Способ фракционирования порошков иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК B07B4/00 

54) СПОСОБ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к пневматической классификации различного сыпучего материала, предназначено для разделения материалов на два продукта по граничному зерну 5-1000 мкм и может применяться в порошковой металлургии, химической, строительной, горной и др. отраслях для фракционирования и обогащения как тонких сыпу чих материалов (5-100 мкм), так и бо лее грубых материалов (100-1000 мкм). Наиболее перспективными способами разделения сыпучих материалов являются гравитационные способы классификации. При гравитационных способах классификации процесс разделения происходит в вертикальных восходящих потоках под действием двух сил - массовой силы Р|ц , пропорциональной массе частицы, и силы аэродинамического сопротивления F , которая увеличивается с ростом относительной скорости и диаметра частиц. Для сферической частицы эти силы можно записать следующим образо. , где d - диаметр частицы; РР - плотность, частицы; Рс - плотность среды; ,W - скорость частицы относи- , тельно потока среды; - коэффициент сопротивления; g - ускорение свободного падения. частицы, на которые вследствие их размера действие массовой силы больше, осаждаются в крупный продукт, частицы с меньшим размером под действием сопротивления выносятся в мелкий продукт. , Процесс классификации может вестись при различных режимах обтекания - турбулентном, переходном и ламинарном. Режим обтекания определяется значением числа Рейхольдса для частицы о г о ot U с При ii режим обтекания ламинарный, при 1 500 переходный и при Cto 500 - турбулентный. Известен способ разделения частиц, заключающийся в разделении тонких частиц (d 30 мкм:) в сильно разреженной среде, причем -степень разрежения такая, что длина свободного пробега молекул становится несколькб больше размера зерен матерйаИэвестно, что при 7Ъ наступает режим свободно-молекулярного тече- ния газа, который подчиняется своим законам, где М - число Маха. Определим плотность газа при условиях осуществления данного способаtBoe o 0, ъьъъг Q f ,,80810 нсМ d 30 мкм м/с скорость звука;)U 1,2 кг/м Таким образом, данный способ реа лизуется при плотности воздуха, рав ной 6- 10 к г /к, т.е. на 4 порядка ниже нормальной lli . Недостатком способа является то, что при длине свободного пробега молекул, соизмеримой с частицами (например, . 30 мкм) , дискретная структура газа начинается сказывать ся на законах газовой динамики..Кро ме того, возможно разделение только очень тонких частиц. Недостатком является и сложность осуществления способа, поскольку требуется создание значительного вакуума, р. i бх хЮ кг/м . Известен также способ сортировки гетерогенных материалов, заключающийся в разделении материала в вос ходящем воздушном потоке, причем разделительная камера находится под разрежением 2}. Однако при этом способе разделения разрежение в камере классификатора определяется аэродинамически сопротивлением шахты классификатора, которое зависит от скорости потока газа и конструкции шахты кла сификатора. Таким образом, разрежение в шахте классификатора жестко связано со скоростью воздуха - чем больше скорость , тем больше разрежение, Каждому значенивд скорости соответствует только определенное значение разрежения. Однако скорость потока воздуха определяется границей разделения и максимальна для наиболее крупного зерна (1-5 мм). Следовательно, максимальное разрежение в к мере классификатора можно получить при делении по крупной границе (d,1 мм), т.е. при максимальной скорос ти воздуха. Известдо, что максимал ное сопротивление сепарационной юахты любого гравитационного клас сификатора при максимальной скорости не превышает 1 м вод.ст. Плотность среды при таком сопротивлении аппарата составл;яет Q РсьозА.«а. -.,08 кг/ гдер- 1,2 кг/м, плотность возду . ха при темпепатуре P - атмосферное давление, м вод.ст. CkP - абсолютное давление в камере классификатора, м вод.ст. Следовательно, при данном способе плотность среды не может быть ниже, чем 1,08 кт/м (даже при делении по границе d мм) , поскольку в установке для реализации этого способа не представляется возможным понизить скорость воздуха, сохранив постоянньм разрежение. Таким образом, все известные гравитационные способы разделения осуществляются при плотности среды (воздуха) . „„ р i 610 кг/м и ,08 Kr/NT Разделение материала происходит эффективнее в том случае, если для частиц приграничной крупности (d t ь d ) достигается максимальная разница в действии сил F и Рмпрф Известно, что это условие имеет место при более ламинизированном потоке, т.е. в области действия закона Стокса. Чтобы вести процесс раз-деления крупных частиц мм в более ламинарном режиме, т.е. чтобы вести процесс эффективно, необходимо понизить число Рейнольдса . Однако при известных способах, когда плотность среды ,08кг/м, этого достичь невозможно, так как необходимо сохранять несущую способность потока F с d рс , где m показатель степени изменяется в пределах 1 - 2 и определяется режимом обтекания. Для того, чтобы понизить R(.p перевести процесс разделения из турбулентного режима в более ламинарный, понижают плотность среды на 1-3 порядка. Понижая р в m раз W увеличивают в к раз, где (чтобы сохранить несущую способность потока). Следовательно, произведение W-pj. уменьшается,что ведет к уменьшению . Так, понизив р , мы можем перевести процесс разделения из турбулентного режима обтекания в ламинарный. Тем самым получим наибольшую разницу в действии сил и улучшим эффективность разделения. Понижение плотности среды дает положительный эффекти при разделе- НИИ UO границе мкм, т.е. в области ламинарного режима. Рассмотрим граничный класс, например 30 мкм. Дпя частицы справедливо равенство т.е. p.-p.). Для определения коэффициента сопротивления воспользуемся формулой Озеена, которая точнее формулы Стокса Тогда условие равновесия частицы d для среды с плотностьюj равно Шй, ..,,2i.dltwip 42. ь vPr PcJg Р ,i) 2. . 2 . 2 Jc, ег. . а для среды с плотностью р. -,. (p. , так как jj,4(2) (например р 2650 кг/м - кварцит, а pj 1,29 кг/м - воздух), то можно считать, что массовая сила практически не зависит отр,7Г.-Р тогда из (1) и (2) получим гкс1,, м , ., Для упрощения анализа введем обозначения Q , ,A; , BJ 3iLWjV C, -|-i5 / pca DТогда равенство (3) запишется Aci + йс1;„ cd Рассмотрим воздействие сил на пр раничный класс для сред с плотность с, и Рс,, где PC, 7 Pea Пусть, например, приграничный клас.с прго боль ше dpp , т.е. ,, где . Тогда анализ показывает, что A+Bndrp 7 C Dndrp , так как из (5) следует B7D, поскольку . Следовательно Fj.jnprp,a это , что разница в силах Г,пргр и РСПРГР больше при ft., , где р., J. р, , что лучше способствует осаждению крупно приграничной частицы в крупный продукт. Аналогично можно показать что для среды с плотностью f ij, будет Достигаться большая разница в силах F npfpH , действующих на мелкий приграничный ndfp,гдe Понижение плотности среды улучшает эффективность разделения по лю бой границе разделения. Известен способ сепарации сыпучего материала, заключающийся в раз делении материала в восходящем пото ке газа, который возникает в резуль тате создания разрежения в верхней части канала. Устройство для регшиэ ции способа содержит, сепарациоиную камеру, разделенную яа секции,циклов вакуум-насос,секцию подвода воздуха и разгрузочные приспособления З. Недостатком способа является то, что плотность среды (воздуха) не может быть ниже 1,08 кг/м и определяется скоростью потока в сепарационной камере (размером граничного зерна), В установке для осуществления данного способа определенному разрежению соответствует одно значение скорости потока, поэтому в ней нельзя изменить скорость воздуха, сохранив постоянным разрежение. Цель изобретения - повышение качества разделения. Поставленная цель достигается тем, что процесс разделения частиц ведется при плотности воздуха 5-10 5-Ю кг/м. В устройстве, реализующем способ, секция подвода воздуха посредством вентилей и труб соединяется с всасывающим патрубком вакуум-насоса. Наличие нового дополнительного тракта воздуха позволяет обеспечить плотность воздуха в камере классификатора р 5-10 -5-10 кг/м и при фиксированном разрежении поддер-, живать любую скорость потока за счет отбора части поступающего воздуха . На изображено устройство для реализации предлагаемого способа . Устройство включает вакуум-насос (вентилятор) 1, гравитационный классификатор 2, питатель 3 материала, циклон 4 для отделения мелких частиц от воздуха, бункер 5 мелкого продукта, бункер б крупного продукта, секцию 7 подвода воздуха, вакуумную камеру 8, вентиль 9 для регулировки подачи воздуха, вентиль 10 для регулирования отбора воздуха и поддержания необходимой скорости в шеосте классификатора, вентиль 11 для регулировки разрежения в камере классификатора. Установка работает следующим образом. Воздух из атмосферы через вентиль 12 поступает в вакуумную камеру 8. Часть воздуха, поступившего в камеру в количестве, обеспечивающем нужную скорость, отсасывается через веитиль 10. При этом в камере 8 создается разрежение воздуха и следовательно, понижение его плотности. Подготовленный таким образом газ (пониженной плотности) поступает через вентиль 9 в необходимом количестве в секцию 7 подвода воздуха гравитационного классификатора 2, где ойуществляется разделение материала в восходящем потоке воздуха. Мелкие частицы диаметром d d-p под действием сил аэродинамического, сопротивления выносятся. потоком разреженного (пониженной плотности)