Способ воздушно-центробежной классификации порошков и устройство для его осуществления



Способ воздушно-центробежной классификации порошков и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2407601:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) (RU)

Изобретение относится к области порошковой технологии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, связанных с переработкой порошкообразных материалов, особенно порошков с размерами частиц меньше 10 мкм, склонных к слипанию и агломерации. Способ воздушно-центробежной классификации порошков включает ввод порошка и части воздушного потока в зону сепарации, дезагрегацию порошка, классификацию порошка под действием центробежных и противоположно им направленных пульсирующих аэродинамических сил, вывод крупной и мелкой фракций. Воздушный поток разделяют на два потока, один из которых с расходом (10-20)% воздушного потока подают в горловину дозатора, а основной поток с расходом (80-90)% подают на вход в зону разделения. На выходе из зоны разделения создают пульсирующий поток переменного сечения. Способ осуществляют на устройстве для воздушно-центробежной классификации порошков, включающем в себя корпус, коллектор с соплами, ротор с приводом и дисковыми элементами, образующие зону разделения, дозатор с горловиной, воздухораспределительное устройство с патрубками, расходомерами и заслонкой, патрубок вывода мелкой фракции с воздушным потоком, соединенный с циклоном, фильтр, вентилятор высокого давления, емкости сбора продуктов разделения. Первый патрубок воздухораспределительного устройства соединен с горловиной дозатора, а второй подсоединен к коллектору с соплами, а на выходе из зоны разделения установлен пульсатор, состоящий из двух одинаковых соосных дисков с радиальной перфорацией, количество которых составляет 13-80 окон, один из которых закреплен на роторе, а другой - на неподвижном выходном патрубке классификатора. Технический результат - повышение эффективности классификации, а также расширение диапазона регулирования границы разделения, т.е. получение порошков с более однородным и узким гранулометрическим составом. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой технологии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, химической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с переработкой порошкообразных материалов, особенно порошков с размерами частиц меньше 10 мкм, склонных к слипанию и агломерации.

Известен способ центробежной классификации, в котором на частицы действуют аэродинамическая сила воздушного потока, направленная к центру вращения, и центробежная сила, отбрасывающая их на периферию [1]. Устройства, осуществляющие такой способ, достаточно успешно применяются для разделения полидисперсного порошка по граничному зерну в интервале 20-60 мкм [2, 3]. Использование их для разделения порошка по граничным размерам меньше 20 мкм оказалось малоэффективным, поскольку воздушно-центробежный режим при таком разделении приближен к неуправляемому режиму, а повышение оборотов ротора практически не приводит к снижению границы разделения из-за уменьшения стабильности спирального пыленесущего потока. Недостатком этого способа и таких устройств является низкая эффективность разделения порошка по граничным размерам 3-20 мкм.

В качестве прототипа изобретения взят способ классификации дисперсных материалов [4], в котором исходный порошок вводят в зону сепарации вместе с воздушным потоком. Под действием центробежных и противоположно им направленных пульсирующих аэродинамических сил происходит выделение различных фракций. Недостатком такого способа является невозможность разделения с высокой эффективностью мелких порошков менее 10 мкм, таких как мел, гипс, алюминий и других порошкообразных материалов, силы аутогезии между частицами которых соизмеримы с массовыми силами, т.е. порошков, характеризующихся повышенной способностью образовывать агрегаты. Это объясняется тем, что крупный продукт не продувается, а мелкая фракция не дезагрегируется.

В качестве прототипа изобретения по устройству выбрано устройство для классификации порошкообразных материалов [5], включающее блок сепарации, в верхней части корпуса которого выполнены отверстия для подвода дополнительного воздуха, вращаемый от привода ротор, расположенный внутри корпуса блока, имеющего входной и выходной патрубки, первый из которых соединен с дозатором, а второй - с системой пылеулавливания мелкой фракции, бункер приема крупной фракции, напорный и циркуляционный воздуховоды с вентилятором, образующие замкнутую систему циркуляции пылегазового потока. Недостатками известной конструкции являются невысокая эффективность разделения порошкообразных материалов, особенно в области размеров частиц мене 10 мкм.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности классификации и расширение диапазона регулирования границы разделения различных порошков, особенно в области размеров частиц менее 10 мкм.

Технический результат достигается созданием способа воздушно-центробежной классификации порошков, включающего ввод порошка и части воздушного потока в зону разделения, дезагрегацию порошка, классификацию порошка под действием центробежных и противоположно им направленных пульсирующих аэродинамических сил, вывод крупной и мелкой фракций, который заключается в том, что воздушный поток разделяют на два потока, один из которых с расходом (10-20)% воздушного потока подают в горловину дозатора, а основной поток с расходом (80-90)% подают на вход в зону разделения, а на выходе из зоны разделения создают пульсирующий поток переменного сечения.

Технический результат достигается также тем, что создано устройство воздушно-центробежной классификации порошков, включающего корпус, коллектор с соплами, ротор с приводом и дисковыми элементами, образующие зону разделения, дозатор с горловиной, воздухораспределительное устройство с патрубками, расходомерами и заслонкой, патрубок вывода мелкой фракции с воздушным потоком, соединенный с циклоном, фильтр, вентилятор высокого давления, емкости сбора продуктов разделения. Первый патрубок воздухораспределительного устройства соединен с горловиной дозатора, а второй подсоединен к коллектору с соплами, а на выходе из зоны разделения установлен пульсатор, состоящий из двух одинаковых соосных дисков с радиальной перфорацией, количество которых составляет 13-80 штук, один из которых закреплен на роторе, а другой - на неподвижном выходном патрубке классификатора.

Физическая сущность способа заключается в том, что при разделении мелкодисперсных порошков в закрученном пылегазовом потоке, направленном к центру вращения, на частицу диаметром δ действует сила аэродинамического сопротивления в соответствии с законом Стокса [6, 7]

где µ - коэффициент динамической вязкости газа;

Ur, Vr - радиальные компоненты скорости газа и частиц соответственно.

С другой стороны, на эту же частицу вследствие ее вращения в зоне сепарации с окружной компонентой скорости Vφ действует центробежная сила

где ρm - плотность материала частицы;

R - радиус, на котором вращается частица.

При равенстве центробежной и аэродинамической сил частицы граничного размера движутся по равновесным траекториям и для них Vr=0. Для мелких частиц мелкодисперсного порошка окружная компонента скорости частиц совпадает с окружной компонентой скорости газа. Приравнивая значение аэродинамической (1) и центробежной (2) сил и проводя соответствующие преобразования, получаем для частиц граничного размера

Величина τ=ρmδ2/18µ является временем динамической релаксации частицы, характеризующим быстроту изменения динамических свойств частиц диаметрами δ с плотностью ρm в потоке газа плотностью ρ и кинематической вязкостью ν, так как µ=ρν. Установлено [6], что скорость движения частицы зависит помимо скорости газа и от параметра τ. Если скорость воздушного потока является переменной величиной, то в зависимости от того, как быстро она меняется, степень увлечения частицы потоком газа будет зависеть от времени динамической релаксации.

Пример осуществления способа и устройство для его осуществления показано на чертеже.

Устройство воздушно-центробежной классификации порошков состоит из корпуса классификатора 1, коллектора 2 с соплами 3, ротора 4 с приводом 5 и дисковыми элементами, образующими зону сепарации 6, дозатора 7 с горловиной 8, воздухораспределительного устройства 9 с заслонкой 10, первым выводным патрубком и расходомером 11, вторым выводным патрубком и расходомером 12, выходного патрубка классификатора 13, соединенного с циклоном 14, фильтра 15, вентилятора высокого давления 16, бункера приема крупной фракции 17 и бункера приема мелкой фракции 18, пульсатора 19 с подвижным диском 20 и неподвижным диском 21.

Устройство работает следующим образом. Вентилятор высокого давления 16 создает воздушный поток, который поступает в воздухораспределительное устройство 9. Часть воздушного потока, регулируемого заслонкой 10, поступает по патрубку 11 с расходомером в горловину 8 дозатора 7, а основной поток движется по патрубку 12 в коллектор 2 к соплам 3. Исходный порошок вместе с воздушным потоком поступает по центральному каналу в середину зоны разделения 5, образованную дисковыми элементами ротора 4.

Предварительная классификация исходного порошка происходит под воздействием центробежных сил, создаваемых за счет ротора 4, приводимого во вращение электродвигателем 6 и противоположно направленных сил аэродинамического сопротивления частиц основного закрученного потока, поступающего из сопел 3. По мере прохождения частиц в зоне сепарации происходит их разделение по крупности: крупные частицы движутся на периферию зоны сепарации 5, а мелкие вместе с потоком воздуха - к центру вращения ротора 4 и к пульсатору 19. Противоток основного воздушного потока и крупных частиц на выходе из зоны сепарации 5 способствует доочистке крупного продукта от мелких частиц. Крупные частицы под действием силы тяжести поступают в бункер приема крупной фракции 17. Пульсатор 19, состоящий из двух одинаковых соосных дисков с окнами, один из которых 20 закреплен на роторе, а другой 21 - на неподвижном выходном патрубке 13 классификатора, обеспечивает пульсацию радиальной компоненты скорости несущего потока на выходе из зоны сепарации мелкой фракции разделения. Диски 20 и 21 пульсатора 19 сменные и выполняются с различным количеством окон для изменения частоты пульсаций от 10 до 5000 1/с. Пульсирующая аэродинамическая сила производит дезагрегацию мелкой фракции за счет различного времени релаксации частиц разных размеров, что обеспечивает окончательное разрушение агломератов. Здесь осуществляется окончательная классификация порошка, особенно по граничному размеру меньше 10 мкм. Увлекаемые воздушным потоком частицы мелкого продукта выводятся по патрубку 13 в циклон 14, где за счет интенсивных центробежных сил оседают в бункере приема мелкой фракции 17. Воздушный поток из циклона 14 поступает на фильтр 15, а затем в вентилятор высокого давления 16.

Приведем пример предварительного расчета необходимой частоты пульсаций при разделении кварцевого песка плотностью ρm=2600 кг/м3 по граничному размеру 5 мкм. Плотность воздуха ρ=1,2 кг/м3, кинематическая вязкость ν=1,5·10-5 м2/с.

Рассчитаем время релаксации для частиц граничного размера

τ=2,6·103·25·10-12/18·1,2·1,5·10-5=2·10-4 с.

Данное время релаксации обеспечивается частотой пульсаций f=1/τ=0.5·1041/с.

Граничный размер 5 мкм в классификаторе с зоной сепарации радиусом 0,12 м и расходом несущего потока 0,05 м3/с обеспечивается скоростью вращения ротора ω=60 об/с. Для реализации необходимой частоты пульсаций при данном режиме разделения в дисках пульсатора должно быть выполнено n=f/ω≈80 окон.

Для граничного размера 10 мкм при тех же условиях и скорости вращения ротора ω=41 об/с в дисках пульсатора необходимо выполнить 30 окон.

Для граничного размера 20 мкм при тех же условиях и скорости вращения ротора ω=25 об/с в дисках пульсатора необходимо выполнить 13 окон.

Таблица
Характеристики классификационной установки.
Характеристика Прототип Заявляемая установка
Граничный размер разделения, мкм 15.7 5.0
КПД классификатора, % 65 80
Степень проскока, % 12 7
Эффективность разделения, по Ханкоку-Луйкену 0.65 0.77
Выход целевого продукта, % около 60 около 75
Характеристики по мелкому продукту
Содержание фракций (мкм), мас.% 10 25
0-3 25 60
3-7 45 15
7-10 14
10-14 5
14-20 1
Средний диаметр частиц, мкм 4,5 2,5
Удельная поверхность, м2 0,40-0,60 0,50-0,85

Совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели - повышение эффективности классификации и расширение диапазона регулирования границы разделения, особенно в области размеров частиц менее 10 мкм.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2162752, B07B 7/083, Способ сухой классификации частиц порошкового материала, БИ, 2001.

2. Патент РФ №2036027, B07B 7/083, Воздушный сепаратор центробежного действия. БИ, 1995.

3. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М: Химия, 1989, с.30-84.

4. Патент РФ №1424875, B07B 7/083, Способ классификации дисперсных материалов. БИ, 1988.

5. Патент РФ №1717267, B07B 7/083, Устройство для классификации порошкообразных материалов. БИ, 1992.

6. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами. М.: ФИЗМАГЛИТ, 2003, с.27.

7. Страус В. Промышленная очистка газов. Москва: Химия, 1981, с 198-223.

1. Способ воздушно-центробежной классификации порошков, включающий ввод порошка и части воздушного потока в зону сепарации, дезагрегацию порошка, классификацию порошка под действием центробежных и противоположно им направленных пульсирующих аэродинамических сил, вывод крупной и мелкой фракций, отличающийся тем, что воздушный поток разделяют на два потока, один из которых с расходом (10-20)% воздушного потока подают в горловину дозатора, а основной поток с расходом (80-90)% подают на вход в зону разделения, а на выходе из зоны разделения создают пульсирующий поток переменного сечения.

2. Устройство для воздушно-центробежной классификации порошков, включающее в себя корпус, коллектор с соплами, ротор с приводом и дисковыми элементами, образующие зону разделения, дозатор с горловиной, воздухораспределительное устройство с патрубками, расходомерами и заслонкой, патрубок вывода мелкой фракции с воздушным потоком, соединенный с циклоном, фильтр, вентилятор высокого давления, емкости сбора продуктов разделения, отличающееся тем, что первый патрубок воздухораспределительного устройства соединен с горловиной дозатора, а второй подсоединен к коллектору с соплами, а на выходе из зоны разделения установлен пульсатор, состоящий из двух одинаковых соосных дисков с радиальной перфорацией, количество которых составляет 13-80 окон, один из которых закреплен на роторе, а другой - на неподвижном выходном патрубке классификатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к воздушным центробежным классификаторам с вращающимся рабочим органом, и может найти применение в строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения различных сыпучих материалов по крупности.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушно-центробежным классификаторам, и может быть использовано в строительной, горно-обогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения по крупности различных сыпучих материалов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушно-центробежным классификаторам, и может быть использовано в строительной, горно-обогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения по крупности различных сыпучих материалов.

Изобретение относится к устройствам для классификации тонкоизмельченного полидисперсного сыпучего материала на две фракции, частицы продукта которых отличаются крупностью и аэродинамическими свойствами.

Изобретение относится к технике электромассклассификаторов и предназначено для непрерывного разделения на фракции неоднородных порошковых материалов, включая техногенное и природное сырье.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к воздушным центробежным классификаторам с вращающимся рабочим органом, и может найти применение в строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения различных сыпучих материалов по крупности.

Изобретение относится к разделению сыпучих материалов, в частности к сортировке порошков и других подобных материалов с помощью динамических воздушных сепараторов.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушно-центробежным классификаторам, в которых центробежная сила создается вращающимся ротором или поворотными лопатками, и может найти применение в строительной, горнообогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения порошкообразного материала по крупности на две фракции: крупную и мелкую.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушно-центробежным классификаторам, и может найти применение в строительной, горнообогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения порошкообразных материалов по крупности.

Изобретение относится к сепарации сыпучих материалов с применением электрических и воздушных методов и может быть использовано в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности и других отраслях.
Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к дезинтеграции кусковой горной массы, которая содержит частицы полезного компонента в обособленном виде или в породных сростках

Изобретение относится к устройствам для разделения частиц в смесях по размеру и измельчения целых зерен и крупных частиц до проходового размера при дроблении зернового сырья комбикормов и других продуктов

Изобретение предназначено для отделения древесных волокон от потока пара. Сепаратор включает корпус, включающий первую камеру, определяющую изогнутую траекторию потока пара, проходящего через сепаратор, и вторую камеру, причем первая камера прилегает ко второй камере и камеры разделены разделительной стенкой; ротор в сборе, расположенный в первой камере, которая включает внешнюю радиальную зону, которая продолжается радиально между ротором в сборе и внутренней поверхностью первой камеры; входной порт потока в первую камеру и выходной порт волокон из первой камеры, причем входной и выходной порты выровнены по отношению к внешней зоне первой камеры, при этом отверстие прохода для пара в первой цилиндрической камере находится радиально внутри от наружной радиальной зоны, ротор в сборе включает лопатки ротора, ширина которых проходит по существу по всей ширине первой камеры, так что по существу нет пустот между боковыми краями лопаток и соответствующей боковой стенкой первой камеры для предотвращения накопления волокон на боковой стенке и краях лопаток. Технический результат: устранение истирания кромок лопастей ротора о корпус и накопления волокон в небольших пустотах между краями ротора и корпусом. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к воздушным центробежным классификаторам с вращающимся рабочим органом, и может найти применение в строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения различных сыпучих материалов по крупности. Воздушный центробежно-динамический классификатор, содержащий корпус с крышкой, выполненной с отверстиями, рабочий орган, состоящий из верхнего диска, нижнего диска и лопаток, расположенных между дисками на их периферийной части, тангенциальный патрубок для подачи исходного материала, расположенный в верхней части корпуса, патрубок для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком, расположенный в верхней части корпуса и сообщающийся с центральной частью рабочего органа, патрубок для вывода крупной фракции с разгрузочным устройством, расположенный в нижней части корпуса, и привод рабочего органа. Отверстия выполнены вокруг патрубка для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком. Классификатор содержит плоское кольцо, расположенное непосредственно над крышкой корпуса с возможностью фиксированного вращения вокруг патрубка для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком и выполненное с отверстиями, совпадающими с отверстиями, выполненными в крышке корпуса. Технический результат - повышение эффективности классификации. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушным центробежно-инерционным классификаторам, и может быть использовано в строительной, горно-обогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения по крупности различных сыпучих материалов. Воздушный центробежно-инерционный классификатор содержит наружный цилиндроконический корпус с крышкой, выполненной воронкообразной с выходным отверстием, расположенным вверху, патрубком для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком, расположенным на крышке корпуса, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, внутренний цилиндроконический корпус со слабоконической крышкой, установленной вершиной вверх, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, лопатки, снабженные механизмом фиксированного поворота вокруг горизонтальной оси и расположенные равномерно между цилиндрическими участками наружного и внутреннего корпусов, и трубу для подачи исходного материала вместе с воздушным потоком, расположенную в нижней части наружного корпуса. Цилиндрические части внутреннего и промежуточного корпусов выполнены с кольцевыми карманами. Поворотные лопатки своими боковыми частями расположены в этих карманах. Технический результат - повышение эффективности разделения материала. 1 ил.

Изобретение относится к технике для разделения сыпучих материалов, например порошков, с различным гранулометрическим составом частиц на фракции и может быть использовано в промышленности строительных материалов, химической, энергетической и других отраслях. Циркуляционный динамический сепаратор сыпучих материалов состоит из корпуса, загрузочного канала, приводного вала, вентилятора, распределительного диска, контрлопастей, крыльчатки, камеры осаждения крупной фракции, соединенной лопастями с расположенной над ней сепарационной камерой, камеры осаждения мелкой фракции, разгрузочных каналов мелкой и крупной фракций. На внутренней поверхности сепарационной камеры закреплено устройство для дополнительного закручивания пылегазового потока, выполненное в виде рядов многозаходных лент. Ленты каждого ряда эквидистантно расположены на внутренней поверхности сепарационной камеры по многозаходным винтовым линиям с направлением винта в сторону вращения приводного вала. Ленты по отношению к внутренней поверхности сепарационной камеры закреплены с образованием каналов отвода материала. Технический результат - повышение эффективности процесса сепарации циркуляционного динамического сепаратора сыпучих материалов. 2 ил.

Изобретение относится к промышленной установке для разделения гранулированных материалов, в частности для классификации порошков или подобных материалов с помощью динамических воздушных сепараторов. Динамический воздушный сепаратор для разделения материалов, состоящих из частиц разных размеров, на фракции по размеру частиц содержит вращающийся решетчатый барабан, сверху которого подается подлежащий обработке материал, и камеру рекуперации тонкодисперсных частиц, размещенную коаксиально в продолжении вращающегося решетчатого барабана. Сепаратор содержит шкив вентилятора, установленный коаксиально камере рекуперации тонкодисперсных частиц. Шкив вентилятора расположен на конце канала выпуска очищенного воздуха, выходящего из камеры рекуперации тонкодисперсных частиц, так чтобы при использовании всасывать этот воздух и подавать его в направлении камеры распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана. Шкив вентилятора окружен оболочкой, обеспечивающей возможность направления воздуха. Шкив вентилятора находится над вращающимся решетчатым барабаном или под ним. Технический результат - повышение эффективности сепарации. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к устройствам для классификации тонкоизмельченного полидисперсного сыпучего материала на две фракции, частицы которых отличаются крупностью, плотностью и аэродинамическими свойствами. Центробежный классификатор содержит корпус с вращающимся рабочим органом, привод рабочего органа, тангенциальный патрубок для подачи исходного материала вместе с воздухом, устройство для вывода тяжелой фракции, расположенное под рабочим органом и сообщающееся с ним, спиральную улитку с тангенциальным патрубком для выхода легкой фракции, сообщающуюся с центральной частью рабочего органа и установленную в верхней части классификатора. Корпус выполнен цилиндроконическим и снабжен закрепленным в нем полым цилиндром, выполненным с глухим нижним торцом, в верхней части которого установлена спиральная улитка с тангенциальным патрубком для выхода легкой фракции. Вращающийся рабочий орган состоит из приводного вала с закрепленным на нем диском, на периферийной части которого выполнены вихревые камеры и основные каналы, имеющие отводящие узкие каналы эвольвентного профиля для рециркуляции и отвода тяжелых частиц. Технический результат - повышение эффективности классификации. 3 ил.
Наверх