Спосіб і пристрій вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів

Винахід відноситься до техніки диспергування твердих матеріалів і може бути використаний для одержання і аеромеханічного розподілу пилогазової суміші зернистих матеріалів на фракції в різних галузях промисловості та сільському господарстві. Відомі способи вихрового подрібнення матеріалів (див. пат. РФ №2056171, 2056172, 1996р., МПК 6 В02С19/06), в яких подрібнення проводять газовими струменями із швидкістю, достатньою для створення вихору, з подачею частинок матеріалу, що подрібнюється і одержану пилогазову суміш виводять через отвори в боковій і торцевій стінках. Але ці способи не забезпечують одержання тонкодисперсних пилогазових сумішей, їх якісного сепарування та розподілу подрібненого матеріалу по гранулометричному складу в зв'язку з недовершеністю технологічних процесів диспергування та розподілу. Відомий вихровий млин для вихрового подрібнення (див. пат. РФ №2057588, 1996р., МПК 6 В02С19/06), який містить горизонтальний циліндричний корпус з улиткою і патрубками подачі енергоносія і відводу газозависі, торцеві кришки з центральним отвором і циліндричною вставкою, внутрішня поверхня якої перфорована і має щілину для підводу енергоносія, над верхньою кришкою розміщена загрузочна вихрова камера з трубою, направленою в центральний отвір кришки, та тангенційний патрубок для відведення відпрацьованого енергоносія, ширина вертикальних щілин перевищує максимальний розмір вихідного матеріалу. Суттєвим недоліком відомого пристрою є те, що в ньому не забезпечується тонке подрібнення матеріалу так як розмір (ширина) щілин більша за найбільший розмір вихідного матеріалу, тому не здійснюється повернення частинок на домелення, регулювання тонини і розподілу на фракції. Відомий спосіб аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів (див. пат. РФ №2148441, 2000р., МПК 7 В07В4/04), який включає попереднє формування аерозернової суміші, дію на зерновий матеріал повітряного потоку (плівки) і виведення фракцій з переміщенням зернового матеріалу по твердій шерхлій криволінійній поверхні, причому на аерозернову суміш діють аероплівкою і криволінійною поверхнею сепараційної камери, що рухається. Недоліком відомого способу є те, що в ньому не забезпечується одержання аерозернової суміші матеріалу різного гранулометричного складу і не здійснюється аеромеханічний розподіл зернових матеріалів на фракції. Відомий спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів, вибраний в якості прототипу, (див. пат України №30397А, 2000р., МКІ 6 B02С19/06, В02С13/24), який включає введення потоків енергоносія під кутом до радіуса зони диспергування з дозвуковою швидкістю з різним тиском в різних зонах, створення умов багатократного відбиття в об'ємі камери збурень щільності шляхом зміни тиску енергоносія, кривизни поверхні камери, дії суміщених вихрового і акустичного полів змінної частоти, а відведення пилогазової суміші проводять в зоні зниженого тиску з сепарацією частинок і відведенням крупних частинок на доподрібнення. Недоліком відомого способу є те, що в ньому не забезпечується одержання та відведення крупної фракції зернистого матеріалу, необхідної по вимогам діючих технологій. Відомий пристрій вихрового диспергування, вибраний в якості прототипу (див. пат. України №30397А, 2000p., MKI 6 B02С19/06, В02С13/24), який містить камеру із зоною диспергування, створеною боковою і торцевою стінками, на яких розміщені патрубки змінної довжини, з'єднані спіралевидним колектором, з патрубками подачі енергоносія із засобом регулювання тиску, аеродинамічно профільовані елементи камери і резонаторів, циліндричний сепаратор із змінним радіусом і щілиноподібною перфорацією, розміщений в центральній частині камери зі зниженим тиском, який створює зі стінкою камери зону диспергування з можливістю багатократного відображення збурень щільності потоку і містить патрубок відводу тонкої пилогазової суміші. Відомий пристрій не забезпечує одержання зернистих матеріалів різного фракційного складу та їх розподілу з відведенням окремо тонкої і крупної фракцій. В основу першого із винаходів поставлена задача створення способу ви хрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, в якому шляхом розподілу пилогазової суміші при її утворенні і переміщені в криволінійному каналі змінного перерізу забезпечується якісне диспергування матеріалу з одержанням пилогазової суміші наперед заданої структури, необхідної по вимогам сучасних технологій, а її розподіл на фракції при подальшому русі одного потоку з тонкодисперсними частинками в зоні зниженого тиску через перфорований сепаратор, а другого з крупними частинками під дією відцентрових сил - через щілини патрубка в боковій поверхні дозволяє здійснити відбір і відведення необхідних фракцій матеріалу, тобто здійснити якісну фракційну аеромеханічну класифікацію суміші при її утворенні і русі в одному пристрої, що неможливо здійснити іншими способами, тобто спосіб є ресурсо-енергоощадним. В основу другого із групи винаходів поставлено задачу створення пристрою вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, в якому шляхом розміщення на боковій поверхні вихрової камери патрубка із щілинами і засобом регулювання відведення крупної фракції, а сепаратора з пристроями для його обертання з перемінною швидкістю забезпечується якісний фракційний розподіл пилогазової суміші, що приведе до підвищення якості диспергованих матеріалів, одержання тонкодисперсних і крупних фракцій, необхідних по вимогам технологій їх використання. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, за яким формування високошвидкісного вихору, утворення пилогазової суміші, регулювання частоти збуджень щільності, згідно з винаходом, розподіл пилогазової суміші здійснюють при її утворенні і переміщенні в зону диспергування (криволінійному каналі змінного перетину), причому розподіл суміші на фракції і їх виведення здійснюють при подальшому русі дво х потоків: одного з тонкодисперсними частинками в зоні зниженого тиску - через перфорований сепаратор центральної зони вихрової камери, а другого з крупними частинками під дією відцентрових сил вихрового потоку - через щілини патрубка в її боковій поверхні, при цьому регулюють виведення фракцій пилогазової суміші і її співвідношення швидкістю потоків енергоносія та обертання криволінійної перфорованої поверхні. Розподіл зернистих матеріалів під дією відцентрових сил вихрового потоку в період утворення і переміщення суміші забезпечує одержання різних фракцій та їх виведення двома потоками: через перфорований сепаратор, що обертається з змінною швидкістю, та щілини бокового патрубка. Регулювання виведення пилогазової суміші і співвідношення фракцій швидкістю потоків енергоносія та обертання криволінійної перфорованої поверхні сепаратора забезпечує якісне диспергування, розподіл пилогазової суміші з виведенням окремо різних фракцій матеріалу. Аеромеханічний розподіл продуктів вихрового диспергування зернистих матеріалів в період утворення пилогазової суміші забезпечує одержання тонкодисперсних і крупних фракцій в різному співвідношенні, що дозволяє розширити область їх ефективного використання. Таким чином забезпечується якісне диспергування, аеромеханічний розподіл пилогазової суміші при її утворенні і переміщенні в криволінійному каналі на тонкодисперсну і крупну фракцію та її виведення під дією відцентрових сил вихрового потоку через різні пристрої, тобто досягається технологічний результат. За рахунок якісної обробки в високошвидкісному потоці криволінійного каналу вихрової камери під дією сил потоку з одержанням пилогазової суміші і її розподілу забезпечується одержання високої якості тонкодисперсних і крупних фракцій зернистих матеріалів. Таким чином досягається очікуваний технічний результат. Друга поставлена задача вирішується тим, що в пристрої вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, який містить камеру із зоною диспергування створеною боковою і торцевою стінками, на яких розміщені патрубки змінної довжини з аеродинамічно профільованими елементами: підводу енергоносія, подачі матеріалу, відведення пилогазової суміші через сепаратор змінного радіуса і щілиноподібною перфорацією із змінною шириною щілин зі скосними канавками, розміщений в центральній частині камери із зниженим тиском і патрубком відведення тонкої пилогазової суміші, згідно з винаходом, він додатково містить патрубок, розміщений на боковій поверхні вихрової камери із щілинами і засобом регулювання відведення крупних фракцій, зона диспергування виконана у вигляді криволінійного каналу змінного перетину, а сепаратор з'єднаний з патрубком відведення тонкодисперсної фракції пилогазової суміші з пристроями для його обертання з змінною швидкістю. Виконання пристрою вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів у вигляді малогабаритної вихрової камери з сепаратором змінного радіусу і щілиноподібною перфорацією, розміщеним на боковій поверхні камери патрубком із щілинами та засобом регулювання співвідношення фракцій дозволяє створити нове високоефективне обладнання вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів. Спосіб вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів здійснюють на заявленому пристрої. Згідно з винаходом, що пропонується, спосіб вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів передбачає введення потоків енергоносія під кутом до радіуса зони диспергування з різним тиском, формування високошвидкісного вихору, утворення пилогазової суміші, регулювання частоти збуджень щільності, розподіл пилогазової суміші при її утворенні і переміщені двома потоками, що дозволяє подальший розподіл на фракції здійснювати в одному пристрої із значним заощадженням енерговитрат. Якісний розподіл пилогазової суміші з відведенням одного потоку в зоні зниженого тиску через перфоровану щілиноподібну поверхню сепаратора, що обертається із змінною швидкістю, забезпечує одержання тонкодисперсної фракції зернистих матеріалів з новими фізико-технічними і технологічними якостями, що неможливо одержати іншими способами. Виведення другого потоку під дією відцентрових сил через щілини патрубка в боковій поверхні вихрової камери з регулюванням співвідношення фракцій швидкістю потоків енергоносія та обертання криволінійної перфорованої поверхні сепаратора забезпечує одержання окремо високоякісної наперед завданої крупної фракції зернистих матеріалів в одному пристрої по потребах сучасних технологій із значно меншими енерговитратами в порівнянні з іншими способами, зокрема з прототипом. Приклад Вихідний матеріал з ємності направляли через патрубок подачі матеріалу в вихрову камеру, регулювали з допомогою пристрою, куди тангенційно подавали енергоносій від джерела енергоносія через патрубок з різним тиском, формували високошвидкісний вихор в зоні диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, суміщали із самозбудженим акустичним полем різної частоти, яке створювалось при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів резонаторів і камери, диспергували матеріал з утворенням пилогазової суміші, регулювали частоту збуджень щільності, розподіл пилогазової суміші здійснювали при її переміщені в криволінійному каналі змінного перетину, створеному внутрішньою поверхнею вихрової камери і щілиноподібною перфорацією із змінною шириною щілин зі скосними канавками сепаратора, що обертається з допомогою пристроїв, виведення здійснювали в період утворення пилогазової суміші і подальшому русі двома потоками: одного в зоні зниженого тиску з тонкодисперсними частинками через перфорований сепаратор центральної зони вихрової камери, а другого з крупними частинками під дією відцентрових сил ви хрового потоку відводили через патрубок із щілинами, при цьому виведення і їх співвідношення регулювали з допомогою засобу регулювання відведення крупної фракції шляхом зміни швидкості потоків енергоносія та обертання криволінійної перфорованої поверхні сепаратора. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де зображені: на Фіг.1 - загальний вигляд пристрою вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів, на Фіг.2 розріз вихрової камери, який включає ємність 1 з пристроєм регулювання подачі матеріалу 2, камеру 3 із зоною диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів у вигляді криволінійного каналу 4, створеному боковою 5 і торцевою 6 стінками, патрубки - резонатори змінної довжини 7 з аеродинамічно профільованими елементами 8, патрубок підводу енергоносія 9 від джерела енергоносія 10, патрубок подачі матеріалу 11, патрубок відведення пилогазової суміші 12, сепаратор змінного радіусу 13 з пристроями для обертання 14 з змінною швидкістю та щілиноподібною перфорацією з змінною шириною щілин 15 зі скосними канавками 16, розміщений в центральній зоні камери 3, патрубок 17, розміщений на боковій поверхні вихрової камери 3 із щілинами 18 та засобом регулювання відведення крупної фракції пилогазової суміші 19. Пристрій вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів працює наступним чином. Вихідний матеріал з ємності 1 через пристрій регулювання подачі матеріалу 2 поступає в вихрову камеру 3 з допомогою патрубка 11, куди через патрубок 9 підводиться енергоносій з різним тиском від джерела 10, де в зоні диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів 4, створеній боковою 5 і торцевою 6 стінками завдяки змінній довжині патрубків - резонаторів 7 з аеродинамічно профільованими елементами 8 камери формується високошвидкісний вихор, диспергується матеріал і утворюється пилогазова суміш, регулюється частота збуджень щільності, розподіл пилогазової суміші здійснюється при її переміщені в криволінійному каналі змінного перетину 4, створеному внутрішньою поверхнею 5 вихрової камери 3 і щілиноподібною перфорацією з змінною шириною щілин 15 зі скосними канавками 16 сепаратора 13, що обертається за допомогою пристроїв 14, та виведення в період утворення пилогазової суміші і подальшому русі двома потоками: одного в зоні зниженого тиску з тонкодисперсними частинками - через перфорований сепаратор 13, розміщений в центральній зоні камери 3 із зниженим тиском і патрубок 12, другого з крупними частинками під дією відцентрових сил вихрового потоку - через патрубок 17 із щілинами 18, при цьому виведення фракцій і їх співвідношення регулюється з допомогою засобу регулювання відведення крупної фракції пилогазової суміші 19 шляхом зміни швидкості потоків енергоносія та обертання криволінійної перфорованої поверхні сепаратора 13. Таким чином, заявлений спосіб і пристрій вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів дозволяють здійснювати принципово нову ви хрову ресурсо-енергоощадну те хнологію диспергування, одержання пилогазової суміші і розподілу на фракції в високошвидкісному вихровому потоці вихрової камери з щілиноподібною перфорацією сепаратора, розміщеного в центральній зоні зі зниженим тиском, та виведенням крупної фракції пилогазової суміші через патрубок зі щілинами, розміщений на боковій поверхні камери із засобом регулювання співвідношення фракцій, що значно розширює сферу їх використання.