Способ сепарации взвещенных частиц

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 5539 9I

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.08.74 (21) 2054367/26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.77. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 17.05.77 (51) М. Кл.а В 01Р 51/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 66.084(088,8) и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. И. Тимошенко и И. А. Кипнис

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (54) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ВЗВЕШЕНИЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к способам разделения твердых материалов, а именно выделению твердых частиц из потока.

Известен способ акустической сепарации взвешенных частиц путем воздействия на них акустическими колебаниями (1). Однако известный способ не позволяет выделить частицы размером меньше 0,5 мкм и разделить частицы одинаковых размеров различной плотности.

С целью устранения указанных недостатков по предлагаемому способу акустические колебания генерируют в виде импульсов с периодом, меньшим времени релаксации сепарируемой частицы, и длительностью, возрастающей от 0,1 до 1 времени периода следования импульсов. При такой длительности импульса от общей массы взвешенных частиц отделяются частицы, время релаксации которых меньше, чем длительность импульса.

После отбора отделившихся частиц длительность импульса увеличивают и отбирают вновь отделившиеся частицы. Этот процесс повторяют до тех пор, пока длительность импульса станет порядка периода,следования импульса. После этого производят увеличение периода следования импульса и повторяется процесс изменения длительности импульса (при данном новом периоде следования).

Такая последовательность операций повторяется до тех пор, пока весь объем взвешенных частиц не будет отсепарирован.

Предлагаемый способ акустической сепа5 рации частиц заключается в том, что в объеме, содержащем подлежащие сепарации частицы, возбуждаются акустические колебания в виде периодической последовательности импульсов прямоугольной, трапецеидаль10 ной, пилообразной, или какой-либо иной формы, под действием которых частицы различных размеров или одинаковых размеров различной плотности получают различные смещения (дрейфуют) вследствие различных

15 времен релаксации частиц т=2Я р/р1, где

Rp — соответственно радиус и плотность частицы, q — динамическая вязкость среды. В зависимости от соотношения периода следования импульса Т и длительности импульса сме20 щение частицы может иметь различную величину и происходить в разные стороны относительно своего первоначального положения.

На фиг. 1 дан график, поясняющий движение взвешенных частиц под действием периодической последовательности импульсов (например, прямоугольной формы); на фиг. 2 показана установка для осуществления способа.

Пусть время релаксации частицы и длиЗО тельность импульса соотносятся с периодом

553991

55 следования как показано на фиг. 1а, б. Передний фронт импульса приводит частицу в движение в направлении, совпадающем с направлением смещения среды (Х; — амплитуда смещения среды). Вследствие большого времени релаксации по сравнению с длительностью импульса смещение частицы невелико. Под действием заднего фронта импульса направление движения частицы меняется на противоположное и .за оставшееся время паузы равное T — t частица приобретает большие смещения в противоположном направлении. Результирующее смещение частицы под действием нескольких импульсов будет происходить в сторону, противоположную направлению распространения колебаний в среде. В случае, показанном на фиг. 1 в, частица в течение периода следования импульса не получает смещения относительно своего первоначального положения вследствие равенства длительности импульса и длительности паузы. По мере роста длительности импульса при тех же соотношениях т и Т частица будет получать все большие смещения в направлении распространения колебаний среды (фиг, 1г) и в случае t) величина смещения частицы в течение нескольких периодов может значительно превзойти амплитуду колебательного смещения самой среды (фиг. 1д).

Следовательно, изменяя длительность импульса и период его следования, можно избирательно производить отделение частиц различных размеров.

Установка для осуществления способа состоит из стеклянной трубы 1 длиной 0,5 м, по концам которой установлены пьезоэлектрические излучатели 2 и 3. В нижней части трубы расположена узкая стеклянная пластина 4, вокруг которой редкими витками намотана проволока 5. Импульсы на излучатели 2 и 3 подают от схемы 6 формирования сдвинутых импульсов.

Пример осуществления способа.

Перед заполнением трубы аэрозолем проволоку 5 нагревают, что предотвращаетпреждевременное осаждение частиц на стеклянную пластинку. После заполнения трубы аэрозолем на пьезопластины от схемы формирования сдвинутых импульсов подают короткие

10 — сек. импульсы большой амплитуды (порядка 05 — 1,5 кВ). Проволоку 5 отключают от источника тока. Собственная резонансная частота пластин составляет 1 мГц. Добротность излучателей подбирается таким образом, чтобы после двух-трех периодов колебаний на собственной частоте собственные колебания пластины прекращались. Выбор частот и добротностей исключает влияние соб5

40 ственного излучения пьезопластин на изучаемый процесс. Колебания частоты (1 мГц) в воздухе практически не распространяются.

Схема формирования импульсов позволяет изменять амплитуды, длительности и периоды следования импульсов от 10 †до 10 †сек.

Пока остывает спираль, осаждение частиц на стеклянную пластину не происходит. Втечение этого времени производится сепарация частиц.

Излучатель 2 посылает в аэрозольную среду короткий импульс большой амплитуды («щелчок»). Под действием этого импульса частицы начинают направленно двигаться.

После прекращения воздействия импульса они движутся по инерции. Через некоторый промежуток времени на излучатель 2 поступает следующий импульс и т. д. Наибольшее смещение получают частицы, время релаксации которых меньше длительности импульсов. Далее изменяют длительность и период следования импульсов. После этого частицы свободно седиментируют на стеклянную пластинку, которую затем помещают под оптический микроскоп и изучают распределение частиц по размерам вдоль пластинки. При этом дальше всего от излучателя расположены частицы наименьшего размера. Среди частиц размерами 5 мкм только 0,5o частиц диаметром 0,3 мкм, среди частиц 1 мкм — 1, а среди частиц 0,5 мкм — 35 /о, частиц диаметром 0,3 мкм. Характерным является тот факт, что вблизи излучателя практически нет частиц наименьших размеров, а наибольшее их скопление наблюдается вдали от излучающего преобразователя. Частицы размерами меньше 0,3 мкм находятся еще дальше от излучателя. Среди них в незначительном количестве присутствуют и частицы больших размеров (в общей сложности до 15 /о).

Формула изобретения

Способ сепарации взвешенных частиц путем воздействия на них акустическими колебаниями, отличающийся тем, что, с целью сепарации частиц с размерами меньше

0,5 мкм и разделения частиц одинаковых размеров различной плотности, акустические колебания генерируют в виде импульсов с периодом, меньшим времени релаксации сепарируемой частицы, и длительностью, возрастающей от 0,1 до 1 времени периода следования импульсов.

Источники информации, используемые при экспертизе:

1. Патент США Ко 2766881, кл. 209 †1 от

16.10.56, 553991

IO

8т

П8т Риг. 1 / .".2. 2

Составитель A. Тер-Минасьян

Редактор Т. Логинова

Техред М. Семенов

Корректор N. Позняковская

Заказ 919/!О Изд. № 364 Тираж 944 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж,-35, Раупгская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

/г

8r т/3.

8Т

tg

Т.J