способ классификации полидисперсных материалов в жидкой среде

Формула изобретения

Способ классификации полидисперсных материалов в жидкой среде, заключающийся в подаче потока суспензии с заданной скоростью в направлении, противоположном действию поля сил, разделении материала под действием поля сил, выводе потока суспензии с мелкой фракцией и потока суспензии, содержащей крупную фракцию, отличающийся тем, что разделение проводят в центробежном поле сил, из потока с мелкой фракцией выделяют материал, а образовавшийся поток жидкой среды, объединив с потоком суспензии, содержащей крупную фракцию, возвращают на разделение, процесс замыкают по жидким потокам и ведут до полного разделения на мелкую и крупную фракции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой технологии, конкретно к способам размерной классификации абразивных материалов.

В настоящее время известны способы классификации полидисперсных материалов как в стационарном слое жидкости, так и в динамическом потоке.

Известен способ классификации абразивов в стаканчиковых центрифугах (Бакуль В. Н. и др. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. -М.: Машиностроение, 1965, с. 54), основанный на разделении предварительно суспендированных порошков. Суспензию загружают в стаканчиковую центрифугу, центрифугируют в течение определенного времени. Параметры центрифугирования выбирают так, чтобы обеспечить осаждение частиц, размер которых превышает некоторую величину (выбранную) на дно стаканов. После завершения центрифугирования центрифугу останавливают, стаканы извлекают из гнезд, осветленную суспензию сливают из стаканов и направляют на повторное центрифугирование в следующую ступень. В стаканы с осадком крупных частиц заливают чистую классификационную среду, размешивают и полученную суспензию также подвергают повторному центрифугированию.

Способ позволяет путем многократного (30 - 50 раз) центрифугирования обеспечить классификацию (разделение порошков на фракции).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу, по мнению авторов, является способ, основанный на разделении абразивов в динамическом потоке (авт. св. СССР N 619208, кл. B 03 B 5/62 1978).

Способ заключается в том, что исходная гидроабразивная смесь, содержащая несколько фракций абразивных частиц, направляется с постоянным объемным расходом в направлении, противоположном действию гравитационного поля сил. По мере подъема часть потока сливается. На основании закона гидродинамики скорость движения однородных частиц под действием поля сил пропорциональна квадрату ее диаметра. Частицы крупнее заданного размера (скорость движения которых в неподвижном слое жидкости больше линейной скорости потока, движущегося противоположно действию гравитационного поля сил) движутся в направлении действия поля сил и выносятся соответствующим потоком. Частицы мельче заданного размера перемещаются в направлении, противоположном действию гравитационного поля, и выносятся потоком из зоны классификации. В процессе разделения формируются два потока - один, содержащий только частицы меньше заданного размера (размер определяется в основном скоростью потока), и другой содержит частицы крупнее заданного размера и часть частиц меньше заданного размера.

Способ позволяет производить предварительное разделение абразивов с размером частиц крупнее 10 мкм в непрерывном режиме. Однако полного разделения на мелкую и крупную фракцию по данному способу не происходит из-за неизбежного и значительного (до 90%) попадания в поток с крупной фракцией мелких частиц. Также данным способом практически невозможно классифицировать материалы микронного (размер частиц менее 10 мкм) и субмикронного (размер менее 1 мкм) диапазонов.

Целью заявляемого изобретения является точная и интенсивная классификация полидисперсных материалов с полным разделением в автоматическом режиме в широком размерном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что разделение проводят в центробежном поле сил, из потока с мелкой фракцией выделяют материал, а образовавшийся поток жидкой среды, объединив с потоком суспензии, содержащей крупную фракцию, возвращают на разделение, процесс замыкают по жидким потокам и ведут до полного разделения на мелкую и крупную фракции.

Разделение в центробежном поле сил позволяет проводить классификацию в микронном и суб-микронном размерном диапазоне, а также интенсифицировать процесс.

Отделение материала в виде мелкой фракции непосредственно в процессе классификации позволяет вести процесс автономно и интенсивно в замкнутом режиме. Как результат по окончании классификации выделяется мелкая фракция в виде осадка и крупная фракция в виде суспензии. Суспензию, содержащую крупную фракцию, можно также классифицировать по предлагаемому способу, но на другом размерном режиме. В результате можно точно классифицировать исходный материал на множество любых фракций с заданным распределением частиц по размерам.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения.

1. Разделение проводят в центробежном поле сил.

2. Из потока с мелкой фракцией выделяют материал.

3. Поток жидкой среды без мелкой фракции объединяют с потоком суспензии, содержащей крупную фракцию.

4. Процесс замыкают по жидким потокам и ведут до полного разделения на мелкую и крупную фракции.

Признаки 1 - 4 являются новыми по отношению к прототипу и в совокупности позволяют достичь положительного эффекта, указанного в цели.

В порядке обоснования соответствия отличительных признаков критерию "существенные отличия" приведем следующее.

Признак 1 - является известным техническим решением, но в совокупности с признаками 2, 3, 4 позволяет достичь положительного эффекта.

Признак 2 - также является известным техническим решением (осаждение, фильтрация и т.д.), однако в совокупности с признаками 3 и 4 позволяет достичь положительного эффекта.

Признак 3 - авторам не известны случаи использования этого признака при классификации и в совокупности с признаками 1, 2 и 4 позволяет достичь положительного эффекта.

Признак 4 - авторам не известны случаи использования этого признака при классификации и в совокупности с признаками 1, 2 и 3 позволяет достичь положительного эффекта.

Пример. В цилиндрический сосуд удлиненной формы 1 (фиг. 1) заливают исходную суспензию, представляющую собой водную дисперсию карбида кремния с размером частиц менее 40 мкм. За счет давлением столба суспензия с помощью неподвижной форсунки 3 подается в классифицирующую часть ротора 10. Ротор совершает вращательное движение с угловой скоростью 10000 об/мин. Объемный расход суспензии на входе устанавливается с помощью регулятора 2 и в данном примере составляет 70 куб./сек. Далее суспензия попадает в классифицирующий канал, где под действием центробежного поля сил материал разделяется по размерам. Поток суспензии, содержащий крупную фракцию 5, выносится наружу и попадает в неподвижный сборник 9. Поток суспензии с мелкой фракцией 4, пройдя классифицирующий канал, попадает в осадительную часть ротора. Под действием того же центробежного поля сил из потока, проходящего осадительную часть ротора (в виде кольцевой полости), выделяется мелкая фракция 6. Осветленная (не содержащая частиц материала) жидкая среда неразрывным потоком поступает на выход ротора и выносится наружу в неподвижный приемник 8. Потоки из приемников 9 и 8 объединяются и с помощью насоса 11 возвращаются в цилиндрическую емкость. При замкнутом процессе уровень суспензии в емкости остается на одном месте, что при фиксированном положении регулятора обеспечивает постоянный объемный расход на входе. После прохождения 20 циклов (через 2 часа) материал полностью разделяется на мелкую фракцию в виде осадка с размером частиц менее 1 мкм и крупную фракцию (размер более 1 мкм) в виде суспензии. Далее эту суспензию можно разделить на другом режиме (при другом объемном расходе) на фракцию 1 - 2 мкм (в виде осадка в роторе) и фракцию крупнее 2 мкм (в суспензии) и т.д.