Гравитационный классификатор

 

Использование: изобретение предназначено для измерения массового гранулометрического состава или для наработки фракций порошков заданного гранулометрического состава и может быть использовано в биотехнологии для производства порошковых и композитных материалов, а также в парфюмерной и лакокрасочной промышленности. Гравитационный классификатор содержит шахту, коническую ячейку диспергирования, закрепленную соосно внутри шахты классификатора. Сверху конической ячейки диспергирования в направлении ее вершины смонтировано диспергирующее сопло, подключенное к компрессору. На верхнем торце шахты установлена коническая крышка с выхлопным патрубком. В шахте установлена цилиндрическая гильза, состыкованная с ячейкой диспергирования. Снизу к торцу шахты прикреплен диффузор для формирования кольцевой воздушной рубашки с соплом, подключенным к компрессору. В кольцевом канале, образованном шахтой и цилиндрической гильзой, смонтированы детурбулизирующие сетки. Во втором варианте выполнения классификатора внутри цилиндрической гильзы соосно ей установлен центральный обтекатель, представляющий собой два сочлененных основаниями конуса. В третьем варианте выполнения классификатора внутри цилиндрической гильзы соосно ей установлены диффузор для формирования осевой воздушной рубашки и состыкованная с ним цилиндрическая гильза, в которой смонтированы детурбулизирующие сетки. Причем диффузор для формирования осевой воздушной рубашки подсоединен к компрессору. Изобретение позволяет повысить остроту сепарации частиц и снизить их потери в классификаторе. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение предназначено для измерения массового гранулометрического состава или для наработки фракций порошка заданного гранулометрического состава.

Известен гравитационный противоточный классификатор элютриатор Гонеля, в котором происходит разделение частиц порошков по аэродинамическим размерам в восходящем потоке газа-носителя под действием силы тяжести частицы [1] Недостатком данного устройства является невысокая острота сепарации частиц κ -1,8-1,9), поскольку в шахте элютриатора осевая скорость потока имеет параболический закон распределения, что приводит к различию сил аэродинамического сопротивления движению частиц в поперечном сечении потока.

Известно устройство для преобразования профиля скорости потока в трубах и каналах при помощи сопротивления, рассредоточенного по сечению (проволочные сетки, решетки, слой пористого материала) [2] Используя данное устройство, можно получить "плоский" профиль скорости (равномерный поток) для повышения остроты сепарации частиц в гравитационном классификаторе. Острота сепарации при этом достигает порядка k -1,45.

Недостатками данного устройства являются большие потери тонкой фракции порошков из-за импакции частиц на поверхности сетчатой набивки и длительное время отдува целевой фракции по сравнению с элютриатором Гонеля.

Наиболее близким техническим решением является классификатор [3] в котором для повышения качества разделения частиц имеется корпус с патрубком для подачи исходного материала, участок которого, с выходным торцом установлен соосно внутри корпуса, и выходной участок за пределами корпуса, патрубки для отвода тяжелой и легкой фракции, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса.

Недостатками прототипа являются: боковой ввод аэрозольного потока в нижнюю зону классификатора, что формирует несимметричный профиль скорости, а также "острые" кромки отбойника, которые турбулизируют поток при его обтекании, вызывая перемещение аэрозольного потока. Поэтому в прототипе формируется неравномерный профиль скорости потока, в результате чего нельзя получить высокую остроту сепарации частиц.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого классификатора, который позволил бы повысить остроту сепарации порошковых материалов по сравнению с существующими аналогами за счет выравнивания профиля осевой скорости аэрозольного потока, а также снизить потери частиц на стенках классификатора.

Для решения поставленной задачи в классификаторе, содержащем шахту, коническую ячейку диспергирования, закрепленную соосно внутри шахты классификатора, диспергирующее сопло, смонтированное сверху ячейки диспергирования в направлении ее вершины и подключенное к компрессору, а также коническую крышку с выхлопным патрубком, согласно изобретению, в шахте классификатора установлена соосно цилиндрическая гильза, состыкованная с ячейкой диспергирования, снизу к торцу шахты прикреплен диффузор для формирования кольцевой воздушной рубашки с соплом, подключенным к компрессору, причем в кольцевом канале, образованном шахтой и цилиндрической гильзой, смонтированы детурбулизирующие сетки. За счет вышеуказанных признаков формируется воздушный кольцевой поток (воздушная рубашка), который исключает взаимодействие аэрозольного потока со стенкой шахты классификатора. Тем самым достигается возможность выровнять профиль осевой скорости несущего потока, уравняв скорость аэрозольного потока и потока в воздушной рубашке.

В другом варианте выполнения классификатора внутри цилиндрической гильзы соосно ей дополнительно установлен центральный обтекатель, представляющий собой два сочлененных основаниями конуса.

В третьем варианте выполнения классификатора внутри цилиндрической гильзы соосно ей установлены диффузор для формирования осевой воздушной рубашки и состыкованная с ним цилиндрическая гильза, в которой установлены детурбулизирующие сетки. Диффузор для формирования осевой воздушной рубашки подсоединен к компрессору.

Второй и третий варианты технического решения позволяют получить более равномерный профиль скорости аэрозольного потока с прямолинейным профилем осевой скорости. Вследствие этого устраняется турбулентное перемешивание и растекание аэрозольного потока в поперечном сечении.

Таким образом, свойства новых признаков устройства заключаются в снижении потерь порошков при их классификации и повышении остроты сепарации частиц за счет исключения контакта частиц со стенками шахты классификатора и выравнивания профиля осевой скорости. Причем для выравнивания профиля осевой скорости используется центральный обтекатель или диффузор центральной воздушной рубашки, а также кольцевой канал с детурбулизирующими сетками, формирующие периферийную воздушную рубашку в шахте классификатора при соотношении расходов воздуха через кольцевой канал воздушной рубашки (Q2) и ячейку диспергирования (Q1) пропорционально соотношению их площадей поперечного сечения. Анализ аналогов показывает, что для выравнивания профиля осевой скорости применяется турбулизирующая сетчатая набивка [2] позволяющая повысить остроту сепарации частиц. Однако вследствие большой удельной поверхности сетчатой набивки на последней происходит импактирование частиц, что приводит к повышенным потерям порошка и увеличению времени отдува целевой фракции. Из изложенного выше следует, что предлагаемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого гравитационного классификатора; на фиг. 2 то же, второй вариант выполнения классификатора; на фиг.3 то же, третий вариант выполнения классификатора; на фиг. 4 приведен график распределения частиц (мас.) в зависимости от времени отдува целевых фракций препаратов в гравитационном классификаторе.

Классификатор (фиг. 1) содержит шахту 1, коническую ячейку 2 диспергирования, закрепленную соосно внутри шахты 1 классификатора. Сверху конической ячейки 2 в направлении ее вершины смонтировано диспергирующее сопло 3. Сопло 3 подключено к компрессору 4 посредством трубопровода 5. К верхнему торцу шахты 1 прикреплена коническая крышка 6 с выхлопным патрубком 7. В шахте 1 установлена цилиндрическая гильза 8, состыкованная с ячейкой 2 диспергирования. Снизу к торцу шахты 1 прикреплен диффузор 9 для формирования кольцевой воздушной рубашки, имеющий сопло 10, подключенное к компрессору 4 посредством трубопровода 11. В кольцевом канале 12, образованном шахтой 1 и цилиндрической гильзой 8, смонтированы детурбулизирующие сетки 13. Во втором варианте выполнения классификатора (фиг. 2) внутри цилиндрической гильзы 8 соосно ей установлен обтекатель 14, представляющий собой два сочлененных основаниями конуса. В третьем варианте выполнения классификатора (фиг. 3) внутри цилиндрической гильзы 8 соосно ей установлены диффузор 15 для формирования осевой воздушной рубашки и состыкованная с ним цилиндрическая гильза 16, в которой смонтированы детурбулизирующие сетки 17. Диффузор 15 подсоединен к компрессору 4 посредством трубопровода 18.

Классификатор работает следующим образом. В ячейку диспергирования 2 насыпается исходный порошок (фиг. 1). Включают компрессор 4, и воздушная струя, ускоренная посредством диспергирующего сопла 3, аэрозолирует исходный порошок. Аэрозоль твердых частиц поступает в шахту 1 классификатора, где происходит разделение частиц по аэродинамическим диаметрам. Тонкие частицы из шахты 1 классификатора поступают через выхлопной патрубок 7 в сборник тонкой фракции, а крупные частицы оседают обратно в ячейку диспергирования 2. Расход воздуха через диспергирующее сопло 3 составляет Q1. Для исключения тормозящего влияния стенок шахты 1 классификатора на течение аэрозольного потока через сопло 10 в кольцевой канал 12 воздушной рубашки подается воздух с расходом Q2. Для выравнивания осевой скорости несущего потока в шахте 1 классификатора соотношение расходов Q1/Q2 должно быть равно соотношению площадей поперечного сечения ячейки диспергирования 2 и кольцевого канала 12 воздушной рубашки. В случае использования второго варианта устройства (фиг. 2) соотношение расходов Q1/Q2 равно соотношению площадей поперечного сечения кольцевого канала 12 и кольцевого канала, образованного гильзой 8 и центральным обтекателем 14. В случае использования третьего варианта устройства (фиг. 3) соотношение расходов Q1/Q2/Q3 равно соотношению площадей поперечных сечений кольцевого канала 12, кольцевого канала, образованного гильзами 8 и 16, и осевого канала, созданного диффузором 15 с гильзой 16.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено в условиях малого предприятия или промышленного производства с использованием стандартного оборудования и по простейшей технологии. Следует отметить, что в качестве дисперсионной среды в предлагаемом классификаторе могут использоваться не только газы, но также и жидкости. В таком случае классификатор может использоваться для классификации порошковых материалов по гидродинамическим диаметрам, что находит широкое применение в руднообогатительной технологии.

Классификатор с воздушной рубашкой (фиг.1) использовался в работах по сепарации различных порошковых материалов. Параллельно использовался классификатор с сетчатой набивкой [2] который наиболее близок к предлагаемому по достигаемому положительному эффекту. Геометрические и расходные параметры классификаторов были идентичны и составляли: диаметр шахты 80 мм, высота шахты 300 мм и 350 мм, расход воздуха изменялся в пределах от 20 до 50 л/мин. Процесс разделения порошковых материалов завершался после того, как масса сборника целевой фракции оставалась постоянной при повторных взвешиваниях (Δm=0). Динамика прироста целевой фракции для различных классификаторов приведена на фиг.4. Как видно из фиг.4, время отдувки тонкой фракции (менее 40 мкм) в классификаторе с сетчатой набивкой достигает десятков минут вследствие импакции мелких частиц на сетчатой набивке. При этом потери достигают 5-7% Время отдувки тонкой фракции в предлагаемом классификаторе составляет в среднем 2-3 мин, а потери целевой фракции не превышают 2% В экспериментах при разделении порошков исходный продукт с навеской M_исх разделяется на тонкий M_т и грубый M_г. Величина исходной навески M_исх может влиять на результаты разделения, поэтому в опытах навеска M_исх оставалась постоянной и составляла 5,000±0.02 г. Все навески M_исх, M_т и M_г определялись прямым взвешиванием с относительной точностью 0,02 г на технических весах типа ВЛКТ-500. Результаты разделения порошков в исследуемых классификаторах представлены в табл.1.

В таблице представлены средние значения по трем повторным опытам. Границы доверительных интервалов определялись по закону распределения Стьюдента для уровня вероятности 90% , где n количество повторных опытов; t_0,9 квантиль распределения Стьюдента; S среднеквадратичное отклонение: , где W₁ измеренная величина, W=Σ(W_i)/n - средняя. Из анализа таблицы следует, что классификатор с сетчатой набивкой [2] имеет значительно большие потери (до 7,2%), чем предлагаемый классификатор. При этом следует отметить, что в основном теряется как раз тонкая, целевая фракция, которая осаждается на внутренних поверхностях классификаторов.

После разделения порошков из каждой фракции отбирались пробы для измерения гранулометрического состава четырьмя независимыми методами: электронной и оптической микроскопиями, на времяпролетном анализаторе "Malvern-M3.1" и жидкостном фотоседиментографе "Fritsch Analyzette-20". Острота сепарации аналога [2] и предлагаемого классификатора составляют соответственно 1,43±0,08 и 1,47±0,07, что превышает остроту сепарации стандартных противоточных гравитационных классификаторов типа элютриатора Гонеля (порядка 1,9±0,2). Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокие технические показатели по сравнению с существующими аналогами.

Промышленная применимость. Изобретение может быть использовано в биотехнологии при производстве порошковых и композитных материалов, а также в парфюмерной и лакокрасочной промышленности.

Источники информации
1. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М. "Стройиздат", 1981 г. 296 с.

2. Идельчик И. Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. М. "Машиностроение", 1983 г. с. 351.

З. А.С. СССР N 1738389, кл. B 07 B 7/00, 1992 г.

Формула изобретения

1. Гравитационный классификатор, содержащий шахту, коническую ячейку диспергирования, закрепленную соосно внутри шахты классификатора, диспергирующее сопло, смонтированное сверху конической ячейки диспергирования в направлении ее вершины и подключенное к компрессору, а также коническую крышку с выхлопным патрубком, отличающийся тем, что в шахте установлена цилиндрическая гильза, состыкованная с конической ячейкой диспергирования, снизу к торцу шахты прикреплен диффузор для формирования кольцевой воздушной рубашки с соплом, подключенным к компрессору, причем в кольцевом канале, образованном шахтой и цилиндрической гильзой, смонтированы детурбулизирующие сетки.

2. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что внутри цилиндрической гильзы соосно с ней установлен центральный обтекатель, представляющий собой два сочлененных основаниями конуса.

3. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что внутри цилиндрической гильзы соосно с ней установлены диффузор для формирования осевой воздушной рубашки и состыкованная с ним цилиндрическая гильза, в которой смонтированы детурбулизирующие сетки, причем диффузор для формирования осевой воздушной рубашки подсоединен к компрессору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5