Классификация материала в жидкой и воздушной средах
Разделение продуктов по фракциям в жидкой или воздушной средах, а также гравитационные методы обогащения сырьевых материалов основаны на различии в скоростях падения частиц разного размера и плотности в этих средах. Как известно, падение тел может быть свободным и стесненным. В классификационных аппаратах любой конструкции движения частиц в жидкости и газе происходит в стеснённых условиях, которое характеризуется взаимным влиянием частиц, двигающихся в потоке жидкости или газа. При этом гидродинамические условия обтекания их иные, чем при свободном движении.
При стеснённом падении встречные потоки жидкости, обтекающие частицы, движутся в промежутках между ними. Сужение потоков увеличивает градиент относительной скорости жидкости, что, в свою очередь увеличивает касательные силы, действующие на частицы, т.е. увеличивает гидродинамическое сопротивление. При действии одной и той же активной силы (например, силы тяжести) скорость частиц при совместном падении будет меньше скорости их свободного падения.
|
|
Чем больше объёмная концентрация твёрдой фазы во взвеси, а, следовательно, меньше расстояние между частицами, тем меньше скорость стесненного падения. В классификационных аппаратах стесненное падение частиц происходит в потоке жидкости, ограниченной стенками аппарата. Вследствие воздействия турбулентных вихрей, срывающихся со стенок, в аппарате происходит перемешивание частиц как в продольном, так и в поперечном направлениях. Кроме того, распределения скоростей по сечению неравномерно – меньше у стенок и выше в центре. Из-за неравномерности скоростей потока по сечению и поперечному перемешиванию скорости частиц относительно стенок аппарата различны.
Установлено, что в полидисперсных взвесях скорость падения крупных частиц уменьшается по сравнению со скоростью их падения при отсутствии мелких частиц (при одном и том же общем объемном содержании твердого компонента). Скорость падения мелких частиц при наличии в пульпе крупных наоборот, увеличивается. При осаждении крупных частиц преобладающие значение имеет динамическое сопротивление, а при осаждении мелких – сопротивление трения.
Разделение материалов в газовых средах называют воздушной сепарацией, а в жидких – гидравлической классификацией.
Воздушную сепарацию применяют для сухих порошкообразных материалов крупностью менее 1 мм, когда использование вибрационных грохотов нерационально из-за малой производительности и быстрого износа тонких сит. Крупность материала, подвергаемого гидравлической классификации, в основном, не превышает 5 мм. В промышленности строительных материалов воздушная сепарация широко применяется при помоле цемента, гипса, извести, сухой глины.
|
|
Применение в качестве несущего агента горячего воздуха или дымовых газов позволяет совместить процессы помола и сушки в одном агрегате (например, аэробильные мельницы при производстве гипса). Воздушная сепарация позволяет повысить производительность помольного аппарата на 25…50% за счет своевременного удаления помольного продукта и снизить удельные затраты энергии на 10…20%, причем тем больше, чем выше тонкость помола.
Преимущественное распространение в промышленности строительных материалов получили проходные и циркуляционные сепараторы. В проходном сепараторе (рис. 3.21, а) воздух с исходным материалом по патрубку 1 поступает в полость между корпусами 2 и 3. За счет внезапного расширения канала скорость воздуха падает и крупные частицы, выпадая из взвесенесущего потока, через патрубок 7 отводятся на домол. Поток по направляющим лопаткам 4 поступает во внутренний конус 3, где закручивается. Регулируя угол поворота лопаток, меняют направление и скорость потока, изменяя тем самым границы разделения частиц. Мелкие частицы, выпадая из потока, отводятся по патрубку 6, а воздух со взвешенной пылью направляется по патрубку 5 в пылеосадительные устройства.
В циркуляционных сепараторах (рис. 3.21, б) пылевоздушная смесь образуется непосредственно в самом аппарате. По патрубку 1 классифицируемый материал попадает на вращающийся диск 5, расположенный на валу 2. Крупные частицы под действием силы тяжести падают вниз или же под действием центробежных сил сбрасываются на внутренний корпус 6. В обоих случаях они через воронку 11 попадают в выгрузочный патрубок 9. Вращающиеся вместе с диском 5 вентилятор 3 и крыльчатка 4 засасывают воздух из нижней зоны, который, поднимаясь вверх, подхватывает более мелкие частицы и поступает в пространство между внутренним 6 и внешним 8 корпусами, двигаясь по спирали вниз. Центробежная сила отбрасывает мелкие частицы к стенкам, где они, теряя скорость, выпадают из потока и стекают в патрубок 10. Через жалюзи 7 воздух снова поступает во внутренний корпус, где процесс повторяется. Граница разделения регулируется изменением угла установки жалюзей и радиуса расположения лопастей крыльчатки.
(а) – проходной сепаратор: 1 – входной патрубок; 2 – внешний корпус; 3 – внутренний корпус; 4 – направляющие лопатки; 5 – выходной патрубок; 6, 7 – разгрузочные патрубки соответственно мелкой и крупной фракции; (б) – циркуляционный сепаратор: 1 – входной патрубок; 2 – вал; 3 – вентилятор; 4 – крыльчатка; 5 – диск; 6 – внутренний корпус; 7 – жалюзи; 8 – внешний корпус; 9, 10 – выгрузочные патрубки соответственной крупной и мелкой фракции; 11 – воронка
Рисунок 3.21 – Принципиальные схемы проходного и циркуляционного сепаратора
Циркуляционные сепараторы по сравнению с проходными более компактны и экономичны, так как в одном аппарате объединены вентилятор и осадительные устройства.
Расчет разделяющих (сепараторов) и осаждающих (циклонов) аппаратов приведен в Приложении 3.