Воздушный сепаратор Советский патент 1935 года по МПК B07B4/00 B04C3/04 

Многочисленные исследогания, касающиеся падения частиц в спокойном атмосферном воздухе, показывают, что законы падения частиц различных крупностей или удельных BJCOB различны, а именно:

1)Водяные капли, приблизитгльно до 5 мм, падают в неподвижном воздухе ппчти со скоростью падения в пустоте, приближающейся

к Тй, что дает формула 2gh, pa: но как и зерна ссответс7ь Ю11,его дна етра и удельного веса;

2) астицы, которые мельче упомянзтых к п. I, падают с медленно ускоряющимист скоростями;

3j более тонкие частицы (менее 05 лгл в диамет )е) падают согласно закону Стокса, причем скорость падения вначале увеличи1ае7Ся пропорционально уьеличению диаметра частиц до тех пор, пока в известный момент скорость не станет равной скорссти падения по так называемсй параболической формуле. Очевидно, что по Мере того, как частица падагт быстрее, трение ее по причине сопроти1ления воздуха будет увеличиваться до того момента, ко да силы, которая заставляет частицу ускорять свое да1ление, не уравновесится воздушным сопротивлением. Пирсон и Слай для цемента нашли, что падение тонких частиц 1Г|А - 50 ц следует закону Стокса и приблизите ьно при 50 fj. за он Стокса нпрушалс;: частицы крупнее этого размера падали со слегка ускоренными скоростями (п. 2.

Скорости падения в спокойно-а мос ерном воздухе по закону Стокса пропорциональны квадрату диаметра размеров чпстиц.

Общая скорость оседания для некотсрых размеров пыли (материал не yiioM HiTl по Д/кнбсом тыражается зерен диаметром 0,1-ОС001 мм Соотьетстье- но в S0,0-0, е.мсек;

4) по исследованиям д-ра Мартнна для очень

(2)

тонких частнц падение управляется законом V kd, где k - величина постоянная, которая за и сит от прирсды и формы частиц и от того, впуска :тся ли ьоздух ровной струей или бурным потоком; V-скорость падения частиц, i авная ско ости потока воздуха, только поддерживак щего частицу диаметра d.

Настоящее изобретение, основанное на приЕеде ных положениях, имеет целью достигнуть улучшения результатов воздушной классификации. Для разрешения этой задачи в предлагаемом сепараторе длины подводящих трубопроводов диференцироьаны соответственно требованиям Сепарации, и для досту а в циклоны внешнего воздуха применены кольцевые зазоры между нижними кромкам и циклонов и коническими вставками.

На чертеже изображена схема воздушного сепа -атопа.

Предлагаемый сепаратор состоит из нескольких циклонов 1, 1 с подводящими трубопроводами рас юложеиными вертикально. Каждый из циклопов представляет собой в верхней своей части цилиндр, к которому снизу приделан усеченный конус с вершиной, опрокинутой вниз. Внешний усеченный конус снабжен внутренней конической ЕстаЕКой 2 таким образом, что онн вместе образуют К1льцевой зазор, площадь сечения которого может быть уменьшена или увеличена путем передвижения вьерх или вниз внутреннего конуса.

Подводящая в аппарат воздухопоток вертикальная трубка 3 цилиндрического пли на конус сечения в 3°-5° в вершине должна быть достаточн-й длины и иметь внутреннюю часть. Выхлопная тпуба, вообще, короткая, если только она искусственно нз удлиня тст в целях увеличения сопротивлений в системе и тоже можег иметь внутреннюю часть. Выхлопная труба 4 может

быть либо цилиндрического сечения, либо оканчиваться конической насадкой, если требуется по условиям сеаарации сохранить оиред .лешые минимальные скорости в зоне засасыьания выхлопной трубы.

На подобного рода циклонах, включэнных в одну систему на линию всасы ания, можно нолучить однородный по крупности продукт, если работать на однородном по минерало1ическиму составу материала, если, например, классифицироьать абразивы для получения минутникоь.

Вакуум в циклонах с пpиближJHиeм к вентилятору увеличивается, а скоростный напор падает. По мере разрежения воздуха плотноегь ejo уменьшается, скорости воздушных потоков падают, в результате чего Ч1стицы ьсе билег мелках размеров постгпенно выпадают из системы. В подоЗиой системе господст.,ует вакуум-гупбулентный режнм. оона наиинтенсиьп йшего вакуум-турбулентного режима наблюдается в самих циклонах. Частицы материала при турбулентном режиме, помимо поступательного перемещения, имеют еще и выхреьые. Скорости непосредственно на стенках аппа атуры пра.тически равны нулю, но в ,)едстье11тй близости, т. е. на весьма малом от нее расстоянии, достигают сравнительно значительных величин

Вводом в циклон, в силу имеющегося в нем разрежения, восходящего возаущного потока достигается более резкая смена режима циклона. Скорости восходящего потока за,;исят от сечения кольцевого выгрузного зазо,)а (они больше, если сечение больше) и находятся в пря..10й зависим -сти от тех отрицательных суммарных да. лений, которые нм:ют место в циклона. При сепарации i.ocxoдящий поток выполняет исключительно значение. -1асгицы материалп раз сообразного по своему гранулометрическому составу падают, . примерно, в разреженном движущемся noroi-.e, напраьлеиие которого совпадает с движение.и частиц, по вышеприведенным зак)на.и.

Частицы, упомянутые в пп. 1, 2, 3, в раз еженний срзде, плотность и вязкость которой ниже атмосфе ,ного воздуха, движутся в теч ние изиестниго пеэиода времени в вакуум-сретг вертикальных труб с различными в заьисимкти от (И или удельного веса материала ускорениями, величина коих составляется из дв.х ; еличин: а) из силы тяжести падаю1дих часгиц L разреженной среде и 6j от скоросги воздуха, т. е. j от тех импульсов, которые сообщаются частицал движущимся воздущным потоксм.

Скорости частиц в течение известного периода времени будут превосходить скорости потока. Самые тонкие частицы будут нестись со скоростями уже меньшими, но превосходящими ско- i роста потока, ибо при движении крупные часгицы увлэкают частицы пылй, не слипаясь | с ними; подобный процесс имеет мести при очи- I щении воздуха от пыли, как это наблюдается п природе, после продолжительного дождя исне/оиада.

Свои наибольшие к нечные скорости частица, в зависимости пт крупности или уяель иго , еса. приобретут П|)и патении и вакуум-среде гиргикальных труб в разное время.

Разница в весе между частицами 2.50 и 270 м;щ практически ничтожно мала и для всяких целей | ею можно принебречь, но она ьсе существует и для того, чтобы сепаратор мог делать выбор

между ними, необходимо различие в весе нх

увеличить.

Кгшетичесча- энеи-ия между частицами изменяется кроп грции ально квад ату CKopcciH. Од ю только увеличение скорости движения воздуха в вертикальн)й т )убе 3 i два раза создает разницу в кинетической энергии частицы ь 4 аза.

Алиболее крупные или наи ольшего то веса частицы, HJ ч ела н.ходящихся в вертикальном потоке, дости.ают CUOH.V наибо..ьших коне1кв х ско истей, а ел ,д JвaтJ;lьнo, наиб-льших значений цент ,обежчых сил в сгпа аторе значите.ьн) раньщ: осаль ых част ц. Иными словами, если в потоке несукя две группы частиц диаметра rfi и d, пе d-L d-i и если г.)уппа частиц диамет la d с ою аиз льщую скорость Vi приo6p.iTcT после натеяия с о ре.телепн й высоты, то другач группа частиц диаметра d- Сьоих наиболь.ии.ч колеч.чых ск .рьсгеи за это время еще не ycjiejT ii иоб1)ести Эта rpyiia частиц d-2 своих nawj льших KCHieiHu.v достигнет значительно пoJжe

На основании вышес-.а ;анного, варьируя длину вертикальных тру i при из стн1.,й вариаций 1 ко )остей аот.жчв и ьакуум-нап я . сперва выделить лриаукг 5иамя а d в одниМ циклоле, зате„1 проту т rf - в другом. Конечно, эт) только eAeMaTH4JCKH уиро еннал ка )тина распретеления воздушных потоков и материала. На самом деле явления здесь з;1ачит1-льно сложнее.

В циклоне или в группе цикло ов, вкночей ных в систему по линии всасывания, roenoiс вует вакуум-турijлент ый режим. При турэулен1ном режиче д.1я любой точки пространства в области взятого потока место такое изменеяие вели 1ины проекции мгновенной местной скорости на какое-лиЗо нaпpaвлз иe (в частности- изменение прою ьной составляющей, параллельной к касаге.ьион основного кру/жого потока), которое на. иульсацией скорс-стей. кака;т-ли о воздущ;1ая частица, двигаясь по некоторой сложной. И31,илистой т )аекто,ни, арихо.аит в данную точку в опреяеленн.з1й момгнг с опре 1е.1енн.)й гкфосгью, то через эл.М ,нтарномалый пp мeжJтr)к и е ени, двигая ь у/ке по ин )й тр.е тории. в гу же точку приходит другая воздушная ча( ица имея в этой точке н которую другую сьорость, которая даже при установившемся движении jTOTOKa в ц.-лом, вooJщe, от..ич ется от скорости :1ервой точки как по величине, так и по направлению. Следовательно, проекции мтнове ных местных скоростей этих двух частиц, а сталооыгь и всех последующих на тфодольную составляющую в каждый эл :мента )т:ый пр.-межуток будут различны. пульсации скоростей отражаются на показаниях TpyuivH пито: высота уровня жидкости в трубке не остается постоянной при наблюдении, но наоборот, то о тускается, то поднимается, колеблясь жоло некотооого среднего по южения, хотя тру жа не.юдииж а и lee ipeMn cвяJaнa с одцой и СИ .T:J точлол и потоке (i е.)нее- с некоторой соьоку.ш стью точек, так как ixoiное отверст le трубки претставляет некоторую площадь, хотя и весьма малио .

Совокутшисть разных по величине и направлению воздушных частиц в области взятого по. тока дают результирующую господствующую на.

правления всего кругового потока напраелгннпо в данном случае в ьыхлопную трубу 4 циклона. Следовательно, частицы материала находятся tee время под юздействием воздушных частиц, заряженных пульсационными скоростями, к. то ые в бесконеч о большом количест1е будут уда )ять по частицам мат.риала, отдавая им кинетическую энергию и изменяя траекторию их.

В каждый данный моме- т частицы материала под ьоздейстьием пульсационных скорютей воздушного потока и своих сил тяжести будут сообразно нрупнссти или утельного leca с. ои пульсационные . по laniia ению со. падающие с госаолсп ующим ье )тикальным направлением потока или нап|)а1 Ленные к нему пот острым углом и, обладая наибольши и центробежными силами, выпадут из сфе ы ьл.яьия Kpyroi-oro потока. Скорости ых частиц кругоього потока на ряду с сильн ш ьизр :стаHHJM вакуум:, затухают и практически ничтожно ма ы по С11аьнению с теми скорпстяыи частиц мaтe Jиaлa, ваибилее круанмх или большего удельного ьеса, которые частицами при обретены во время падения ь bflKy M-Cijeae i.epТ11ка.1Ьных труо. Если же частицы не запаслись в достаточной -:е,е кинетьчеслой энер, то они остаются в сфере деист, ия пульсаци нных скорсстей резко выраженного вакуум т рбулентного режима циклона, где част- цы 1одвер1:Ются ударам друг о дру1а и в стенки antiapaTa прич м частицы ьполне или в некоторой диле теряют запасенную при падении кии тическую Э1:ергию тсгда : езультируюшие от сю I СТ1 и naiit-ни силы тяжести частиц, уже потерявших частью или ьполне КИ1 етическую э-ергию, с пульсационными скоростями ьоз.аутнгго потока совпадут с обишм юсподсттующим нац. а. ленкем потока, и частицы унесутся в выхлопную т |убу.

Скорость частицы сепарируемого материала при падении в i азреженной с ед диижуш.егося по направлению падения воздушного потока определяется ее массъю, скоростью ьоздула, стелегью разрежения потока. утверждать, чго кинетическая энергия юздушной частицы в конце выхода ее из вертикальной трубы ь сепоратор практически безмерно мала по сравнению с кинетической энергией частицы сгпа ируемиго материа а. Эта разность в неско ько рпз у1ел.ччиьается ь момент ьыхода из ьертикальной трубы в циклон, когда при резко затухающих скоростях поток, претерпгьап резкую смену ьакуум-напряжений, прих -дит ьо в .ашат -льное движение по траектории ьриюй со Lce увеличивающимися радиусами кривизны пос.1едней. НаименьШ1.й радиус криьизны-конец поТока из ве .тикалык и трубы, тогда на частиц.,1 м;1териала i ачинаюг действо ать центробежные силы, наиравлснные вертикально вниз по касательной к Траектории K,jyroBoro потока, в сфере интенСИ1.НОГО возд}Ш1Ого разрежения.

Если материальное тело, ьес котсрого G, tpaшается с постоянной ок ужнсй скоростью v по кру.у радиуса г вокруг неподвижной точки, то

под тлиянием иие цми массы его .М -возниgкаег так называемая центробежная сила:

. Q f2 С - - кг

S г

т. е. значгния центробежиоб силы возрастают пропорционально кьадрату скорости падения частицы в вертикальной трубе, пропорционально массе частицы и обратно пропорционально радиусу криюй т аекто ии кругоього потока.

На осноьа. ИИ приведенных соображений. ка кдый из ЦИК.1 )нов ,, ., включенных в систему на ..инию ьсасыиания, снабжен, как уже сказано, различным цо длине вертикальным трубопроводом 3; длина его выбирается в зависим- сти от крупности Или уделы ого ьеса материала, который необходи о отсепариро. ать. длш а трубопро ода . иределяется тем, чго частицы материала о.а.одаря i азличпю своих масс в силу сьоей тя..чести при паде ин в разрежен ой , кото ая пе1)емещае1Ся по тому же и правлению падения, приобретают свои наиоольшие К1нечные скор С1И (а следовательно наибольшие значения це т/обежных сил) в различное время, ибо наибольШ1е конечные скорости составляются в зав. симост :

а)от силы тяжести падающих частиц;

б)(т скорости воздушного потока, совпадающего с налра.лен ем движения;

в)от степени разрежения среды. Преобладающая часть (возможно даже все),

ци, лонов из ьсей системы будут работать, кроме того на принципе постоянной разгрузки; поступаю ая через выгрузные зазоры циклонов дополнительная струя воздуха, помимо своей цели р гулт.роьать напряжения в системе, будет производ.ть отсепарированиг дисперсного материала увлеченного к. упными частицами высоко.

-ellap..ции восходящим потоком принадлежит служебное значз. ие.

|1остояннар разгрузка я ляется положительной сто )0ной циклонов. Сущеетьенным условием для ч ткого процесса ьоздушной классификации в узких пределах является устройство такого питателя, который подаьал бы материал равномерно и ьо взвешенном состоянии, обеспечивая обособленность полета частиц и равномерность их распределения во всем объеме воздушной пульпы.

Предмет изобретения.

1.Воздушный сепаратор для получения нескольких по крупности или удельному весу фракций ма.ериала, состоящий из нескольких циклон в с вертикальными трубопроводами, отличающийся тем. что длины подводящих трубоп.-о1,одоь дифгренцированы соответственно требованиям сепарации.

2.При устройстве по ц. 1 прнменевиг для доступа в циклоны внешнего воздуха кольцевых, регулируемых по ширине, зазоров между нижними кромками циклонов 1,1 и коническими вставками 2.