способ обезвоживания коллоидных сапропелевых суспензий

Формула изобретения

Способ обезвоживания коллоидных сапропелевых суспензий, включающий фильтрацию, замораживание, отличающийся тем, что после фильтрации суспензию гомогенизируют, а замораживание ведут при одновременном распылении суспензии и ее обработке охлажденным до температуры ниже 0^oС встречным потоком воздуха, подаваемого в центральную и периферийную зоны распыления с разными скоростями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обезвоживания органо-минеральных суспензий, растворов, паст и может быть использовано во многих отраслях промышленности: в сельском хозяйстве, фармацевтической промышленности, микробиологии, тонкой химической технологии, животноводстве, рыбоводстве, строительстве, топливно-перерабатывающей промышленности, геолого-разведочной, нефтяной, газовой промышленности и др. и, в частности, данный способ может быть эффективно использован для получения легко транспортируемой сапропелевой крупки, брикетов природного сапропеля (ила) в любое, в том числе и в холодное, время года. Наиболее сложной проблемой, препятствующей широкому применению и использованию сапропелей (природных илов) в различных областях народного хозяйства, является его высокая влажность (содержание воды до 96%), что затрудняет его транспортировку потребителю.

Коллоидная структура сапропелей характеризуется прочной физико-химической связью молекул воды с органическим и минеральным составом сапропелей, что создает значительные трудности обезвоживания. Кроме того, особо важное значение имеет сохранение ценных свойств и компонентов сапропелей.

Известны различные способы обезвоживания органо-минеральных суспензий, растворов:2 способы отстоя с последующей фильтрацией, например заявка ФРГ N 4019545, кл. С 02 F, 11/12; заявка Японии N 11/00; а.с. СССР N 1640128, C 02 F, 11/12 (отстойник огражден дамбами, основание отстойника выполнено с уклоном, на нем расположены текстильные жгуты для капиллярного движения влаги, затем осадок направляется в подстилающий грунт и оставшаяся влага испаряется); а.с. СССР N 1155576, кл. C 05 F, 7/00 (способ гидромеханической откачки из озера жидкого сапропеля, по плотности близкого к воде, содержащего всего 3-4% сухого сапропеля и заполнения сапропелевой гидропульпой специально подготовленных отстойников. После намыва в течение длительного времени происходят отстой и слив воды, испарение и отток ее через дренажное дно в теплое время года, и, как правило, последующее вымораживание в течение зимы); а.с. N 1726399, кл. C 02 F, 11/12 (непрерывная подача сапропеля шнековым методом); а.с. N 1155576, кл. С 05 F, 7/00 (способ получения сапропелевой крошки отстоем с фильтрацией);

способы механического отжима с последующей фильтрацией, например заявка ФРГ N 4019545, кл. C 02 F, 11/12; заявка Японии N 2-258100, кл. C 02 F, 11/00;

способы обезвоживания с использованием аэрации исходного продукта, например патент США N 4960512, кл. C 02 F, 11/20; патент ФРГ N 293573, кл. C 02 F, 11/12; заявка ЕПВ N 0448597, кл. C 02 F, 3/06;

способы связывания воды с помощью различных добавок, например заявка Японии N 4-15039, кл. C 02 F, 11/00 (портланд-цементом или гипсом); заявка ФРГ N 4028026, кл. C 02 F, 11/14 (добавление эфиров глицерина); заявка Японии N 3-34398, кл. C 02 F, 11/12 (добавка коагулянта);

центробежным осаждением, например, а.с. N 1692952 (C 02 F, 11/02);

испарением, например патент США N 4971705, кл. C 02 F, 11/12, а.с. N 1747400, кл. С 02 F, 11/12;

замораживанием исходного продукта, например заявка Японии N 1-249200, кл. C 02 F, 11/12 (плохо фильтрующийся осадок сточных вод замораживают, а затем размораживают и сушат); а. с. N 1740332, кл. C 02 F, 11/20 (замораживание сточных вод до -20^oC); заявка Японии N 1-33240, кл. C 02 F, 11/20 (способ обезвоживания осажденного шлама путем замораживания до t<-10C, транспортировка его и разделение воды и шлама после оттаивания); а.с. N 1723053, кл. C 02 F, 11/12 (способ обезвоживания сточных вод, заключающийся в том, что нефтешлам сточных вод послойно замораживают с последующим оттаиванием); патент США N 4936114, кл. C 02 F, 11/20 (концентрация водных стоков путем вымораживания до точки замерзания, затем добавляют ледяную шугу, а образовавшуюся суспензию направляют в аппаратуру для сгущения, где выпавший осадок выгружают, а жидкий направляют в кристаллизатор; тот же принцип использован в патенте Австралии N 589019, кл. C 02 F, 1/22.

Перечисленные способы имеют следующие недостатки:

зависимы от метеоусловий, требуют больших площадей (в несколько га) под отстойники, в процессе длительного обезвоживания сапропель теряет ряд ценных свойств;

способы выпаривания энергоемки;

способы центробежным осаждением из-за сложности оборудования не пригодны для промышленных масштабов получения гранулированных сапропелей.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ по заявке а. с. СССР N 1155576, кл. C 05 F 7/00 "Способ обезвоживания методом отстоя", заключающийся в том, что сапропель методом гидромеханической откачки подается в специально подготовленные отстойники.

После намыва в течение длительного времени происходят отстой, слив воды, испарение и отток ее в теплое время года и, как правило, последующее вымораживание в течение зимы.

Этот способ имеет следующие недостатки:

замораживание происходит в виде монолита, вследствие чего обезвоживание внутренних слоев в силу малого поверхностного эффекта затруднено и неэффективно;

процесс обезвоживания малопроизводителен;

применительно к сапропелю такой длительный цикл вымораживания монолитом приводит к потере ценных качеств и свойств сапропелевой продукции.

Задачей изобретения являются:

возможность получения обезвоженного сапропеля поточным образом в любое время года, а особенно просто и дешево в зимнее;

возможность получения гранулированного сапропеля в промышленных объемах с минимальными энергозатратами;

экологически чистая технология;

исключение значительных землеотводов (по сравнению со способами, использующими отстойники);

уменьшение времени технологического процесса;

-получение высококачественного сапропеля с точки зрения потребительских качеств.

Задача решается тем, что в способе обезвоживания сапропелевых суспензий замораживание осуществляют при одновременной обработке распыленной на мельчайшие частицы суспензии, потоком воздуха, охлажденного до температуры ниже 0^oC, при этом подачу воздуха в центральную и периферийную зоны распыления осуществляют с разными скоростями.

На чертеже представлена блок-схема индустриального способа обезвоживания сапропелевой гидропульпы, где при использовании центробежного способа распыла предлагаемый способ позволит обеспечить высокую производительность от 1000 до 40000 кг/час при 3000-6000 об/мин с получением однородного по размеру грансостава сапропелевой продукции при достаточной простоте распылителей и небольших энергозатратах. Как видно из блок-схемы, подача сапропелевой суспензии осуществляется через узел подготовки 1, в котором осуществляются фильтрация и гомогенизация, и далее в блок распыления 2 сапропелевой суспензии, при этом одновременно подается поток холодного воздуха из блока 3. Обезвоживание происходит за счет испарения, последующего промораживания, транспортирования и одновременного обезвоживания возгонкой гранулированных сапропелевых частичек.

Для повышения производительности и эффективности работы технологической линии в схеме промышленной установки предусматривается вентиляторно-холодильный агрегат серийного изготовления. В качестве положительного момента следует отметить, что в технологической линии используются стандартные выпускаемые промышленностью насосы и вентиляторные агрегаты различной мощности в зависимости от требуемой производительности.

Предлагаемый способ позволяет решить трудную проблему, заключающуюся в том, что при высыхании сапропель твердеет и с большим трудом поддается размолу. Высохший сапропель не намокает даже в размолотом состоянии, но если влажный сапропель проморозить, то после высыхания он не твердеет, становится рыхлым и легко поддается дальнейшей сушке и различным применениям.

Предложенный способ холодной кристаллизации решает эти сложные проблемы быстрым высокопроизводительным промораживанием и обезвоживанием распыленной до мельчайших частиц сапропелевой суспензии. Выполненные работы и расчеты подтвердили оптимальность применения метода распыления, например, при производительности 1000 кг/час, теплоемкости сапропелевой суспензии порядка 1 ккал/(кг/град), при температуре суспензии +5^oC и хладоносителя с температурой -10^oC в зону распыления достаточно подать 75 тыс.м³/ч. в центральную зону порядка 45 тыс.м³/ч со скоростью до 8 м/с и в периферийную 300 тыс.м³/ч со скоростью воздушного потока до 2 м/с.

Распределение холодного воздуха при вводе его в зону распыления на два участка центральную и периферийную зоны связано с условием обеспечения максимальной интенсификации тепломассообмена и с минимизацией гидравлических сопротивлений системы и энергозатрат на транспортирование хладоносителя. Проведенные экспериментальные в 1992-1994 гг. исследования показали, что процесс промораживания и обезвоживания проходит с большой эффективностью, например, при обезвоживании распыленной сапропелевой суспензии с расходом порядка 1000 кг/ч и начальной влажностью 92,1% с распылением в атмосферный воздух с температурой -10^oC, количество удаляемой влаги составляет 500-600 кг/ч, что экономит более 200 кВт/ч электроэнергии по сравнению с удалением влаги тепловым испарением.

Способ обезвоживания сапропелевой суспензии методом замораживания распыленной суспензии позволяет создать экономичный альтернативный процесс получения сапропелевой продукции с высокими потребительскими свойствами и качествами в рамках поточной индустриальной технологии. Предлагаемый способ является одним из методов, позволяющих сохранить за счет высокого темпа охлаждения ценные компоненты и качества получаемой продукции.

Способ может быть применен и к другим видам органо-минеральных коллоидных суспензий, растворов и паст, которые должны после промораживания приобретать свойства становиться рыхлыми и легко фильтруемыми.

Технологический процесс предлагаемого метода состоит в том, что после фильтрации и гомогенизации сапропелевая суспензия в жидком, коллоидном состоянии, при котором вода, будучи прочно связанной с органическим и минеральным составом сапропеля, распыливается на мельчайшие капли с резко увеличивающейся поверхностью контакта с окружающей холодной средой. Разработанные и внедренные способы центробежного и форсуночного распыления позволяют получить из одного кубометра суспензии более сотен тысяч квадратных метров суммарной поверхности капель и за счет малых размеров полидисперсных капель и высокоразвитой поверхности более эффективно провести весь цикл тепломассопереноса, включая процессы испарения, промораживания и возгонки.

Предлагаемый способ является весьма эффективным в регионах с холодным климатом, т.к. затраты идут, в основном, только на осуществление подачи сапропеля естественной влажности с глубинных слоев озера влажностью порядка 90% и температурой около 4^oC и распыл в поток воздуха с температурой ниже нуля градусов.