Машины и аппараты для разделения неоднородных систем

2.1. Аппараты и машины для разделения сыпучих материалов на фракции

В различных процессах химической технологии твердые материа­лы должны иметь определенный размер частиц, который обусловлива­ет оптимальное протекание требуемых превращений. Например, для проведения процесса в кипящем слое крупность частиц должна быть не ниже 0,1 мм, а в выпуске лакокрасочных материалов размер час­тиц равен единицам микрометра, причем, чем меньше частицы, тем лучше.

При добыче и измельчении твердых материалов редко удается сра­зу получить продукт требуемого состава. Измельченный материал со­стоит обычно из частиц различного размера и формы, из него надо вы­делить требуемые фракции.

Разделение твердых зернистых материалов на классы по крупно­сти кусков или зерен называется классификацией.

Известны две основные разновидности классификации:

1) ситовая (грохочение) — механическое разделение на ситах;

2) гидравлическая — разделение смеси на классы зерен, отличаю­щихся одинаковой скоростью осаждения в воде или в воздухе. В по­следнем случае классификация называется воздушной сепарацией.

Разделение смесей происходит в поле гравитационных, гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. Первые два вида силовых полей используются для ситовой и гидравлической, третий вид — для воздушной классификации.

На рис. 2. 1 приведена схема классификации аппаратов и машин

Рис. 2.1. Схема классификации аппаратов и машин для

разделения сыпучих материалов на фракции

для разделения сыпучих материалов, основанная на конструктивной общности и учитывающая вид классификации (рассев, гидравлическая или воздушная).

Почти в каждом из указанных в схеме видов аппаратов имеются разновидности конструкций. В табл. 2.1 приведены принципиальные упрощенные схемы наиболее распространенных классификаторов каж­дого вида, а ниже дано описание лишь некоторых из них.

Таблица 2.1

Схемы основных видов классификаторов

Виды аппарата	Разновидность конструктивных схем
1	2
Грохоты ситовые	Односитовый качающийся: 1-короб; 2- сито; 3 - подвеска;4 - рама опорная; 5 - привод	Односитовый вибрационный: 1 - короб; 2 - сито; 3,6 - подвеска пружинная; 4 – вал дебалансный; 5- дебаланс.
	Многоситовый с вертикальной компоновкой: 1 - сито крупное; 2 - сито среднее; 3 - сито мелкое.	Многоситовый с горизонтальной компоновкой: 1 – сборник фракции; 2 - сито мелкое; 3 - сито среднее; 4 – сито крупное
Барабанные грохоты	Многоситовый с концентрической компоновкой сит: 1 - кожух; 2 - барабанные сита.	Многоситовый с последовательной компоновкой сит: 1 - барабан; 2 - сборник фракций.
Классифи­каторы-от­стойники	Многосекционный гидроклас- сификатор: 1 -выгружатель; 2 -мешалка; 3 - сборник фракции; 4 - штуцер питания; 5 - корпус; 6 - вал привод­ной для мешалок; 7 - пере­городка; 8 -штуцер выхода жидкости	Газоход отстойный: 1 - вы-гружатель ячейковый; 2 -сборник фракции; 3 - штуцер входа загрязненного газа; 4 - корпус; 5 - перегородка; 6 - штуцер выхода счищенного га­за
Классифи­катор спиральный	Спиральный: 1 - рама; 2 –штуцер спускной; 3 - корыто; 4 - карман с желобом для слива; 5 - механизм подъема спирали; 6 - лоток приемный; 7 - спираль; 8 - привод спи­рали; 9 - ось поворота спи­рали; 10 - штуцер для круп­ной фракции	Реечный: 1 - корыто; 2 - рама гребковая; 3 -пульпа: 4 -штуцер сливной; 5 - ло­ток сливной; 6 - механизм качания рамы гребковой
	Воздушно-проходной: 1,6, 7 - патрубки; 2 - конус от­бойный; 3 - корпус; 4 - ко­нус внутренний; 5 - завери­тель	Воздушно-циркуляционный: 1 - вал; 2, 9, 10 - патруб­ки; 3 - колесо вентиляторное; 4 - диск вращающийся; 5 - конус внутренний; 6 - завих-ритель; 7 - конус; 8 - кор­пус

Грохоты подразделяются на неподвижные и подвижные. По форме просеивающей поверхности они бывают плоскими и цилиндрическими (барабанные). Кроме того, могут быть наклонными и горизонтальны­ми.

Плоским неподвижным грохотом является колосниковая решетка, устанавливаемая с наклоном 30-50° и имеющая размер щели между колосниками не менее 50 мм.

К грохотам с подвижными колосниками относятся валковые, про­сеивающей поверхностью которых являются диски, насаженные на вра­щающиеся горизонтальные валы, установленные параллельно друг дру­гу. Рассеиваемый материал движется по дискам, просев проваливается в зазоры между дисками, а отсев разрушается в конце процесса гро­хочения. Основной недостаток ихизнос дисков.

Плоские грохоты с принудительным движением сита могут быть односитовым.и и многоситовыми, компонуемыми по вертикали или по горизонтали. Многоситовые грохоты имеют большую производитель­ность, позволяют получить не две, как в односитовых, а несколько фракций (число фракций равно числу сит плюс единица).

По виду привода плоские ситовые грохоты могут быть качающими­ся, гирационными (полувибрациоиными) и вибрационными.

Просеивающая поверхность в качающихся грохотах совершает принудительное движение от приводного эксцентрика через жесткую кинематическую связь. Достоинствами этих грохотов являются отно­сительно высокая производительность и эффективность; компактность и удобство обслуживания; незначительное крошение материала. Основной недостаток — неуравновешенность конструкции и быстрый вы­ход из строя опорных стоек грохота.

В гирационном грохоте просеивающая поверхность движется под действием эксцентрикового вала, на котором она закреплена. Центро­бежные силы инерции, возникающие при движении корпуса, урав­новешиваются контргрузами, установленными на дисках, которые на­сажаны на эксцентриковый вал. Вследствие этого данные грохоты уравновешены, имеют более высокие производительность и эффективность грохочения.

В вибрационных грохотах возмущающая сила возникает под дей­ствием дебалансов, укрепляемых на валу, который жестко связан с кор­пусом грохота.

На рис. 2.2 показан вибрационный грохот с эллиптической траек­торией качания корыта 8. Грохот подвешен на пружинных подвесках 2 и устанавливается под углом 8-25°. Внутри корыта размещен дебалансный вал 1, смонтированный на двух роликоподшипниках 4. С обеих, сторон вала на шпонках закреплены шкивы 6 с дебалансами 5, установку которых можно регулировать бесступенчато. Дебалансный вал защищен от проникновения пыли трубкой 3.

В корыте 5 находятся два яруса сит, закрепленных при помощи деревянных клиньев 7 и растяжек.

В отдельных конструкциях пружинная подвеска изготовляется с резиновым демпфером, более надежно изолирующим строительные кон­струкции от вибрации.

Вибрационные грохоты широко используются в промышленности. Их достоинствами являются: высокая производительность и эффектив­ность грохочения; значительно меньшая возможность забивания отвер­стий сит по сравнению с грохотами других .видов; пригодность для крупного и тонкого грохочения; компактность и легкость смены сит; относительно небольшой расход энергии.

Отечественная промышленность выпускает вибрационные грохоты марок ВГД, ГВР, ГВП и ГУП. Их основные параметры:

Рабочая площадь грохота — 3,13—5,25 м²

Максимальная крупность питания — 100-200 мм

Число сит . — 2-3

Размер отверстий в сите — 13-50 мм

Частота колебаний в минуту — 900-1300

Ориентировочная производительность — 30-300 м³/ч

Потребляемая мощность — 3,8-8,0 кВт

Габариты — 2,60 X 1,67 X 1,45 м

Масса без электродвигателя — 1,11-2,60 т

Рис. 2.2. Вибрационный грохот: 1 - вал дебалансный; 2 - подвеска пружинная; 3 - труба; 4 - роликоподшипник; 5 - дебаланс; 6 - шкив; 7 - клин; 8 - корыто

Барабанный грохот состоит из дырчатого вращающегося бараба­на, опорного устройства и приводного механизма. Подлежащий фрак­ционированию материал наступает внутрь барабана, поднимается под действием сил трения на некоторую высоту и вследствие, небольшого наклона барабана (4-7°) продвигается к выходному его торцу. Во время движения и происходит рассев. Барабанные грохоты собирают­ся обычно из отдельных сит, которые крепятся к каркасу.

Главными достоинствами барабанных грохотов являются просто­та их конструкции и равномерность работы. Недостатки — громозд­кость, малая удельная производительность и низкая эффективность (особенно при грохочении мелкого материала). Эти грохоты вытесня­ются вибрационными.

Гидроклассификаторы. В основу работы положена зависимость скорости осаждения в воде зерен твердого материала от их размеров. Наиболее простая конструкция гидроклассификаторов представлена многосекционными отстойниками, вдоль которых движется поток жид­кости (или газа), содержащий частицы разной крупности. Поступаю­щая в классификатор суспензия (или смесь частиц с воздухом) посте­пенно теряет скорость в направлении выходного штуцера. В первом сборнике оседает самая крупная или тяжелая фракция, а в каждом последующем - все более мелкая.

В промышленности применяются так называемые механические, классификаторы — аппараты, снабженные механическим транспортным устройством для непрерывного удаления осевшего нижнего продукта (песков). Они используются для разделения мелкого материала (5- 0,05 мм и менее), получаемого в мельницах, и «работают с ними в замкнутом цикле. При этом слив классификатора является готовым продуктом, а пески возвращаются в мельницу на доизмельчение.

В спиральных (или шнековых) классификаторах транспортирую­щим органам является медленно «вращающаяся одна (или две) спираль, частично погруженная в жидкость. Угол наклона корыта, число обо­ротов спиралей и концентрация твердого материала в пульпе являют­ся основными факторами, влияющими на эффективность классифика­ции и производительность аппарата.

В реечных классификаторах пеоки транспортируются в корыте ко­робчатого сечения с помощью рамы со окребками, совершающими воз­вратно-поступательное движение. Периодически опускаясь на дно ко­рыта, рама перемещается на некоторое расстояние вверх, сгребая осев­шие пески, после чего поднимается над дном и перемещается обратно. Затем гребки вновь опускаются на дно, и цикл повторяется. Эти клас­сификаторы имеют меньшую удельную производительность, более слож­ны по" конструкции в сравнении со спиральными и поэтому в крупнотон­нажных производствах вытесняются последними.

Общим недостатком механических классификаторов является низ­кий к. п. д., так как выдаваемые ими на доизмельченне в мельницы пески! содержат большое количество тонкого материала (до 20% клас­са —75 мкм).

Высокая производительность и эффективность классификации до­стигается в центробежных классификаторах, в качестве которых ис­пользуются гидроциклоны и отстойные центрифуги со шнековой вы­грузкой, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Воздушные сепараторы, работающие в открытом или замкнутом циклах с мельницами сухого помола, делятся на воздушно-проходные и воздушно-циркуляционные (воздушно-замкнутые).

В сепараторах первого типа выделение крупных частиц (грубой фракции) из смеси происходит сначала в кольцевом пространстве между конусами (см. табл. 2. 1) под действием силы тяжести вследст­вие резкого снижения скорости потока, а затем под действием центро­бежных сил, возникающих при закручивании потока, в лопатках за-вихрителя, расположенного в верхней части внутреннего конуса. Кро­ме неподвижного завихрителя некоторые конструкции сепараторов име­ют принудительно вращающиеся завихрители. В этом случае достига­ется более тонкое разделение (до 30—60 мкм).

Воздушно-циркуляционные сепараторы отличаются от описанных выше тем, что воздушный поток циркулирует внутри аппарата и не выводится наружу. Выполняя одновременно функции классификатора, вентилятора и циклона, воздушно циркуляционные сепараторы по сравнению с воздушно-проходными более компактны и требуют мень­ших затрат энергии.