Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в замкнутом цикле транспортирующего газа

Изобретение относится к транспортированию сыпучих материалов в замкнутом цикле газа. Способ включает в себя периодический отбор частиц сыпучего материала из аэросмеси на участке обратной ветви посредством объемного отделителя. Регулируемый процесс транспортирования материала осуществляют с периодом τ, состоящий из двух стадий τ₁, и τ₂. В течение первой стадии τ₁ осуществляется подача сыпучего материала с производительностью, достаточной для устойчивой работы объемного отделителя по очистке от него обратной ветви. В течение второй стадии τ₂ материал подают в поток газа с производительностью, повышенной по сравнению с производительностью питающего устройства на величину поступления материала по обратной ветви установки, не уловленного центробежным и объемным отделителями. Изобретение обеспечивает повышение производительности и расширение области применения способа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к пневматическому транспортированию сыпучих материалов в не загрязняющем окружающую среду замкнутом цикле транспортирующего газа и может быть использовано в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве для подачи химически активных и гигроскопичных материалов, в том числе при наличии выделений вредных веществ, как в окружающей среде, так и внутри пневмоустановки.

Известен способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в замкнутом цикле транспортирующего газа, заключающийся в том, что питающим устройством непрерывно поступающий материал вводят в создаваемый вентилятором поток газа, скорость которого превышает скорость витания сыпучего материала, транспортируют материал в этом потоке к отделителю и возвращают поток газа с не уловленным в отделителе материалом на рециркуляцию к питающему устройству (Карельштейн В.А., статья «Перспективность замкнутых систем пневмотранспорта с обратной ветвью. Особенности выбора в них концентрации смеси» в сборнике «Отопление, вентиляция и строительная теплофизика», вып.1, «Высшая школа», Минск. 1971, с.207-212).

Недостатками аналога являются: низкая надежность пневмотранспорта из-за возрастания в транспортном потоке материала по сравнению с исходным доли мелких частиц, склонных прилипать к поверхности трубопровода в большей мере, чем крупные; повышение затрат энергии из-за рециркуляции не уловленных отделителем сыпучих.

Известен способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в замкнутом цикле транспортирующего газа, заключающийся в том, что непрерывно поступающий материал подают питающим устройством в создаваемый вентилятором поток газа, скорость которого превышает скорость витания сыпучего материала, транспортируют материал в этом потоке к отделителю и возвращают поток газа с не уловленным в отделителе материалом на рециркуляцию к питающему устройству, отличающийся тем, что транспортирование осуществляют отдельными циклами с одинаковым периодом τ, состоящим из трех стадий τ₁, τ₂, τ₃, в течение первой стадии τ₂ рециркулирующий газ и трубопровод очищают от взвешенного и осевшего материала, прекращая на это время подачу материала в поток газа без останова вентилятора, в течение второй стадии τ₁ материал подают в поток газа с производительностью G_n1, повышенной по сравнению с производительностью G_n материала, поступающего к питающему устройству извне, в течение третьей стадии τ₃ останавливают вентилятор и прекращают подачу материала в трубопровод (Авторское свидетельство СССР №583959 кл. B65G 53/04, 1975, опубликовано 15.12.77 БИ №46). В прототипе приводятся расчетные зависимости для определения продолжительности стадий τ₁, τ₂, τ₃ и периода τ.

Недостатками прототипа являются: снижение цикловой производительности пневмотранспортирования сыпучих материалов в течение каждого периода τ, так как подача материала в трубопровод питающим устройством осуществляется только на второй стадии τ₂ цикла (в течение первой стадии τ₁ рециркулирующий газ и трубопровод очищают от взвешенного и осевшего материала, прекращая на это время подачу материала в поток газа без останова вентилятора; в течение третьей стадии τ₃ останавливают вентилятор и прекращают подачу материала в трубопровод, при этом длительность стадии τ₃ начинается с момента останова вентилятора); усложнение управления процессом пневмотранспортирования сыпучего материала за счет его цикличной трехстадийности с расчетной длительностью каждой стадии и цикла в целом с учетом физико-механических свойств различных сыпучих материалов; ограниченность области применения способа по сыпучему материалу объясняется тем, что транспортирующий газ, многократно проходя через вентилятор, нагревается при сжатии, при его соприкосновении с материалом он отнимает у последнего влагу, это вызывает возможность накопления в замкнутой системе с обратной ветвью влаги, что может быть не приемлемо по условиям транспортирования материала; кроме того, отсутствие гермоуплотнения приводного вала вентилятора не позволяет считать контур циркулирующего газа пневмотранспортной установки с обратной ветвью изолированным от атмосферы, что имеет значение при транспортировании материалов, вступающих по ходу в химическую реакцию, например, с влагой и углекислым газом атмосферы. При периодической подаче материала (стадия τ₂) в момент роста (скачка) производительности пневмоустановки каждый раз наблюдается падение скорости газа в ее материалопроводе, что может приводить к образованию поршня материала и прекращению процесса транспортирования.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности транспортирования сыпучего материала, а также расширение области применения способа.

Поставленная задача решается за счет периодического практически полного отбора частиц материала из аэросмеси на участке обратной ветви перед вентилятором посредством снабжения ее объемным отделителем материала, а также непрерывности регулируемого процесса пневмотранспортирования путем последовательного увеличения, а затем уменьшения подачи материала внутри каждого цикла с одинаковым периодом τ, состоящего из двух стадий τ₁ и τ₂; в течение первой стадии τ₁ осуществляется подача материала уменьшенной производительностью G₁, достаточной для устойчивой работы названного объемного отделителя по очистке обратной ветви от не уловленного в центробежном отделителе материала; в течение второй стадии τ₂ материал подают в поток газа с производительностью G₂, повышенной по сравнению с производительностью питающего устройства G_пит>G₁ на величину поступления сыпучего материла, не уловленного центробежным и объемным отделителями. Расширение области применения способа пневмотранспортирования сыпучих обеспечивается применением влагопоглощающей регенерируемой насадки и снабжением приводного вала вентилятора гермоуплотнением.

На фиг.1 дана схема пневмотранспортной установки для осуществления заявляемого способа. Установка содержит приводимый от электродвигателя 1 клиноременной передачей 2 вентилятор 3, вал 4 которого снабжен гермоуплотнением 5, центробежный отделитель 6 сыпучего материала с влагопоглощающей регенерируемой насадкой 7, объемный отделитель материала 8 с входным 9 и выходным 10 патрубками, содержащий вертикально установленную пластину 11 с зубчатыми вырезами на ее нижней части, накопительный бункер 12, питающее устройство 13, материалопровод 14 (прямую ветвь) и обратную ветвь 15 замкнутого трубопроводного контура. Объемный отделитель 8 имеет трапецеидальный корпус с коническим днищем и верхнюю крышку с входным 9 и выходным 10 патрубками, между которыми на ширину корпуса вертикально жестко установлена, разделяющая его верхний объем, пластина 11, нижняя часть которой снабжена зубчатыми вырезами для увеличения завихрения смеси. Размеры отделителя 8, пластины 11, а также зубчатых вырезов на ее нижней части определяются условием осаждения частиц материала и оптимизацией при этом гидравлических потерь.

Способ осуществляется следующим образом.

При включенном электродвигателе 1 вращательное движение передается клиноременной передачей 2 приводному валу 4 вентилятора 3, подающему газ под давлением в материалопровод 14. При включении питающего устройства 13 сыпучий материал подается в материалопровод (стадия τ₁) с уменьшенной производительностью G₁ (кг/с), достаточной для устойчивой работы объемного отделителя 8 по очистке обратной ветви 15 от не уловленных в центробежном отделителе 6 частиц материала, то есть концентрация смеси в обратной ветви µ_обр перед входом в вентилятор практически отсутствует. Принцип работы объемного отделителя 8 основан на обеспечении снижения скорости частиц материала при вхождении в него ниже скорости их витания, а также изменении при этом их направления движения на противоположное. Эффективность работы объемного отделителя повышают зубчатые вырезы на нижней части вертикальной пластины 11, увеличивающие завихрение смеси, что способствует осаждению из нее частиц материала за счет трения о пластину и внутреннюю поверхность стенок его корпуса.

Так как концентрация смеси в обратной ветви µ_обр≈0, то концентрация смеси в материалопроводе (кг материала/кг газа):

µ_мат≈G₁/G_г,

где G_г - массовый расход транспортирующего газа, кг/с;

Продолжительность стадии τ₁ определяется числом циркуляции аэросмеси [n] по замкнутому трубопроводному контуру, необходимым и достаточным для практически полного отделения частиц материала, не уловленных центробежным отделителем, в объемном отделителе. Значение [n] находится опытным путем для каждого материала и его концентрации с учетом принятых геометрических размеров центробежного и объемного отделителей.

Продолжительность первой стадии периода τ транспортирования:

τ₁=L[n]/V_г,

где L - длина замкнутого трубопроводного контура, м;

V_г - скорость газа на входе в объемный отделитель материала, м/с.

В течение второй стадии τ₂ материал подают в поток газа с производительностью G₂ (кг/с), повышенной по сравнению с производительностью питающего устройства G_пит>G₁ на величину поступления сыпучих по обратной ветви установки G_обр, не уловленных центробежным и объемным отделителями (значение G_обр ограничивается подбором степени очистки отделителей сыпучего материала по условию работоспособности вентилятора):

G₂=G_пит+G_обр.

Концентрация смеси в материалопроводе:

µ_мат=µ_пит+µ_обр=G₂/G_г=[µ],

где [µ] - оптимальное значение концентрации смеси (кг материала/кг газа) для заданного сыпучего материала, принятое из рекомендаций для разомкнутых пневмотранспортных систем при тех же условиях транспортирования.

Транспортирование материала осуществляют с периодом цикла

$$\tau ={\tau }_1+{\tau }_2=\frac{G_{2}L\left[n\right]}{V_{г}\left(G_2-G_{пит}\right)}$$ .

Такое управление процессом непрерывного пневмотранспортирования дает возможность дополнительному объемному отделителю периодически отбирать из обратной ветви установки не уловленный центробежным отделителем сыпучий материал. Это, в свою очередь, позволяет повысить производительность и надежность работы установки, уменьшив количество осевшего в ее трубопроводах материала, а значит осуществить процесс при меньших скоростях (расходе) газа, то есть с меньшими энергозатратами.

1. Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в замкнутом цикле транспортирующего газа, заключающийся в том, что непрерывно поступающий материал подают питающим устройством в создаваемый вентилятором поток газа, скорость которого превышает скорость витания сыпучего материала, транспортируют материал в этом потоке к отделителю и возвращают поток газа с не уловленным в отделителе материалом на рециркуляцию к питающему устройству, отличающийся тем, что транспортирование осуществляют циклами с одинаковым периодом τ, состоящим из двух стадий τ₁, и τ₂; в течение первой стадии τ₁ продолжительностью τ₁=L[n]/V_г,
где L - длина замкнутого трубопроводного контура, м;
[n] - число циркуляции аэросмеси по замкнутому контуру, необходимое для практически полного отделения частиц материала, не уловленных центробежным отделителем, в объемном отделителе;
V_г - скорость газа на входе в объемный отделитель материала, м/с;
осуществляется подача материала с уменьшенной производительностью G₁ (кг/с), достаточной для устойчивой работы объемного отделителя материала по очистке обратной ветви от не уловленного в центробежном отделителе материала; концентрация смеси в материалопроводе (кг материала/кг газа):
µ_мат≈G₁/G_г,
где G_г - массовый расход транспортирующего газа, кг/с;
в течение второй стадии τ₂ сыпучий материал подают в поток газа с производительностью G₂, (кг/с), повышенной по сравнению с производительностью питающего устройства G_пит>G₁ на величину поступления сыпучих по обратной ветви установки G_обр, не уловленных центробежным и объемным отделителями: G₂=G_пит+G_обр; концентрация смеси в материалопроводе:
µ_мат=µ_пит+µ_обр=G₂/G_г=[µ],
где [µ] - оптимальное значение концентрации смеси (кг материала/кг газа) для заданного сыпучего материала, принятое из рекомендаций для разомкнутых пневмотранспортных систем при тех же условиях транспортирования;
при этом транспортирование осуществляют с периодом цикла, равным
$$\tau ={\tau }_1+{\tau }_2=\frac{G_{2}L\left[n\right]}{V_{г}\left(G_2-G_{пит}\right)}$$

2. Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в замкнутом цикле транспортирующего газа по п.1, отличающийся тем, что объемный отделитель сыпучего материала имеет трапецеидальный корпус с коническим днищем и верхнюю крышку с входным и выходным патрубками, между которыми на ширину корпуса вертикально жестко установлена разделяющая его верхний объем пластина, нижняя часть которой снабжена зубчатыми вырезами; выходной патрубок центробежного отделителя снабжен влагопоглощающей регенерируемой насадкой, а приводной вал вентилятора в месте выхода его из корпуса снабжен гермоуплотнением.