Способ получения активированной суспензии
Изобретение относится к технологии получения суспензии с ее одновременной активацией и может быть использовано в строительстве, производстве строительных материалов, угольной энергетике, а также других отраслях, где используются суспензии. Способ заключается в том, что в накопительной емкости 1 смешивают твердый и жидкий компоненты, а полученную смесь разгоняют в разгонной камере 3 до скорости 170-300 м/с. Смесь разгоняют посредством центробежного насоса 2. Струю смеси для измельчения твердого компонента в помольной камере 4 соударяют по меньшей мере с одной бронепластиной 9. Способ обеспечивает повышение эффективности измельчения твердых частиц суспензии с одновременным повышением степени гомогенизации суспензии. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения суспензии с ее одновременной активацией (измельчением твердой фракции) и может быть использовано в строительстве, производстве строительных материалов, угольной энергетике, а также других отраслях, где используются суспензии.
Из уровня техники известен способ получения суспензии, при котором осуществляют разгон струи жидкости и ее столкновение с мишенью, в результате чего происходит измельчение материала мишени с образованием твердых частиц и их смешивание с жидкостью с получением суспензии (см. патент РФ №2397012, 20.08.2010 /1/). Недостатком данного способа является его низкая производительность, а также сложность управления размером частиц получаемой суспензии.
Из уровня техники известен способ получения суспензии, при котором смешивают жидкий и твердый компоненты в смесительной камере и затем подают полученную смесь в камеру помола, в которой установлен двухроторный измельчитель (патент РФ №2301707, 27.06.2007 /2/). В данном способе, выбранном в качестве ближайшего аналога, реализуется циклический процесс измельчения до получения требуемых параметров твердых частиц.
Недостатками известного способа являются его малая производительность и низкая степень гомогенизации размера частиц.
Задачей изобретения является устранение недостатков ближайшего аналога.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности измельчения твердых частиц суспензии и степени гомогенизации суспензии.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения активированной суспензии включает смешивание твердого и жидкого компонентов, разгон полученной смеси и соударение струи смеси по меньшей мере с одной бронепластиной с обеспечением измельчения твердого компонента.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:
- смешивание компонентов осуществляют в накопительной емкости, а после соударения струи с бронепластиной полученную суспензию из разгонной камеры возвращают в накопительную емкость и осуществляют циклическую обработку суспензии до получения требуемого размера твердого компонента суспензии,
- струю смеси разгоняют до скорости 170-300 м/с,
- осуществляют соударение струи смеси с неподвижной бронепластиной,
- осуществляют соударение струи смеси с бронепластинами, закрепленными на роторе при его вращении,
- перед смешиванием твердый компонент подают на упомянутый вращающийся ротор с обеспечением предварительного измельчения,
- в накопительную емкость дополнительно подают сжатый воздух с обеспечением создания в емкости избыточного давления.
В отличие от аналога в заявленном устройстве измельчение твердого компонента осуществляется путем разгона суспензии и ее последующего соударения с бронепластиной. При этом происходит интенсивное измельчение твердого компонента суспензии с активацией и нагревом. В результате повышается производительность способа и степень гомогенизации суспензии.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан первый вариант реализации устройства для осуществления заявленного способа,
на фиг. 2 показан второй вариант реализации устройства для осуществления заявленного способа,
на фиг. 3 показаны фотографии под микроскопом суспензий, полученных ручным смешиванием (а), смешиванием с помощью дрели-миксера (б) и заявленным способом (в).
Устройство для реализации способа (фиг. 1, 2) включает следующие последовательно соединенные элементы: накопительную емкость (1) для смешивания твердого и жидкого компонентов, центробежный насос (2) для подачи и разгона полученной смеси, разгонную камеру (3) и помольную камеру (4). При этом помольная камера (4) через отводной патрубок (5) соединена с входом накопительной емкости (1) с образованием замкнутой системы для циклического измельчения твердого компонента (твердых частиц) суспензии до получения требуемых размеров.
Накопительная емкость (1) снабжена загрузочной горловиной (6) с люком для герметичного задраивания, а также штуцером (7) для подачи воздуха для получения избыточного давления в системе. В корпусе насоса выполнен разгрузочный патрубок (8) для выгрузки готовой суспензии.
В помольной камере (4) установлена по меньшей мере одна бронепластина (9).
В одном варианте реализации (фиг. 1) в камере (4) установлена одна бронепластина (9), имеющая возможность перемещения в вертикальной и/или горизонтальной плоскости, изменения угла наклона относительно оси сопла разгонной камеры и фиксации в требуемом положении. При этом в процессе работы устройства бронепластина (9) неподвижна.
В другом варианте реализации (фиг. 2) устройство содержит несколько бронепластин (9), закрепленных на роторе (10). При этом в данном варианте помольная камера (4) может быть также снабжена дополнительной загрузочной горловиной (11) для твердого компонента с герметичной заслонкой. При этом ротор (10) с бронепластинами (9) размещен в помольной камере (4) таким образом, что при его вращении будет происходить первичный размол подаваемого через горловину твердого компонента при его столкновении с бронепластинами (9) и последующее измельчение твердого компонента в суспензии, подаваемой из разгонной камеры (3). При этом обеспечится увеличение силы удара струи суспензии о вращающиеся во встречном направлении со значительной линейной скоростью бронепластины (9) ротора (10) вследствие сложения скоростей ротора (10) и струи суспензии. Данный вариант наиболее предпочтителен для размола твердой фракции с размером частиц 6-100 мм. Бронепластина может быть изготовлена из легированной стали либо другого материала с близкими ей свойствами.
Способ реализуется следующим образом.
При использовании первого варианта конструкции устройства предварительно бронепластину (9) устанавливают в требуемое положение путем изменения ее положения и угла наклона. Положение бронепластины (9) подбирается в зависимости от характеристик обрабатываемого материала и требуемых выходных параметров суспензии. В накопительную емкость (1) при закрытом патрубке (8) подают технологическую жидкость (воду) и включают двигатель центробежного насоса (2). После начала циркуляции через загрузочную горловину (6) в накопительную емкость (1) загружают твердую фракцию (твердый компонент), измельченную до размера 6-8 мм, после чего горловину (6) задраивают. В разгонной камере (3) полученную смесь жидкого и твердого компонентов (суспензию) разгоняют до скорости 170-300 м/с и в помольной камере (4) соударяют с бронепластиной (9) или бронепластинами (9), в результате чего происходит измельчение твердой фракции. Данной скорости струи достаточно для решения большинства задач, но при необходимости этот параметр может быть изменен в любую сторону путем изменения параметров (сечений) разгонной камеры (3) или скорости вращения центробежного насоса. Далее, по отводному патрубку (5) суспензия попадает обратно в накопительную емкость (1). Таким образом, осуществляют циклическую обработку суспензии при ее циркуляции по упомянутому контуру. При этом время обработки определяется достижением заданных параметров суспензии, родом твердой фракции и его начальным гранулометрическим составом. После завершения процесса открывают разгрузочный патрубок (8) и выгружают активированную суспензию для дальнейшего использования в соответствии с технологическим процессом. При необходимости через штуцер (7) во внутреннюю полость емкости (1) подают сжатый воздух для получения избыточного давления в системе. Избыточное давление способствует уменьшению расслаивания струи после выхода ее из разгонной камеры (3) и увеличению силы удара о бронепластину (9). Также избыточное давление упрощает процесс выгрузки готовой суспензии из разгрузочного патрубка (8) и снижает кавитационный порог центробежного насоса. В случае, когда для обработки суспензии необходим кавитационный эффект, используется вакуумный насос. Снижение давления приводит к понижению температуры кипения жидкости и, как следствие, к повышенной кавитации как в центробежном насосе, так и в помольной камере.
В случае второго варианта конструкции (фиг. 2) твердую фракцию загружают через дополнительную горловину (11), при этом происходит первичное измельчение частиц до их попадания в накопительную емкость (1). В остальном процесс работы устройства аналогичен первому варианту.
Далее в качестве примера реализации способа рассмотрена технология приготовления бетонной смеси.
Бетонную смесь готовят по раздельной технологии.
1. По описанной технологии приготавливают суспензию из дозированных в требуемой пропорции воды и вяжущего вещества, способного к гидратации (цемент, граншлак, клинкер с гипсом и пр.). В процессе работы устройства происходит необходимое измельчение вяжущего вещества, активация и гомогенизация до образования однородной суспензии (цементного теста).
2. Цементное тесто подают в бетоносмеситель и замешивают с заполнителями.
В таблице 1 приведены результаты смешивания и их сравнение с технологией ручного смешивания суспензии, а также смешивания при помощи дрели-миксера.
| Таблица 1 | ||||
| Тип замеса | Средний размер входного зерна (цемент М500) | Средний размер зерна после замеса | Время замеса | Интенсивность замеса |
| Ручной | 30-80 мкм | 30-80 мкм | 300 сек | Интенсивное воздействие |
| Дрель-миксер Bosch GRW 11 Е | 30-80 мкм | 30-60 мкм | 300 сек | Интенсивное воздействие 1150 Вт, 640 об/м |
| Предлагаемый способ | 30-80 мкм | менее 30 мкм | 150 сек | Средний режим: 2000 Вт, 1500 об/м |
На фиг. 3 показаны фотографии суспензии под микроскопом, полученные ручным смешиванием (а), смешиванием с помощью дрели-миксера (б) и заявленным способом (в). Результаты показывают, что в отличие от традиционных технологий в заявленном способе осуществляется измельчение твердой фракции суспензии, а кроме того, полученная суспензия обладает лучшей степенью гомогенизации.
При получении суспензии по предлагаемому способу достигается повышение степени активации бетонной смеси, темпов твердения, снижения расхода вяжущего вещества и затрат на приготовление бетонной смеси за счет исключения из технологического процесса тонкого помола клинкера на цементных производствах и хранения непосредственно цемента во влагозащищенных хранилищах до момента использования.
Аналогично процессу приготовления цементного теста готовятся буровые и иные специальные растворы, при приготовлении которых требуются диспергация и гомогенизация.
Предлагаемый способ может быть использован:
- при производстве бетонных смесей и изделий из них,
- при производстве ячеистых бетонов,
- для приготовления и утяжеления буровых растворов,
- для приготовления водоугольного и водоторфного топлива.
Таким образом, в заявленном способе происходит интенсивное измельчение твердого компонента с активацией и нагревом. Фактически осуществляется тонкий помол твердого компонента совместно с интенсивной гомогенизацией. Путем регулирования скорости струи суспензии посредством изменения оборотов центробежного насоса, зазора между соплом разгонной камеры и бронепластиной можно с высокой точностью получить требуемые параметры обработки суспензии. Дополнительное использование ротора для предварительного измельчения крупной фракции позволяет проводить одностадийное приготовление суспензий. Предлагаемый способ отличается простотой, высокой производительностью и эффективностью, обусловленной отсутствием мелющих тел и быстроизнашивающихся деталей, а также возможностью управления степенью измельчения.
1. Способ получения активированной суспензии, заключающийся в том, что в накопительной емкости смешивают твердый и жидкий компоненты, разгоняют полученную смесь в разгонной камере до скорости 170-300 м/с посредством центробежного насоса и соударяют в помольной камере струю смеси по меньшей мере с одной бронепластиной, обеспечивая измельчение твердого компонента.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после соударения струи смеси с бронепластиной полученную суспензию из помольной камеры возвращают в накопительную емкость и осуществляют циклическую обработку суспензии до получения требуемого размера ее твердого компонента.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что соударение струи смеси осуществляют с неподвижной бронепластиной.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что соударение струи смеси осуществляют с бронепластинами, закрепленными на роторе, при этом соударение осуществляют при вращении ротора.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что перед смешиванием твердого и жидкого компонентов твердый компонент подают на упомянутый вращающийся ротор для обеспечения предварительного измельчения твердого компонента.
6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в накопительную емкость дополнительно подают сжатый воздух для обеспечения создания в емкости избыточного давления.
