Пристрій для обробки твердих, рідких та /або газоподібних матеріалів, спосіб обробки отверджуваних мас, спосіб обробки багатофазових стійких середовищ та спосіб обробки газів

1 Устройство для обработки твердых, жидких и/или газообразных материалов, содержащее активатор, оборудованный по меньшей мере тремя коаксиально установленными встречно вращающимися рядами лопаток с примыкающими к ним ударными лопатками, причем линейная скорость движения по окружности крайних рядов лопаток составляет от 70 м/с до 160 м/с, отличающееся тем, что лопатки расположены с шириной рядов, уменьшающейся в направлении наружу минимально на 2%, предпочтительно на 5% и максимально на 10% 2 Устройство по п 1, отличающееся тем, что ударные поверхности ударных лопаток выполнены вогнутыми и изготовлены предпочтительно из по меньшей мере двух преимущественно плоских и расположенных под углом друг к другу пластинок 3 Устройство по п 1 или 2, отличающееся тем, что внешние кромки ударных лопаток, обращенные в сторону оси ротора, снабжены защитными накладками 4 Устройство по одному из пп 1-3, отличающееся тем, что между двумя соседними ударными лопатками самого крайнего ряда лопаток расположена вентиляционная лопатка 5 Устройство по одному из пп 1-3, отличающееся тем, что у внешнего конца каждой ударной лопатки самого крайнего ряда лопаток на стороне, лежащей в направлении вращения ротора, установлена, вш предпочтительно под прямым углом к ударной лопатке, вентиляционная лопатка 6 Способ обработки отверждаемых масс, в частности, строительных материалов, таких, например, как бетон, строительный раствор и т п , при применении устройства по пп 1-5, в котором в активатор вводят связующее, добавку и жидкость, предпочтительно воду, одновременно или в виде смеси, частицы материала перемещают в активаторе изнутри наружу и активируют с возрастающей амплитудой под воздействием вращающихся рядов лопаток, причем линейная скорость движения по окружности внешних рядов лопаток составляет от 70 м/с до 160 м/с, отличающийся тем, что частицы материала возбуждают с возрастающей частотой путем воздействия на них рядов лопаток, причем количество оборотов рядов лопаток составляет от 800 до 3000 об/мин 7 Способ по п 6, отличающийся тем, что в качестве связующего применяют цемент, известь или жидкое стекло 8 Способ по п 6 или 7, отличающийся тем, что в качестве добавки применяют песок, лесс, щебень, золи фильтрации 9 Способ обработки многофазных устойчивых сред, таких, например, как эмульсии или суспензии, при применении устройства по пп 1-5, в котором в активатор вводят отдельные компоненты в соответствии с желаемым соотношением по массе одновременно или в виде смеси, частицы материала перемещают в активаторе изнутри наружу и активируют с возрастающей амплитудой под воздействием вращающихся рядов лопаток, причем линейная скорость движения по окружности внешних рядов лопаток составляет от 70 м/с до 160 м/с, отличающийся тем, что частицы материала возбуждают с возрастающей частотой путем воздействия на них рядов лопаток, причем количество оборотов рядов лопаток составляет от 950 до 2800 об/мин 10 Способ по п 9, отличающийся тем, что в качестве упомянутых вводимых компонентов применяют воду и/или масло, а также угольную пыль 11 Способ обработки газов, в частности, абсорбции вредных веществ, при применении устройства по пп 1-5, в котором жидкую или пылевидную среду подают соплами в обрабатываемый газ, газ О го го го 43313 вместе со средой вводят в аісгиватор, среду перемещают в аісгиваторе изнутри наружу и активируют с возрастающей амплитудой под воздействием вращающихся рядов лопаток, причем линейная скорость движения по окружности внешних рядов лопаток составляет от 70 м/с до 160 м/с, отличающийся тем, что частицы материала возбуждают с возрастающей частотой путем воздействия на них рядов лопаток, и среду отделяют от газа, причем количество оборотов рядов лопаток составляет от 900 до 3500 об/мин 12 Способ по п 1 1 , отличающийся тем, что к жидкой среде перед подачей в газ добавляют твердые материалы или смесь твердых материалов 13 Способ по п 11, отличающийся тем, что одновременно с жидкой средой в активатор вводят твердый материал или смесь твердых материалов Изобретение относится к различным областям промышленности, где применяется обработка твердых, жидких и газообразных материалов при помощи активатора, в том числе к строительной промышленности при производстве строительных материалов Известен способ обработки зернистого материала, с помощью которого можно изготовить строительные детали повышенной прочности [1] Применяемые при этом исходные материалы активируются в дезинтеграторе, вследствие чего выявляется изменение спектра зернистости и удельной поверхности частиц Согласно этому способу процесс активации в дезинтеграторе повышает прочность изготавливаемого таким образом бетона и т п , если ее сравнивать с прочностью бетона, изготавливаемого из неактивированного материала Далее известен дезинтегратор, применяемый при изготовлении бетона [2] С помощью этого известного дезинтегратора можно уменьшить содержание цемента в бетоне при сохранении прочности последнего Во многих областях техники желательно изготавливать многофазные среды, имеющие незначительный эффект осаждения или небольшую склонность к расслоению В смеси двух нерастворимых друг в друге жидкостей, таких, как эмульсии, или жидкостях с содержащимися в них нерастворимыми твердыми веществами, т е суспензиях, с течением времени происходит разделение составляющих, обусловливаемое разницей в удельном весе Во многих случаях это является нежелательным, как, например, в угольных шламах, которые представляют собой взвеси угольной пыли в воде и/или масле Такие смеси очень хорошо могли бы подойти для транспортировки угля в трубах Однако вышеупомянутые эффекты осаждения являются препятствием для длительного хранения таких смесей с достаточно высоким содержанием угля При очистке отработанных газов является необходимым, в частности, отделить вредные вещества, находящиеся в газе в небольшом количестве Для этого при обессеривании дымовых газов применяются оросительные колонны, в которых подлежащий очистке газ подают через распыленную воду, которая, в случае необходимости, обогащается определенными примесями, как, например, известью Для обеспечения достаточной надежности контакта каждой частицы вредного вещества со средой в такой конструкции требуется установка достаточно большого размера Известен способ очистки газа, в котором газ известным образом приводят в контакт с промывочной жидкостью в оросительной колонне [3] Промывочная жидкость обрабатывается перед этим в дезинтеграторе С помощью такой обработки достигается повышенная реакция очистителя, являющаяся следствием активации в дезинтеграторе Известен газопромывной дезинтегратор, в котором газы одновременно с промывочной жидкостью подвергаются механической обработке В этом случае дезинтегратор строится по принципу "ротор/статор", что означает чередование неподвижных рядов лопаток с вращающимися рядами лопаток [4] Независимо от агрегатного состояния обрабатываемой среды - газообразной, жидкой или твердой, мощность устройства, а также качество изготавливаемого с помощью этого устройства продукта зависит от размера достигнутой активации частиц материала Вышеприведенные известные устройства имеют такие недостатки как незначительная активация твердых, жидких и газообразных частиц, низкая стабильность активации этих частиц (в частности, для жидкостей с различным удельным весом - склонность во времени эмульсий или суспензий к расслаиванию), а также низкая производительность Частично эти недостатки ликвидированы в устройстве, которое является наиболее близким по своей технической сути к предложенному изобретению [5] Устройство такого типа служит для получения отверждаемых масс, в частности, строительных материалов, таких как бетон, строительный раствор и т п , причем связующее, добавка или жидкость, преимущественно, вода вводятся отдельно или в качестве смеси в активатор с коаксиально расположенными, вращающимися в противоположном направлении рядами лопаток, частицы материала перемещаются в активаторе изнутри наружу, и возбуждаются с возрастающей амплитудой под действием встречно вращающихся рядов лопаток Линейная скорость движения по окружности крайних рядов лопаток составляет от 70 м/с до 160 м/с При этом между двумя узкими рядами лопаток расположен соответствующий широкий ряд лопаток, вследствие чего колеблется частота возбуждения частиц, перемещающихся от центра наружу Применяемые при этом ударные лопатки имеют круглое, треугольное или прямоу 43313 гольное поперечное сечение и имеют недостаток, заключающийся втом, что они, особенно при применении сильно эродирующих сред, подвержены относительно высокому износу, т к между поверхностью лопаток и подвижными частицами возникает большая относительная скорость, более чем 200 м/с При таких высоких скоростях не может образовываться защитный слой между поверхностью лопаток и частицами, воздействующими на ударные лопатки Поэтому срок службы устройства невысок К недостаткам такого вида устройства относится также недостаточно высокая активация частиц Отверждаемые массы упомянутого типа состоят обычно из связующих добавок и жидкости, в основном, воды В случае применения бетона в качестве связующего служит цемент В качестве добавок применяется песок, который, однако, частично или полностью может быть заменен другими материалами, например, щебнем В основу изобретения поставлена задача создания устройства для обработки твердых, жидких и газообразных материалов, в котором изменением ширины рядов лопаток и их геометрической формы обеспечивается возрастание частоты движения и, соответственно, активации частиц, повышение производительности устройства и за счет этого качества изготавливаемого продукта без снижения срока службы устройства Поставленная задача решается тем, что в устройстве для обработки твердых, жидких и газообразных материалов, содержащем активатор с, по крайней мере, тремя коаксиально расположенными, приводимыми в движение в противоположных направлениях рядами лопаток с примыкающими к ним ударными лопатками, причем линейная скорость движения по окружности крайних рядов лопаток составляет от 70м/с до 160 м/с согласно изобретению, ширина рядов лопаток уменьшается наружу минимум на 2%, предпочтительно на 5%, и максимум на 10% При этом частицы среды возбуждаются под воздействием рядов лопаток не только с возрастающей амплитудой, но также и с увеличивающейся частотой движения частиц Оказалось совершенно неожиданным, что стабильность активированной среды значительно повышается, если ширина рядов лопаток уменьшается на указанную выше сравнительно небольшую величину наружу Относительная скорость двух соседних рядов лопаток непрерывно увеличивается в направлении к внешней стороне Это является само собой разумеющимся фактом, связанным с тем, что диаметр рядов лопаток увеличивается в направлении к внешнему ряду Поэтому, если рассматривать путь частицы через активатор как колебание, то обусловленная этим геометрическим соотношением амплитуда непрерывно возрастает Но если ряды лопаток становятся к внешнему краю все уже, как это предлагается согласно изобретению, то обнаруживается также возрастание частоты Это обеспечивает значительно более высокое активирование частиц по сравнению с тем, которое получается при увеличении лишь амплитуды В случае твердых веществ этот эффект сильно влияет на распределение зернистости материала Но и геометрическая форма частиц, а также удельная поверхность воздействует аналогичным образом Исследования показывают, что дальнейшее повышение активации частиц достигается не только при обработке твердых, но также жидких и газообразных сред При этом было установлено, что стабильность эмульсий или суспензий, а также их устойчивость к хранению может быть значительно повышена Если применять усовершенствованное устройство согласно изобретению для обработки отработанных газов, удается значительно повысить производительность осаждения В активаторе отдельные частицы ударяются о лопатки и прежде всего сталкиваются друг с другом со скоростью больше, чем 200 м/с и испытывают при этом сильные удары Более точные исследования показали, что отдельные частицы испытывают от трех до десяти ударов Вследствие этих ударов в твердых средах, наряду с измельчением зерен происходят повреждения в кристаллических решетках и макроскопические повреждения, следствием чего является увеличение поверхности Кроме того, обеспечивается лучшее связывание жидких и твердых компонентов смеси Известно уменьшение ширины рядов лопаток в турбокомпрессорах [6] Но там для активации материалов ширина рядов лопаток уменьшается наружу в большей мере, чем в решении согласно изобретению Уменьшение рядов лопаток наружу в компрессоре, описанном в данном источнике, обусловлено гидравликой потока и предназначено для создания ступеней высокого давления и вообще не имеет никакого значения для активации материала В предпочтительном варианте выполнения изобретения предлагается, что ударные лопатки выполнены вогнутыми и состоят из, по меньшей мере, двух, преимущественно плоских и расположенных под углом друг к другу пластин Благодаря вогнутой ферме во время работы происходит отложение обрабатываемой среды на лопатках Это отложение обновляется постоянно за счет столкновения частиц и, в значительной мере, защищает сами лопатки от эрозии и износа Благодаря тому, что внешние края ударных лопаток, обращенные к оси вращения, снабжены защитными накладками, в значительной мере может быть повышен срок службы устройства Улучшенное радиальное перемещение материала обеспечивается за счет того, что между двумя соседними ударными лопатками самого крайнего ряда лопаток расположена вентиляционная лопатка Кроме того, является предпочтительным, если на внешнем конце каждой ударной лопатки самого крайнего ряда лопаток, на стороне, расположенной в направлении вращения ротора, предпочтительно под прямым углом к ударной лопатке примыкает вентиляционная лопатка Если устройство применяется для получения отверждаемых масс, в частности, таких строительных материалов, как бетон, для обеспечения высокой активации материала является предпочтительным, если число оборотов рядов лопаток составляет от 800 до 3000 об/мин 43313 Число оборотов рядов лопаток должно составлять, наоборот, от 950 до 2800 об/мин, если изготавливают многофазные стабильные среды, такие, например, как эмульсии и суспензии Для обработки газов, в частности, для абсорбции вредных веществ число оборотов рядов лопаток может составлять от 900 до 3500 об/мин Из описанного выше уровня техники видно, что известные устройства позволяют осуществлять способы обработки жидких, твердых и газообразных материалов При этом способы имеют недостатки, такие как низкая активация получаемых в установках материалов и в результате их невысокое качество Эти недостатки частично ликвидированы в наиболее близком по технической сути к заявляемому решению способе реализации устройства, рассмотренном и описанном выше [5] К недостаткам способа работы такого устройства следует отнести невысокий уровень активации частиц, что ведет к недостаточному качеству получаемых твердых, жидких и/или газообразных смесей В основу изобретения также поставлена задача создания способов обработки твердых, жидких и/или газообразных материалов на основе устройства, в котором благодаря повышенной активации частиц в устройстве для обработки твердых, жидких и/или газообразных материалов обеспечивается возбуждение частиц с возрастающей частотой, соответственно рост активации частиц, и за счет этого повышение качества изготовляемого продукта и производительности устройства Поставленная задача решается тем, что в способах обработки твердых, жидких и газообразных материалов при применении устройства в активатор с коаксиально расположенными встречно вращающимися рядами лопаток вводят твердые, жидкие и газообразные материалы одновременно или в виде смеси, частицы материала перемещают в активаторе изнутри наружу, активируют с возрастающей амплитудой под воздействием вращающихся рядов лопаток, причем линейная скорость движения по окружности внешних рядов лопаток составляет 70 м/с - 160 м/с, согласно изобретению частицы материала под воздействием уменьшающихся наружу минимум на 2%, предпочтительно на 5%, и максимум на 10% рядов лопаток возбуждают с возрастающей не только амплитудой, но и частотой движения частиц Одним из способов с использованием предложенного устройства является способ обработки отверждаемых масс, в частности, таких строительных материалов, как бетон, строительный раствор и т п Описываемое улучшенное активирование материала согласно изобретению и тем самым высокая производительность процесса изготовления и высокое качество обеспечивается особенно при применении таких связующих, как цемент, известь или жидкое стекло и таких добавок, как песок, лесс, щебень, золи фильтрации Прочность массы значительно повышается при прочих равных условиях, таких как рецептура и т п , без снижения срока ее стойкости Еще одним из способов с использованием предложенного устройства является способ обработки многофазных устойчивых сред, таких как эмульсии и суспензии Данный способ согласно изобретению является особенно предпочтительным при изготовлении суспензии угольной пыли, в которой в качестве исходного материала используется вода и/или масло, а также угольная пыль Благодаря применению изобретения становится возможным изготавливать такие суспензии с высоким содержанием твердого материала, которые сохраняются без расслоения в течение длительного периода времени Согласно изобретению предлагается, кроме того, способ обработки газов, в частности, для абсорбции вредных веществ с помощью устройства с последующим отделением среды от газа Этот способ согласно изобретению подходит для различных процессов очистки Так, жидкая среда, например, вода или известковое молоко может подаваться через сопла в газ перед вводом газа в активатор Но является также возможным подводить такую среду непосредственно в активатор Изобретением охватываются также и процессы, проводимые всухую, например, с подачей тонко измельченного доломита И, наконец, дополнительно к жидкой среде может вводиться одно или несколько твердых веществ В предпочтительном варианте выполнения изобретения в среду, подлежащую очистке, перед ее распылением вводят одно или несколько твердых веществ Перед вводом в активатор эти твердые вещества переводятся в растворимую форму или в суспендируемые частицы Если под очисткой газа подразумевается процесс обессеривания, как это часто бывает необходимым при очистке дымовых газов, то к воде, служащей в качестве среды носителя, добавляют известь, доломит и т п Затем в активатор наряду с перемешиванием внутри всех компонентов осуществляется также активирование и, тем самым, полное разложение Этот способ характеризуется особенно высокой производительностью разделения Благодаря применению аналогичного центробежному эффекту транспортировки материала в активаторе при использовании устройства на электростанциях отпадает необходимость применения отсасывающих вентиляторов Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью вариантов выполнения изобретения, показанных на чертежах На чертежах схематично показано Фиг 1 - активатор согласно изобретению, частично в разрезе, Фиг 2 - сечение по линии II - II фиг 1, Фиг 3 - вариант выполнения лопаток, Фиг 4 - еще один вариант их выполнения Активатор, представленный на Фиг 1 и 2, состоит из двух встречно вращающихся роторов 1 и 2, направление вращения которых обозначено стрелками А и В Для наглядности изображения корпус показан с центральным вводом и выводом по периферии Для обработки поступающего газа служат три концентрично расположенных венца 3, 4 и 5 ударных лопаток 6 В представленном случае самый крайний венец 5 и самый внутренний венец 3 ударных лопаток расположены на роторе 1, а промежуточный венец 4 - на роторе 2 По 43313 крайней мере, ударные лопатки 6 самого крайнего венца 5 выполнены вогнутыми, например, проходят изогнуто под углом Основная плоскость 7 этих лопаток проходит под углом а, как это видно на фиг 2, образованном плоскостью 7, проходящей от входной кромки лопатки в окружном направлении и тангенциальной плоскостью 7' В выполнении активатора, показанном на фиг 3, оба внутренних кольца 3 и 4 снабжены вогнутыми лопатками 6, состоящими преимущественно из плоских пластин 6' и 6" Если смотреть в направлении движения, передние пластины 6' имеют большую длину и меньший наклон к тангенциальной плоскости, чем задние части 6" За счет вогнутой формы во время работы на лопатках 6 происходит отложение обрабатываемой среды Эти отложения, которые обозначены позицией 11, постоянно обновляются под действием частиц и защищают сами лопатки 6 от эрозии и износа У ударных лопаток с формой выполнения, показанной на фиг 4, отогнутая под углом часть 6' или 6" короче, чем оставшаяся часть 6'" и предпочтительно составляет половину или меньше общей длины ударных лопаток Наклон более короткой части 6' или 6" осуществляется от части 6'" к центру ротора Отогнутые под углом элементы 6', 6" могут быть предусмотрены на обоих концах части 6'" или только на одном конце, в данном случае, предпочтительно на присоединяющемся конце Они предпочтительно изготавливаются из твердого сплава или имеют накладку, которая может за меняться Но является возможным изготовить ее также из керамики или искусственного материала И, наконец, имеется также возможность снабдить внешние кромки частей 6' и 6", обращенные к оси ротора, защитными накладками 10 Между ударными лопатками или на расположенном впереди при вращении ротора конце ударных лопаток самого крайнего венца 5 предусмотрены вентиляционные лопасти 8, которые могут иметь любую форму, например, могут быть выполнены в виде пластинок, пальцев и т п Их назначением является обеспечить протекание обрабатываемого газа изнутри наружу, и, кроме того, создать на поверхности ударных лопаток, обращенной к оси ротора защитный слой из подлежащего обработке материала, независимо оттого, насколько велик установочный угол а При определенном виде работой может быть ниже 15° в то время как для других работ предпочтительней иметь угол, например, от 20° до 35° На фиг 3 схематично показан вырез из трех расположенных друг на друге колец активатора согласно изобретению Существенным является, что ширина b-i, Ьг и Ьз колец непрерывно уменьшается в направлении наружу, по меньшей мере, на 2-5% Однако максимальное уменьшение ширины может составить 10% Это значит, что 0,9bi < b 2