04 Сен 12 СЕПАРАЦИЯ ТОНКИХ ЧАСТИЦ

Высакодиаперсные материалы получают, как уже было сказано, с применением сепараторов, предназна­ченных для выделения тонких ( фракций требуемой крупности из продуктов помола. Из всех возможных машин подобного рода в области тонкого измельчения хорошо зарекомендовали себя и получили распростра­нение в промышленности воздушно-центробежные се­параторы. Принцип их действия заключается в том, что частицы материала подвергаются одновременно дейст­вию двух сил — центробежной, создаваемой вращением потока, и радиальной, создаваемой движением потока по опирали к центру сепарационной камеры. В строго стационарных условиях равенство этих двух сил опре­деляет круговые траектории частиц заданного размера. Частицы крупнее этого раїзмера будут двигаться с та­кой траектории по опирали к периферии, а меньшего— Но опирали к центріу.

Простейшая теория сепарации в центробежно-воз - душных полях рассматривает некоторую частицу сфе­рической формы или формы, приводимой к сферической путем введения некоего эквивалентного сфере размера и коэффициента формы [26]. Предполагается, что час­тица die соприкасается с движущимися деталями маши­ны, т. е свободно подвешена в потоке. Тогда центро­бежная сила, действующая на такую частицу, равна:

Гс 6 г '

А сила увлечения частицы потоком равна:

С я v. yo u2r f.=-- R

Где V и \'о — соответственно плотность частиц и воздуха; г — радиус траектории; Uф и Ur — тангенциальная и радиальная состав­ляющие скорости потока иа расстоянии г от центра; х — постоянная

24 24v 13

Формы; С = —= ■ при 0<Re<l (по Стоксу); С = ——при

Re X0Ur Re1/

L<Re<l (по Реллею).

Для круговой траектории fc^fn и в случае очень мел­ких частиц и малых скоростей

Х0 = 4,24 (у * *)''' ('г Uг )4t U~l. Для частиц средней «руппости и больших Ur:

Значения Uг и соответственно равны.

И - Q • и = и V

■где v — кинематическая вязкость, Q — объемный расход возду­ха; Н высота зоны разделения; Ua — тангенциальная составляю­щая скорости у внутренней кромки лопаток, га — расстояние лопа­ток до центра

В зависимости от способа организации потока вели­чина а может изменяться в пределах: —1 1.

При а = 0 и Н (г) = const для очень мелких частиц = const и Х0 не зависит от величины г. Следовательно, во всей зоне классификации частицы разделяются толь­
ко по одному значению их размеров. Круговые траек­тории движения равновесных частиц в пределах зоны являются устойчивыми и, в принципе, равновесные час­тицы могут находиться в этой зоне как угодно долго. Этот случай является идеальным для работы сепара­тора. Для его осуществления необходимо, чтобы ско­рость закручивания (угловая скорость) потока увели­чивалась пропорционально ~ по мере приближения к

Центру. 'Попадая в любое место классификационной зоны, частицы крупнее Ло будут по спиралям удалять­ся на периферию, а мельче Х0 — также по спиралям — к центру.

Если 0<Га< 1, то по мере приближения к центруна равновесных круговых орбитах будут находиться части­цы все больших размеров, а. при —1 < а<0 — все меньших. Это означает, что при а ф О существует че один граничный размер разделения, а некоторая об­ласть граничных размеров частиц, определяемая приве­денными выше формулами.

Движение равновесных частиц по круговым траек­ториям при а ф 0 носит неустойчивый характер. Флюк­туации потока и случайные забросы таких частиц будут переводить их на неравновеоные траектории и направ­лять в один из продуктов сепарации.

На основании выражений для Л0 и Uy отношение

, вде г| и г2—граничные радиусы об-

Ласти сепарации, Х0| и Х02—равновесные размеры час­тиц на внешней и внутренней границах зоны разделе­ния. Следовательно, частицы с размерами Л0| <Л<Л'о2, в зависимости от места их попадания в зону сепарации могут пойти как в грубый, так и в тонкий продукт. По­этому тонкий продукт будет содержать все частицы мельче Х02, а грубый продукт—все частицы крупнее

Доля частиц данного размера, попадающих в опре-, деленную зону сепарации, при равновероятности попа­дания частиц в любую часть зоны пропорциональна ширине этой зоны:

П г2 — яг?

Следовательно, состав тонкой фракции представляет собой:

Р, (X) = J F(X)dX + j ;Xo2/Xol)M,, F (X) dX,

А коэффициент. полезною действия сепаратора равен:

\ F [X)dX

К °

Я. (X)

Если ц заметно отличается от нуля, а отношение

Г 2

Велико (.порядка 2—5), го, очевидно, точность

Fi

Разделения и к. in. д. классификации — низкие при усло­вии, что на интервал Лої—Л02 приходится значительная часть материала.

Имеются и другие факторы, существенно ухудшаю­щие точность сепарации: турбулентность потока, влия­ние частиц друг на друга, трение о стенки.

В общем случае точность сепарации при фиксирован­ной границе разделения частиц определяется флюктуа - циями сил, определяющих эту границу. Очевидно, что чем резче меняется действующая на частицу сила с из­менением ее размеров, т. е. чем больше абсолютная ве - .. Г df 1

Личина. производной - тем точнег разделение

(рис. 6). Этим обстоятельством, в частности, обуслов­лена необходимость применения центробежных сил ■вместо гравитационных для разделения частиц малых размеров.

Действительно, для гравитационной силы и проти­водействующей ей силы воздушного потока в стоксов - ской области.

/, = /.-/з = f - X°yg-3**y0vX*Ug= = >ШЦХ*-ХІХ),

О

Где Ug - скорость относительно частицы, Хв — равновесное зна­чение размера частиц.

В случае, если Г = 0, то Х\= '8 * Yo" V*

Y g

Величина производной и дифференциал X в точке X=Xg равны:

Л--ЛЇ); dXlxx dX. 6 яуя^

Рис. 6. Схема сил, действующих иа частицы, в Зависимости от их размеров ft и f, силы соответственно воздушного потока и центробежная; /.и /« — силы соответственно воздушно го потока и гравитационная

Для центробежных полей в стокеовской области

Пу U* , .

/о = /а —Л = (Л3 -

Где Х0—равновесное значение размера частиц на расстоянии ' от центра вращения.

Величина производной и дифференциала в точке Х=Х0 для центробежных полей равна:

D X о л г

DX I___ •= 3rdf -

Величина дифференциала АХ, при равных значениях Дf и Xg = X0 в центробежном ноле меньше, чем в гра-

И1 «V

Витационном, и пропорциональна отношению = ——

Обычно величина этого отношения составляет не­сколько сотен и, следовательно, во столько же раз меньше флюктуация в определении Хо. Из, приведенных формул следует также, что величина флюктуации рас­тет обратно пропорционально квадрату граничного раз­мера частиц. Этим подтверждается известный из прак­тики факт, что точное разделение с уменьшением раз­меров частиц становится все более затруднительным. Естественным путем повышения точности разделения является увеличение угловой скорости потока и, следо­вательно, радиальной его составляющей. Однако повы­шение скоростей воздушных потоков в ограниченном пространстве ведет к его турбулизации, что вносит зна­чительные дополнительные погрешности в разделении частиц по размерам. Сепаратору заданной конструкции свойственно некоторое значение скоростей потока и вращения ротора, превышать которые нецелесообразно из-за возникновения сильной турбулентности. Сепара­торы, предназначенные для работы в области высокой дисперсности (размеры разделяемых частиц порядка 5 мкм), создаются с точным учетом законов аэродина­мики. Во избежание паразитических завихрений их из­готовляют очень тщательно.

К промышленным сепараторам центробежно-воз- душного типа, отличающимся точностью конструирова­ния н тщательностью изготовления, относятся маши­ны, выпускаемые фирмой «Альпине» (ФРГ) (рис. 7). Технические данные ряда сепараторов этой фирмы при­ведены в табл. 4.

Материал, подлежащий сепарации, проходит через загрузочный люк в сепарационную камеру и движется по направляющим лопаткам в направлении потока. При этом материал постоянно продувается поступающим воздухом, который отбирает мелкие частицы. Освобо­дившаяся от мелких частиц крупная фракция снимает­ся затем ножом, захватывается шнеком, выносится из сепарационной камеры и через патрубок выгружается наружу. Для предохранения шнека от обратного засоса воздуха, который может возникнуть при определенном режиме, конструкция сепаратора предусматривает ус-

Рис. 7. Общий вид и схема сепарационной камеры «Мпкроплекс», Альпине

Характеристика спиральных воздушных сепараторов «Альпине — Микроплекс»

Таблица 4 Сепаратор Граница разделения[2] X, в мкм Пропускная способность в кг/ч** Скорость вращения Ротора в об/мин** Мощность приводного двигателя** в кет 132 MP 2,5—15 30—200 11200 2,2 400 MP 8—50 50—2500 1400—2800 8—35 800 MP 8—60 1000—6000 1400—2000 (2500) 12-30 250 MPW 6—60 150—400 1500—6000 Сепаратор 5,5 Воздуходувка 31,0 400 MPW 8—80 500—1500 1000—4000 Сепаратор 16,5 Воздуходувка 50,01 400 MPWI 8—60 800—1200 1400—2800 9 1000PWMI 15—90 До 12 000 500—1120 6—25

Тановку промежуточной камеры или специальный за­порный клапан. Мелікая фракция выходит из сепараци - оніной камеры вместе с воздухом через центральный выход и с помощью вентилятора, приводящего в движе­ние весь поток, выводится через стиральный кожух и подключенный пылеотделитель. Для уплотнения зазора между рабочими лопастями и кожухом, в который мо­жет проникать сепарируемый продукт, предусмотрены специальные устройства.

Граница разделения устанавливается путем общего бесступенчатого изменения уїла поворота направляю­щих лопаток Лопатки оконсі руированы таким образом, что их поворотом одновременно и согласованно меня­ются крутизна опирали потока и входная скорость воздуха, определяющих значение границы разделения Хо - Нижнее значение границы разделения 2,5 мкм Пол­нота разделения близіка к расчетной.