t e i n o
ZYG FR YD NOWAK
KLASYFIKACJA HYDRAULICZNA W OBIEGU WODKO-MUŁOWYM I TECHNOLOGICZNE KRYTERIUM JEJ STOSOWANIA
25
-LE C IEP O L I T E C H N I K I
Ś L Ą S K I E J
P O L I T E C H N I K A Ś L Ą S K A
ZESZYT NAUKOWY Nr 288 - GLIWICE 1970
SPIS TREŚCI
W s t ę p ... 3 1. O k re śle n ie m iejsca i roli k la sy fik ac ji h y d rau liczn e j w obiegu
w odn o -m u ło w y m zak ład u p rze ró b k i m echanicznej w ęg la . 3 1.1. O k reślen ie obiegu w odno-m ułow ego zak ład u przeróbczego^ . 5 1.2. K lasy fik a cja h y d rau liczn a w obiegu w odno-m ułow ym 9 2. Z ak res i m e to d y k a p r a c y ... 10.
2. 1. M odel obiegu w odno-m ułow ego dla an a l zy porów naw czej k la sy fik ac ji h y d rau liczn e j — g ra w ita c y jn e j i odśrodkow ej oraz opis in sta la c ji b a d a w c z e j... 11 2.2. Opis in sta la c ji dośw iadczalnej dla b ad a n ia g raw ita c y jn e j
k la sy fik ac ji h y d rau liczn e j — g ru b o zia rn istej . . . 1 3 2. 3. O pracow anie w y n ik ó w o b serw acji oraz sta ty sty c zn a ocena
c h a ra k te ry s ty k liczbow ych b ad a n ej zm iennej losow ej . 14 3. P ro ces rozdziału faz: sta ła — sta ła w ośrodku w odnym w polu
siły ciężkości i e k sp e ry m e n ta ln a w e ry fik a c ja p rze jęty c h w zo
ró w a n a l i t y c z n y c h ...16 3.1. A naliza ró w n a n ia oporu o środka S tokes’a i w yznaczenie
fu n k c ji w yjściow ej dla w arto śc i p a ra m e tru rozdziału p ro
cesu k la sy fik a c ji g ra w ita c y jn e j . . . . 16
3.1. 1. R ów nanie ru c h u z ia rn a w polu siły g raw ita cy jn e j, obciążenie je dnostkow e i p a ra m e tr ro zdziału p ro cesu ...16 3. 1. 2. A naliza w p ły w u rzeczyw istych w a ru n k ó w p rzeb ie
gu p rocesu ro zdziału w o sad n ik u na w arto ść p a r a
m e tru rozdziału, d® 17
3 .1 .3 . S k o ry g o w an a fu n k c ja w yjściow a dla w yznaczenia p a ra m e tru rozdziału k la sy fik ac ji g ra w ita c y jn e j d 5o 3.2. D ośw iadczalna w e ry fik a c ja p rz y ję te j fu n k c ji w yjściow ej
— w zór (3.10’) ... • . . . . 22 3. 2.1. Z estaw ien ie i om ów ienie w ynik ó w b adań n a in s ta
la c ji m odelow ej osad n ik a g raw ita cy jn e g o . . 22 3.2.2. W yznaczenie fu n k cji w p ły w u k o n c e n tra c ji . . 27 3. 2. 3. U ogólnienie ró w n a n ia em pirycznego . . . . 30 3.3. Z astosow anie ró w n a n ia 3.23. do k la sy fik a c ji „gru b o ziar
n is te j” w obiegu w o d n o -m u ło w y m ...32 4. P roces rozdziału faz: sta ła — sta ła w ośrodku w odnym przy
w y k o rz y sta n iu siły odrodkow ej i p rak ty c zn e w yznaczenie p o d staw ow ych p a ra m e tró w technologicznych tego p rocesu . . 33 4.1. W ydajność ca łk o w ita h y d r o c y k l o n u ... 33 4. 2. T echnologiczne p a ra m e try p rac y h y d ro cy k lo n u . . . 34 4.3. Z estaw ienie i an aliza w yników b ad a ń h y d rocyklonu
540 m m ... 38 4.4. W yznaczenie nom ogram ów dla hydrocyklonów D = 540
i 280 m m ...43 4.5. P o ró w n an ie technologicznych c h a ra k te ry sty k p rac y h y
drocyklonów n a pod staw ie sporządzonych nom ogram ów . 44 5. P o ró w n an ie procesu k la sy fik ac ji h y d rau liczn e j w polu g r a
w ita c y jn y m oraz przy zastosow aniu siły odśrodkow ej — w y znaczenie technologicznego k ry te riu m porów naw czego . . 45 5.1. W ybór p a ra m e tru do analizy porów naw czej k lasy fik acji
g ra w ita c y jn e j i o d ś r o d k o w e j... 45 5.2. P o w ierzch n ia k la sy fik ac ji i obciążenie jednostkow e h y
drocyklonu ... . . . 46 5.3. W ielkość z ia rn a podziałow ego jako fu n k c ja obciążenia
jednostkow ego h y d r o c y k l o n u ... 48
5.4. W yznaczenie k ry te riu m technologicznego . . . . 54
6. W n i o s k i ... 51 Z estaw ie n ie o z n a c z e ń ... 52 L ite ra tu ra ... 53
P O L I T E C H N I K A Ś L Ą S K A
ZESZYTY NAUKOW E
N r 2 8 8
N , er//•& /
• « i i -.A e . ; § y
ZYGFRYD N O W A K
KLASYFIKACJA HYDRAULICZNA W OBIEGU WODNO-MUŁOWYM I TECHNOLOGICZNE KRYTERIUM JEJ STOSOWANIA
PRACA HABILITACYJNA Nr 100
(SKRÓT)
Data otw arcia p r z e w o d u h ab ilitacyjn ego 1. VI. 1970 r.
G L I W I C E 1 9 7 0
RED A KTOR NACZELNY ZESZYTÓW NAUKOWYCH PO L IT EC H N IK I ŚLĄ SK IEJ
Fryderyk Staub
REDAKTOR DZIAŁU Jerzy Nawrocki
SEKRETARZ REDAKCJI W itold G uzkow ski
K O M ITET REDAKCYJNY
P rzew odniczący: P rof. n. d r hab. inż. M irosław C hudek C złonkow ie: v Doc. d r hab. inż. Jerzy A ntoniak
Doc. dr hab. inż. K azim ierz C h m u ra Doc. d r hab. inż. Ja n u sz L askow ski Doc. d r inż. F lo rian K ra su ck i
D ział W ydaw nictw P o lite ch n ik i Ś ląskiej Gliwice, ul. M. S trzody 18
N a k ł . 5 0+ 1 70 A r k . w y d . 4 A r k . d r u k . S,75 P a p i e r o f f s e t o w y k l . I I I , 70x100, 70 g O d d a n o d o d r u k u 10 6 1970 P o d p i s , d o d r u k u 27 .7. 1970 D r u k u k o ń . w e w r z e ś n i u 1970
Z a m 894 fi. 6- 1970 1,-23 C e n a z ł 5 , —
Skład, fotokopie, d ru k i opraw ę
w ykonano w Z akładzie G raficznym P o lite ch n ik i Śląskiej w G liw icach
WST?P
Jednym z głów nych p ro ce só w to w a rz y s z ą c y c h t e c h n o l o g i i m okrego wzboga
c a n i a w ę g li j e s t r e g e n e r a c j a wód o b ie g o w y c h . Wody t e po p r o c e s i e wzboga
c a n i a s ta n o w ią m ie s z a n in ę dwóch f a z : c i e c z - c i a ł o s t a ł e .
W k o le jn y c h o p e r a c ja c h je d n o stk o w y c h p r o c e s u r e g e n e r a c j i ma z a zw y c zaj m ie js c e zm iana p r o p o r c j i m iędzy s k ła d n ik a m i m ie s z a n in y . Z adaniem o p e r a c j i je d n o stk o w y c h j e s t :
- c z ę ś c io w y r o z d z i a ł m ie s z a n in y lu b j e j s k ła d n ik ó w . S ą t o p r o c e s y r o z d z i a ł u f a z : s t a ł a - c i e k ł a lu b s t a ł a - s t a ł a w o śro d k u c ie k ły m : k l a s y f i k a c j a h y d r a u l i c z n a , z a g ę s z c z e n i e , f i l t r a c j a i i n n e ,
- c a łk o w ity r o z d z i a ł sk ła d n ik ó w m ie s z a n in y , m ożliw y je d y n ie p r z y z a s t o s o w an iu środków ch em iczn y ch - f l o k u l a c j a - lu b s p e c j a l n e j p rz e g ro d y f i l t r a c y j n e j - f i l t r a c j a c i ś n i e n i o w a .
W ymienione w yżej p r o c e s y r o z d z i a ł u f a z odbyw ają s i ę p rz y w y k o rz y s ta n iu s i ł y c i ę ż k o ś c i , s z t u c z n i e w y tw o rzo n ej s i ł y o d śro d k o w ej lu b c i ś n i e n i a .
Problem om r o z d z i a ł u f a z p o św ię c a s i ę o b e c n ie w ie le p r a c t e o r e ty c z n y c h i d o ś w ia d c z a ln y c h d l a z i n te n s y f ik o w a n ia ic h p r z e b i e g u , gdyż s ą t o p ro c e s y k o s z to w n e . I c h n ie p ra w id ło w y p r z e b i e g s ta n o w i ró w n ie ż p o t e n c j a l n e z a g r o ż e n ie d l a z a n ie c z y s z c z e n i a wód p u b lic z n y c h . J e d n ą z i s t o t n y c h o p e r a c j i w p r o c e s i e r e g e n e r a c j i wód obiegow ych j e s t k l a s y f i k a c j a h y d r a u l i c z n a . J e j r o l a p o le g a na w stępnym w y d z ie le n iu f a z y s t a ł e j z z a w ie s in y o ra z p r z y g o to w aniu optym alnej c h a r a k t e r y s t y k i z b i o r u z i a r n do d a l s z y c h o p e r a c j i . W k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j w y k o rz y s tu je s i ę s i ł ę c i ę ż k o ś c i lu b s z t u c z n i e wy
w o łan ą s i ł ę o d śro d k o w ą. P r z e b i e g i p a r a m e try c h a r a k t e r y s t y c z n e k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j , ja k ró w n ie ż z a k r e s s to s o w a n ia s i ł y c i ę ż k o ś c i lu b od
śro d k o w ej d l a j e j r e a l i z a c j i w p rz y p a d k u r e g e n e r a c j i wód obiegow ych ze w z b o g a ca n ia w ę g li n ie z o s t a ł y d o ty c h c z a s w p e ł n i w y ja ś n io n e .
W p r a c y p o d ję to p ró b ę o k r e ś l e n i a związków ilo ś c io w y c h c h a r a k t e r y z u j ą cych t e o p e r a c j e , i/yznaczono z w ią z k i w y s tę p u ją c e m iędzy p ro ce sem k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j " g r a w i t a c y j n e j " i " o d ś ro d k o w e j" . Z w iąz k i t e - wyzna
czone a n a l i t y c z n i e o r a z zw e ry fik o w an e d o ś w ia d c z a ln ie p o z w a la ją na p o d a n ie k r y te r iu m te c h n o lo g i c z n e g o s to s o w a n ia k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j w p o lu g ra w ita c y jn y m o r a z w p o lu s i ł y o d śro d k o w ej w p r o c e s i e r e g e n e r a c j i wód o - b ie g o w y c h zakładów p r z e r ó b c z y c h .
3
1 . OKREŚLENIE MIEJSCA KLASYFIKACJI HYDRAULICZNEJ W OBIEGU WODNO-MUŁOWYM ZAKŁADU PRZERÓBCZEGO
P od p o ję c ie m k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j ro zu m ie s i ę r o z d z i a ł f a z s t a ł a - s t a ł a w o ś ro d k u wodnym pod d z i a ła n ie m s i ł y c i ę ż k o ś c i lu b s z t u c z n i e w y tw o rz o n ej s i ł y o d ś ro d k o w e j.
W p rz y p a d k u k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j w p o lu g ra w ita c y jn y m p ara m etre m r o z d z i a ł u j e s t p r ę d k o ś ć o p a d a n ia z i a r n pod d z i a ła n ie m s i ł y c i ę ż k o ś c i a śro d k a m i d l a r e a l i z a c j i te g o r o z d z i a ł u - ró ż n e g o r o d z a j u o s a d n i k i .
W p rz y p a d k u k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j - o d śro d k o w e j r o z d z i a ł f a z od
bywa s i ę w w iru ją c y m s t r u m i e n i u wodnym. P a ra m e tre m r o z d z i a ł u j e s t p r ę d k o ś ć o p a d a n ia z b i o r u z i a r n w p o lu s i ł y o d śro d k o w ej w h y d r o c y k lo n a c h .
1 . 1 . O k r e ś le n ie o b ie g u wodno-mułowego z a k ła d u p r z e r ó b k i m echaniczne.i weaLa O biegiem wodno-mułowym z a k ła d u p r z e r ó b c z e g o nazyw a s i ę z e s p ó ł m aszyn i u r z ą d z e ń p o w iąz an y c h z s o b ą w za m ie rz o n y sp o só b w raz z z a w a r tą w n ic h wodą lu b z a w ie s in ą s to s o w a n ą w wodnych p r o c e s a o h w z b o g a c a n ia k o p a l i n .
Z adaniem o b ie g u wodno-mułowego j e s t r e g e n e r a c j a wody p o p rz e z w y d z ie le n i e z n i e j c z ę ś c i s t a ł y c h d o s t a j ą c y c h s i ę w p r o c e s i e w z b o g a c a n ia o r a z do
s t a r c z e n i e wody o o d p o w ie d n ic h p a r a m e tr a c h ja k o ś c io w y c h ponow nie do p r o c e s u w z b o g a c a n ia [2 ] .
W now oczesnych r o z w ią z a n ia c h s t o s u j e s i ę t a k i u k ła d m aszyn i u r z ą d z e ń , aby o b ie g wodno-mułowy b y ł o b ie g ie m zam kniętym t j . aby c a ł o ś ć wody po j e j z re g e n e r o w a n iu b y ł a z a w ra c a n a do p r o c e s u w z b o g a c a n ia .
Z asa d n ic zy m w arunkiem z a m k n ię c ia o b ie g u wodno-mułowego j e s t s
- zrów now ażenie i l o ś c i c z ę ś c i s t a ł y c h w prow adzanych do o b ie g u z i l o ś c i ą m ułu w yprow adzonego z o b ie g u ,
- zrów now ażenie i l o ś c i wód ś w ie ż y c h w prow adzanych do o b ie g u z w i e l k o ś c i ą s t r a t wody o b ie g o w e j w p r o c e s i e p rz e ró b c z y m .
Z te o r e ty c z n e g o p u n k tu w id z e n ia p e łn y u k ła d r e g e n e r a c j i wód obiegow ych s k ł a d a s i ę z t r z e c h głów nych s t o p n i w y d z ie la n ia c z ę ś c i s t a ł y c h z o b ie g u r y s . 1 .
I s t o p i e ń ; Z adaniom p ie rw s z e g o s t o p n i a j e s t o d d z i e l e n i e wody ob ieg o w ej w raz z m ułam i od p ro d u k tó w w z b o g a c a n ia .
I I s t o p i e ń : Z adaniem u r z ą d z e ń d z i a ł a j ą c y c h w o b ie g u w tym s t o p n i u j e s t wy
d z i e l e n i e c z ę ś c i mułów g r u b o z i a r n i s t y c h z o b ie g u lu b w szcz eg ó ln y m p r z y p a d k u w zb o g a c a n ie c z ę ś c i lu b c a ł o ś c i z a w ie s in y z n a j d u j ą c e j s i ę w o b ie g u po j e j u p rz e d n im p r z y g o to w a n iu . O czyszczone w tym s t o p n i u wody k ie ro w a n e
5
s ą w c a ł o ś c i do d a l s z e j r e g e n e r a c j i lu b zw racane c z ę ś c io w o - a w n i e k t ó r y c h p rz y p a d k a c h w c a ł o ś c i do p r o c e s u w zb o g a ca n ia w ę g la . I l o ś ć wody k i e ro w a n e j do p r o c e s u w z b o g a c a n ia ja k o z re g e n e ro w a n e j z a le ż y od b i l a n s u c z ę ś c i s t a ł y c h w o b ie g u .
I I I s t o p i e ń : W t r z e c i m s t o p n i u r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j s t o s u j e s i ę prze
w ażn ie c a łk o w ite s k la ro w a n ie wody p rz y z a s to s o w a n iu odczynników f l o k u l a - c y j n y c h . T a k ie o c z y s z c z a n ie wody z a b e z p ie c z a u z y s k a n ie s t a n u rów now agi o - b i e g u pod w zględem k o n c e n t r a c j i c z ę ś c i s t a ł y c h a w p rz y p a d k u nadm iarów wo
dy p o zw a la n a j e j o d p ro w a d z e n ie p o z a z a k ła d p r z e ró b c z y b e z z a n ie c z y s z c z e ń .
S y s . 1 . S chem at blokow y o b ie g u «odno-m ułow ego
O prócz t r z e c h w ym ienionych w yżej s t o p n i wprow adza s i ę ró w n ie ż tz w . o - s a d n i k i z r z u to w o - a w a r y jn e , k t ó r y c h n i e można je d n a k ż e tr a k to w a ć ja k o 17 s t o p i e ń r e g e n e r a c j i , j a k t o ma c z ę s t o m ie js c e * p r a k t y c e . N ie k tó r e o b i e g i s ą ró w n ie ż rozbudow ane w t e n s p o s ó b , że m iędzy I I a I I I s t o p i e ń r o z d z i a ł u w prowadza s i ę dodatkow e u r z ą d z e n i a k l a s y f i k u j ą c e d l a c z ę ś c io w e g o wy
d z i e l e n i a f a z y s t a ł e j z o b ie g u .
I l o ś ć o p e r a c j i je d n o stk o w y c h w chodzących w s k ł a d p r o c e s u r e g e n e r a c j i wód obiegow ych z a le ż y od r o d z a j u w ę g la ,z a k r e s u je g o w z b o g a c a n ia i p r z e z n a c z e n i a mułów.
Budowa zakładów p r z e ró b c z y c h o c o r a z w ię k s z y c h w y d a jn o ś c ia c h wymaga jed
n a k ż e m aksym alnego u p r o s z c z a n ia t e c h n o l o g i i ty c h z a k ła d ó w . Dąży s i ę rów
n i e ż do s to s o w a n ia sp raw d zo n y c h z u n ifik o w a n y c h o p e r a c j i je d n o stk o w y ch i m a szy n . P ie r w s z ą p r a c ą w tym z a k r e s i e j e s t s y s te m a ty k a o p e r a c j i p r z e r ó b cz y c h p rzygotow yw ana p r z e z z e s p ó ł pod k ie ru n k ie m T. L askow skiego [1 9 1 .
6
W p r a c y t e j p o św ię co n o o d d z i e ln y r o z d z i a ł pro ceso m wchodzącym w s k ł a d o - b ieg ó w w odn o -au ło w y ch .
Z asad y f u n k c jo n a ln e g o p o d z i a ł u z a k ła d u p r z e ró b c z e g o opracow ane p r z e z J . D ie t r y o h a [14] z n a l a z ł y ró w n ie ż p o tw ie r d z e n ie w obecnych r o z w ią z a n ia c h g o s p o d a r k i w odno-m ułow ej, k t ó r e j o d rę b n o ś ć i s p e c j a l n e tr a k t o w a n ie s ą n ie zbędne d l a u z y s k a n ia z a ło ż o n y c h e fe k tó w te c h n o lo g i c z n y c h .
S chem aty t e c h n o lo g i c z n e obiegów wodno-mułowych u l e g ł y poważnym zmianom a ic h e w o lu c ja n a s i l i ł a s i ę s z c z e g ó l n i e od c z a s u w p ro w ad zen ia środków ch e
m iczn y ch d l a p r z y s p i e s z e n i a o s a d z a n ia f a z y s t a ł e j we w odzie [20, 27] , W tym z a k r e s i e i s t n i e j ą r ó ż n e p o g lą d y i s z k o ł y , k tó r y c h o cen a m ożliw a j e s t t y l k o w n a w ią z a n iu do d o k ła d n e j z n a jo m o ś c i w ła ś c iw o ś c i su ro w ca pod
l e g a j ą c e g o w zb o g a ca n iu i f a z y s t a ł e j p r z e c h o d z ą c e j do z a w ie s in y .
Na r y s . 2 p r z e d s ta w io n o o p raco w an ą s y s te m a ty k ę obiegów wodno-mułowych z m ie r z a ją c ą do i c h u p o rz ą d k o w a n ia w z a l e ż n o ś c i od r o d z a j u mułów węglowych ora z p r z y j ę t e j t e c h n o l o g i i ic h w y d z ie la n ia z obiegów wodno-m ułow ych.
R y s . 2 . S y s te m a ty k a obiegów wodno-mułowych
Z g o d n ie z t ą s y s te m a ty k ą p o d z ie lo n o w s z y s tk ie o b i e g i n a dw ie p o d sta w o we grupys
- ze w zbogacaniem mułów i w y d z ie la n ie m z o b ie g u dwóch p ro d u k tó w : mułów u - ż y te c z n y c h i odpadow ych,
- b e z w zb o g a ca n ia mułów z w y d z ie la n ie m ic h w c a ł o ś c i ja k o muły u ż y te c z n e . W pierw szy m p rz y p a d k u dokonano d a ls z e g o p o d z i a ł u ty c h obiegów w z a l e ż n o ś c i od z a s to s o w a n e j m etody w z b o g a c a n ia mułów.
W d ru g im p rz y p a d k u dokonano p o d z i a ł u w z a l e ż n o ś c i od p r z y j ę t e g o p o d s ta wowego z a ł o ż e n i a p ro w a d z e n ia p r o c e s u w y d z ie la n ia m ułu z o b ie g u : je d n o s to p - niow ego lu b w ie lo s to p n io w e g o .
D la t a k o p ra c o w a n e j s y s t e m a ty k i podano n a r y s . 3» 5 , 6 typow e s c h e m aty te c h n o lo g i c z n e r e p r e z e n t u j ą c e p o s z c z e g ó ln e grupy obiegów wodno-m uło
w ych.
P r z e d s ta w io n e p rzy k ła d o w o sc h em a ty n ie w y c z e rp u ją i l o ś c i k o m b in a c ji m ożliw ych w p o s z c z e g ó ln y c h g ru p a c h .
7
R y s . 3 . Typowy sc h e m a t r e g e n e r a c j i B y s . 4 . S chem at r e g e n e r a c j i wody o - wody o b ie g o w e j z odśrodkowym w zbo- b ie g o w e j ze w zbogacaniem f l o t a c y j -
g ac an iem mułów nym mułów
B y s . 5 . Typowy sc h e m a t r e g e n e r a c j i B y s . 6. Typowy sch em at r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j z za sto so w a n ie m j e 4* wody o b ie g o w e j z w ielo sto p n io w y m u -
n o s to p n io w e g o u ła w i a n ia mułów ła w ia n ie m mułu 6
1 . 2 . K la s y f ik a c j ą h y d r a u lic z n a w o b le g a yiodno-mułow-ym
Zadania k l a s y f i k a c j i h y d r a u lic z n a j a o b ieg u wodno-mułowym w yn ik ają z d e f i n i c j i o b ieg u wodnego a za k re s j e j s to so w a n ia z a le ż y od surow ca oraz k o n c e p c j i t e c h n o lo g ic z n e j p r z y j ę t e j d la schem atu r e g e n e r a c j i z a w ie s in wy
s tę p u ją c y c h w o b ie g u .
V k lasyczn ym r o z w ią z a n iu o b ieg u wodno-mulowego z zachowaniem w s z y s t k ic h s t o p n i w y d z ie la n ia mułów ja k t o p rze d sta w io n o na sc h e m a c ie - r y s . 1
z a d a n ia i ś r o d k i k l a s y f i k a c j i h y d r a u lic z n e j o g r a n ic z a j ą s i ę do I i I I sto p n ia i s ą n a s tę p u ją c e :
- V pierwszym s t o p n iu p rzy o d d z ie la n iu produktów w zb ogacan ia od wody o b ie gowej s t o s u j e s i ę tzw . r z ą p ia k l a s y f ik a o y j n e . R zą p ia t e p r a c u ją z od
b iorem produktu g r u b o z ia r n is te g o p rzy pomooy podnośników od w ad niających lu b z odbiorem g r u b o z ia r n is te g o produktu p op rzez pompę. K la s y f ik a c j a hy
d r a u lic z n a w tym s t o p n iu a a zazw yczaj c h a ra k ter o p e r a c j i z a s a d n ic z e j , gdyż do r z ą p ia k ie r u j e s i ę c a ł o ś ć produktów d r o b n o z ia r n is t y c h p r o c e su w zb ogacan ia p o n iż e j 10 lu b 20 a a b e z ic h w stęp nego o d d z ie la n ia n p . na p r z e s le w a c s a c h . f tym s t o p n iu o b ie g u wodno-mulowego n ie s t o s u j e s i ę k l a s y f i k a c j i z z a s to s o w a n ie a s i ł y od środ k ow ej.
- V drugim s t o p n iu o b ie g u w odno-aulow ego k l a s y f i k a c j a h y d r a u lic z n a j e s t podstawowym p rocesem te c h n o lo g ic z n y m . Z adania k l a s y f i k a o j l h y d r a u lic z n e j w tym e le m e n c ie o b ie g u - j a k t o wynika z s y s te m a t y k i p r z e d s ta w io n e j na r y s . 2 o ra z typowych schematów obiegów wodno-mułowych na r y s . 3 -6 s ą b ard zo s z e r o k i e .
Z ważniejszych wymienić można:
- w y d z ie la n ie aułów g r u b o z ia r n is ty c h z wody o b ieg o w ej po j e j o d d z ie le n iu od produktów w zb o g a ca n ia . P rzykładem t a k ie g o z a s to so w a n ia k l a s y f i k a c j i h y d r a u lic z n e j j e s t schem at p rze d sta w io n y na r y s . 6
- k o n tr o ln a k l a s y f i k a c j a z a w ie s in wodno-mulowych p rzed f l o t a c j ą lu b p rzed I I I sto p n ie m r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j. R o zw ią z a n ie t a k ie przed
sta w io n o na r y s . 5
- w zb ogacan ie z a w ie s in y wodno-mułowej p op rzez w y d z ie le n ia z n i e j c z ę ś cio w e lu b c a łk o w it e zaw artych w n i e j c z ę ś c i i l a s t y c h . Zadanie t o s p e ł
n ia h yd rocyk lon p rze d sta w io n y na r y s . 3 . g d z ie j e g o r o l a p o le g a na po
praw ie j a k o ś c i aułów w y d z ie la n y c h z o b ie g u c z ę ś c i s t a ł y c h trak tow a
nych ja k o p rod uk t u ż y te c z n y .
W praktyce przemysłowej zadania powyższe sp e łn ia ją w a n g ie lsk ie j kon
c e p c ji reg en era cji wód obiegowych tzw. "wieże sedymentacyjne" [26] osadni
k i szeregowe stosowane w starych rozwiązaniach niem ieckich konoepcji re
gen era cji wód obiegowych Q$d] lub te ż p rzyjęta w p o lsk ie j koncepcji rege
n e r a c ji wód obiegowych zasada stosowania osadników mechanicznych okrą
głych [4] obok osadników szeregowych, te wszystkich ww. koncepcjach jedy
nym odpowiednikiem ww. urządzeń d la k la s y fik a c ji hydraulicznej odśrodko-
9
• e j s ą h y d ro o y k lo n y f i , 21 ] . P o d s ta w ie n ie wzajemne ty c h u rz ą d z e ń w o b ie g u wodno-mułowym o r a z w yznaczona im r o l a na tym s t o p n i u r e g e n e r a c j i wody o - b ie g o w e j n i e z o s t a ł a je s z c z e je d n o z n a c z n ie o k r e ś lo n a i j e s t p rze d m io te m d y s k u s j i o r a z p r a c te o r e ty c z n y c h i e k s p e r y m e n ta ln y c h .
Na p o d s ta w ie d o ty c h c z a so w y c h wyników p ra k ty c z n y c h można dokonać z e s t a w ie n ia z a k r e s u s to s o w a n ia ró ż n y c h u r z ą d z e ń w z a l e ż n o ś c i od w i e l k o ś c i wy
m aganego z i a r n a p o d z ia ło w e g o p r o c e s u k l a s y f i k a c j i . Z e s ta w ie n ie t a k i e przed
s ta w io n o n a r y s . 7 .
MUL Tl
KZĄFU KLASYfKACY ME
I
OS A om KI STOŻKOM osa o hkiSZEOEOOM HYDOOC1n.onr hydoocyklohy
IS IT O M w m ów Ki $ OSAOK K I OKMA&tE - MECHAMC2HE
,
OSAUMI Z E M C T U M
r . „ 1 - : ; : . J
10* jT"3 j 7 JO' Tl TT®* FI s 7 ó- 1 ł ó*
Mftrwr
B y s . 7 . Z a k r e s s to s o w a n ia k l a s y f i k a c j i i u r z ą d z e ń k l a s y f i k a c y j n y c h w p rz e ró b c e m e c h a n ic z n e j w ęg la
2 . ZAKRES I METODYKA PRACY
J a k o podstaw owy p a r a m e tr c h a r a k t e r y z u j ą c y p r o c e s k l a s y f i k a c j i p r z y j ę t o w ie lk o ś ć z i a r n a p o d z ia ło w e g o w yznaczoną n a p o d s ta w ie k rz y w e j r o z d z i a ł u
[32] . P r z y j ę c i e t a k z d e fin io w a n e g o z i a r n a p o d z ia ło w e g o j e s t pewnym u p ro s z c z e n ie m , gdyż r z e c z y w i s t e krzyw e r o z d z i a ł u n ie s ą zazw y czaj d y s tr y b u a n - ta m i r o z k ł a d u n o rm a ln e g o . Je d n a k ż e t a k a m etoda j e s t p o w sze ch n ie w ś w ie c ie s to s o w a n a d l a o p is u p ro ce só w r o z d z i a ł u .
W p r a c y p o s ta w io n o n a s t ę p u j ą c e z a d a n ia :
1 . W yznaczenie e m p ir y c z n e j f u n k c j i p a r a m e tr u r o z d z i a ł u d l a k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j - g r a w i t a c y j n e j .
2 . Ocena z a k r e s u s to s o w a n ia w yzn aczo n ej fu n k fc ji p a r a m e tr u r o z d z i a ł u . 3 . W yznaczenie z a l e ż n o ś c i w y s tę p u ją c y c h m iędzy c h a r a k t e r y s t y k ą p r a c y h y -
d ro c y k lo n u a c h a r a k t e r y s t y k ą r o z d z i e l a n e j w nim z a w ie s in y .
4 . W yznaczenie k r y te r iu m te c h n o lo g ic z n e g o s to s o w a n ia k l a s y f i k a c j i g r a w ita - c y j n e j i o d śro d k o w ej n a p o d s ta w ie a n a l i z y p orów naw czej ty c h p ro ce só w . P ro g ram b a d a ń p r z y j ę t y w p r a c y w ynika z z a k r e s u s to s o w a n ia k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j w o b ie g u wodno-mułowym z a k ła d u p r z e ró b c z e g o . W zw iązku z tym dokonano a n a l i z y p r o c e s u k l a s y f i k a c j i g r a w i t a c y j n e j sto s o w a n e j w I i I I s t o p n i u r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j o r a z a n a l i z y d z i a ł a n i a h y d r o c y - klonów w o b ie g u wodno-mułowym. B azą w y jśc io w ą do b a d a ń modelowych s ą ty p o we sc h e m a ty obiegów wodno-mułowych p r z e d s ta w io n e w y o z d z ia le 1 o r a z u r z ą
10
d z e n i a 3tosov<ane w ty c h o b ie g a c h . U rz ą d z e n ia m i, d l a k t ó r y c h p rz e p ro w a d z o no b a d a n ia modelowe b y ły s
- o s a d n i k i o k r ą g łe - m e ch a n icz n e sto s o w a n e do k l a s y f i k a c j i w I I s t o p n i u r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j,
- o s a d n i k i sto ż k o w e lu b o s tr o s łu p o w e - g łę b o k ie sto s o w a n e w I s t o p n i u r e g e n e r a c j i wody o b ie g o w e j,
- h y d ro c y k lo n y sto s o w a n e w z a k ła d a c h p r z e ró b c z y c h w P o ls k im P rz e m y ś le Wę
glowym.
D la p r a k t y c z n e j r e a l i z a c j i p o s ta w io n y c h w yżej z a d a ń p r z y j ę t o n a s tę p u j ą c ą m etodykę b a d a ń :
- w p rz y p a d k u k l a s y f i k a c j i g r a w i t a c y j n e j p r z y j ę t o typow ą m etodykę wyzna
c z a n i a wzorów e m p iry c z n y c h t j . od a n a l i z y o g ó ln y c h z a l e ż n o ś c i m atem atycz
n ych c h a r a k t e r y z u j ą c y c h dany p r o c e s , p o p rz e z w y prow adzenie f u n k c j i wyj
ś c io w e j o o g ó ln e j p o s t a c i , do j e j d o ś w ia d c z a ln e j w e r y f i k a c j i i w yznacze
n i a końcow ej p o s t a c i w zoru e m p iry c z n e g o ,
- w p rz y p a d k u k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j - o d śro d k o w ej z a sto so w a n o odm ien
n ą m e to d y k ę. P r z y j ę t o s to s o w a n ą w m e to d o lo g ii b a d a w c z e j d ro g ę g r a f i c z n e go w y z n a c z a n ia z a l e ż n o ś c i w y s tę p u ją c y c h w p r o c e s a c h te c h n o lo g i c z n y c h o—
r a z p o d a n ia końcow ych wyników w p o s t a c i nomogramów. P r z y j ę c i e t a k i e j me
to d y k i u z a s a d n io n e j e s t b ra k ie m je d n o z n a c z n e j f u n k c j i w y jś c io w e j do b a d a ń m odelow ych. W zw ią zk u z tym , c z ę ś ć d o ś w ia d c z a ln ą d o ty c z ą c ą k l a s y f i k a c j i o d śro d k o w ej o p a r to n a w yn ik ach b a d a ń h y d ro cy k lo n ó w p rzem ysłow ych a n i e ic h l a b o r a t o r y j n y c h m o d e li.
VP b a d a n ia c h u w z g lę d n io n o :
- p a r a m e tr y p r o c e s u - w yd atek o b ję to ś c io w y
- r o z d z i a ł ilo ś c io w y z a w ie s in y n a p r o d u k ty k l a s y f i k a c j i
- p a r a m e tr y z a w ie s in y
w p r o c e s i e - k o n c e n t r a c j a nadawy - s k ł a d zia rn o w y nadawy
- k o n c e n t r a c j a p roduktów k l a s y f i k a c j i - s k ł a d zia rn o w y p ro d u k tó w k l a s y f i k a c j i .
2 . 1 . Model o b ie g u wodno-mułowego d l a a n a l i z a porównaw cze.i k l a s y f i k a c j i hy
d r a u l i c z n e j - g r a w i t a c y j n e j i o d śro d k o w e j o r a z o p is i n s t a l a c j i badaw
c z e j
Na r y s . 8 p r z e d s ta w io n o dwa sc h e m a ty o b ie g u wodno-m ułowego z z a s to s o waniem k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j g r a w i t a c y j n e j i o d ś ro d k o w e j. T ak ie r o z w ią z a n i a s ą typow e d l a n i e k t ó r y c h zakładów p r z e ró b c z y c h a p rz e d s ta w io n y u - p ro s z c z o n y sc h e m a t s ta n o w i p o d sta w ę d a ls z y c h b a d a ń .
D la a n a l i z y t e j o p e r a c j i wykonano dw ie modelowe i n s t a l a c j e b ad a w cz e.
S chem at s ta n o w is k a b adaw czego w raz z modelem o s a d n ik a g r a w ita c y jn e g o p r z e d s ta w io n o n a r y s . 9 .
11
o) OSADNIK b> HYDKOCYKIOH
PŁUCZKA
I
f t
J| OOWAONIANIE OfMADMIANIE
R y s . 8. Schem aty ideow e sto so w a n ia hydrocyk lonu l osa d n ik a w o b ie g a wodno- mułowym
R y s. 9 . S chem at s ta n o w is k a badaw czego do b a d a ń k l a s y f i k a c j i g r a w i t a c y j n e j - m odel o s a d n ik a m ech a n icz n eg o o k rą g łe g o
O sa d n ik modelowy 1 , s ta n o w ił w y cin e k o k r ą g łe g o o s a d n ik a o n a s tę p u ją c y c h p a r a m e tr a c h k o n s tr u k c y jn y c h :
- p ro m ie ń w ycinka o s a d n ik a - 1450 mm, - w ysokość o s a d n ik a - 650 mm,
- d łu g o ś ć łu k u w ycinka k o ł a - 650 mm.
P o w ie r z c h n ia o s a d n ik a w y n o s iła 0 ,5 8 m .p
D la c i ą g ł e g o o d b io r u m a t e r i a ł u osad zo n eg o z dna o s a d n ik a wykonano p r z e n o ś n ik ślim akow y z a s tę p u ją c y ru c h m echanizm u z g a r n ia ją c e g o w typowym o s a d n i
k u m echanicznym .
I s t n i a ł a podw ójna m ożliw ość r e g u l a c j i o b c i ą ż e n ia o s a d n ik a : p r z e z zm ianę w y d a jn o ś c i pompy 4 o ra z zm ianę p o ło ż e n ia dozow nika nadaw y, 2 n a o s a d n ik . M aksymalny z a k r e s r e g u l a c j i w ynosi od 0 do 6 m^/m2h .
B a d a n ia hydro cy k lo n ó w przep ro w ad zo n o na s ta n o w is k u badawczym, k tó r e g o sc h e m a t p r z e d s ta w io n y j e s t na r y s . 1 0 . S ta n o w isk o t o s k ł a d a ł o s i ę z hydrc.- c y k lo n u 1 , z b i o r n i k a nadawy 2 , pompy 3 , z e s p o łu zaworów r e g u la c y jn y c h 4 , m ie s z a d ła 5 , r u r y pom iarow ej d l a p o m ia ru z a p e ł n i e n i a z b i o r n i k a 6 z b i o r n i ków pom iarow ych 7 , m anom etru 8.
12
H ydrocyklon o ś r e d n ic y 540 mm, b ęd ący przedm iotem p e łn e g o c y k lu dośw iad cz e ń p o s ia d a ł wymienne końcówki wylewowe: 6 0 , 8 0 , 100 mm.
Zawory r e g u la c y j n e u m o ż liw ia ły u zy sk iw a n ie dowolnych w y d a jn o śc i i do
w olnego c i ś n i e n i a w lotow ego do b y d ro cy k lo n u .
C ała i n s t a l a c j a badawcza p racow ała w o b ieg u zam kniętym . W c z a s i e p osz
c z e g ó ln y c h prób i s t n i a ł a m ożliw ość wykonania pomiarów ilo ś c io w y c h i pobra
n i a ja k o śc io w y ch prób nadawy i produktów h y d ro cy k lo n u .
R y s. 1 0 . Schem at i n s t a l a c j i do
ś w ia d c z a ln e j do badań m odelo
wych k l a s y f i k a c j i w h y d r o c y k lo - n ie
R y s. 1 1 . Krzywa s k ła d u ziarn ow ego m a te r ia łu do badań modelowych k la s y f i k a c j i g r a w ita c y jn e j i odśrodko
wej
P rz e d m io te m b a d a ń b y ł a z a w ie s in a wodno-mułowa o s k ł a d z i e ziarnow ym i c i ę ż a r z e w łaściw ym c z ę ś c i s t a ł y c h typowym d l a p o l s k i c h w arunków . K rzywa s k ł a d u z ia rn o w e g o - ś r e d n i a d l a b a d a ń - p r z e d s ta w io n a j e s t n a r y s . 11. C ię
żące w ła ś c iw y c z ę ś c i s t a ł y c h w y n o s ił 1 ,4 5 g/cm ^ i 0 ,0 2 g /c m ^ .
B a d a n ia prow adzone b y ły d l a z a k r e s u zm ian z a g ę s z c z e ń od O do 250 g / l .
2 . 2 . O pis i n s t a l a c j i d o ś w ia d c z a ln e j d l a b a d a n ia g r a w i t a c y j n e j k l a s . y f i k a - c - il h y d r a u l i c z n e j - f g u b o z i a r n i s t e . i s to s o w a n e j w I s t o p n i u r e g e n e r a c j i w od? obiegowe.i
S chem at s ta n o w is k a badaw czego p r z e d s ta w io n o n a r y s . 12 [8] . M odel o sa d n i k a sto ż k o w eg o 1 p o s i a d a ł n a s t ę p u j ą c e p a r a m e tr y k o n s t r u k c y j n e :
- ś r e d n i c a o s a d n ik a - 600 mm
- w ysokość c z ę ś c i c y l i n d r y c z n e j o s a d n ik a - 900 mm, - z b ie ż n o ś ć c z ę ś c i s to ż k o w e j - 8 0 °
- p o w ie r z c h n ia o s a d n ik a — 0 ,2 7 5 m .p
P r z e z z a s to s o w a n ie d o z o w n ik a , 2 o r a z r e g u l a c j i pompy 4 , za p ew n io n a b y - 3 p
ł a m o żliw o ść zm ian o b c i ą ż e n i a od O do 160 m-ym h b e z wpływu n a c h a r a k t e r y s t y k ę z a w ie s in y s to s o w a n e j do b a d a ń . P rz ed m io tem b a d a ń b y ł a z a w ie s in a wod- n o-w ęglow a o u z i a r n i e n i u 1 0 -0 mm. C h a r a k te r y s t y k a g ra n u lo m e try c z n a p r z e d s ta w io n a j e s t n a r y s . 1 3 .
D o św ia d c z e n ia p rze p ro w a d z o n o d l a dwóch z a g ę s z c z e ń : 60 i 120 g / l .
13
7S 55 55 55 T5^ 55 55 Si i i rW wiMktść tfarn«, /i
R y s . 1 2 . S chem at i n s t a l a c j i do
ś w ia d c z a ln e j do b a d a ń k l a s y f i k a c j i " g r u b o z i a r n i s t e j "
R y s . 1 3 . Krzywa s k ła d u z iarn o w eg o ma t e r i a ł u do b a d a ń k l a s y f i k a c j i " g ru b o
z i a r n i s t e j "
2 . 3 . O pracow anie wyników o b serw ac.ii m etoda n a .ln n ie .lsz ^ o b kwadratów o ra z s t a t y s t y c z n a o c e n a c h a r a k t e r y s t y k lic zb o w y ch b a d a n e .1 zmienflffl ¡1 np n -
1 . P r o c e s k l a s y f i k a c j i h y d r a u l i c z n e j ma c h a r a k t e r s t o c h a s ty c z n y [6] i d l a je g o o p is u w y k o rz y sta n o sto so w a n e p o w sz e c h n ie a a to d y s t a t y s t y k i m a te
m a ty c z n e j. Krzywe r e g r e s j i o r a z ic h w s p ó łc z y n n ik i w yznaczono p r z y z a s to so w a n iu m etody n a jm n ie js z y c h k w ad rató w .
Z g o d n ie z d e f i n i c j ą t e j m etody suma "S " kw adratów o d c h y le ń E^ m iędzy ob
serw ow aną w a r t o ś c i ą b ad a n e g o z ja w is k a a f u n k c j ą a p ro k s y m u ją c ą y = c + nx pow inna być n a j m n i e j s z a :
Po r o z w i n i ę c i u pow yższego ró w n a n ia i z r ó ż n ic z k o w a n iu w zględem n o r a z c o trzym ujem y w końcowym e f e k c i e w a r to ś c i lic z b o w e w sp ó łc zy n n ik ó w n i c ró w n a n ia y = c + nx a n a s t ę p n i e p o s ta ć lic z b o w ą r ó w n a n ia w y jśc io w eg o cha
r a k t e r y z u j ą c e g o p r z e b i e g k o n k r e tn e j z a l e ż n o ś c i f u n k c y j n e j . 2 . Ooena s t a t y s t y c z n a w spółczynników r e g r e s j i .
2 . 1 . S p ra w d z e n ie p o p ra w n o ś c i w y zn a c z e n ia w spółczynników n i c
2 . 2 . W yznaczenie w a r t o ś c i w spółczy n n ik ó w c h a r a k te r y s ty c z n y c h Mn o ra z Mc p o tr z e b n y c h d l a w y z n a c z e n ia oceny w a r i a n c j i w spółczynników n i C.
---
O z n a c z e n ie sy m b o li podano n a k ońcu p r a c y . węj. [6 , 1 1 , 1 3 , 15]g d z i e : 1
n - i l o ś ć pom iarów w a r t o ś c i yx ^.
3 . O b lic z e n ie o d c h y le ń B^ m iędzy w a r t o ś c i ą m ie r z o n ą y a w a r t o ś c i ą y w yznaczoną na p o d s ta w ie l i n i o w e j form y rów nań a p ro k sy m u ją c y c h d l a p o s z c z e g ó ln y c h w a r t o ś c i x
4 . O b lic z e n ie sumy Sm ln kw adratów o d c h y le ń
s i » - ę “I ac
j ą c e j d o k ła d n o ś ć p o m ia ru
5 . W yznaczenie oceny w a r i a n c j i 5p o d d z ie ln e g o p o m ia ru c h a r a k t e r y z u -
* 2 Sm in
* = Ł - i - ~ g d z i e :
n - l i c z b a pom iarów ,
m - s t o p i e ń ró w n a n ia a p ro k e y m u ją c e g o .
6 . W yznaczenie oceny w a r i a n c j i w spółczynników rów nań em p iry czn y ch n i C c h a r a k t e r y z u j ą c e j d o k ła d n o ś ć ty c h w spółczy n n ik ó w
S 2 s M <?2 $ a 2 = M <52
n n * c c
3 , W yznaczenie poziom u i p r z e d z i a ł u u f n o ś c i .
1 . Pew ność otrzy m an y ch w a r to ś o i x c h a r a k t e r y z u j e p raw d o p o d o b ień stw o
P | i x - x l < S u | = c c
g d z i e :
x - £u , x + £ u - p r z e d z i a ł u f n o ś c i c h a r a k t e r y z u j ą c y d o k ła d n o ś ć o - trzy m an o g o w y n ik u ,
oc- poziom u f n o ś c i o z n a c z a ją c y p raw d o p o d o b ie ń stw o , że n ie z n a n y p a r a m e tr x z n a jd u je s i ę w p r z e d z i a l e o k o ń c a c h lo so w y ch ( x - e u , x + £ u ) .
2 . W yznaczenie p r z e d z i a ł u u f n o ś c i d l a oceny x . Z r o z k ła d u t S tu d e n ta w yznacza s i ę
«u
W
s t ą d p r z e d z i a ł u f n o ś c i d l a oceny x p rz y p o zio m ie u f n o ś c i w y n o si:
g d z ie s ą w a r to ś c ia m i podanym i w t a b l i c a c h r o z k ł a d u S t u d e n t a . p
3 . 3 . W yznaczenie p r z e d z i a ł u u f n o ś c i z r o z k ła d u x ( c h i k w a d r a t) d l a o ce
ny o d c h y le n ia s ta n d a r to w e g o O .
Pew ność o trzy m an y ch w a r t o ś c i c h a r a k t e r y z u j e p raw d o p o d o b ień stw o
< i 2 5 } = <*
g d z i e :
i i * i 2 s ą w sp ó łc z y n n ik a m i w yznaczonym i z t a b l i c r o z k ła d u X 2 .
3 . 4 . O b lic z e n ie p r z e d z i a ł u u f n o ś c i d l a w a r t o ś c i n i C. O b lic z e n ie wykona
no p r z y z a ł o ż e n i u
(X = 0,90 o r a z k = n - m
- d l a oceny C p r z e d z i a ł u f n o ś c i w yn o si
C — tgę . <?0 < E <C) < C + t ^ • <?0
g d z i e : t a w yznaczono z t a b l i c d l a p r z y j ę t y c h oc i k s t ą d w yznacza s i ę d a l e j E (c ) o ra z p r z e d z i a ł u f n o ś c i d l a C - d l a oceny n p o s tę p u jemy p o d o b n ie .
3 . PROCES ROZDZIAŁU FAZ: STAŁA-STAŁA W OŚRODKU WODNYM W POŁU SIŁY CIĘŻ
KOŚCI I EKSPERYMENTALNA WERYFIKACJA PRZYJĘTYCH WZORÓW ANALITYCZNYCH
3 . 1 . A n a liz a ró w n a n ia op o ru o śro d k a wg S to k e s a i w y zn a cz en ie f u n k o .ii w yj
ś c io w e j d l a w a r t o ś c i p a ra m e tr u r o z d z i a ł u p ro c e s u k l a s y f i k a c j i g ra w i
t a c y j n e j d .-0
3 . 1 . 1 . R ów nanie r u c h u z i a r n a w p o lu s i ł y g r a w i t a c y j n e j . o b c i ą ż e n ie .jedno
stkow e i p a ra m e tr r o z d z i a ł u p r o c e s u k l a s y f i k a c j i g r a w ita c y jn e j A n a liz a p r z e b ie g u p r o c e s u k l a s y f i k a c j i p o z w a la na p r z y j ę c i e ja k o z a ło ż e n i a w y jśc io w eg o s ł u s z n o ś c i ró w n a n ia o p o ru o śro d k a podanego p r z e z S to k e s a [2 , 1 0 , 31] .
R óżniczkow e ró w n a n ie ru c h u p o je d y n c z e g o z i a r n a k u l i s t e g o w p o lu g ra w i
ta c y jn y m można n a p i s a ć w n a s t ę p u j ą c e j o g ó ln e j p o s t a c i :
dv _ Ci 1Q f i ? ą . v 3 o
j ę - n . v 7 ; ¡Ź ^ 3 .2
D la s t a n u rów now agi m iędzy s i ł a m i masowymi z oporem o ś ro d k a u z y s k u je s i ę końcowy wzór S to k e s a n a p r ę d k o ś ć o p a d a n ia :
. ■ ^ - V
18 Jo
K ry te r iu m r o z d z i a ł u d l a o s a d n ik a s ta n o w i równowaga p r ę d k o ś c i o p a d a n ia z i a r n a v g i p r ę d k o ś c i p rz e p ły w u c i e c z y , v c :
v a = v 0 3 .3
z g o d n ie z rów naniem 3 .3 otrzym am y d l a p r ę d k o ś c i o p a d a n ia :
d2 (e - e )
=
V
■ 3 . ^z d r u g i e j s t r o n y w iadom o, że p rę d k o ś ć p rz e p ły w u c i e c z y : VN
v c = i f = 3 . 5
Ten s t o s u n e k <Jq nazywamy o b c ią ż e n ie m jednostkow ym o s a d n ik a . W p r a k ty c e w c z a s i e n ie p r z e r w a n e j p r a c y o s a d n ik a z c ią g ły m o d b io re m mamy do c z y n ie n i a z p r ę d k o ś c i ą m n ie js z ą z uw agi n a s t a ł e o d p ro w a d z e n ie pew nej o b j ę t o ś c i z a w ie s in y otw orem dolnym (w ylew ) o s a d n ik a .
C z y n n ik t e n z o s t a n i e u w zg lę d n io n y p r z y w p row adzeniu w spółczy n n ik ó w k o l e g u j ą c y c h .
W sta w ia ją c w a r t o ś c i 3 . 3 i 3*5 do ró w n a n ia 3 . 4 otrzym am y d l a z i a r n a po
d z ia ło w e g o
D la ru c h u la m in a rn e g b o trzym ujem y po w s ta w ie n iu f u n k c j i G , A, W:
50
\
i - ; — 7 T i \ | ^ 18 P° W " - r3 .6 lu bAG50
■ ^ 5-6
3 . 1 . 2 . A n a liz a wpływu r z e c z ^ w is t ^ o h warunków p r z e b ie g u p r o c e s u r o z d z i a ł u w o s a d n ik u n a w a r to ś ć p a r a m e tr u r o z d z i a ł u . d£Q
Z a s to s o w a n ie p r z e d s ta w io n e g o w yżej w zoru n a w ie lk o ś ć z i a r n a p o d z ia ło w e go w p r a k ty c e j e s t o g r a n ic z o n e n a s tę p u ją c y m i c z y n n ik a m i:
17
- o d n o si s i ę do p o je d y n cz eg o z ia r n a ,
- n i e u w z g lęd n ię r z e c z y w is t e g o k s z t a ł t u z ia r n a ,
- n ie u w zględ n ia skrępow anych warunków op ad an ia w y stęp u jąoych w z a w ie s i
n ie 5
- n ie u w zględ n ia r z e c z y w is t e g o p r o f i l u przepływ u z a w ie s in y w o sa d n ik u .
Wpływ l e p k o ś c i z a w ie s in y
Wpływ le p k o ś c i z a w ie s in y na zm ianę warunków se d y m e n ta c ji wynika z pod
staw ow ej a a le ż n o ś o i w yznaczonej p r z e z E i n s t e i n a i Sm oluchow sklego [2 , 1 0 ,
C ib orow sk i [10] p rzyjm uje k = 4 ,5 * W artość f> /p0 n o s i nazwę l e p k o ś c i czgl«d x> ej. W r z e c z y w i s t o ś c i je d n a k ie z a g a d n ie n ie l e p k o ś c i j e s t b a r d z ie j skom plikowane [ 5 6 , 34 , 35] • Wzór 3*7 o g r a n ic zo n y j e s t górn ą w a r to ś c ią 8 = 0 ,0 2 [2] 00 d l a warunków n i n i e j s z y c h badań d a je w a rto ść w g r a n i
cach 30 g / l . J . Laskow ski w a n a l i z i e t e g o z a g a d n ie n ia [17] op rócz koncen
t r a c j i wym ienia t a k ie c z y n n ik i j a k i p o w ie r z c h n ia w ła śc iw a z b io r u z ia r n o~
b eo n o ść k o lo id ó w , s t a b i l n o ś ć z a w ie s in y b ęd ąca fu n k c ją j e j w ła s n o ś c i t e o lo g ic z n y c h i in n e . Whltmore [35] s t w ie r d z a i s t n i e n i e warstwy o ie o z y o ta c z a j ą c e j b e z p o śr e d n io z ia r n a n i e k u l l s t e , k tó r a porywana j e s t razem a opa
dającym ziarn em u p od ob n iając je g o k s z t a ł t do z ia r n a k u l i s t e g o a j e g o ruch do ru ch u z it-r a d k u l i s t e g o o zredukowanej g ę s t o ś c i . D la t a k ie g o z b io r u i i a r n u ty sk u je s i ę p r z e b i e g i f u n k c j i ! le p k o ś ć - k o n c e n tr a c ja o podobnych ch arak te: Zykach d l a z ia r n o k u l i s t y c h i n ie k u l is t y o h k s z t a ł t a c h .
Wbity «e w sw o ic h b ad an iach przyjm uje ja k o fu n k c ję w yjśoiow ą d la le p k o ś c i za«* s i n rów nania l e p k o ś c i p o zo rn ej Binghamat
Wg Binghama [?] w a rto ść k d la z ia r n k u l i s t y c h w yn osi 2 . 5 .
Ha r y s . 14 p rze d sta w io n o z a s a d n io z ą r ó ż n ic ę ty ch dwóch f u n k c j i 3 . 7 i 5 . 3 . Na r y s . 14 n a n ie s io n o ró w n ież r z e c z y w is t e w y n ik i uzyskane p r z e z Wbit*
mora w b ad an iach nad le p k o ś o lą z a w ie s in m odelow ych. W idać, że krzywa r z e c z y w is t e j l e p k o ś c i ma p r z e b ie g typu f u n k c j i 3*6 a w a r to ść k w yn osi oko
ł o 3 . 5 .
Podobne krzywe u z y sk a ł Walt [34] w b ad an iach le p k o ś o i zaw iesinow ych c i e cz y o l ę ż k i o h . Z rysun ku 14 w id ać r ó w n ie ż , d la c z e g o r ó w n a n ie 3 .7 p o s ia d a cgiŁ Siiozony za k re s do d a 0 , 02.
XJa p o d sta w ie p ow yższej a n a liz y można p r z y j ą ć , ż s d la u s ta b iliz o w a n y c h warunków p anująoych w o b ieg u aodnc-mtw.osym le p k o ś ć p b ę d z ie fu n k o ją kon
c e n t r a c j i . W zw iązku z tym we w zo rze S to k e s a d la z b i o r u z ia r n w ystępować 31].
3 .7
3 . 0
18
b ę d z ie le p k o ś ć pozorn a p . P o s t a ć m atem atyczna t e .i f u n k c j i może być p rzed s ta w io n a równaniem ogólnym 3
.
8.
R y s . 1 4 . Lepkość p ozorn a z a w ie s in ja k o fu n k c ja k o n c e n t r a c j i f a z y s t a ł e j w z a w ie s in ie
K s z t a ł t z i a r n w z a w ie s in ie
U s t a l e n i e wpływu r z e c z y w is te g o k s z t a ł t u z i a r n a n a p r z e b i e g p r o c e s u od
p is a n e g o a n a l i t y c z n i e p r z y z a ł o ż e n i u k u l i s t e g o k s z t a ł t u j e s t b a r d z o skom
p lik o w a n e . D la u w z g lę d n ie n ia te g o wpływu w prow adza s i ę n a j c z ę ś c i e j w spół
c z y n n ik i k o r y g u j ą c e . W sp ó łc z y n n ik i t e z a z w y c z a j u z y s k u je s i ę p r z e z porów n a n i e j e d n e j z c e c h f iz y c z n y c h z i a r n a r z e c z y w is te g o n p . je g o p o w ie rz c h n i lu b o b j ę t o ś c i , z t a k ą samą c e c h ą z i a r n a k u l i s t e g o o t e j sam ej ś r e d n ic y i- w y z n a c z e n ie w t e n sp o só b w s p ó łc z y n n ik a k s z t a ł t u [33» 36] .
W hitmore [35] p o d a je odm ienną i n t e r p r e t a c j ę k s z t a ł t u z i a r n a . Z je g o b a
d a ń w y n ik a , że z i a r n o w w odzie o to c z o n e j e s t p o r u s z a j ą c ą s i ę w raz z nim w a rstw ą c i e c z y , k t ó r a u p o d a b n ia z i a r n o n i e k u l i s t e do e l a s t y c z n e j ^ k u l i o o d p o w ied n io zre d u k o w a n e j g ę s t o ś c i . I l o ś ć c i e c z y za trzy m y w a n ej n a p o w ie rz c h n i z i a r n a j e s t p r o p o r c j o n a l n a do p o w ie r z c h n i w ła ś c iw e j te g o z i a r n a .
W a rto ś c i lic z b o w e w sp ó łc zy n n ik ó w k s z t a ł t u z i a r n a przyjm ow ane s ą w g r a n ic a c h od 1 ,2 - 1 , 6 .
Z b a d a ń pro w ad zo n y ch w tym z a k r e s i e w y n ik a , że z a g a d n ie n ie k s z t a ł t u z i a r n a n i e j e s t j e s z c z e w y s t a r c z a j ą c o r o z e z n a n e . D otyczy t o s z c z e g ó ln ie
19
zu c h u z b i o r u z i a r n w c i e c z y , g d z ie n a k ł a d a j ą s i ę na s i e b i e wpływ s k rę p o wanego o p a d a n ia z b i o r u o r a z wpływ k s z t a ł t u p o je d y n c z e g o z i a r n a w tym z b io r z e . N a le ż y p r z y j ą ć , że p rz y o p a d a n iu z b i o r u z i a r n wpływ i c h k s z t a ł t u z a w a rty j e s t w f u n k c j i p o z o r n e j l e p k o ś c i m ie s z a n in y d w u fa z o w e j.
P r o f i l p rz e p ły w u z a w ie s in y w o s a d n ik u
B a d a n ia p r a c y osadników prow adzone w A kadem ii G ó r n ic z e j we F r e ib e r g u [12] j a k ró w n ie ż p r z e z Pawłowa i in n y c h [28] w y k a z a ły , że r z e c z y w i s t a po
w ie r z c h n ia s e d y m e n ta c ji j e s t m n ie js z a od p o w ie rz c h n i samego o s a d n ik a . Bóż
n i c e z a l e ż ą p rz e d e w szy stk im od r o z w ią z a n i a k o n s tr u k c y jn e g o u r z ą d z e n ia na
daw czego do o s a d n ik a .
Z a n a l i z y m etod w y z n a c z a n ia p o w ie rz c h n i osadników p rz e p ro w a d z o n e j przez J . L ask o w sk ieg o [18] w y n ik a ją zn a cz n e r o z b i e ż n o ś c i w w y zn a c z a n iu p o w ie rz c h n i s e d y m e n ta c ji ró żn y m i m eto d am i. J . L askow ski s t w i e r d z a , że n a j l e p s z e w y n ik i d a j e m etoda A.G. F r e l b e r g , w k t ó r e j p rz y jm u je s i ę w a r to ś ć w sp ó ł
c z y n n ik a zm iany p r o f i l u p rz e p ły w u Kp od 1 ,3 do 2 , 0 . Z b liż o n ą do d o ln e j w a r t o ś c i te g o w s p ó łc z y n n ik a w ie lk o ś ć p ro p o n u je Pawłów [ 2 8 ] , P o d a je on w ar
t o ś ć Kp = 1 , 33.
B o z d z i a ł ilo ś c io w y p roduktów o s a d n ik a
W p r a k ty c e ma m ie js c e s t a ł e w y n o sze n ie o sad zo n eg o m ułu co p o w o d u je, że p r ę d k o ś ć p rz e p ły w u z a w ie s in y w o d n i e s i e n i u do p o w ie rz c h n i k l a s y f i k a c j i j e s t m n ie js z a od p o d a n e j w w zorze 3 . 5 . O g ó ln ie w sk a ź n ik r o z d z i a ł u i l o ś c i o wego można « d e fin io w a ć ja k o s to s u n e k i l o ś c i z a w ie s in y w yprow adzonej otwo
rem d o ln y ? So c a ł k o w i t e j i l o ś c i z a w ie s in y w prow adzonej do o s a d n ik a [23]
W zw ią zk u z tym d l a p r ę d k o ś c i v Q - wzór 3 .5 - otrzymamy»
W skaźnik B w yznaczyć można ró w n ie ż n a p o d s ta w ie wmajomości z a g ę s z c z e ń n a
dawy i p roduktów o s a d n ik a
W p r a k ty c e p rze m y sło w e j w a r to ś ć B waha s i ę w g r a n i c a c h 0 , 1 - 0 , 1 5 z u - w agi n a d ą ż e n ie do u z y s k a n ia m aksym alnych z a g ę s z c z e ń wylewu o s a d n ik a .
3 .9
20
3 . 1 . 3 . S korygow ana f u n k c j a w y jśc io w ą d l a w y z n a c z e n ia param e t r u r o z d z i a ł u n r o o e a u k l a s y f i k a c j i g r a w i t a c y j n e j d 50
D la u z y sk a n ia r o z s z e r z o n e j p o s t a c i f u n k c j i w y jś c io w e j param etru r o z d z i a ł u wprowadzono do wzoru na w ie lk o ś ć z ia r n a p o d z ia ło w eg o rów n ania 3 . 6 . f u n k c je lu b w s p ó łc z y n n ik i u w z g lę d n ia ją c e r z e c z y w is t e warunki p r z e b ie g u k la s y f i k a c j i u s ta lo n e w a n a l i z i e p r z e d s ta w io n e j w r o z d z i a l e 3 . 1 . 2 . Są to>
- fu n k c je wpływu k o n c e n t r a c j i o p o s t a c i o g ó ln e j 3 . 8 , - fu n k c je r o z d z ia łu ilo ś c io w e g o o p o s t a c i o g ó ln e j 3 . 9 . - param etr k s z t a ł t u z ia r n a Kd oraz
- param etr p r o f i l u przepływ u Kp.
W zw iązku z tym r z e c z y w is t a w ie lk o ś ć z ia r n a p o d z ia ło w eg o j e s t fu n k c ją n a stę p u ją c y c h parametrów!
d50 = f < * z ’ *o* ?o* • VN» PG» K* Kd* KF^
Po u w z g lę d n ie n iu wzoru t e o r e t y c z n e g o S to k e s a 3 . 6 oraz wyników a n a liz y wy
k onan ej w r o z d z i a l e 3 . 1 . 2 otrzymamy n a s tę p u ją c ą o g ó ln ą p o s ta ć wzoru wyj
śc io w e g o na w a r to ść d^0 i
50
- i
18 ?o \l
1
^YN(1 -B ) ,| 1 _S ^ a-i>CJ 11 - k e
fu n k c ja fu n k c ja fu n k c ja para fu n k c ja
c ię ż a r u wpływu sk o ry metr p r o f i l u
w ła ś c i koncen gowane k s z t a ł p r z e p ły
wego t r a c j i go ob - t u wu za
f a z y s t a ł e j w za w ie
s i n i e
od ąże
n ia osad
n ik a
z ia r n a w ie s in y w osad
n ik u
3.10
Można w dalszym c ią g u s t w i e r d z i ć !
1 . Funkcja c ię ż a r u w ła śc iw e g o d l a danego m a te r ia łu ma w a rto ść s t a ł ą i moż
na j e j n ie u w zg lęd n ia ć p rzy w e r y f i k a c j i d o ś w ia d c z a ln e j wzoru 3 . 1 0 . 2 . Funkcja wpływu k o n c e n t r a c j i ma z a s a d n ic z e z n a c z e n ie d l a u s t a l e n i a r z e
c z y w is t e j w a r t o ś c i param etru p o d z ia łu . J e s t t o w r z e c z y w i s t o ś c i funk
c j a zmian warunków se d y m e n ta c ji spowodowanyoh zm ianą k o n c e n t r a c j i za
w ie s in y i o d z w ie r c ie d la le p k o ś ć p ozorn ą u k ład u .
3 . D la u sta b iliz o w a n y c h warunków p racy o sa d n ik a p rzem ysłow ego fu n k c ja -s k o rygow anego o b c ią ż e n ia p o sia d a w a rto ść s t a ł ą B = c o n s t .
4 . D la celów p ra k ty c zn y ch w y sta r c z a ją o e j e s t p r z y j ę c ie s t a ł e j w a r t o ś c i pa
ram etru k s z t a ł t u z ia r n a w yn ik ającego z je g o ce ch fiz y c z n y c h Kd= o o n s t.
3 . F unkcja p r o f i l u p rzep ływ u ma w a rto ść s t a ł ą = c o n s t .
21
W ynika s t ą d k o n ie c z n o ś ć z w ró c e n ia z a s a d n i c z e j uw agi n a w y z n a c z e n ie funk
c j i wpływu k o n c e n t r a c j i . Po u w z g lę d n ie n iu pow yższych ro z w a ż a ń otrzym ujem y wzór 3 .1 0 ja k o f u n k c j ę w y jśc io w ą do b a d a ń m odelow ych:
d^Q = K . f ( P N) .
lu b 3 .1 0
d50 = K
3 . 2 . D o ś w ia d c z a ln a w e r y f i k a c j a p rz ? .1e t e.i fu n k c j i w ejścio w e .i - wzór ( 5 .1 0 )
3 . 2 . 1 . Z e s t a w ie n ie i om ów ienie wyników b a d a ń w ykonanych n a i n s t a l a c j i mo
d e lo w e j o s a d n ik a g r a w ita c y jn e g o
Z w ła s n o ś c i f u n k c j i w y jś c io w e j wzór 3 .1 0 w y n ik a , że w lo g a ry tm ic z n y m i*
k ł a d z i e pow inno s i ę o trz y m a ć p r o s t ą o k ą c i e n a c h y l e n i a , k tó r e g o t g rów na s i ę w y k ła d n ik o w i potęgowem u przyporządkow anem u o b c i ą ż e n iu jednostkow em u o - s a d n ik a <3q . S ta n o w i t o p ie r w s z e z a ło ż e n ie p r z y j ę t e w a n a l i z i e wyników b a d a ń i n s t a l a c j i m o d e lo w e j. D rugim z a ło ż e n ie m j e s t p r z y j ę c i e p r z e s u n i ę c i a p r o s t y c h w yznaczonych d l a ró ż n y c h k o n c e n t r a c j i ją k o f u n k c j i k o n c e n t r a c j i - l e p k o ś c i p r z y s t a ł y c h p o z o s ta ł y c h p a r a m e tr a c h p r o c e s u z g o d n ie z rów na
niem 3 >10 .
Z a ł o ż e n i a t e można z a p is a ć w p o s t a c i f u n k c j i
g d z ie C b ę d z ie f u n k c j ą wpływu k o n c e n t r a c j i z a w ie s in y w prow adzonej do o - s a d n ik a p r z y za ch o w a n iu s t a ł o ś c i p o z o s ta ł y c h p aram etró w w chodzących w s k ł a d f u n k c j i w y jś c io w e j ( 3 . 10 ) .
Z a n a l i z y p r z e b ie g u p r o c e s u o s a d z a n ia można d a l e j p r z y j ą ć , że w y stę p u j ą dwa z a k r e s y wpływu k o n c e n t r a c j i :
- z a k r e s n i s k i c h k o n c e n t r a c j i , g d z ie wpływ te g o p a r a m e tr u b ę d z ie m ały - b y ć może do p o m in i ę c ia w p r a k t y c e ,
- z a k r e s w yższych k o n c e n t r a c j i z a w ie s in y w y w ie ra ją c y d e c y d u ją c y wpływ na w ie lk o ś ć r o z d z i a ł u .
P o s z c z e g ó ln e d o ś w ia d c z e n ia pogrupow ane b y ły w s e r i e , w k tó r y c h s ta ły m p a ra m e tre m b y ł a k o n c e n t r a c j a f a z y s t a ł e j . Końcową f a z ą o p ra c o w a n ia k a ż d e j s e r i i d o ś w ia d c z e ń b y ło w y zn a cz en ie k rz y w e j r o z d z i a ł u i w i e l k o ś c i z i a r n a p o d z ia ło w e g o .
Na t e j p o d s ta w ie w yznaczono w s p ó łc z y n n ik i C i n ró w n a n ia 3 . 1 1 . W arto
ś c i ty c h p ara m etró w z e s ta w io n e s ą w t a b l i c y 1 d l a ró ż n y c h z a g ę s z c z e ń . W t a b l i c y 1 z e s ta w io n e s ą ró w n ie ż w y n ik i s t a t y s t y c z n e j oceny p aram etró w C i n rów nań e m p iry c z n y c h .
3 .1 1
22
Zestawieni*równań eapirycznych
&«
•1 1 4» 1 O
«0 M TÍ IA to ai cfl ü
S 3 0
■Ö XX 3 8
•H t f O 1 .4
M 8 CM
O 00
i a 5
8
IAINXX • >» fl a • • • •>
>i O O o T" o r* IA IA r*
•r i fe 8 O is* o- u
•O *> 3 -0 -HM
® w H Sfi fl h U » O t o 'O k f l fl
'S a j
o \
i a f t i t ? 8 R
h i C^
»A 5 Í R R
y; O V V V ' Z V / V
■H O o O o u O
aa V V V V V V /
O J4 3 00
T* V0
00 â
IA
CM ON
I I
a M KN mfAT Ä s i VX>r*IA* &
■H h
O «H 1 ° s IA
S SR 8
O fl vo IA \£> IA IA
a 8 o O O O O O
9 3 \ / V V V V \ /
>> a
fl
a a a aiM
« \ / \ / V \ / V y
M 00 IA
£
'O IA r* r* IA - i
• 1A IA IA *4-
U O O O O o O
O.
1 & s VO
t r g
p*"
IA »
« 4 0 u o t r
O CM
IA VO
IA 3 3 s vo
•H f lm • Jd M
•H O O a >»
fl b H
S i
5 8 J * fl R
m A
IA 3
IA ON
Ä R
IA S .
£■ o O O O o O
»
a • 8 *
b O IA V” IA
f l O * <0 IA £
8
IA
IA & * r *CM
• 4» O O o f r*
f l *r> O O O o O O
O XX
>4 O
i • 1
• - S bC
• •
•H M
€ 8 Ñ
■ 37 102
3?f 175 210
J T s 8 a
23
B j a . 1 5 . Funkcja d ^ = f ( q ) d la z a g ę s z c a e n ia ^ = 37 g / l
24
20 \—
OLS 0 4 0 .7 CIO
B y s . 1 8 . F u n k c ja d = f ( q ) d l a z a g ę s z c z e n i a 0>N = 1 tó g / l
łjO 9 0 <0 .0
By a . 1 7 . Funkcja d | Q = f ( q ) d la z a g ę s z c z e n ia &N = 102 g / l
25
26
