Устройство для электростатической классификации тонкодисперсных материалов



Устройство для электростатической классификации тонкодисперсных материалов
Устройство для электростатической классификации тонкодисперсных материалов

 


Владельцы патента RU 2634664:

Легай Вячеслав Геннадьевич (RU)
Легай Геннадий Вячеславович (RU)
Дядин Валерий Иванович (RU)

Изобретение относится к классификации дисперсных материалов в электростатических полях и может быть использовано в металлургической, строительной, горно-обогатительной, химической и других отраслях промышленности. Устройство содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок, соединенный с вакуумным шлюзом, в нижней части переходящий в кольцевую рабочую щель, высоковольтный источник питания, размещенный внутри полого цилиндра - корпуса зарядных электродов, установленного в верхней части на оси корпуса классификатора, зарядный электрод, размещенный по спирали на поверхности полого цилиндра, смонтированный на изоляторах, входной патрубок вакуумного насоса, снабженный фильтром, размещенным в нижней части корпуса классификатора, вынесенную за пределы корпуса вакуумную систему; систему осадительных электродов, установленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполненных в форме открытых усеченных конусов, входы которых забраны сеткой, с внешними кромками, переходящими в желоба, соединенные патрубками с приемными емкостями, имеющими выходные патрубки с клапанами для присоединения к вакуумным шлюзам. Корпус устройства вакуумирован, а для непрерывной подачи и отбора классифицируемых материалов используют вакуумные шлюзы. Повышается эффективность классификации по размеру тонкодисперсных материалов. 1 ил.

 

Разработка и создание эффективного классификатора тонкодисперсных материалов становится все более актуальной в связи с прогрессом в порошковой металлургии, нанотехнологиях, развитием производства современных строительных материалов, горно-обогатительной, химической, фармацевтической и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к способам классификации дисперсных материалов в электрических полях и может быть использовано в металлургической, строительной, горно-обогатительной, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известны классификаторы дисперсных материалов, в которых разделение частиц исходного материала по крупности основано на различии величин действия сил, применяемых в рабочем объеме - массовой (гравитационной и/или инерционной) и силы вязкого трения частиц в воздушном потоке.

Массовая сила (гравитационная и/или инерционная), действующая на частицы, зависит от размера и плотности частиц:

а сила вязкого трения - от размера, формы и скорости движения частиц в среде, а также вязкости и плотности среды:

где: d - диаметр частицы;

ρч - плотность частицы;

ρс - плотность среды;

λ - коэффициент сопротивления;

υ - скорость частицы относительно среды;

g - ускорение свободного падения.

Если массовая сила зависит, главным образом, от свойств частицы, то сила вязкого трения, в основном, определяется свойствами потока среды и его взаимодействием с поверхностью частиц. Турбулентности, возникающие в потоке среды, приводят к возникновению сил, перемешивающих частицы, и результаты классификации всегда оказываются хуже желаемых.

Известны классификаторы, в которых наряду с гравитационными силами, и силами вязкого трения для обеспечения более четкой классификации по размерам дополнительно используют еще и электростатические силы (Патент РФ, №2058827 В03С 3/15, 3/16; Патент РФ, №2064345, В03С 7/00), а также используют плазму, генерируемую бегущей ТЕМ-волной высокой интенсивности (Заявка РФ, №92014980/26, В03С 3/00). Перечисленные классификаторы имеют высокую производительность, но также недостаточно селективны при разделении микронных и, особенно, субмикронных материалов. В этих способах и устройствах, их реализующих, частицы классифицируемого материала получают электрический заряд

где Q – заряд, получаемый частицей, находящейся в области тихого разряда к моменту времени t;

Е - напряженность электрического поля в точке рабочего пространства, в которой находится частица;

r - радиус сферической частицы;

k - подвижность ионов;

n - концентрация ионов в электрическом поле тихого разряда, достигающая 1010-1011 ионов/см3;

е - заряд электрона.

В электростатическом поле, создаваемом системой электродов в рабочем пространстве классификатора, на заряженную частицу действует дополнительная, играющая главную роль сила

где Q - заряд частицы,

Е - напряженность электрического поля в месте нахождения частицы.

Недостатки перечисленных и им подобных способов и устройств обусловлены противоречием между действием сил гравитационных и электростатических, упорядочивающих движение частиц, и сил вязкого трения внутри транспортирующих потоков, приводящих к перемешиванию классифицируемых частиц.

Целью предлагаемого изобретения: является разработка эффективного способа и устройства классификации тонкодисперсных материалов.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе и устройстве из процесса классификации исключены силы вязкого трения.

По совокупности существенных признаков в качестве прототипа выбран «Способ сепарации мелкодисперсных порошков и устройство для его осуществления» (см. патент РФ №2136382, В03С 07/00).

Решение поставленной задачи достигают тем, что в предлагаемом способе и устройстве классификацию падающего потока дисперсного материала производят путем зарядки и осаждения заряженных частиц тихим разрядом, создаваемым системой электродов в вакуумной рабочей камере.

Предлагаемый способ осуществляется в устройстве следующим образом. В вакуумированный корпус классификатора, содержащий систему электризующих и осадительных электродов, вакуумным шлюзом сверху подают подготовленный для классификации материал. Частицы материала, проходя через кольцевую рабочую щель, тонким слоем падают в рабочую камеру, электризуются системой зарядных электродов и под действием электростатического поля движутся к осадительным электродам в приемные емкости.

В вакууме под действием силы тяжести все частицы, независимо от размера и площади поверхности, движутся с одинаковым ускорением и за один и тот же промежуток времени приобретают одинаковые скорости, поэтому выделение частиц и разделение их по размерам будет происходить только в результате их взаимодействия с электрическим полем (в устройстве направление электростатического поля перпендикулярно направлению гравитационного поля).

Сила взаимодействия частиц с электростатическим полем зависит от величины заряда, получаемого частицей, величина которого связана, главным образом, с площадью поверхности частицы. Поэтому радиальное ускорение, которое приобретет частица в электростатическом поле, будет пропорционально произведению заряда, полученного частицей, на напряженность поля:

Где: m - масса частицы;

a r - радиальное ускорение;

Q - заряд частицы;

Е - напряженность электростатического поля.

Но, т.к. m~r3, a Q~r2, то (5) можно представить как:

откуда:

Т.е. большее радиальное ускорение в электростатическом поле получают частицы меньшего размера. Поэтому они достигают осадительного электрода первыми и оказываются в самой верхней приемной емкости. А крупные частицы, получающие меньшие ускорения, к осадительному электроду прилетят последними и попадут в нижние приемные емкости.

Присоединив к патрубку соответствующей приемной емкости шлюз, выделенную фракцию частиц отбирают и выводят за пределы, не прерывая процесса классификации.

В вакууме силы вязкого трения отсутствуют, поэтому в рабочем пространстве классификатора нет турбулентных течений, и перемешивания частиц при их движении не происходит, а разделение по размерам оказывается более селективным (острым) и эффективным, чем в любом из традиционных классификаторов, разделяющих дисперсный материал в вязких средах.

Вакуум, который необходим для работы классификатора, выбирают, исходя из следующего соображения: необходимо, чтобы длина свободного пробега молекулы азота (наиболее массовой составляющей воздуха) стала больше или равной расстоянию между зарядным и осадительным электродами в классификаторе.

Чтобы оценить диапазон давлений, при которых может работать классификатор, воспользуемся эмпирическим соотношением, используемым для упрощенных расчетов средней длины свободного пробега молекул в вакуумной технике:

Откуда

Где: Р - давление в мм рт.ст.;

<l> - средняя длина свободного пробега молекул воздуха в метрах.

Расстояние между зарядным и осадительным электродами в классификаторе ~10-1м (порядка 10 см), следовательно, среднюю длину свободного пробега молекулы азота ~0,05-0,5 м будут иметь при давлении Р~10-2-10-3 мм рт.ст., что вполне достижимо для современных форвакуумных насосов.

Предлагаемое устройство по способу (классификатор) содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок 2, соединенный с вакуумным шлюзом 3. Патрубок в нижней части переходит в кольцевую рабочую щель 4. Высоковольтный источник питания 6 размещен внутри корпуса зарядных электродов 5 - полого цилиндра, установленного в верхней части корпуса 1 классификатора. На поверхности корпуса зарядных электродов - полого цилиндра по спирали на изоляторах смонтирован проводник с зарядными электродами в виде острий 7. Острия зарядных электродов выполнены из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. В нижней части корпуса классификатора размещен снабженный фильтром 11 входной патрубок вакуумного насоса 12, вынесенного за пределы корпуса классификатора. Осадительные электроды 8 установлены на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполнены в форме открытых сверху, забранных сеткой усеченных конусов, нижние кромки которых переходят в желоба, соединенные с приемными емкостями 9. Число осадительных электродов с приемными емкостями равно количеству фракций, выделяемых классификатором из исходного материала. Каждая приемная емкость имеет выходной патрубок с клапаном 10 для присоединения к вакуумному шлюзу 3 (см. Рис. 1).

Заряд частиц классифицируемого материала, как и в способе по патенту РФ №2136382 В03С 07/00, осуществляют тихим разрядом.

Предлагаемый способ классификации реализуют с помощью устройства следующим образом: подготовленный для классификации материал вакуумным шлюзом 2 подают через входной патрубок в кольцевую входную щель 2, после прохождения которой материал тонким слоем попадает под воздействие электрического разряда, стекающего с острий зарядного электрода 6, при этом частицы классифицируемого материала получают заряд

где Q - заряд частицы, находящейся в области тихого разряда к моменту времени t;

Е - напряженность электрического поля в месте нахождения частицы;

ε - относительная диэлектрическая проницаемость частицы;

r - радиус сферической частицы;

k - подвижность ионов;

n - концентрация ионов в электрическом поле тихого разряда, достигающая 1010-1011 ионов/см3;

е - заряд электрона; под воздействием электрического поля между зарядным 7 и осадительным 8 электродами, движутся в радиальном направлении к осадительным электродам, связанным с приемными емкостями 9, входы которых открыты на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора. Каждая приемная емкость имеет свой выходной патрубок 10 с клапаном для отбора классифицированного материала. Отбор выделенных фракций материала производят, присоединяя к патрубку приемной емкости вакуумный шлюз, выводя их за пределы устройства, не прерывая работы классификатора.

На рисунке 1:

1. цилиндрический корпус;

2. входной патрубок 2;

3. вакуумный шлюз;

4. кольцевая рабочая щель;

5. цилиндрический корпус зарядных электродов;

6. Высоковольтный источник питания;

7. Острия зарядного электрода;

8. Осадительные электроды;

9. Приемные емкости;

10. патрубок с клапаном;

11. Фильтр;

12. входной патрубок вакуумного насоса.

Число осадительных электродов с приемными емкостями равно количеству фракций, выделяемых классификатором из исходного материала. Каждая приемная емкость имеет выходной патрубок для присоединения к вакуумному шлюзу 3.

Устройство для электростатической классификации тонкодисперсных материалов, содержащее цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок, соединенный с вакуумным шлюзом, в нижней части переходящий в кольцевую рабочую щель; высоковольтный источник питания, размещенный внутри полого цилиндра - корпуса зарядных электродов, установленного в верхней части на оси корпуса классификатора; зарядный электрод, размещенный по спирали на поверхности полого цилиндра, смонтированный на изоляторах; входной патрубок вакуумного насоса, снабженный фильтром, размещенным в нижней части корпуса классификатора; вынесенную за пределы корпуса вакуумную систему; систему осадительных электродов, установленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполненных в форме открытых усеченных конусов, входы которых забраны сеткой, с внешними кромками, переходящими в желоба, соединенные патрубками с приемными емкостями, имеющими выходные патрубки с клапанами для присоединения к вакуумным шлюзам, отличающееся тем, что корпус устройства вакуумирован, а для непрерывной подачи и отбора классифицируемых материалов используют вакуумные шлюзы.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к электростатическому разделению смеси ценных веществ. Трубчатый сепаратор содержит корпусную трубу, имеющую расположенный на одном ее конце впуск для входа смеси из газа и твердого вещества, два расположенных друг напротив друга полевых электрода для отклонения положительно и отрицательно заряженных частиц твердого вещества в потоке смеси, два расположенных на другом конце трубы сепарационных язычка для отделения положительно и отрицательно заряженных частиц вещества друг от друга и от подлежащего дальнейшему прохождению и выпуску в середине несущей трубы потока из газа и незаряженных или недостаточно заряженных частиц.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и промышленности по обработке алмазов. Устройство разделения фракций содержит загрузочный бункер, соединенный с механическим дробильным устройством крупных агрегатов, соединенным с верхней секцией короба с прикрепленным к ней активатора металлов в виде источника высокого напряжения, емкости для приема фракций.

Изобретение относится к системам очистки воздуха с использованием электрического поля для поляризации частиц и материала и может использоваться в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, автономных блоках фильтров или вентиляторах, а также в промышленных системах очистки воздуха.
Изобретение может быть использовано при получении хлористого калия из сильвинитовых руд. Способ переработки калийсодержащих руд включает дробление руды, выщелачивание руды раствором горячего ненасыщенного щелока, отделение галитовых отходов от раствора насыщенного щелока фильтрацией.

Изобретение относится к сепарации сыпучих материалов в различных отраслях производства, где возникает необходимость разделения сыпучих материалов на фракции. .
Изобретение относится к разделению смеси полимерных частиц примерно одинакового диапазона плотности, но различного типа с химической точки зрения. .
Наверх