Способ выделения сферических частиц

 

Способ может использоваться для сепарации стеклянных шариков для светоотражающих покрытий, стальных шариков для подшипников, сферических насадок для массообменной аппаратуры в сельском хозяйстве и других отраслях промышленности. Смесь подают узконаправленным потоком под углом около 45° на отбойник и, формируя поток, ширина которого превышает толщину, раздельно собирают отраженные частицы с разным углом отскока от отбойника, при этом снижают аэродинамическое воздействие на подаваемый и отраженный потоки. Изобретение повышает качество сепарации сферических частиц. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к отраслям, связанным с производством и использованием твердых частиц со сферической формой и однородной структурой, например, стеклянных шариков для светострадающих покрытий, стальных шариков для подшипников, сферических насадок для массообменной аппаратуры.

Предшествующий уровень техники Известен способ сепарации сферических частиц, заключающийся в том, что смесь подают узконаправленным потоком под острым утлом на отбойник и раздельно собирают отраженные частицы (авторское свидетельство СССР N 988371, МКИ В 07 В 13/00, 1983, БИ N 2).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ сепарации сферических частиц, заключающийся в том, что смесь подают узконаправленным потоком под острым углом на отбойник и раздельно собирают отраженные частицы (авторское свидетельство СССР N 1722623, МКИ В 07 В 13/00, 1992, БИ N 12).

Недостатком обоих способов является низкое качество сепарации сферических однородных частиц, поскольку при их реализации на стадии сбора разделенных частиц неизбежно возникает вторичное смешение частиц, отличающихся углом отскока, а следовательно, при прочих равных условиях и формой поверхности. В первом способе отраженные отбойником частицы разделяют на фракции до дальности навесной траектории, которая зависит не только от формы и однородности частиц, но, одновременно, от целого ряда других причин: различий в начальных скоростях, упругих свойствах и эквивалентных аэродинамических размерах частиц. Во втором способе отраженные частицы разделяются в зависимости от степени отклонения их траектории от центральной плоскости отраженного потока. В этом случае в сборнике вместе со сферическими частицами окажутся частицы другой формы, траектория которых случайно оказалась в зоне центральной плоскости отраженного потока, хотя угол их отскока от отбойника может существенно отличаться от угла отскока сферических однородных частиц.

Сущность изобретения Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество сепарации сферических однородных частиц.

Данный технический результат достигается тем, что в способе сепарации сферических частиц, заключающемся в том, что смесь подают узконаправленным потоком под острым углом на отбойник и раздельно собирают отраженные частицы согласно предложенному способу смесь подают на отбойник под углом около 45^o, формируя поток, ширина которого превышает толщину, при этом снижают аэродинамическое воздействие на подаваемый и отраженный потоки.

Кроме того, в частом случав отбойник и поток смеси ориентируют так, чтобы направление геометрической оси отраженного потока было вертикальным, а сам отраженный поток - нисходящим. Смесь направляют последовательно по крайней мере на два отбойника. Широкую сторону потока ориентируют перпендикулярно к проекциям траекторий частиц смеси на отбойную поверхность. Поверхность отбойника и широкую сторону потока ориентируют вертикально. Фракционирование частиц по форме в зависимости от степени отклонения их начальной траектории отскока от начальной траектории отскока идеально для однородных сферических частиц при ударной сепарации на отбойнике с гладкой поверхностью, независимо от других свойств частиц (размеров, плотности, упругих свойств) проводится на основе известной физической закономерности для сферических частиц, угол отскока которых от отбойника равен или близок углу их падения на него, а траектории до и после удара об отбойника лежат в одной плоскости, перпендикулярной поверхности отбойника, что является отличием однородных сферических частиц от частиц любой другой формы или неоднородных.

Таким образом траектории отскока несферических и/или неоднородных частиц будут располагаться вокруг траектории однородных шариков, которая т.о. будет являться геометрической осью отраженного потока на начальном участке. Чем больше несферичность поверхности и/или степень неоднородности внутренней структуры частицы, тем больше вероятность отклонения начальной траектории этой частицы после удара об отбойник от траектории однородного шарика.

Однако для реализации указанной цели требуется обеспечить условия, исключающие или максимально снижающие расширение потока смеси, вероятность столкновения частиц в зоне перекрытия потоков и вторичное перемешивание отраженных отбойником частиц. Это обеспечивается при минимальной толщине, длине и максимальной скорости потоков, параллельности траекторий частиц в потоке смеси, отсутствии или максимальном снижении поперечных смещающих воздействий на потоки.

Снижение толщины потока за счет увеличения его ширины позволяет снизить вероятность столкновений между частицами из подающего и отраженного потоков. Такое решение обеспечивает одинаково высокую эффективность выделения сферических частиц независимо от производительности при условии, что изменяется только ширина потока. Наибольший эффект достигается при минимальной ширине ударного следа на поверхности отборника, что и обеспечивается реализацией дополнительного признака: широкая сторона потока смеси должна быть ориентирована перпендикулярно проекциям траекторий частиц смеси на поверхность отбойника.

Угол между направлением потока смеси и поверхностью отбойника должен составлять около 45 градусов, что обеспечивает при прочих равных условиях минимальное перекрытие падающего и отраженного потоков частиц. При 45 градусах максимальное перекрытие потоков равно их толщине. Кроме того, более качественный результат достигается, если приемное отверстие сборника сферических частиц имеет конфигурацию границы ударного следа на отбойнике и расположено по отношению к отраженному потоку так же, как отбойник по отношению к потоку смеси. В этом случае на границы приемного отверстия при любом расстоянии от отбойника будут поступать частицы с одинаковым максимальным угловым отклонением от траектории идеальных сферических частиц. Для снижения смещающего аэродинамического воздействия на потоки необходимо поступающий в зону ударной сепарации воздух отсасывать равномерно по периметру потоков смеси и отраженного или проводить сепарацию в условиях вакуума. Кроме того, между направляющим устройством и сборником шариков целесообразно поместить глухую перегородку, установленную с минимальным зазором относительно отбойника в зоне удара частиц. Эта перегородка уменьшает воздействие на траекторию отраженных частиц воздушных потоков, инициируемых пневмотранспортным потоком смеси.

Отбойник и поток смеси можно ориентировать так, чтобы направление геометрической оси отраженного потока было вертикальным, а сам отраженный поток нисходящим, для повышения качества сепарации. В этом случае, при отсутствии поперечных смещающих воздействий на отраженные частицы, траектории всех сферических частиц (любых размеров, с различными упругими свойствами и скоростью в потоке смеси), соответствующие геометрическим параметрам, указанным в первом пункте формулы, концентрируются в центральной вертикальной части потока, а траектории остальных несферических и неоднородных частиц расходятся от центра, что устраняет вторичное перемешивание частиц по длине отраженного потока и дает возможность производить сбор сферических частиц независимо от расстояния между отбойником и приемным отверстием сборника продукта.

Использование двух- и более ступенчатой ударной сепарации частиц по форме обеспечивает более качественное разделение и позволяет использовать для этого дополнительные возможности, например, ограничение площади второго и последующих отбойников центральной частью или изменение угла между потоком смеси и периферийной частью отбойников, что позволяет избавиться от периферийной части отраженных потоков и, т.о. исключить вторичное смешивание частиц при втором и последующих отражениях. Кроме того, при многоступенчатой ударной сепарации можно направить исходный поток смеси и окончательно разделенный поток вертикально вниз, что при минимальной длине промежуточных потоков обеспечивает повышение качества разделения за счет предотвращения расширения и перемешивания потоков в результате отличия в навесной траектории разных частиц.

При вертикальной ориентации плоскости струи и поверхности отбойника снижается влияние на качество сепарации относительно изменения навесных траекторий движения частиц, отличающихся эквивалентным аэродинамическим размером. Это различие траекторий приводит к расширению потока смеси и перемешиванию частиц в отраженном потоке. Однако в указанном случае такое изменение траекторий в потоке смеси происходит в пределах вертикальной плоскости и, независимо от наклона траектории сферических частиц к горизонтали, их траектории после контакта с отбойником также будет располагаться в общей вертикальной плоскости, поскольку проекции углов падения и отражения сферических частиц на горизонтальную плоскость равны между собой так же, как и сами углы падения и отражения.

Пример осуществления изобретения Способ осуществляется следующим образом.

Смесь стеклянных частиц с размером 400-700 мкм, оплавленных в пламени горелок, после охлаждения подается со скоростью более 10 м/с в количестве 80 кг/ч широким (ширина - 100 мм) плоским (толщина - около 6 мм) потоком, ориентированным широкой стороной в вертикальной плоскости, с горизонтальным начальным направлением движения частиц смеси, на плоский, стальной, вертикально установленный отбойник. Разгон частиц обеспечивается пневмотранспортным способом с помощью сжатого воздуха. Длина сопла направляющего устройства с постоянной шириной щели, равной 6 мм, составляет 70 мм. Угол между центральной плоскостью потока и поверхностью отбойника составляет 45 градусов, расстояние между отбойником и направляющим устройством - 70 мм. После отскока от отбойника, сферические частицы собираются сборником с щелевым (ширина щели - 8 мм, длина - 150 мм) вертикально ориентированным приемным окном, установленным на расстоянии 70 мм симметрично соплу направляющего устройства относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной к поверхности отбойника и проходящей через центр ударного следа частиц на отбойнике, т.е. в зоне отраженного потока, где сосредоточены траектории частиц с углом отскока от отбойника не более, чем на 5 градусов в горизонтальной плоскости отличающимся от угла падения частиц смеси на отбойную поверхность. Остальные частицы собираются в отдельном общем бункере. Приемное отверстие общего бункера расположено симметрично вокруг приемного отверстия сборника шариков и сообщается с источником разрежения. Кроме того, в вертикальной плоскости, перпендикулярной к поверхности отбойника и проходящих через центр ударного следа частиц на отбойнике, с зазором 10 мм относительно отбойника, установлена глухая перегородка. Эта перегородка и подсос воздуха через приемное отверстие отбракованных частиц позволяет снизить воздействие на траекторию частиц воздушных потоков, инициируемых с путным потоком воздуха, выходящим из направляющего устройства вместе со смесью частиц. В сборник шаров поступает около 30 кг/ч продукта. По данным визуального контроля доля сферических частиц в нем составляет около 90%. При повторной сепарации этой фракции в сборник шаров попадает до 85% подаваемых на сепарацию частиц. В то же время, при повторной сепарации частиц из общего бункера в сборнике продукта оказывается не более 20% всего потока.

Формула изобретения

1. Способ сепарации сферических частиц, заключающийся в том, что смесь подают узконаправленным потоком под острым углом на отбойник и раздельно собирают отраженные частицы с разным углом отскока от отбойника, отличающийся тем, что смесь подают на отбойник под углом около 45^o, формируя поток, ширина которого превышает толщину, при этом снижают аэродинамическое воздействие на подаваемый и отраженный потоки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбойник и поток смеси ориентируют так, чтобы направление геометрической оси отраженного потока было вертикальным, а сам отраженный поток нисходящим.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что смесь направляют последовательно, по крайней мере, на два отбойника.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что ширина потока превышает толщину, причем широкую сторону потока ориентируют перпендикулярно к проекциям траекторий частиц смеси на отбойную поверхность.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность отбойника и широкую сторону потока ориентируют вертикально.