СПОСОБ СОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК B07B1/22 

Способ и устройство сортирования сыпучих материалов могут быть использованы при очистке и сортировке зерна и его продуктов переработки, а также в химической и обогатительной промышленности при разделении сыпучих материалов.

Цель изобретения - повышение интенсивности и качества сортирования сыпучих материалов по размерам.

Известно использование процесса сегрегации частиц при сдвиговых течениях сыпучей среды в поле силы тяжести при квазистатических режимах движения, когда имеет место высокая концентрация сыпучей среды, небольшие относительные скорости перемещения, отсутствие свободного без столкновений пробега. Данный режим сдвиговых течений имеет место в решетах с возвратно-поступательным движением и ситах с круговым поступательным движением. Исследования В.В. Гортинского “Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях”. - М., 1980, с. 92,112, показали, что для увеличения интенсивности послойного движения, а следовательно, и процесса перераспределения частиц по размерам целесообразно уменьшать угловую скорость рабочих органов.

Этот вывод означает, что дальнейшее увеличение производительности плоских решет и сит ограничивается кинематическим режимом.

Исследования В.Н.Долгунина и др. показали, что особенно интенсивно процесс сегрегации происходит при быстром сдвиговом течении сыпучей среды (Исследование механизма сегрегации частиц при сдвиговом течении // Процессы в зернистых средах/Межвузовский сборник научных трудов, 1989).

Если фиг.1 придать вращение около некоторой оси, то при К > 1 получим трубчатый или водопадный режим движения сыпучей среды в горизонтальном вращающемся цилиндре. В трубчатом режиме движения сдвиговые течения отсутствуют. Водопадный режим в чистом виде является неустойчивым и при незначительных изменениях нагрузки или оборотов цилиндра быстро переходит в каскадно-водопадный или трубчатый. Поэтому с целью придания водопадному режиму устойчивости, а также возможности увеличения скорости сдвиговых течений при числах оборотов цилиндра больше критических n > n_кр.= 42,3/Д(диаметр цилиндра), во второй четверти окружности установлены неподвижные лопатки 1-4 на различном расстоянии от поверхности цилиндра через всю его длину параллельно образующим (фиг.2-4). Лопатки обеспечивают отрыв поднимающегося вместе с решетом слоя сыпучей среды, и каждая лопатка направляет падающий поток на определенную часть решета. Последовательное размещение лопаток по окружности обеспечивает разный угол отрыва каждого слоя и его дальнейшее движение в свободном падении по своей траектории. В месте падения по линии 0-l₁-l₂-l₃-l₄-l₅ происходит встреча падающего потока частиц со слоем сыпучего материала, уже уложенного соседней лопаткой. В пространстве эта линия переходит в поверхность площадью

S=l·n·L,

где n - число лопаток;

l - ширина зернового слоя, снимаемого одной лопаткой в зоне падения;

L - длина цилиндра

Здесь происходит встреча потоков частиц движущихся с разными скоростями и направлениями движения, что приводит к быстрым инерционным сдвиговым течениям сыпучей среды.

Как видно из фиг.2, каждый элементарный слой частиц, снимаемый одной лопаткой, движется по своей замкнутой траектории с циклом подъем - отрыв - свободное падение - сдвиговое течение. Перемешивание объема сыпучей среды, находящейся в цилиндре, отсутствует.

Устройство, обеспечивающее данный вид движения, впервые зарегистрировано в авторском свидетельстве П.Н.Федосеева № 174553 для создания в поперечном сечении барабанной сушилки падающего потока зерна и очистки его воздухом.

В дальнейшем был выявлен процесс самосортирования сыпучей среды в поперечном сечении цилиндра при данном виде движения, и в авторском свидетельстве № 223636 (В.А.Патрин, П.Н.Федосеев) “Сушильно-очистительная установка для сыпучих материалов” предложен способ раздельного вывода фракций с помощью приемных лотков, которые, однако, не дают четкого разделения сыпучего материала.

Кроме того, в данной заявке не отражена суть и новизна способа сортирования, которая была обнаружена при дальнейших исследованиях и основана, во-первых, на качественно других ( по сравнению с плоскими и простыми цилиндрическими решетами) быстрых сдвиговых течениях сыпучей среды в инерционных режимах, а во-вторых, выявлено, что на сыпучую среду в горизонтальном вращающемся цилиндре действует переменная по величине и направлению силовое поле, которое приводит сыпучую среду в состояние, аналогичное при сложных горизонтальных и вертикальных колебаниях.

Используя результаты скоростной киносъемки, модель процесса перераспределения частиц по размерам представлена в приближенном виде следующим образом: каждый элементарный слой сыпучего материала, состоящий из пор и крупных зерен, при виде сверху представляет “подвижное решето”, движущееся в зоне сдвиговых течений со скоростью, отличной от скорости верхнего и нижнего такого же “решета”. В результате чего более мелкие частицы проваливаются в поровые промежутки между зернами и переходят в нижний элементарный слой, с каждый циклом движения по кругу приближаясь к поверхности цилиндра, а более крупные частицы всплывают на поверхность и циркулируют в зоне первых двух лопаток.

Из фиг.6 видно, что сдвиговое течение сыпучей среды при К=ω²r_c/g>1 происходит в максимальном силовом поле (зона Б), а в зоне отрыва у лопаток в минимальном силовом поле (зона А), что облегчает отрыв частиц.

На фиг.6 дано изменение величины результирующего ускорения от угла поворота цилиндра L и кинематического режима K. А - величина силового поля в зоне отрыва слоя; В - величина силового поля в зоне сдвигового течения.

Изменение направления действия силового поля способствует переводу контактного напряжения между частицами в предельное и, следовательно, к их перераспределению. Изменение направления силового поля во вращающемся горизонтальном цилиндре в течение одного оборота дано на фиг.7.

На фиг.7 дано изменение направления γ результирующего ускорения от угла поворота цилиндра L и кинематического режима K.

Техническая реализация способа разделения при быстрых сдвиговых течениях гранулированных материалов представлена в предлагаемой сортировальной установке (фиг.3), которая состоит из вращающегося цилиндрического решета с различными размерами отверстий, 9 и 10 неподвижно установленных внутри решета системы плоских лопаток 1-4 (фиг.3 и 4), закрепленных на 2-х секторах 5, так что каждая лопатка находится на различном расстоянии от поверхности решета и направляет срезаемый слой на определенную часть решета. Система лопаток может поворачиваться вместе с валом 17 в подшипнике 16 рычагом 15 относительно сектора 14. Это необходимо при выборе оптимальных углов отрыва при технологической настройке решета.

Загрузочное устройство состоит из воронки 18, двух труб 6 и 8. Одна труба входит в другую и закрепляется болтом 7. К нижнему концу трубы закреплен шарнирно клапан-копир 9 (фиг.3 и 5).

Установка сортировальная работает следующим образом. Сыпучий материал через загрузочное устройство поступает во внутреннюю часть цилиндрического решета. Толщина слоя на решете в зоне загрузки устанавливается перемещением нижнего конца загрузочной трубы 8 по высоте. В процессе работы решета заданная толщина слоя в зоне загрузки поддерживается автоматически. При уменьшении толщины слоя клапан, поворачиваясь относительно оси шарнира, освобождает отверстие загрузочной трубы. Сыпучий материал поступает в решето. По мере увеличения толщины слоя увеличивается напор вращающегося вместе с решетом зернового кольца на клапан-копир, который, поворачиваясь, перекрывает выпускное отверстие трубы 8. Решету 10, 11 от электродвигателя через клиноременную передачу 12 и опорные ролики 13 сообщаются обороты, которые должны быть в пределах n=(1,3-1,5)n_кр.

Сыпучий материал под действием центробежной силы поднимается во вторую четверть окружности решета, отрывается лопатками и падает на слой зерна, уложенный соседней лопаткой. В результате сдвигового течения слоев происходит перераспределение частиц по размеру. Мелкие перемещаются к поверхности решета и проходят через цилиндрическое решето с мелкими отверстиями 10 - проход M₁, со средними отверстиями 11 - проход М₂, а крупные частицы К сходят с поверхности решета.

Изобретение относится к очистке и сортировке зерна и его продуктов переработки, а также к химической и обогатительной промышленности при разделении сыпучих материалов. Техническим результатом является повышение интенсивности и качества сортирования сыпучих материалов по размерам. Способ включает сортировку сыпучих материалов по размерам частиц в горизонтальном вращающемся цилиндрическом решете с системой неподвижно установленных внутри цилиндра лопаток, обеспечивающих устойчивый водопадный режим движения сыпучей среды с отрывом для сегрегации частиц по размеру и раздельный отвод частиц. При этом раздельный отвод мелких и средних частиц производят через соответствующие отверстия цилиндрического решета, а крупных частиц сходом с поверхности решета. Причем заданную толщину слоя сыпучей среды в зоне загрузки цилиндрического решета устанавливают перемещением нижнего конца загрузочно-телескопической трубы по высоте и поддерживают автоматически клапаном-копиром, скользящим по поверхности слоя сыпучей среды, периодически открывающим и закрывающим выпускное отверстие загрузочно-телескопической трубы. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Способ сортирования сыпучих материалов по размерам частиц в горизонтальном вращающемся цилиндрическом решете с системой неподвижно установленных внутри цилиндра лопаток, обеспечивающих устойчивый водопадный режим движения сыпучей среды с отрывом для сегрегации частиц по размеру и раздельный отвод частиц, отличающийся тем, что раздельный отвод мелких и средних частиц производят через соответствующие отверстия цилиндрического решета, а крупных частиц - сходом с поверхности решета, причем заданную толщину слоя сыпучей среды в зоне загрузки цилиндрического решета устанавливают перемещением нижнего конца загрузочно-телескопической трубы по высоте и поддерживают автоматически клапаном-копиром, скользящим по поверхности слоя сыпучей среды, периодически открывающим и закрывающим выпускное отверстие загрузочно-телескопической трубы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что настройку оптимальной траектории падающего потока сыпучей среды осуществляют поворотом неподвижных лопаток по ходу или против вращения цилиндра, для изменения угла отрыва слоя сыпучей среды.