способ и устройство для вихревого диспергирования материалов

Формула изобретения

1. Способ диспергирования материалов, включающий подачу в вихревую камеру исходного материала, диспергирование которого осуществляют в вихревом потоке газообразного диспергирующего агента и вывод диспергированного материала из вихревой камеры, отличающийся тем, что диспергирование материала осуществляют в вихревой камере, состоящей из сообщенных между собой соосных предварительных и основной камер с отдельными вводами газообразного диспергирующего агента и общим центральным телом с тарельчатыми выступами, с образованием в выходной области камер регулируемых проходных зазоров, при этом расходы газообразного диспергирующего агента через основную и предварительные камеры определяют из условия

V_В = V₁ + V₂ + V₃ ,

где V_В – суммарный расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого на диспергацию во все вихревые камеры;

V₁=0,1-0,15V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в предварительную вихревую камеру, примыкающую к камере вывода диспергированного материала;

V₂=0,2-0,3V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого во вторую предварительную вихревую камеру;

V₃=0,5-0,7V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в основную вихревую камеру.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвод диспергированного материала осуществляют через выходную камеру, установленную между основной и одной из предварительных камер.

3. Устройство для диспергирования материалов, содержащее вихревую камеру с каналами подачи газообразного диспергирующего агента, патрубками подачи исходного материала и вывода диспергированного продукта, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена в виде соосных предварительных и основной вихревых камер, по оси которых смонтировано общее центральное тело с подвижно установленными на нем тарельчатыми выступами, расположенными в выходных областях камер с образованием с их внутренней поверхностью регулируемых проходных зазоров.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что основная и предварительные камеры соединены с возможностью осевого перемещения.

5. Устройство по любому из пп.3 и 4, отличающееся тем, что вихревая камера снабжена выходной камерой, расположенной между основной и одной из предварительной камер, которая сообщена с основной вихревой камерой посредством питательной втулки, снабженной выходным экраном.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что питательная втулка установлена подвижно с возможностью изменения величины осевого зазора между ее выходным срезом и поверхностью оппозитно расположенного тарельчатого выступа, при этом выходной экран подвижно закреплен на питательной втулке с возможностью изменения зазора между ним и поверхностью основной камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вихревому измельчению материалов и может быть использовано для высокопроизводительного тонкого измельчения хрупких веществ в различных отраслях промышленности, преимущественно в пищевой, строительной, горнорудной и химической.

Известен способ вихревого измельчения материала, включающий создание в вихревой камере газового вихря с генерацией в нем газодинамических возмущений, диспергирование исходного сырья в вихревом потоке и отвод целевого продукта.

Устройство, реализующее этот способ, включает диспергационную камеру с течкой для ввода исходного материала, патрубок подачи энергоносителя, патрубок вывода целевого продукта и генераторы газодинамических возмущений вихревого потока (SU 1282894 А, 15.01.1987).

Недостатком вышеуказанных способа и устройства является невысокая конечная тонкость помола, низкая производительность и эффективность, большие энергетические затраты.

Наиболее близким к способу по технической сущности изобретением является способ диспергирования материалов, включающий подачу в вихревую камеру исходного материала, диспергирование которого осуществляют в вихревом потоке газообразного диспергирующего агента и вывод диспергированного материала из вихревой камеры (US 3648936 A, 14.05.1972).

Наиболее близким к устройству по технической сущности изобретением является устройство для диспергации материалов, содержащее вихревую камеру с каналами подачи газообразного диспергирующего агента, патрубками подачи исходного материала и вывода диспергированного продукта (US 3648936 A, 14.05.1972).

Недостатками известных способа и устройства являются низкая эффективность и фракционная неоднородность диспергированного продукта. Кроме того, энергия вихря непроизводительно затрачивается на разгон частиц материала, попадающих в осевую зону вихря, которые разгоняются с нулевой до конечной скорости и уносятся из камеры, неполностью разрушившись.

Задача изобретения - повышение эффективности измельчения и уменьшение неоднородности дисперсного состава целевого продукта.

Указанная задача решается в способе диспергирования материалов, включающем подачу в вихревую камеру исходного материала, диспергирование которого осуществляют в вихревом потоке газообразного диспергирующего агента и вывод диспергированного материала из вихревой камеры, согласно изобретению диспергирование материала осуществляют в вихревой камере, состоящей из сообщенных между собой соосных предварительных и основной камер с отдельными вводами газообразного диспергирующего агента и общим центральным телом с тарельчатыми выступами, с образованием в выходной области камер регулируемых проходных зазоров, при этом расходы газообразного диспергирующего агента через основную и предварительные камеры определяют из условия:

V_В = V₁ + V₂ + V₃ ,

где V_В – суммарный расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого на диспергацию во все вихревые камеры;

V₁=0,1-0,15V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в предварительную вихревую камеру, примыкающую к камере вывода диспергированного материала;

V₂=0,2-0,3V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого во вторую предварительную вихревую камеру;

V₃=0,5-0,7V_В - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в основную вихревую камеру.

Отвод диспергированного материала может быть осуществлен через выходную камеру, установленную между основной и одной из предварительных камер.

Указанная задача в устройстве достигается тем, что в устройстве для диспергации материалов, содержащем вихревую камеру, с каналами подачи газообразного диспергирующего агента, патрубками подачи исходного материала и вывода диспергированного продукта, согласно изобретению вихревая камера выполнена в виде соосных предварительных и основной вихревых камер, по оси которых смонтировано общее центральное тело с подвижно установленными на нем тарельчатыми выступами, расположенными в выходных областях камер с образованием с их внутренней поверхностью регулируемых проходных зазоров.

Основная и предварительные камеры могут быть соединены с возможностью осевого перемещения.

Вихревая камера может быть снабжена выходной камерой, расположенной между основной и одной из предварительной камер, которая сообщена с основной вихревой камерой посредством питательной втулки, снабженной выходным экраном.

Питательная втулка может быть установлена подвижно, с возможностью изменения величины осевого зазора между ее выходным срезом и поверхностью оппозитно расположенного тарельчатого выступа, при этом выходной экран подвижно закреплен на питательной втулке с возможностью изменения зазора между ним и поверхностью основной камеры.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где схематично изображен общий вид устройства для вихревого диспергирования материалов (продольный разрез).

Осуществление способа поясняется при описании работы устройства.

Устройство для диспергации материалов состоит из соосно соединенных между собой основной 1 вихревой камеры, предварительных вихревых камер 2, 3. По оси всех камер установлено общее центральное тело 4 с подвижно установленными на нем тарельчатыми выступами 5, 6, 7, 8, расположенными в выходных областях камер с образованием с их внутренней поверхностью регулируемых проходных зазоров. Основная и предварительные камеры соединены с возможностью осевого перемещения, что обеспечено, например, их резьбовыми соединениями.

Основная и предварительные камеры выполнены с отдельными каналами соответственно 9, 10, 11 для ввода диспергирующего газообразного агента, подключенными к напорным линиям 12, 13, 14 подачи этого агента.

Вихревая камера снабжена выходной камерой 15, расположенной между основной и одной из предварительных камер, и сообщена с основной вихревой камерой посредством питательной втулки 16, снабженной выходным экраном 17, установленным на питательной втулке с возможностью регулирования величины проходного зазора в выходную камеру 15.

Центральное тело 4, тарельчатые выступы 5, 6, 7, 8 и экран 17, а также питательная втулка 16 выполнены с резьбовыми соединениями, что обеспечивает возможность регулирования режима работы устройства в зависимости от обрабатываемого материала и требуемой тонины диспергирования. Для облегчения поворота камер предусмотрены рычаги 18, 19, 20, 21, 22.

Исходный материал по каналам 23 и 24 через окна 25 и 26 подается в предварительные камеры 2 и 3 в осевые зоны пониженного давления вихревого диспергирующего агента. При этом куски материала захватываются вихревым потоком диспергирующего агента и вовлекаются в вихревое движение, многократно соударяясь между собой и стенками камеры. Это приводит к их измельчению на более мелкие куски, которые имеют более высокую скорость движения, чем крупные. Этот процесс многократно повторяется и приводит к диспергированию материала. Кроме того, при косом ударе частиц между собой и стенками камеры происходит абразивная эрозия контактных поверхностей частиц. Также возникает ряд вторичных сопутствующих эффектов, в частности возникновение скачков уплотнений газообразного диспергирующего агента при обтекании диспергируемых частиц материала и т.д., которые способствуют диспергированию материала. Из камеры 3 через зазор между тарельчатым выступом 5 и внутренней поверхностью этой камеры предварительно диспергируемый материал поступает в основную камеру 1. На входе в камеру 1 газопылевой поток отражается тарельчатым выступом 6 на периферию камеры 1. Из камеры 2 в камеру 1 пылегазовый поток диспергируемого материала поступает через зазор между тарельчатым выступом 8 и внутренней поверхностью этой камеры и направляется в питательную втулку 16, на выходе из которой он отражается тарельчатым экраном 7 на периферию камеры 1. За счет тарельчатых выступов 6 и 7 на входе и выходного тарельчатого экрана 17 на выходе камеры 1 обеспечивается создание аэродинамических подпоров, что стабилизирует вихревой поток в камере 1, создавая этим условия равномерной обработки поступающего в нее материала. Кроме того, пульсации давления в вихревых потоках, возникающие при загрузке диспергируемого материала в предварительные камеры 2 и 3, гасятся в проходных зазорах между поверхностями предварительных камер и тарельчатых выступов 5 и 8. Размещение центрального тела по оси устройства повышает эффективность диспергирования за счет ликвидации зоны малых абсолютных скоростей по оси вихрей в вихревых камерах.

Соотношения расходов диспергирующего газообразного агента через основную и дополнительные камеры устанавливают из условия: V_в=V₁+V₂+v₃, где V_в - суммарный расход газообразного диспергирующего агента через все вихревые камеры; V₁=0,1-0,15V_в - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в предварительную вихревую камеру, примыкающую к камере вывода диспергированного материала; V₂=0,2-0,3V_в - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого во вторую предварительную вихревую камеру; V₃=0,5-0,7V_в - расход газообразного диспергирующего агента, подаваемого в основную вихревую камеру.

Указанные соотношения определены экспериментально и оптимальны для большинства материалов. При меньших или больших значениях расходов агента в камерах, чем в указано в приведенных соотношениях, нарушается баланс давлений и работа камер. Это приводит или к пульсирующему выбросу порошка с неравномерно обработанными частицами, или к забиванию камер и аварийной остановке процесса диспергирования. Регулировка подачи диспергирующего газообразного агента осуществляется на напорных линиях его подачи посредством регулировочных средств 27, 28, 29.

Для обработки различных материалов с требуемой тониной диспергирования предусмотрена возможность тонкой настройки работы устройства, которая осуществляется за счет относительного перемещения основной и предварительных камер, а также регулирования величины зазоров, образованных тарельчатыми выступами центрального тела, питательной втулки и отражательным экраном.

Выход диспергированного материала осуществляется из выходной камеры 15, на выходе 30 которой установлен сборник материала (условно не показан).