гравитационный способ классификации порошковых материалов и гравитационный классификатор для его осуществления

Формула изобретения

1. Гравитационный способ классификации порошковых материалов, заключающийся в том, что в замкнутое пространство вертикальной шахты подают исходный порошкообразный материал и восходящий снизу поток воздуха, скорость подачи которого регулируют в соответствии с определенным граничным размером частиц, создают с помощью внутренних конструктивных элементов шахты возмущения воздушного потока со смешанным в нем сепарируемым материалом, улавливают мелкую фракцию через верхнюю часть шахты, а крупную - через нижнюю, отличающийся тем, что дополнительно регулируют скорость воздушного потока внутри шахты путем отвода 0,3-0,8 его части от зоны сепарации с возвратом унесенного отводимым потоком материала к месту загрузки исходного материала, при этом отвод части воздушного потока осуществляют выше места подачи исходного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отвод части воздушного потока от зоны сепарации осуществляют вблизи места подачи исходного материала.

3. Гравитационный пневматический классификатор, содержащий вертикальную шахту, на внутренних стенках которой размещены в виде каскада наклонные пересыпные полки, в средней части шахты по высоте расположен патрубок ввода исходного материала, соединенный с бункером-дозатором, в нижней части шахты расположены патрубок подвода воздуха, соединенный с регулятором расхода воздуха, а также патрубок вывода крупной фракции, соединенный с бункером сбора крупного продукта, а в верхней части шахты расположен патрубок вывода мелкой фракции, который через уловитель соединен с бункером сбора мелкого продукта, отличающийся тем, что шахта снабжена дополнительным патрубком для отвода части воздушного потока из зоны сепарации, который установлен вблизи и выше патрубка подачи исходного материала, и соединен через дополнительный уловитель с бункером-дозатором, а также с регулятором расхода отводимой части воздушного потока, который в свою очередь последовательно соединен с фильтром и воздуходувкой, при этом фильтр соединен также с первым уловителем.

4. Гравитационный классификатор по п.3, отличающийся тем, что дополнительный патрубок для отвода части воздушного потока из зоны сепарации расположен над пересыпной полкой, установленной непосредственно над патрубком подачи исходного материала.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к области разделения порошковых материалов с помощью газовых или воздушных потоков с использованием силы гравитации и может быть использована в химической, строительной, металлургической и многих других отраслях, где применяются дисперсные материалы.

Высокие технологические или потребительские свойства порошков во многих случаях могут быть обеспечены лишь в результате их разделения на классы по размеру частиц.

Существуют прямые методы разделения частиц по размеру с применением эталонов (ячеек сита), которые обеспечивают достаточно высокую степень разделения. Однако в промышленности более распространены косвенные методы, основанные на применении водного или воздушного потока, преимуществом которых является высокая производительность.

Одним из распространенных методов классификации дисперсных материалов является гравитационный метод с использованием воздуха или другого газа в качестве несущей среды. Такие методы особенно пригодны для разделения порошков, которые при смачивании изменяют свои физические свойства и не могут быть подвергнуты обработке в водной среде.

Из уровня техники известны пневматические способы и устройства для разделения порошкообразных материалов по крупности частиц с использованием гравитационной силы при помощи классификаторов каскадного типа.

Один из таких методов реализован в устройстве "Гравитационный классификатор" (Авт. св. СССР 1281313, В 07 В 4/02, опубл. 07.01.87). В данном техническом решении разделение порошкообразного материала происходит в вертикальной шахте равного по высоте сечения, на внутренних стенках которой укреплены, расположенные каскадно, пересыпные полки с упругими элементами. Через патрубок в нижней части шахты подается газ, движущийся к верхнему патрубку. Исходный материал, поступающий через патрубок, расположенный в средней по высоте части шахты, подхватывается восходящим потоком газа. При этом мелкие частицы движутся вместе с потоком газа вверх и отводятся через верхний патрубок, а крупные частицы движутся вниз и отводятся через предназначенный для них патрубок в нижней части шахты.

Между пересыпными полками образуется вихревое движение газа и материала, происходит рассредоточение частиц материала и соответствующая их сортировка.

На восходящее движение воздуха накладывается крупномасштабное вихревое движение, что способствует дезагломерации частиц благодаря их частому взаимному столкновению и при ударах о стенки шахты. Установка пересыпных полок в виде каскада обеспечивает многократное дублирование процесса и способствует усреднению взаимодействия газовой и твердой фаз во времени.

Однако процесс разделения здесь не является оптимальным, т.к. скорость воздуха постоянна по высоте, условия разделения в верхней и нижней частях шахты одинаковы.

Другим известным решением, в котором используется каскадный принцип классификации, является способ, реализованный в пневматическом классификаторе (Авт. св. СССР 1338900, В 07 В 4/02, опубл. 23.09.87). В этом изобретении описан классификатор, в котором шахта имеет конусообразную форму. Изменение поперечного сечения шахты по высоте создает дополнительные условия для изменения скорости движения воздуха и ее регулирования: скорость плавно уменьшается снизу вверх. В данной конструкции используется специальная трапецеидальная форма пересыпных полок, которая, по утверждению авторов, способствует более качественному разделению фракции по сравнению с гладкими полками.

Описанное техническое решение также имеет ряд недостатков, которые не позволяют значительно повысить качество классификации дисперсных материалов. Регулирование скорости воздушного потока в рассматриваемой конструкции производится за счет геометрической формы шахты. С другой стороны, ее геометрическая форма определяет условия пересыпания частиц с полки на полку, способствует образованию вихрей и формированию оптимального профиля скоростей в пространстве между полками. Значительное изменение формы шахты (угла наклона) привело бы к нарушению этих условий, например, за счет образования свободного пространства в центре шахты и сквозного движения воздуха по этому пространству с проскоком частиц.

Значительное увеличение угла наклона стенок привело бы к залеганию частиц порошка на полках из-за уменьшения угла, образуемого поверхностью полок с горизонтальной плоскостью, либо к уменьшению дополнительного (меньшего) угла между стенкой и полкой и затуханию вихревого движения в пространстве между нижней поверхностью полки и стенкой шахты.

Кроме того, геометрическая форма шахты задает постоянное соотношение между скоростью воздуха в нижней и верхней частях шахты и поэтому отсутствует возможность оперативного регулирования этого соотношения в случае изменения состава исходного порошка или при изменении требований к дисперсному составу продуктов разделения.

Таким образом, возможности регулирования процесса классификации с целью повышения эффективности разделения за счет геометрической формы шахты ограничены.

В данном изобретении достигается эффективность разделения = 70% при концентрации материала в зоне сепарации = 2,3 кг/м³. Описанное выше техническое решение, как наиболее близкое по способу и конструкции того же назначения, можно принять за прототип предлагаемой группы изобретений как способа, так и устройства.

Задачей изобретений является повышение качества классификации порошкообразного материала за счет дополнительного регулирования скорости воздуха в рабочем пространстве классификаторов каскадного типа, шахта которых может быть выполненной как равного, так и переменного по высоте сечения.

Единый технический результат при осуществлении группы изобретений, заключающийся в повышении эффективности разделения частиц, достигается при создании определенного поля скоростей воздушного потока путем изменения расхода потока и его осредненной по сечению скорости как по объему, так и по направлению.

Поставленная задача решается следующим образом.

Гравитационный способ классификации порошковых материалов заключается в том, что в замкнутое пространство вертикальной шахты подают исходный материал, снизу подают воздух или другой газ, улавливают мелкую фракцию через верхнюю часть шахты, а крупную фракцию - через нижнюю, при этом в потоке воздуха, смешанным с сепарируемым материалом, создают возмущения с помощью внутренних конструктивных элементов, расположенных в виде каскада по стенкам шахты, например, в виде пересыпных полок, при этом скорость подачи воздуха регулируется в соответствии с определенным граничным размером частиц. Способ отличается от прототипа тем, что в нем обеспечивают дополнительное регулирование скорости воздуха в зоне сепарации путем отвода 0,3-0,8 части воздушного потока, смешанного с разделяемым материалом, от зоны сепарации с возвратом унесенного отводимым потоком материала к месту загрузки.

Отвод части воздушного потока от зоны сепарации целесообразно осуществлять вблизи и выше места загрузки исходного материала.

Технический результат достигается за счет того, что отвод части воздушного потока от зоны сепарации приводит к образованию в объеме шахты двух зон с разными режимами: ниже места отвода части потока образуется зона с более интенсивным гидродинамическим режимом, а выше места отвода - зона с менее интенсивным гидродинамическим режимом движения фаз. Такое разделение объема шахты способствует выделению мелких частиц преимущественно в верхней части шахты, а крупных - в нижней, что обеспечивает более высокую эффективность процесса разделения.

Подача материла в зону с интенсивным режимом способствует быстрому рассредоточению частиц. Поэтому патрубок для отвода части потока должен быть расположен выше патрубка для подачи исходного материала.

Установка патрубка для отвода части потока ближе к патрубку подачи исходного материала обеспечивает более равный объем зон с большей и меньшей скоростью потока в шахте. При этом гранулометрический состав исходного материала и материала, унесенного отводимым потоком и возвращаемого с помощью дополнительного осадителя к месту дозировки, практически одинаков.

В противном случае (например, при установке патрубка для отвода части потока ближе к верхней части шахты) положительный эффект снижается ввиду того, что практически выделенные мелкие частицы из верхней части шахты возвращаются к месту дозировки.

Диапазон значений доли отводимого потока является оптимальным в указанных пределах, т.к. уменьшение доли отводимого потока ниже 0,3 от основного потока не внесет существенных изменений в процесс разделения, а увеличение доли отводимого потока выше 0,8 от основного потока может ухудшить эффективность разделения ввиду роста вероятности попадания мелких частиц в крупный продукт, что является следствием увеличения доли мелких частиц, возвращенных к месту дозировки, и приближения их тем самым к месту вывода крупной фракции.

При этом указанный технический результат достигается без изменения геометрической формы шахты, которая может быть как постоянного, так и переменного по высоте сечения. Изменение потока путем отвода его части в пределах 0,3-0,8 от основного дает дополнительную возможность регулирования условий разделения при изменяющемся гранулометрическом составе исходного материала или при изменяющихся требованиях к дисперсному составу продуктов разделения.

Способ реализуется в гравитационном классификаторе, за прототип которого принято устройство по Авт. св. 1338900.

Гравитационный классификатор содержит вертикальную шахту, на внутренних стенках которой размещены в виде каскада наклонные пересыпные полки. В средней части шахты по ее высоте находится патрубок для подачи исходного материала, соединенный с бункером-дозатором и далее с приводом. В нижней части шахты расположены патрубок подвода воздуха, соединенный с регулятором расхода воздуха, и патрубок вывода крупной фракции, соединенный с бункером сбора крупного продукта. В верхней части шахты находится патрубок вывода мелкой фракции, соединенный через уловитель с бункером сбора мелкого продукта.

Устройство дополнительно содержит патрубок для отвода части воздушного потока из шахты, который через дополнительный уловитель соединен с бункером-дозатором исходного материала и через регулятор дополнительного отвода части воздушного потока с фильтром и воздуходувкой.

Причем дополнительный патрубок отвода воздушного потока расположен над местом загрузки в шахту исходного материала, как правило, над пересыпной полкой, расположенной непосредственно над патрубком подачи исходного материала.

Такое расположение дополнительного патрубка обеспечивает разбиение шахты по высоте на две примерно равные части, отличающиеся условиями разделения материала. При этом исходный материал при входе в шахту оказывается в зоне с более высокой скоростью воздуха, что способствует быстрому рассредоточению частиц. Кроме того, разбиение шахты на зоны с разными режимами обеспечивает повышение вероятности выхода мелких частиц через верхний, а крупных - через нижний патрубок.

Изобретения иллюстрируются чертежами. На фиг.1 изображена конструкция гравитационного классификатора, где: 1 - вертикальная шахта; 2 - пересыпные наклонные полки, расположенные по высоте шахты в виде каскада и закрепленные на ее внутренних стенках; 3 - патрубок подачи исходного материала, соединенный с бункером-дозатором 4 и приводом 5; 6 - патрубок для подачи воздуха, соединенный с регулятором расхода воздуха; 7, 8 - патрубок для вывода крупной фракции, соединенный с бункером 9 для сбора крупного продукта; 10 - патрубок для вывода мелкой фракции, соединенной через уловитель 11 с бункером 12 для сбора мелкого продукта; 13 - дополнительный патрубок для отвода части воздушного потока, соединенный через дополнительный уловитель 14 и регулятор 15 с фильтром 16 и воздуходувкой 17. При этом фильтр 16 соединен также с уловителем 11. Патрубок 3 для подачи исходного материала расположен в боковой части шахты ближе к середине по вертикали, патрубок 13 расположен над пересыпной полкой 18, находящейся непосредственно над патрубком 3, патрубок 8 вывода крупной фракции расположен в нижней части шахты 1, а патрубок 10 для вывода мелкой фракции расположен в верхней части шахты 1.

На фиг. 2 изображена зависимость эффективности разделения частиц по крупности от доли отводимого потока, где горизонтальная пунктирная линия показана условно для сравнения с прототипом ( = 0,7).

Процесс классификации происходит следующим образом. Исходный материал загружают в рабочее пространство шахты 1 через патрубок 3 при помощи бункера-дозатора 4 и привода 5. Благодаря воздуходувке 17 в шахту 1 через патрубок 6 подается воздух, расход которого регулируется регулятором расхода воздуха 7, выполненным, например, в виде заслонки. При движении двухфазного потока часть материала относится к стенкам шахты 1 и возвращается в зону сепарации посредством пересыпных полок 2. Двигаясь от полки к полке, материал фракционируется: крупный опускается в нижнюю часть шахты 1 и поступает через патрубок 8 в бункер 9 для накопления, а мелкая фракция уносится воздушным потоком вверх и через патрубок 10 поступает в бункер 12. Уловитель 11 служит для очистки воздуха перед выбросом в атмосферу, чему способствует также фильтр 16. Уловитель 11, а также уловитель 14 могут быть выполнены в виде циклонов. Через дополнительный патрубок 13 производят отвод части воздушного потока, в котором находятся частицы обрабатываемого материала. Унесенный отводимым потоком материал попадает в дополнительный уловитель 14 частиц и возвращается через бункер-дозатор 4 в шахту 1. Регулирование расхода воздуха по высоте шахты путем отвода его части через дополнительный патрубок 13 создает благоприятные условия для эффективного разделения.

Общий расход воздуха и его доля, отводимая через патрубок 13, регулируется регуляторами 7 и 14, которые могут быть выполнены в виде заслонок. Через патрубок 13 отводится 0,3-0,8 части подаваемого воздуха, при этом в нижней части шахты (ниже патрубка 13) скорость воздуха несколько выше, а в верхней части (выше патрубка 13) несколько ниже скорости витания частиц граничного размера.

Крупные частицы, попадая в зону сепарации шахты, расположенную выше патрубка 13, благодаря меньшей скорости воздуха под действием силы гравитации теряют вертикальную скорость, вероятность движения вверх для них снижается. Через нижнюю часть шахты до места отвода части потока проходит весь подаваемый воздух и его скорость в этой зоне выше. Это приводит к более интенсивной вихревой циркуляции потока между полками и разрушению агломератов. После рассредоточения мелкие частицы увлекаются воздухом в вертикальном направлении.

При увеличении доли отводимого через патрубок 13 потока от 0 до 0,3 существенного повышения эффективности не наблюдается (см.фиг.2). Дальнейшее повышение параметра приводит к заметному росту эффективности и достигает максимума при значении = 0,8. Дальнейшее увеличение доли отводимого потока, как видно из фиг. 2, приводит к ухудшению условий разделения. Стремление величины параметра к 1 означает поворот всего потока в сторону нижней границы и выход через нее всех частиц. Поэтому указанный диапазон изменения доли отводимого потока в пределах от 0,3 до 0,8 является оптимальным.

При изменении доли отводимого потока в указанных пределах эффективность классификации составляет 80-89%.

Изобретение может быть использовано в строительной, химической, металлургической промышленности для разделения порошковых материалов с размером частиц в пределах от 50 до 3000 мкм.

Вышеизложенные сведения подтверждают, что заявляемые способ и устройство как группа разнообъектных изобретений, предназначенных для осуществления одного в другом, образуют единый изобретательский замысел.