СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗМУЩЕНИЯ ШЛАМА С СЕТЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ
METHOD OF CONTROL OVER DISTURBANCE OF MESH-TEXTURE SLUDGE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к разделительным устройствам для суспензий и шламов и, в частности, к способу регулирования возмущения шлама с сетчатой структурой в разделительном устройстве. Данное изобретение было разработано, главным образом, для применения в сгустителях и будет описано далее со ссылкой на данное применение. Однако следует иметь в виду, что данное изобретение не ограничено данной особой областью применения.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее обсуждение уровня техники предназначено для представления изобретения в соответствующем техническом контексте и позволяет правильно оценить его важность. Однако, если явно не указано обратное, ссылку на любой уровень техники в данном описании не следует истолковывать как допущение о том, что такой уровень техники широко известен или является частью общедоступных сведений в данной области.
Разделительные устройства, такие как сгустители, осветлители и концентраторы, обычно применяют для выделения твердых веществ из суспензий (обычно содержащих твердые вещества, суспендированные в жидкости), и их часто используют в горном деле, обогащении полезных ископаемых, производстве пищевых продуктов, рафинировании сахара, очистке воды, очистке сточных вод и в других отраслях промышленности. Данные устройства обычно включают бак, в котором твердые вещества осаждаются из суспензии или раствора и оседают на дно в виде шлама или осадка, который отводят снизу и извлекают. Таким образом, разбавленный раствор с более низкой относительной плотностью смещается в верхнюю часть бака, и его удаляют через сливной желоб. Суспензию, подлежащую сгущению, сначала подают через питающий трубопровод, питающую трубу или линию в загрузочную камеру, расположенную внутри главного бака. Блок гребенок традиционно устанавливают с возможностью вращения вокруг центрального приводного вала, и обычно он включает по меньшей мере два гребка, включающих лопасти скребка для перемещения осажденного материала внутри для его выведения через выпускное отверстие для сгущенного продукта.
В применении для обогащения, разделения и добычи полезных ископаемых тонкоизмельченную руду суспендируют в виде шлама в подходящей жидкой среде, такой как вода, до консистенции, позволяющей ей течь, и проводят осаждение в режиме покоя. Шлам оседает из суспензии под действием силы тяжести в сочетании с химическими и/или механическими процессами или без них. В начальной стадии в суспензию можно добавлять коагулянт и/или флокулянт, чтобы ускорить процесс осаждения. Затем суспензию тщательно перемешивают в разделительном устройстве, таком как сгуститель, для облечения комкования твердых частиц, которые в итоге образуют более плотные "агрегаты" частиц шлама, которые осаждаются из суспензии. Твердые частицы внутри агрегатов шлама обычно захватывают жидкость, также известную как раствор.
Обычно внутри бака постепенно образуются несколько зон или слоев материала, имеющих разные общие плотности, как показано на Фиг.1А. На дне бака 1 шлам образует относительно плотную зону 2 уплотненного шлама или твердых веществ 3, которые часто имеют вид агрегатов с сетчатой структурой (т.е. агрегаты шлама находятся в непрерывном контакте друг с другом). Данную зону 2 обычно называют "шламовый слой" или слой шлама с сетчатой структурой. Над шламовым слоем 2 расположена зона 4 стесненного осаждения, содержащая твердые вещества 5, которые еще не полностью осели или "уплотнились". То есть твердые вещества или агрегаты 5 еще не находятся в непрерывном контакте друг с другом (отсутствует сетчатая структура). Над зоной 4 стесненного осаждения расположена зона 6 "свободного осаждения", где твердые вещества или агрегаты 7 частично суспендированы в жидкости и опускаются ко дну бака 1. Следует иметь в виду, что зона 4 стесненного осаждения не всегда представляет собой отдельную зону между слоем 2 с сетчатой структурой и зоной 6 свободного осаждения. Вместо этого зона 4 стесненного осаждения может образовывать переходный участок или границу раздела между слоем 2 с сетчатой структурой и зоной 6 свободного осаждения, где смешиваются две данные зоны. Над зоной 6 свободного осаждения находится осветленная зона 8 разбавленного раствора, где присутствует мало твердых веществ, а разбавленный раствор удаляют из бака 1 через сливной желоб (не показан). На Фиг.1А также изображены загрузочная камера 9 и выпускное отверстие 10 для сгущенного продукта для удаления уплотненного шлама 3 из бака 1.
До настоящего времени традиционно считали, что для того чтобы обеспечить поддержание соответствующей плотности сгущенного продукта внутри шламового слоя 2, его и зону 4 стесненного осаждения не следует возмущать, чтобы предоставить возможность осаждения плотных агрегатов твердых частиц в их желательном плотном расположении. Следовательно, большинство разработок в технологии разделительных устройств касается усовершенствования процесса осаждения либо в загрузочной камере, либо в зоне 6 свободного осаждения, а не каких-либо процессов, которые могут возмущать плотное расположение твердых частиц в шламовом слое 3 или частично уплотненных твердых веществ в зоне 4 стесненного осаждения.
Также было обнаружено, что с увеличением толщины шламового слоя 2 освобождение жидкости и ее проникновение через шламовый слой 2 и перемещение вверх в осветленную зону 8 становится все труднее. Одним из решений было обеспечение обезвоживающих столбиков, установленных на гребки, чтобы помочь удалению такой жидкости, таким образом, повышая плотность сгущенного продукта и тем самым эффективность процесса разделения. Данные столбики обычно размещают на одинаковых расстояниях друг от друга, чтобы создать обезвоживающие каналы в шламовом слое на одинаковых расстояниях друг от друга по всему диаметру бака, и их проектируют таким образом, чтобы минимизировать возмущение шламового слоя.
Также было обнаружено, что вращение блока гребенок, со столбиками или без них, повышает вероятность вращения шламового слоя, что также известно как "образование зоны тороидального вращения". Образование зоны тороидального вращения происходит, когда отдельные агломерированные массы частиц шлама, которые называют "бубликами" или "островами", образуются вокруг блока гребенок, что приводит к увеличению крутящего момента, требуемого для вращения блока гребенок, и к снижению эффективной площади поперечного сечения для разделения. Следовательно, это приводит к уменьшению плотности сгущенного шлама. В случае блока гребенок агломерированные массы стремятся образовать скопление вокруг гребков и столбиков и, таким образом, стремятся вращаться вместе с вращением блока гребенок. При образовании зоны тороидального вращения не обязательно вращается весь слой сгущенного шлама, когда образуется агломерированная масса, или остаток содержимого бака сгустителя - в действительности вращается только агломерированная масса. Следовательно, данное явление оказывает вредное воздействие на производительность и эффективность сгустителя по трем основным причинам. Во-первых, накопление агломерированных масс вокруг блока гребенок мешает образованию требуемого слоя относительно равномерно сгущенного шлама и уменьшает эффективную площадь поперечного сечения для разделения, тем самым уменьшая плотность шлама или плотность сгущенного продукта. Во-вторых, увеличение крутящего момента, который требуется для вращения блока гребенок, увеличивает износ приводного узла, тем самым увеличивая частоту технического обслуживания и, следовательно, время простоя сгустителя. В-третьих, образование зоны тороидального вращения мешает блоку гребенок выполнять его основную функцию сгребания осажденных твердых веществ к центральному месту сброса.
Были предложены различные решения для замедления или предотвращения образования зоны тороидального вращения. Одним из предложенных решений было размещение неподвижных перегородок или столбиков для предотвращения образования агломерированных масс посредством разрушения любых таких образований вокруг блока гребенок.
Задачей настоящего изобретения является преодоление или исправление одного или нескольких недостатков уровня техники или по меньшей мере обеспечение пригодной для применения альтернативы.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Неожиданно было обнаружено, что приложение возмущения, предпочтительно, в виде сдвигающего усилия, к шламу может привести к повышению эффективности процесса разделения, особенно процесса осаждения в сгустителе. Полагают, что создание по существу одинакового возмущения по всей зоне возмущения в некоторой области, особенно в верхней области слоя шлама с сетчатой структурой, приводит к по меньшей мере частичному разрушению шлама с сетчатой структурой либо в результате разрыва, возмущения, перекомпоновки, переориентации или "встряхивания" непрерывного контакта между частицами шлама, либо в результате воздействия на него силы. Данное разрушение шлама с сетчатой структурой дает возможность захваченной жидкости освободиться и двигаться вверх, по направлению к осветленной зоне разбавленного раствора, и повышает плотность шлама под зоной возмущения относительно плотности шлама над зоной возмущения. В то же время возмущение создает турбулентность, которая замедляет или предотвращает образование зон тороидального вращения в слое шлама с сетчатой структурой. Кроме того, авторы изобретения установили, что если возмущение является слишком сильным, то происходит разделение шлама с сетчатой структурой на более мелкие части, что приводит к более медленному осаждению данных более мелких частей. Слишком слабое возмущение не может разрушить шлам с сетчатой структурой в достаточной степени для освобождения достаточного количества жидкости, чтобы повысить эффективность осаждения. Таким образом, авторы изобретения установили, что путем регулирования величины возмущения до оптимального уровня, в отличие от минимального уровня, повышенную эффективность разделения можно поддерживать непрерывно в течение рабочих циклов разделительного устройства.
На всем протяжении описания изобретения и формулы изобретения термины "разрушать", "разрушающий", "разрушение" и их варианты означают разрыв, возмущение, перекомпоновку, переориентацию или "встряхивание" частиц или вещества, а также приложение силы к частицам или к веществу. В контексте настоящего изобретения данные термины означают разрыв, возмущение, перекомпоновку, переориентацию, "встряхивание" организованной сетчатой структуры шлама или приложение силы к нему, включая (но не ограничиваясь перечисленным) непрерывный контакт между частицами шлама с сетчатой структурой.
Таким образом, первый аспект данного изобретения обеспечивает способ регулирования возмущения шлама с сетчатой структурой в разделительном устройстве, включающем бак; данный способ включает стадии:
введение потока подаваемого материала в бак;
предоставление возможности осаждения шлама из подаваемого материала в баке и образования слоя шлама с сетчатой структурой;
по меньшей мере частичное погружение сдвигающего приспособления в бак для приложения сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения слоя с сетчатой структурой и
регулирование одного или более параметров сдвигающего усилия в зависимости от потока и/или эксплуатационных параметров для регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения.
Если контекст ясно не требует иного, на всем протяжении описания изобретения и формулы изобретения слова "включает", "включающий" и т.д. следует истолковывать в смысле «содержит» в противоположность исключающему или всеохватывающему смыслу; то есть понимать как "включает, но не ограничивается перечисленным".
2
На всем протяжении описания изобретения и формулы изобретения термин "поток" означает скорость потока твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в текучей (обычно жидкой) суспензии, и его измеряют в тоннах на квадратный метр в час (т/мч). В контексте разделения полезных ископаемых термин "поток" относится к потоку твердых частиц шлама, находящихся во взвешенном состоянии в суспензии. Хотя концентрация твердых частиц или плотность шлама в суспензии может меняться при движении шлама через бак, можно считать, что поток твердых частиц не зависит от плотности шлама, и поэтому его можно представлять как поток.
Предпочтительно, данный способ включает стадию регулирования одного или более параметров сдвигающего усилия в ответ на изменения потока.
Предпочтительно, данный способ включает стадию регулирования одного или более параметров сдвигающего усилия в ответ на изменения одного или более эксплуатационных параметров.
Предпочтительно, параметры сдвигающего усилия выбирают из группы, по существу состоящей из скорости сдвигающего приспособления, формы сдвигающего приспособления и толщины области приложения сдвигающего усилия.
Предпочтительно, данный способ включает стадию движения сдвигающего приспособления со скоростью, которая зависит от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров. В одном из предпочтительных вариантов данного изобретения скорость сдвигающего приспособления представляет собой линейную скорость сдвигающего приспособления. Предпочтительно, данный способ дополнительно включает стадию вращения сдвигающего приспособления. В данном случае скорость сдвигающего приспособления представляет собой частоту вращения сдвигающего приспособления.
Предпочтительно, данный способ включает стадию регулирования погружения сдвигающего приспособления, чтобы регулировать толщину зоны возмущения в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров. В одном из предпочтительных вариантов данного изобретения сдвигающее приспособление передвигают, чтобы регулировать его погружение. В другом предпочтительном варианте данного изобретения регулируют уровень подаваемого материала в баке, чтобы регулировать погружение сдвигающего приспособления и, таким образом, толщину области приложения сдвигающего усилия.
Предпочтительно, данный способ включает стадию регулирования формы сдвигающего приспособления. Более предпочтительно, форма сдвигающего приспособления является регулируемой по меньшей мере по одной геометрической оси. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения сдвигающее приспособление выполнено по меньшей мере частично подвижным, чтобы регулировать его форму.
Предпочтительно, один или более параметров сдвигающего усилия регулируют согласно следующему соотношению:
1
1
2
3
4
5
S=f(h)f(f)f(ρ)f(λ)f(y),
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
1
f(h) представляет собой функцию высоты или толщины зоны возмущения;
2
f(f) представляет собой функцию потока;
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра;
4
f(λ) представляет собой функцию фактора сдвигающего усилия, а
5
f(y) представляет собой функцию скорости сдвигающего приспособления.
Фактор λ сдвигающего усилия представляет собой переменную, представляющую среднее значение сдвигающего усилия, прикладываемого к агрегатам шлама сдвигающим приспособлением, и, следовательно, он является функцией трехмерной формы и скорости сдвигающего приспособления. Следовательно, можно менять форму сдвигающего приспособления в качестве дополнительного средства, помимо скорости сдвигающего приспособления и толщины области приложения сдвигающего усилия, чтобы регулировать приложение оптимального сдвигающего усилия.
В одном из воплощений данного изобретения скорость сдвигающего приспособления поддерживают пропорциональной потоку. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, толщину зоны возмущения поддерживают пропорциональной потоку. В качестве дополнительной альтернативы, фактор сдвигающего усилия поддерживают пропорциональным потоку, причем фактор сдвигающего усилия является функцией геометрической формы и скорости сдвигающего приспособления.
Предпочтительно, один или более параметров сдвигающего усилия регулируют согласно следующему соотношению:
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
λ представляет собой фактор сдвигающего усилия;
y представляет собой скорость сдвигающего приспособления;
h представляет собой высоту или толщину зоны возмущения;
f представляет собой поток, а
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра.
В одном из воплощений данного изобретения, когда эксплуатационные параметры поддерживают постоянными или считается, что они являются постоянными, один или более параметров сдвигающего усилия регулируют согласно следующему соотношению:
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
λ представляет собой фактор сдвигающего усилия;
y представляет собой скорость сдвигающего приспособления;
h представляет собой высоту или толщину зоны возмущения;
f представляет собой поток, а
ρ
k представляет собой константу, представляющую эксплуатационные параметры.
Предпочтительно, данный способ включает стадию наблюдения за потоком подаваемого материала.
Предпочтительно, данный способ включает стадию наблюдения за одним или несколькими эксплуатационными параметрами.
Предпочтительно, эксплуатационные параметры выбирают из группы, по существу состоящей из состава шлама, размера частиц шлама, скорости потока шлама в баке, предела текучести шлама, вязкости шлама, плотности сгущенного продукта, массовой доли сгущенного продукта и скорости добавления флокулянта в подаваемый материал.
Согласно второму аспекту, данное изобретение обеспечивает разделительное устройство для отделения шлама от подаваемого материала, которое включает бак для приема потока подаваемого материала, сдвигающее приспособление, по меньшей мере частично погружаемое в бак для приложения сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения слоя с сетчатой структурой, который образовался в результате осаждения шлама из подаваемого материала, и средства регулирования одного или более параметров сдвигающего усилия в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров для регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь будет дано описание предпочтительных воплощений данного изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1А представляет собой схематическое поперечное сечение типичных зон материала внутри разделительного устройства;
Фиг.1В представляет собой схематическое поперечное сечение, иллюстрирующее процесс осаждения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.1;
Фиг.1С представляет собой схему, иллюстрирующую способ по данному изобретению;
Фиг.2А представляет собой блок-схему способа согласно первому воплощению данного изобретения;
Фиг.2В представляет собой блок-схему способа согласно второму воплощению данного изобретения;
Фиг.3 представляет собой блок-схему способа согласно третьему воплощению данного изобретения;
Фиг.4 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно одному из воплощений данного изобретения;
Фиг.5А представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от потока для сравнения разделительного устройства, изображенного на Фиг.4, и традиционного сгустителя;
Фиг.5В представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от скорости сдвигающего приспособления для разделительного устройства, изображенного на Фиг.4;
Фиг.6А представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от скорости сдвигающего приспособления для разделительного устройства, изображенного на Фиг.4;
Фиг.6В представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от скорости сдвигающего приспособления для разделительного устройства, изображенного на Фиг.4;
Фиг.7А представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от толщины зоны возмущения или области приложения сдвигающего усилия для сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.4;
Фиг.7В представляет собой график зависимости плотности сгущенного продукта от трехмерной геометрической формы для модифицированного сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.4;
Фиг.7С и 7D представляют собой схематические поперечные сечения модифицированного сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.7В, иллюстрирующие изменение трехмерной геометрической формы;
Фиг.8 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.9А представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.9В представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно еще одному воплощению данного изобретения;
Фиг.9С представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.10А представляет собой поперечное сечение другого сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.8;
Фиг.10В представляет собой поперечное сечение другого сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.8;
Фиг.11 представляет собой поперечное сечение еще одного сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.8;
Фиг.12 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.13 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно еще одному воплощению данного изобретения;
Фиг.14 представляет собой вид сверху разделительного устройства согласно еще одному воплощению данного изобретения;
Фиг.15 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.16 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно еще одному воплощению данного изобретения;
Фиг.17 представляет собой поперечное сечение разделительного устройства согласно другому воплощению данного изобретения;
Фиг.18А представляет собой вид сверху сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.16;
Фиг.18В представляет собой вид спереди сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.18А;
Фиг.19А представляет собой вид сверху сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.16;
Фиг.19В представляет собой вид спереди сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.19А;
Фиг.20А представляет собой вид сверху сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.16;
Фиг.20В представляет собой вид спереди сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.20А;
Фиг.21А представляет собой вид сверху сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.16;
Фиг.21В представляет собой вид спереди сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.21А;
Фиг.22А представляет собой вид сверху сдвигающего приспособления для применения в разделительном устройстве, изображенном на Фиг.16, и
Фиг.22В представляет собой вид спереди сдвигающего приспособления, изображенного на Фиг.22А.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предпочтительное применение данного изобретения относится к области обогащения, разделения и добычи полезных ископаемых, где тонкоизмельченную руду суспендируют в виде шлама в подходящей жидкой среде, такой как вода, до консистенции, которая предоставляет возможность течения, и производят осаждение в режиме покоя. Шлам оседает из суспензии под действием силы тяжести в сочетании с химическими и/или механическими процессами или без них. Частицы шлама постепенно слипаются друг с другом и образуют агрегаты более крупных частиц шлама по мере опускания шлама из загрузочной камеры ко дну бака. Данный процесс обычно ускоряют с помощью добавления флоккулирующих агентов, также известных как флокулянты, которые связывают друг с другом оседающие твердые вещества или частицы шлама. Такие более крупные и более плотные агрегаты шлама оседают быстрее, чем отдельные частицы, благодаря их общему размеру и плотности относительно окружающей жидкости, постепенно образуя уплотненную структуру внутри шламового слоя, как лучше показано на Фиг.1. Однако, несмотря на данную уплотненную структуру, было обнаружено, что внутри шламового слоя встречаются области, в которых остается жидкость, захваченная внутри агрегатов и между ними. Поскольку данной захваченной жидкости трудно выйти из шламового слоя в осветленную зону разбавленного раствора, плотность сгущенного шлама снижается.
Осаждение шлама, когда он проходит через зоны в баке 1 сгустителя, описано более подробно со ссылкой на Фиг.1В, где аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В загрузочной камере 9 добавляют флокулянт 11, который адсорбируется на отдельных частицах 12 шлама, как лучше показано на Фиг.1В(а). Флокулянт 11 и частицы 12 шлама нежестко связываются друг с другом и разрастаются в пористые агрегаты 13 шлама в загрузочной камере 9 и/или когда частицы 12 шлама вытекают из загрузочной камеры 9 в зону 6 свободного осаждения, как лучше показано на Фиг.1В(b). Отдельные агрегаты шлама благодаря их пористой природе захватывают жидкость 14. Когда агрегаты 13 шлама далее опускаются в баке 1 через зону 6 свободного осаждения в зону 4 стесненного осаждения, они скапливаются и мешают осаждению друг друга, как лучше показано на Фиг.1В(с). Агрегаты 13 шлама постепенно объединяются друг с другом и уплотняются в организованный слой 2 шлама с сетчатой структурой, который также называют шламовым слоем, как лучше показано на Фиг.1B(d). Однако, несмотря на плотную упаковку слоя 2 шлама с сетчатой структурой, было обнаружено, что внутри слоя шлама с сетчатой структурой встречаются области, в которых остается жидкость, захваченная внутри агрегатов в слое шлама с сетчатой структурой и между ними. Поскольку данной захваченной жидкости трудно выйти из шламового слоя в осветленную зону разбавленного раствора, плотность сгущенного шлама снижается.
Неожиданно было обнаружено, что в результате создания возмущения в слое шлама с сетчатой структурой захваченная жидкость освобождается, а относительная плотность возмущенного шлама увеличивается, тем самым повышая эффективность осаждения в разделительном устройстве. Неожиданно также было обнаружено, что данный эффект улучшенного осаждения лучше достигается путем осторожного регулируемого возмущения шламового слоя на оптимальном уровне, в отличие от минимального уровня. Если слой с сетчатой структурой возмущать слишком сильно, то происходит разделение шлама с сетчатой структурой на более мелкие части, что приводит к более медленному осаждению данных более мелких частей. Слишком слабое возмущение не может разрушить шлам с сетчатой структурой в достаточной степени для освобождения достаточного количества жидкости, чтобы повысить эффективность осаждения.
Таким образом, неожиданно было обнаружено, что оптимального возмущения для достижения данной повышенной эффективности разделения непрерывно в течение рабочих циклов разделительного устройства достигают путем контроля или регулирования одного или более параметров возмущения в зависимости от потока (количества) поступающего подаваемого материала, который обычно представляет собой суспензию, в разделительное устройство, одного или более эксплуатационных параметров или в зависимости от сочетания обоих указанных факторов. Данные параметры возмущения включают частоту возмущающих событий в зоне возмущения в течение заданного интервала времени и толщину зоны возмущения. Это неожиданное открытие означает, что возмущение шлама с сетчатой структурой в зоне возмущения можно оптимальным образом регулировать в соответствии с эксплуатационными требованиями, особенно изменениями в подаче суспензии, при этом поддерживая повышенную эффективность разделения в разделительном устройстве. В случае сгустителя применение данного способа приводит к увеличению плотности сгущенного продукта, извлеченного из осажденного шлама, относительно величины потока или количества жидкой суспензии, которую обрабатывают в сгустителе.
Кроме того, неожиданно было обнаружено, что оптимального возмущения для достижения данной повышенной эффективности разделения непрерывно в течение рабочих циклов разделительного устройства достигают путем создания по существу одинакового возмущения по всей зоне возмущения в области слоя с сетчатой структурой, предпочтительно, в верхней области, как лучше показано на Фиг.1С, где аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Как показано на Фиг.1C(a)-1C(d), в загрузочную камеру 9 добавляют флокулянт, который адсорбируется на отдельных частицах 12 шлама, для ускорения образования агрегатов 13, которые опускаются и образуют слой шлама с сетчатой структурой. В отличие от традиционного способа осаждения, проиллюстрированного на Фиг.2А, где агрегаты 13 шлама оставляют в покое во время образования слоя 2 с сетчатой структурой, в данном способе создают по существу одинаковое возмущение 15 по всей зоне 16 возмущения в верхней области 17 слоя 2 с сетчатой структурой, как лучше показано на Фиг.1С(е). Следовательно, часть шлама 3 с сетчатой структурой (которая представляет собой шлам с сетчатой структурой, проходящий через зону 16 возмущения) разрушают, чтобы освободить жидкость 14, захваченную внутри шлама с сетчатой структурой, тем самым увеличивая относительную плотность шлама 18 под зоной 16 возмущения, как лучше показано на Фиг.1C(f).
В частности, было обнаружено, что предпочтительным осуществлением стадии создания возмущения является приложение по существу одинакового сдвигающего усилия по всей зоне возмущения. Механизм, с помощью которого прикладывают сдвигающее усилие на стадии создания возмущения, может иметь множество форм. Например, одним из механизмов приложения сдвигающего усилия является применение струй жидкости или газа для введения жидкости или газа по направлению к зоне 16 возмущения, в зону 16 возмущения или через зону 16 возмущения, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Аналогично, флюидизатор может направлять поток текучей среды по направлению к зоне 16 возмущения, в зону 16 возмущения или через зону 16 возмущения, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Другие механизмы приложения сдвигающего усилия включают возбуждение механических колебаний в зоне 16 возмущения с применением подходящего вибрационного приспособления или ультразвуковых импульсов, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Хотя данные механизмы приложения сдвигающего усилия пригодны для осуществления стадии создания возмущения (сдвигающего усилия) в способе по данному изобретению, авторы изобретения установили, что предпочтительным механизмом приложения сдвигающего усилия является механическое перемешивание, предпочтительно, с помощью сдвигающего приспособления, которое движется через зону 16 возмущения таким образом, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. В одном из предпочтительных вариантов данного изобретения сдвигающее приспособление вращается в баке согласно стадии создания возмущения (сдвигающего усилия).
Неожиданно было обнаружено, что особенно предпочтительным является размещение приспособления для создания возмущения или сдвигающего приспособления в верхней области, особенно в верхней половине, шламового слоя 2, т.к. жидкость способна быстро выходить из шламового слоя 2 в осветленную зону 8 разбавленного раствора. Напротив, создание возмущения или приложение сдвигающего усилия только в нижней половине шламового слоя 2 освободит жидкость с выходом ее вверх, однако невозмущенный верхний пласт шламового слоя стремится произвести эффект покрова, который затрудняет или даже препятствует дальнейшему перемещению жидкости вверх, в осветленную зону 8. Таким образом, в нижней половине шламового слоя 2 практически невозможно достичь такой же повышенной эффективности приспособления для создания возмущения или сдвигающего приспособления, как в его верхней части, особенно в верхней половине. Кроме того, возмущение или сдвигающее усилие, прикладываемое в области 43, не ограничено необходимостью минимизации скорости приспособления для создания возмущения или частоты вращения сдвигающего приспособления, поскольку неожиданно было обнаружено, что большая величина возмущения или сдвигающего усилия, достигаемая в результате повышенной скорости, не оказывает неблагоприятного воздействия на уплотнение твердых частиц шлама в шламовом слое 2. Также было обнаружено, что сдвигающее усилие в верхней половине шламового слоя 2 при вращении в противоположном направлении относительно вращения блока 21 гребенок у нижней части шламового слоя дополнительно способствует минимизации и предотвращению образования зон тороидального вращения.
Авторы изобретения также полагают, что данный благоприятный эффект можно распространить на часть зоны 4 стесненного осаждения над шламовым слоем 2, особенно на нижнюю часть зоны стесненного осаждения. То есть приспособление для создания возмущения или сдвигающее приспособление может быть расположено только в зоне 4 стесненного осаждения или как в слое 2 шлама с сетчатой структурой, так и в зоне стесненного осаждения. Например, любые сдвигающие приспособления, описанные более подробно ниже, можно разместить таким образом, чтобы создавать возмущение или прикладывать сдвигающее усилие в верхней области слоя 2 шлама с сетчатой структурой и в нижней части зоны 4 стесненного осаждения. Однако, как указано выше, авторы изобретения установили, что приспособление для создания возмущения или сдвигающее приспособление в идеале следует размещать в верхней области слоя 2 шлама с сетчатой структурой, чтобы достичь наилучшей выгоды от благоприятных эффектов данного изобретения.
По существу одинаковое приложение сдвигающего усилия по всей зоне 16 возмущения приводит к повышению вероятности того, что шлам с сетчатой структурой испытает возмущение, которое разрушит его в целом организованную структуру. Возмущение также может разрушить непрерывный контакт между частицами шлама с сетчатой структурой. Разрушение может иметь форму встряхивания или возмущения шлама с сетчатой структурой. В качестве альтернативы или в совокупности, разрушение может иметь форму перекомпоновки, переориентации или разрыва сетчатой структуры шлама. В обоих случаях разрушение приводит к освобождению жидкости 14, захваченной в шламе с сетчатой структурой либо между агрегатами шлама, либо внутри агрегата шлама. Таким образом, значительная часть данной захваченной жидкости 14 освобождается и уходит вверх из слоя 2 шлама с сетчатой структурой. Полагают, что приложение сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой "встряхивает", перестраивает или разрушает его структуру и/или непрерывный контакт между частицами шлама с сетчатой структурой, вследствие чего шлам под зоной возмущения становится более плотным, что приводит к повышению скорости его осаждения и/или плотности его упаковки. Кроме того, возмущение не является настолько избыточным, чтобы вызвать разделение шлама с сетчатой структурой на более мелкие части, которые осаждаются медленнее. Относительно более плотный шлам стремится перестроиться в слой шлама с сетчатой структурой под зоной возмущения из-за уплотняющего воздействия на шлам его собственной массы. В результате, данное изобретение обеспечивает соответствующую величину возмущения для увеличения скорости осаждения и/или плотности сгущенного шлама в слое с сетчатой структурой или шламовом слое 2, таким образом, приводя к повышению эффективности и производительности разделительного устройства.
Когда механизмом приложения сдвигающего усилия является механическое перемешивание и когда применяют сдвигающее приспособление, параметры возмущения в данном изобретении можно свести к особым параметрам сдвигающего усилия. Данные параметры сдвигающего усилия включают скорость сдвигающего приспособления (линейную скорость или частоту вращения), толщину зоны возмущения или области приложения сдвигающего усилия и (трехмерную) форму сдвигающего приспособления. Это неожиданное открытие означает, что величину сдвигающего усилия, прикладываемого к шламу, можно оптимальным образом регулировать в соответствии с эксплуатационными требованиями, особенно изменениями в подаче суспензии, при этом поддерживая повышенную эффективность разделения в разделительном устройстве. В случае сгустителя применение данного способа приводит к увеличению плотности сгущенного продукта, извлеченного из осажденного шлама, относительно величины потока или количества жидкой суспензии, которую обрабатывают в сгустителе.
Специалистам в данной области следует иметь в виду, что идея создания возмущения, например, путем приложения сдвигающего усилия в зоне возмущения в слое 2 с сетчатой структурой противоречит традиционным мнениям и по существу не рассматривалась в уровне техники. В уровне техники предпочитали не возмущать шламовый слой 2 или зону 4 стесненного осаждения, поскольку большинство агрегатов являются уплотненными или почти уплотненными (в случае зоны 4 стесненного осаждения), а усовершенствования были сфокусированы на повышении эффективности процесса осаждения либо в загрузочной камере 9, либо в зоне 6 свободного осаждения в баке 1. Это отражалось на конструкции сгустителей, особенно в части минимизации движения внутри шламового слоя 2. Например, на гребки были установлены преимущественно вертикально проходящие столбики на одинаковых расстояниях друг от друга, чтобы создать вертикальные обезвоживающие каналы для освобождения жидкости. Однако пространственное расположение столбиков и расстояния между ними были спроектированы таким образом, чтобы обеспечить осторожное движение данных столбиков через шламовый слой 2, чтобы минимизировать любую турбулентность, которую создают данные столбики или связанные с ними обезвоживающие каналы. Дополнительным преимуществом данного изобретения является то, что возмущение слоя 2 шлама с сетчатой структурой в зоне 16 возмущения, например, путем приложения сдвигающего усилия приводит к замедлению образования зон тороидального вращения в слое с сетчатой структурой.
Было неожиданно обнаружено, что возмущение, предпочтительно, с помощью сдвигающего усилия приводит к постепенному увеличению плотности шлама под зоной возмущения. В контексте применения данного изобретения к процессу сгущения авторы изобретения обнаружили, что в результате регулирования возмущения, предпочтительно, сдвигающего усилия до оптимальной величины с применением по меньшей мере одного или более из трех основных параметров, которые будут обсуждены более подробно ниже, данное постепенное увеличение плотности шлама под зоной возмущения по сравнению с плотностью шлама над зоной возмущения составляет по меньшей мере 5%. В одном из предпочтительных воплощений данного изобретения увеличение плотности шлама под зоной возмущения по сравнению с плотностью шлама над зоной возмущения составляет по меньшей мере 10%. В других предпочтительных вариантах данного изобретения плотность шлама под зоной возмущения по меньшей мере на 25%, предпочтительно, по меньшей мере на 35%, а более предпочтительно, по меньшей мере на 50% выше плотности шлама над зоной возмущения.
Следует иметь в виду, что во время работы разделительного устройства толщина слоя 2 шлама с сетчатой структурой будет постепенно увеличиваться. В качестве альтернативы, слой 2 шлама с сетчатой структурой в разделительном устройстве может быть относительно тонким из-за эксплуатационных требований. Следовательно, зона 16 возмущения может сначала занимать большую часть слоя 2 шлама с сетчатой структурой, и в таких случаях зона возмущения может находиться в пределах верхних 75% слоя шлама с сетчатой структурой. При обычной толщине слоя шлама с сетчатой структурой, присутствующего в баке, зона возмущения находится в пределах верхней половины слоя шлама с сетчатой структурой. Однако способ по данному изобретению все еще можно осуществлять, когда зона 16 возмущения находится в пределах верхних 30% слоя шлама с сетчатой структурой, верхних 10% слоя шлама с сетчатой структурой или даже у верхней поверхности слоя шлама с сетчатой структурой или прилегает к ней.
Соответственно, первое воплощение данного изобретения схематически изображено на Фиг.2А. Способ 20 регулирования приложения сдвигающего усилия к шламу в разделительном устройстве включает стадии: введения потока подаваемого материала, обычно суспензии, включающей шлам, в бак разделительного устройства (стадия 21), предоставления возможности осаждения шлама из подаваемого материала (стадия 22), возмущения шлама с сетчатой структурой в зоне возмущения шлама с сетчатой структурой (стадия 23) и регулирования одного или более параметров возмущения для регулируемого приложения оптимального возмущения к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения (стадия 24). Это включает в себя регулирование частоты возмущающих событий (стадия 25), толщины зоны возмущения (стадия 26) или обоих данных параметров возмущения в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров.
В частности, было обнаружено, что оптимального возмущения достигают путем регулирования одного или более параметров возмущения согласно следующему уравнению:
0
где S представляет собой оптимальное возмущение;
z представляет собой частоту или число возникновений возмущающих событий в зоне возмущения в течение заданного интервала времени;
1
f(h) представляет собой функцию высоты или толщины зоны возмущения;
2
f(f) представляет собой функцию потока;
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра.
В данном случае важной является только частота или число возникновений возмущающих событий в зоне возмущения в течение заданного интервала времени, а не величина каждого возмущающего события или сумма величин данных возмущающих событий.
3
3
3
3
*
Функция f(ρ) эксплуатационного параметра представляет один или более переменных эксплуатационных параметров разделительного устройства. Данные эксплуатационные параметры обычно включают состав шлама, размер частиц шлама, скорость потока шлама в баке, предел текучести шлама, вязкость шлама, плотность сгущенного продукта, массовую долю сгущенного продукта и скорость добавления флокулянта в суспензию. Поскольку функция f(ρ) эксплуатационного параметра может представлять несколько переменных, ее обычно корректируют, когда один или более эксплуатационных параметров являются постоянными или считается, что они являются постоянными. Например, когда известна вязкость шлама или плотность сгущенного продукта и она существенно не меняется в процессе работы разделительного устройства, тогда функцию f(ρ) эксплуатационного параметра корректируют до f (ρ), умноженной на постоянную, которая представляет собой известное значение вязкости шлама или плотности сгущенного продукта.
В данном воплощении изобретения выбранные параметры возмущения поддерживают пропорциональными потоку. То есть уравнение (1) приобретает следующий вид:
o
где S представляет собой оптимальное возмущение;
z представляет собой частоту или число возникновений возмущающих событий в зоне возмущения в течение заданного интервала времени;
h представляет собой функцию высоты или толщины зоны возмущения;
f представляет собой функцию потока;
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра.
Когда все эксплуатационные параметры остаются постоянными или считается, что они являются постоянными, уравнение (2) приобретает следующий вид:
o
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
z представляет собой частоту или число возникновений возмущающих событий в зоне возмущения в течение заданного интервала времени;
h представляет собой высоту или толщину зоны возмущения;
f представляет собой поток;
ρ
k представляет собой константу, представляющую эксплуатационные параметры.
В способе 20 частоту возмущающих событий сначала устанавливают равной требуемому числу, а толщину зоны возмущения задают в зависимости от потока, чтобы обеспечить приложение оптимального возмущения к шламу с сетчатой структурой. Когда возмущение создают с помощью физического приспособления, толщину зоны возмущения можно регулировать просто и непосредственно путем регулирования погружения приспособления для создания возмущения, поскольку это будет регулировать частоту возмущающих событий в шламе с сетчатой структурой. В качестве альтернативы, толщину зоны возмущения регулируют путем регулирования уровня подаваемого материала или суспензии в баке и, таким образом, степени погружения приспособления для создания возмущения.
Поскольку толщину зоны возмущения и частоту возмущающих событий регулируют с помощью подходящего блока или системы управления разделительного устройства, относительно просто задавать значения двух данных параметров возмущения одновременно, чтобы обеспечить приложение оптимального возмущения к шламу с сетчатой структурой во время работы разделительного устройства.
Следует иметь в виду, что, согласно уравнениям (1) и (3), оптимальное возмущение является функцией параметров возмущения, эксплуатационных параметров и потока. Соответственно, выбранные параметры возмущения можно регулировать в зависимости от одного или более эксплуатационных параметров разделительного устройства вместо потока. Выбранные параметры возмущения также можно регулировать как в зависимости от потока, так и в зависимости от эксплуатационных параметров.
Обычно стадия 23 возмущения включает стадию создания по существу одинакового возмущения по всей зоне возмущения. Путем создания по существу одинакового возмущения по всей зоне возмущения разрушают шлам с сетчатой структурой в зоне возмущения в течение заданного интервала времени, посредством чего освобождают захваченную жидкость из шлама с сетчатой структурой в зоне возмущения и повышают относительную плотность шлама под зоной возмущения.
Предпочтительно, возмущение создают по меньшей мере в зоне 16 возмущения в течение интервала времени, за которое шлам с сетчатой структурой проходит через зону возмущения от входа до выхода. На практике возмущение предпочтительно создавать в зоне 16 возмущения непрерывно во время работы разделительного устройства в течение его рабочих циклов, чтобы обеспечить его полезные и выгодные эффекты непрерывно в течение всего периода процесса разделения. Однако, если требуется, возмущение можно ограничить отдельными интервалами времени.
Было обнаружено, что предпочтительным осуществлением стадии 23 возмущения является приложение по существу одинакового сдвигающего усилия по всей зоне 16 возмущения. Механизм, с помощью которого прикладывают сдвигающее усилие на стадии 23 возмущения, может иметь множество форм. Например, одним из механизмов приложения сдвигающего усилия является применение струй жидкости или газа для введения жидкости или газа по направлению к зоне 16 возмущения, в зону 16 возмущения или через зону 16 возмущения, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Аналогично, флюидизатор может направлять поток текучей среды по направлению к зоне 16 возмущения, в зону 16 возмущения или через зону 16 возмущения, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Другие механизмы приложения сдвигающего усилия включают возбуждение механических колебаний в зоне 16 возмущения с применением подходящего вибрационного приспособления или ультразвуковых импульсов, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. Хотя данные механизмы приложения сдвигающего усилия пригодны для осуществления стадии 23 возмущения (сдвигающего усилия) в способе по данному изобретению, авторы изобретения установили, что предпочтительным механизмом приложения сдвигающего усилия является механическое перемешивание, предпочтительно, с помощью сдвигающего приспособления, которое движется через зону 16 возмущения таким образом, чтобы прикладывать по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей зоне возмущения. В одном из предпочтительных вариантов данного изобретения сдвигающее приспособление вращается в баке согласно стадии 23 возмущения (сдвигающего усилия).
Второе воплощение данного изобретения схематически изображено на Фиг.2В, где аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В способе 27 применяют сдвигающее приспособление для создания возмущения в зоне 16 возмущения путем приложения сдвигающего усилия с помощью механического перемешивания. Таким образом, способ 27 модифицирован для применения данного конкретного механизма приложения сдвигающего усилия, поэтому способ 27 регулирования сдвигающего усилия, прикладываемого к шламу в разделительном устройстве, включает стадии: введения потока подаваемого материала (предпочтительно, путем подачи суспензии, включающей шлам) в бак разделительного устройства (стадия 21), предоставления возможности отделения шлама от суспензии (стадия 22), по меньшей мере частичного погружения сдвигающего приспособления для приложения сдвигающего усилия к шламу в баке (стадия 28) и регулирования одного или более параметров сдвигающего усилия для регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к шламу, проходящему через зону возмущения или область "приложения сдвигающего усилия" (стадия 24). Это включает в себя регулирование скорости сдвигающего приспособления (стадия 29), толщины зоны возмущения или области приложения сдвигающего усилия (стадия 26), трехмерной формы сдвигающего приспособления (стадия 30) или любого сочетания данных параметров сдвигающего усилия в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров.
В частности, было обнаружено, что оптимального сдвигающего усилия достигают путем регулирования одного или более параметров сдвигающего усилия согласно следующему уравнению:
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
1
f(h) представляет собой функцию высоты или толщины зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия;
2
f(f) представляет собой функцию потока;
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра;
4
f(λ) представляет собой функцию фактора сдвигающего усилия;
5
f(y) представляет собой функцию скорости сдвигающего приспособления.
Поскольку фактор λ сдвигающего усилия представляет собой переменную, представляющую среднее значение сдвигающего усилия, прикладываемого к агрегатам шлама сдвигающим приспособлением, следовательно, он является функцией трехмерной формы и скорости сдвигающего приспособления. Следовательно, скорость сдвигающего приспособления является как параметром сдвигающего усилия, так и фактором, влияющим на фактор λ сдвигающего усилия.
Поэтому изменение трехмерной формы сдвигающего приспособления будет оказывать влияние на оптимальное сдвигающее усилие, прикладываемое к шламу, проходящему через зону возмущения, через фактор λ сдвигающего усилия. Трехмерную форму сдвигающего приспособления можно менять с помощью подвижных сдвигающих элементов, угол наклона которых можно регулировать относительно направления движения сдвигающего приспособления. В качестве альтернативы, сдвигающее приспособление может включать сдвигающие элементы, которые можно добавлять или удалять во время работы, чтобы менять его трехмерную форму. Однако в большинстве практических коммерческих применений сдвигающее приспособление для простоты имеет заданную форму, поскольку обеспечение регулируемой формы сдвигающего приспособления усложняет конструкцию. Поэтому предусмотрено, что скорость сдвигающего приспособления и толщину зоны возмущения обычно выбирают таким образом, чтобы они соответствовали вышеупомянутому соотношению, выраженному в уравнении (1), чтобы получить оптимальное сдвигающее усилие.
В данном воплощении изобретения выбранные параметры сдвигающего усилия поддерживают пропорциональными потоку. То есть уравнение (4) приобретает следующий вид:
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
λ представляет собой фактор сдвигающего усилия;
y представляет собой скорость сдвигающего приспособления;
h представляет собой высоту или толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия;
f представляет собой поток;
3
f(ρ) представляет собой функцию эксплуатационного параметра.
Когда все эксплуатационные параметры остаются постоянными или считается, что они являются постоянными, уравнение (5) приобретает следующий вид:
1
где S представляет собой оптимальное сдвигающее усилие;
λ представляет собой фактор сдвигающего усилия;
y представляет собой скорость сдвигающего приспособления;
h представляет собой высоту или толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия;
f представляет собой поток;
ρ
k представляет собой константу, представляющую эксплуатационные параметры.
В способе 27 скорость сдвигающего приспособления сначала устанавливают равной требуемой скорости, а как форму сдвигающего приспособления, так и толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия задают в зависимости от потока, чтобы обеспечить приложение оптимального сдвигающего усилия к шламу. Толщину области приложения сдвигающего усилия можно регулировать просто и непосредственно путем регулирования погружения сдвигающего приспособления, поскольку это будет регулировать степень приложения сдвигающего усилия сдвигающим приспособлением к шламу. В качестве альтернативы, толщину области приложения сдвигающего усилия регулируют путем регулирования уровня суспензии в баке и, таким образом, степени погружения сдвигающего приспособления. Как указано выше, форма сдвигающего приспособления обычно является заранее заданной, хотя сдвигающие приспособления могут включать подвижные или регулируемые сдвигающие элементы, которые меняют форму сдвигающего приспособления.
Поскольку толщину области приложения сдвигающего усилия и скорость сдвигающего приспособления регулируют с помощью подходящего блока или системы управления разделительного устройства, относительно просто задавать значения двух данных параметров сдвигающего усилия одновременно, чтобы обеспечить приложение оптимального сдвигающего усилия к шламу во время работы разделительного устройства.
Следует иметь в виду, что, согласно уравнениям (4)-(6), оптимальное сдвигающее усилие является функцией параметров сдвигающего усилия, эксплуатационных параметров и потока. Соответственно, выбранные параметры сдвигающего усилия можно регулировать в зависимости от одного или более эксплуатационных параметров разделительного устройства вместо потока. Выбранные параметры сдвигающего усилия также можно регулировать как в зависимости от потока, так и в зависимости от эксплуатационных параметров.
Особо предпочтительное воплощение данного изобретения изображено на Фиг.3, где аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Способ 31 по данному воплощению изобретения применяют в процессе осаждения в сгустителе, где на стадии 21 в бак сгустителя подают исходный поток суспензии, содержащей смесь жидкости и агрегатов или частиц шлама. Затем, на стадии 22 предоставляют возможность осаждения шлама из суспензии. На стадии 28 сдвигающее приспособление погружают в бак. Следует иметь в виду, что сдвигающее приспособление может быть погружено в бак до стадии 22 осаждения.
Способ 31 дополнительно включает на стадии 32 наблюдение за потоком суспензии во время стадии 21 подачи с применением подходящего датчика (не показан), сообщающегося с блоком или системой управления (не показана) сгустителя. На основании данных, полученных на стадии наблюдения, блок управления регулирует один или более параметров сдвигающего усилия в зависимости от потока, чтобы прикладывать оптимальное сдвигающее усилие к шламу на стадии 24, причем скорость сдвигающего приспособления (стадия 33), толщина зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия (стадия 34), трехмерная форма сдвигающего приспособления (стадия 35) или любое сочетание данных параметров сдвигающего усилия соответствуют вышеупомянутому соотношению, выраженному в уравнениях (4), (5) или (6). На стадии 36 производят наблюдение за одним или несколькими эксплуатационными параметрами с помощью соответствующих датчиков, сообщающихся с блоком или системой управления. В ответ на любое изменение эксплуатационного параметра блок или система управления регулирует один или более параметров сдвигающего усилия на стадии 37, чтобы поддержать соотношения, выраженные в уравнениях (4) или (5). Кроме того, любые изменения потока, обнаруженные на стадии 31, могут привести к регулированию одного или более параметров сдвигающего усилия на стадии 37. Это включает в себя регулирование скорости сдвигающего приспособления (стадия 33), толщины зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия (стадия 34), трехмерной формы сдвигающего приспособления (стадия 35) или любого сочетания данных параметров сдвигающего усилия, чтобы поддержать соотношение, выраженное в уравнениях (4) или (5), при изменении потока и/или эксплуатационных параметров. Таким образом, в данном воплощении изобретения параметры сдвигающего усилия регулируют в зависимости от потока поступающей суспензии и/или эксплуатационных параметров, чтобы всегда прикладывать оптимальное сдвигающее усилие к шламу.
Регулируемый параметр сдвигающего усилия не обязательно является тем параметром, который сначала выбрали на стадии 24. Например, можно сначала регулировать скорость сдвигающего приспособления на стадии 33, а затем регулировать толщину области приложения сдвигающего усилия на стадии 34, чтобы поддержать отношение к потоку, тем самым поддерживая оптимальное сдвигающее усилие. Следует иметь в виду, что данный способ можно осуществлять с применением любого из параметров сдвигающего усилия, при этом поддерживая остальные параметры сдвигающего усилия постоянными. Например, данный способ можно ограничить контролем и/или регулированием трехмерной геометрической формы сдвигающего приспособления, в то время как скорость сдвигающего приспособления и толщину области приложения сдвигающего усилия устанавливают заранее. В данном примере форму сдвигающего приспособления можно контролировать и/или регулировать с помощью добавления или удаления сдвигающих рычагов или элементов. В качестве альтернативы, предусмотрено, что один или более сдвигающих элементов являются подвижными, чтобы регулировать их угол наклона в направлении вращения сдвигающего приспособления.
Кроме того, стадию 32 наблюдения за потоком или стадию 36 наблюдения за эксплуатационными параметрами, если требуется, можно исключить, чтобы только контролировать или регулировать параметры сдвигающего усилия только в зависимости от эксплуатационных параметров или потока. Однако специалистам в данной области понятно, что наиболее точного контроля параметров сдвигающего усилия достигают с помощью наблюдения как за потоком, так и за выбранными эксплуатационными параметрами. Кроме того, только один эксплуатационный параметр или некоторые из эксплуатационных параметров можно выбрать для наблюдения на стадии 36, если требуется, или когда другие эксплуатационные параметры являются постоянными или считается, что они являются постоянными.
Также следует иметь в виду, что стадию 32 наблюдения за потоком и стадию 36 наблюдения за эксплуатационными параметрами также можно использовать при осуществлении способа 20 регулирования возмущения, изображенного на Фиг.2А.
Обратимся к Фиг.4, на котором изображено разделительное устройство согласно одному из воплощений данного изобретения, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций. Разделительное устройство в виде сгустителя 40 включает бак 1, впускное отверстие 41 для подачи потока суспензии в бак через расположенную в центре загрузочную камеру 9 и сдвигающее приспособление 42 для приложения сдвигающего усилия к шламу в баке, выполненное с возможностью по меньшей мере частичного погружения в верхнюю область 43 "приложения сдвигающего усилия" к шламовому слою 2. Один или более параметров сдвигающего усилия регулируют в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров для регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к шламу, проходящему через область приложения сдвигающего усилия/зону 43 возмущения.
В данном воплощении изобретения сгуститель 40 сконструирован как сгуститель мостикового типа и включает мост 44 для технического обслуживания, расположенный над баком 1 и идущий диаметрально через него, и периферический сливной желоб 45. Центральный приводной узел 46 приводит в движение центральный приводной вал 47 для вращения блока 48 гребенок и сдвигающего приспособления 42 вокруг центральной оси 49 бака 1. Блок 48 гребенок включает гребки 50, включающие лопасти 51 скребка, идущие вниз ко дну 52 бака 1, чтобы перемещать осажденный и уплотненный шлам по направлению к выпускному отверстию 53 для сгущенного продукта. Бак 1 в целом поддерживают колонны 54.
Сдвигающее приспособление 42 включает множество идущих радиально наружу сдвигающих элементов в виде столбиков 55, которые присоединены к параллельным стержням 56, от которых столбики идут с углом наклона, составляющим приблизительно 45° к вертикальной плоскости, параллельной центральной оси 49. Сдвигающее приспособление 42 также включает муфтовое крепление 57, крепящее множество столбиков 55 к приводному валу 47. Столбики 55 расположены в древообразном порядке или по древообразной схеме таким образом, что их концы 58 находятся по существу на одной линии с вертикальной линией 59. Четыре меньших столбика 55а расположены в верхней части сдвигающего приспособления 42 таким образом, что концы 58а двух верхних столбиков 55а находятся по существу на одной линии с горизонтальной плоскостью 60, совпадающей с границей между шламовым слоем 2 и зоной 4 стесненного осаждения, вместе с самым верхним из столбиков 55. Пара нижних горизонтальных столбиков 55с заканчивается таким образом, что их концы 58с находятся по существу на одной линии с вертикальными линиями 59. Таким образом, столбики 55 определяют по существу прямоугольную форму, ширина которой по существу приблизительно соответствует диаметральному поперечному сечению бака 1 сгустителя. Между более длинными столбиками 55 чередуется ряд постепенно укорачивающихся столбиков 61, причем их соответствующие концы 62 направлены вверх. Кроме того, дополнительные столбики 63 идут параллельно столбикам 55 и 61 от горизонтальных столбиков 55 с. Более короткие столбики 61 и дополнительные столбики 63 обеспечивают повышенное число сдвигающих событий ближе к оси вращения, где линейная скорость столбиков ниже.
В процессе работы взвесь шлама в виде суспензии подают в загрузочную камеру 9 через впускное отверстие 41. Суспензию можно подавать в загрузочную камеру 9 тангенциально, чтобы увеличить время пребывания для смешивания и реакции с реагентами, такими как флокулянты, которые способствуют образованию агрегатов или "хлопьев" из более плотных твердых частиц шлама. Тангенциальная подача также способствует рассеиванию кинетической энергии суспензии в загрузочной камере 9, тем самым ускоряя осаждение внутри бака 1. Затем суспензия течет вниз под действием силы тяжести из узкого выпускного отверстия 64 в бак 1, где она оседает и образует различные зоны материала, включая шламовый слой 2, зону 4 стесненного осаждения, зону 6 свободного осаждения и осветленную зону 8. Слой 2 относительно плотного шлама вытесняет верхнюю осветленную зону 8 относительно разбавленного раствора по направлению к верхней части бака 1. Сгущенный шлам выводят через выпускное отверстие 10 для сгущенного продукта, тогда как разбавленный раствор постепенно выводят через сливной желоб 45.
Поскольку толщина шламового слоя 2 увеличивается, то для того чтобы зона возмущения/область 43 приложения сдвигающего усилия включала часть его верхней области (приблизительно верхние 75-80% слоя 2 шлама с сетчатой структурой), сдвигающее приспособление 42 вращается в баке 1, что приводит к тому, что столбики 55, 61 и 63 прикладывают оптимальное сдвигающее усилие к агрегатам или частицам шлама, опускающимся из выпускного отверстия 64 загрузочной камеры в зону 43 возмущения. Как указано выше в связи с Фиг.2В и 3, скорость сдвигающего приспособления, толщину зоны возмущения/области 43 приложения сдвигающего усилия, трехмерную форму сдвигающего приспособления 42 или любое сочетание данных параметров сдвигающего усилия регулируют для поддержания соотношения, выраженного в уравнениях (4), (5) или (6), в зависимости от потока и/или одного или более эксплуатационных параметров. Кроме того, данные параметры сдвигающего усилия, по отдельности или в сочетании, регулируют в ответ на изменения потока и/или одного или более эксплуатационных параметров, чтобы обеспечить непрерывное приложение оптимального сдвигающего усилия к шламу. Это приводит к тому, что величина прикладываемого сдвигающего усилия является достаточной для разрушения шлама с сетчатой структурой в зоне возмущения/области приложения сдвигающего усилия, что приводит к освобождению захваченной жидкости или раствора и к повышению относительной плотности шлама под зоной 43 возмущения. Более плотный шлам под зоной 43 возмущения стремится перестроиться таким образом, чтобы его плотность стала существенно выше плотности шлама над зоной возмущения, и, таким образом, шлам осаждается быстро без избыточного разделения на фракции и вредного воздействия на процесс осаждения. Оптимальное сдвигающее усилие прикладывают либо как прямые "удары" столбиков 55, 61 и 63, либо как возмущения в зонах турбулентности, связанных со следом прохождения столбиков 55 через зону возмущения/область 43 приложения сдвигающего усилия.
2
Обратимся к Фиг.5А и 5В; рабочие характеристики сгустителя, изображенного на Фиг.4, и традиционного сгустителя, включающего блок гребенок без какого-либо сдвигающего приспособления, приведены на графике для сравнения, на основе результатов, полученных при моделировании на сгустителе лабораторного масштаба. На Фиг.5А скорость сдвигающего приспособления, толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и трехмерную геометрическую форму сдвигающего приспособления поддерживали постоянными, чтобы испытать способы, изображенные на Фиг.2В и 3, по отношению к уравнениям (4)-(6). На данных графиках приведена зависимость плотности сгущенного продукта из осажденного шлама в виде золотосодержащих хвостов, выраженной в масс.%, от потока суспензии, выраженного в тоннах на квадратный метр в час (т/мч), причем частота вращения блока гребенок при моделировании традиционного сгустителя и частота вращения блока гребенок и сдвигающего приспособления 42 при моделировании сгустителя были одинаковыми и составляли 1 оборот в минуту (об/мин). Специалистам в данной области следует иметь в виду, что плотность сгущенного продукта соответствует количеству жидкого верхнего продукта и минерального твердого сгущенного продукта, извлеченного из подаваемой суспензии, и, таким образом, любое увеличение плотности сгущенного продукта отражает улучшение процесса разделения и осаждения.
2
2
2
2
2
2
Результаты моделирования для сгустителя 40 указаны линией 70, тогда как результаты моделирования для традиционного сгустителя указаны линией 71. Как можно видеть из Фиг.5А, в сгустителе 40 достигают значительного увеличения плотности сгущенного продукта из золотосодержащих хвостов по сравнению с традиционным сгустителем. В частности, когда отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляло от 1:1 до 2:1, как показывают точки 70а и 70b на графике, плотность сгущенного продукта находилась приблизительно на максимальном уровне. То есть, когда скорость сдвигающего приспособления составляла 1 об/мин, а поток был равен 0,5 т/мч (таким образом, отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляло 2:1), для золотосодержащих хвостов достигли плотности сгущенного продукта, приблизительно равной 62 масс.%. Аналогично, когда скорость сдвигающего приспособления составляла 1 об/мин, а поток был равен 1 т/мч (таким образом, отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляло 1:1), для золотосодержащих хвостов также достигли плотности сгущенного продукта, приблизительно равной 62 масс.%. Напротив, в традиционном сгустителе для такого же интервала потока и частоты вращения гребенок, равной 1 об/мин, плотность сгущенного продукта понизилась с приблизительно 52 масс.% (точка 71а на графике) до 45 масс.% (точка 71b на графике) при увеличении потока с 0,5 т/мч до 1 т/мч. Таким образом, в сгустителе 40 смогли достичь увеличения плотности сгущенного продукта сначала на 10 масс.% при 0,5 т/мч, а затем более чем на 15 масс.% при увеличении потока до 1 т/мч.
Хотя значения плотности сгущенного продукта уменьшались как в сгустителе 40, так и в традиционном сгустителе (как показывают точки 70с и 71с на графике, соответственно), когда отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку опускалось ниже 1:1, сгуститель 40, в котором применяли способ 27, продолжал превосходить традиционный сгуститель по плотности сгущенного продукта. Авторы изобретения полагают, что данное уменьшение плотности сгущенного продукта при уменьшении отношения скорости сдвигающего приспособления к потоку указывает на то, что требуется оптимальная величина сдвигающего усилия, чтобы поддерживать повышенную эффективность разделения в результате приложения сдвигающего усилия к шламу согласно способу 27, изображенному на Фиг.2В. Таким образом, достигли улучшения эксплуатационных характеристик сгустителя 40, в котором применяют сдвигающее приспособление 42, при отношении скорости сдвигающего приспособления к потоку, составляющем от 2:1 до 1:1 и 1:2. Следовательно, согласно способу 27, достигли повышения эффективности осаждения, составляющего от более чем 20% до более чем 33%, по сравнению с традиционным сгустителем.
2
Данное соотношение между скоростью сдвигающего приспособления и потоком также проиллюстрировано на Фиг.5В, где скорость сдвигающего приспособления 42 в сгустителе 40 была переменной, чтобы частоту его вращения можно было регулировать в зависимости от потока суспензии, чтобы испытать уравнения (4), (5) и (6) относительно скорости сдвигающего приспособления. Толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и трехмерную форму сдвигающего приспособления поддерживали постоянными. На данном графике показана зависимость плотности сгущенного продукта из таких же золотосодержащих хвостов, как и на Фиг.5А, выраженной в масс.%, от скорости сдвигающего приспособления, выраженной в об/мин, причем поток поддерживали постоянным и равным 2 т/мч. Линия 72 на графике показывает, что при увеличении скорости сдвигающего приспособления с 1 об/мин (точка 72d на графике) до 2 об/мин (точка 72а на графике) плотность сгущенного продукта значительно увеличивается. Линия 72 на графике также показывает, что при увеличении скорости сдвигающего приспособления с 2 об/мин (точка 72а на графике) до 3 об/мин (точка 72b на графике) и до 4 об/мин (точка 72с на графике) плотность сгущенного продукта продолжает увеличиваться. Это соответствует изменению отношения скорости сдвигающего приспособления к потоку от 1:2 через 1:1 и 3:2 до 2:1. Таким образом, значительного увеличения плотности сгущенного продукта из золотосодержащих хвостов можно достичь путем регулирования скорости сдвигающего приспособления в ответ на изменения потока, согласно способу 31, изображенному на Фиг.3.
На Фиг.5В точка 72d на графике, соответствующая скорости сдвигающего приспособления 1 об/мин, представляет собой ту же самую точку, что точка 70с на графике, изображенном на Фиг.5А. Также следует отметить, что когда отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку становится меньше 1:1, например, когда поток в два раза превосходит скорость сдвигающего приспособления (точка 70с на графике Фиг.5А и точка 72d на графике Фиг.5В), плотность сгущенного продукта уменьшается. Однако после увеличения скорости сдвигающего приспособления до такого значения, чтобы отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку находилось в интервале от 1:1 до 2:1, плотность сгущенного продукта оптимально увеличилась до приблизительно 56,5%, как показывает точка 72а на графике, и далее достигла оптимального значения 58 масс.%, как показывает точка 72с на графике. Специалистам в данной области следует иметь в виду, что Фиг.5А и 5В показывают, что когда отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку находилось в интервале от 1:1 до 2:1, значительное увеличение плотности сгущенного продукта сохранялось во всем данном интервале, тогда как ниже данного интервала сдвигающее усилие было слишком слабым, чтобы оказывать оптимальное воздействие на плотность сгущенного продукта. Таким образом, из данного обсуждения понятно, что способы 20, 27 и 31 и уравнения (1)-(6) справедливы.
2
Обратимся к Фиг.6А; рабочие характеристики сгустителя 40, изображенного на Фиг.4, снова были смоделированы и приведены на графике; при этом суспензию золотосодержащих хвостов заменили на суспензию никелевого латерита. В данном испытании для определения рабочих характеристик поток поддерживали постоянным и равным 0,25 т/мч и определяли зависимость плотности сгущенного продукта, выраженной в масс.%, от переменной скорости сдвигающего приспособления, выраженной в об/мин. Толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и трехмерную форму сдвигающего приспособления снова поддерживали постоянными. Линия 73 на графике показывает, что плотность сгущенного продукта начинает увеличиваться, когда скорость сдвигающего приспособления составляет приблизительно 0,25 об/мин в точке 73а на графике (отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляет приблизительно 1:1), и продолжает увеличиваться, когда скорость сдвигающего приспособления составляет приблизительно 0,5 об/мин в точке 73b на графике (отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляет приблизительно 2:1). Плотность сгущенного продукта для никелевого латерита продолжает увеличиваться, проходя отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку, составляющее 2:1, и достигает максимума, когда скорость сдвигающего приспособления приблизительно равна 1 об/мин в точке 73с на графике, причем отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляет приблизительно 4:1. После того как отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку превышает 4:1, плотность сгущенного продукта уменьшается, как показывают точки 73d и 73е на графике. Таким образом, очевидно, что оптимальная величина сдвигающего усилия, которое необходимо прикладывать к суспензии никелевого латерита, чтобы поддерживать повышенную эффективность осаждения в сгустителе 40, находится в интервале отношения скорости сдвигающего приспособления к потоку от 1:1 до 6:1, причем оптимальное отношение составляет приблизительно 4:1.
2
Обратимся к Фиг.6В, где аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций; сдвигающее приспособление 42 в сгустителе 40 работает с различными скоростями, причем поток суспензии никелевого латерита поддерживали постоянным и равным 0,5 т/мч. Линия 74 на графике показывает, что плотность сгущенного продукта достигает максимального значения, когда скорость сдвигающего приспособления составляет 2 об/мин, в точке 74а на графике, где отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку составляет 4:1. Отклонения в обе стороны от отношения скорости сдвигающего приспособления к потоку, равного 4:1, показывают, что плотность сгущенного продукта соответственно снижается, как показывают точки 74b, 74с и 74d на графике, соответственно.
Данные испытания для определения рабочих характеристик показывают, что, в общем, при удвоении потока оптимальную скорость сдвигающего приспособления следует по меньшей мере также удвоить, чтобы поддержать оптимальные рабочие характеристики сгустителя. Таким образом, данные испытания демонстрируют функциональную зависимость между скоростью сдвигающего приспособления и потоком при достижении оптимального сдвигающего усилия согласно уравнениям (4)-(6), особенно, согласно пропорциональной зависимости из уравнения (5), где другие параметры сдвигающего усилия и эксплуатационные параметры поддерживают постоянными.
Авторы изобретения также обнаружили, что оптимальное отношение скорости сдвигающего приспособления к потоку является функцией размера (т.е. диаметра) бака, в котором проводят разделение. Следовательно, необходимо определить данное оптимальное отношение для конкретного размера бака, применяемого в процессе разделения, чтобы получить соответствующее отношение для пропорциональной зависимости между скоростью сдвигающего приспособления и потоком.
2
Другие испытания для определения рабочих характеристик проводили на основании результатов, полученных при моделировании сгустителя лабораторного масштаба, где толщина области приложения сдвигающего усилия в сдвигающем приспособлении 42 была переменной, как показано на Фиг.7А. На данном графике поток поддерживали равным 2,0 т/мч, а частоту вращения сдвигающего приспособления 42 поддерживали равной 2 об/мин. Хотя трехмерная геометрическая форма сдвигающего приспособления 42 была неизменной, длину столбиков регулировали таким образом, чтобы толщина зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия менялась от 200 мм до 400 мм. Как показывает линия 75 на графике, плотность сгущенного продукта увеличилась от приблизительно 62,25% при толщине области приложения сдвигающего усилия, равной 200 мм (точка 75а на графике), до почти 65,00% при толщине области приложения сдвигающего усилия, равной 400 мм (точка 75b на графике); таким образом, рабочие характеристики сгустителя улучшились.
Данное испытание для определения рабочих характеристик также демонстрирует такую же функциональную зависимость между толщиной зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и потоком при достижении оптимального сдвигающего усилия, когда другие параметры сдвигающего усилия и эксплуатационные параметры поддерживают постоянными, таким образом, подтверждая способы 20, 27 и 31 и уравнения (1)-(6).
2
Другие испытания для определения рабочих характеристик проводили на основании результатов, полученных при моделировании сгустителя лабораторного масштаба, где трехмерная геометрическая форма была переменной, как показано на Фиг.7B-7D. На графике, изображенном на Фиг.7В, поток поддерживали равным 2,0 т/мч, частоту вращения сдвигающего приспособления 42 поддерживали равной 2 об/мин, а толщину зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия поддерживали постоянной и равной 200 мм. Трехмерная геометрическая форма сдвигающего приспособления сначала включала восемь столбиков 76, как лучше показано на Фиг.7С. Затем число столбиков 76 в сдвигающем приспособлении удвоили до шестнадцати столбиков, как лучше показано на Фиг.7D, тем самым изменив его трехмерную геометрическую форму. Как показывает линия 77 на графике, плотность сгущенного продукта увеличилась от приблизительно 62,25% для восьми столбиков (точка 77а на графике), до немногим более 65,50% для шестнадцати столбиков (точка 77b на графике); таким образом, рабочие характеристики сгустителя улучшились.
Данные испытания для определения рабочих характеристик демонстрируют такую же функциональную зависимость между трехмерной формой сдвигающего приспособления и потоком при достижении оптимального сдвигающего усилия, когда другие параметры сдвигающего усилия и эксплуатационные параметры поддерживают постоянными, таким образом, подтверждая способы 20, 27 и 31 и уравнения (1)-(6).
В результате данных испытаний для определения рабочих характеристик авторы изобретения пришли к выводу о том, что применение способа 20, изображенного на Фиг.2А, особенно, способов 27 и 31, изображенных на Фиг.2А, 2В и 3, соответственно, приведет к приложению оптимального сдвигающего усилия к шламу, которое поддерживают единообразным, чтобы обеспечить такой же уровень улучшения общих рабочих характеристик сгустителя, в котором используют сдвигающее приспособление.
Было обнаружено, что в данном изобретении следует уделять большее внимание зависимости от потока таких параметров сдвигающего усилия, как скорость сдвигающего приспособления, толщина зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и форма сдвигающего приспособления, по сравнению с другими возможными эксплуатационными параметрами (например, состав шлама, размер частиц шлама, скорость потока шлама в баке, предел текучести шлама, вязкость шлама, плотность сгущенного продукта, массовая доля сгущенного продукта и скорость добавления флокулянта (если его добавляют) в суспензию), чтобы достичь оптимального профиля сдвигающего усилия. Однако возможно применение данного изобретения, при котором параметры сдвигающего усилия регулируют в зависимости от одного или более эксплуатационных параметров вместо потока. На практике параметры сдвигающего усилия регулируют в зависимости от потока и эксплуатационных параметров, чтобы применять данные эксплуатационные параметры для дополнительного регулирования таких параметров сдвигающего усилия, как скорость сдвигающего приспособления, толщина зоны возмущения/области приложения сдвигающего усилия и форма сдвигающего приспособления, чтобы дополнительно улучшить приложение оптимального сдвигающего усилия к шламу.
Кроме того, конкретная конфигурация сдвигающего приспособления не оказывает прямого воздействия на оптимальный профиль сдвигающего усилия, который получают из отношения скорости сдвигающего приспособления к потоку, при условии, что сдвигающее приспособление выполнено с возможностью приложения сдвигающего усилия к шламу в зоне стесненного осаждения, в шламовом слое или в обеих указанных зонах. Таким образом, следует иметь в виду, что данное изобретение можно реализовать в любом сдвигающем приспособлении, применяемом в разделительном устройстве, поэтому оно не ограничено конкретной конфигурацией сдвигающего приспособления. Однако авторы изобретения установили, что некоторые предпочтительные конфигурации сдвигающего приспособления обычно являются более эффективными в достижении оптимального профиля сдвигающего усилия, что описано ниже.
Таким образом, авторы изобретения обнаружили, что оптимальной величины сдвигающего усилия, которое приводит к улучшению и оптимизации рабочих характеристик сгустителя, можно достичь, главным образом, когда конфигурация сдвигающего приспособления приводит по меньшей мере к одному из следующих результатов или к их сочетанию:
(1) приложение по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения в течение заданного интервала времени;
(2) приложение по существу одинакового среднего сдвигающего усилия к шламу с сетчатой структурой по меньшей мере в двух интервалах между сдвигающими элементами, расположенными на расстоянии друг от друга вдоль по меньшей мере одного рычага сдвигающего приспособления, вдоль линии, параллельной по меньшей мере одному рычагу или совпадающей с ним, и
(3) приложение по существу одинакового числа сдвигающих событий к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения в течение заданного интервала времени.
Разделительное устройство 40, изображенное на Фиг.4, включает сдвигающее приспособление 42, в котором применяют идею по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия, которая рассмотрена более подробно ниже.
-1
Если агрегат или частица шлама оседает на расстоянии I от центра со скоростью ν мс, а толщина зоны возмущения составляет d м, то время, за которое частица проходит через зону возмущения, составляет:
Если имеются, например, четыре ряда вращающихся идущих наружу сдвигающих элементов в виде наклонных столбиков, установленных на центральном вале, движущемся с частотой вращения ω оборотов в секунду, то число "прохождений" за время θ составляет:
Данное число прохождений также можно рассматривать как число сдвигающих "событий", которые испытывает каждый агрегат или каждая частица шлама, когда сдвигающие столбики проходят мимо. В данном контексте, сдвигающее усилие, прикладываемое любым отдельным столбиком, включает не только прямой "удар" агрегата шлама столбиком, но и возмущение или "встряхивание" агрегата шлама, попавшего в след прохождения столбика, который авторы изобретения называют "зоной турбулентности". Данные зоны турбулентности являются достаточными для приложения сдвигающего усилия к агрегату или частице шлама, хотя его величина меньше, чем величина сдвигающего усилия, прикладываемого непосредственно столбиками.
Таким образом, при пространственном расположении сдвигающих столбиков, изображенном на Фиг.4, вероятность того, что агрегат или частица шлама подвергается сдвигающему усилию с переменной скоростью во время n сдвигающих событий, выше для пространственного расположения, изображенного на Фиг.4, чем для пространственного расположения, при котором столбики идут по существу вертикально, при условии, что число сдвигающих событий значительно превышает 1. Следовательно, общее сдвигающее усилие, прикладываемое к слою оседающих агрегатов или частиц шлама, становится более равномерным, когда n возрастает, а угол ϕ наклона столбиков увеличивается. Однако авторы изобретения полагают, что увеличение угла ϕ на несколько градусов выше 45° невыгодно из-за соображений, связанных с потоком текучей среды, и по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия достигают оптимальным образом с помощью наклона сдвигающих элементов приблизительно на 45° относительно вертикали.
Обратимся к воплощению изобретения, изображенному на Фиг.4; в процессе работы сдвигающее приспособление 42 вращается вокруг центральной оси 49 с помощью центрального приводного вала 47 и прикладывает по существу одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие к шламу, проходящему через зону 43 возмущения шламового слоя 2, согласно принципам, описанным выше. То есть сдвигающее приспособление 42 совершает несколько прохождений через зону 43 возмущения, а столбики 55, 61 и 63 наклонены таким образом, что агрегаты или частицы шлама испытывают несколько переменных сдвигающих событий в результате либо прямого "удара", либо попадания в зону турбулентности, как показывают уравнения (7) и (8). Более короткие столбики 61 и дополнительные столбики 63 обеспечивают повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к центральной оси 49, где линейная скорость столбиков ниже. Таким образом, кумулятивное сдвигающее усилие, прикладываемое к шламу, выходящему из зоны 43 возмущения, является по существу одинаковым или идентичным.
Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что когда сдвигающее приспособление включает множество сдвигающих элементов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль по меньшей мере одного рычага, чтобы определить интервалы между ними, оптимальной величины сдвигающего усилия достигают путем обеспечения по существу одинакового среднего сдвигающего усилия по меньшей мере в двух интервалах вдоль линии, параллельной по меньшей мере одному рычагу или совпадающей с ним, а более предпочтительно, во всех интервалах между сдвигающими элементами вдоль данной линии.
В большинстве случаев в сдвигающем приспособлении применяют два или более идущих наружу радиальных рычага, и, таким образом, по существу одинаковое среднее сдвигающее усилие, прикладываемое в интервалах между сдвигающими элементами, будет вдоль радиальной линии, расположенной на одной прямой с радиальными рычагами. Иными словами, линия, вдоль которой прикладывают по существу одинаковое среднее сдвигающее усилие в интервалах, в основном соответствует профилю сдвигающего приспособления, если смотреть на него сверху. Однако следует иметь в виду, что когда поперечное сечение сдвигающего приспособления является частично или полностью нелинейным, данная линия, соответственно, будет частично или полностью нелинейной в соответствии с поперечным сечением сдвигающего приспособления. Например, сдвигающее приспособление может включать рычаги, которые имеют волнообразную, частично искривленную или даже зигзагообразную форму; в таком случае по существу одинаковое среднее сдвигающее усилие можно прикладывать вдоль волнообразной, частично искривленной или даже зигзагообразной линии, соответственно.
Данная идея приложения по существу одинакового среднего сдвигающего усилия обсуждается более подробно ниже со ссылкой на Фиг.8, на которой изображено другое воплощение данного изобретения, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций. В данном воплощении изобретения сгуститель 40 включает сдвигающее приспособление 80, включающее два идущих наружу радиальных рычага 81 с множеством сдвигающих элементов в виде наклонных линейных стержней или столбиков 82, установленных на каждом радиальном рычаге. Столбики 82 наклонены под углом, составляющим приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости, и находятся на неодинаковых интервалах 83 друг от друга, причем число столбиков постепенно уменьшается от оси 49 вращения к соответствующим внешним краям 84 радиальных рычагов 81. Данное постепенное увеличение интервалов 83 пропорционально расстоянию связанных с ними столбиков 82 от оси 49 вращения. В результате, внутренние столбики 82а расположены более плотно друг к другу в направлении к оси 49 вращения по сравнению с внешними столбиками 82b вблизи внешних краев 84.
Неодинаковые расстояния между столбиками 82 вдоль радиальных рычагов 81 приводят к тому, что среднее сдвигающее усилие в интервалах 83 между каждой парой столбиков 82 является по существу одинаковым или идентичным вдоль радиальной линии, определенной радиальными рычагами 81. В частности, авторы изобретения установили, что сдвигающее усилие, прикладываемое к агрегатам или частицам шлама, обычно является функцией линейной скорости столбиков (или других сдвигающих элементов) и расстояния между столбиком и агрегатом или частицей шлама. Поскольку линейная скорость столбика также является функцией частоты вращения приводного вала и расстояния от оси вращения до столбика, авторы изобретения установили, что при увеличении расстояния от оси вращения линейная скорость столбика пропорционально увеличивается.
Скорость сдвигающего усилия, прикладываемого к частице или агрегату шлама движущимся столбиком, обычно выражают следующим уравнением:
-1
где γ представляет собой скорость сдвигающего усилия, выраженную в с,
l
-1
u представляет собой линейную скорость столбика, выраженную в мс,
ξ представляет собой расстояние между столбиком и агрегатом или частицей шлама, выраженное в метрах,
k представляет собой константу, которая является функцией свойств материала шлама.
Также
-1
где ω представляет собой частоту вращения вала, выраженную в с, а
l представляет собой расстояние от центра, выраженное в метрах.
l
Уравнения (9) и (10) указывают на то, что при увеличении расстояния l от оси 49 вращения линейная скорость столбика 82 пропорционально увеличивается, поскольку u является произведением 2πω и l. Для ряда частиц (или агрегатов) между любыми двумя столбиками 82, для того чтобы обеспечить, что среднее сдвигающее усилие является по существу одинаковым или идентичным вдоль линии, параллельной радиальным рычагам или совпадающей с ними (т.е. вдоль длины радиального рычага 81), расстояние (ξ) между столбиками и агрегатами необходимо увеличить пропорционально линейной скорости. То есть расстояние или интервал между столбиками 82 пропорционально их расстоянию l от оси 49 вращения вдоль радиального рычага 81. Следовательно, требование по существу постоянного или одинакового среднего сдвигающего усилия можно выполнить путем увеличения расстояния или интервала между столбиками пропорционально их расстоянию вдоль радиуса. Напротив, данного по существу постоянного или одинакового среднего сдвигающего усилия нельзя достичь с помощью ряда столбиков или стержней, закрепленных на радиальном рычаге на равных расстояниях друг от друга, поскольку линейная скорость любого такого стержня пропорциональна его расстоянию от центра.
Конфигурация сдвигающего приспособления 80 приводит к по существу одинаковому кумулятивному сдвигающему усилию, прикладываемому к шламу с сетчатой структурой, выходящему из верхней области 43 приложения сдвигающего усилия, и к по существу одинаковому среднему сдвигающему усилию, прикладываемому в интервалах 83 между столбиками 82 вдоль радиальной линии, определенной радиальными рычагами 81. В частности, сдвигающее приспособление 80 совершает несколько прохождений через область 43, а столбики 82 наклонены таким образом, что агрегаты или частицы шлама испытывают несколько переменных сдвигающих событий в результате либо прямого "удара", либо попадания в зону турбулентности. Таким образом, кумулятивное сдвигающее усилие, прикладываемое к шламу, выходящему из области 15, является по существу одинаковым или идентичным.
Кроме того, внешние столбики 82b обеспечивают большее сдвигающее усилие, чем внутренние столбики 82а, из-за того, что внешние столбики 82b имеют более высокую линейную скорость, как показывают уравнения (9) и (10). Однако благодаря более плотному распределению внутренних столбиков 82а по сравнению с внешними столбиками 82b, агрегаты, более близкие к оси 49 вращения сдвигающего приспособления 80, имеют более равномерный профиль сдвигающего усилия из-за меньшего диапазона сдвигающего усилия (в величине сдвигающего усилия), чем сдвигающее усилие, прикладываемое к агрегатам, более далеким от оси 49 вращения. Профили сдвигающего усилия в интервалах 83 по направлению к внешним краям 84 радиальных рычагов 81 являются относительно менее равномерными и распространяются на больший диапазон или большую амплитуду сдвигающего усилия, чем профили сдвигающего усилия, более близкие к оси 49 вращения. Однако благодаря дифференцированному шагу среднее сдвигающее усилие, прикладываемое к агрегатам шлама в интервалах 83, определенных между столбиками 82, будет по существу одинаковым по всем радиальным рычагам 81.
Таким образом, как кумулятивное сдвигающее усилие от общего числа сдвигающих событий, так и среднее сдвигающее усилие между столбиками 82 являются по существу одинаковыми (хотя обычно не имеют одно и то же значение) благодаря расположению наклонных столбиков 82 на радиальных рычагах 81. Это приводит к "встряхиванию", перекомпоновке или разрушению агрегатов шлама и к освобождению захваченной жидкости, что повышает общую плотность шламового слоя 2 и создает более плотные агрегаты шлама, которые быстро осаждаются в шламовый слой 2, тем самым повышая эффективность разделения.
Кроме того, неожиданно было обнаружено, что приложение по существу одинакового числа сдвигающих событий по всей зоне 16 возмущения также приведет к достижению оптимального профиля сдвигающего усилия, которое разрушает шлам с сетчатой структурой, посредством чего освобождают захваченную жидкость 14 и повышают плотность шлама 18 под зоной возмущения. Авторы изобретения обнаружили, что если число сдвигающих событий, испытываемых шламом, проходящим через зону 16 возмущения, является по существу одинаковым в течение заданного интервала времени (например, интервала времени, требующегося для совершения х оборотов), то прикладываемое сдвигающее усилие является по существу одинаковым по всей зоне возмущения, как показывает уравнение (8). Таким образом, достигают необходимого разрушения шлама с сетчатой структурой, наряду с соответствующим освобождением захваченной жидкости 14 и увеличением плотности шлама 18 под зоной 16 возмущения. Из этого следует, что одинаковое число сдвигающих событий в то же время не требует приложения по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия или по существу одинакового среднего сдвигающего усилия, поскольку важным является число сдвигающих событий, а не величина каждого сдвигающего события.
Таким образом, на Фиг.9А, 9В и 9С изображены сдвигающие приспособления, с помощью которых достигают одинакового числа сдвигающих событий без приложения по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия или по существу одинакового среднего сдвигающего усилия.
На Фиг.9А, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций, сдвигающее приспособление 85 включает два идущих наружу радиальных рычага 81 с множеством сдвигающих элементов в виде наклонных линейных стержней или столбиков 86, установленных на каждом радиальном рычаге. Столбики 86 наклонены под углом, составляющим приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости, и расположены на равных интервалах 87 друг от друга от оси 49 вращения к соответствующим внешним краям 84 радиальных рычагов 81. Сдвигающее приспособление 85 совершает несколько прохождений через зону 16 возмущения, а столбики 86 наклонены таким образом, что агрегаты 13 или частицы 12 шлама с сетчатой структурой испытывают одинаковое число сдвигающих событий между входом шлама в зону 16 возмущения и выходом из нее. Однако одинаковые расстояния между столбиками 86 означают, что среднее сдвигающее усилие в интервалах 87 между каждой парой столбиков 86 не является одинаковым или постоянным вдоль радиальной линии, определенной радиальными рычагами 81. Кроме того, поскольку расположение столбиков 86 не компенсирует постепенное увеличение линейной скорости столбиков 86 по направлению к внешним краям 84 радиальных рычагов 81 и, таким образом, величины сдвигающего усилия, то и кумулятивная величина сдвигающего усилия не является одинаковой или постоянной.
Аналогично, на Фиг.9В, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций, сдвигающее приспособление 88 включает два идущих наружу радиальных сдвигающих рычага 89, которые прикладывают по существу одинаковое сдвигающее усилие по всей их соответствующей длине и, таким образом, по всей зоне 16 возмущения. Поскольку отсутствуют другие сдвигающие элементы, помимо радиальных рычагов 89, которые занимают всю толщину зоны 16 возмущения, отсутствуют и интервалы для среднего сдвигающего усилия или какие-либо способы компенсации постепенного увеличения линейной скорости сдвигающих рычагов 89 по направлению к соответствующим внешним краям 84.
На Фиг.9С, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций, сдвигающее приспособление 90 включает два идущих наружу радиальных рычага 81 с множеством сдвигающих элементов в виде по существу вертикальных линейных стержней или столбиков 91, установленных на одинаковых расстояниях друг от друга вдоль каждого радиального рычага. В данном воплощении изобретения столбики 91 сгруппированы близко друг к другу в тесном сосредоточении для увеличения площади зоны 16 возмущения до приблизительно 50% от площади поперечного сечения верхней области 17, следовательно, 50% шлама с сетчатой структурой в верхней области испытывают сдвигающее событие во время прохождения сдвигающего приспособления 90. Сдвигающее приспособление 90 совершает несколько прохождений через зону 16 возмущения, а сосредоточение столбиков 91 обеспечивает, что 50% агрегатов 13 или частиц 12 шлама с сетчатой структурой испытывают одинаковое число сдвигающих событий между входом шлама в зону 16 возмущения и выходом из нее. Поскольку столбики 91 расположены на одинаковых расстояниях друг от друга вдоль радиальных рычагов 81, среднее сдвигающее усилие между каждой парой столбиков 91 вдоль радиальной линии, определенной радиальными рычагами 81, не является одинаковым. Кроме того, расположение столбиков 91 не компенсирует постепенное увеличение линейной скорости столбиков 91 по направлению к внешним краям 84 радиальных рычагов 81 и, таким образом, величины сдвигающего усилия. Следовательно, кумулятивная величина сдвигающего усилия не является одинаковой или постоянной. В одном из вариантов данного изобретения другой ряд радиальных рычагов 81 оборудован столбиками 91, смещенными относительно столбиков 91 на первому ряду радиальных рычагов 81, чтобы прикладывать сдвигающее усилие в интервалах между ними и, таким образом, чтобы увеличить зону 16 возмущения для охвата всей (100%) верхней области 17 и, таким образом, чтобы прикладывать сдвигающее усилие ко всему (100%) шламу с сетчатой структурой, проходящему через верхнюю область.
Также было установлено, что оптимального сдвигающего усилия можно достичь путем обеспечения либо по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия, либо по существу одинакового среднего сдвигающего усилия между сдвигающими элементами, либо по существу одинакового числа сдвигающих событий, независимо друг от друга или в сочетании любых двух или всех трех указанных факторов.
Дополнительные неограничивающие примеры сдвигающих приспособлений для применения в способе и в разделительном устройстве по данному изобретению кратко описаны ниже со ссылкой на Фиг.10А-22В, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций. В каждом из данных воплощений изобретения сдвигающие приспособления функционируют по существу таким же образом, как описано в отношении воплощений данного изобретения, изображенных на Фиг.4 и 8, если только не указано иное.
На Фиг.10А сдвигающее приспособление 95 включает наклонные столбики 82, расположенные асимметрично относительно оси 49 вращения. Авторы изобретения полагают, что асимметричная конфигурация или схема расположения дополнительно повышает вероятность того, что агрегаты или частицы шлама испытают множество переменных сдвигающих событий при прохождении через зону 43 возмущения, чтобы обеспечить по существу одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие, в добавление к наклону столбиков 82 под углом, составляющим приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной радиальному рычагу 81 в соответствующей точке соединения. Поэтому столбики на одном радиальном рычаге 81а и столбики 82 на другом радиальном рычаге 81b будут прикладывать сдвигающее усилие к различным частям зоны 43 возмущения. Столбики 82 также расположены на неодинаковых интервалах 83, которые постепенно увеличиваются пропорционально расстоянию связанных с ними столбиков от оси 49 вращения к внешним краям 84 радиальных рычагов 81, таким образом, что среднее сдвигающее усилие в интервалах 83 между столбиками 82 является по существу одинаковым. Это приводит к тому, что число столбиков 82 постепенно уменьшается от центральной оси 49 к внешнему краю 84 каждого радиального рычага 81.
На Фиг.10В сдвигающее приспособление 100 имеет клиновидный профиль 101, который определен наклонными столбиками 102 различной длины, вместе с радиальными рычагами 81. Длина столбиков 102 постепенно уменьшается от оси 49 вращения к соответствующим внешним краям 84 радиальных рычагов 81. Вследствие постепенного уменьшения длины столбиков 102 у внешних краев 84 уменьшается величина сдвигающего усилия, прикладываемого внешними столбиками 102b сдвигающего приспособления 100. В данном воплощении изобретения сдвигающее приспособление 100 обеспечивает по существу одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие, но не обеспечивает одинаковое среднее сдвигающее усилие в интервалах между столбиками 102 вдоль радиальной линии, т.к. интервалы 83 между столбиками 102 компенсируют их уменьшенную длину. Хотя это приводит к тому, что среднее сдвигающее усилие между столбиками 102 меняется, кумулятивное сдвигающее усилие при данном пространственном расположении столбиков является по существу одинаковым, т.к. увеличенное сдвигающее усилие благодаря дополнительным столбикам 102b на внешних краях уравновешивает уменьшение длины столбика.
На Фиг.11 сдвигающее приспособление 110 включает столбики 111 с переменной толщиной, расположенные на интервалах 112. Поскольку форма столбиков определяет величину сдвигающего усилия, прикладываемого к агрегату шлама, столбик с увеличенной шириной будет производить сдвигающее усилие большей величины, чем столбик с меньшей шириной. Поэтому в данном воплощении изобретения толщина столбиков 111 постепенно уменьшается от оси 49 вращения к внешним краям 84, причем толщина или ширина внутренних столбиков 111а больше по сравнению с внешними столбиками 111b и 111с. Таким образом, сдвигающее приспособление 110 обеспечивает приложение по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия к шламу, выходящему из зоны возмущения или области 43 приложения сдвигающего усилия. Кроме того, можно достичь одинакового среднего сдвигающего усилия в интервалах 112 между столбиками 111 посредством соответствующего постепенного уменьшения их толщины от центральной оси 49 вращения к внешним краям 84.
Обратимся к Фиг.12; сдвигающее приспособление 120 включает две по существу вертикальные пластины 121, каждая из которых включает ряд отверстий или щелей 122, которые по существу выстроены в "колонны" 123 по вертикали. В отличие от других описанных ранее сдвигающих приспособлений сдвигающее усилие к шламу, проходящему через область 43, прикладывают отверстия 122. Поэтому движение пластин 121 вызывает вынужденное прохождение или "продавливание" агрегатов или частиц шлама через отверстия 122, что подвергает агрегаты или частицы шлама воздействию сдвигающего усилия, прикладываемого краями отверстий 46, и приводит к более концентрированному распределению сдвигающего усилия внутри меньших отверстий 46а. Кроме того, диаметр отверстий или щелей 122 постепенно увеличивается от оси 49 вращения к соответствующим внешним краям 84 пластин 121, чтобы обеспечить по существу такой же эффект, как менее плотное распределение внешних столбиков 82b в сдвигающем приспособлении, изображенном на Фиг.8. В данном случае меньшие отверстия 46а вблизи оси 29 вращения движутся с меньшей скоростью по сравнению с большими отверстиями 46b вблизи внешних краев 31, но имеют более концентрированное распределение сдвигающего усилия, чем большие отверстия 46b, из-за их меньшего диаметра.
Таким образом, при вращении сдвигающего приспособления 120 частицы или агрегаты шлама, более близкие к оси 49 вращения, испытывают более равномерный ряд сдвигающих событий, которые меняются в меньшем диапазоне или с меньшей амплитудой сдвигающего усилия, чем агрегаты или частицы шлама у внешних краев 84 сдвигающих пластин 121, благодаря большему числу, меньшему размеру и более низкой линейной скорости внутренних отверстий 122а. Увеличение площадей внешних отверстий 122b предназначено для компенсации их повышенной линейной скорости у внешних краев 84 по сравнению с низкой линейной скоростью меньших внутренних отверстий 122а. Следовательно, внешние отверстия 122b обеспечивают менее равномерный профиль сдвигающего усилия из-за большего диапазона или большей амплитуды сдвигающего усилия по сравнению с профилем сдвигающего усилия, прикладываемого внутренними отверстиями 122а к агрегатам шлама, более близким к оси 49 вращения. Иными словами, размер отверстий 122 постепенно увеличивается от оси 49 вращения к внешним краям 84. Таким образом, сдвигающее приспособление 120 обеспечивает приложение по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия к шламу, выходящему из зоны возмущения/области 43 приложения сдвигающего усилия.
Следует иметь в виду, что отверстия 46 необязательно выстраивать в правильные колонны 123; они могут иметь другое пространственное расположение. Например, отверстия 122 можно расположить на одной линии под углом к вертикали, чтобы определить наклонные колонны, или даже можно расположить их случайным образом, при условии, что диаметр отверстий постепенно увеличивается по направлению к внешним краям 84. В одном из особых вариантов данного изобретения диаметр отверстий 122 можно соответствующим образом регулировать, чтобы достичь одинакового среднего сдвигающего усилия в интервалах, которое определяется соответствующими диаметрами отверстий, а именно путем обеспечения того, чтобы постепенно увеличивающиеся отверстия располагались пропорционально их расстоянию от оси 49 вращения. В другом варианте данного изобретения диаметр отверстий 122 является по существу одинаковым или идентичным, что приводит к тому, что по существу одинаковое число сдвигающих событий прикладывают к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения.
Обратимся к Фиг.13; сдвигающее приспособление 130 образовано из сетки 131 с ромбовидными ячейками, которую структурно поддерживает рамка 132, определяющая внешний периметр сетки. Расстояние или интервал 133 между любыми элементами 131а сетки постепенно увеличивается пропорционально расстоянию соответствующих элементов сетки от оси 49 вращения к внешним краям 84 таким образом, что внутренние интервалы 133а меньше, чем внешние интервалы 133b, в результате чего достигают такого же эффекта, как неодинаковые интервалы 83 между столбиками 82 в сдвигающем приспособлении, изображенном на Фиг.8. Авторы изобретения обнаружили, что как кумулятивное сдвигающее усилие, прикладываемое сдвигающим приспособлением 130, так и среднее сдвигающее усилие в интервалах 133 между любыми элементами сетки 131 по отдельности являются по существу одинаковыми. Следует иметь в виду, что можно применять другие схемы расположения ячеек сетки 131, например шестиугольные, восьмиугольные и другие многоугольные ячейки или даже сочетания многоугольных форм, либо правильные, либо неупорядоченные. Авторы изобретения обнаружили, что как кумулятивное сдвигающее усилие, прикладываемое сдвигающим приспособлением 130, так и среднее сдвигающее усилие в интервалах 133 между любыми элементами сетки 131 по отдельности являются по существу одинаковыми.
Обратимся к Фиг.14; сдвигающее приспособление 140 образовано двумя парами радиальных рычагов, причем одна пара радиальных рычагов 141 длиннее, чем другая пара радиальных рычагов 142. Конфигурация столбиков на радиальных рычагах 141 имеет клиновидный профиль из-за постепенно уменьшающейся длины наклонных столбиков 143, расположенных асимметрично вокруг оси 49 вращения. Однако в отличие от любого из предыдущих воплощений данного изобретения число столбиков 143 постепенно увеличивается от центральной оси 49 вращения к соответствующим внешним краям 84, т.к. неодинаковые интервалы 144 постепенно уменьшаются. Другая пара радиальных рычагов 142 включает столбики 145, расположенные асимметрично вокруг оси 49 вращения, хотя интервалы 146 являются скорее одинаковыми, а не неодинаковыми, так что столбики 145 прикладывают сдвигающее усилие в интервалах 144 между столбиками 143 с более длинных радиальных рычагов 141. Это повышает вероятность того, что агрегаты или частицы шлама испытают несколько сдвигающих событий при прохождении через зону 43 возмущения шламового слоя 2. Полагают, что в результате вторая пара радиальных рычагов 142 усиливает эффект по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия, так же как и применение различных пространственных расположений множества столбиков на соответствующих парах радиальных рычагов 141 и 142.
В результате ни более длинные радиальные рычаги 141, ни более короткие радиальные рычаги 142 по отдельности не обеспечивают одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие. Однако расположение второй пары радиальных рычагов 142 компенсирует первую пару радиальных рычагов 141, так что сдвигающее приспособление 140 достигает эффекта по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия. Авторы изобретения также полагают, что применение различных пространственных расположений множества столбиков на соответствующих парах радиальных рычагов 141 и 142 дополнительно усиливает данный эффект.
Среднее сдвигающее усилие не является одинаковым в интервалах 144 и 146 между столбиками 143 (из-за уменьшения длины столбиков) или столбиками 145 (из-за одинаковых интервалов 146). Однако полное среднее сдвигающее усилие, представляющее собой сумму средних сдвигающих усилий в интервалах между столбиками 143 с более длинных радиальных рычагов 141 и между столбиками 145 с более коротких радиальных рычагов 142, является по существу одинаковым или идентичным, т.к. изменения среднего сдвигающего усилия в интервалах 146 между столбиками 145 уравновешиваются изменениями среднего сдвигающего усилия в интервалах 144 между столбиками 143.
В данном воплощении изобретения также предусмотрено, что либо более длинные радиальные рычаги 141, либо более короткие радиальные рычаги 142 можно сконструировать таким образом, что их можно убирать из зоны 43 возмущения или добавлять в зону 43 возмущения, тем самым регулируя форму сдвигающего приспособления 140, согласно способам 27 и 31, изображенным на Фиг.2В и 3 соответственно.
Обратимся к Фиг.15; сдвигающее приспособление 150 установлено на концентрический приводной вал 151 отдельно, с возможностью по существу вертикального движения 152 параллельно центральной оси 153 бака и центральному приводному валу 154. Сдвигающее приспособление 150 включает по существу круглую пластину 155, расположенную по существу горизонтально относительно бака 1 и включающую ряд отверстий или щелей 156, которые расположены на равных расстояниях друг от друга. Концентрический приводной вал 151 обеспечивает по существу вертикальное возвратно-поступательное движение пластины 155 относительно шламового слоя 2 и бака 1, как показано стрелкой 152. Длина хода сдвигающего приспособления 150 регулирует толщину зоны возмущения и, таким образом, обеспечивает способ предварительной установки и/или регулирования толщины зоны возмущения, чтобы осуществлять способы 27 и 31, изображенные на Фиг.2В и 3 соответственно. Авторы изобретения также полагают, что данное возвратно-поступательное вертикальное движение 152 приводит к приложению по существу одинакового сдвигающего усилия и, таким образом, по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия к шламу, проходящему через область 43, по аналогии с тем, что описано в отношении сдвигающих приспособлений, хотя и с применением вертикальной составляющей движения сдвигающего приспособления 150, а не вращения вокруг оси 49 вращения, совпадающей с центральным приводным валом 154. Поскольку отверстия 156 имеют по существу одинаковые размеры, приложенное сдвигающее усилие является по существу одинаковым, что приводит к по существу одинаковому кумулятивному сдвигающему усилию и к по существу одинаковому числу сдвигающих событий. Предпочтительно, амплитуда вертикального движения составляет приблизительно 500 мм вверх и вниз, или в целом приблизительно 1 м.
Теперь обратимся к Фиг.16; сдвигающее приспособление 160, изображенное на Фиг.8, установлено с возможностью вращения вокруг оси 161, которая является эксцентрической или смещенной относительно центральной оси 162 бака 1. Конструкция сдвигающего приспособления 160 аналогична конструкции сдвигающего приспособления 42, изображенного на Фиг.4, с древообразной схемой расположения наклонных столбиков 163; таким образом, сдвигающее приспособление 160 работает по существу аналогично сдвигающему приспособлению 42. Сдвигающее приспособление 160 с помощью опоры 164 и связанного с ней приводного вала 165 присоединено к центральному приводному валу 47, расположенному на одной прямой с центральной осью 162 бака 1. Центральный приводной вал 47 приводит во вращательное движение опору 164 и вращает ось 161 вращения вокруг центральной оси 162. Таким образом, имеются две компоненты вращательного движения: вращение сдвигающего приспособления 160 вокруг его оси 161 вращения и вращение самой оси 161 вращения вокруг центральной оси 162, что похоже на планетарное движение, т.е. движение вращающейся планеты, обращающейся по орбите вокруг центральной оси, определенной солнцем.
Центральный приводной вал 47 приводит во вращательное движение опору 164 с помощью планетарного редуктора (не показан). В качестве альтернативы, один или более внешних приводов (не показаны) могут приводить во вращательное движение опору 164 с помощью планетарного редуктора. Это предоставляет возможность применения множества приводных механизмов, которые могут передать сдвигающему приспособлению 160 больший крутящий момент, причем частота вращения приводного вала 165 является функцией скорости приводных механизмов и передаточных чисел планетарного редуктора.
В данном воплощении изобретения независимый приводной механизм 166 приводит сдвигающее приспособление 160 во вращательное движение вокруг оси 161 вращения, тогда как центральный приводной вал 47 приводит во вращательное движение блок 48 гребенок. Следовательно, сдвигающее приспособление 160 может вращаться со скоростью, отличной от скорости блока 48 гребенок, или даже может вращаться в противоположном направлении, чтобы замедлить, предотвратить или минимизировать образование зон тороидального вращения в шламовом слое 2.
Вследствие разделения вращения сдвигающего приспособления 160 и вращения блока 48 гребенок данное воплощение изобретения также предпочтительно предоставляет возможность передачи малого крутящего момента как сдвигающему приспособлению 160 (благодаря малому диаметру механизма), так и центральному приводному валу 47 (благодаря меньшей площади центрального приводного механизма, т.к. он не должен приводить в движение сдвигающее приспособление 160). Однако данное воплощение изобретения также можно применять в больших баках, требующих больших крутящих моментов.
В процессе работы центральный приводной вал 47 вращает опору 164 в баке 1 сгустителя вокруг центральной оси 162 по часовой стрелке или против часовой стрелки, тем самым вращая эксцентрическую ось 161 вокруг центральной оси 49. Одновременно и независимо приводной механизм 166 приводит в движение сдвигающее приспособление 160 таким образом, чтобы столбики 163 вращались вокруг эксцентрической оси 161 по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы сдвигать агрегаты или частицы шлама, прикладывая по существу одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие к шламу, проходящему через зону 43 возмущения шламового слоя 2.
Особым преимуществом данного воплощения изобретения является то, что двойное вращение сдвигающего приспособления 160 обеспечивает более сложное движение текучей среды, чем в предыдущих воплощениях изобретения, тем самым затрудняя образование в любом существенном объеме твердых частиц шлама в сгущенном шламовом слое 2 стабильной агломерированной массы, которая может вращаться вместе со сдвигающим приспособлением 160 и/или блоком 48 гребенок и, таким образом, приводить к образованию зоны тороидального вращения.
Также специалистам в данной области следует иметь в виду, что приводные и поддерживающие механизмы можно разместить в любом месте внутри разделительного устройства или на нем, по желанию. Например, опору можно разместить вблизи верха или дна бака или в любом месте между ними. Аналогично, внешний привод или приводы можно разместить вблизи верха или дна бака, внутри периметра бака, на его внешнем периметре вблизи боковой стенки бака или в любом сочетании данных мест.
В других воплощениях данного изобретения сдвигающие приспособления, изображенные на Фиг.4 и 8-14, установлены с возможностью вращения независимо от центрального приводного вала 47. Данное разделение вращения сдвигающего приспособления 42, 80, 85, 88, 90, 95, 100, 110, 120, 130 и 140 и вращения блока 48 гребенок предоставляет возможность применения различных скоростей вращения сдвигающего приспособления и блока гребенок, соответственно. Это приводит к минимизации или предотвращению образования зоны тороидального вращения в баке 1, как указано выше. Кроме того, сдвигающее приспособление 42, 80, 85, 88, 90, 95, 100, 110, 120, 130 и 140 может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения блока 48 гребенок, что дополнительно способствует минимизации или предотвращению образования зоны тороидального вращения. В данных воплощениях изобретения сдвигающее приспособление установлено на концентрический приводной вал, по аналогии с воплощением изобретения, изображенным на Фиг.15, хотя в данном случае концентрический приводной вал можно установить с возможностью вращения вокруг центральной оси 49 бака 1, а не для обеспечения по существу вертикального возвратно-поступательного движения.
Одно из таких воплощений данного изобретения изображено на Фиг.17, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций. В данном воплощении изобретения сдвигающее приспособление 170 установлено на внешнем концентрическом приводном вале 171, и его приводит в движение собственная пара шестеренчатых приводов 172, отделенных от пары шестеренчатых приводов 46, которые вращают блок 48 гребенок с помощью внутреннего приводного вала 47. Кроме того, сдвигающее приспособление 170 включает два радиальных рычага 82 со столбиками 173, идущими от концентрического приводного вала 171 к внешним краям 84 и расположенными на равных расстояниях друг от друга. Столбики 173 поддерживает рамка 175, которая определяет форму радиальных рычагов 82. Столбики 173 наклонены под углом, составляющим приблизительно 45° к вертикали, и присоединены к рамке 175. В данном воплощении изобретения сдвигающее приспособление 170 обеспечивает приложение по существу одинакового кумулятивного сдвигающего усилия к шламу, выходящему из области 43, благодаря тому, что длины столбиков 173 постепенно уменьшаются от оси 49 вращения к внешним краям 84, и благодаря наклонному расположению столбиков. Однако сдвигающее приспособление 170 не обеспечивает одинаковое среднее сдвигающее усилие в интервалах между столбиками 173, поскольку они расположены на равных расстояниях друг от друга. То есть повышенное сдвигающее усилие, прикладываемое внешними столбиками 173b, компенсируется регулированием длины столбиков 173. Хотя это приводит к переменному среднему сдвигающему усилию между столбиками 173, кумулятивное сдвигающее усилие при данной конфигурации столбиков является по существу одинаковым, поскольку уменьшенная длина столбика уравновешивает повышенное сдвигающее усилие у внешних краев 84. Соответственно, сдвигающее приспособление 170 обеспечивает приложение оптимального сдвигающего усилия к шламу согласно способам 20, 27 и 31 по данному изобретению.
В других воплощениях данного изобретения применяют сдвигающие приспособления с конфигурациями, изображенными на Фиг.4, 9-15 и 17, установленные с возможностью вращения вокруг оси, параллельной, эксцентрической или смещенной относительно центральной оси 49 бака 1 по аналогии с тем, что изображено на Фиг.16.
Дополнительные конфигурации сдвигающего приспособления 160 кратко описаны и изображены на Фиг.18А-22В, где аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций. Поскольку функционирование данных сдвигающих приспособлений по существу аналогично функционированию сдвигающего приспособления 161, не будем повторять подробное описание их функционирования.
Обратимся к Фиг.18А и 18В; сдвигающее приспособление 183 выполнено так, что на каждой стороне стержней 168 между относительно длинными наклонными столбиками 186 чередуются постепенно укорачивающиеся наклонные столбики 184, соответствующие концы 184а которых указывают наружу. Кроме того, более короткие столбики 184 обеспечивают повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к оси 162 вращения. Как "первичные" столбики 186, так и "вторичные" столбики 184 расположены асимметрично относительно оси 162 вращения. Два столбика 186а и 186b проходят по существу горизонтально в верхней и нижней частях сдвигающего приспособления 183 соответственно. Первичные столбики 186 также определяют по существу прямоугольное поперечное сечение, приблизительно соответствующее радиальному поперечному сечению бака.
Обратимся к Фиг.19А и 19В; сдвигающее приспособление 187 включает множество наклонных столбиков 188, расположенных зигзагообразным образом и образующих пилообразный профиль. Столбики 188а, 188b и 188с идут вниз относительно стержней 168, тогда как столбики 188d, 188е и 188f идут вверх относительно данных стержней. Идущие вниз столбики 188а, 188b и 188с соединены с идущими вверх столбиками 188d, 188е и 188f соответственно, что определяет асимметричное пространственное расположение столбиков. Одна сторона сдвигающего приспособления 187 включает два "ряда" зубьев, включая внутренний ряд столбиков 188а и 188d и внешний ряд столбиков 188b и 188е, причем столбики 188с и 188f дополняют внешний ряд. Другая сторона сдвигающего приспособления включает один внутренний ряд столбиков 188а и 188d. Данное пространственное расположение столбиков обеспечивает повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к оси 162 вращения.
Обратимся к Фиг.20А и 20В; сдвигающее приспособление 189 включает множество столбиков 190, которые образуют асимметричную ячеистую конструкцию, аналогичную сетке 49, показанной в воплощении данного изобретения, изображенном на Фиг.13. Столбики 190а, 190d и 190е идут вниз относительно стержней 168, тогда как столбики 190b, 190с и 190f идут вверх относительно данных стержней. Столбики 190 расположены таким образом, что идущий вниз столбик 190а пересекает идущий вверх столбик 190b и они образуют "Х"-образную фигуру, причем все "Х"-образные фигуры соединены друг с другом, что определяет общий ромбовидный внешний вид ячейки. Вторичные идущие вверх столбики 190с и идущие вниз столбики 190d расположены рядом со стержнями 168, причем идущие вверх столбики 190с соединены с идущими вверх столбиками 190d. Дополнительный ряд столбиков 190е и 190f расположен между двумя Х-образными фигурами для обеспечения асимметричного пространственного расположения. Столбики 190 наклонены под углом к вертикальной плоскости, составляющим приблизительно 45°. Данное пространственное расположение столбиков также обеспечивает повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к оси 162 вращения.
Обратимся к Фиг.21А и 21В; сдвигающее приспособление 191 включает множество столбиков 192, которые расположены асимметрично вокруг оси 162 вращения. Столбики 192а идут вниз, тогда как столбики 192b идут вверх относительно соответствующих им стержней 168, причем идущие вниз столбики 192а соединены с идущими вверх столбиками 192b. Каждый из столбиков 192 наклонен относительно вертикальной плоскости под углом, составляющим приблизительно 45°. Имеется внутренний ряд вторичных столбиков вблизи стержней 168, причем идущие вниз столбики 192с соединены с идущими вверх столбиками 192d. Данное пространственное расположение столбиков обеспечивает повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к оси 162 вращения.
Обратимся к Фиг.22А и 22В; сдвигающее приспособление 193 включает множество столбиков 194, расположенных таким образом, что они образуют смещенные по вертикали рамкообразные конструкции 195, причем горизонтальные столбики 194а и вертикальные столбики 194b определяют горизонтальные и вертикальные стороны рамок 195 соответственно. Кроме того, идущие по диагонали столбики 194с соединяют одну пару углов каждой рамки 195 зигзагообразным образом, чтобы образовать пилообразную линию, причем столбики 194с наклонены под углом к вертикальной плоскости, составляющим приблизительно 45°. Наклонные столбики 196 пересекают столбики 194с таким образом, что точка 197 пересечения смещена к центру каждой рамки 195, и расположены аналогичным зигзагообразным образом, чтобы образовать пилообразную линию. Кроме того, предусмотрены горизонтальные столбики 198, которые соединяют соответствующие точки 197 пересечения со стержнями 168. Данное пространственное расположение столбиков обеспечивает повышенное число переменных сдвигающих событий ближе к оси 162 вращения.
В других воплощениях данного изобретения сдвигающие приспособления, изображенные на Фиг.2А, 2В и 8А-15В, установлены с возможностью вращения вокруг оси, параллельной, эксцентрической или смещенной относительно центральной оси 49 бака 1 так, как изображено на Фиг.16. Кроме того, конфигурации сдвигающих приспособлений, изображенных на Фиг.16-22В, также можно соответствующим образом модифицировать для вращения вокруг центральной оси 49 с применением концентрического приводного вала по аналогии с тем, что изображено на Фиг.2-14. Кроме того, сдвигающие приспособления, изображенные на Фиг.2, 8-14 и 16-22В, также можно соответствующим образом выполнить с возможностью по существу вертикального возвратно-поступательного движения параллельно центральной оси 49, а не вращения вокруг нее. Хотя данные воплощения изобретения были описаны со ссылкой на блок 48 гребенок, вращающийся вокруг центральной оси бака, следует иметь в виду, что ось вращения блока гребенок также может быть параллельной, смещенной или эксцентрической относительно центральной оси бака.
Кроме того, при описании предпочтительных воплощений изобретения, изображенных на Фиг.4, 8-11 и 16-22В, столбики были изображены наклоненными относительно вертикальной плоскости, которая перпендикулярна радиальному рычагу. Однако следует иметь в виду, что столбики могут быть наклонены относительно других вертикальных плоскостей, таких как вертикальная плоскость, параллельная радиальным рычагам или лежащая в одной плоскости с ними, как показано на Фиг.14. В других воплощениях данного изобретения столбики могут быть наклонены только относительно вертикальной плоскости, параллельной радиальным рычагам или лежащей в одной плоскости с ними.
Кроме того, хотя при описании предпочтительных воплощений данного изобретения было указано применение сдвигающих элементов в виде линейных столбиков или стержней, специалистам в данной области следует иметь в виду, что можно применять сдвигающие элементы, имеющие другие формы, например V-образные наклонные стержни, полукруглые трубки или другие сдвигающие элементы, поперечные сечения которых имеют формы различных многоугольников. В частности, можно менять форму самих столбиков для получения требуемого профиля сдвигающего усилия. Например, можно применять нелинейные столбики, например, имеющие винтовую или спиралевидную форму.
Кроме того, при описании сдвигающих приспособлений столбики были изображены наклоненными относительно вертикальной плоскости, которая перпендикулярна радиальному рычагу. Однако следует иметь в виду, что столбики могут быть наклонены относительно других вертикальных плоскостей, таких как вертикальная плоскость, параллельная радиальным рычагам или лежащая в одной плоскости с ними, чтобы столбики имели угол наклона относительно направления вращения сдвигающего приспособления. Данная ориентация столбиков предоставляет возможность применения относительно более длинных столбиков в сдвигающем приспособлении по сравнению с длиной столбиков в других конфигурациях.
Хотя предпочтительные воплощения данного изобретения были описаны и проиллюстрированы таким образом, чтобы получить оптимальное возмущение, предпочтительно сдвигающее усилие, по существу по всей зоне 16 возмущения, где зона возмущения включает по существу всю верхнюю область, специалистам в данной области следует иметь в виду, что аналогичных благоприятных эффектов можно достичь путем создания оптимального возмущения или приложения оптимального сдвигающего усилия по всей зоне возмущения, которая представляет собой часть верхней области. Данная часть верхней области может включать часть площади поперечного сечения или даже часть объема бака. Например, отдельные столбики можно удалить с радиальных рычагов, чтобы оптимальное сдвигающее усилие возникало в ряде интервалов либо, главным образом, только по направлению к внешнему периметру бака 1, либо по направлению к внутренней радиальной области бака, прилегающей или близкой к оси вращения. В данном случае зона 16 возмущения является фактически сегментированной по всему поперечному сечению бака 1. В качестве альтернативы, можно рассмотреть обеспечение множества зон возмущения, разделенных зонами покоя в верхней области. При любой интерпретации по существу одинаковое оптимальное возмущение или сдвигающее усилие, созданное или приложенное по всей зоне возмущения, может охватывать от по меньшей мере 10% объема верхней области до всей верхней области (100%). Поскольку количество шлама приблизительно соответствует площади поперечного сечения верхней области, то возмущение или сдвигающее усилие прикладывают к от по меньшей мере 10% до 100% шлама с сетчатой структурой в верхней области в течение заданного интервала времени, соответствующего прохождению шлама с сетчатой структурой через зону 16 возмущения.
Авторы изобретения осознают, что возможны ситуации, когда желательно, чтобы не весь шлам с сетчатой структурой подвергался воздействию возмущения или сдвигающего усилия; в таких случаях предпочтительно, чтобы по меньшей мере 30% шлама, проходящего через верхнюю область (т.е. зона возмущения составляет 30% верхней области), более предпочтительно по меньшей мере 50% шлама, проходящего через верхнюю область (т.е. зона возмущения составляет 50% верхней области), или еще более предпочтительно по меньшей мере 70% шлама, проходящего через верхнюю область (т.е. зона возмущения составляет 70% верхней области), разрушалось в зоне 16 возмущения. Однако авторы изобретения полагают, что для того чтобы достичь максимальной эффективности сдвигающего приспособления и, таким образом, повысить производительность сгустителя, особо предпочтительно подвергать воздействию оптимального возмущения или сдвигающего усилия от по меньшей мере 75% до 100% шлама, проходящего через верхнюю область, более предпочтительно 80%, еще более предпочтительно 90%, а еще более предпочтительно от 95% до 100% шлама, проходящего через верхнюю область (зона возмущения составляет от 95% до 100% верхней области), чтобы получить значительные преимущества при применении данного изобретения. Это не зависит от того, по существу одинаковое кумулятивное сдвигающее усилие, по существу одинаковое среднее сдвигающее усилие или по существу одинаковое число сдвигающих событий или любое их сочетание прикладывают в зоне возмущения. Это также распространяется на возмущение, которое создают с помощью другого механизма, отличного от приложения по существу одинакового сдвигающего усилия по всей зоне возмущения.
Специалистам в данной области следует иметь в виду, что в данном изобретении регулирование одного или более параметров возмущения (или параметров сдвигающего усилия) в зависимости от потока подаваемого материала (суспензии) и/или одного или более эксплуатационных параметров приводит к приложению оптимального возмущения к шламу с сетчатой структурой в зоне возмущения. Это обеспечивает приложение оптимального возмущения или сдвигающего усилия для разрушения шлама с сетчатой структурой без приложения слишком слабого или избыточного сдвигающего усилия. То есть данное изобретение позволяет избежать необходимости проведения проб и ошибок, чтобы определить правильную величину возмущения или сдвигающего усилия, необходимого для освобождения жидкости без избыточного разрушения шлама с сетчатой структурой, которое могло бы помешать эффективному осаждению в баке. Данное изобретение также позволяет избежать риска приложения недостаточного возмущения или сдвигающего усилия, которое могло бы быть неэффективным для достижения требуемого разрушения шлама с сетчатой структурой и освобождения жидкости. Таким образом, освобождают оптимальное количество захваченной жидкости, которая может уходить вверх, в осветленную зону раствора. Поскольку шлам под зоной возмущения имеет более высокую относительную плотность, он имеет повышенную плотность упаковки, что предоставляет возможность более быстрого осаждения и, таким образом, больше шлама уплотняется в шламовый слой под зоной возмущения. Следовательно, плотность сгущенного продукта в шламовом слое становится максимальной, и максимальное количество разбавленного раствора можно удалить через сливной желоб. Данный эффект является особенно полезным, когда возмущение, предпочтительно в виде сдвигающего усилия, осуществляют в зоне возмущения в верхней области шламового слоя. Следовательно, данное изобретение позволяет достичь значительной эффективности в производительности и количестве полученного осажденного материала. Другое преимущество состоит в том, что турбулентность, созданная в зоне возмущения, замедляет или предотвращает образование зон тороидального вращения в шламовом слое или в слое шлама с сетчатой структурой. Во всех отношениях данное изобретение является практически и коммерчески значимым усовершенствованием уровня техники.
Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на конкретные примеры, специалистам в данной области следует иметь в виду, что данное изобретение можно воплотить во многих других воплощениях.