ВОЗДУШНО-ПРОХОДНОЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2007 года по МПК B07B7/00 B02C23/00 

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 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 в максимальном сечении; 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.

Недостатками прототипа является то, что система регулирования створок раструбов в сепараторе не обеспечивает равномерность зазора между раструбами, возникает турбулизация аэросмеси, т.е. четкость разделения порошкообразной смеси на фракции проблематична. В то же время поток грубой фракции, идущей на помол противотоком к целевой фракции, будет увлекать за собой часть и целевой фракции, что снижает эффективность работы сепаратора.

Задачей изобретения является повышение эффективности разделения измельченного полидисперсного кремния, упрощение системы наладки и управления, получение целевого продукта требуемого гранулометрического состава на одном и том же сепараторе.

Для решения указанной задачи предложен воздушно - проходной сепаратор сыпучих материалов, содержащий корпус с расположенными на одной вертикали входным и выходным патрубками и накопитель возврата, в котором, согласно изобретению, корпус выполнен в виде цилиндра с коническими переходниками по торцам, к верхнему из которых прикреплен патрубок, а к нижнему - цилиндрический накопитель возврата, отделенный от корпуса диафрагмой с центральным отверстием, в котором размещена труба восходящего потока аэросмеси с укрепленным на ней ниже диафрагмы коническим элементом в виде усеченного конуса, а на верхней кромке трубы установлены вертикальные отстоящие друг от друга под углом лопатки с крышкой в виде конического зонта. Лопатки жестко прикреплены к крышке, а крышка к трубе, причем крышка служит днищем пакета из трех коаксиально установленных на ней цилиндров, диаметры которых (d₁, d₂, d₃) соотносятся с диаметром корпуса (D) как d₁:d₂:d₃:D=(0,62-0,64):(0,49-0,51):(0,30-0,32):1. Центральный цилиндр состоит из двух помещенных одна в другую внутренней и наружной труб с возможностью их вертикального перемещения независимо друг от друга, а наружный цилиндр снабжен через конический переходник патрубком с крышкой, которая насажена на полый шток, нижним концом прикрепленный к внутренней трубе центрального цилиндра, а верхним - к штурвалу управления движением крышки, внутренней трубы и среднего цилиндра, внешняя же труба центрального цилиндра прикреплена к тяге, проходящей через полый шток к штурвалу управления движением внешней трубы и среднего цилиндра. Конический элемент выполнен в виде усеченного конуса с диаметром нижнего основания, равным или большим диаметра отверстия диафрагмы, с углом наклона образующей 14-17°, возможностью вращения и вертикального перемещения.

На чертеже представлен общий вид предложенного воздушно-проходного сепаратора, где 1 - корпус сепаратора, 2 - цилиндрический накопитель возврата, 3 - диафрагма, 4 - труба восходящего потока, 5 - конический элемент, 6 - лопатки, 7 - конический зонт, 8 - внешний цилиндр, 9 - средний цилиндр, 10 - центральный цилиндр, 11 - патрубок наружного цилиндра, 12 - крышка патрубка, 13 - полый шток, 14 - штурвал управления, 15 - тяга, 16 - штурвал управления, 17 - патрубок корпуса.

Предложенный сепаратор работает следующим образом. Измельченный порошок, например, кремния из шаровой мельницы в азотно-воздушной атмосфере по трубе восходящего потока 4 непрерывно поступает в зону размещения лопаток 6, где резко меняет (на 90°) направление движения и приобретает на выходе вращательное движение в горизонтальной плоскости. Под действием центробежных сил наиболее крупные частицы кремниевого порошка отделяются от общей массы кремния и прижимаются к стенке аппарата и далее под действием сил гравитации сползают вниз через отверстие между трубой восходящего потока 4 и диафрагмой 3 в накопитель возврата 2, а затем самотеков поступают на домол в мельницу через нижний патрубок накопителя. Для предотвращения уноса части целевой фракции противотоком к потоку измельченного кремния подают через верхний патрубок накопителя 2 азотно-воздушную смесь, при этом в случае необходимости регулируют величину зазора между диафрагмой 3 и стенкой трубы восходящего потока 4 путем вертикального перемещения конического элемента 5 трубы. Азотно-воздушную смесь, включающую целевую фракцию, направляют вверх в полость корпуса сепаратора, где она смешивается с основным потоком аэросмеси, направляемым на выход через корпус сепаратора. При положении крышки 12 «закрыта» внешнего цилиндра 8 аэросмесь заполняет только объем между корпусом 1 сепаратора и внешним цилиндром. Скорость движения потока аэросмеси высока, при этом из сепаратора через патрубок 17 выносится целевая фракция достаточно крупного грансостава. Для получения целевой фракции с меньшим размером гранул поднимают крышку 12 внешнего цилиндра на шаг, равный «X», при этом аэросмесь заполняет и пространство между стенками внешнего и среднего цилиндров, при этом общее сечение потока увеличивается, и скорость его падает, в результате чего из сепаратора выносится целевая фракция меньшего грансостава. Для получения целевой фракции еще меньшего грансостава поднимают крышку внешнего цилиндра еще на шаг, равный «X», при этом полый шток поднимает также внутреннюю трубу центрального цилиндра, а также и средний цилиндр, в результате чего между нижним краем среднего цилиндра 9 и коническим зонтом 7 образуется просвет, через который пространство между средним и центральным цилиндрами заполняется аэросмесью, скорость потока снижается еще больше и из сепаратора выносится фракция еще меньшего грансостава. Для включения в работу центрального цилиндра с помощью штурвала 10 на шаг «X» поднимают нижнюю трубу центрального цилиндра, при этом появляется просвет между этой трубой и коническим зонтом, через который аэросмесью заполняется пространство центрального цилиндра, и скорость потока снижается до минимума, в результате чего из сепаратора выносится целевая фракция самого мелкого грансостава. Если поднимают центральный цилиндр еще выше, он в свою очередь поднимает средний цилиндр 9 до упора с конической стенкой внешнего цилиндра, происходит отключение пространства между внешним и средним цилиндрами от сообщения с патрубком 12, при этом движение аэросмеси будет происходить между корпусом сепаратора, стенкой внешнего цилиндра 8, центрального цилиндра 10 и между стенками среднего 9 и центрального 10 цилиндров. В этом случае получают целевую фракцию несколько крупнее по грансоставу, чем при участии в процессе всего объема сепаратора.

Отличительными признаками предложенного сепаратора от прототипа являются следующие:

- накопитель сепаратора является продолжением его корпуса, отделен от него диафрагмой и снабжен нижним и верхним патрубками;

- входной патрубок аэросмеси заменен трубой восходящего потока, на которой установлены вертикальные отстоящие друг от друга лопатки, закрытые крышкой, и конический элемент;

- внутри корпуса помещен пакет из трех цилиндров, установленных на крышке лопаток.

Как показали лабораторные испытания, принятые соотношения диаметров цилиндров и корпуса сепараторов являются оптимальными, изменение положения которых относительно друг друга по вертикали в сочетании с изменениями расхода азотно-воздушной смеси через верхний патрубок накопителя и аэросмеси из мельницы обеспечивает процесс получения всех типов целевых фракций кремния высокого качества (полидисперсные порошки с содержанием пыли менее 15%).

В предложенном сепараторе лишь путем изменения положения цилиндров пакета, расхода аэросмеси и азотно-воздушной смеси на отдув получают целевые полидисперсные порошки широкого спектра грансостава на одном и том же аппарате и без перемола.

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 с расположенными на одной вертикали входным и выходным патрубками и накопитель возврата. Корпус выполнен в виде цилиндра с коническими переходниками по торцам, к верхнему из которых прикреплен патрубок, а к нижнему - цилиндрический накопитель возврата, отделенный от корпуса диафрагмой с центральным отверстием, в котором размещена труба восходящего потока аэросмеси с укрепленным на ней ниже диафрагмы элементом в виде усеченного конуса. На верхней кромке трубы установлены вертикальные отстоящие друг от друга под углом лопатки с крышкой в виде конического зонта, при этом лопатки жестко прикреплены к крышке, а крышка - к трубе, причем крышка служит днищем пакета из трех коаксиально установленных на ней цилиндров, диаметры которых (d₁, d₂, d₃) соотносятся с диаметром корпуса (D) как d₁:d₂:d₃:D=(0,62-0,64):(0,49-0,51):(0,30-0,32):1, при этом центральный цилиндр состоит из двух помещенных одна в другую (внутренней и наружной) труб с возможностью их вертикального перемещения независимо друг от друга, а наружный цилиндр снабжен через конический переходник патрубком с крышкой, которая насажена на полый шток, нижним концом прикрепленный к внутренней трубе центрального цилиндра, а верхним - к штурвалу управления движением крышки, внутренней трубы и среднего цилиндра, внешняя же труба центрального цилиндра прикреплена к тяге, проходящей через полый шток к штурвалу управления движением внешней трубы и среднего цилиндра. Технический результат - повышение эффективности разделения измельченного полидисперсного кремния, упрощение системы наладки и управления, получение целевого продукта требуемого гранулометрического состава на одном и том же сепараторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Воздушно-проходной сепаратор сыпучих материалов, содержащий корпус с расположенными на одной вертикали входным и выходным патрубками и накопитель возврата, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра с коническими переходниками по торцам, к верхнему из которых прикреплен патрубок, а к нижнему - цилиндрический накопитель возврата, отделенный от корпуса диафрагмой с центральным отверстием, в котором размещена труба восходящего потока аэросмеси с укрепленным на ней ниже диафрагмы элементом в виде усеченного конуса, а на верхней кромке трубы установлены вертикальные отстоящие друг от друга под углом лопатки с крышкой в виде конического зонта, при этом лопатки жестко прикреплены к крышке, а крышка к трубе, причем крышка служит днищем пакета из трех коаксиально установленных на ней цилиндров, диаметры которых (d₁, d₂, d₃) соотносятся с диаметром корпуса (D) как d₁:d₂:d₃:D=(0,62-0,64):(0,49-0,51):(0,30-0,32):1, при этом центральный цилиндр состоит из двух помещенных одна в другую внутренней и наружной труб с возможностью их вертикального перемещения независимо друг от друга, а наружный цилиндр снабжен через конический переходник патрубком с крышкой, которая насажена на полый шток, нижним концом прикрепленный к внутренней трубе центрального цилиндра, а верхним - к штурвалу управления движением крышки, внутренней трубы и среднего цилиндра, внешняя же труба центрального цилиндра прикреплена к тяге, проходящей через полый шток к штурвалу управления движением внешней трубы и среднего цилиндра.2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что конический элемент выполнен с углом наклона образующей 14-17° с возможностью вращения и вертикального перемещения.