Спосіб і лінія одержання тонкодисперсних матеріалів

Винахід відноситься до техніки тонкого диспергування твердих матеріалів і може бути використаний для одержання необхідного гранулометричного складу тонкодисперсних зернистих і інших матеріалів в різних галузях промисловості, малих та фермерських господарствах Відомі спосіб виборочного диспергування матеріалів і диспергатор для його здійснення (див. пат. РФ № 2179069, 2002 р., МКІ 7 В 02 С 19/22), в яких диспергування матеріалів проводять багатократною дією ударних зусиль коливань робочих органів в резонансному режимі, регулюванні параметрів робочих органів - зазору між витками пружин і швидкістю обертання в трьох незалежних режимах, в першому із яких забезпечують ударні зусилля, які руйнують матрицю матеріалу, в др угому резонансному режимі руйнують зростки і слабке зерно, а в третьому резонансному режимі очищають і реалізують зерно, а якості активаторів процесу використовують мелючи тіла різної форми, маси і міцності, в цій же якості використовують газ (рідкий азот) і поверхньо активні речовини. Недоліком способу і диспергатора є забруднення матеріалу продуктами деструкції мелючи тіл, а також неможливість одержання стабільного тонкого матеріалу із-за постійної необхідності регулювання зазорів робочих елементів. Відомий млин (див. пат. РФ № 2057589, 1996 p., MKI 6 В 02 С 19/22), який містить тороїдальний корпус, з'єднаний з сепараційною вихровою камерою, яка розміщена коаксіально до корпусу, а пристрій для відбору цільової фракції виконано у вигляді розташованих один в другому циліндрів, останній з яких має вікна і лопатки, робочим органам млина є спіраль, одним кінцем якої є вузол кріплення, а другий з'єднаний з приводом, пристрій для подачі повітря тангенційно з'єднаний з сепараційною камерою. Суттєвим недоліком цього млина є те, що в ньому не забезпечується якісне тонке диспергування матеріалу та сепарування, готовий матеріал забруднюється продуктами деструкції робочого органу. Відомий спосіб подрібнення крихких матеріалів (див. пат. РФ №2148434, 2000 p., MKI 7 В 02 С 13/10), який включає дію на матеріал одночасно сил розколювання, зрізання, роздавлення і розтертя, які створюються між рухомою і нерухомою поверхнями робочої порожнини при обтіканні ротора, видалення матеріалу здійснюється через щілини радіально. Недоліком відомого способу є те, що в ньому не забезпечується одержання однорідного тонкодисперсного матеріалу необхідного фракційного складу. Відомий спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів і пристрій для його здійснення, вибраний в якості прототипу (див. пат України № 30397 А, 2000 р., МИ 6 В 02 С 19/06, В 02 С 13/24), який включає введення потоків енергоносія під кутом до радіусу зони диспергування з різним тиском з дозвуковою швидкістю, створення високошвидкісного вихору, подачу матеріалу із затягненням його у ви хровий рух для утворення пилогазової суміші, створення умов багатократного відбиття в об'ємі камери диспергування збурень щільності шляхом регулювання тиску енергоносія, підбору кривизни робочої поверхні, дії ви хрового і акустичного полів змінної частоти, яке генерується в робочій зоні потоками енергоносія змінної щільності при обтіканні аеродинамічне профільованих суміщених елементів камери і резонаторів, а відведення тонкої пилогазової суміші проводиться в зоні зниженого тиску з сепарацією і поверненням крупних частинок на доподрібнення. Недоліком відомого способу є те, що в ньому не забезпечується автоматичне дозування матеріалу і енергоносія і їх співвідношення, що не дозволяє строго видержувати режими диспергування, що заважає отриманню тонкодисперсного фракційного складу і вузько завданих інтервалах, необхідних по вимогам діючих технологій. Відома лінія одержання пасти, вибрана в якості прототипу (див. пат. України № 20071 А 1997 р., МКІ 5 В 01 F 5/00, В 02 С 19/06), яка містить послідовно з'єднані між собою бункер, живильник, змішувач, акустично вихрову камеру диспергування, з'єднану із кавітаційним змішувачем потоку у вигляді кільцевого каналу з обтікачем, пристрій дозування компонентів і розміщений за ним вихровим диспергатором - змішувачем із сферичними резонаторами, перфорованим патрубком відбору продукту, конусоподібним дефлектором, що створює з кришкою відсік для сепарації повітря, який з'єднаний з допомогою каналу з камерою, а через фільтри - з навколишнім середовищем. Відома лінія не забезпечує одержання надтонких порошкоподібних матеріалів, їх розподіл та уловлення. В основу першого із винаходів поставлена задача створення способу одержання тонкодисперсних матеріалів, в якому шля хом попереднього подрібнення матеріалу, дозованої подачі герметичним пристроїв в бокову поверхню камери у відповідному співвідношенні з подачею підігрітого і осушеного енергоносія, створення широкополосного спектру підбором дискретних частот акустичних, ви хрових і пульсаційних збурень параметрів потоку, генерації акустичних хвиль кінцевої амплітуди великої інтенсивності, нарушения стійкості циркуляційно вихрового потоку розбавленої пилогазової суміші, що дозволяє здійснити якісне надтонке диспергування матеріалів, відбір, уловлення і розподіл на фракції тонкодисперсних матеріалів, тобто здійснюється якісне тонке диспергування, фракційний розподіл пилогазової суміші, що не можливо здійснити іншими способами, тобто спосіб є ресурсо-енергозберігаючим В основу другого із групи винаходів поставлена задача створення лінії одержання тонкодисперсних матеріалів, в якій шляхом додатково встановлених пристрою подачі матеріалу, джерела енергоносія з пристроями регулювання, підігріву і осушення, пристрою регулювання співвідношення витрат матеріалу і енергоносія, пульта управління процесами, пристроїв уловлення матеріалу з бункерними терезами, виконання колектора у вигляді еліпса або спіралі Архімеда забезпечується якісне більш тонке диспергування, розподіл та уловлення пилогазової суміші. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання тонкодисперсних матеріалів, за яким формування високошвидкісного вихору, створення умов багатократного відбиття збурень щільності, відведення пилогазової суміші із зони зниженого тиску, згідно з винаходом, матеріал попередньо подрібнюють до розмірів частинок d£2,0мм, подають дозовано герметичним пристроєм в бокову поверхню камери у відповідному співвідношенні з подачею підігрітого і осушеного енергоносія, створюють широкополосний спектр шляхом підбору дискретних частот акустичних, ви хрових і п ульсаційних збурень параметрів потоку, генерації акустичних хвиль кінцевої амплітуди великої інтенсивності, втрати стійкості циркуляційно - вихрового потоку розбавленої пилогазової суміші з виникненням процесії вихрового ядра, а уловлення та розподіл на фракції тонкодисперсних матеріалів здійснюють постадійно. Попереднє подрібнення матеріалу забезпечує одержання тонкодисперсних матеріалів з незначним відхиленням від завданих інтервалів гранулометричного складу. Дозована подача матеріалу і регулювання співвідношення “матеріал – енергоносій” забезпечує якісне диспергування, витримання встановлених режимів з врахуванням фізико-хімічних якостей матеріалу. Створення широкополосного спектру акустичних, ви хрових і п ульсаційних збурень параметрів потоку забезпечує генерацію акустичних хвиль кінцевої амплітуди великої інтенсивності і за рахунок цього тонке та надтонке диспергування різних матеріалів, зокрема, твердих та надтвердих з економією енергоресурсів, що неможливо одержати при використанні інших те хнологій. Втрати стійкості циркуляційно — вихрового потоку розбавленої пилогазової суміші з виникненням процеси вихрового ядра створює умови для одержання тонкодисперсних систем пилогазової суміші за рахунок сепарування і виносу малих, відбиття кромками і подальшого подрібнення до необхідних розмірів крупних частинок, аеродинамічного розподілу та постадійного уповлзння тонкодисперсних матеріалів різних фракцій, що дозволяє розширити область ефективного їх використання. Таким чином, забезпечується якісне тонке диспергування, відведення під дією відцентрових сил потоку пилогазової суміші через різні пристрої, постадійне уловлення та розподіл на фракції тонкодисперсних матеріалів, тобто досягається технологічний результат. За рахунок якісної обробки в високошвидкісному потоці вихрової камери під дією акустичних, вихрови х, пупьсаційних складових сил потоку з одержанням пилогазової суміші, постадійного уловлення та розподілу на фракції забезпечується одержання високої якості тонкодисперсних матеріалів з низькими енерговитратами. Таким чином досягається очікуваний технічний результат. Друга поставлена задача вирішується тим, що в лінії одержання тонкодисперсних матеріалів, яка містить послідовно встановлені і з'єднані між собою бункер, пристрій дозування компонентів, змішувач, камеру диспергування, яка відрізняється тим, що вона додатково містить пристрій подачі матеріалу, джерело енергоносія з пристроями регулювання, підігріву і осушення, регулюючий пристрій співвідношення “витрати матеріалу витрати енергоносія”, пульт керування процесами, послідовно встановлені пристрої уловлення тонкодисперсного матеріалу, перший з яких з'єднаний з патрубком відводу пилогазової суміші, бункерні терези, причому бункер є герметичним з регулюванням загрузки і вигрузки матеріалу, а камера виконана з патрубком подачі поєднаним із змішувачем матеріалу, патрубками підводу енергоносія змінної довжини, суміщеними з резонаторами, з'єднаними колектором з патрубком подачі енергоносія, аеродинамічно профільованими елементами, циліндричним сепаратором із змінним радіусом і щілиноподібною перфорацією у вигляді профільованих пластин із скісними кромками, які об'єднані обичайками змінного розміру і сумарним січенням щілин, розміщеним в центральній частині камери, а колектор виконаний у вигляді еліпса або спіралі Архімеда. Виконання камери вихрового диспергування і сепарації у вигляді малогабаритного пристрою з патрубком подачі поєднаним із змішувачем матеріалу, патрубками підводу енергоносія змінної довжини, суміщеними з резонаторами, з'єднаними колектором з патрубком подачі енергоносія, аеродинамгчно профільованими елементами, циліндричним сепаратором із змінним радіусом і щілиноподібною перфорацією у вигляді профільованих пластин із скісними кромками, які об'єднані обичайками змінного розміру і сумарним січенням щілин, розміщеним в центральній частині камери, послідовно встановлених пристроїв уловлення тонкодисперсного матеріалу, перший з яких з'єднаний з патрубком відводу пилогазової суміші, причому бункер є герметичним з регулюванням загрузки і вигризки матеріалу, дозволяє створити новітню ресурсо-енергозберігаючу техніку високоефективного акустичного вихрового диспергування, аеромеханічного розподілу та уловлення тонкодисперсних матеріалів. Спосіб одержання тонкодисперсних матеріалів здійснюють на заявленій лінії. Згідно з винаходом, що пропонується, спосіб одержання тонкодисперсних матеріалів передбачає введення потоків енергоносія під кутом до радіусу зони диспергування з дозвуковою швидкістю, формування високошвидкісного вихору, дозовану подачу матеріалу у відповідному співвідношенні, одержання розбавленої пилогазової суміші, створення умов багатократного відбиття збурень щільності регулюванням тиску енергоносія, кривизни робочої поверхні камери і перфорованого сепаратора, генерацію акустичних хвиль кінцевої амплітуди підбором дискретних частот акустичних, ви хрових і пульсаційних збурень параметрів потоку, виникнення процесії вихрового ядра, що створює оптимальні умови одержання тонкодисперсних матеріалів із сепаруванням і виносом малих частинок та поверненням на доподрібнення крупних частинок, що дозволяє здійснити диспергування, сепарування і класифікацію в одному пристрої із значним заощадженням енерговитрат. Якісний аеродинамічний розподіл та постадійне уловлення різних фракцій тонкодисперсних матеріалів забезпечує одержання тонкодисперсних фракцій активованих матеріалів з новими фізико - хімічними і технологічними якостями, що неможливо одержиш іншими способами. Обробка пилогазової суміші суміщеними вихровим, пульсаційним, акустичними полями з генерацією акустичних хвиль кінцевої амплітуди великої інтенсивності забезпечує одержання високоякісних тонкодисперсних матеріалів з наперед завданим гранулометричним складом в вузьких інтервалах по потребах сучасних високих технологій із значно меншими енерговитратами в порівнянні з іншими способами, зокрема з прототипом. Приклад. Вихідний матеріал за допомогою пристрою подачі матеріалу направляли в герметичний бункер, регулювали шляхом зміни положення бункера вигрузку матеріалу в герметичний пристрій через змішувач. суміщений з патрубком подачі матеріалу, в який дозатором подавали активатори, направляли в камеру диспергування, куди під кутом до радіусу зони диспергування подавали енергоносій від джерела, через пристрої регулювали витрати енергоносія і співвідношення “витрати матеріалу-витрати енергоносія”, підігрівали, осушували і направляли через патрубок і пристрій регулювання в колектор вихрової камери, з допомогою контрольно-вимірювальних приладів контролювали тиск і витрати енергоносія, а з допомогою пульта управляли технологічними процесами, формували високошвидкісний вихор в зоні диспергування, створювали умови багатократного відбиття збурень щільності, регулювали тиск енергоносія, відбирали кривизну робочої поверхні, суміщали ізсамозбудженим акустичним полем дискретні частоти, яке створювалось при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів камери і резонаторів, створювали широкополосний спектр акустичних, ви хрових і пульсаційних збурень параметрів потоку, генерували акустичні хвилі кінцевої амплітуди, при виникненні процесії вихрового ядра сепарували і відводили розбавлену пилогазову суміш через перфорований сепаратор з поверненням крупних частинок на доподрібнення, відведення пилогазової суміші здійснювали в період її утворення і подальшому русі з постадійним розподілом на фракції з допомогою послідовно встановлених пристроїв уловлення тонко дисперсного матеріалу, зважували з допомогою бункерних терезів, а відпрацьоване повітря з допомогою вентилятора через фільтр направляли в навколишнє середовище. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображена на фігурі лінія одержання тонкодисперсних матеріалів, яка включає пристрій подачі матеріалу 1, герметичний бункер з регулюванням загрузки і вигрузки матеріалу 2, герметичний пристрій подачі матеріалу 3, пристрій регулювання співвідношення «витрати матеріалу - витрати енергоносія» 4, пристрій дозування компонентів 5, змішувач суміщений з патрубком подачі матеріалу б, камеру диспергування 7, джерело енергоносія 8, пристрій регулювання подачі енергоносія 9, пристрій підігріву і осушення енергоносія 10, пульт керування 11, патрубок подачі енергоносія в колектор 12, пристрої регулювання подачі енергоносія 13, патрубки подачі енергоносія в камеру змінної довжини суміщені з резонаторами 14, аеродинамічно профільовані елементи 15, циліндричний перфорований сепаратор із перемінним сумарним січенням щілин, розміщений в центральній частині камери, 16, профільовані пластини сепаратора із скісними кромками 17, обичайки сепаратора 18, колектор 19, патрубок відведення розбавленої пилогазової суміші 20, контрольно - вимірювальний прилад тиску 21, контрольно - вимірювальний прилад витрат енергоносія 22, пристрій уловлення першої фракції тонкодисперсного матеріалу 23, бункерні терези 24, пристрій уловлення другої фракції тонкодисперсного матеріалу 25, вентилятор 26. Лінія одержання тонкодисперсних матеріалів працює наступним чином. Вихідний матеріал через пристрій подачі матеріалу 1 поступає в герметичний бункер 2, загрузка і вигрузка якого регулюється .зміною його нахилу, далі в герметичний пристрій подачі 3 через змішувач 6, суміщений з патрубком подачі матеріалу, в який з допомогою пристрою дозування компонентів 5 поступають активатори, і направляються в камеру диспергування 7, куди під кутом до радіусу зони диспергування подається енергоносій від джерела 8, через пристрої регулювання подачі енергоносія 9, підігріву і осушення 10, регулюється співвідношення “витрати матеріалувитрати енергоносія” пристроєм 4, і направляється через патрубок подачі енергоносія 12 в колектор 19 вихрової камери диспергування 7, з допомогою контрольно - вимірювальних приладів контролюються тиск і витрати енергоносія відповідно 21, 22, протікання технологічних процесів управляється пультом 11, ручне регулювання подачі енергоносія в пристрій дозування компонентів 5 і камеру 7 здійснюється пристроями 13, в зоні диспергування камери 7 формується високошвидкісний вихор, створюються умови багатократного відбиття збурень щільності, регулюється тиск приладом 21 енергоносія, відбирається кривизна робочої поверхні камери 7 і перфорованого сепаратора 16 з профільованими пластинами із скісними кромками 17, об'єднаними обичайками 18, суміщаються із самозбудженим акустичним полем дискретної частоти, яке створюється при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів 15 камери 7 і резонаторів 14, створюється широкополосний спектр акустичних, вихрови х і п ульсаційних збурень параметрів потоку, генеруються акустичні хвилі кінцевої амплітуди, виникає процесія вихрового ядра, одержується в робочій зоні тонка розбавлена пилогазова суміш, яка відводиться через щілини сепаратора 16, а крупні частинки повертаються на доподрібнення, а відведення пилогазової суміші здійснюється в період її утворення в вихровій камері 7 і подальшому р усі через патрубок 20, розподіляється на фракції в послідовно встановлених пристроях уловлення тонкодисперсного матеріалу 23, 25, зважується бункерними терезами 24, а відпрацьоване повітря через вентилятор з фільтром 26 поступає назовні. Таким чином, заявлений спосіб і лінія одержання тонкодисперсних матеріалів дозволяють здійснювати принципово новітню акустичну ви хрову ресурсо-енергозберігаючу технологію тонкого і надтонкого диспергування, одержання тонкої пилогазової суміші створенням широкополосного спектру, підбором дискретних частот вихрови х, п ульсаційних, акустичних зб урень параметрів потоку, генерацією акустичних хвиль кінцевої амплітуди великої інтенсивності з виникненням процесії вихрового ядра, відведенням пилогазової суміші із зони зниженого тиску з сепарацією і поверненням крупних частинок на доподрібнення, уловленням і постадійним розподілом на фракції тонкодисперсних матеріалів, одержання активованих тонко- і надтонкодисперсних матеріалів з новими фізико - хімічними і технологічними якостями, що значно розширює сферу їх практичного використання.