способ очистки неорганического волокна

Формула изобретения

Способ очистки неорганического волокна, включающий подачу потока пульпы, состоящей из воды и волокна, отделение твердых частиц и отвод разделенных компонентов, отличающийся тем, что очистку неорганического волокна от твердых частиц осуществляют циклически, а пульпу с концентрацией волокна 3-3,5 г/л подогревают до 40-60°С и вращают в течение 2-3 мин с угловой скоростью 30-80 об/мин.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к способам очистки волокон от твердых частиц и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки вискозного волокна от цинка, заключающийся в том, что очищенную воду пропускают через двухслойный фильтр, выполненный из шлака производства цинковых белил, верхний слой которого состоит из зерен размером 0,25-0,630 мм, а нижний - из зерен 0,1-0,163 мм, при отношении высот верхнего и нижнего слоев 1:3 и высоте нижнего слоя 2-4 мм (см. авт. св-во СССР №1660716, кл. В01D 37/00, 1991 г.).

Недостатком этого способа является низкая степень очистки неорганического волокна и в особенности тонкой его очистки от твердых частиц.

Прототипом заявляемого способа является способ разделения тонкодисперсных смесей, включающий подачу потока смеси на выделение твердых частиц под действием гравитационных сил, коалесцирование в псевдоожиженном слое насадки и отвод разделенных компонентов, причем поток смеси разделяют на две части, одну из которых подают тангенциально на коалесцирование со скоростью V=(4-40)W, где W - скорость псевдоожижения слоя насадки (см. авт. св-во СССР №1255161, кл. В01D 17/02,1986 г.).

Недостатком этого способа является наличие перфорированных решетки и перегородки в коалесцирующей камере, т.к. при движении потока смеси на них задерживается значительная часть волокон, что приводит к снижению степени очистки ею от твердых частиц.

Целью заявляемого способа является повышение степени очистки неорганического волокна от твердых частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки неорганического волокна, включающем подачу потока пульпы, состоящей из воды и волокна, отделение твердых частиц и отвод разделенных компонентов, согласно заявленному техническому решению очистку осуществляют циклически, а пульпу подогревают до 40-60°С и вращают в течение 3 мин. с угловой скоростью 30-80 об/мин.

Используемые в различных отраслях промышленности в настоящее время способы очистки неорганических волокон от твердых частиц не предусматривают подогрев пульпы и вращение ее с определенной угловой скоростью.

Других технических решений со сходными признаками не обнаружено. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ аналогичных технических решений показал, что заявляемый способ очистки неорганического волокна не является очевидным из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о том, что он соответствует критерию «изобретательский уровень».

В промышленности применяются неорганические волокнистые материалы на основе муллитокремнезема (ГОСТ 23619-79), которые используются при производстве теплоизоляционных огнеупорных изделий для металлургической промышленности. Недостатком муллитокремнеземистого волокна является наличие в нем до 70% (по массе) округлых частиц размером от 1 до 0,005 мм, которые образуются при производстве волокна и практически не регламентируются ГОСТ 23698-79 (кроме частиц размером более 0,5 мм). Присутствие твердых частиц на поверхности изделий, используемых для плавки и транспортировки жидких металлов, приводит к вовлечению этих частиц в объем жидкого металла и, в конечном итоге, в тело отливки, что в большинстве случаев недопустимо. Таким образом, для ряда изделий из муллитокремнеземистого волокна требуется сформировать тонкий поверхностный слой из волокна, которое не содержит твердых частиц или содержит их в незначительных количествах. Промышленностью выпускаются кварцевые и кремнеземистые волокна, которые практически не содержат твердых частиц, однако их стоимость более чем в 60 раз превосходит стоимость муллитокремнеземистого волокна, что делает их широкое применение экономически не целесообразным. Очистка муллитокремнеземистого волокна известными способами малопроизводительна и неэффективна.

Предлагаемый способ очистки неорганического волокна устраняет эти недостатки. На чертеже схематично изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

В первом цикле осуществляют приготовление пульпы и предварительную очистку волокна от твердых частиц. Для этого в камеру 1 подают предварительно подогретую до 50-70°С воду и неочищенное волокно из расчета 3-3,5 г/л. Перегрев воды на 10°С обусловлен последующим ее охлаждением при загрузке волокна. Затем в течение 4-5 мин при помощи двух мешалок 2, вращающихся со скоростью 1300-1700 об/мин, волокно равномерно распределяют по всему объему воды. После прекращения перемешивания пульпу отстаивают в течение 1-2 мин, затем через патрубок 3 включают подачу подогретого воздуха и сливают пульпу через кран 4 в цилиндрическую камеру 5. Для предотвращения осаждения волокна в камере 5 пульпу продувают подогретым воздухом через патрубок 6. Твердые частицы, выделившиеся из пульпы в процессе ее отстаивания в камере 1, после слива всего объема пульпы из камеры 1 в камеру 5 отводят через кран 7 на фильтр 8. В этом цикле отделяется до 50% (по весу) твердых частиц, содержащихся в неочищенном волокне, в т.ч. практически полностью крупные частицы размером от 1,0 до 0,3 мм. Все последующие циклы очистки проводят в камере 5.

После полного слива пульпы из камеры 1 в камеру 5 перекрывают подачу воздуха через патрубок 6. П-образной мешалкой 9 пульпе придают вращательное движение с угловой скоростью 30-80 об/мин в течение 3 мин. Затем проводят выстаивание до полной остановки вращения пульпы и через патрубок 10 отводят осевшие твердые частицы, которые задерживаются на фильтре 11. Следующие циклы очистки начинают с перемешивания пульпы подогретым воздухом в течение 15-25 сек и далее по выше описанной схеме.

В зависимости от требуемой степени очистки проводят необходимое количество циклов. Пульпу с волокном с необходимой степенью очистки отводят через патрубок 12 на сито 13 для отделения от воды.

В предложенном способе очистки волокна необходимость предварительного подогрева пульпы обусловлена значительным снижением вязкости воды с ростом температуры и связанного с этим повышения скорости оседания твердых частиц. С этой точки зрения оптимальной является температура до 90-97°С. Однако при этом существенно возрастают потери волокна при отводе осевших твердых частиц, т.к. часть волокна осаждается вместе с частицами под действиями гравитационных сил. С учетом изложенного, верхняя граница нагрева пульпы выбрана равной 60°С. Нижняя граница выбрана равной 40°С, т.к. вязкость воды с понижением температуры повышается и степень очистки ухудшается. В таблице 1 представлены результаты испытаний влияния температуры на степень очистки.

Проведение циклической очистки связано с тем, что из пульпы выделяются и осаждаются только те твердые частицы, которые отделились от волокна в пристеночных зонах камеры 5, в зоне вертикальной поверхности 14 и зоне конусной поверхности 15. Именно с целью обеспечения выхода частиц к указанным поверхностям проводится кратковременное перемешивание пульпы сжатым воздухом. Концентрация волокна в пульпе выбрана в пределах 3-3,5 г/л. При более высоких концентрациях отделение твердых частиц в пристеночных зонах камеры 5 в процессе барбатажа затрудняется и степень очистки снижается. При меньших концентрациях снижается производительность процесса (см. таблицу 2).

В процессе вращения пульпы П-образной мешалкой 9 в интервале скоростей 30-80 об/мин и последующего ее выстаивания твердые частицы, отделившиеся от волокна в зоне вертикальной стенки 14, под действием сил гравитации опускаются в нижнюю часть камеры 5, где вместе с частицами, отделившимися от волокна на конусной поверхности 15, перемещаются в центр ее конусной части. При скорости вращения меньше 30 об/мин возрастают потери волокна при отводе осадка твердых частиц. При скорости больше 80 об/мин в пульпе возникают турбулентные завихрения, которые вовлекают отделившиеся твердые частицы в пульпу и степень очистки значительно снижается (см. таблицу 3).

Таким образом, на основании проведенных экспериментов показана эффективность способа очистки неорганического волокна от твердых частиц.

Описанный способ применяется для очистки муллитокремнеземистого волокна фирмой ООО «Технокомп-М» (г.Пушкино Моск. обл.).

Таблица 1
№№ п.п	Темперетура подогрева пульпы, °С	Вязкость воды, МкПа	Количество волокна в пульпе, г	Количество твердых частиц, удаленных из волокна после 7 циклов , г	Потери волокна г/% от веса волокна в пульпе	Выход очищенного волокна, г	Остаточное содержание твердых частиц в очищенном волокне
							г	% от веса очищенного волокна
1	20	1004	600	282,1	14,6/2,4	303	108	35,6
2	40	655	600	352,3	24,5/4,1	223,2	37,7	16,9
3	60	470	600	368,2	35,3/5,9	196,5	21,8	11,1
4	80	330	600	372,4	64,6/10,8	163	17,6	10,8
Примечание:* содержание твердых частиц в волокне составляло 65% или 390 г ** скорость вращения пульпы 60 об/мин

Таблица 2
№ п.п.	Концентрация волокна в пульпе, г/л	Количество волокна в пульпе , г / количество твердых частица волокне, г	Количество твердых частиц, удаленных из волокна после 7 циклов , г	Выход очищенного волокна, г	Остаточное содержание твердых частиц в очищенном волокне
					г	% от веса очищенного волокна
1	2,5	500/325	310	177	15	8,5
2	3,0	600/390	358	218	32	14,7
3	3,5	700/455	411	253	44	17,4
4	4,0	800/520	432	313	88	28,1
Примечание: *содержание твердых частиц в волокне составляло 65%, температура пульпы 60°С **скорость вращения пульпы 60 об/мин

Таблица 4
№ п.п.	Продолжительность вращения пульпы, мин	Количество волокна в пульпе, г	Количество твердых частиц, удаленных из волокна после 7 циклов, г	Потери волокна, г/% от веса волокна в пульпе	Выход очищенного волокна, г	Остаточное содержание твердых частиц в очищенном волокне
						г	% от веса очищенного волокна
1	1	600	349	12,6/2,1	237,8	41,6	17,5
2	2	600	357	22,8/3,8	219,4	31,2	14,2
3	3	600	365	29,4/4,9	205,2	24,6	12,0
4	4	600	371	38,4/6,4	190,5	19,6	10,3
Примечание: * содержание твердых частиц в волокне составляет 65% или 390 гр, температура пульпы 60°С

**скорость вращения пульпы 60 об/мин

Продолжительность вращения пульпы выбрана в интервале 2-3 мин (см. таблицу 4). При продолжительности вращения менее 2 мин снижается степень очистки волокна, т.к. не все твердые частицы, находящиеся в пристеночных зонах, успевают переместиться в нижнюю часть камеры 5 и сконцентрироваться в зоне сливного патрубка 10. При продолжительности вращения пульпы более 3 мин, наряду с ростом степени очистки, возрастают потери волокна, которое осаждается под действием гравитационных сил.