mathematical model of slurry current in overflow onset of vertical gravity thickener, which in first takes into account solid particles separation from the overflow onset, and calculation method of solid phase parameters over a flocculant is offered. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа Mathematical simulation of slurry current in overflow onset of vertical gravity thickener Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| spellingShingle |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа Никифорова, Н.А. Бобров, В.Б. Георгиев, В.В. |
| title_short |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| title_full |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| title_fullStr |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| title_full_unstemmed |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| title_sort |
моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа |
| author |
Никифорова, Н.А. Бобров, В.Б. Георгиев, В.В. |
| author_facet |
Никифорова, Н.А. Бобров, В.Б. Георгиев, В.В. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Mathematical simulation of slurry current in overflow onset of vertical gravity thickener |
| description |
Запропоновано математичну модель плину пульпи в шарі переливу вертикального
згущувача гравітаційного типу, яка вперше враховує сепарацію твердих частинок з шару, а також метод розрахунку параметрів твердої фази в присутності флокулянтів.
The mathematical model of slurry current in overflow onset of vertical gravity thickener, which in first takes into account solid particles separation from the overflow onset, and calculation method of solid phase parameters over a flocculant is offered.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32834 |
| citation_txt |
Моделирование течения гидросмеси в слое перелива вертикального сгустителя гравитационного типа / Н.А. Никифорова, В.Б. Бобров, В.В. Георгиев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT nikiforovana modelirovanietečeniâgidrosmesivsloeperelivavertikalʹnogosgustitelâgravitacionnogotipa AT bobrovvb modelirovanietečeniâgidrosmesivsloeperelivavertikalʹnogosgustitelâgravitacionnogotipa AT georgievvv modelirovanietečeniâgidrosmesivsloeperelivavertikalʹnogosgustitelâgravitacionnogotipa AT nikiforovana mathematicalsimulationofslurrycurrentinoverflowonsetofverticalgravitythickener AT bobrovvb mathematicalsimulationofslurrycurrentinoverflowonsetofverticalgravitythickener AT georgievvv mathematicalsimulationofslurrycurrentinoverflowonsetofverticalgravitythickener |
| first_indexed |
2025-11-24T03:18:46Z |
| last_indexed |
2025-11-24T03:18:46Z |
| _version_ |
1850840626711494656 |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 622.753:622.648.24
Н.А. Никифорова, к.т.н. (НМетАУ)
В.Б. Бобров, асп.
(ИГТМ НАН Украины)
В.В. Георгиев, инж.
(УКРГИПРОМЕЗ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГИДРОСМЕСИ
В СЛОЕ ПЕРЕЛИВА ВЕРТИКАЛЬНОГО СГУСТИТЕЛЯ
ГРАВИТАЦИОННОГО ТИПА
Запропоновано математичну модель плину пульпи в шарі переливу вертикального
згущувача гравітаційного типу, яка вперше враховує сепарацію твердих частинок з шару, а
також метод розрахунку параметрів твердої фази в присутності флокулянтів.
MATHEMATICAL SIMULATION OF SLURRY CURRENT IN
OVERFLOW ONSET OF VERTICAL GRAVITY THICKENER
The mathematical model of slurry current in overflow onset of vertical gravity thickener,
which in first takes into account solid particles separation from the overflow onset, and calcula-
tion method of solid phase parameters over a flocculant is offered.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности техно-
логий переработки минерального сырья является обеспечение высоких показа-
телей сепарации. Для технологических процессов большинства горных пред-
приятий Криворожского и Донецкого бассейнов характерно применение мно-
гостадийного измельчения горной массы, что приводит к повышенному со-
держанию тонких шламов в оборотной воде и отрицательно влияет на процес-
сы обогащения. Поэтому для этих предприятий требуется разработка экологи-
чески безопасных методов удаления из пульп тонких частиц диаметром от 0,08
до 0,12 мм. Аналогичная ситуация имеет место на предприятиях черной и
цветной металлургии, а также на предприятиях химической промышленности
[1, 2]. При этом пульпа, поступающая на обогатительную фабрику, обычно
имеет концентрацию, недостаточную для нормальной работы обогатительного
оборудования. Для достижения требуемой концентрации пульпы часто исполь-
зуются вертикальные сгустители гравитационного типа (ВСГТ). Использова-
ние в технологии сгущения пульп флокулянтов (линейных водорастворимых
полимеров) позволит одновременно решить задачу осветления оборотной во-
ды. Эксперименты, проведенные в Институте гидромеханики НАН Украины
[3], свидетельствуют о том, что для осаждения частиц концентратов и отхо-
дов обогащения железной руды, а также руд редкоземельных металлов наи-
более эффективным флокулянтом является нетоксичный технический поли-
акриламид (ПАА), что в перспективе позволит создавать экологически безо-
пасные технологии. Однако в настоящее время отсутствуют методы расчета
параметров процесса сгущения в ВСГТ как с использованием флокулянтов, так
и без них, что отрицательно сказывается на работе обогатительных аппаратов.
Целью работы является разработка математической модели течения пульпы
в приповерхностном слое ВСГТ, впервые учитывающей сепарацию твердых
Выпуск № 81
частиц из слоя и ориентированной на применение тарельчатого затвора на
устройстве подачи пульпы, а также метода расчета параметров твердой фазы,
обеспечивающих рациональные режимы течения.
ВСГТ представляет собой, как правило, большую емкость с круглым или
прямоугольным поперечным сечением с линейной образующей боковой гра-
ни [4, 5]. В технологиях обогащения, основанных на гравитационных мето-
дах, для которых характерно безнапорное течение гидросмеси, ВСГТ часто
используют для обеспечения стабильной подачи пульпы в обогатительные
аппараты. В этом случае сгуститель работает с переливом. Поле течения та-
кого ВСГТ можно условно разбить на две зоны (рис. 1): зона приповерхност-
ного слоя толщиной Rh , в которой осуществляется течение от подающего
устройства на водослив через борт сгустителя, и основное течение вниз, кото-
рое реализуется ниже сечения А – А [4, 5].
Основной поток ВСГТ ниже сечения А – А можно считать одномерным,
направленным вертикально вниз (рис. 1) [4 – 7]. Концентрация твердых час-
тиц в основном потоке за счет предварительного сгущения в слое перелива
изменяется по сравнению с начальной концентрацией. Во время движения
пульпы в основном потоке наблюдается увеличение разности скоростей жид-
кости и твердого вещества. Этот процесс сопровождается увеличением кон-
центрации твердого вещества в нижней части сгустителя, тогда как концен-
трация твердого в его верхней части падает [5, 6].
Рис. 1 – Схема распределения потоков в ВСГТ
Течение в приповерхностном слое осуществляется радиально по направле-
нию от подающего устройства к сливному борту. При этом происходит освет-
ление текущего слоя за счет его разгрузки в основной поток. Высота слоя пе-
релива является переменной и зависит от радиуса верха сгустителя, концен-
трации и вида твердого вещества в питании, а также расхода пульпы. При
Геотехническая механика"
движении гидросмеси в слое перелива не все частицы твердого попадают в
основной поток, часть твердого уходит через сливной борт в перелив. Вместе
с частицами в перелив уходит и некоторая часть жидкости, за счет чего про-
исходит первоначальное сгущение гидросмеси.
Под свободной поверхностью возникает разделительная линия тока, выше
которой пульпа уходит в боковой слив, а ниже которой – вниз. Слой перелива
является достаточно тонким, поэтому разделительную линию тока будем счи-
тать совпадающей с геометрическим верхним уровнем сгустителя. Над разде-
лительной линией в радиальном направлении течет слой перелива высотой h,
концентрация твердого вещества в котором равна . Влияние флокулянта, в
данном случае ПАА, учитывается при расчете гидравлической крупности час-
тиц твердой фазы. Кроме гидравлической крупности частиц, при использова-
нии флокулянтов изменяется также коэффициент гидравлического сопротив-
ления трения в магистралях, подводящих пульпу, и в магистралях, отводящих
пульпу из основной области течения ВСГТ, а также коэффициенты расходов
через щель и через борт перелива. В этом случае для определения величины
коэффициента гидравлического сопротивления трения можно рекомендовать
результаты научных работ [8, 9], а для расчета коэффициентов расходов можно
использовать справочные данные, приводимые для воды и соответствующие
автомодельному режиму в отношении числа Рейнольдса [7, 8, 10].
Построение математической модели течения гидросмеси в слое перелива
ВСГТ производили, исходя из закона сохранения массы. Математическая мо-
дель представляет собой систему двух дифференциальных уравнений. Первое
уравнение описывает зависимость высоты слоя перелива от радиуса верха
сгустителя. Второе уравнение позволяет найти распределение концентрации
твердого вещества в слое перелива.
ghbr
ghbhApwr
dr
dh
n
3
2)1(
;
ghbh
Apw
dr
d
n
2
)1(
1 ; (1)
gub 2
2
0 ;
D
Q
u0 ;
32
3567.02174.00933.06071.0 EEE ;
H
E ;
RrR0 ; 0hhhосв ; 0п ,
где 0R - радиус растекателя; R - радиус верха ВСГТ; освh - высота слоя пе-
релива возле борта ВСГТ; 0h - высота слоя перелива возле подающего уст-
ройства; w - гидравлическая крупность частиц; h - высота слоя перелива; -
концентрация пульпы в слое перелива; A – коэффициент снижения гидравли-
ческой крупности (см. рис. 2); p – концентрация ПАА, выраженная в граммах
100%-ного продукта на 1 т твердого материала, г/т; n – параметр аппроксима-
ции (см. рис. 3); – коэффициент сжатия струи (см. рис. 4) [7, 10]; – высо-
та щели; E – относительная высота щели; H – полный напор жидкости перед
Выпуск № 81
щелью.
0,00
0,05
0,10
0,15
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
A
S,%
Рис. 2 – Зависимость параметра А от концентрации гидросмеси
при флокуляции частиц отходов обогащения ЮГОКа
0,30
0,60
0,90
1,20
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
n
S,%
Рис. 3 – Зависимость параметра n от концентрации гидросмеси
при флокуляции частиц отходов обогащения ЮГОКа
Геотехническая механика"
0,600
0,620
0,640
0,660
0,680
0,700
0,720
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80E
Рис. 4 – Кривая для определения коэффициента сжатия струи
Решая систему дифференциальных уравнений (1), находим распределение
концентрации в слое перелива и зависимость высоты слоя перелива по радиусу
сгустителя. После того, как это сделано, находим концентрацию твердого ве-
щества возле борта сгустителя. Считаем, что всѐ твердое вещество, находящее-
ся вблизи борта, уходит в слив, что дает нам возможность определить концен-
трацию твердого вещества на входе в основной поток ВСГТ. Система уравне-
ний (1) решается численными методами при соответствующих граничных ус-
ловиях.
По предлагаемой математической модели была создана методика расчета и
проведен расчет параметров течения гидросмеси в приповерхностном слое
ВСГТ. Было найдено распределение концентрации твердого в приповерхност-
ном слое (см. рис. 5) и изменение высоты слоя перелива ВСГТ (см. рис. 6). На-
чальные данные для расчета приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Начальные данные для расчета параметров течения пульпы
в приповерхностном слое ВСГТ
Название параметра Значение Размерность
Диаметр борта перелива ВСГТ 2,00 м
Диаметр устройства подачи пульпы 0,25 м
Плотность твердых частиц 4800 кг/м
3
Радиус твердых частиц 0,0001 м
Начальная концентрация твердых частиц 0,2 д. ед.
Плотность жидкой фазы 1000 кг/м
3
Температура жидкой фазы 20 °С
Кроме параметров слоя перелива, необходимо рассчитать гидравлическую
крупность частиц твердой фазы, обеспечивающую требуемые величины рас-
хода и концентрации потока пульпы, уходящего в перелив и отводимого из
основной области течения ВСГТ, при заданных геометрических характери-
Выпуск № 81
стиках ВСГТ и параметрах подаваемого потока пульпы.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4R
H/H0
Q=3
Q=3.5
Q=4
Q=4.5
Q=5
Рис. 5 – Зависимость относительной высоты слоя перелива
от радиуса ВСГТ при различных расходах пульпы
При применении очень разбавленных растворов полимеров для увеличе-
ния скорости осаждения твердых частиц и осветления воды, уходящей в пе-
релив, происходит флокуляция – полимеры адсорбируются одновременно на
нескольких твердых частицах, связывая их мостиковыми связями, что приво-
дит к укрупнению частиц и увеличению скорости их осаждения [3, 9, 11 – 13].
Геотехническая механика"
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1.00
1.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 R
Q=3
Q=3.5
Q=4
Q=4.5
Q=5
Рис. 6 – Зависимость относительной концентрации твердой фазы
от радиуса ВСГТ при различных расходах пульпы
В результате обработки результатов экспериментов [3] получена формула
для определения концентрации ПАА, обеспечивающей требуемую гидравли-
ческую крупность частиц,
n
wA
ww
p
где p – концентрация ПАА, обеспечивающая требуемую гидравлическую
крупность частиц; w – скорость осаждения из гидросмеси твердых частиц в
присутствии флокулянта, м/с; w– скорость осаждения из гидросмеси твердых
частиц в отсутствие флокулянта, м/с.
Выводы
1. На основе фундаментальных законов сохранения массы и энергии созда-
на математическая модель течения пульпы в приповерхностном слое СГТ,
впервые учитывающая сепарацию твердых частиц из слоя и ориентированная
на применение тарельчатых затворов на устройствах подачи пульпы.
2. Высота слоя перелива зависит в первую очередь от величины расхода
гидросмеси, который подается в СГТ. В незначительной степени на нее влияют
начальное значение концентрации твердого в гидросмеси и величина гидрав-
лической крупности частиц.
3. На распределение концентрации твердого вещества внутри слоя перелива
большое влияние оказывают величина гидравлической крупности частиц и на-
Выпуск № 81
чальная концентрация твердого в пульпе. Скорость осаждения частиц в слое
перелива возрастает с увеличением крупности частиц.
4. Для повышения эффективности осветления жидкости в приповерхност-
ном слое предложено использовать добавки флокулянтов. Предложена форму-
ла для расчета концентрации полиакриламида, обеспечивающей требуемую
гидравлическую крупность частиц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сборник технико-экономических показателей горнодобывающих предприятий Украины в 1990 – 2000
гг. и 2000 – 2001 гг. // Близнюков В.Г., Салганик В.А., Штанько Л.А., Русаненко П.А. – Кривой Рог:
ГНИГРИ, 2002. – 178 с.
2. Полулях А.Д. Технологические регламенты углеобогатительных фабрик / А.Д. Полулях. – Д.: Национальный
горный университет, 2002. – 856 с.
3. Теория и прикладные аспекты гидротранспортирования твердых материалов / [И.А. Асауленко,
Ю.К. Витошкин, В.М. Карасик и др.]. – К.: Наук. думка, 1981. – 364 с.
4. Семененко Е.В. Переработка отходов обогащения и очистка оборотной воды в сгустительных ворон-
ках / Е.В. Семененко, В.Б. Бобров // Вестник Национального техничного университета „ХПИ”. – Харьков:
НТУ ”ХПИ”. – №37. – С. 160 – 165.
5. Бобров В.Б. Течение в слое перелива гравитационного сгустителя / В.Б. Бобров // Вісник Східноукраїн-
ського Національного Університету ім. В. Даля. – №3(109). – Ч. 1. – 2007. – С. 15 – 20.
6. Бобров В.Б. Математическая модель течения пульп в приповерхностном слое сгустительной воронки /
В.Б. Бобров // Накові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо-
електромеханічна. – Донецьк: ДВНЗ „ДонНТУ”, 2008. – Вип. 15(131). – С. 160 – 165.
7. Чугаев Р.Р. Гидравлика / Р.Р. Чугаев.– Л.: Энергоиздат, 1982.– 672 с.
8. Курганов А.М. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения / А.М. Курганов,
Н.Ф. Федоров. – Л.: Стройиздат, 1986. – 440 с.
9. Семененко Е.В. Влияние гидродинамически активных добавок на предельные параметры системы
гидротранспорта отходов / Е.В. Семененко, В.Б. Бобров, Н.А. Никифорова // Разработка рудных месторож-
дений: (науч-техн сборник). – Кривой Рог: Криворожск. техн. ун-т. – Вып. 92. – 2008. – С. 115 – 119.
10. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления / А.Д. Альтшуль. – М.: Недра, 1970. – 216 с.
11. Вейцер Ю.И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод /
Ю.И. Вейцер, Д.М. Минц. – [2-е изд., перераб. и доп.]. – М.: Стройиздат, 1984. – 200 с.
12. Применение гидродинамически активных добавок полимеров и поверхностно-активных веществ в
энергосберегающих технологиях / А.В. Ступин, П.В. Асланов, А.П. Симоненко [и др.] // Прикладна
гідромеханіка. – 2001. – Т. 3 (75), № 1. – С. 74 – 81.
13. Семененко Е. Анализ способов повышения эффективности работы гидротранспортных систем /
Е.В. Семененко, Н.А. Никифорова // Геотехнічна механіка: (міжвід. зб. наукових праць) / Ін-т геотехнічної
механіки ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2005. – Вип. 59. – С. 142 – 150.
Рекомендовано до публікації д.т.н Б.О. Блюссом 19.08.09
|