Способ сепарации зернистых материалов

 

Использование: в химии, металлургии, стройиндустрии, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ сепарации включает подачу материала слоем на шероховатую поверхность и разделение частиц по высоте слоя. Слой продувают газообразным агентом в направлении от открытой поверхности слоя в основанию. При этом плоскость ската устанавливают под углом, определяемым из выражения в формуле, а газообразный агент подают с определенной скоростью. 1 ил.

Изобретение относится к способам разделения зернистых материалов, различающихся размером, плотностью, и может быть использовано в химии, металлургии, строительной индустрии, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности.

Известен способ сепарации сыпучих материалов, включающий операции подачи материала на наклонные лотки и разделения частиц, скользящих по наклонной плоскости [1]. Данный способ сепарации сыпучих материалов характеризуется следующими недостатками: ограниченные возможности вследствие сепарации зернистых материалов только по инерционным и фрикционным свойствам; низкое качество сепарации по причине отсутствия на наклонной плоскости устойчивого сдвигового течения слоя.

Задачей изобретения является повышение эффективности сепарации в быстром гравитационном потоке зернистого материала.

Задача изобретения достигается тем, что в способе сепарации зернистых материалов, включающем подачу материала слоем на шероховатую поверхность, установленную под углом к горизонту, и разделение частиц, скатывающихся с поверхности по высоте слоя, слой продувают воздухом (газом) в направлении от открытой поверхности слоя к основанию, при этом плоскость устанавливают под углом α = arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀], где α ₀ - угол естественного откоса материала, а воздух подают со скоростью V, равной V = (0,04-0,05)V_вит, где V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства, осредненные по объему слоя.

На чертеже представлена схема установки, реализующая способ сепарации зернистых материалов.

Она состоит из бункера 1 исходной смеси и установленного под ним наклонного канала прямоугольного сечения, который имеет дно, выполненное в виде шероховатой плоскости 2 с перфорациями. Бункер установлен с возможностью перемещения вдоль канала и снабжен шибером 3 для регулирования толщины слоя. Под нижней кромкой плоскости 3 установлена приемная плоскость 4, разделенная продольно на две части перегородкой 5, закрепленной с возможностью перемещения.

Из бункера 1 зернистый материал слоем определенной толщины подается на наклонную шероховатую плоскость 2, выполненную с перфорациями, размер которых несколько меньше размера самых мелких частиц смеси. Толщина слоя регулируется с помощью шибера 3. Слой материала на плоскости поперечно продувают воздухом (газом) в направлении от открытой поверхности слоя к его основанию. За счет шероховатости плоскости и под действием воздушного потока частицы нижнего слоя прилипают к ней. При этом на плоскости организуется сдвиговое гравитационное течение зернистого материала по подложке из неподвижных частиц смеси. В процессе сдвигового течения верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами. При взаимодействии частиц происходит их столкновение, в результате которого они перемещаются в некотором направлении от места столкновения. Преимущественное направление перемещения частиц зависит от степени проявления некоторого доминирующего признака (размер, плотность). В результате определенная часть смеси со сходными свойствами (крупные, легкие) перемещаются в направлении к открытой поверхности слоя, а другая часть (мелкие, плотные) - в противоположном направлении, т.е. к основанию слоя. Следовательно, на наклонной плоскости наблюдается преимущественное движение крупных частиц над мелкими. При этом по толщине скатывающегося слоя имеется градиент скорости скатывающихся частиц: частицы в верхних слоях имеют большую скорость 21, чем частицы в нижних слоях. Ссыпающийся веером с нижней кромки плоскости зернистый материал направляется в приемную емкость 4, разделенную на две камеры продольной перегородкой 5, которая установлена с возможностью поперечного перемещения. При этом в веере, образующемся при ссыпании материала с нижней кромки пластины, частицы, летящие по длинным траекториям вблизи верхней границы веера, попадают в дальнюю камеру приемной емкости. В свою очередь, частицы, пролетающие в веере по коротким траекториям вблизи нижней его границы, попадают в ближнюю камеру приемной емкости. Полученные фракции выводятся из камер емкости через штуцера.

Наличие в предлагаемом способе операции продувки воздухом слоя зернистого материала позволяет совместить процесс сепарации с тепломассообменом. В данном случае для продувки слоя зернистого материала используют необходимый теплоноситель.

Указанное направление продувки выбрано с целью интенсификации сдвигового течения за счет увеличения угла наклона плоскости ската, при котором на ней образуются условия, приближенные к условиям прилипания нижнего слоя частиц. С ростом интенсивности продувки данный угол увеличивается.

В процессе сепарации зернистого материала в режиме быстрого сдвигового течения реализуется эффект разделения частиц по доминирующему признаку (размер, плотность) при движении в гравитационно-скатывающемся слое, заключающийся в том, что одни частицы (крупные, легкие) перемещаются в направлении к открытой поверхности слоя, а другие (мелкие, тяжелые) - в направлении к основанию слоя. При этом верхние слои движутся со значительно большими скоростями, чем нижние.

Как показывает эксперимент эффективность сепарации неоднородных частиц в поперечно продуваемом слое, скатывающихся по наклонной плоскости, существенно зависит от скорости продувки V и соответствующего ей угла наклона плоскости ската .

С целью достижения максимальной эффективности сепарации по доминирующему признаку (размер, плоскость) в быстром гравитационном потоке зернистого материала плотность ската устанавливают под углом α = arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀] , где α ₀ - угол естественного откоса материала, а воздух (газ) подают со скоростью V = (0,04-0,05)V_вит, где V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства осредненные по объему слоя.

Существенность заявленных соотношений угла наклона и скорости продувки обнаружена экспериментальным путем. Экспериментальные исследования заключались в анализе распределения компонентов смеси по высоте поперечно продуваемого слоя на наклонной плоскости на ссыпном пороге.

Исследования проведены на лабораторной установке, аналогичной ранее рассмотренной. Длина скатывающегося слоя в опытах поддерживалась настолько большой, чтобы достигалось равновесие в процессе сегрегации, т.е. с увеличением длины глубина разделения не изменялась. Опыты проводились при различной интенсивности продувки слоя с изменением угла наклона ската таким образом, чтобы на плоскости ската образовывались условия "прилипания" нижнего слоя частиц. При этом расход материала для каждой смеси поддерживался постоянным. Смесь материала скатывали по наклонной плоскости, образованной шероховатой решеткой. После наступления установившегося течения материала в канале открывали ему доступ в приемную емкость. Ссыпавшийся материал разделяли по объему на две равные части таким образом, чтобы они соответствовали разделению скатывающегося слоя по высоте на ссыпном пороге. В каждой части определяли концентрацию ключевого компонента. Эффективность сепарации оценивалась по разности концентраций ключевого компонента в указанных частях потока.

Исследования проведены на смеси гранул двойного суперфосфата (фракции +2,0-2,2 мм - 50% и +2,6-2,8 мм - 50%) и смеси гранул силикагеля КСМ (фракции + 3,5-3,75 мм - 50% и +4,0-4,25 мм - 50%). Аналогичные исследования при сепарации по плотности проведены на смеси гранул силикагелей КСК и КСМ размером (+4,0-4,25) мм, при объемном содержании первых в смеси 10%. Результаты приведены в виде зависимостей lg_Эф = f(sin /sin α ₀) и lg_Эф = f(V/V_вит), где Эф - эффективность сепарации; V - скорость подачи воздуха; V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства, осредненные по объему слоя; α - угол наклона ската при подаче воздуха со скоростью V; α ₀ - угол естественного откоса.

Анализ результатов показывает, что оптимальные условия для реализации предложенного способа сепарации зернистых материалов достигаются при установлении плоскости ската под углом α , равным α = =arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀], и подаче воздуха со скоростью V, равной V = (0,04-0,05)V_вит. В оптимальных условиях достигается повышение эффективности сепарации на 40-60% по сравнению с сепарацией в скатывающемся слое без продувки, при угле наклона ската α ₀, равном углу естественного откоса. При отклонении от оптимальных параметров в сторону уменьшения скорости продувки эффективность сепарации снижается, что, по-видимому, может быть объяснено снижением интенсивности сдвига вследствие уменьшения осредненной по слою скорости скатывания.

Снижение эффективности сепарации при скорости продувки V слоя выше оптимальной может быть объяснено усилением эффекта перемешивания вследствие разрыхления слоя при увеличении осредненной по слою скорости скатывания.

Формула изобретения

СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий подачу материала слоем на шероховатую плоскость, установленную под углом к горизонту, и разделение частиц, скатывающихся с поверхности, по высоте слоя, отличающийся тем, что слой продувают газообразным агентом в направлении от открытой поверхности слоя к его основанию, при этом плоскость устанавливают под углом α определяемым из выражения a = arcsin[(1,05-1,06)sinα_o], где α_o -угол естественного откоса материала, а газообразный агент подают со скоростью v=(0,04-0,05)v_вит, где v_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства, усредненные по объему слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1