RU2770974C1 - Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления - Google Patents

Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2770974C1
RU2770974C1 RU2021120510A RU2021120510A RU2770974C1 RU 2770974 C1 RU2770974 C1 RU 2770974C1 RU 2021120510 A RU2021120510 A RU 2021120510A RU 2021120510 A RU2021120510 A RU 2021120510A RU 2770974 C1 RU2770974 C1 RU 2770974C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
micro
hydrovortex
aerator
classification
Prior art date
Application number
RU2021120510A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Владимирович Угольников
Николай Владимирович Макаров
Владимир Николаевич Макаров
Азамат Альфизович Арсланов
Ирина Дмитриевна Пешкова
Евгений Олегович Чураков
Евгений Алексеевич Чусовитин
Александр Викторович Николаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет"
Priority to RU2021120510A priority Critical patent/RU2770974C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2770974C1 publication Critical patent/RU2770974C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B5/00—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating
    • B03B5/02—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating using shaken, pulsated or stirred beds as the principal means of separation
    • B03B5/10—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating using shaken, pulsated or stirred beds as the principal means of separation on jigs
    • B03B5/12—Washing granular, powdered or lumpy materials; Wet separating using shaken, pulsated or stirred beds as the principal means of separation on jigs using pulses generated mechanically in fluid
    • B03B5/16—Diaphragm jigs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)

Abstract

Предложенная группа изобретений относится к способам классификации микро-наночастиц техногенных минеральных отходов (ТМО) и устройствам для их реализации, т.е. к классификаторам. Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц техногенных минеральных отходов (ТМО) по медианным размерам и их дисперсии включает формирование псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО за счёт сжатого воздуха, классификацию их путём гидровихревой коагуляции с закрученными каплями жидкости за счёт давления жидкости подаваемой в гидровихревые форсунки из аэратора для управления медианным размером и его дисперсией микро-наночастиц ТМО, поступающих в бункер коллектора классификации, подачу коагулированных микро-наночастиц ТМО в коллектор классификации с бункером сбора микро-наночастиц ТМО. Осуществляют регулировку давления и расхода подаваемой в гидровихревые форсунки жидкости путём изменения гидравлического сопротивления аэратора, установленной в аэраторе диафрагмой из двух дисков с отверстиями в шахматном порядке. Капли жидкости закручивают в гидровихревой форсунке с переменной угловой и поступательной скоростями, период колебания которых не более времени прохождения микро-наночастиц ТМО псевдокипящего слоя области воздействия на них капель жидкости из гидровихревых форсунок. Способ осуществляют с помощью гидровихревого классификатора, состоящего из устройства для формирования псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО, загрузочного питателя, смесительной камеры с пористой газораспределительной перегородкой, патрубка для подачи сжатого воздуха, хонейкомба для выравнивания скорости движения микро-наночастиц ТМО и аэратора для подачи жидкости под давлением в гидровихревые форсунки, закручивающие капли жидкости вокруг вектора скорости их поступательного движения. В аэраторе установлена диафрагма, выполненная из двух дисков с отверстиями в шахматном порядке, регулирующая давление и расход подаваемой в гидровихревые форсунки жидкости с заданной амплитудой и частотой колебания. Технический результат - повышение эффективности классификации, а также возможность получения микро-наночастиц ТМО с требуемыми медианными диаметрами и дисперсией.2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к способам классификации микро-наночастиц техногенных минеральных отходов (ТМО) и устройствам для их реализации, т.е. к классификаторам.
Одним из сдерживающих факторов повышения эффективности классификации микро-наночастиц ТМО является недостаточное совершенство техники и технологии, главным образом неэффективность формирования узкого диапазона улавливаемых фракций частиц микро- и наноразмера (Давыдов С.Я., Апакашев Р.А., Корюков В.Н. Улавливание наноразмерной фракции частиц глинозёмного производства, новые огнеупоры. 2016. №2. С. 12–15).
Применение микро-наночастиц ТМО в качестве модифицирующих добавок позволяет получать материалы с уникальными свойствами. Так, использование нано-порошков актуально при создании тугоплавких дисперсно-упрочненных композиционных материалов (Гордеев Ю.И. Влияние добавок легирующих керамических наночастиц на структурные параметры и свойства твердых сплавов / Ю.И. Гордеев, А.К. Абкарян, Г.М. Зеер [и др.] // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2013. № 3. С. 174‒181). Однако для их производства требуемый оптимальный размер наночастиц и их дисперсия находятся в диапазоне: d ч = (0,1 – 6)∙10-6 м; 3σ = 0,2d m .
Известен способ гидравлической классификации микро-наночастиц ТМО путём сепарации и коагуляции гидрофильных частиц с последующим выпадением коагулированных частиц в бункер и направлением оставшихся гидрофобных частиц в верхний патрубок сепаратора (Патент RU 2696732, опубл. 05.08.2019. Бюл. №22).
Однако вышеуказанный способ классификации микро-наночастиц ТМО путём их сепарации и коагуляции не позволяет управлять размером, дисперсией поступающих в бункер микро-наночастиц ТМО, поскольку гидрофильность частиц ограничена диаметром не менее
Figure 00000001
м.
Наиболее близким по исполнению к предлагаемому способу классификации микро-наночастиц ТМО путём классификации и коагуляции гидрофильных частиц с последующим выпадением коагулированных частиц в бункер и направлением оставшихся гидрофобных частиц в верхний патрубок сепаратора является способ, реализованный в гидровихревом классификаторе, состоящем из устройства для формирования псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО, загрузочного питателя, смесительной камеры с пористой газораспределительной перегородкой, патрубка для подачи сжатого воздуха, хонейкомба для выравнивания скорости движения микро-наночастиц ТМО и аэратора для подачи жидкости под давлением в гидровихревые форсунки, закручивающие капли жидкости вокруг вектора скорости их поступательного движения (Макаров В.Н., Макаров Н.В., Потапов В.В., Горшкова Э.М. Перспективный способ повышения эффективности высоконапорного гидрообеспыливание. Вестник ЗабГУ.2018.Т.24 №5.С.13-20; Макаров В.Н., Косарев Н.П., Макаров Н.В., Угольников А.В., Лифанов А.В. Эффективная локализация взрывов угольной пыли с использованием гидровихревой коагуляции. Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело № 2, Т. 18, 2018. С. 178–189).
Жёсткие требования классификации по дисперсии медианных размеров микро-наночастиц ТМО обусловливают необходимость поиска способов и технических средств, которые в условиях вероятностного распределения физико-механических, геометрических, кинематических параметров микро-наночастиц ТМО могут эффективно их достигать. Для обеспечения качественного сырья в производстве материалов с уникальными свойствами необходима технология, в которой управляющее внешнее воздействие на процесс классификации по медианным размерам и их дисперсии будет автомодельно, т.е. независимо от вероятностных характеристик физико-механических свойств микро-наночастиц ТМО и регулируемо.
Таким условиям в части автомодельности соответствует технология классификации посредством закрутки капель жидкости вокруг вектора поступательной скорости их движения, т.е. гидровихревая классификация.
При гидровихревой классификации за счёт диффузии завихрённости в зоне контакта капли вращающейся жидкости и микро-наночастиц ТМО формируется присоединённый вихрь, энергия которого влияет на угол смачивания, т.е. влияет на минимальный диаметр коагулируемых микро-наночастиц ТМО.
Регулирование энергией присоединённого вихря за счёт давления жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки, позволяет управлять медианным диаметром классифицируемых микро-наночастиц ТМО.
Данный способ гидровихревой классификации заключается в использовании управления медианным диаметром микро-наночастиц ТМО путём закрутки капель жидкости вокруг вектора их поступательного движения в гидровихревых форсунках при постоянном давлении жидкости, подаваемой в них из аэратора, создания присоединённого вихря, увеличение энергии которого позволяет уменьшать медианный диаметр коагулируемых микро-наночастиц ТМО, то есть управлять размерами микро-наночастиц ТМО, поступающих в бункер.
Методологической основой этого способа классификации микро-наночастиц ТМО является экспериментально доказанная научная гипотеза о корреляции минимального диаметра коагулированных микро-наночастиц ТМО с угловой скоростью вращения капель жидкости при гидровихревой коагуляции.
Коэффициент вариации минимального диаметра коагулируемых микро-наночастиц ТМО от угловой скорости вращения капель жидкости авторами данной заявки на изобретение получен в виде:
Figure 00000002
, (1)
где: С(А, f) - коэффициент динамичности коагуляции, зависящий от амплитуды и частоты колебаний кинематических параметров вращающихся капель жидкости;
V ж,
Figure 00000003
;
V ж, V г = V ч - скорость капли жидкости и скорость газа, равная скорости частицы, м/с;
Figure 00000003
- угловая скорость вращения капли жидкости,
Figure 00000004
;
ρч, ρг - плотность микро-наночастиц ТМО и газа соответственно, кг/м3;
δж-г - коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела капли жидкости и микро-наночастиц ТМО, Дж/м2;
θ - краевой угол смачивания на границе раздела капли жидкости и микро-наночастиц ТМО, рад;
Figure 00000005
- коэффициент влияния угловой скорости вращения капли жидкости на минимальный диаметр поглощаемых микро-наночастиц ТМО;
ρж - плотность капли жидкости, кг/м3;
d чmin - минимальный диаметр поглощаемой микро-наночастиц ТМО при ωж = 0, м.
Из уравнения (1) следует, что угловая скорость вращения капель жидкости может быть эффективным управляющим параметром в процессе гидровихревой классификации микро-наночастиц ТМО по их медианному диаметру, то есть по размерам. При этом угловая скорость вращения капель жидкости зависит от давления жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки. Отличительной особенностью гидровихревой классификации является её высокая чувствительность к медианному размеру микро-наночастиц ТМО поскольку, минимальный диаметр поглощаемых микро-наночастиц ТМО существенно зависит от угловой скорости вращения капель жидкости, то есть давления жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки, которое в данном случае является управляющим параметром.
На фиг. 1 представлен результат экспериментальных исследований и их сравнения с расчётами по предложенной математической модели при коэффициенте динамичности коагуляции C(A,f) = 1, то есть при постоянном давлении жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки: А=const, и частоте колебаний кинематических параметров вращающихся капель жидкости f=0, где каждая из трех кривых соответствует динамике изменения коэффициента вариации минимального диаметра поглощаемых частиц компонентов
Figure 00000006
от угловой скорости вращения
Figure 00000003
при гидровихревой гетерокоагуляции, в частности, кривая 1 соответствует распределению результатов для частиц угля, кривая 2 – для частиц окиси кремния, а кривая 3 – для частиц глинозема.
Из анализа графиков, приведённых на фиг. 1, видно, что с увеличением угловой скорости вращения капель жидкости во всем рассматриваемом диапазоне изменения коэффициента вариации минимального диаметра поглощаемых микро-наночастиц ТМО от угловой скорости вращения при гидровихревой коагуляции
Figure 00000006
имеет отрицательное значение, т.е. гидровихревая коагуляция способствует уменьшению медианного диаметра коагулируемых (полностью поглощаемых) микро-наночастиц ТМО, при этом производная от
Figure 00000007
с ростом ω уменьшается. Монотонность, идентичность характера изменения коэффициента вариации
Figure 00000008
для различным по физико-механическим свойствам микро-наночастиц ТМО подтверждает гипотезу о корреляции минимального диаметра коагулируемых микро-наночастиц ТМО с угловой скоростью вращения капель жидкости при гидровихревой коагуляции. При этом эффективность влияния угловой скорости вращения капель жидкости на снижение минимального диаметра поглощаемых частиц компонентов тем выше, чем меньше удельная энергия поверхностного натяжения микро-наночастиц ТМО, т.е. чем больше краевой угол смачивания.
Однако вышеуказанный способ гидровихревой классификации микро-наночастиц ТМО не позволяет раздельно управлять медианными диаметрами dm и их дисперсией σdm микро-наночастиц ТМО, поскольку технически обеспечивает фиксированное, заранее заданное значение давления жидкости в аэраторе и соответственно постоянное значение угловой скорости вращения
Figure 00000003
и поступательной скорости V ж, определяющей расход жидкости на выходе из гидровихревых форсунок, и как следствие заданное значение медианного диаметра dm и жёстко коррелирующее с ним значение дисперсии σdm микро-наночастиц ТМО, поступающих через коллектор классификаций в бункер сбора, что ограничивает возможности использования микро-наночастиц ТМО для материалов с заданными уникальными свойствами.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании способа раздельного управления медианными диаметрами и их дисперсией микро-наночастиц ТМО путём регулировки амплитуды и частоты изменения давления и расхода жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки посредством равномерного изменения гидравлического сопротивления аэратора заданной амплитудой и частотой, то есть в создании условий для динамической гидровихревой коагуляции. Раздельное регулирование амплитудой и частотой изменения давления и расхода жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки, позволяет изменять амплитуду и частоту колебания угловой скорости вращения капель жидкости на выходе из гидровихревых форсунок, а также их поступательную скорость и как результат управлять медианным диаметром и его дисперсией микро-наночастиц ТМО при динамической гидровихревой коагуляции.
Методология динамической гидровихревой классификации основана на результатах экспериментальных исследований влияния коэффициента динамичности коагуляции на медианный диаметр и его дисперсию микро-наночастиц ТМО, полученных авторами данной заявки.
Таким образом, для заданных параметров классификации: медианный диаметр dm и дисперсия медианного диаметра σdm можно подобрать номинальное значение давления жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки
Figure 00000009
, амплитуду его колебаний А (
Figure 00000010
),
Figure 00000011
номинальную частоту колебаний fn, при которых в процессе динамической гидровихревой коагуляции через коллектор классификации в бункер сбора будут подаваться микро-наночастицы ТМО с заданными параметрами классификации. При этом максимальная и минимальная амплитуды колебания давления
Figure 00000012
определяются геометрическими параметрами диафрагмы, через соотношения суммарных площадей отверстий и чётных и нечётных концентрических окружностей и площади диска.
Таким образом, технический результат раздельного управления медианным диметром и его дисперсией микро-наночастиц ТМО при динамической гидровихревой коагуляции достигается за счёт, раздельного регулирования амплитуды и частоты колебаний угловой скорости вращения капель жидкости и их поступательной скорости при заданном изменении амплитуды и частоты давления и расхода жидкости подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки.
На фиг. 2 изображена принципиальная схема гидровихревого классификатора микро- и наночастиц ТМО; на фиг. 3 – аэратор и диафрагма с промежуточным положением дисков относительно друг друга, вид по сечению А-А; фиг. 4 – аэратор с диафрагмой из двух дисков в положении дисков диафрагмы, соответствующем полностью открытым отверстиям на нечётных концентрических окружностях, то есть Аmax (в) и в положении дисков диафрагмы, соответствующем полностью открытым отверстиям на чётных концентрических окружностях, то есть Аmin (г), вид по сечению Б-Б; фиг. 5 - Аэратор с диафрагмой из двух дисков в положении, при котором диск 14 с отверстиями, расположенными на концентрических окружностях по радиальным лучам равномерно (д) и в положении, при котором диск 15 с отверстиями, расположенными на концентрических окружностях по радиальным лучам в шахматном порядке (е); фиг.6. - 3Д модель аэратора с диафрагмой соответствующая фиг. 3.
Регулирование амплитуды и частоты давления и расхода жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки технически осуществляется за счёт равномерного изменения гидравлического сопротивления аэратора. Равномерное регулирование гидравлического сопротивления аэратора технически достигается посредством установки в нем диафрагмы, выполненной из двух дисков. Соосно распложённые диски выполнены с возможностью вращения относительно друг друга равномерно открывая и закрывая выполненные в них отверстия. На первом диске отверстия расположены на концентрических окружностях по радиальным лучам равномерно (5д), а на втором отверстия расположены на тех же концентрических окружностях по радиальным лучам в шахматном порядке (5е). Таким образом при относительном вращении дисков одновременно и равномерно закрываются (открываются) отверстия на нечётных концентрических отверстия (4в) и открываются (закрываются) отверстия на чётные концентрические отверстия (4г). Количество таких колебаний суммарной площади проходного сечения диафрагмы за один относительный оборот дисков равно половине радиальных лучей, на которых расположены отверстия. Такая конструкция диафрагмы обеспечивает равномерность изменения давления, скорости и расхода жидкости, поступающей из аэратора в гидровихревые форсунки, обеспечивая устойчивость динамической гидровихревой коагуляции в процессе классификации микро-наночастиц ТМО
Период колебаний давления жидкости, поступающий из аэратора в гидровихревые форсунки определяемый, выше указанной частотой его колебания, должен быть не более времени прохождения микро-наночастицами ТМО псевдокипящего слоя области воздействия на них капель жидкости из гидровихревых форсунок. Данное требование обусловлено необходимостью воздействия заданной амплитуды колебаний давления жидкости подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки, то есть заданного изменения угловой скорости вращения капель жидкости являющейся управляющим параметром, влияющим на параметры классификации на длине пробега капель жидкости от выхода из гидровихревой форсунки до коллектора классификации бункера сбора микро-наночастиц ТМО.
В частности, при расстоянии от выхода их гидровихревой форсунки до коллектора классификации равном
Figure 00000013
, толщине области псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО, на которые воздействуют капли жидкости из гидровихревых форсунок равном h (диаметра факела распыла гидровихревых форсунок, фиг. 2), начальной поступательной скорости вращения капель жидкости из гидровихревых форсунок равной V0, время релаксации капель жидкости в процессе гидровихревой коагуляции равной τ, которая определяется заданным медианным диаметром классифицируемых микро-наночастиц ТМО, уравнение для расчета периода колебаний угловой скорости вращения капель жидкости при заданной скорости V0, и заданных геометрических параметрах классификатора и медианном диаметре микро-наночастиц ТМО вертикальной скорости перемещения микро-наночастиц в псевдо кипящем слое Vв получим в виде:
Figure 00000014
(2)
где:
Figure 00000015
Figure 00000016
– разность плотностей микро-наночастиц ТМО и жидкости;
Figure 00000017
– коэффициент динамической вязкости жидкости.
В соответствии с уравнением (2) период колебаний угловой скорости вращения капель жидкости
Figure 00000018
. Выбирая
Figure 00000019
из выше указанного условия, регулируем величину дисперсии медианного размера микро-наночастиц ТМО.
Таким образом, заданная амплитуда и заданная частота колебания давления и расхода жидкости, подаваемой из аэратора в гидровихревые форсунки однозначно определяется в соответствии вышеприведёнными графиками (фиг. 1) и уравнениями (1, 2) при заданных геометрических параметрах гидровихревого классификатора и параметрах классификации:
Figure 00000020
и
Figure 00000021
микро-наночастиц ТМО.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является:
- возможность раздельного управления медианным диаметром и дисперсией классифицируемых микро-наночастиц ТМО;
- повышение эффективности классификации за счёт исключения многоступенчатости классификации, позволяющее понизить энергозатраты для получения микро-наночастиц ТМО с заданными геометрическими параметрами;
- возможность получения микро-наночастиц ТМО с требуемыми медианными диаметрами и дисперсией для создания уникальных композиционных материалов с требуемыми физико-механическими свойствами.
Задача изобретения решается, технический результат достигается за счёт того, что предлагаемый способ динамической гидровихревой классификации микро-наночастиц ТМО по медианным размерам и их дисперсии, включающий в себя формирование псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО за счёт сжатого воздуха, классификацию их путём гидровихревой коагуляции с закрученными каплями жидкости за счёт давления жидкости подаваемой в гидровихревые форсунки из аэратора для управления медианным размером и его дисперсией микро-наночастиц ТМО, поступающих в бункер коллектора классификации, подачу коагулированных микро-наночастиц ТМО в коллектор классификации с бункером сбора микро-наночастиц ТМО, при этом осуществляют регулировку давления и расхода подаваемой в гидровихревые форсунки жидкости путём изменения гидравлического сопротивления аэратора, посредством чего капли жидкости закручивают в гидровихревой форсунке с переменной угловой и поступательной скоростями, период колебания которых не более времени прохождения микро-наночастиц ТМО псевдокипящего слоя области воздействия на них капель жидкости из гидровихревых форсунок.
Гидровихревой классификатор содержит загрузочный питатель 4, установленный над коллектором классификатора 5. В смесительной камере 6 установлены пористая газораспределительная перегородка 7 и патрубок 8 для подачи сжатого воздуха и формирования на входе в коллектор 5 кипящего слоя микро-наночастиц ТМО. На входе в сепаратор 10 установлен хонейкомб 9 для выравнивания скорости движения микро-наночастиц ТМО. По оси сепаратора 10 установлен аэратор 11 с гидровихревыми форсунками 12. По оси аэратора 11 установлены диафрагма 13, выполненная из двух дисков 14-15. Соосно распложённые диски 14-15 выполнены с возможностью вращения по оси 16 относительно друг друга равномерно открывая и закрывая выполненные в них отверстия 17. На первом диске 14 отверстия расположены на концентрических окружностях по радиальным лучам равномерно, а на втором диске 15 отверстия расположены на тех же концентрических окружностях по радиальным лучам в шахматном порядке (фиг. 5е). По периметру классификатора 10 расположен коллектор классификации 18 с бункерами 19 сбора микро-наночастиц ТМО в соответствии с заданным медианным диаматом и его дисперсией, на выходе классификатора установлен бункер 20 для отходов.
Предложенный способ динамической гидровихревой коагуляции реализуется в вышеуказанном устройстве гидровихревой классификации микро-наночастиц ТМО следующим образом. Микро-наночастицы ТМО из загрузочного питателя 4 непрерывно направляют в смесительную камеру 6, ограниченную газораспределительной газовой перегородкой 7. По патрубку 8 под слой микро- и наночастиц ТМО подают сжатый газ. Сжатым газом микро- и наночастицы аэрируют до псевдокипящего состояния и подают через входной коллектор 5, выравнивающий хонейкомб 9 на вход в классификатора 10. Жидкость под давлением поступает на вращающийся диски 14-15 диафрагмы 13 аэратора 11 частота относительного вращения дисков 14-15 диафрагмы 13 аэратора 11 при заданном номинальном давлении жидкости в аэраторе 11 и заданных площадях отверстий на чётных и нечётных концентрических окружностях диска 14 соответствует заданной величине амплитуды и частоты колебания давления жидкости жёстко коррелирующих с амплитудой и частотой изменения угловой скорости вращения капель жидкости на выходе из гидровихревых форсунок 12 поступающей из аэратора 11 по ходу её движения за диафрагмой 13 и определяется заданными параметрами классификации микро-наночастиц ТМО:
Figure 00000022
и
Figure 00000023
. Поступающая из аэратора 11 жидкость с заданной амплитудой и частотой колебания давления и расхода в гидровихревые форсунки 12 закручивается в них в форме капель с заданной амплитудой и частотой колебания угловой скорости вращения их, способствуя коагуляции микро-наночастицы ТМО с заданным медианным диаметром и его дисперсии. Изменение указанных параметров движения вращающих капель жидкости меняет величину коэффициента динамичности коагуляции, и как результат величину коэффициента вариации минимального диаметра коагулируемых микро-наночастиц ТМО согласно вышеприведённым уравнениях и графикам. Коагулированные микро-наночастиц ТМО заданного медианного диаметра и дисперсии по соответствующим траекториям движения, определяемым инерционными силами, поступают через коллектор классификации 18 в бункер сбора микро-наночастиц ТМО 19, а не смачиваемые микро-наночастиц ТМО поступают в бункер отходов 20.
Таким образом, в соответствии с математической моделью и экспериментальными данными по влиянию коэффициента динамичности коагуляции на параметры классификации микро-наночастиц ТМО определяют геометрические параметры дисков диафрагмы и скорость их относительного вращения, что определяет необходимые значения амплитуды и частоты колебания давления жидкости, поступающей из аэраторе 11 в гидровихревые форсунки 12 и как результат при заданном номинальном давлении и расходе жидкости требуемые медианные значения и их дисперсию классифицируемых микро-наночастиц ТМО, поступающих в бункер 19 их сбора. Проведённые эксперименты показали, что колебания амплитуды давления жидкости в аэраторе 11 в диапазоне ±30% и её частоты в диапазоне 2-10 Гц позволяют уменьшить минимальный диаметр коагуляции, то есть классифицируемых микро-наночастиц ТМО, на 12%, а его дисперсию на 8%.

Claims (2)

1. Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц техногенных минеральных отходов (ТМО) по медианным размерам и их дисперсии, включающий в себя формирование псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО за счёт сжатого воздуха, классификацию их путём гидровихревой коагуляции с закрученными каплями жидкости за счёт давления жидкости, подаваемой в гидровихревые форсунки из аэратора для управления медианным размером и его дисперсией микро-наночастиц ТМО, поступающих в бункер коллектора классификации, подачу коагулированных микро-наночастиц ТМО в коллектор классификации с бункером сбора микро-наночастиц ТМО, отличающийся тем, что осуществляют регулировку давления и расхода подаваемой в гидровихревые форсунки жидкости путём изменения гидравлического сопротивления аэратора, установленной в аэраторе диафрагмой из двух дисков с отверстиями в шахматном порядке, при этом капли жидкости закручивают в гидровихревой форсунке с переменной угловой и поступательной скоростями, период колебания которых не более времени прохождения микро-наночастиц ТМО псевдокипящего слоя области воздействия на них капель жидкости из гидровихревых форсунок.
2. Гидровихревой классификатор, состоящий из устройства для формирования псевдокипящего слоя микро-наночастиц ТМО, загрузочного питателя, смесительной камеры с пористой газораспределительной перегородкой, патрубка для подачи сжатого воздуха, хонейкомба для выравнивания скорости движения микро-наночастиц ТМО и аэратора для подачи жидкости под давлением в гидровихревые форсунки, закручивающие капли жидкости вокруг вектора скорости их поступательного движения, отличающийся тем, что в аэраторе установлена диафрагма, выполненная из двух дисков с отверстиями в шахматном порядке, регулирующая давление и расход подаваемой в гидровихревые форсунки жидкости с заданной амплитудой и частотой колебания.
RU2021120510A 2021-07-13 2021-07-13 Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления RU2770974C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120510A RU2770974C1 (ru) 2021-07-13 2021-07-13 Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120510A RU2770974C1 (ru) 2021-07-13 2021-07-13 Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770974C1 true RU2770974C1 (ru) 2022-04-25

Family

ID=81306361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021120510A RU2770974C1 (ru) 2021-07-13 2021-07-13 Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770974C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2071385C1 (ru) * 1994-08-15 1997-01-10 Игорь Юлианович Довнар Гидравлический классификатор
RU2189282C2 (ru) * 2000-12-05 2002-09-20 Курский государственный технический университет Вихревой классификатор порошковых материалов
US20080121738A1 (en) * 2005-07-06 2008-05-29 Mitani Valve Co. Ltd. Content discharge mechanism and aerosol type product and pump type product equipped with the mechanism
RU128835U1 (ru) * 2013-02-18 2013-06-10 Зао "Вентмонтаж" Гидрофильтр для очистки воздуха от пыли
WO2019112463A1 (ru) * 2017-12-08 2019-06-13 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ разделения нано- и микро-размерных частиц при обогащении полезных ископаемых
RU2737161C1 (ru) * 2020-03-31 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Способ гидровихревого кинематического пылеподавления и устройство для его реализации

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2071385C1 (ru) * 1994-08-15 1997-01-10 Игорь Юлианович Довнар Гидравлический классификатор
RU2189282C2 (ru) * 2000-12-05 2002-09-20 Курский государственный технический университет Вихревой классификатор порошковых материалов
US20080121738A1 (en) * 2005-07-06 2008-05-29 Mitani Valve Co. Ltd. Content discharge mechanism and aerosol type product and pump type product equipped with the mechanism
RU128835U1 (ru) * 2013-02-18 2013-06-10 Зао "Вентмонтаж" Гидрофильтр для очистки воздуха от пыли
WO2019112463A1 (ru) * 2017-12-08 2019-06-13 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ разделения нано- и микро-размерных частиц при обогащении полезных ископаемых
RU2696732C1 (ru) * 2017-12-08 2019-08-05 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ разделения нано- и микроразмерных частиц при обогащении полезных ископаемых
RU2737161C1 (ru) * 2020-03-31 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Способ гидровихревого кинематического пылеподавления и устройство для его реализации

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОСАРЕВ Н.П. и др. "Эффективный способ гидровихревой классификации тонкодисперсных техногенных минеральных отходов в горно-металлургическом комплексе", Вестник ПНИПУ, Геология. Нефтегазовое и горное дело, 2019, Т.19, N4, c. 288-400. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103752426B (zh) 基于溢流管的旋流器在线调节装置
US3351195A (en) Method and apparatus for continuous classification of solid particles dispersed in afluid carrier
CN107661818B (zh) 一种提高粉体颗粒分级精度的方法和颗粒分级器
US8123041B2 (en) Method and device for separation of a loose mixture in a fluid medium
US9579666B2 (en) Cyclone for dense medium separation
CN105344460B (zh) 一种片状颗粒湿法连续式分级设备及其分级方法
PL182570B1 (pl) Urządzenie do wytwarzania wyrobów ze sztucznych włókien szklistych oraz sposób wytwarzania wyrobów ze sztucznych włókien szklistych
RU2770974C1 (ru) Способ гидровихревой классификации микро-наночастиц и устройство для её осуществления
CN103221150A (zh) 轴向煤炭分离器
CN111451000B (zh) 基于多能场驱动的核桃壳微粉多粒径域分级装置及方法
WO2011113335A1 (zh) 离心分离装置
JP2014512269A (ja) 粒子分離のための方法および装置
RU181994U1 (ru) Трубный концентратор
CN107185837A (zh) 一种颗粒分级装置及其方法
RU208623U1 (ru) Гидровихревой классификатор
CN108311295B (zh) 一种复合力场梯级强化离心选矿机
US4822482A (en) Hydraulic separating apparatus and method
CN104437909B (zh) 一种适用于细粒物料的干法脉冲旋流分选装置和分选方法
CN211887388U (zh) 一种带二次造浆喷嘴的螺旋分选机
CN209188996U (zh) 分级旋流器、煤泥分选装置以及分选系统
CN206716483U (zh) 一种颗粒分级装置
CN117414938A (zh) 重力分选装置
CN220143716U (zh) 干扰床分选机的带压旋流预选器
CN108993763A (zh) 分级旋流器、煤泥分选装置、分选系统以及分选方法
CN109647639A (zh) 一种亚微米级粉末的超声波雾化分级装置及其应用