Воздушно-проходной сепаратор

Изобретение относится к устройствам для сортировки и разделения сыпучих порошкообразных материалов, в частности кристаллического кремния после его измельчения, и может быть использован на валковых, роликовых и центробежных мельницах во многих отраслях современной промышленности. Воздушно-проходной сепаратор сыпучих материалов содержит корпус, выполненный в виде усеченного конуса с коническим днищем с патрубком. В корпусе соосно ему помещены на расстоянии друг от друга по высоте коаксиально установленные, разделяющие корпус на секции цилиндрический накопитель возврата и два элемента (верхний и нижний) в виде обратных конусов с патрубками. Накопитель возврата выполнен в виде двух цилиндров, разделенных диафрагмой с отверстием, в которое с зазором помещена труба восходящего потока. На верхней кромке трубы, кромке верхнего цилиндра накопителя и кромках каждого из обратных конусов помещены вертикальные лопатки, отстоящие под углом друг от друга и закрепленные на крышке. Крышка трубы восходящего потока выполнена сплошной и закреплена на ней, а крышки верхнего цилиндра накопителя, обратных конусов выполнены кольцевыми и закреплены на корпусе. Труба восходящего потока и патрубки обратных конусов установлены коаксиально и проходят по высоте корпуса сквозь его нижний патрубок, а на боковой поверхности каждой из секций корпуса установлены патрубки для вывода аэросмеси. Технический результат - повышение производительности и эффективности разделения измельченного полидисперсного кремния, упрощение системы наладки и управления процессом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для сортировки и разделения сыпучих порошкообразных материалов, в частности кристаллического кремния после его измельчения, и может быть использован на валковых, роликовых и центробежных мельницах во многих отраслях современной промышленности.

Потребителями порошков кремния являются заводы, синтезирующие различные кремнийсодержащие продукты, при этом предъявляются достаточно высокие требования к порошкам по их гранулометрическому составу. Например, при производстве органохлорсиланов порошок кремния должен быть полидисперсным с низким содержанием пыли, т.е. фракция 0071 должна составлять не более 8-14%.

Известен воздушно-проходной сепаратор, используемый в комплекте с шаровыми мельницами барабанного типа в металлургии и теплоэнергетике (Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия, 1968, с.318). Сепаратор состоит из корпуса, внутреннего конуса осадителя молотого порошка, поворотных створок, механизма управления створками, патрубками ввода сырья, вывода готовой продукции и возврата на домол грубой фракции.

Недостатком сепаратора является то, что он предназначен для разделения конкретной фракции порошка, обычно пыли 0090, от грубой фракции возврата, при этом поток грубой фракции увлекает за собой заметную часть целевой фракции снова в мельницу. Полидисперсную фракцию порошка с ограниченным содержанием количества пыли (менее 0071) в данном сепараторе получать затруднительно. Для перехода технологии на другую целевую фракцию необходима разработка другого сепаратора.

Известен наиболее близкий к предложенному техническому решению и принятый нами в качестве прототипа воздушно-проходной сепаратор с восходящим потоком аэросмеси (смесь измельченного материала и газа) (Патент РФ №2067500, В02С 23/10, 1997 г.). Сепаратор состоит из корпуса с расположенными на одной вертикали входным в нижней части и выходным в верхней части корпуса патрубками, соосно расположенными в корпусе раструбом-накопителем и направляющим раструбом, образующими между стенками кольцевой инерционный канал. Расстояние (L) между кромками раструбов определяется из выражения

, где d₁ - диаметр раструба максимального сечения, d₂ - внутренний диаметр цилиндрической части корпуса сепаратора. Раструбы прикреплены к корпусу с помощью не менее трех тяг. Величина кольцевого канала между раструбами фиксируется с помощью крепящих штырей. Кромки раструбов снабжены регулируемыми створками.

Недостатком прототипа является то, что система регулирования створок раструба в сепараторе не обеспечивает равномерность зазора между раструбами, возникает турбулизация аэросмеси, то есть четкость разделения порошковой смеси на фракции проблематична. В то же время поток грубой фракции, идущий на домол к целевой, будет увлекать за собой часть целевой фракции, что приводит к перемолу.

Задачей является повышение производительности за счет повышения эффективности разделения измельченного полидисперсного кремния, упрощения системы наладки и управления процессом, получения продукта различного гранулометрического состава на одном и том же сепараторе, снижение габаритов установки размола кремния, объема циркуляционного контура и, как следствие, высоты производственного здания.

Для решения указанной задачи предложен воздушно-проходной сепаратор сыпучих материалов, содержащий корпус с патрубками ввода, вывода аэросмеси, сыпучих продуктов и накопитель возврата, в котором согласно изобретению корпус выполнен в виде усеченного конуса с коническим днищем с патрубком и в корпусе соосно ему помещены на расстоянии друг от друга по высоте коаксиально установленные, разделяющие корпус на секции цилиндрический накопитель возврата и два элемента (верхний и нижний) в виде обратных конусов с парубками, при этом накопитель возврата выполнен в виде двух цилиндров, разделенных диафрагмой с отверстием, в которое с зазором помещена труба восходящего потока, при этом на верхней кромке трубы, кромке верхнего цилиндра накопителя и кромках каждого из обратных конусов помещены вертикальные лопатки, отстоящие под углом друг от друга и закрепленные на крышке, при этом крышка трубы восходящего потока выполнена сплошной и закреплена на ней, а крышки верхнего цилиндра накопителя, обратных конусов выполнены кольцевыми и закреплены на корпусе, причем труба восходящего потока и патрубки обратных конусов установлены коаксиально и проходят по высоте корпуса сквозь его нижний патрубок, а на боковой поверхности каждой из секций корпуса установлены патрубки для вывода аэросмеси. В сепараторе соотношение верхнего (d) и нижнего (D) оснований усеченного конуса равно d:D=(0,55-0,58):1, соотношение высот секций сепаратора (сверху вниз) (h₁,h₂,h₃) и высоты корпуса (H) соответствует выражению h₁:h₂:h₃:Н=(0,02-0,06):(0,54-0,56):(0,75-0,80):1.

Отличительными признаками предложенного устройства являются следующие:

- корпус сепаратора выполнен в виде усеченного конуса с патрубками вывода аэросмеси на боковой поверхности и разделен на секции помещенными в нем накопителем возврата и обратными конусами;

- накопитель возврата выполнен в виде двух цилиндров, разделенных диафрагмой с отверстием, в которое помещена труба восходящего потока, и размещен в верхней части полости корпуса сепаратора;

- центробежные силы в потоке аэросмеси создают с помощью отстоящих друг от друга под некоторым углом вертикальных лопаток, размещенных на кромках трубы восходящего потока, на кромках накопителя возврата и обратных конусов, при этом восходящий поток аэросмеси изменяет направление движения на 180° в полости аппарата,

- вывод порошков из сепаратора производят в обратном порядке: возврат сверху, а целевые фракции снизу, что позволяет в промышленном масштабе опускать сепаратор вниз до уровня вывода грубой фракции, а циклон опускается до уровня вывода аэросмеси, что позволяет уменьшить габариты оборудования производства и производственного здания.

На чертеже представлен общий вид воздушно-проходного сепаратора:

1 - корпус сепаратора; 2 - накопитель возврата; 3 - диафрагма: 4 - труба восходящего потока аэросмеси; 5 - лопатки; 6 - крышка лопаток трубы восходящего потока; 7 - патрубок возврата грубой фракции; 8 - верхний обратный конус с патрубком; 9 - нижний обратный конус с патрубком; 10, 11, 12 - патрубки верхней, средней и нижней секций соответственно; 13, 14, 15 - лопатки накопителя возврата, верхнего и нижнего обратных конусов соответственно; 16, 17, 18 - кольцевые крышки лопаток накопителя возврата, верхнего и нижнего обратных конусов соответственно; 19 - патрубок для вывода целевой фракции из корпуса сепаратора; 20 - патрубок для подачи азотно-воздушной смеси.

Сепаратор работает следующим образом.

Измельченный порошок кремния из шаровой мельницы потоком азотно-воздушной смеси (аэросмеси) поступает по трубе 4 восходящего потока в зону размещения ее лопаток 5, где меняет свое направление движения на 90° и разбивается в межлопаточных пространствах на отдельные струйки, обретая вращательное движение вокруг оси симметрии трубы 4 в корпусе накопителя 2. Под действием центробежных сил крупные частицы кремния, для которых скоростные характеристики потока аэросмеси ниже скорости их витания, прижимаются к стенке накопителя и под действием сил гравитации оседают вниз через щель между трубой 4 и диафрагмы 3 в нижнюю часть накопителя грубой фракции 2, а затем через патрубок 7 самотеком поступают на домол. Через патрубок 20 подают азотно-воздушную смесь, которая создает в пространстве между трубой 4 и диафрагмой 3 противоток потоку грубой фракции со скоростью, равной скорости витания целевой фракции. Предусмотрена возможность регулирования ширины щели между трубой 4 и диафрагмой 3. Азотно-воздушная смесь очищает поток грубой фракции от частиц целевой фракции и вместе с ними смешивается с общим потоком аэросмеси. При переходе в верхнюю секцию сепаратора через лопатки 13 накопителя аэросмесь меняет направление движения на 180° точно так же, как на трубе восходящего потока, получает вращательное движение вокруг оси симметрии, но характер движения несколько отличается от характера движения в предыдущей секции, поскольку сечение корпуса по нисходящему направлению имеет большую площадь, обуславливая постепенное увеличение радиуса вращения потока аэросмеси, при этом снижается линейная скорость вращающегося потока аэросмеси. Кроме того, падает и поступательная скорость потока в осевом направлении, при этом на верхнем обратном конусе 8 оседает наиболее крупная целевая фракция кремния, например 0500. Наклон стенки обратного конуса равен или чуть выше угла естественного откоса порошка кремния, ввиду чего осевший порошок самотеком через коаксиально размещенный патрубок выводится из сепаратора (в камерный насос). При закрытых патрубках 11 и 12 азотно-воздушная смесь с остатками пыли выводится через патрубок 10 (в циклон). При необходимости разделения аэросмеси на менее грубую целевую фракцию закрывают патрубок 10 и открывают патрубок 11, при этом поток аэросмеси, очищенный от возврата и первичной целевой фракции, проходит через лопаточное пространство верхнего обратного конуса 14 в следующую секцию. Силы, действующие на поток, подобны силам в предыдущей секции сепаратора, однако скоростные характеристики потока уменьшаются еще больше и скорость уноса тоже. На нижнем обратном конусе 9 оседает более тонкая фракция, например 0250. Аэросмесь с остатками пыли через патрубок 11 выводится из аппарата, а осевшая фракция самотеком через коаксиально размещенный патрубок выводится из сепаратора. Когда патрубки 10 и 11 закрыты, а 12 открыт аэросмесь с остатками тонкой фракции через лопатки 15 нижнего обратного конуса поступает в нижнюю секцию сепаратора. Силы, действующие на процесс в этой секции, еще более ослаблены, скорость движения потока еще более снижена, вследствие чего на днище корпуса 1 сепаратора оседает наиболее тонкая фракция, например 0140, которая через патрубок 19 самотеком выводится из него, а аэросмесь с остатками пыли выводится через патрубок 15.

Лабораторные испытания предложенной конструкции сепаратора позволили принять соотношение диаметров верхнего (d) и нижнего (D) оснований усеченного конуса, равным d:D=(0,55-0,58):1, и соотношение высот секций сепаратора (сверху вниз) (h₁,h₂,h₃) и высоты корпуса (Н), соответствующие выражению h₁:h₂:h₃:Н=(0,02-0,06):(0,54-0,56):(0,75-0,80):1.

Установлено, что изменением ширины зазора диафрагмы, расхода азотно-воздушной смеси на отдув и аэросмеси получают порошок кремния любого грансостава, требуемого технологией производства кремнийорганики на одном и том же сепараторе, что значительно повышает эффективность производства. Кроме того, в предложенном сепараторе при получении целевой фракции исключена возможность ее возврата на перемол, что приводит к повышению производительности процесса.

Размещение накопителя с патрубком вывода грубой фракции на домол в верхней части аппарата, его конструкционное решение для изменения движения восходящего потока аэросмеси на 180° в полости корпуса с дальнейшим выводом потока в боковой части корпуса наряду с другими преимуществами позволило уменьшить высоту установки самого сепаратора в схеме получения кремния, обеспечило уменьшение объема циркуляционного контура производства и производственного здания наполовину.

1. Воздушно-проходной сепаратор сыпучих материалов, содержащий корпус с патрубками ввода, вывода аэросмеси, сыпучих продуктов, и накопитель возврата, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде усеченного конуса с коническим днищем с патрубком и в корпусе соосно ему помещены на расстоянии друг от друга по высоте коаксиально установленные, разделяющие корпус на секции цилиндрический накопитель возврата и два элемента (верхний и нижний) в виде обратных конусов с патрубками, при этом накопитель возврата выполнен в виде двух цилиндров, разделенных диафрагмой с отверстием, в которое с зазором помещена труба восходящего потока, при этом на верхней кромке трубы, кромке верхнего цилиндра накопителя и кромках каждого из обратных конусов помещены вертикальные лопатки, отстоящие под углом друг от друга и закрепленные на крышке, при этом крышка трубы восходящего потока выполнена сплошной и закреплена на ней, а крышки верхнего цилиндра накопителя, обратных конусов выполнены кольцевыми и закреплены на корпусе, причем труба восходящего потока и патрубки обратных конусов установлены коаксиально и проходят по высоте корпуса сквозь его нижний патрубок, а на боковой поверхности каждой из секций корпуса установлены патрубки для вывода аэросмеси.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что соотношение верхнего (d) и нижнего (D) оснований усеченного конуса равно d:D=(0,55-0,58):1.

3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что соотношение высот секций сепаратора (сверху вниз) (h₁, h₂, h₃) и высоты корпуса (Н) соответствует выражению h₁:h₂:h₃:Н=(0,02-0,06):(0,54-0,56):(0,75-0,80):1.