Способ дисперсного измельчения кусковых материалов природного шельфа

 

Изобретение относится к области химического и строительного машиностроения и может быть использовано для получения дисперсного состава жидких растворов и смесей природных неметаллических материалов. Измельчаемый кусковой материал направляют с потоком воды непосредственно к лопаткам турбины центробежного насоса, предварительно очищая его от омагниченной пыли. Причем после очистки ссыпают порцию кускового материала на поверхность неподвижного сита, где ворошителям подают его на пол ступенчатые валки. При этом обеспечивается постепенное измельчение кускового материала. Материал претерпевает многоцикловые фазы напряжения сжатия и растяжения при сдавливании, волочении, разрезании и подаче его через ячейки сита с одновременными гидравлическими ударами потоком жидкости. Гидравлическая струя переводит кусковой материал из состояния скоростной подачи по трубопроводу в состояние движения комплексного разрушения, образуемого каждой парой рабочих элементов турбины и подачей кускового материала через зону многократного двойного сжатия и растяжения в пространстве между двумя лопатками турбины центробежного вихревого насоса. При этом происходит многоцикличное пересечение граничных зон сжатия центробежного потока водораздела, скольжение кускового материала относительно поверхности лопатки турбины и перенесение кускового материала в зону заклинивания взаимопересекающихся сопряженных по кривым второго порядка потоков насыщенного раствора. Происходит также кинематическое вытеснение кускового материала из зоны центробежного переноса массы жидкой фазы и многоцикловое соударение его о корпус центрифуги.

Изобретение относится к области химического и строительного машиностроения в части получения дисперсного состава жидких растворов и смесей природных неметаллических материалов.

За прототип-аналог принята заявка на изобретение ФРГ N 1782066, МКИ B 02 C 19/00, 1974 [1].

К недостаткам [1] следует отнеси низкую производительность процесса, что предопределяет частичное диспергирование материалов и их механическое истирание.

Задача изобретения - повышение производительности гидродинамического и механического диспергирования кусковых материалов, образующих растворимые соединения.

Поставленная задача достигается тем, что по способу дисперсного измельчения кусковых материалов природного шельфа, при котором осуществляют направленную подачу материала с потоком воды в замкнутое пространство к вращающимся лопаткам турбины, вызывающим центробежное ускорение и принудительную подачу кускового материала, обеспечивая измельчение и перемешивание материала, согласно изобретению кусковой материал перед подачей в трубопровод питания центрифуги предварительно очищают от мелкодисперсной омагниченной пыли и подают его с вибрационным сухим измельчением, ссыпают порцию кускового материала на поверхность неподвижного сита, а ворошителями подают кусковой материал под ступенчатые валки, измельчающие кусковой материал, претерпевающий при этом многоцикловые фазы напряжений сжатия и растяжения при сжатии, волочении, разрезании и подаче материала через ячейки сита с одновременными гидравлическими ударами потоком жидкости, причем гидравлическая струя переносит кусковой материал из состояния скоростной подачи в положение комплексного разрушения, образуемого каждой парой рабочих элементов турбины, подающих кусковой материал через зоны многократного двойного сжатия и растяжения в пространстве между двумя лопатками турбины центробежного вихревого насоса, многоцикличного пересечения граничных зон сжатия центробежного потока водораздела, скольжения кускового материала относительно поверхности лопаток турбины и переносимого кускового материала в зону заклинивания взаимопересекащихся, сопряженных по кривым второго порядка потоков насыщенного раствора, при этом происходит кинематическое вытеснение кускового материала из зоны центробежного переноса массы жидкой фазы и многоцикловое соударение кускового материала о корпус центрифуги, прерываемые в радиальной секущей плоскости потоком раствора и технологическими выемками, создающими разряженную и порционную локализацию отдельных объемов кинематических потоков раствора.

Описание процесса.

Способ дисперсного измельчения кусковых материалов природного шельфа состоит из направленной гидроподачи кускового материала в замкнутое пространство к вращающимся лопаткам турбины, которые вызывают центробежное ускорение и принудительную подачу кускового материала, чем обеспечивается измельчение и перемешивание материала в растворе [1].

Перед подачей кускового материала к центрифуге вихревого насоса производят очистку кускового материала от мелкодисперсной омагниченной пыли, а затем его подачу к вибрационному устройству, где происходит частичное сухое измельчение трущихся друг о друга кусковых материалов.

Пылесборником собирают мелкодисперсную пыль, накапливая ее в циклонах для смешения с раствором. Остальная масса кускового материала ссыпается в зону действия ворошителей, валков и неподвижного сита. Ворошителями кусковой материал подают под валки ступенчатой формы. Здесь материал претерпевает многоцикловые фазы напряжений сжатия и растяжения. В процессе диспергирования происходят механические операции сдавливания, волочения и разрезания кускового материала относительно ячеек сита, а в процесса гидроподачи кускового материала он еще активнее истирается относительно отверстий сита, через которые он подается в емкость для соединения с массой воды и барботируемым в ней углекислым газом.

В кинематическом процессе происходит ускоренная катализация приготовляемого раствора.

Между каждой парой лопаток турбин на внутренней поверхности корпуса выполнены выемки, которые при больших скоростях вращения турбины создают зоны сжатия и растяжения для попадающих в них кусковых частей материала Кроме того, происходит и многоцикличное пересечение второй зоны сжатия центробежного потока водораздела кусковых материалов на входе и выходе потока раствора, формирующегося по кривым второго порядка, где подаваемый и удаляемый материал получает дополнительные соударения, приводящие к его измельчению.

Центробежный перенос жидкой массы раствора, дискретные остановки процесса вращения лопастей центробежного насоса, прерываемые в радиальной секущей плоскости потоками раствора и технологическими выемками, образуют разряженную, порционную локализацию и разряжение отдельных объемов кинематического потока раствора.

Пример приготовления раствора оксида кальция в виде известковой пасты, напоминающей густозамешанный раствор казеинового клея и др. порошкового материала из гипса, цемента и др. мелкодисперсных материалов.

Пропорциональность масс CaO и воды составит 70 : 30 или 66 : 33 (с учетом испаряющейся влаги в результате термокатализационного процесса). Для первой пропорции объем в 2,5 м³ раствора будет содержать 0,75 т воды и 1,75 т CaO.

Для смятия кускового материала были использованы валки, превышающие по массе 1 тс, создающие давление 45 - 60 кгс/см², а относительно округлых и прямых ячеек сита усилие клинового воздействия на кусковый материал составляло от 50 до 30 кгс/см².

Подача кускового материала через ячейки сита осуществлялась с усилием формирования среза по контуру отверстия. Выброс кускового материала осуществлялся мгновенно за счет обратной конусности отверстий относительно подаваемого материала. Скорость вращения валков и скребков не превышала 1 - 12 об/м.

Процесс подачи CaO в виде кускового материала сопровождался порционной подачей 0,75 м³ воды под давлением от 0,1 до 1,2 МПа. Давление росло по мере измельчения материала.

Измельчение CaO над ситом проводилось разбрасыванием водной струи, которая в первые 4 - 5 минут еще свободно проникает через слой кускового материала и фильтрационную заслонку, а по мере подачи измельченного оксида кальция начинается теплообменная реакция с дисперсной пылью CaO, подаваемой из циклонов в раствор.

Процесс смешения известковой пасты производится дискретно, т.е. через каждые 20 - 25 с двигатель привода разгоняет центрифугу и циклически повторяет набор частот вращающихся лопаток с гармониками частот: 4500, 5625, 6750 об/мин.

Процесс прекращается после исчезновения вибраций в системе перекачивания раствора: трубопроводах и центрифуге. Рабочая температура барботируемого раствора не превышает 82 - 98^oC при давлении углекислого газа от 0,12 до 0,2 МПа, при этом скорость приготовления 2,5 м³ раствора составляет 12 - 18 минут, что зависит от частотности происходящего процесса.

Число минимальных соударений кускового материала в процессе одного циклообмена в рабочей емкости, трубопроводах и центрифуге, вызывающих напряжение сжатия, составляет более 10, а число повторяющихся явных напряжений растяжения колеблется от 1 до 112 за один оборот при использовании центробежных насосов с числом лопаток более 30 и соответствующим числом канавок с расширяющимися полостями в пределах одного шага между лопатками.

При использовании турбин авиационных двигателей, отработавших на самолетах СУ-37 или СУ-37-15, где число лопаток для первой ступени достигает 87, число циклов напряжений растяжения превышает 300 на один оборот турбины.

Промышленная полезность способа.

Внутренний разрыв кускового материала, происходящий за счет поляризации давлений, в течение одного полного оборота секций лопаток центрифуги или турбины авиационного двигателя приводит к подобной ситуации не только CaO, но и другие кусковые материалы природного шельфа.

Сущность изобретения.

Использование вакуумных полостей способствует повторяющимся процессам сжатия и растяжения. Выбор оптимальных частот вращения, цикличности процесса в части дискретного его прерывания способствует дополнительному трению осаждающихся частиц и кусков, присутствующих в потоке раствора. Условия обязательного барботажа раствора приводят к термокатализации.

Учет скорости витания дисперсной пыли и силы разрядов энергетического уровня при разнополярном омагничивании CaO приводит к ускорению высушивания известковых растворов, так как в сущности положительно изменяется форма молекулярного строения водного раствора оксида кальция, что можно проследить при 250-кратном увеличении молекул гашеной извести.

За счет ввода катализационного углекислого газа скорость процесса составляет для промышленных установок мелкосерийного производства до 130 кг/мин.

Новизна способа заключается в уменьшении затрат на механическое дробление, резание, снятие и разрушение кристаллической решетки природного материала (руды) и переноса функций разрушения не только на механическое воздействие, состоящее из волочения, резания, смятия, диспергирования и омагничивания, но и эффекта от гидродинамического и вакуумного разрушения кристаллического строения материалов за счет повторяющихся и дискретно прерывающихся напряжений сжатия и растяжения.

Экономическая эффективность процесса после введения замкнутого цикла переработки кускового материала составляет 65 долларов в минуту. Следовательно, стоимость установки в 750000000 рублей будет окупаться уже через 33 ... 34 часа постоянной работы по переработке и выдаче раствора из CaO.

Схема дисперсного измельчения материалов природного шельфа приведена в конце описания.

Формула изобретения

Способ дисперсного измельчения кусковых материалов природного шельфа, при котором осуществляют направленную подачу материала с потоком воды в замкнутое пространство к вращающимся лопаткам турбины, вызывающим центробежное ускорение и принудительную подачу кускового материала, обеспечивая измельчение и перемешивание материала, отличающийся тем, что кусковой материал предварительно очищают от мелкодисперсной омагниченной пыли и осуществляют вибрационное сухое измельчение, ссыпают порцию кускового материала на поверхность неподвижного сита, а ворошителями подают кусковой материал под ступенчатые валки, измельчающие кусковой материал, претерпевающий при этом многоцикловые фазы напряжений сжатия и растяжения при сжатии, волочении, разрезании и подаче материала через ячейки сита с одновременными гидравлическими ударами потоком жидкости, причем гидравлическая струя переносит кусковой материала из состояния скоростной подачи в положение комплексного разрушения, образуемого каждой парой рабочих элементов турбины, подающих кусковой материал через зоны многократного двойного сжатия и растяжения в пространстве между двумя лопатками турбины центробежного насоса, многоцикличного пересечения граничных зон сжатия центробежного потока водораздела, скольжения кускового материала относительно поверхности лопаток турбины и переносимого кускового материала в зону заклинивания взаимопересекающихся, сопряженных по кривым второго порядка потоков насыщенного раствора, при этом происходит кинематическое вытеснение кускового материала из зоны центробежного переноса массы жидкой фазы и многоцикловое соударение кускового материала о корпус центрифуги, прерываемые в радиальной секущей плоскости потоком раствора и технологическими выемками, создающими разряженную и порционную локализацию отдельных объемов кинематических потоков раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3