2.1.6. Аэросепарация

Аэросепарация - процесс обогащения в движущейся газо­вой (воздушной) среде, основанный на использовании разли­чий в плотности компонентов и их скорости витания.

Аэросепарацию (пневмосепарацию) применяют при обога­щении полезных ископаемых (угля, асбеста) и техногенного сырья (ТБО, дробленого электрокабельного лома - удаление неметаллических компонентов, дробленого демеркуризованного стеклобоя отработанных ртутных ламп, других отходов). Аэросепарация эффективна для обеспыливания материалов, а также для выделения тонких классов крупности при сухом из­мельчении строительных* материалов (воздушный сепаратор работает в замкнутом цикле с аппаратом измельчения).

Аэросепарацию при обогащении ТБО применяют для раз­деления потока отходов на легкую и тяжелую фракции (это необходимо, прежде всего, по условиям технологии извлече­ния металлов), а также для выделения горючих компонентов для последующей термической переработки, хотя в принципе возможна не только энергетическая утилизация легких компо­нентов. Кроме того, аэросепарацию применяют для очистки от примесей компоста, полученного из ТБО.

При аэросепарации ТБО в легкую фракцию переходят ма­кулатура, полимерная пленка, некоторые текстильные компо­ненты (в основном синтетические), уличный смет и т.п. Реко­мендуемая крупность аэросепарации ТБО - 250 мм.

На поведение легких компонентов ТБО в процессе аэросе­парации решающее влияние оказывает подъемная аэродина­мическая сила - равнодействующая всех сил (нормальных и тангенциальных), распределенных по поверхности частицы, находящейся в воздушном потоке. Аэродинамическая сила за­висит как от параметров частиц (форма, размеры, состояние поверхности, положение в потоке), так и от параметров воз­душного потока и пневмосепарирующеи системы в целом (скорость воздуха и ее направление, степень турбулентности, равномерность скоростного потока, ширина струи).

Расчет необходимой скорости воздуха, обеспечивающей разделение ТБО на две фракции - легкую и тяжелую, можно производить приближенно по скорости витания компонентов легкой фракции, вычисляемой с применением графоаналити­ческого метода.

На одиночную частицу, падающую в воздушной среде, действуют сила тяжести, направленная вниз и определяемая объемом V и плотностью твердой частицы:

и вторая сила, направленная вверх - сила аэродинамическо­го сопротивления среды F_c, которая выражается квадратич­ным законом сопротивления Ньютона:

где V - объем частицы (компонента), м³;

и - плотности соответственно компонента и воз­духа, кг/м³;

С_А - коэффициент лобового сопротивления (аэроди­намический коэффициент сопротивления воздуха движению частицы);

W_B - скорость витания компонента, м/с;

l_Т - характерный линейный размер компонента, м.

Под скоростью витания понимают конечную скорость, кото­рую приобретает частица (компонент) при свободном падении, когда силы тяжести и сопротивления среды уравновешиваются.

При условии равновесия сил F_T и F_c

Где - толщина пленочного материала (например, маку­латуры, полимерной пленки), м.

Для определения скорости витания необходимо вычислить коэффициент лобового сопротивления С_А , характеризующий способность частицы сопротивляться воздушному потоку. В общем случае он зависит от критерия режима движения Re, от фактора К, учитывающего влияние формы частицы ( ,l_т), концентрации частиц и геометрических характеристик аппа­рата L и частиц L/ и L/ l_т .

С_А = f(Re, К, , L/ , L/ l_т) .

Коэффициент сопротивления С_А зависит также от положе­ния компонента в потоке воздуха (от его ориентации по отно­шению к направлению движения). Однако, в основном, значе­ние С_А определяется критерием режима движения и является функцией безразмерного числа Рейнольдса Re.

Число Рейнольдса характеризует режим движения тел в жидкой среде (турбулентный или ламинарный) и, соответст­венно, преобладание того или иного вида сопротивления (ди­намического сопротивления среды или сопротивления вязкос­ти среды). Число Рейнольдса - безразмерная величина, равная отношению сил инерции к силам вязкости:

где

- плотность жидкости;

v - скорость потока;

l - характерный линейный размер (например, диаметр);

- коэффициент вязкости жидкости.

Исходя из подобия физических явлений в движущейся жид­кости и газе и их воздействия на обтекаемые ими тела, коэф­фициент сопротивления С_А можно выразить в виде критери­альной зависимости от числа Рейнольдса.

,

где

Re - число Рейнольдса;

- коэффициент вязкости воздуха.