Спосіб сепарації сипучої суміші у текучому середовищі

Реферат: UA 104637 U UA 104637 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів класифікації сипких кускових матеріалів механікоаеродинамічним шляхом та може бути широко використана у вугільній, коксохімічній, гірничодобувній, металургійній та інших галузях промисловості, зокрема при збагаченні корисних копалин та сепарації інших сипких речовин та матеріалів. Відомий наприклад спосіб сепарації сипучих матеріалів, зокрема вугілля, у текучому середовищі, зокрема у псевдозрідженому шарі, який включає подачу сипкої маси у зону дії висхідного потоку води з одночасним горизонтальним переміщенням утвореного завислого шару, розділення фрагментів сипкої маси у напрямках дії, прискорення та виведення легкого і 3 важкого продуктів сепарації [див. а. с. СРСР № 986515 з класу М. Кл. В07В 1/40, опубліковане 07.01.1983 р. у Бюл. № 1]. Недоліком відомого способу сепарації сипучих матеріалів є його економічна не виправданість. Даний недолік пояснюється використанням у ролі зріджуючого агента води досить коштовного ресурсу у наш час, пов'язаного з низкою гострих економічних та екологічних проблем. Крім цього відсепароване у водному середовищі вугілля, природно, є мокрим, тому вимагає додаткових енергозатрат на висушування, внаслідок чого зростає собівартість готового продукту. Частково вказаний недолік усунений у відомих способі для сепарації суміші сипучих матеріалів у текучому середовищі, суть якого полягає у наступному. Відомий спосіб сепарації суміші сипучих матеріалів, зокрема вугілля, у киплячому шарі включає пропускання через шар сипкого матеріалу висхідного потоку газу, переважно повітря, з певною швидкістю, домагаючись початку інтенсивного взаємного переміщення часток матеріалу у стані неоднорідного псевдозрідженння (кипіння), з наступним розділенням часток матеріалу за їх питомою вагою і виведенням легких та важких продуктів [див. Боттерилл Дж. Теплообмен в пссевдоожиженом слое: Гидродинамические характеристики псевдоожиженного газом слоя и их влияние на его теплообменные свойства. Пер. с англ. - М.: Энергия, 1980. - С. 21]. Перевагою вищеописаного способу сепарації, у порівнянні з попереднім аналогом, є забезпечення можливості розділення речовин у газовому (повітряному) середовищі, яке є дешевим і при цьому не створює екологічних проблем (завдяки закритій системі циркуляції повітря). Однак недоліком відомого способу залишаються великі енерговитрати на підтримання режиму киплячого шару, нестабільність системи у випадку її застосування для розділення сипких матеріалів з різнорідною масою і формою часток, наприклад вугілля, а також присутність негативної тенденцією до стирання вугільних часток під час інтенсивного перемішування у киплячому шарі. Недоліки обох попередніх аналогів усунені у відомому способі сепарації суміші сипучих матеріалів, зокрема вугілля, у псевдозрідженому шарі, суть якого полягає у наступному. Відомий спосіб сепарації суміші сипучих матеріалів у псевдозрідженому шарі включає подачу повітря через похилу V-подібну решітку у шар вихідного матеріалу з одночасним здійсненням -1 горизонтальних коливань з частотою 60-90 хв. і амплітудою 40-120 мм, та розділення матеріалу в утвореному однорідному псевдозрідженому шарі на легкий і важкий продукт [див. 6 пат. Росії № 2029637 (С1) з класу МПК В07В 4/08, опублікований 27.02.1995 року у Бюл. № 1]. Недоліком відомого способу є технологічна складність вибору оптимальних параметрів режиму сепарації в межах запропонованого співвідношення амплітуди коливання, частоти, кута нахилу рифлів розподільної решітки та кута між ними у кожному конкретному випадку - залежно від гранулометричної характеристики вихідної сировини та бажаної кількості виділених фракцій. Це приводить до зниження якості сепарації вугілля. Найбільш близьким за своєю суттю та технічним результатом, і який приймається як найближчий аналог, є спосіб аеродинамічної сепарації сипучої суміші, зокрема вугілля, у текучому середовищі, який включає розділення матеріалу за питомою вагою шляхом приведення аеросуспензії зі збагачуваним матеріалом у обертовий рух з наступним виведенням легких і важких фракцій. Відомий спосіб здійснюється за допомогою пристрою (сепаратора), який містить циліндричну робочу камеру, встановлену на рамі, завантажувальний бункер, газорозподільну решітку, приводний механізм, переливний поріг і елеватор [див. а. с СРСР № 3 194669 з класу М. Кл. В07В 7/083, опубліковане у 1967 році]. Основним недоліком відомого способу є низька продуктивність сепарації сипучої суміші, зокрема вугільної маси. Даний недолік має техніко-технологічний характер і пояснюється тим, що при організації процесу сепарування за допомогою відцентрових сил (тобто шляхом обертання заповненої вугільним матеріалом сепараційної ємності) зона робочої камери сепаратора, яка розташована близько до геометричної центральної осі, виявляється фактично не робочою, оскільки лінійна швидкість переміщення продуктів на цій ділянці занадто мала. Це призводить до збільшення тривалості перебування вугільної маси в робочій камері сепаратора, 1 UA 104637 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 внаслідок чого і знижується продуктивність. До того ж, використання газопроникної плити, яка є дном сепаратора, для підтримання певного тиску вимагає дуже великих витрат повітря, а отже сепаратор повинен мати дуже потужну силову установку, що робить процес сепарації досить дорогим, а тому й економічно невиправданим. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості і продуктивності процесу сепарації сипучих матеріалів з одночасним спрощенням технології та зниження енерговитрат за рахунок підвищення інтенсивності сепарації сипучих матеріалів у складі аеросуспензії, а також оптимізації процесів подавання сипучої маси у сепараційну зону і виведення готових продуктів шляхом відповідних технологічних удосконалень. Поставлена задача вирішується тим, що у способі сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, що включає вплив на сипучий матеріал механічних та аеродинамічних сил з подальшим відведенням готових фракцій, згідно з корисною моделлю, механічний вплив на суміш матеріалу здійснюють періодично у напрямі вільної поверхні матеріалу, який знаходиться під дією відцентрових сил та сил гравітації, з утворенням у останньому порожнин (запон), в які під тиском подають дозовані порції повітря, а відведення готових фракцій здійснюють на відстані більшої висоти порожнини та пошарово. Запропонована технологія механічно-аеродинамічної сепарації сипучої суміші, зокрема вугілля, характеризується високими показниками якості і продуктивності. Це стало можливим завдяки удосконаленню процесу розділення вугільних часток у складі аеросуспензії, яке полягає у тому, що необхідне відцентрове прискорення вугільні частки отримують не за рахунок обертання самої робочої камери сепаратора, а за допомогою рухомого робочого органа, що обертається в ній, який дозволяє повітряним струменям, які під тиском виходять із отворів на їх поверхні, заповнювати порожнини (запони) між частками вугілля, та підтримувати стан аеросуспензії, сприяючи таким чином якісному і продуктивному процесу сепарації. На відміну від найближчого аналога у запропонованому способі враховані і раціонально використані відомості про фізичні властивості твердих речовин, зокрема вугілля, у складі аеросуспензії. Відомо, що частки твердого сипкого матеріалу у складі аеросуспензії розподіляються під дією висхідного повітряного потоку відповідно до своєї густини і/або маси: легкі продукти "випливають" на поверхню, а важкі - "тонуть". Згідно з цим, різні фракції вугілля, що знаходиться у складі аеросуспензії та у стані відцентрового прискорення, розташовуються на певній висоті відносно горизонтальної площини робочої камери запропонованого сепаратора: легші знаходяться вище, а більш важкі - відповідно, нижче. Виведення фракцій відбувається, по суті, в автоматичному режимі, без використання жодних примусових транспортуючих механізмів та приводів до них, що дозволяє оптимізувати процес виведення готових продуктів із зони сепарації, а також спростити конструкцію і знизити енергоспоживання запропонованого пристрою для сепарування сипучої суміші. Завдяки комплексу запропонованих техніко-технологічних удосконалень досягається підвищення якості процесу сепарації сипучої суміші, зокрема вугільної маси, зростання загальної продуктивності виробництва, а також спрощення технології. Подальша суть запропонованого способу пояснюється разом з кресленнями, на яких зображено наступне: фіг. 1 - пристрій для реалізації запропонованої механічно-аеродинамічної сепарації сипучих матеріалів у текучому середовищі, повздовжній переріз, варіант для сепарації вугілля; фіг. 2 - те ж саме, вигляд зверху. Пристрій для механічно-аеродинамічної сепарації сипучих матеріалів містить циліндричну робочу камеру 1, яка складається із циліндричної основи 2, жорстко закріпленої на рамі 3, і з'ємних бортів 4 з вікнами 5 (тічками з засувками) для виведення готових фракцій. До бортів 4 приєднаний підйомний механізм 6, який регулює положення завантажувального бункера 7, оснащеного розширеним донизу вихідним каналом 8 і встановленого на опору 9 з можливістю подачі вугільної маси в робочу камеру 1 через кільцеподібний отвір 10 вихідного каналу 8. В порожнині робочої камери 1 також розташований ротор 11 (робочий обертовий орган), оснащений пустотілими (порожнистими) клиноподібними лопатями 12. З пасивного боку (ззаду) клиноподібних лопатей 12 виконані вікна 13 для проходження повітря для порціонної подачі в робочу камеру 1 стисненого повітря, яке за допомогою повітропроводу 15, сполученого із внутрішньою порожниною ротора 11, через канали 14 надходить в порожнини лопатей 12. Лопаті 12 мають поздовжній вигін та змінний кут атаки. Ротор 11 зв'язаний через ремінну передачу 16 з електродвигуном 17. Подальша суть запропонованого способу сепарації сипучих матеріалів пояснюється спільно з принципом роботи пристрою для його реалізації на прикладі сепарації вугілля. Призначену для сепарації вугільну масу подають у завантажувальний бункер 7, звідки вона через кільцеподібний отвір 10 вихідного каналу 8 потрапляє в порожнину робочої камери 1 і 2 UA 104637 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нерівномірно частково заповнює її. Після цього вмикають електродвигун 17, який через ремінну передачу 16 приводить у рух ротор 11, який у свою чергу за допомогою лопатей 12 надає прискорення часткам вугільної маси, присутньої всередині робочої камери 1. Одночасно з цим через повітропровід 15 у внутрішню порожнину ротора 11 нагнітають повітря, яке надходить через канали 14 всередину пустотілих клиноподібних лопатей 12, звідки у вигляді дозованих порцій повітря виходить у порожнину робочої камери 1 крізь вікна 13. Внаслідок цього утворюється аеросуспензія, яка, характеризуючись текучістю, рівномірно заповнює об'єм робочої камери 1. При цьому серед часток вугільної маси, які відрізняються за масою (крупністю) або навіть за густиною (у випадку наявності домішок), виникає тенденція до сортування: більш легкі продукти піднімаються у верхній шар аеросуспензії, а важкі продукти опускаються у нижній. Через відповідні вікна 5 на поверхні з'ємних бортов 4 прискорені легкі і важкі продукти виводяться з робочої камери та направляються у приймальні відсіки (не показані). Під час сепарації у завантажувальний бункер 7 постійно подають нові порції вугільної маси для забезпечення сталого складу аеросуспензії. Заявлений спосіб перевірений на практиці. Запропонований спосіб механічноаеродинамічної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі не містить у своєму складі жодних технологічних операцій, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема у галузі сепарації твердих речовин у повітряному середовищі, має технічні та інші переваги перед відомими аналогами. У відомих джерелах патентної та іншої науково-технічної інформації не виявлено описів подібних технологій для сепарування із вказаною в пропозиції сукупністю суттєвих ознак. Суттєва відмінність запропонованого способу сепарації сипучої суміші у текучому середовищі від раніш відомих полягає у тому, що сипучому матеріалу, який знаходиться під дією сил відцентрового прискорення, періодично надають додаткове дозоване прискорення, нормальне за напрямком до її відкритої поверхні, а на звільнене місце кожного разу під тиском подають дозовану порцію повітря. Вказана відмінність дозволяє підвищити якість процесу сепарації сипучого матеріалу, збільшити загальну продуктивність виробництва, а також спростити спосіб сепарації. До технічних переваг запропонованого способу, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести: - підвищення інтенсивності та якості сепарації сипучого матеріалу за рахунок удосконалення процесу розділення часток у складі аеросуспензії та відповідної зміни принципу роботи аеродинамічного сепаратора, зокрема використання рухомого робочого органа у вигляді ротора з клиноподібними лопатями; - спрощення технології за рахунок оптимізації процесів подавання сипучого матеріалу у сепараційну зону і виведення готових продуктів; - розширення функціональних характеристик за рахунок забезпечення можливості регулювання виробничої потужності пристрою (сепаратора). Економічний ефект від впровадження запропонованого способу, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують за рахунок зростання продуктивності виробництва, що досягається завдяки комплексному технологічному удосконаленню, а також за рахунок зниження енергоспоживання сепаратора. Після опису запропонованого способу аеродинамічної сепарації сипучого матеріалу фахівцям у даній галузі знань повинно бути наявним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі варіанти застосування режимів подання повітря та обертання ротору тощо можуть змінюватися залежно від виробничих потреб і стану сировини, що підлягає переробці та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах заявленого способу. Квінтесенцією запропонованого способу є те, що спосіб аеродинамічної сепарації сипучого матеріалу додатково передбачає періодичне надання сипучої масі, яка знаходиться під дією сил відцентрового прискорення, дозованого прискорення, нормального за напрямком до її відкритої поверхні, з одночасним локальним подаванням дозованої порції повітря під тиском, і саме ці обставини у сукупності дозволили надбати запропонованому способу вищезазначені й інші переваги. Зміна окремих операцій запропонованого способу на інші, природно, обмежує спектр зазначених переваг, і тому не може вважатися новим способом в даній області знань, оскільки інше, подібне описаному, вже не вимагає будь-якого творчого підходу від конструкторів та інженерів, і не може вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. 60 3 UA 104637 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, що включає вплив на сипучий матеріал механічних та аеродинамічних сил з подальшим відведенням готових фракцій, який відрізняється тим, що механічний вплив здійснюють періодично у напрямі вільної поверхні матеріалу, який знаходиться під дією відцентрових сил та сил гравітації, з утворенням у останньому порожнин (запон), в які під тиском подають дозовані порції повітря, а відведення готових фракцій здійснюють на відстані більшій, ніж висота порожнини, та пошарово. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4