Способ фракционирования тонкодисперсных порошков

 

Применение: Изобретение относится к области разделения сыпучих материалов. Сущность изобретения заключается в разделении материала во вращающемся решетчатом барабане радиальными потоками воздуха. Скорость вращения барабана и скорость потока воздуха регулируется. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области разделения тонкодисперсных порошков по крупности в воздушном потоке и может быть использовано в пищевой, химической, радиоэлектронной, горной, абразивной промышленности, а также в производстве ферритовых изделий, твердых топлив для реактивных двигателей, металлокерамики и т.д.

Цель изобретения повышение качества фракционирования.

Указанная цель достигается тем, что в способе фракционирования тонкодисперсных порошков, включающем подачу исходного материала сверху вниз на установленный горизонтально с возможностью вращения барабан, выполненный из стержней, расположенных радиальными рядами, воздействия на материал стержней барабана с одновременным воздействием продольным воздушным потоком, разделение материала по крупности и вывод раздельных фракций, вращение барабана и отвод воздуха из зоны сепарации осуществляют со скоростями, соотношение которых определяется по формуле усредненное значение окружной скорости стержней барабана, м/с; усредненное значение радиальной скорости воздушного потока в зоне разделения, м/c; коэффициент кинематической вязкости разделяющей среды, м²/c.

Re₁, Re₂ числа Рейнольдса, равные соответственно 110³ и 110⁵.

d₁, d₂ диаметры стержней соответственно минимально и максимально допускаемые, м.

n частота вращения барабана, 1/мин.

n_c число рядов стержней барабана.

Q расход воздуха через барабан, м³/сек.

B ширина барабана, м.

R_i радиус установки i-го ряда стержней в барабане, м.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.

Как известно, режим обтекания твердых тел реальной жидкостью или газом характеризуется числом Рейнольдса, определяющим влияние силы трения твердого тела о воздух на движение воздушного (газового) потока. Следовательно, значение числа Рейнольдса оказывает существенное влияние на формирование в зоне разделения структуры потока, организованной посредством захвата воздуха и твердых частиц жесткой системой, составленной из стержней. При значениях чисел Рейнольдса Re>10³ происходит отрыв пограничного слоя, в строго фиксированной точке, отвечающей углу охвата, соответствующему 82^o. При этом, за каждым стержнем образуется аэродинамический след (дорожка Кармана) с внутренним давлением на 10 30% меньшим, чем в стационарной области потока (8).

Так как каждый стержень пересекает поток воздуха, то в пространстве вращения барабана образуется полый цилиндрический вращающийся турбулентный поток, сформированный локальными, четко очерченными вихрями каждого стержня.

При отсосе воздуха из вращающегося барабана основное направление общего потока организуется от периферии барабана к его центру. Тогда каждый вихрь и соответственно общий вихрь барабана будут иметь сток, направленный к центру барабана. Наблюдается устойчивая зона обтекания стержней, которая характеризуется устойчивым обменом количества движения между основным потоком, пограничным слоем и вихрями.

Тонкодисперсные частицы, поступающие на разделение, засасываются в аэродинамический след стержней и вращаются в вихрях. Они не могут выйти из вихрей в основной поток, т.к. давление в последних на 10 30% ниже, чем в основном потоке. Накапливаясь в вихрях, мелкие частицы могут двигаться только в направлении стока вихрей, т.е. к центру барабана, и выноситься из зоны разделения через отсасывающие патрубки барабана.

Крупные частицы или захватываются вихрями или, попадая в них, набирают определенную скорость вращения и выбрасываются в основной поток под действием центробежных сил. Скорость обтекания стержней должна создавать также вихри, которые бы удерживали мелкие частицы и не удерживали крупные (соответственно менее и более граничного диаметра разделения).

Таким образом, между основным потоком, пограничным слоем и вихрями происходит направленный массообмен, который и обеспечивает высокую эффективность разделения (1).

Именно структура вихрей при угле отрыва пограничного слоя соответствующего углу 82^o обеспечивает высокоэффективное разделение материалов по тонким классам крупности. Для создания такой структуры вихрей необходимо чтобы скорость обтекания стержней воздушным потоком находилась в пределах где _o усредненная скорость обтекания стержней воздушным потоком, м/с.

Для наглядности описания способа на фиг. 1 приведена модель центробежного пневматического классификатора; на фиг. 2 ее вид сбоку. Она представляет собой барабан 1 и охватывающий его по образующей и с торцов кожух 2 с отсекателем 3. Барабан 1 состоит из расположенных в вертикальной плоскости двух колец 4, которые соединены между собой в горизонтальной плоскости стержнями 5. Последние расположены по окружности колец 4 в коаксиально-шахматном порядке в несколько рядов.

Способ осуществляется следующим образом.

В зону разделения воздух всасывается по дуге АД, где захватывается стержнями 5 вращающегося барабана 1, совершает движение по некоторой спирали и отводится через отверстие колец 4. Таким образом, в зоне разделения формируется интегральный вихpь со стоком из локальных вихрей каждого стержня. Исходный продукт для разделения подается вибрационным питателем 6 на вращающийся барабан 1. В результате ударного воздействия стержней 5 крупные зерна отбрасываются на кожух 2 или за его пределы. Тонкодисперсные частицы засасываются в вихри стержней, между которыми и основным потоком происходит интенсивный обмен количеством движений. При этом мелкие частицы удерживаются в вихрях, а случайно попавшие крупные выделяются в основной поток. Этому процессу способствует значительное вращательное движение в вихрях. Накапливаясь в вихрях, мелкие частицы увлекаются отсасываемым потоком к центру барабана 1 и выносятся из зоны разделения через отверстия колец 4.

Усредненная скорость обтекания стержней определяется из решения треугольника АВС, фиг. 3.

Значение угла a можно определить из выражения Подставляя (4) в (3) получим

Тогда становится понятно, что выражение (1) получено с учетом (5).

Проверка предложенного способа фракционирования была проведена на опытно-производственном участке Отраслевой научно-исследовательской лаборатории композиционных материалов при Одесском технологическом институте пищевой промышленности им. М.В.Ломоносова. Точность разделения тонкодисперсных материалов радиоэлектронной техники по классам крупности 30, 20, 10 мкм повысилась, соответственно, на 15, 12, 10% по сравнению с прототипом. Точность разделения оценивалась по методу Ханкока-Луйкена. Полученные результаты свидетельствуют о достижении поставленной цели изобретения.

Формула изобретения

Способ фракционирования тонкодисперсных порошков, включающий подачу исходного материала сверху вниз на установленный горизонтально с возможностью вращения барабан, выполненный из стержней, расположенных радиальными рядами, воздействие на материал стержней барабана с одновременным воздействием продольным воздушным потоком, разделение материала по крупности и вывод разделенных фракций, отличающийся тем, что, с целью повышения качества фракционирования, вращение барабана и отвод воздуха из зоны сепарации осуществляют со скоростями, соотношение которых определяется по формуле

где усредненное значение окружной скорости стержней барабана, м/с;
усредненное значение радиальной скорости воздушного потока в зоне разделения, м/с;
- коэффициент кинематической вязкости разделяющей среды, м²/с;
Rе₁, Rе₂ числа Рейнольдса, равные соответственно 110³ и 110⁵;
d₁, d₂ диаметры стержней соответственно минимально и максимально допустимые, м;
n частота вращения барабана, 1/мин;
n_c число рядов стержней барабана;
Q расход воздуха через барабан, м³/с;
B ширина барабана, м;
R_i радиус установки i-го ряда стержней в барабане, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2