УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2017 года по МПК B03C7/12 

Описание патента на изобретение RU2634664C2

Разработка и создание эффективного классификатора тонкодисперсных материалов становится все более актуальной в связи с прогрессом в порошковой металлургии, нанотехнологиях, развитием производства современных строительных материалов, горно-обогатительной, химической, фармацевтической и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к способам классификации дисперсных материалов в электрических полях и может быть использовано в металлургической, строительной, горно-обогатительной, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известны классификаторы дисперсных материалов, в которых разделение частиц исходного материала по крупности основано на различии величин действия сил, применяемых в рабочем объеме - массовой (гравитационной и/или инерционной) и силы вязкого трения частиц в воздушном потоке.

Массовая сила (гравитационная и/или инерционная), действующая на частицы, зависит от размера и плотности частиц:

а сила вязкого трения - от размера, формы и скорости движения частиц в среде, а также вязкости и плотности среды:

где: d - диаметр частицы;

ρч - плотность частицы;

ρс - плотность среды;

λ - коэффициент сопротивления;

υ - скорость частицы относительно среды;

g - ускорение свободного падения.

Если массовая сила зависит, главным образом, от свойств частицы, то сила вязкого трения, в основном, определяется свойствами потока среды и его взаимодействием с поверхностью частиц. Турбулентности, возникающие в потоке среды, приводят к возникновению сил, перемешивающих частицы, и результаты классификации всегда оказываются хуже желаемых.

Известны классификаторы, в которых наряду с гравитационными силами, и силами вязкого трения для обеспечения более четкой классификации по размерам дополнительно используют еще и электростатические силы (Патент РФ, №2058827 В03С 3/15, 3/16; Патент РФ, №2064345, В03С 7/00), а также используют плазму, генерируемую бегущей ТЕМ-волной высокой интенсивности (Заявка РФ, №92014980/26, В03С 3/00). Перечисленные классификаторы имеют высокую производительность, но также недостаточно селективны при разделении микронных и, особенно, субмикронных материалов. В этих способах и устройствах, их реализующих, частицы классифицируемого материала получают электрический заряд

где Q – заряд, получаемый частицей, находящейся в области тихого разряда к моменту времени t;

Е - напряженность электрического поля в точке рабочего пространства, в которой находится частица;

r - радиус сферической частицы;

k - подвижность ионов;

n - концентрация ионов в электрическом поле тихого разряда, достигающая 1010-1011 ионов/см3;

е - заряд электрона.

В электростатическом поле, создаваемом системой электродов в рабочем пространстве классификатора, на заряженную частицу действует дополнительная, играющая главную роль сила

где Q - заряд частицы,

Е - напряженность электрического поля в месте нахождения частицы.

Недостатки перечисленных и им подобных способов и устройств обусловлены противоречием между действием сил гравитационных и электростатических, упорядочивающих движение частиц, и сил вязкого трения внутри транспортирующих потоков, приводящих к перемешиванию классифицируемых частиц.

Целью предлагаемого изобретения: является разработка эффективного способа и устройства классификации тонкодисперсных материалов.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе и устройстве из процесса классификации исключены силы вязкого трения.

По совокупности существенных признаков в качестве прототипа выбран «Способ сепарации мелкодисперсных порошков и устройство для его осуществления» (см. патент РФ №2136382, В03С 07/00).

Решение поставленной задачи достигают тем, что в предлагаемом способе и устройстве классификацию падающего потока дисперсного материала производят путем зарядки и осаждения заряженных частиц тихим разрядом, создаваемым системой электродов в вакуумной рабочей камере.

Предлагаемый способ осуществляется в устройстве следующим образом. В вакуумированный корпус классификатора, содержащий систему электризующих и осадительных электродов, вакуумным шлюзом сверху подают подготовленный для классификации материал. Частицы материала, проходя через кольцевую рабочую щель, тонким слоем падают в рабочую камеру, электризуются системой зарядных электродов и под действием электростатического поля движутся к осадительным электродам в приемные емкости.

В вакууме под действием силы тяжести все частицы, независимо от размера и площади поверхности, движутся с одинаковым ускорением и за один и тот же промежуток времени приобретают одинаковые скорости, поэтому выделение частиц и разделение их по размерам будет происходить только в результате их взаимодействия с электрическим полем (в устройстве направление электростатического поля перпендикулярно направлению гравитационного поля).

Сила взаимодействия частиц с электростатическим полем зависит от величины заряда, получаемого частицей, величина которого связана, главным образом, с площадью поверхности частицы. Поэтому радиальное ускорение, которое приобретет частица в электростатическом поле, будет пропорционально произведению заряда, полученного частицей, на напряженность поля:

Где: m - масса частицы;

a r - радиальное ускорение;

Q - заряд частицы;

Е - напряженность электростатического поля.

Но, т.к. m~r3, a Q~r2, то (5) можно представить как:

откуда:

Т.е. большее радиальное ускорение в электростатическом поле получают частицы меньшего размера. Поэтому они достигают осадительного электрода первыми и оказываются в самой верхней приемной емкости. А крупные частицы, получающие меньшие ускорения, к осадительному электроду прилетят последними и попадут в нижние приемные емкости.

Присоединив к патрубку соответствующей приемной емкости шлюз, выделенную фракцию частиц отбирают и выводят за пределы, не прерывая процесса классификации.

В вакууме силы вязкого трения отсутствуют, поэтому в рабочем пространстве классификатора нет турбулентных течений, и перемешивания частиц при их движении не происходит, а разделение по размерам оказывается более селективным (острым) и эффективным, чем в любом из традиционных классификаторов, разделяющих дисперсный материал в вязких средах.

Вакуум, который необходим для работы классификатора, выбирают, исходя из следующего соображения: необходимо, чтобы длина свободного пробега молекулы азота (наиболее массовой составляющей воздуха) стала больше или равной расстоянию между зарядным и осадительным электродами в классификаторе.

Чтобы оценить диапазон давлений, при которых может работать классификатор, воспользуемся эмпирическим соотношением, используемым для упрощенных расчетов средней длины свободного пробега молекул в вакуумной технике:

Откуда

Где: Р - давление в мм рт.ст.;

<l> - средняя длина свободного пробега молекул воздуха в метрах.

Расстояние между зарядным и осадительным электродами в классификаторе ~10-1м (порядка 10 см), следовательно, среднюю длину свободного пробега молекулы азота ~0,05-0,5 м будут иметь при давлении Р~10-2-10-3 мм рт.ст., что вполне достижимо для современных форвакуумных насосов.

Предлагаемое устройство по способу (классификатор) содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок 2, соединенный с вакуумным шлюзом 3. Патрубок в нижней части переходит в кольцевую рабочую щель 4. Высоковольтный источник питания 6 размещен внутри корпуса зарядных электродов 5 - полого цилиндра, установленного в верхней части корпуса 1 классификатора. На поверхности корпуса зарядных электродов - полого цилиндра по спирали на изоляторах смонтирован проводник с зарядными электродами в виде острий 7. Острия зарядных электродов выполнены из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. В нижней части корпуса классификатора размещен снабженный фильтром 11 входной патрубок вакуумного насоса 12, вынесенного за пределы корпуса классификатора. Осадительные электроды 8 установлены на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполнены в форме открытых сверху, забранных сеткой усеченных конусов, нижние кромки которых переходят в желоба, соединенные с приемными емкостями 9. Число осадительных электродов с приемными емкостями равно количеству фракций, выделяемых классификатором из исходного материала. Каждая приемная емкость имеет выходной патрубок с клапаном 10 для присоединения к вакуумному шлюзу 3 (см. Рис. 1).

Заряд частиц классифицируемого материала, как и в способе по патенту РФ №2136382 В03С 07/00, осуществляют тихим разрядом.

Предлагаемый способ классификации реализуют с помощью устройства следующим образом: подготовленный для классификации материал вакуумным шлюзом 2 подают через входной патрубок в кольцевую входную щель 2, после прохождения которой материал тонким слоем попадает под воздействие электрического разряда, стекающего с острий зарядного электрода 6, при этом частицы классифицируемого материала получают заряд

где Q - заряд частицы, находящейся в области тихого разряда к моменту времени t;

Е - напряженность электрического поля в месте нахождения частицы;

ε - относительная диэлектрическая проницаемость частицы;

r - радиус сферической частицы;

k - подвижность ионов;

n - концентрация ионов в электрическом поле тихого разряда, достигающая 1010-1011 ионов/см3;

е - заряд электрона; под воздействием электрического поля между зарядным 7 и осадительным 8 электродами, движутся в радиальном направлении к осадительным электродам, связанным с приемными емкостями 9, входы которых открыты на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора. Каждая приемная емкость имеет свой выходной патрубок 10 с клапаном для отбора классифицированного материала. Отбор выделенных фракций материала производят, присоединяя к патрубку приемной емкости вакуумный шлюз, выводя их за пределы устройства, не прерывая работы классификатора.

На рисунке 1:

1. цилиндрический корпус;

2. входной патрубок 2;

3. вакуумный шлюз;

4. кольцевая рабочая щель;

5. цилиндрический корпус зарядных электродов;

6. Высоковольтный источник питания;

7. Острия зарядного электрода;

8. Осадительные электроды;

9. Приемные емкости;

10. патрубок с клапаном;

11. Фильтр;

12. входной патрубок вакуумного насоса.

Число осадительных электродов с приемными емкостями равно количеству фракций, выделяемых классификатором из исходного материала. Каждая приемная емкость имеет выходной патрубок для присоединения к вакуумному шлюзу 3.

Похожие патенты RU2634664C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Седой В.С.
  • Шкатов В.Т.
RU2136382C1
Электрофильтр 2022
  • Порсев Евгений Георгиевич
  • Малозёмов Борис Витальевич
RU2789907C1
ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 2022
  • Порсев Евгений Георгиевич
  • Малозёмов Борис Витальевич
RU2809402C1
ЭЛЕКТРОФИЛЬТР 2022
  • Порсев Евгений Георгиевич
  • Малозёмов Борис Витальевич
RU2806048C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРИКЛАЗСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ ДЛЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Чуклай А.М.
  • Великий В.Я.
  • Гайдуллин Ю.М.
  • Зиганшин Р.Г.
  • Крохин Е.Я.
  • Сидоров В.В.
RU2100314C1
КОРОННЫЙ ЭЛЕКТРОСЕПАРАТОР 2007
  • Знаев Александр Степанович
  • Осинцев Евгений Геннадьевич
RU2351399C1
СЕПАРАТОР 2006
  • Дядин Валерий Иванович
  • Латкин Александр Сергеевич
  • Козырев Андрей Владимирович
  • Подковыров Виктор Георгиевич
  • Сочугов Николай Семенович
RU2315662C1
Устройство для анализа дисперсного состава порошков 1983
  • Сыченков Владимир Васильевич
  • Калакутский Лев Иванович
SU1278681A1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЧАСТИЦ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ПЕСКОВ И ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2010
  • Мязин Виктор Петрович
  • Дядин Валерий Иванович
  • Григорский Геннадий Александрович
  • Левченко Василий Николаевич
  • Муравьев Александр Павлович
  • Кондратьев Сергей Дмитриевич
  • Синичук Данил Андреевич
  • Щербанов Петр Сергеевич
RU2427431C1
Электростатический сепаратор 2019
  • Котунов Станислав Владимирович
  • Анохин Максим Николаевич
  • Головашкин Виталий Александрович
  • Красногоров Вадим Олегович
RU2719683C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 634 664 C2

Реферат патента 2017 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к классификации дисперсных материалов в электростатических полях и может быть использовано в металлургической, строительной, горно-обогатительной, химической и других отраслях промышленности. Устройство содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок, соединенный с вакуумным шлюзом, в нижней части переходящий в кольцевую рабочую щель, высоковольтный источник питания, размещенный внутри полого цилиндра - корпуса зарядных электродов, установленного в верхней части на оси корпуса классификатора, зарядный электрод, размещенный по спирали на поверхности полого цилиндра, смонтированный на изоляторах, входной патрубок вакуумного насоса, снабженный фильтром, размещенным в нижней части корпуса классификатора, вынесенную за пределы корпуса вакуумную систему; систему осадительных электродов, установленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполненных в форме открытых усеченных конусов, входы которых забраны сеткой, с внешними кромками, переходящими в желоба, соединенные патрубками с приемными емкостями, имеющими выходные патрубки с клапанами для присоединения к вакуумным шлюзам. Корпус устройства вакуумирован, а для непрерывной подачи и отбора классифицируемых материалов используют вакуумные шлюзы. Повышается эффективность классификации по размеру тонкодисперсных материалов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 634 664 C2

Устройство для электростатической классификации тонкодисперсных материалов, содержащее цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен широкий входной патрубок, соединенный с вакуумным шлюзом, в нижней части переходящий в кольцевую рабочую щель; высоковольтный источник питания, размещенный внутри полого цилиндра - корпуса зарядных электродов, установленного в верхней части на оси корпуса классификатора; зарядный электрод, размещенный по спирали на поверхности полого цилиндра, смонтированный на изоляторах; входной патрубок вакуумного насоса, снабженный фильтром, размещенным в нижней части корпуса классификатора; вынесенную за пределы корпуса вакуумную систему; систему осадительных электродов, установленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса классификатора и выполненных в форме открытых усеченных конусов, входы которых забраны сеткой, с внешними кромками, переходящими в желоба, соединенные патрубками с приемными емкостями, имеющими выходные патрубки с клапанами для присоединения к вакуумным шлюзам, отличающееся тем, что корпус устройства вакуумирован, а для непрерывной подачи и отбора классифицируемых материалов используют вакуумные шлюзы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2634664C2

Устройство для электростатического разделения частиц 1983
  • Мартыненко Сергей Григорьевич
SU1187885A1
СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ И НАНОЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Райныш Владимир Александрович
  • Шурупов Алексей Васильевич
  • Шурупов Михаил Алексеевич
RU2412007C1
СПОСОБ СЕПАРАЦИИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Седой В.С.
  • Шкатов В.Т.
RU2136382C1
ЭЛЕКТРОСЕПАРАТОР 1992
  • Сычик Василий Андреевич[By]
  • Слонимский Александр Петрович[By]
  • Бреднев Александр Викторович[By]
RU2080186C1
WO 2000061292 A1, 19.10.2000
JP 57207558 A, 20.12.2982.

RU 2 634 664 C2

Авторы

Дядин Валерий Иванович

Легай Вячеслав Геннадьевич

Легай Геннадий Вячеславович

Даты

2017-11-02Публикация

2016-04-06Подача