Способ фракционирования порошков иустройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистнчесмих

Республик

ОПИСА

ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИ (63) Дополнительное к авт. св (22) Заявлено 130479 (21) с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2 3,07,В1. Б

Дата опубликования опис (72) Авторы изобретения

М.Д.,Барский,. A Â.1

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический . институт NM, С.N.Êèðîâà Министерства высшего и среднего специального образования РСФСР (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ..ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ц

«Nd

Gt к

Изобретение относится к пневмати. ческой классификации различного сыпучего материала, предназначено для разделения материалов на два продукта по граничному зерну 5-1000 мкм и может применяться в порошковой металлургии, химической, строительной, горной и др. отраслях для фракционирования и обогащения как тонких сыпучих материалов (5-100 мкм), так и более грубых материалов (100-1000 мкм) .

Наиболее перспективными способами разделения сыпучих материалов являются гравитационные способы классификации.

При гравитационных способах классификации процесс разделения происходит в вертикальных восходящих потоках под действием двух сил — массовой силы Рм, пропорциональной массе частицы, и силы аэродинамического сопротивления F„, которая увеличивается с ростом относительной скорости и диаметра частиц. Для сферической частицы эти силы можно записать следующим образой.

,„7 (P РаИ т где d — диаметр частицы; плотность частицы; плотность среды;. ,W - скорость частицы относительно потока среды; коэффициент сопротивления;

g — ускорение свободного падения.

Частицы, на которые вследствие их размера действие массовой силы больше, осаждаются в крупный продукт, частицы с меньшим размером под действием сопротивления выносятся в мелкий продукт.

Процесс классификации может вестись при различных режимах обтекания — турбулентном, переходном и ламинарном. Режим обтекания определяется значением числа Рейхольдса для частицы

При Р „ с1 режим обтекания ламинарный, при 1 с Мс„ с 500 - переходный и при Р „ 500 " турбулентный.

Известен способ разделения частиц, заключающийся в разделении тонких частиц (d с 30 мкм.) в сильно разреженной среде, причем, степень разрежения такая, что длина свободного пробега молекул становится нес848087 колько больше размера зерен материала»

Ь

Известно, что при 7Ъ наступает режим свободно-молекулярного тече- ° ния rasa, который подчиняется своим законам, где М вЂ” число Маха.

Определим плотность газа при условиях осуществления данного способа ое о-Ъ

О-ЪЪ ОЖ;О-- Ъ =Ъ вЂ” ЪО = — > .ЪЪР R о ссор ъо ъ с ъ ъъъ21о с IQ где JÈ ььд,ха=1 е 808-10 нс/м; 0=30 мкме а=332 м/с скорость звука; =1е2 кг/м"

Таким образом, данный способ реализуется при плотности воздуха, рав- 3 нойр сб 10 " кг/ьг, т.е. на 4 поряд ка нйже нормальной (1g .

Недостатком способа является то, что при длине свободного пробега молекул, соизмеримой с частицами 0 (например, =30 мкм), дискретная структура газа начинается сказываться на законах газовой динамики..Кроме того, возможно разделение только очень тонких частиц. Недостатком

25 является и сложность осуществления способа, поскольку требуется создание значительного вакуума, P C бх х10 кг/мъ.

Известен также способ сортировки гетерогенных материалов, заключающийся в разделении материала в вос ходящем воздушном потоке, причем разделительная камера находится под разрежением (2j.

Однако при этом способе разде- 35 ления разрежение в камере классификатора определяется аэродинамическим сопротивлением шахты классификатора, которое зависит от скорости потока газа и конструкции шахты клас= 4п сификатора.

Таким образом, разрежение в шахте классификатора жестко связано со скоростью воздуха — чем больше скорость, тем больше разрежение, Каждому значению скорости соответствует только определенное значение разрежения. Однако скорость потока воздуха определяется границей разделения и максимальна для наиболее крупного зерна (1-5 мм). Следовательно, максимальное разрежение в камере классификатора можно получить при делении по крупной границе (д

1 мм), т.е. при максимальной скорости воздуха. Известно, что максималь- Я ное сопротивление сепарационной шахты любого гравитационного классификатора при максимальной скорости не превиаает 1 м вод.ст. Плотность среди при.таком сопротивлении аппарата составляет 1, 2д =1, 08 кг/м;, @Мзрчъа гМФ p „ 1,2 кг/м, плотность воздуха при теватеватуре =20 С, Р— атмосферное давление, м вод.ст.

hP — абсолютное давление в камере классификатора, м вод.ст.

Следовательно, при данном способе плотность среды не может быть ниже, чем 1,08 кг/м (даже при делении по границе d, 71 мм), поскольГр ку в установке для реализации этого способа не представляется возможным понизить скорость воздуха, сохранив постоянным разрежение, Таким образом, все известные. гравитационные способы разделения осуществляются при плотности среды (воздуха) с б 10 кг/м и р 1, 08 кг/м

Ю Ъ.

Разделение материала происходит эффективнее в том случае, если для частиц приграничной крупности (d

КРГР.

=d, + h d ) достигается максимальная разница в действии сил F u npV спр. р.

Известно, что это условие имеет место при более ламинизированном потоке, т.е. в области действия закона Стокса. Чтобы вести процесс раз-деления крупных частиц d)1-2 мм в более ламинарном режиме, т.е. чтобы вести процесс эффективно, необходимо понизить число Рейнольдса

Р „ . Однако при известных спосос с бах, когда плотность среды р 1,08кг/м, этого достичь невозможно, так как необходимо сохранять несущую способность потока F =с ° W 4 р, где m показатель степени изменяется в пределах 1 — 2 и определяется режимом обтекания.

Для того, чтобы понизить „ и перевести процесс разделения из турбулентного режима в более ламинарный, понижают плотность среды на

1-3 порядка. Понижая р в m раз

14 увеличивают в к раз, где кса (чтобы сохранить несущую способность потока). Следовательно, произведение

W р уменьшается,что ведет к уменьшению 1 „ . Так, понизив P, мы можем перевести процесс разделения из турбулентного режима обтекания в ламинарный. Тем самым получим наибольшую разницу в действии сил и улучшим эффективность разделения.

Понижение плотности среды дает положительный эффект и при разделении;.о границе да100 мкм, т.е. в области ламинарного режима. Рассмотрим граничный класс, например d

=30 мкм. Для частицы справедливо равенство F =F, т.е.

Для определения коэффициента coriротивления воспользуемся формулой Оэеена, которая точнее формулы Стокса

848087

Fc и

I (3) или

А Ьdг = C Dd р р с, (5) Рассмотрим воздействие сил на приграничный класс для сред с плотностью нас,,где pc v Рс, . Пусть,например, приграничный класс 0 „ больше d, т е. д„„„=nd, где п 1. гр.

Тогда анализ показывает, что

А+В п <1,р р С» Оп и гр так как из (5) следует Вт0, поскольку АСС.

Следовательно F „р„ > Г,„„р,а зто значит, что разница в силах Г„„р,р и спргр больше при Рг, где Рср Рс, лучше способствует осаждению крупной приграничной частицы в крупный продукт. Аналогично можно показать, что для среды с плотностью Я cg> будет Достигаться большая разница в силах Г„,пргри „р,р, действующих на мелкий прйграййчный пдпр,где п.С 1.

Понижение плотности среды улучшает эффективность разделения по любой границе разделения °

Известен способ сепарации сыпучего материала, заключающийся в разделении материала в восходящем потоке газа, который возникает в. результате создания разрежения в верхней части канала. Устройство для реализации способа содержит,сепарационную каэжру,разделенную ва секции, циклов 1

Тогда условие равновесия частицы

d для среды с плотностьюф равно гр. е

k игр 24 йд га Я + 9 Мгр Яр ь (Р - Рс )К q,w 2. сй " с (1) для среды с плОтнОстью ) с1

Xd 24 гр +à + Я - Ф,,р ь (Рг гс ф и 4 2 с 2 4 2. с сг так как j)»p (a) с Ъ например Яг =2650 кг/м — кварцит, a P =1, 29 кг/м — воздух), то с можно считать, что массовая сила практически не зависит от ) =7Г„ =Г тогда иэ (1) и (2) получим у„-д ч jj+ @Q ч„p = 3Rd Ф ) +„-1д ФЯ гр. < Io "p " с P- > для упрощения анализа введем обозначения

3ьрЧ4,=A; â€, и Ф Pp †-В З ьЩ = с1

Тогда равенство (3) з апишется

Ad»Sd = cd, »Dd

F F с, с вакуум-насос, секцию подвода воздуха и разгрузочные приспособления (31.

Недостатком способа является то, что плотность среды (воздуха) не может быть ниже 1,08 кг/м и определяется скоростью потока в сепарационной камере (размером граничного зерна), В установке для осуществления данного способа определенному разрежению соответствует одно значение скорости потока, поэтому в ней нельзя изменить скорость воздуха, сохранив постоянным разрежение.

Цель изобретения — повыаение качества разделения.

Ноставленная цель достигается тем, что процесс разделения частиц, ведется при плотности воздуха 5 10

5 -10 кг/мъ.

В устройстве, реализующем способ, секция подвода воздуха посредством

20 вентилей и труб соединяется с всасывающим патрубком вакуум-насоса.

Наличие нового дополнительного тракта воздуха пОзволяет обеспечить плотность воздуха в камере классифи Ъ

25 катора Р> =5- 10 -5 10 кг/м и при фиксированном разрежении поддер-. живать любую скорость потока за счет отбора части поступающего воздуха.

На чеРтеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство включает вакуум-насос (вентилятор) 1, гравитационный классификатор 2, питатель 3 материала, циклон 4 для отделения мелких частиц от воздуха, бункер 5 мелкого продукта, бункер б крупного продукта, секцию 7 подвода воздуха, вакуумную камеру 8, вентиль 9 для регулиров4О ки подачи воздуха, вентиль 10 для регулирования отбора воздуха и поддержания необходимой скорости в шахте классификатора, вентиль 11 для регулировки разрежения в камере класси4j фикатора.

Установка работает следующим образом.

Воздух из атмосферы через вентиль

12 поступает в вакуумную камеру 8.

gп Часть воздуха, поступившего в камеру в количестве, обеспечивающем нужную скорость, отсасывается через вентиль 10. При этом в камере 8 создает ся разрежение воздуха и, следовательз5 но, понижение его плотности. Подготовленный таким образом газ (пониженной плотности) поступает через вентиль 9 в необходимом количестве в секцию 7 подвода воздуха гравитационного классификатора 2, где ООуществ40 ляется разделение материала B восходящем потоке воздуха.

Мелкие частицы диаметром d (4.-р под действием сил аэродинамического . сопротивления выносятся. потоком

Я разреженного (пониженной плотности) 848087

5954/7 писное ент

I оектная,4

4 воздуха в циклон 4, где отделяются от воздуха и поступают в бункер 5.

Крупные частицы диаметром 4 > 4„Р под действием массовых сил (тяжесть) осаждаются в бункер 6 крупного продукта.

Так как воздух в классификаторе имеет пониженную плотность на один-дна порядка, процесс классификации происходит более эффективно, что обеспечивает высокое качество продуктов классификации.

Таким образом, предлагаемый способ удучшает качество разделения на 2030%, предел качественного разделения расширяется от 1000 мкм до 5 мкм.

Конструкция устройства упрощена. Кро- ме того, в нем уменьшена взрывоопасность при разделении взрывоопасных материалов за счет повышения концент1 рации материала по отношению к содержанию кислорода, уменьшено гидфавличесЩО кое сопротивление аппарата, возможно изменение скорости потока воздуха при фиксированном разрежении в камере классификатора.

Формула изобретения

1. Способ Фракционирования порошков, заключающийся в разделении частиц в восходящем потоке разреженного возду ха, отличающийся тем, что, с целью повышения качества разделения, разделение частиц осуществляют при плотности воздуха от 5 10 до 5х

110 кг/м .

2. Устройство для фракционирования порошков, включающее сепарационную камеру, разделенную на секции, секцию подвода воздуха, циклон, вакуум-насос, загрузочное и разгрузочные приспособления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что секция полвопа возпчха соединена с всасывающим патрубком вакуумнасоса посредством вентилей и труб.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 1405297, кл. В 07 В 7/00, опублик.1975.

2. Патент Франции 9 2307589, кл. В 07 В 4/02, опублнк.1976.

3. Патент США Р 3441131,кл. 209-3, опублик.1969 (прототип.).