Способ активации порошкообразных материалов

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а также к машиностроительной, химической , нефтехимической, микробиологической , геологической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности и другим производствам, связанным с теплои массообменными процессами в многофазных системах газжидкость-твердое тело, а именно связанных с активацией порошкообразных материалов и повышением их дисперсности, и может быть использовано в таких технологических процессах, как порошковая металлургия, утилизация отходов в металлургии, получение энергонасыщенных видов топлив, активация цемента в строительстве и других. Цель изобретения - повышение эффективности способа активации порошкообразных материалов и уменьшение вязкости суспензии при снижении энергозатрат, повышение гомогенности суспензии. Активацию порошкообразных материалов осуществляют смешением порошкообразного материала с жидкостью, смешение ведут при заполнении емкости на 80-95% от ее объема , суспензию насыщают газовой фазой до соотношения 2-25% от объема суспензии при вибрационном воздействии в режиме нелинейного резонанса с генерированием периодически схлопывающихся кавитационных каверн при частотах внешних колебаний в диапазоне 20-7000 Гц и ускорениях 5.0-30.0 м/с2. 1 ил. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В 40/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761311/33 (22) 24,11.89 (46) 15,12.91. Бюл. N. 46 (71) Институт машиноведения им. А.А. Благонравова (72) P.Ô. Ганиев, С.В. Борткевич, Г.А. Калашников и И.А. Легостаева (53) 666.972 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1377272,,кл. С 04 В 40/00, 1985. (54) СПОСОБ АКТИВАЦИИ ПОРОШКООБРАЗ КЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а также к машиностроительной, химической, нефтехимической, микробиологической, геологической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности и другим производствам, связанным с тепло- и массообменными процессами в многофазных системах газжидкость-твердое тело, а именно связанных с активацией порошкообразных материалов

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а также к машиностроительной, химической, нефтехимической, микробиологической, геологической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности и другим производствам, связанным с тепло- и массообменными процессами в многофазных системах газжидкость-твердое тело, а именно связанных с активацией порошкообразных материалов и повышением их дисперсноЯЛ,» 1698234 А1 и повышением их дисперсности, и может быть использовано в таких технологических процессах; как порошковая металлургия, утилизация отходов в металлургии, получение энергонасыщенных видов топлив, активация цемента в строительстве и других, Цель изобретения — повышение эффективности способа активации порошкообразных материалов и уменьшение вязкости суспензии при снижении энергозатрат, повышение гомогенности суспензии, Активацию порошкообразных материалов осуществляют смешением порошкообраэного материала с жидкостью, смешение ведут при заполнении емкости на 80 — 95% от ее объема, суспензию насыщают газовой фазой до соотношения 2 — 25% от объема суспензии при вибрационном воздействии в режиме нелинейного резонанса с генерированием периодически схлопывающихся кавитационных каверн при частотах внешних колебаний в диапазоне 20-7000 Гц и ускорениях

5.0 — 30,0 м/с . 1 ил, 2 табл. сти, и может быть использовано в таких технологических процессах, как порошковая металлургия, утилизация отходов в металлургии, получение энергонасыщенных видов топлив, активация цемента в строительстве и других.

Цель изобретения — повышение эффективности процессов активации порошкообразных материалов и уменьшение вязкости суспензии при снижении энергозатрат, повышение гомогенности суспензии.

1698234

45

Пример. Способ активации порошкообразных материалов может быть реализован эа счет применения, например, генераторов колебаний и включает операции, которые описываются ниже, В рабочую полость 1 (фиг.1) загружают компоненты суспензии (жидкую фазу и порошкообразный материал), включают электромагнитный генератор 2 колебаний. и подвергают рабочую емкость, заполненную на 80 — 95% объема суспенэией, колебаниям с частотой f и амплитудой А. При определенном соотношении геометрических размеров рабочей емкости и параметров вибрационного воздействия (зависящих от свойств и соотношений компонентов суспензии) происходит разрушение свободной поверхности суспензии в рабочей емкости, затопление и сбор газовых пузырьков в придонной зоне емкости и после достижения объема роя газовых пузырьков соответствующего резонансной частоте колебаний системы наступает режим резонансного вибрационного перемешивэния, характеризующийся интенсивными потоками многофазной среды в объеме рабочей емкости. При этом энергозатраты на поддержание . процесса практически соответствуют диссипации энергии в объеме многофазной среды, что обусловлено нелинейным резонансным характером эффекта вибрационного перемешивания, лежащего в основе предлагаемого способа активации. Все это позволяет резко повысить интенсивность обработки и снизить энергозатраты при проведении процесса активации суспензии.

Для проведения процесса активации могут быть использованы генераторы и воз° будители колебаний самых разных типов— гидравлические„пневматические. электродинамические и т.д, При этом колебания на многофазную среду могут передаваться как через колеблющуюся рабочую емкость, так и любым другим способом (например, через диск, расположенный в объеме емкости и связанный с генератором колебаний жестким штоком, через упругое дно и т.д,).

При частотах внешнего вибрационного воздействия ниже 20 Гц и выше 7000 Гц и ускорений ниже 5 м/с резонансный процесс активации не наблюдается. При ускорениях выше 30 м/с резко возрастают энергозатраты нэ проведение процесса и применение предлагаемого способа становится неэффективным. Кроме того, смешение порошкообразного материала с жидкой

35 фазой эффективно осуществляется при заполнении емкости на 80 — 95% от ее объема, т,е. при газовой подушке над суспензией

20 — 5% от объема емкости. Газовая подушка выполняет роль упругого элемента, позволяющего достигнуть асимметрию в смесительной емкости и тем самым реализовать процесс нелинейного резонанса, При насыщении суспензии газовой фазой до соотношения менее 2% от объема суспензии практически не наблюдается увеличения степени дисперсности частиц и при этом прочность получаемого бетона не увеличивается по сравнению с известными методами. При насыщении суспензии газовой более 25% от объема суспензии резко возрастают энергетические затраты на диспергирование частиц порошкообразного материала, так как газовая фаза в этом случае начинает выполнять роль гасителя колебаний, поэтому эффективность способа резко падает. Результаты испытаний представлены в таблице 1 — 2.

В табл.1 приведены сравнительные результаты активации порошкообразных отходов металлургического производства при добавлении их в строительный раствор в качестве заменителя части цемента.

Активация проводилась в цилиндрической емкости с соотношением высоты и диаметра 3:1, заполненной íà 80% компонентами суспензии и установленной нэ столе электродинамического вибратора ВЭДС-100 при следующих параметрах вибрационного воздействия: частота f 65 Гц, амплитуда А 5 мм, ускорение 17 м/с, Формула изобретения

Способ активации порошкообразных материалов, включающий смешение порошкообразного материала с жидкостью в емкости при вибрэционном воздействии до получения суспензии, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процессов активации порошкообразных материалов и уменьшения вязкости суспензии при снижении энергозатрат, повышения гомогенности суспензии, смешение ведут при заполнении емкости на 80-95% от ее обьема и вибрационном воздействии в режиме нелинейного резонанса с генерированием периодически схлопывэющихся кэвитационных каверн при частотах внешних колебаний в диапазоне 20 — 7000 Гц и ускорениях

5,0 — 30,0 м/с до насыщения суспензии 2—

25% газовой фазы от обьемэ суспензии, 1698234

Таблица 1

Таблнца2

Параметры и критерии

Содермамме параметров

Г j Ò ) Частота вмбровоэдействия, Гц

19 20 48 1380 3050 4100 6500 7000 7010 7500

Ускорение вибровоздействия, м/сз

25 29 30 31

4 5

7 9

Относительное заполнение емкости, 2

79 80 83 86

94 95 96

99

91

Относительное содеряание газовой вази,2

20 24 25

0,8

1 2

7 11

Относительная гоиогенмость Ф

49 91 91 89

91 92 91 64

3,4 3,2 3,4 43

30 24 24 99

91

36 28 3 3 3 3 3 5

Дмсперсность суспенэии, икм

3 ° 5

Относительная вязкость,3

95 30 31 29

Относительная энергоемкость ма ед.объема получаеной суспемзми,з

1,68

1 ° 0 1>04 1 ° 85

1,50 1 01 1,0 1,) 1,91

1,0

1,0

Наличие нелинейного резонанса

+ +