SU1599075A1

SU1599075A1 - Powder disperser

Info

Publication number: SU1599075A1
Application number: SU884488654A
Authority: SU
Inventors: Валерий Сергеевич Ямщиков; Александр Иванович Шульгин; Михаил Тимофеевич Заховаев; Олег Викторович Скворцов; Михаил Владимирович Махоткин; Людмила Ивановна Назарова
Original assignee: Московский Горный Институт
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-10-15

Abstract

Изобретение относитс к горноперерабатывающей промышленности. Цель - повышение эффективности приготовлени дисперсных систем за счет усилени турбулизации формируемых потоков. Диспергатор содержит источник колебаний, корпус, подвод щий и отвод щий патрубки и насадку с цилиндроконическими отверсти ми. Углы раскрыти конических частей смежных отверстий в насадке последовательно увеличиваютс в интервале 13-60°. Источник колебаний создает в суспензии низкочастотное акустическое поле. На выходе из насадки формируетс турбулентное вращательное движение потоков с кавигационными пузырьками. 4 ил.The invention relates to the mining industry. The goal is to increase the efficiency of the preparation of disperse systems by increasing the turbulization of the formed streams. The disperser contains an oscillation source, a housing, inlet and outlet tubes, and a nozzle with cylindrical conical holes. The opening angles of the conical portions of adjacent holes in the nozzle are successively increased in the range of 13-60 °. The source of oscillations creates a low-frequency acoustic field in suspension. At the exit of the nozzle, a turbulent rotational motion of the flows with cavitation bubbles is formed. 4 il.

Description

Изобретение относитс к горной, в частности к горноперерабатываклдей промьшшенности, и может быть использовано дл приготовлени тонкодисперсных систем, диспергировани гли- нистопесчаных горных пород, смешивани , эмульгировани и растворени в воде реагентов различного рода, а также дл подготовки пульпы к флотации .The invention relates to mining, in particular to mining industries, and can be used to prepare finely dispersed systems, to disperse clay-sandy rocks, to mix, emulsify and dissolve reagents of various kinds in water, as well as to prepare pulp for flotation.

Цель изобретени - повышение эффективности приготовлени дисперсных систем за счет усилени турбулизации формируемых потоков.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the preparation of dispersed systems by increasing the turbulization of the formed streams.

На фиг.1 изображен предлагаемый диспергатор, вертикальный разрез; на фиг.2 - углы раскрыти конических частей отверстий в насадке; на фиг.З сечение А-А на фиг. 1 (в случае двух.Figure 1 shows the proposed dispersant, a vertical section; Fig. 2 illustrates the opening angles of the tapered portions of the holes in the nozzle; in FIG. 3, section A-A in FIG. 1 (in the case of two.

цилиндрических отверстий); на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1 (в случае шести цилиндрических отверстий). -Диспергатор содержит источник 1 колебаний, корпус 2, подвод щий 3 и отвод щий 4 патрубки и насадку 5с цилиндроконическими отверсти ми 6, причем углы 7 раскрыти смежных конических частей отверстий 6 в насадке 5 последовательно увеличиваютс в интервал.е от 13 до 60. При этом корпус 2 разеделен насадкой 5 на верхнюю 8 и нижнюю 9 камеры.cylindrical holes); figure 4 - section aa in figure 1 (in the case of six cylindrical holes). The disperser comprises an oscillation source 1, a housing 2, an inlet 3 and an outlet 4 nozzles and a nozzle 5 with cylindrical conic holes 6, with the angles 7 of the opening of the adjacent conical parts of the openings 6 in the nozzle 5 successively increasing in the interval from 13 to 60. This case 2 is separated by a nozzle 5 on the top 8 and bottom 9 cameras.

Диспергатор работает следук цим образом .Dispersant works in the following way.

После заполнени корпуса 2 суспензией включают источник 1 колебаний . В суспензии создаетс низкочастотное акустическое поле, в резульСПAfter the housing 2 is filled with the suspension, the oscillation source 1 is switched on. A low-frequency acoustic field is created in the suspension.

СОWITH

со о vlco vl

елate

.- .-

тате чего на выходе цилиндрических частей отверстий 6 насадки 5 формируютс вибрационные затопленные струи. Насадка 5 обладает гидродина- мическсй анизотропией сопротивлений движению суспензии в различных направлени х . Так, при движении источника 1 колебаний вверх объем Q прошедший через насадку 5, больше объе- ма Q , прошедешго через насадку 5 при движении источника 1 колебаний. Таким образом, осуществл етс направленное виброперемещение суспензии:At the exit of the cylindrical parts of the openings 6 of the nozzle 5, vibrating submerged jets are formed. Nozzle 5 has hydrodynamic anisotropy of resistance to the movement of the suspension in different directions. So, when the source of oscillations 1 moves upwards, the volume Q that passed through the nozzle 5, is larger than the volume Q that passed through the nozzle 5 when the source 1 of oscillations moves. Thus, the suspension is displaced by vibration:

Q Q4 - Qi-(1)Q Q4 - Qi- (1)

При движении суспензии вверх в каждом цилиндроконическом отверстии возникают раст гивающие напр жени , привод щие (из-за высокой скорости движени суспензии) к формированию развитой кавитации. В каждый полупериод колебаний кавитационные пузырьки выбрасьгоаютс вибрационными затопленными стру ми вверх, а в случае одинаковых отверстий всплывают и лопаютс ,В случае нескольких отверстий с различными углами 7 раскрыти коничеких частей картина воздействи ка- чественно мен етс .When the suspension moves upward, tensile stresses occur in each cylindrical hole, which lead (due to the high velocity of the suspension) to the formation of developed cavitation. In each half-period of oscillation, the cavitation bubbles are ejected by vibrating submerged jets upwards, and in the case of identical openings, they float and burst. In the case of several openings with different angles 7 of the conical parts, the picture changes qualitatively.

Отверсти 6 насадки 5 имеют различные углы 7 раскрыти , т.е. различные местные гидродинамические сопротивлени . Физический смысл местно го гидродинамического сопротивлени вытекает из выражени The holes 6 of the nozzle 5 have different angles of 7 open, i.e. various local hydrodynamic resistances. The physical meaning of the local hydrodynamic resistance follows from the expression

. . (2). . (2)

гдеЛН - .потери напора на местном сопротивлении;where LN - loss of pressure on local resistance;

- коэффициент местного гидродинамического сопротивлени который, в основном зависит от угла раскрыти конической части, диаметра цилиндрической части отверсти и диамера камер;- the coefficient of local hydrodynamic resistance, which mainly depends on the opening angle of the conical part, the diameter of the cylindrical part of the hole, and the diameter of the chambers;

V - средн скорость потока; g - ускорение свободного падени При увеличении угла 7 раскрыти в интервале 13-60 коэффициент сопротивлени уменьшаетс , следовательно , уменьшаютс потери напора ДН и возрастает скорость пот ока.V is the average flow rate; g - acceleration of free fall. As the opening angle 7 increases in the range of 13-60, the drag coefficient decreases, therefore, the loss of pressure of the head decreases and the speed of the sweat increases.

Расход, определ емый классическо гидродинамикой, т.е. интегральным уравнениемThe flow rate determined by classical hydrodynamics, i.e. integral equation

Q jvds,(3)Q jvds, (3)

где S - площадь сечени конической части отверсти , при уменьшении Г возрастает. Дц двух конусов насадки 5 (фигоЗ) один из которых имеет больший угол 7 раскрыти , наблюдаетс следующа картина. Напор и скорость гидродинамической струи на выходе цилиндрической части отверсти с большим углом раскрыти больше напора и скорости на выходе цилиндрической части отверсти с меньшим углом раскрыти . Это приводит к формированию в верхней камере 8 корпуса 2 сложного, неравномерного , последовательно измен ющегос гидродинамического профил , эффекта запаздывани струй, что приводит к интенсивному вращательному движению суспензии в вертикальной плоскости.where S is the cross-sectional area of the conical part of the hole, with decreasing F increases. When the two cones of the nozzle 5 (figoZ), one of which has a larger opening angle 7, the following picture is observed. The pressure and velocity of the hydrodynamic jet at the outlet of the cylindrical part of the orifice with a large opening angle is greater than the pressure and velocity at the exit of the cylindrical part of the orifice with a smaller opening angle. This leads to the formation in the upper chamber 8 of the housing 2 of a complex, uneven, successively changing hydrodynamic profile, the effect of jet lag, which leads to an intensive rotational movement of the suspension in the vertical plane.

Вращательное движение суспензии увлекает кавитационные пузырьки и они, осциллиру и пульсиру в поле создаваемого вибрационными стру ми давлени , производ т дополнительное воздействие на суспензию. При этом каждый пузырек вл етс своего рода излучателем колебаний, воздействующи на микроструктуру суспензии. Охлопывающиес кавитационные пузырьки вызывают мощные микроударные волны, разрушающие частицы твердой фазы суспензии , пульсирующие с собственной частотой пузырьки интенсифицируют процесс межфазного массопереноса, осциллирующие с частотой.возбуждающих колебаний пузырьки усиливают общий уровень турбулизации потоков суспензии и, наконец, движущиес во вращающемс потоке пузырьки увеличивают перемешивание фаз и компонентов суспензии .The rotational movement of the suspension entrains the cavitation bubbles and they, to the oscillator and the pulsary in the field created by the vibratory jets of pressure, produce an additional effect on the suspension. In addition, each bubble is a kind of oscillation emitter, affecting the microstructure of the suspension. The collapsing cavitation bubbles cause powerful micro-impact waves that destroy the suspension solid phase particles, the bubbles pulsating with their own frequency intensify the interfacial mass transfer process, oscillating with the frequency. components of the suspension.

Более сложный вид движени суспензии можно организовать в объеме обрабатываемой среды за счет варьи-. ровани количества и размещени ци- линдроконических отверстий.A more complex type of movement of the suspension can be organized in the volume of the treated medium by varying. number and placement of cylindrical holes.

На фиг.4 представлено сечение насадки 5, котора содержит, например, шесть цилиндроконических отверстий 6, расположенных через равные промежутки по окружности, причем угол 7 раскрыти последовательно убьшает по часовой стрелке. Рассто ние между соседними цилиндроконическими отверсти ми меньше, чем рассто ние междуFig. 4 shows a cross-section of the nozzle 5, which contains, for example, six cylindrical conic holes 6 located at regular intervals around the circumference, the opening angle 7 successively killing clockwise. The distance between adjacent cylindric conical holes is less than the distance between

двум любыми другими и, следовательно , необходимо рассматривать взаимодействие двз соседних отверстий, как преобладающее.two any others and, therefore, it is necessary to consider the interaction of dvz neighboring holes, as predominant.

При суперпозиции действи вибрационных затопленных струй имеет мест циклический поток суспензии, направленный от отверсти с большим углом раскрыти конической части к меньшему (как в случае двух цилиндроко- нических отверстий)что приводит к общему вращательному движению суспензии . В том месте, где происходит обратный переход от отверсти с максимальным углом раскрыти коническо части к минимальному, наблюдаетс пучность гидродинамического потока, но при этом вращательное движение суспензии остаетс направленным, а турбулизаци возрастает.When superposed, the action of vibrating submerged jets has a cyclic suspension flow directed from the hole with a large opening angle of the conical part to a smaller one (as in the case of two cylindrical openings), which leads to a total rotational movement of the suspension. In the place where the reverse transition from the orifice with the maximum opening angle of the conic part to the minimum occurs, an antinode of the hydrodynamic flow is observed, but the rotational motion of the suspension remains directional and the turbulization increases.

Путем подбора геометрических параметров цилиндроконических отверстий и их расположени можно организовать движение жидкости как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости.By selecting the geometrical parameters of the cylindrical conic holes and their location, it is possible to organize the movement of the fluid both in the vertical and in the horizontal plane.

В случае шести цилиндроконических отверстий поток суспензии направлен под углом к насадке за счет суммарных градиентов.гидродинамических потоков суспензии, организованных парой смежных отверстий. Так, дл двзгх смежных, отверстий с минимальными суммарными потер ми напора действие вибрационных затопленных струй и турбулизаци будут максимальными, и наоборот, За счет различных геометрических параметров цилиндроконических отверстий струи поднимаютс на разную высоту.In the case of six cylindroconic holes, the suspension flow is directed at an angle to the nozzle due to the total gradients of hydrodynamic suspension flows, organized by a pair of adjacent holes. So, for dvzgkh adjacent, holes with minimum total head loss, the action of vibrating submerged jets and turbulization will be maximum, and vice versa. Due to different geometrical parameters of cylindrical conical holes, the jets are raised to different heights.

Одновременно движение суспензии в горизонтальной и вертикальной плоскост х вл етс объемным движением, дл которого справедливы сделанные выше заключени с той только разницей , что при объемном движении увеличиваетс общее количество кавита- ционных пузырьков, удерживаемых в суспензии потоками, что увеличивает турбулизацию и эффективность диспергировани .At the same time, the movement of the suspension in the horizontal and vertical planes is a volumetric motion, for which the above conclusions are valid with the only difference that the volumetric motion increases the total number of cavitation bubbles held in suspension by the flows, which increases the turbulization and dispersion efficiency.

Максимальна анизотропи сопротивлени движению суспензии через цилиндроконические отверсти обеспечиваетс при углах раскрыти конических частей отверстий в интервале от 13 до 60 . Этому диапазону соответствует максимальна интенсивность формируемого цилиндроконическими отThe maximum anisotropic resistance to the movement of the suspension through the cylindrical conic holes is provided at the opening angles of the conical parts of the holes in the range from 13 to 60. This range corresponds to the maximum intensity of the cylindroconic formed from

о й oh

, , ,,

10ten

1515

599075599075

вёрсти ми вращательного движени и максимальна интенсивность воздействи на суспензию, что обеспечивает повышение эффективности приготовлени дисперсных систем.rotational movement and maximum impact on the suspension, which increases the efficiency of disperse systems.

Зависимость скорости вращени суспензии от параметров низкочастотного акустического воздействи неоднозначна , так, при увеличении частоты до Т5-17 Гц происходит увеличение числа оборотов в единицу времени, а при дальнейшем увеличении частот скорость вращени суспензии падает в силу наличи высоких инерционных сил.The dependence of the speed of rotation of the suspension on the parameters of the low-frequency acoustic effect is ambiguous, for example, as the frequency increases to T5-17 Hz, the number of revolutions per unit time increases, and as the frequencies increase further, the rotation speed of the suspension decreases due to the presence of high inertial forces.

Испытани диспергатрра проводились со сменными насадками, угол раскрыти конических частей отверстий в которых измен лс , в пределах от О 20 (цилиндрические отверсти до 120 . Испытани показали, что при угле раскрыти в интервале 13-60 и при исходном содержании в суспензии 80% агрегатов глинистых частиц с размерами 50-100 мкм, 18% частиц с размером 20-50 мкм и 2% частиц с размером менее 20 мкм в процессе диспергировани в течение 1,5-2 мин гранулометрический состав стал более тонкодисперсным: класс 50-100 мкм - 6%, класс 20-50 мкм - 30%, класс менне 20 мкм- 64%. При обработке глинистой суспензии в устройстве с одинаковыми угла25Testing of the dispersant was carried out with replaceable nozzles, the opening angle of the conical parts of the holes in which varied, ranging from O 20 (cylindrical holes to 120. Testing showed that at an opening angle in the range of 13-60 and at the initial content in suspension 80% of clay aggregates particles with sizes of 50-100 microns, 18% of particles with a size of 20-50 microns and 2% of particles with a size of less than 20 microns in the dispersion process for 1.5-2 minutes the particle size distribution became more finely dispersed: the class of 50-100 microns - 6 %, class 20-50 microns - 30%, class less than 20 microns - 64%. working out the clay suspension in a device with equal angles25

30thirty

ми раскрыти конических частей отверстий 13 , исключающих возможностьmi open the conical parts of the holes 13, excluding the possibility

возникновени вращательного движени , наблюдалось уменьшение количества частиц класса 50-100 мкм на 8% и увеличение количества частиц с размером 20-50 мкм на 6,5%, при этом количество тонкодисперсных частиц .. (класс менее 20 мкм) увеличилось всего на 1 , 5% .the occurrence of rotational movement, there was a decrease in the number of particles of the class of 50-100 microns by 8% and an increase in the number of particles with a size of 20-50 microns by 6.5%, while the number of fine particles .. (class less than 20 microns) increased by only 1, five% .

Использование предлагаемого дис- пергатора позвол ет(по сравнению с известными)увеличить эффективность приготовлени дисперсных систем, т.е. обеспечить их тонкодисперсность, повысить устойчивость приготовл емых суспензий и снизить в 1,5-2 раза длительность процесса.The use of the proposed dispersant allows (in comparison with the known ones) to increase the efficiency of the preparation of disperse systems, i.e. ensure their fine dispersion, increase the stability of the prepared suspensions and reduce the duration of the process by 1.5–2 times.

Claims

Invention Formula

Dispersant including oscillation source, housing, inlet and outlet nozzles and nozzle with cylindrical conic holes, characterized in that, in order to increase the efficiency of preparation of the dispersion systems, due to the reinforcement nozzle, they are completed with sequential turbulization of the formed flows, increasing the angles open into the interconic part of the adjacent holes in the shaft P-bo

fpu2.1

Aa

ig.Z

(Reg. 2

Rygl