RU2193459C2

RU2193459C2 - Method of pneumatic separation of dispersed material

Info

Publication number: RU2193459C2
Application number: RU2001101702/03A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Злочевский; Е.А. Есеев
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова; Злочевский Валерий Львович; Есеев Евгений Александрович
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-11-27

Abstract

FIELD: separation of aerodispersed materials with solid fractions from 50 mcm and lesser; industries where separation with classification of fractions is required. SUBSTANCE: method of pneumatic separation of dispersed material includes introduction of aerodispersed flow into circular space by twisting in contraction space; circular cavity formed by first section of taper surface of working member and taper section of body is used as contraction space; flow is directed to diffuser space; used as diffuser space are circular cavities formed by second section of taper surface of working member smoothly connected with first section of taper surface of working member over maximum diameter and taper sections of body coaxially embracing the working member, thus rotating the body and working member in one direction; fractions of dispersed material are discharged between tiers of taper sections of body in diffuser space. EFFECT: enhanced efficiency of separation at simultaneous fraction-by-fraction classification. 1 dwg

Description

Изобретение относится к разделению аэродисперсных материалов с твердыми фракциями от 50 мкм и менее и может быть использовано в отраслях промышленности, где помимо сепарации необходима классификация фракций дисперсного материала. The invention relates to the separation of aerodispersed materials with solid fractions of 50 microns or less and can be used in industries where, in addition to separation, classification of fractions of dispersed material is necessary.

Известен способ сепарации твердой фазы от дисперсного материала, по которому разделяемый дисперсный материал подают в зону сепарации и закручивают с помощью ротора (см. авторское свидетельство СССР 425635, кл. В 01 D 45/14). A known method of separating the solid phase from the dispersed material, according to which the separated dispersed material is fed into the separation zone and twisted using a rotor (see USSR copyright certificate 425635, CL 01 D 45/14).

Однако известный способ не обеспечивает высокую степень сепарации дисперсного материала вследствие отсутствия устранения вторичного уноса и рециркуляции части материала, содержащего фракции, не выведенные из процесса за однократный цикл. При этом отсутствие рециркуляции оказывает отрицательное влияние на устойчивость процесса отделения. However, the known method does not provide a high degree of separation of the dispersed material due to the lack of elimination of secondary entrainment and recycling of a portion of the material containing fractions not removed from the process in a single cycle. Moreover, the lack of recirculation has a negative effect on the stability of the separation process.

Известен также способ сепарации дисперсной фазы от потока газа, заключающийся в том, что аэродисперсный поток направляют внутрь корпуса, после чего вводят внутрь вращающегося полого рабочего элемента в зону активной сепарации путем закрутки в завихрителе. Затем производят вывод фракций очищенной части дисперсного материала и рециркуляцию с последующей сепарацией его остальной части. В качестве рабочего элемента используют цилиндрическую обечайку, установленную соосно с завихрителем и корпусом (см. авторское свидетельство СССР 980849, М.кл. 3 В 04 С 1/00). There is also a method of separating the dispersed phase from the gas stream, which consists in the fact that the aerodispersed stream is directed inside the housing, after which it is introduced inside the rotating hollow working element into the active separation zone by swirling in a swirler. Then, the fractions of the purified part of the dispersed material are withdrawn and recycled, followed by separation of the rest of it. As a working element, a cylindrical shell is used, mounted coaxially with the swirl and the housing (see USSR author's certificate 980849, M.cl. 3 B 04 C 1/00).

Описанный способ не позволяет достичь высокой эффективности разделения из-за того, что после пропускания аэродисперсного потока через завихритель в центральной части зоны активной сепарации происходит турбуляция потока, которой сопутствует большое профильное сопротивление, обусловливающее дополнительные энергозатраты на реализацию процесса. The described method does not allow to achieve high separation efficiency due to the fact that after passing the aerodispersed flow through the swirl in the central part of the active separation zone, flow turbulence occurs, which is accompanied by a large profile resistance, which causes additional energy consumption for the implementation of the process.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ пневмосепарации дисперсных, а именно зерновых материалов, заключающийся в том, что аэродисперсный поток направляют внутрь вращающегося корпуса, в качестве которого используют цилиндрическую обечайку, на вращающуюся в противоположном относительно корпуса направлении коническую поверхность соосно установленного в корпусе рабочего элемента, в качестве которого используют цилиндр с укрепленной на нем непроницаемой насадкой, имеющей коническую поверхность, после чего аэродисперсный поток вводят в кольцевое пространство между корпусом и рабочим элементом и производят вывод фракций дисперсного материала при движении этого материала по внутренней поверхности корпуса до тех пор, пока твердые фракции дисперсного материала не выносятся за ее пределы (см. авторское свидетельство СССР 1518017, МПК4 В 04 С 1/00). Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of pneumatic separation of dispersed, namely grain materials, which consists in the fact that the aerodispersed flow is directed inside a rotating housing, which is used as a cylindrical shell, rotating in a direction opposite to the housing a conical surface coaxially mounted in the housing of the working element, which is used as a cylinder with an impermeability mounted on it with a nozzle having a conical surface, after which the aerodispersed flow is introduced into the annular space between the body and the working element, and the fractions of the dispersed material are withdrawn when this material moves along the inner surface of the body until the solid fractions of the dispersed material are carried outside (see USSR copyright certificate 1518017, IPC 4 V 04 C 1/00).

Вышеописанный способ не обеспечивает высокую степень сепарации вследствие того, что при попадании аэродисперсного потока на коническую поверхность насадки незадействованным оказывается благоприятствующий процессу разделения силовой фактор - центробежная составляющая силы, действующей на аэродисперсный поток вблизи периферии. Кроме этого, использование способа сепарации дисперсных материалов, выбранного в качестве прототипа, не позволяет осуществить одновременную классификацию фракций дисперсных материалов, так как при выходе аэродисперсного потока из кольцевого пространства между корпусом и рабочим элементом фракциям дисперсного материала, отжатым к внутренней поверхности корпуса, не обеспечиваются оптимальные кинематические условия вывода из процесса. The above-described method does not provide a high degree of separation due to the fact that when the aerodispersed stream hits the conical surface of the nozzle, the force factor, the centrifugal component of the force acting on the aerodispersed stream near the periphery, is not involved, which is favorable to the separation process. In addition, the use of the method of separation of dispersed materials, selected as a prototype, does not allow the simultaneous classification of fractions of dispersed materials, since when the aerodispersed stream leaves the annular space between the housing and the working element, the fractions of dispersed material pressed to the inner surface of the housing do not provide optimal kinematic conditions for the withdrawal from the process.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе пневмосепарации дисперсного материала, заключающемся в том, что аэродисперсный поток направляют внутрь вращающегося корпуса на вращающуюся коническую поверхность соосно установленному в корпусе рабочему элементу и вводят в кольцевое пространство между корпусом и рабочим элементом, затем производят вывод фракций дисперсного материала, ввод аэродисперсного потока в кольцевое пространство осуществляют путем закрутки в конфузорном пространстве, в качестве которого используют кольцевую полость, образованную первым участком конической поверхности рабочего элемента и коническим участком корпуса, коаксиально охватывающим рабочий элемент, и последующего направления в диффузорное пространство, в качестве которого используют кольцевые полости, образованные вторым участком конической поверхности рабочего элемента, плавно соединенным с первым участком конической поверхности рабочего элемента по наибольшему диаметру, и коническими участками корпуса, коаксиально охватывающими рабочий элемент, вращая корпус и рабочий элемент в одном направлении. Вывод фракций дисперсного материала производят между ярусами конических участков корпуса в диффузорном пространстве. The essence of the invention lies in the fact that in the method of pneumatic separation of dispersed material, which consists in the fact that the aerodispersed flow is directed inside the rotating housing on a rotating conical surface coaxially with the working element installed in the housing and introduced into the annular space between the housing and the working element, then the dispersed fractions are output material, the introduction of the aerodispersed flow into the annular space is carried out by twisting in the confuser space, which is used as the cavity formed by the first section of the conical surface of the working element and the conical section of the body, coaxially covering the working element, and the subsequent direction into the diffuser space, which is used as annular cavities formed by the second section of the conical surface of the working element, smoothly connected to the first section of the conical surface of the working element element along the largest diameter, and conical sections of the housing, coaxially covering the working element, rotating the housing and working th element in one direction. The output fractions of the dispersed material is produced between the tiers of the conical sections of the body in the diffuser space.

Техническим результатом является повышение степени сепарации дисперсного материала с одновременным обеспечением его пофракционной классификации. The technical result is to increase the degree of separation of the dispersed material while ensuring its fractional classification.

Повышение степени сепарации дисперсного материала обусловлено созданием кинематических условий для возникновения дополнительных центробежных сил, действующих на аэродисперсный поток в плоскости его вертикального сечения, так как на выходе из конфузорного пространства в диффузорное пространство, в качестве которых используют плавно соединенные кольцевые полости, фракциям дисперсного материала обеспечивается движение по траекториям с различными радиусами кривизны. Кроме этого, повышению степени сепарации, а также снижению энергозатрат способствует обеспечение вращательного движения внешней границы конфузорного пространства, что позволяет кроме прироста инерционных сил и кинетического момента обеспечить ламиниризацию аэродисперсного потока. An increase in the degree of separation of the dispersed material is due to the creation of kinematic conditions for the emergence of additional centrifugal forces acting on the aerodispersed stream in the plane of its vertical section, since at the exit from the confuser space into the diffuser space, which are used as smoothly connected annular cavities, the dispersed material fractions are provided with movement along trajectories with different radii of curvature. In addition, an increase in the degree of separation, as well as a reduction in energy consumption, is facilitated by the rotation of the outer boundary of the confuser space, which, in addition to the increase in inertial forces and kinetic momentum, ensures the lamination of the aerodispersed flow.

Классификация фракций дисперсного материала достигается направлением аэродисперсного потока из конфузорного в диффузорное пространство, где одновременно с сепарацией через перфорированную внешнюю границу между ярусами конических участков корпуса производят пофракционный вывод материала. The classification of the fractions of the dispersed material is achieved by the direction of the aerodispersed flow from the confuser to the diffuser space, where, along with the separation through the perforated external boundary between the tiers of the conical sections of the body, the material is fractionally withdrawn.

На приведенном чертеже изображена схема реализации заявляемого способа пневмосепарации дисперсного материала. The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method of pneumatic separation of dispersed material.

Способ пневмосепарации дисперсного материала реализуется при помощи входного патрубка 1, соединенного с корпусом 2, внутри которого соосно установлен рабочий элемент 3. Корпус 2 и рабочий элемент 3 выполнены с возможностью вращения (на чертеже не показано). Корпус 2 снабжен кольцевыми щелями 4 для вывода фракций дисперсного материала и кольцевой щелью 5 для выхода чистого потока. The method of pneumatic separation of the dispersed material is implemented using the inlet pipe 1 connected to the housing 2, inside of which the working element 3 is coaxially mounted. The housing 2 and the working element 3 are rotatable (not shown in the drawing). The housing 2 is equipped with annular slots 4 for output fractions of the dispersed material and an annular slot 5 for the output of the clean flow.

На чертеже дополнительно обозначено стрелками направление движения аэродисперсного потока перед началом процесса сепарации и направление движения освобожденного от твердой фракции дисперсного материала чистого потока в конце процесса сепарации. In the drawing, the direction of movement of the aerodispersed stream before the start of the separation process and the direction of movement of the clean stream freed from the solid fraction of the dispersed material at the end of the separation process are additionally indicated by arrows.

Способ пневмосепарации дисперсного материала осуществляется следующим образом. The method of pneumatic separation of dispersed material is as follows.

Аэродисперсный поток направляют через входной патрубок 1 внутрь корпуса 2 на коническую поверхность соосно установленному в корпусе 2 рабочему элементу 3, вращая корпус 2 и рабочий элемент 3 в одну сторону, и вводят в кольцевое пространство между корпусом 2 и рабочим элементом 3. The aerodispersed flow is directed through the inlet pipe 1 into the housing 2 on a conical surface coaxially mounted in the housing 2 of the working element 3, rotating the housing 2 and the working element 3 in one direction, and introduced into the annular space between the housing 2 and the working element 3.

Ввод аэродисперсного потока в кольцевое пространство между корпусом 2 и рабочим элементом 3 производят последовательно в два этапа. На первом этапе аэродисперсный поток закручивают в конфузорном пространстве, в качестве которого используют кольцевую полость, образованную первым участком относительно входного патрубка конической поверхности рабочего элемента 3 и коническим участком корпуса 2, коаксиально охватывающим рабочий элемент 3 в зоне первого участка конической поверхности рабочего элемента 3. В этой кольцевой полости происходит отжатие твердых фракций дисперсного материала к ее периферии под действием центробежных сил в условиях возрастающего кинетического момента. На втором этапе аэродисперсный поток направляют в кинематически связанное с конфузорным пространством диффузорное пространство, в качестве которого используют кольцевые полости, образованные вторым участком относительно входного патрубка 1 конической поверхности рабочего элемента 3, плавно соединенным с первым участком конической поверхности рабочего элемента 3 по окружности наибольшего диаметра, и коническими участками корпуса 2, коаксиально охватывающими рабочий элемент 3 в зоне второго участка конической поверхности рабочего элемента 3 с созданием ярусов. При этом на выходе аэродисперсного потока из конфузорного пространства и входе в диффузорное пространство в области плавного соединения двух участков конической поверхности рабочего элемента 3 осуществляют основной по массе вывод фракций дисперсного материала через кольцевые щели 4. В диффузорном пространстве при движении аэродисперсного потока по траекториям с переменными радиусами кривизны происходит окончательное отделение твердых фракций с одновременной классификацией дисперсного материала и осуществляют последующий вывод фракций дисперсного материала через кольцевые щели 4 между ярусами конических участков корпуса 2. Освобожденный от твердых фракций чистый поток по кольцевой щели 5 между корпусом 2 и рабочим элементом 3 устремляется наружу. The introduction of the aerodispersed flow into the annular space between the housing 2 and the working element 3 is carried out sequentially in two stages. At the first stage, the aerodisperse flow is twisted in the confuser space, which is used as an annular cavity formed by the first section relative to the inlet pipe of the conical surface of the working element 3 and the conical section of the housing 2, coaxially covering the working element 3 in the area of the first section of the conical surface of the working element 3. B of this annular cavity, the solid fractions of the dispersed material are pressed to its periphery under the action of centrifugal forces under conditions of increasing kinetic of torque. At the second stage, the aerodispersed flow is directed into the diffuser space kinematically connected with the confuser space, which are used as annular cavities formed by the second section relative to the inlet pipe 1 of the conical surface of the working element 3, smoothly connected to the first section of the conical surface of the working element 3 around the circumference of the largest diameter, and conical sections of the housing 2, coaxially covering the working element 3 in the area of the second section of the conical surface of the working electric ment 3 with the creation of layers. At the same time, at the exit of the aerodispersed stream from the confuser space and the entrance to the diffuser space in the area of smooth connection of two sections of the conical surface of the working element 3, the main mass output of fractions of the dispersed material through the annular slots 4. In the diffuser space when the aerodispersed flow moves along trajectories with variable radii the curvature of the final separation of solid fractions with the simultaneous classification of the dispersed material and carry out the subsequent conclusion f shares particulate material through the annular gap 4 between the tiered conical portions body 2. The liberated from the solid fractions by a net flow of the annular gap 5 between the housing 2 and operating element 3 rushes out.

Использование предлагаемого способа пневмосепарации дисперсного материала позволяет, как показали исследования, по сравнению с существующими аналогичными способами повысить эффективность разделения на 10-15% и уменьшить энергетические затраты на 5-10%. Using the proposed method of pneumatic separation of dispersed material allows, as studies have shown, compared with existing similar methods to increase the separation efficiency by 10-15% and reduce energy costs by 5-10%.

Claims

The method of pneumatic separation of dispersed material, namely, that the aerodispersed flow is directed inside the rotating housing on a rotating conical surface coaxially with the working element installed in the housing and introduced into the annular space between the housing and the working element, then the dispersed material fractions are output, characterized in that the aerodispersed input the flow into the annular space is carried out by swirling in the confuser space, which is used as an annular cavity formed the first section of the conical surface of the working element and the conical section of the body coaxially covering the working element, and the subsequent direction into the diffuser space, which is used as annular cavities formed by the second section of the conical surface of the working element, smoothly connected to the first section of the conical surface of the working element at the largest diameter, and conical sections of the housing, coaxially covering the working element, rotating the housing and the working element in one direction nation, and the withdrawal of fractions of dispersed material is produced between the tiers of the conical sections of the body in the diffuser space.