Устройство для электростатической сепарации частиц

 

Использование: электростатическое разделение частиц в непрерывном режиме. Сущность изобретения: устройство для электростатической сепарации частиц включает дополнительные верхние электроды, привод вращения нижнего электрода, диафрагму из токопроводящего материала с отверстиями, нижний электрод выполнен в виде плоского диска, верхние электроды выполнены с вогнутой рабочей поверхностью, верхние электроды радиально установлены под нижним электродом на расстоянии друг от друга, величина расстояния между нижним и верхними электродами уменьшается по направлению вращения нижнего электрода, диафрагма размещена между верхним и нижним электродами и установлена соосно с последними, отверстия в диафрагме размещены под верхними электродами, их размер увеличивается от периферии к центру, диафрагма и нижний электрод соединены с заземленным полюсом источника тока, а сборники частиц закреплены под кромкой нижнего электрода. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам электростатического разделения твердых частиц и может быть использовано для сепарации в электрическом поле мелких частиц по их геометрическим и электрофизическим свойствам, например, абразивных порошков одной природы по их размерам (эльбор, алмазная пыль и т. д.).

Известно устройство электростатического разделения сыпучего материала (1), включающее расположенные под острым углом друг к другу горизонтальный нижний электрод, в роли которого выступает металлическая сетка, и верхний металлический плоский электрод, соединенные с источником питания (высоковольтным выпрямителем). Разделяемые частицы подаются на нижний электрод и движутся, перезаряжаясь на электродах в неоднородном электрическом поле вдоль нижнего электрода в направлении и уменьшения напряженности электрического поля. Мелкие частицы просеиваются сквозь нижний электрод, а крупные оседают в бункере на выходе устройства.

Недостатком устройства является низкое качество разделения, связанное с использованием в качестве разделяющего элемента металлической сетки. Она должна одновременно быть и прочной и иметь высокую прозрачность, т.е. иметь взаимоисключающие характеристики. Кроме этого сетка очень быстро забивается разделяемыми частицами. В устройстве (1) не решена проблема поперечного рассеяния частиц при их движении между электродами, что приводит к необходимости решения проблемы периодической чистки крепящих электроды изоляторов от осевших на них частиц.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электростатической сепарации частиц (2), не использующее сетки для разделения частиц, включающее расположенные под острым углом друг к другу и к горизонту нижний и верхний электроды, соединенные с источником питания, причем нижний электрод выполнен сплошным и имеет вогнутую рабочую поверхность. Просыпаемые сквозь верхний электрод разделяемые частицы, перезаряжаясь на электродах, движутся в направлении уменьшения напряженности электрического поля, пока не останавливаются на нижнем электроде. Работа этого устройства основана на физическом эффекте, а именно, чем больше максимальный размер частиц одной природы, тем большее расстояние проходят эти частицы вдоль образующей нижнего электрода до остановки.

Основным недостатком устройства (2) является то, что оно не позволяет проводить разделение частиц в непрерывном режиме. Кроме этого, в устройстве не предусмотрен сбор частиц, разделившихся на нижнем электроде по желаемым фракциям, т.е. отсутствует автоматический отбор разделенных частиц.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности процесса разделения.

На фиг. 1 изображено устройство, вид сверху; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство 1 включает собирающие блоки I, II, III, развернутые относительно разделяющего блока IV на углы β₁=90^о; β₂=180^о; β₃=270^о соответственно, и содержит загрузочное устройство 2; верхний электрод 3 разделяющего блока с криволинейной рабочей поверхностью, развернутый на острый уголα_о относительно горизонтальной поверхности нижнего круглого электрода 4, привод 5 вращения нижнего электрода; источник 6 питания; горизонтальную диафрагму 7 с четырьмя отверстиями, соответствующими местоположениям блоков I-IV; сборник 8 частиц крупной фракции верхнего электрода 9 собирающего блока I фракции с вогнутой рабочей поверхностью; сборник частиц этой фракции; верхний электрод собирающего блока II с вогнутой рабочей поверхностью 10; сборник 12 частиц этой фракции; сборник частиц самой мелкой фракции; верхний электрод 11 собирающего блока III с вогнутой рабочей поверхностью.

Устройство работает следующим образом.

Разделяемые частицы через загрузочное устройство 2 подаются сквозь отверстия в электроде 3 и попадают на плоский горизонтальный электрод 4, вращающийся с постоянной угловой скоростью от привода 5. При поданном от высоковольтного выпрямителя напряжении на электроды 3 и 4 частицы, перезаряжаясь на этих электродах, движутся вдоль отверстия в диафрагме 7 в сторону ослабления электрического поля и разделяются на электроде 4 по размерам, оседая на этом электроде. Частицы максимального размера не задерживаются на нижнем электроде и попадают в сборник 8 частиц. Первая, вторая и третья фракции частиц, длины которых соответственно равны Δl₁, Δl₂, Δl₃, осевшие на электроде 4, непрерывно переносятся вследствие вращения этого электрода сначала к собирающему блоку I, где, появляясь в отверстии диафрагмы, соответствующим положению верхнего электрода 9, они попадают в сильное электрическое поле, образованное электродами 4 и 9, на которые подано напряжение от того же источника 6 Отверстие в диафрагме 7 открывает только частицы, соответствующие первой фракции длиной Δl₁, оставляя закрытыми от проникновения электрического поля частицы второй и третьей фракций (диафрагма заземлена). Геометрия электрода 9 такова (значения r₁ и α₁), что частицы первой фракции непрерывно, по мере их поступления, переносятся в свой сборник. Далее частицы второй и третьей фракций переносятся к второму собирающему блоку, где соответствующее отверстие в диафрагме 7 открывает только частицы второй фракции, закрывая третью. Последняя фракция третья аналогично собирается в своем сборнике, двигаясь к краю электрода 4 в наиболее сильном электрическом поле, образованным этим электродом и электродом 11, вдоль отверстия в диафрагме 7. Время отбора частиц этой фракции максимально. Именно оно и определяет максимальное значение угловой скорости вращения электрода 4.

Устройство включает загрузочное устройство 2, электроды, сделанные из алюминия, электроды 3 и 4 с полированными рабочими поверхностями, закрепленные на диэлектрических пластинах (оргстекло) 12 и 13, которые могли поворачиваться вокруг горизонтальной оси 14 с помощью установочных винтов 15 и 16, поворачивая которые можно было устанавливать желаемое значение углов β и γ; источник 6 питания (высоковольтный выпрямитель); высоковольтный ключ 17, подключающий электрод 3 к источнику 6 питания; вольтметр 18, по которому устанавливалось желаемое напряжение на выходных клеммах источника 6. Система электродов 3 и 4 заключена в ветрозащитную камеру 19.

Устройство работает следующим образом.

Включается источник 6 и по вольтметру 18 устанавливается желаемое значение напряжения на выходных клеммах источника. С помощью винтов 15 и 16 устанавливается желаемое значение углов наклона электродов 3 и 4 относительно горизонта. Замыкается ключ 17 и некоторое количество исследуемого образца разделяемого материала (кристаллы эльбора в смеси) просыпается через загрузочное устройство, включающее металлическую воронку, вставленную в гибкий диэлектрический шланг, надетый на штуцер, выполненный из металла, запрессованный в электрод 3. Исследуемые частицы попадают на электрод 4 и, перезаряжаясь на электродах 3 и 4, движутся в неоднородном электрическом поле в направлении ослабления электрического поля. Частицы большего размера проходят до их остановки на электроде 4 больший путь вдоль образующей электрода 4, чем мелкие частицы. В результате чего на плоском электроде 4 через некоторое время, определяемое проводимостью частиц, и их плотностью, значениями углов β и γ, значением напряжения на источнике питания, после остановки частиц ключ 17 отключался, электрод 4 осторожно снимался с пластины 13, полученное на нем распределение частиц по их размерам изучалось под микроскопом МБС-2. Эксперименты проводились при γ=0. Из проведенных на установке исследований со смесью кристаллов эльбора (30-200) мкм можно сделать следующие выводы: Для всех значений использованных в эксперименте значений угла β= (5-30)^о на электроде 4 получались непрерывные распределения кристаллов по их максимальном размеру, причем кристаллы в распределении были всегда ориентированы так, что их максимальный размер был перпендикулярен плоскости электрода 4.

Длина распределения на электроде была тем больше, чем меньше устанавливаемое значение угла (при том же значении напряженности электрического поля в месте падения частиц на электрод 4 из загрузочного устройства).

При повышении величины напряжения между электродами весь спектр частиц на электроде 4 смещался вправо.

Радиус кривизны рабочей (цилиндрической) поверхности верхнего электрода R=120 мм обеспечивал удержание всех сепарируемых частиц в процессе их движения между электродами 3 и 4 в пределах рабочей поверхности нижнего электрода 4 (±10 мм от оси симметрии этого электрода). Время установления распределения частиц на электроде для необработанных кристаллов эльбора составляло 1 мин. Оно могло быть значительно (в десятки раз) уменьшено путем предварительной обработки поверхности исследуемых частиц химическими растворами для повышения их поверхностной проводимости подобно тому, как это проводится при подготовке ворса перед нанесением ворсовых покрытий по методу электрофлокирования.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет проводить непрерывный процесс разделения частиц одной природы по их максимальному размеру.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ ЧАСТИЦ, включающее два электрода, нижний из которых установлен горизонтально, а верхний под острым углом к нему, источник питания, соединенный с электродами, загрузочное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности процесса разделения, устройство снабжено дополнительными верхними электродами, приводом вращения нижнего электрода и диафрагмой из токопроводящего материала с отверстиями, при этом нижний электрод выполнен в виде плоского диска, а верхние электроды выполнены с вогнутой рабочей поверхностью, причем верхние электроды радиально установлены над нижним электродом на расстоянии друг от друга, а величина расстояния между нижним и верхними электродами уменьшается по направлению вращения нижнего электрода, диафрагма размещена между верхними и нижним электродами и установлена соосно с последним, отверстия в диафрагме размещены под верхними электродами, а их размер увеличивается от периферии к центру в направлении вращения нижнего электрода, при этом диафрагма и нижний электрод соединены с заземленным полюсом источника питания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено сборниками частиц, закрепленными под кромкой нижнего электрода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3