КЛАССИФИКАТОР Российский патент 1996 года по МПК B03C7/02 

Изобретение решает задачу классификации порошков в диапазоне размеров частиц исходной их совокупности от десятых долей микрометра до десятков микрометров. Конкретные числовые значения зависят от физических свойств материала порошка. Классификацию осуществляют из устойчивой двухфазной системы газ-твердое тело. Область применения классификатора: получение порошков заданной крупности для различных порошковых технологий.

Наиболее известны и совершенны на сегодня:
вихревые классификаторы фирмы Сенсин, Япония [1]
центробежные классификаторы фирмы Ларокс, Финляндия [1]
Согласно паспортным данным эти классификаторы обеспечивают нижнюю границу разделения от 5 микрометров. Практически она выше: порядка 8 и более микрометров.

Их общие недостатки:
низкое значение (0,5-0,6) показателя эффективности, как следствие адгезионных взаимодействий в первую очередь;
малая концентрация твердой фазы разделяемого материала не превышающая 0,5 кг•м^-3;
сложная система фильтрации тонкого продукта, в том числе и продукта требуемой крупности.

От этих недостатков существенно освобождает переход от аэродинамического способа образования двухфазной системы газ твердое тело к способу электродинамическому [3] На нем основано устройство по а.с.СССР N 799820.

Данное устройство, принятое за аналог, состоит из цилиндрического герметизированного корпуса и внутреннего цилиндрического электрода, профилированного в виде последовательности усеченных конусов с разными углами при вершине, канала ввода исходного порошка и каналов вывода фракций различной крупности. Сам процесс классификации происходит за счет различных инерционных пробегов после актов cоударения частиц различных размеров [3] Известно, что такой классификатор обеспечил нижнюю границу размера частиц 3-5 микрон (порошки Cu и Ta), но процесс классификации продолжителен и периодичен. Поэтому за прототип принято устройство, схема и описание которого приведены в [2] В нем через межэлектронную область двух прямоугольных профилированных электродов, в которой и создают двухфазную систему газ-твердое тело, за счет осевого потока газовой фазы при данной его скорости остаются только те частицы, размер которых больше некоторого граничного. Все остальные выносит газовый поток с последующем сбором на том или ином фильтре. Данное устройство было использовано для экспериментального определения критической скорости потока. Под последней понимают ту скорость газовой фазы, при которой осциллирующая частица твердой фазы данного размера выбрасывается аэродинамическими силами за пределы зоны профилирования (определение критической скорости газовой фазы в направлении, перпендикулярном направлению скорости частиц при их осцилляциях важно при использовании электродинамического псевдоожижения в гетерогенном катализе, прямом восстановлении оксидов и т.д.). Этот принцип и положен в основу классификатора, составляющего предмет данного изобретения.

На фиг.1 изображена блок-схема классификатора на пять, как пример, классов крупности (i 5); на фиг.2 блок классификации (продольное сечение по продольной оси симметрии ОO')на три фракции (i 3); на фиг.3 блок классификации (поперечное сечение по аа' на фиг.2).

Блок-схема классификатора состоит из следующих элементов:4 1 - источник постоянного тока высокого напряжения. Последнее регулируют в пределах значений, обеспечивающих электродинамическое псевдоожижение всех частиц данного порошка;
2 блок классификации основной блок устройства, в котором в результате взаимодействия потока газовой фазы с электродинамически псевдоожиженными частицами твердой фазы происходит классификация последних по крупности и вывод каждой из градаций в отдельности;
3 блок подачи порошка, подлежащего классификации. Он дозирует ввод порошка в область электродинамического псевдоожижения;
4, 5, 6, 7 сборники классов размеров: r_max^oC r_г1; r_г1^oC r_г2 r_г2^oC r_г3; r,_г3^oC r_min соответственно. Здесь r_max и r_min максимальный и минимальный размеры частиц в исходном порошке до его классификации;
8 фильтр сбора из газовой фазы частиц с размером r_н;
9 вентилятор, создающий поток газовой фазы, скорость которого регулируют;
10 возвратный газопровод;
11 фильтр успокоитель газовой фазы.

На фиг.2 и 3 показано устройство основного блока блока классификации, в варианте деления исходного порошка на три градации. Электроды 12 со стороны межэлектродной области профилированы на всю их ширину. Геометрия участков профилирования в поперечном сечении имеет форму трапеции с увеличивающимся значением угла по ходу потока при больших их основаниях, т.е. . Непрофилированные поверхности электродов располагают в параллельных плоскостях и устанавливают под углом между нормалью к ним и направлением вектора силы тяжести в пределах Φ 0,2- 20^o.

Межэлектродная область с боков ограничена стенками 13 из диэлектрика, которые в сочетании с электродами 12 образуют участок газопровода, на котором и происходит классификация. Верхний электрод 12 в сечении аа' имеет канал 14 для ввода порошка из дозатора 3 в межэлектродную область. В этом же сечении находится канал 15 для вывода в сборник 4 частиц, размер которых лежит в интервале r_max r_г1. В сечении вв' второго участка профилирования в нижнем электроде находится канал 16 вывода в сборник 5 частиц, размер которых заключен в интервале r_г1 r_г2. Частицы, размер которых меньше r_г1, задерживает фильтр. В частном случае r_г2 r_min.

Классификатор работает следующим образом. От источника высокого напряжения 1 на электроды 12 блока 2 подают напряжение U. Вентилятором 9 создают поток газовой фазы в газовом контуре, скорость которого на входе в блок классификатора равна V_п. Значения величин U и V_п выбирают в зависимости от крупности (r_max r_min классифицируемого порошка и его плотности d. Затем начинают дозированную подачу порошка из дозатора 3 по каналу 14 в верхнем из электродов 12 блока 2. Поток частиц попадает в межэлектродную область, где их электродинамически псевдоожижают. За счет градиента концентрации частиц и наклона электродов на угол v создают поток осциллирующих частиц в направлении, перпендикулярном потоку газовой фазы. Последний по контуру г,д,е,ж сечения канала входит в межэлектродную область и "выдувает" частицы, размер которых меньше r_г1 во второй участок профилирования, т.е. происходит процесс классификации. Частицы, размер которых больше r_г1, осциллируя, смещаются к каналу 15 в нижнем электроде 12, которое завершает сброс в приемник 4 и т.д.

В зависимости от числа участков профилирования ширина канала на выходе потока из блока 2 на 5 50 больше его ширины на входе. Рабочий процесс участка профилирования (классификации) подчиняется уравнению вида

где η вязкость газовой фазы;
d плотность частиц твердой фазы;
r_гi радиус частиц граничного размера
Установлено, что число участков профилирования в одном блоке не целесообразно делать больше пяти, т.е. i≅5. Порозность электродинамически псевдоожиженной двухфазной системы газ-твердое тело не может быть меньше 0,995. Следовательно, доля объема области твердой фазы в этой области на участках 17 и 18, где и происходит процесс классификации, не более 0,005; или 5 см³ из 1 дм³. При плотности материала частиц в пределах 3-10 г•см³ это 15-50 г•дм^-3. Если учесть, что время нахождения частиц в объеме этих участков менее 10^-1c, то производительность дм³ может быть оценена в 45-500 г•дм^-3•с^-1. Эта оценка совпадает с данными экспериментов на объеме участков 17 и 18 в приблизительно 20 см³. В зависимости от плотности материала частиц, значение r_min составляет 0,2 мкм; наибольшее значение r_max порядка 20 25 мкм. Показатель эффективности не ниже 0,6 0,7. ЫЫЫ2

Использование: получение порошков заданной крупности для различных порошковых технологий. Сущность изобретения. Классификатор включает герметичный корпус, выполненный из двух плоских расположенных один над другим прямоугольных электродов с отверстиями для ввода порошка, подлежащего классификации и вывода продуктов классификации, боковых стенок из диэлектрика со щелевыми отверстиями для ввода и вывода газовой фазы, вентилятор и фильтра тонкой очистки. Электроды со стороны межэлектронного пространства выполнены с двумя-пятью участками профилирования. Ширина отверстия для вывода газовой фазы больше ширины отверстия для ввода газовой фазы на 5-50 %. Плоскости электродов установлены под углом между нормалью к ним и вектором силы тяжести в пределах угла Φ= 0,2-20^°. Геометрия профилированных участков имеет в поперечном сечении форму трапеций с увеличивающимися углами ψ при больших основаниях трапеций по ходу потока газовой фазы, т.е.. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Классификатор, включающий герметичный корпус, выполненный из двух плоских расположенных один над другим прямоугольных электродов с отверстиями для ввода порошка, подлежащего классификации, и вывода продуктов киассификации, боковых стенок из диэлектрика с щелевыми отверстиями для ввода и вывода газовой фазы, вентилятора и фильтра тонкой очистки, отличающийся тем, что электроды со стороны межэлектродного пространства выполнены с двумя - пятью участками профилирования, при этом ширина отверстия для вывода газовой фазы больше ширины отверстия для ввода газовой фазы на 5 50%
2. Классификатор по п. 1, отличающийся тем, что плоскости электродов установлены под углом между нормалью к ним и вектором силы тяжести в пределах угла Φ = 0,2-20^°.
3. Классификатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что геометрия профилированных участков имеет в поперечном сечении форму трапеций с увеличивающимися углами ψ при больших основаниях трапеций по ходу потока газовой фазы, т.е.