RU2030220C1

RU2030220C1 - Method for separation of granular materials

Info

Publication number: RU2030220C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Долгунин; А.Н. Куди; В.Я. Борщев; А.А. Уколов; В.М. Дмитриев
Original assignee: Тамбовский институт химического машиностроения
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: chemistry. SUBSTANCE: method involves delivery of a layer of material onto rough surface, and separation of particles along the height of layer. The layer is blown with gaseous agent in the direction from open surface of layer to its base. Sloping surface is set at an angle defined in submitted formula, and the gaseous agent is delivered at a certain speed. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам разделения зернистых материалов, различающихся размером, плотностью, и может быть использовано в химии, металлургии, строительной индустрии, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности. The invention relates to methods for the separation of granular materials of different size, density, and can be used in chemistry, metallurgy, construction industry, agriculture and other industries.

Известен способ сепарации сыпучих материалов, включающий операции подачи материала на наклонные лотки и разделения частиц, скользящих по наклонной плоскости [1]. Данный способ сепарации сыпучих материалов характеризуется следующими недостатками: ограниченные возможности вследствие сепарации зернистых материалов только по инерционным и фрикционным свойствам; низкое качество сепарации по причине отсутствия на наклонной плоскости устойчивого сдвигового течения слоя. A known method of separating bulk materials, including the operation of feeding material on inclined trays and separation of particles sliding on an inclined plane [1]. This method of separation of bulk materials is characterized by the following disadvantages: limited opportunities due to the separation of granular materials only by inertial and frictional properties; low quality of separation due to the absence of a stable shear flow of the layer on an inclined plane.

Задачей изобретения является повышение эффективности сепарации в быстром гравитационном потоке зернистого материала. The objective of the invention is to increase the efficiency of separation in a fast gravitational flow of granular material.

Задача изобретения достигается тем, что в способе сепарации зернистых материалов, включающем подачу материала слоем на шероховатую поверхность, установленную под углом к горизонту, и разделение частиц, скатывающихся с поверхности по высоте слоя, слой продувают воздухом (газом) в направлении от открытой поверхности слоя к основанию, при этом плоскость устанавливают под углом α = arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀], где α ₀ - угол естественного откоса материала, а воздух подают со скоростью V, равной V = (0,04-0,05)V_вит, где V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства, осредненные по объему слоя.The objective of the invention is achieved in that in a method for separating granular materials, including feeding the material with a layer onto a rough surface set at an angle to the horizontal, and separating particles rolling off the surface along the height of the layer, the layer is blown with air (gas) in the direction from the open surface of the layer to base, while the plane is set at an angle α = arcsin [(1.05-1.06) sin α ₀ ], where α ₀ is the angle of repose of the material, and air is supplied with a speed V equal to V = (0.04- 0.05) V _vit , where V _vit is the velocity of the particle with Twas averaged over the volume of the layer.

На чертеже представлена схема установки, реализующая способ сепарации зернистых материалов. The drawing shows the installation diagram that implements the method of separation of granular materials.

Она состоит из бункера 1 исходной смеси и установленного под ним наклонного канала прямоугольного сечения, который имеет дно, выполненное в виде шероховатой плоскости 2 с перфорациями. Бункер установлен с возможностью перемещения вдоль канала и снабжен шибером 3 для регулирования толщины слоя. Под нижней кромкой плоскости 3 установлена приемная плоскость 4, разделенная продольно на две части перегородкой 5, закрепленной с возможностью перемещения. It consists of a hopper 1 of the initial mixture and an inclined channel of rectangular cross section installed under it, which has a bottom made in the form of a rough plane 2 with perforations. The hopper is mounted with the possibility of movement along the channel and is equipped with a gate 3 for regulating the layer thickness. Under the lower edge of the plane 3, a receiving plane 4 is installed, divided longitudinally into two parts by a partition 5, which is fixed with the possibility of movement.

Из бункера 1 зернистый материал слоем определенной толщины подается на наклонную шероховатую плоскость 2, выполненную с перфорациями, размер которых несколько меньше размера самых мелких частиц смеси. Толщина слоя регулируется с помощью шибера 3. Слой материала на плоскости поперечно продувают воздухом (газом) в направлении от открытой поверхности слоя к его основанию. За счет шероховатости плоскости и под действием воздушного потока частицы нижнего слоя прилипают к ней. При этом на плоскости организуется сдвиговое гравитационное течение зернистого материала по подложке из неподвижных частиц смеси. В процессе сдвигового течения верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами. При взаимодействии частиц происходит их столкновение, в результате которого они перемещаются в некотором направлении от места столкновения. Преимущественное направление перемещения частиц зависит от степени проявления некоторого доминирующего признака (размер, плотность). В результате определенная часть смеси со сходными свойствами (крупные, легкие) перемещаются в направлении к открытой поверхности слоя, а другая часть (мелкие, плотные) - в противоположном направлении, т.е. к основанию слоя. Следовательно, на наклонной плоскости наблюдается преимущественное движение крупных частиц над мелкими. При этом по толщине скатывающегося слоя имеется градиент скорости скатывающихся частиц: частицы в верхних слоях имеют большую скорость 21, чем частицы в нижних слоях. Ссыпающийся веером с нижней кромки плоскости зернистый материал направляется в приемную емкость 4, разделенную на две камеры продольной перегородкой 5, которая установлена с возможностью поперечного перемещения. При этом в веере, образующемся при ссыпании материала с нижней кромки пластины, частицы, летящие по длинным траекториям вблизи верхней границы веера, попадают в дальнюю камеру приемной емкости. В свою очередь, частицы, пролетающие в веере по коротким траекториям вблизи нижней его границы, попадают в ближнюю камеру приемной емкости. Полученные фракции выводятся из камер емкости через штуцера. From the hopper 1, the granular material is fed with a layer of a certain thickness onto an inclined rough plane 2 made with perforations, the size of which is slightly smaller than the size of the smallest particles of the mixture. The thickness of the layer is adjusted using the gate 3. The layer of material on the plane is transversely blown with air (gas) in the direction from the open surface of the layer to its base. Due to the roughness of the plane and under the influence of air flow, particles of the lower layer adhere to it. At the same time, a shear gravitational flow of granular material along a substrate of fixed mixture particles is organized on the plane. During the shear flow, the upper layers of the material overtake the lower layers and, interacting with them, exchange particles with each other. When particles interact, they collide, as a result of which they move in a certain direction from the point of collision. The predominant direction of particle movement depends on the degree of manifestation of some dominant feature (size, density). As a result, a certain part of the mixture with similar properties (large, light) moves towards the open surface of the layer, and the other part (small, dense) moves in the opposite direction, i.e. to the base of the layer. Consequently, on an inclined plane, the predominant movement of large particles over small ones is observed. In this case, there is a velocity gradient of the rolling particles along the thickness of the rolling layer: particles in the upper layers have a greater velocity of 21 than particles in the lower layers. The granular material, which is poured by a fan from the lower edge of the plane, is sent to a receiving tank 4, divided into two chambers by a longitudinal partition 5, which is installed with the possibility of lateral movement. At the same time, in the fan formed when the material is poured from the lower edge of the plate, particles flying along long trajectories near the upper boundary of the fan fall into the far chamber of the receiving tank. In turn, particles flying in a fan along short trajectories near its lower boundary fall into the near chamber of the receiving tank. The obtained fractions are removed from the chambers of the tank through the nozzle.

Наличие в предлагаемом способе операции продувки воздухом слоя зернистого материала позволяет совместить процесс сепарации с тепломассообменом. В данном случае для продувки слоя зернистого материала используют необходимый теплоноситель. The presence in the proposed method of the operation of purging air with a layer of granular material allows you to combine the separation process with heat and mass transfer. In this case, the necessary coolant is used to purge the layer of granular material.

Указанное направление продувки выбрано с целью интенсификации сдвигового течения за счет увеличения угла наклона плоскости ската, при котором на ней образуются условия, приближенные к условиям прилипания нижнего слоя частиц. С ростом интенсивности продувки данный угол увеличивается. The indicated purge direction was chosen to intensify the shear flow by increasing the angle of inclination of the ramp plane, at which conditions are formed on it that are close to the conditions of adhesion of the lower layer of particles. With increasing purge intensity, this angle increases.

В процессе сепарации зернистого материала в режиме быстрого сдвигового течения реализуется эффект разделения частиц по доминирующему признаку (размер, плотность) при движении в гравитационно-скатывающемся слое, заключающийся в том, что одни частицы (крупные, легкие) перемещаются в направлении к открытой поверхности слоя, а другие (мелкие, тяжелые) - в направлении к основанию слоя. При этом верхние слои движутся со значительно большими скоростями, чем нижние. In the process of separation of granular material in the regime of fast shear flow, the effect of separation of particles by the dominant feature (size, density) when moving in a gravitationally rolling layer is realized, which consists in the fact that some particles (large, light) move towards the open surface of the layer, and others (small, heavy) - towards the base of the layer. In this case, the upper layers move with significantly higher speeds than the lower ones.

Как показывает эксперимент эффективность сепарации неоднородных частиц в поперечно продуваемом слое, скатывающихся по наклонной плоскости, существенно зависит от скорости продувки V и соответствующего ей угла наклона плоскости ската . As the experiment shows, the efficiency of separation of inhomogeneous particles in a transversely blown layer rolling down an inclined plane substantially depends on the purge speed V and the corresponding slope angle of the ramp plane.

С целью достижения максимальной эффективности сепарации по доминирующему признаку (размер, плоскость) в быстром гравитационном потоке зернистого материала плотность ската устанавливают под углом α = arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀] , где α ₀ - угол естественного откоса материала, а воздух (газ) подают со скоростью V = (0,04-0,05)V_вит, где V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства осредненные по объему слоя.In order to achieve maximum separation efficiency by the dominant feature (size, plane) in a fast gravitational flow of granular material, the slope density is set at an angle α = arcsin [(1.05-1.06) sin α ₀ ], where α ₀ is the angle of repose material, and air (gas) is supplied at a speed of V = (0.04-0.05) V _vit , where V _vit is the velocity of a particle having properties averaged over the volume of the layer.

Существенность заявленных соотношений угла наклона и скорости продувки обнаружена экспериментальным путем. Экспериментальные исследования заключались в анализе распределения компонентов смеси по высоте поперечно продуваемого слоя на наклонной плоскости на ссыпном пороге. The significance of the stated ratios of the angle of inclination and the purge speed was found experimentally. The experimental studies consisted in the analysis of the distribution of the mixture components along the height of the transversely blown layer on an inclined plane at the bulk threshold.

Исследования проведены на лабораторной установке, аналогичной ранее рассмотренной. Длина скатывающегося слоя в опытах поддерживалась настолько большой, чтобы достигалось равновесие в процессе сегрегации, т.е. с увеличением длины глубина разделения не изменялась. Опыты проводились при различной интенсивности продувки слоя с изменением угла наклона ската таким образом, чтобы на плоскости ската образовывались условия "прилипания" нижнего слоя частиц. При этом расход материала для каждой смеси поддерживался постоянным. Смесь материала скатывали по наклонной плоскости, образованной шероховатой решеткой. После наступления установившегося течения материала в канале открывали ему доступ в приемную емкость. Ссыпавшийся материал разделяли по объему на две равные части таким образом, чтобы они соответствовали разделению скатывающегося слоя по высоте на ссыпном пороге. В каждой части определяли концентрацию ключевого компонента. Эффективность сепарации оценивалась по разности концентраций ключевого компонента в указанных частях потока. The studies were conducted in a laboratory setup similar to the previously considered. The length of the rolling layer in the experiments was maintained so large that equilibrium was achieved during segregation, i.e. with increasing length, the separation depth did not change. The experiments were carried out at various purge intensities of the layer with a change in the slope angle so that the conditions of "sticking" of the lower layer of particles formed on the plane of the slope. In this case, the material consumption for each mixture was kept constant. The mixture of material was rolled along an inclined plane formed by a rough lattice. After the onset of a steady flow of material in the channel, he was given access to the receiving tank. Bulked material was divided by volume into two equal parts so that they corresponded to the separation of the rolling layer in height at the bulk threshold. In each part, the concentration of the key component was determined. The separation efficiency was estimated by the difference in the concentrations of the key component in these parts of the stream.

Исследования проведены на смеси гранул двойного суперфосфата (фракции +2,0-2,2 мм - 50% и +2,6-2,8 мм - 50%) и смеси гранул силикагеля КСМ (фракции + 3,5-3,75 мм - 50% и +4,0-4,25 мм - 50%). Аналогичные исследования при сепарации по плотности проведены на смеси гранул силикагелей КСК и КСМ размером (+4,0-4,25) мм, при объемном содержании первых в смеси 10%. Результаты приведены в виде зависимостей lg_Эф = f(sin /sin α ₀) и lg_Эф = f(V/V_вит), где Эф - эффективность сепарации; V - скорость подачи воздуха; V_вит - скорость витания частицы, имеющей свойства, осредненные по объему слоя; α - угол наклона ската при подаче воздуха со скоростью V; α ₀ - угол естественного откоса.The studies were conducted on a mixture of granules of double superphosphate (fractions + 2.0-2.2 mm - 50% and + 2.6-2.8 mm - 50%) and a mixture of granules of silica gel KSM (fractions + 3.5-3.75 mm - 50% and + 4.0-4.25 mm - 50%). Similar studies in density separation were carried out on a mixture of KSK and KSM silica gel granules with a size of (+ 4.0-4.25) mm, with a volumetric content of the former in the mixture of 10%. The results are presented in the form of the dependences log _Ef = f (sin / sin α ₀ ) and log _Ef = f (V / V _vit ), where Ef is the separation efficiency; V is the air velocity; V _vit - the speed of the particle, having properties averaged over the volume of the layer; α is the slope angle of the ramp when air is supplied at a speed of V; α ₀ - angle of repose.

Анализ результатов показывает, что оптимальные условия для реализации предложенного способа сепарации зернистых материалов достигаются при установлении плоскости ската под углом α , равным α = =arcsin[(1,05-1,06)sin α ₀], и подаче воздуха со скоростью V, равной V = (0,04-0,05)V_вит. В оптимальных условиях достигается повышение эффективности сепарации на 40-60% по сравнению с сепарацией в скатывающемся слое без продувки, при угле наклона ската α ₀, равном углу естественного откоса. При отклонении от оптимальных параметров в сторону уменьшения скорости продувки эффективность сепарации снижается, что, по-видимому, может быть объяснено снижением интенсивности сдвига вследствие уменьшения осредненной по слою скорости скатывания.An analysis of the results shows that the optimal conditions for implementing the proposed method for the separation of granular materials are achieved by setting the ramp plane at an angle α equal to α = arcsin [(1.05-1.06) sin α ₀ ] and air supply at a speed of V, equal to V = (0.04-0.05) V _vit . Under optimal conditions, an increase in separation efficiency of 40-60% is achieved compared with separation in a rolling layer without purging, with a slope angle α ₀ equal to the angle of repose. When deviating from the optimal parameters in the direction of decreasing the purge rate, the separation efficiency decreases, which, apparently, can be explained by a decrease in shear intensity due to a decrease in the rolling speed averaged over the layer.

Снижение эффективности сепарации при скорости продувки V слоя выше оптимальной может быть объяснено усилением эффекта перемешивания вследствие разрыхления слоя при увеличении осредненной по слою скорости скатывания. The decrease in separation efficiency at a purge speed of the V layer above the optimum can be explained by the increased mixing effect due to loosening of the layer with an increase in the rolling speed averaged over the layer.

Claims

METHOD FOR SEPARATION OF GRAIN MATERIALS, including feeding the material with a layer onto a rough plane set at an angle to the horizontal, and separating particles rolling off the surface along the height of the layer, characterized in that the layer is purged with a gaseous agent in the direction from the open surface of the layer to its base, this plane is set at an angle α determined from the expression
a = arcsin [(1.05-1.06) sinα _o ],
where α _{o is the} angle of repose of the material,
and the gaseous agent is supplied at a speed of v = (0.04-0.05) v _in _and _t , where v _in _and _t is the speed of the particle, having properties averaged over the volume of the layer.