Центрифуга з інерційним вивантаженням осаду

 

Ці центрифуги являють собою нормальні фільтруючі центрифуги безупинної дії з вертикальним конічним ротором.

Суспензія, що містить грубозернистий матеріал, наприклад вугілля, руду, пісок, надходить у центрифугу зверху через лійку 1 (мал. 1). Під дією відцентрової сили суспензія відкидається до конічного ротора 2 з перфорованими стінками. При цьому рідка фаза суспензії проходить крізь отвори ротора і віддаляється з центрифуги по каналі 3, а тверді частки, розмір яких повинний бути більше розміру отворів, затримуються усередині ротора. Шар, що утворився таким чином, твердих часток, кут тертя якого менше, ніж кут нахилу стінок ротора, переміщається до його нижнього краю І приділяється з центрифуги по каналі 4. З метою збільшення тривалості періоду, протягом якого рідина відокремлюється від твердих часток, рух їх гальмується шнеком 5, що обертається повільніше ротора. Необхідна різниця швидкостей обертання ротора і шнека досягається за допомогою зубцюватого редуктора.

 

Мал. 1. Центрифуга з інерційним вивантаженням осаду:

1 — лійка для надходження суспензії; 2 — ротор;

З — канал для видалення рідкої фази; 4 — канал для видалення твердих часток; 5 — шнек.

 

Центрифуги з інерційним вивантаженням осаду застосовуються для поділу суспензій грубозернистих матеріалів.

 

МІШАЛКИ ЛОПАТЕВОГО ТИПУ

Лопатевими мішалками називаються пристрої, що складаються з двох чи більшого числа лопат прямокутного перетину, закріплених на обертовому вертикальному чи похилому валу (мал. 1). До лопатевих мішалок відносяться також і деякі мішалки спеціального призначення: якірні, рамні і листові.

 

Мал. 1. Лопатева мішалка.

 

Основні переваги лопатевих мішалок – простота пристрою і невисока вартість виготовлення. До недоліків мішалок цього типу варто віднести низьку насосну дію мішалки (слабкий осьовий потік), що не забезпечує досить повного перемішування у всьому об’ємі апарату. У наслідок незначності осьового потоку лопатеві мішалки перемішують тільки ті шари рідини, що знаходяться в безпосередній близькості від лопат мішалки. Розвиток турбулентності в обсязі рідини, що перемішується, відбувається повільно, циркуляція рідини невелика. Тому лопатеві мішалки застосовують для перемішування рідин, в’язкість яких не перевищує 10³ мн^. сік/м². Ці мішалки непридатні для перемішування в потоці, наприклад в апаратах безупинної дії.

Деякі збільшення осьового потоку рідини досягається при нахилі лопат під кутом 30 – 45⁰ до осі валу. Така мішалка здатна утримувати в зваженому становищі частки, швидкість осадження яких невелика. Лопатеві мішалки з похилими лопатами використовують при проведенні повільних хімічних реакцій, для яких стадія, що визначає швидкість підведення реагентів у зону реакції не є що лімітує.

З метою збільшення турбулентності середовища при перемішуванні лопатевими мішалками в апаратах з великим відношенням висоти до діаметра використовують багаторядні двухлопасні мішалки з установкою на валу декількох рядів мішалок, повернених друг щодо друга на 90⁰. Відстань між окремими рядами вибирають у межах (0.3 – 0.8 d), де d – діаметр мішалки, у залежності від в’язкості середовища, що перемішується.

 

ПРОПЕЛЕРНІ МІШАЛКИ

Робочою частиною пропелерної мішалки є пропелер (мал.1) – пристрій з декількома фасонними лопатами, вигнутими по профілю гребного гвинта. Найбільше поширення дістали трилопатеві пропелери. На валу мішалки, що може бути розташований вертикально, чи горизонтально похило, у залежності від висоти шару рідини встановлюють один або кілька пропелерів.

 

Мал.1. Пропелерна мішалка

 

Унаслідок більш обтічної форми пропелерні мішалки при однаковому числі Рейнольдса споживають меншу потужність, чим мішалки інших типів. Перехід в автомодельну область для них спостерігається при відносно низьких значеннях критерію Рейнольдса (Re = 10⁴). До достоїнств пропелерних мішалок варто віднести також відносно високу швидкість обертання і можливість безпосереднього приєднання мішалки до електродвигуна, що приводить до зменшення механічних утрат.

Пропелерні мішалки створюють переважно осьові потоки середовища, що перемішується, і, як наслідок цього, - великий насосний ефект, що дозволяє істотно скоротити тривалість перемішування. Разом з тим пропелерні мішалки відрізняються складністю конструкції і порівняно високою вартістю виготовлення. Їхня ефективність сильно залежить від форми апарата і розташування в ньому мішалки. Пропелерні мішалки варто застосовувати в циліндричних апаратах з опуклими днищами. При установці їх у прямокутних чи баках апаратах із плоскими або увігнутими днищами інтенсивність перемішування падає внаслідок утворення застійних зон.

 

 

ТУРБІННІ МІШАЛКИ

 

Ці мішалки мають форму коліс водяних турбін із плоскими чи криволінійними лопатками, укріпленими, як правило, на вертикальному валу (мал.1). В апаратах з турбінними мішалками створюються переважно радіальні потоки рідини. При роботі турбінних мішалок з великим числом обертів поряд з радіальним потоком можливе виникнення тангенціального (кругового) перебігу вмісту апарату і утворення лійки. У цьому випадку в апараті установлюють відбивні перегородки. Закриті турбінні мішалки (мал. 1, г) на відміну від відкритих (мал. 1, а, б, в) створюють більш чітко виражений радіальний потік. Закриті мішалки мають два диски з отворами в центрі для проходу рідини; диски зверху і знизу приварюються до плоских лопат. Рідина надходить у мішалку паралельно осі вала, викидається мішалкою в радіальному напрямку і досягає найбільш віддалених точок апарата.

 

 

Мал. 1. Турбінні мішалки:

а – відкрита з прямими лопатками; б – відкрита з криволінійними лопатками;

в – відкрита з похилими лопатками; г – закрита з направляючим апаратом;

1 – турбінна мішалка; 2 – направляючий апарат.

 

У залежності від області застосування турбінні мішалки звичайно мають діаметр d – (0.15 – 0.65)D при відношенні висоти рівня рідини до діаметра апарата не більш двох. При великих значеннях цього відношення використовують багаторядні мішалки.

Число обертів мішалки коливається в межах 2 – 5 и секунду, а окружна швидкість становить 3 – 8 м/сек.

 

 

БАРАБАННІ МІШАЛКИ

Барабанні мішалки (мал. 1) складаються з двох циліндричних кілець, з’єднаних між собою вертикальними лопатами прямокутного перетину. Висота мішалки становить 1.5 – 1.6 її діаметра. Мішалки цієї конструкції створюють значний осьовий потік і застосовуються (при відношенні висоти стовпа рідини в апараті до діаметра барабана не менш 10) для проведення газорідинних реакцій, одержання емульсій і вимучування опадів.

 

Мал. 1. Барабанна мішалка.

 

 

ДИСКОВІ МІШАЛКИ

Дискові мішалки (мал. 1) являють собою один чи кілька гладких дисків, що обертаються з великою швидкістю на вертикальному валу. Течія рідини в апараті відбувається в тангенціальному напрямку за рахунок тертя рідини об диск, причому звужені диски створюють також осьовий потік. Іноді края диска роблять зубцюватими. Діаметр диска становить 0,1 – 0,15 діаметра апарата. Окружна швидкість дорівнює 5 – 35 м/сек., що при невеликих розмірах диска відповідає дуже високим числам оборотів. Споживання енергії коливається від 0,5 квт для малов’язких середовищ до 20 квт для грузлих сумішей. Дискові мішалки застосовуються для перемішування рідин в обсягах до 4 м³.

 

Мал. 1 Дискова мішалка.

 

 

ВАЛКВОВІ ДРОБАРКИ

Вихідний матеріал поступає в валкову дробарку (мал. 1), затягується парою обертаючих ся назустріч один одному гладких циліндричних валків 2 в простір між ними і дробиться в основному шляхом розщавлення. Валки розміщені на підшипниках в корпусі 3, причому валок обертається в нерухомо установлених підшипниках, а валок 2 – в сковзуючих підшипниках, які утримуються в заданому положенні (в залежності від потрібної ширини зазору) за допомогою пружини 4. При попаданні в дробарку зайвого предмету високої твердості рухомий валок відходить від нерухомого і предмет випадає з дробарки (при цьому уникається можливість її зіпсування).

 

Мал. 1. Схема валкової дробарки:

1 – валок з нерухомими підшипниками;

2 – валок з рухомими підшипниками;

3 – корпус дробарки; 4 – пружина.

 

Валки зазвичай виготовляються з чавуна і футеруються по зовнішній поверхні бандажами з вуглецевої або ізносостійкої марганцевої сталі. Їх окружна швидкість складає 2 – 4.5 м/сек (максимально – не більш 7 м/сек). Зазвичай привідний механізм валкової дробарки складається з двох ремінних передач – на шків кожного валка від окремого двигуна.

В промисловості використовуються валкові дробарки, що відрізняються за числом валків (одно-, двох- і чотирьохвалкові), формі і швидкості обертання валків. Так, для дроблення солей та інших матеріалів середньої твердості використовують зубчасті валки, що подрібнюють матеріал в основному розколюванням; для підсилення ізтираючої дії при дробленні в’язких, наприклад глинистих, матеріалів використовують диференціальні валки з великою (до 20%) різницею швидкостей обертання тощо. В деяких тихохідних дробарках (окружна швидкість 2 -3 м/сек) обертання за допомогою ремінної передачі передається ведучому валку і передається залежному через зубчату передачу.

Валкові дробарки компактні і надійні в работі, в наслідок однократного стискання матеріал не перероблюється і має мало мілких частинок. Ці дробарки найбільш ефективні для дроблення матеріалів помірної твердості (ступінь дроблення і = 10 – 15, для твердих матеріалів і <3 – 4).

Найбільший розмір кусків матеріалу що дробляться в валковій дробарці залежить від діаметру валків і простору між ними. Кут захвату, утворений дотичними до поверхні валків в точках дотикання з куском дроби мого матеріалу, не повинен перевищувати 30⁰. Відповідно діаметр гладких валків повинен бути приблизно в 20 разів більше діаметра куска дроби мого матеріалу. Зубчаті валки можуть захватити куски матеріалу розміром ½ і навіть 2/3 діаметру валків.

 

 

БІГУНИ

Бігуни (мал. 1) складаються з катків 1, закріплених на півосях 2, шарнірно з’єднаних з водилом 3, центрального вала 4, що опирається на підп’ятник 7 і через втулку на чашу 5. Водило 3, обертаючись, затягує за собою катки, змушуючи їх бігати (звідси назва бігуни) по дну чаші. Сировина подається в чашу, де перемелюється катками до потрібного розміру. В процесі дроблення матеріал доцентровими силами зсувається до зовнішньої стіни чаші. Для повертання його знову під катки використовують спеціальні скребки.

В бігунах матеріал подрібнюється шляхом розщавлення і стирання. В цій машині обидва способи доповнюють один одного. Розщавлення кусків відбувається постійним обертанням катків відносно вертикальної осі. Точки по ширині ободу відносно центрального вала будуть мати різні швидкості в залежності від радіуса їх руху.

 

Мал. 1. Бігуни:

1 – катки; 2 – півосі катків; 3 – водило;

4 – центральний вал; 5 – чаша;

6 – конічна пара; 7 – підп’ятник; 8 – скребки.

 

Каток постійно обертається відносно своєї вертикальної осі і розтирає матеріал.

На бігунах можна отримати продукт подрібнення з розмірами частинок, не перевищуючими 40 мкм.

До з’явлення барабанних млинів бігуни були широко застосованими подрібнювачами у багатьох галузях промисловості, в тому числі і хімічній. В дійсний час їх роль декілька знизилась, але там, де подрібнюють в’язкі матеріали і компанують подрібнення з перемішуванням, вони застосовуються.

 

МОЛОТКОВІ ДРОБАРКИ

Молоткова дробарка (мал. 1) складається з корпуса, футерованого стальними плитами 2. На обертаючому ся горизонтальному валу 3 насаджені диски 4, між якими шарнірно підвішені молотки 5. Матеріал під дією ударів швидко-обертаючихся (з окружною швидкістю 30 – 55 м/сек) молотків. Дроблення відбувається також при ударах кусків матеріалу, відкидуємих молотками, о плити 2. Нарешті, матеріал додатково подрібнюється шляхом удару, розщавлення і деякого стирання на колосниковій решітці 6, через яку подрібнений матеріал розвантажується, падаючи вниз. Ступінь подрібнення І – 10 – 15. Молотки, плити і решітка виготовляються з вуглецевої сталі (з твердосплавними наплавками) або з марганцевої сталі.

Крім одно роторних молоткових дробарок (мал. 1) використовують двох роторні (з двома валами) для яких ступінь подрібнення досягає 30 – 40. Випускаються також дробарки з жорстко закріпленими молотками, а також з декількома паралельними рядами молотків (багаторядні дробарки). Молоткові дробарки використовують і для крупного дроблення. Вони відрізняються високою продуктивністю (на одиницю ваги машин), зниженими витратами енергії на дроблення і високою ступінню подрібнення у порівнянні зі щоковими і конусними дробарками. Недоліками молоткових дробарок є значний знос молотків і плит, складність монтажу (балансировка ротора).

Молоткові дробарки широко застосовуються для подрібнення крихких, волокнистих та інших матеріалів, а також матеріалів помірної твердості і малої абразивності (вугілля, гіпс, вапняк тощо). При подрібненні глинистих і в’язких матеріалів молоткові дробарки працюють без колосникової решітки, що призводить до деякого недоподрібнення матеріалу.

 

Мал. 1. Одно роторна молоткова дробарка:

1 – корпус; 2 – відбійна плита; 3 – вал; 4 – диск;

5 – молотки; 6 – колосникова решітка.

 

ЩОКОВІ ДРОБАРКИ

В щоковій дробарці (мал. 1) матеріал подрібнюється шляхом розщавлення разом з розколюванням і вигином між нерухомою 1 і рухомою 2 щоками. Рухома щока 2 зближується (при робочому ходу) або відходить (при холостому ходу) від нерухомої щоки 1 при обертанні ексцентрикового вала 3. Під час робочого ходу відбувається дроблення, а під час холостого – вигризка дробленого матеріалу вниз під дією власної ваги. Щоці 2 рух передається шатуном 4, рухоме з’єднаним з ексцентриковим валом 3, і двома шарнірно закріпленими розпірними плитами – передньою 5 і задньою 6. Тяга 7 и пружина 8 створюють в рухомій системі натягнення і сприяють холостому ходу рухомої щоки. Шляхом взаємного переміщення клинів 9 регулюється ширина випускного отвору і, значить, ступінь подрібнення.

В залежності від розміщення осі рухомої щоки розрізняють щокові дробарки з верхнім і нижнім підвісом цієї щоки. При верхньому підвісі щока що качається має найбільший розмах поблизу місця виходу дробленого продукту, ширина розвантажувального отвору при цьому змінна. Нижній підвіс (вісь рухомої щоки у розвантажувального отвору) забезпечує постійну ширину розвантажувального отвору, що гарантує визначену максимальну крупність куска в дробленому продукті, але зменшує продуктивність таких дробарок у порівнянні з дробарками з верхнім підвісом рухомої щоки.

На мал. 2 представлений загальний вигляд щокової дробарки з верхнім підвісом рухомої щоки. Дробарки цього типу найбільш широко застосовуються в промисловості. Корпус 1 дробарки, передня стінка якого є нерухомою щокою, виконується зазвичай зі стального лиття, а щоки футеруються стальними плитами 2 з рифленою робочою поверхнею. Ці плити найбільш сильно зношуються, внаслідок чого вони виконуються з’ємними и виготовляються з стійкого до зношення матеріалу (литої марганцевої або хромованої сталі).

 

Мал. 1. Схема щокової дробарки з верхнім Мал. 2. Загальний вигляд щокової

підвісом щоки: дробарки:

1 – нерухома щока; 2 – рухома щока; 1 – корпус; 2 – змінні плити;

3 – ексцентриковий вал; 4 – шатун; 3 – розпірні плити; 4 – вкладиш;

5 – передня розпірна плита; 6 – задня 5 – регулювальні клини;

розпірна плита; 7 – тяга; 8 – пружина; 6 – маховик.

9 – регулювальний клин

 

Дробляче зусилля в дробарці передається через плити 3. Тому вкладиші 4, до яких входять кінці плит, робляться змінними з матеріалу великої твердості. Задня розпірна плита використовується для запобігання поломок дробарки від падіння в робочий простір недробимих предметів. Ця плита виготовляється з заниженою прочністю і ламається при попаданні в дробарку випадкових металевих предметів, після чого вона підлягає заміні. За допомогою клинів 5 регулюється ширина загрузочного отвору (в дробарках великих розмірів регулювання відбувається заміною розпірних плит). Щокові дробарки приводяться в рух від електродвигуна через клинопасову передачу і маховик 6.

Щокові дробарки, описані вище, є машинами з простим качанням рухомої щоки. В деяких конструкціях дробарок рухома щока не тільки наближається до нерухомої і відходить від неї, але й під час робочого ходу ще й рухається вниз, в сторону розгрузки матеріалу (виконує складний рух). При цьому відбувається не тільки розщавлення, але й стирання матеріалу, за рахунок чого продуктивність цих дробарок у порівнянні з дробарками інших типів декілька збільшується, а витрати енергії зменшуються.

Найбільш розповсюджені щокові дробарки з верхнім підвісом або складним рухом рухомої щоки. Дробарки з нижнім підвісом, внаслідок відносно малої продуктивності, використовуються в основному для дослідження.

Основні переваги щокових дробарок: простота і надійність конструкції, широка область застосування (для дроблення крупно кускових матеріалів великої твердості є, наприклад, дробарки з розмірами загрузочного отвору 2135 х 3150 мм), компактність і легкість обслуговування.

Періодичний характер дії дроблячого зусилля і неповна урівноваженість рухомих мас визиває шум і вібрацію при дробленні і відноситься до недоліків цього типу. Перебої в роботі із-за поломки окремих деталей (наприклад, розпірних плит шатуна), забивання робочого простору матеріалом при нерівномірній його подачі також треба віднести до недоліків щокових дробарок.

Основні технологічні характеристики щокових дробарок: кут захвату, швидкість обертання колінчатого (ексцентрикового) валу, продуктивність, споживаюча потужність.

 

Мал. 3. До розрахунку кута захвату,

числа обертів і продуктивності

щокової дробарки.

 

Кут а (мал. 3) між площинами дроблячи щок при їх максимальному зближенні називається кутом захвату. Якщо кут захвату дуже великий, то куски матеріалу можуть виштовхуватись з робочого простору дробарки. При недосить великому куті захвату досягається незначна ступінь подрібнення.

 

БАРАБАННІ МЛИНИ

Барабанні млини – це машини в яких матеріал подрібнюється всередині корпуса (барабана), що обертається, під дією тіл що подрібнюють або само подрібненням. Подрібнюючи ми тілами є металічні шари або стержні, скатана галька. В залежності від виду цих тіл розрізняють шарові, стержневі, галечні млини, та млини само подрібнення. При обертанні барабана тіла що подрібнюють затягуються під дією доцентрової сили та сили тертя разом з поверхнею стінок на певну висоту, а потім вільно падають та подрібнюють матеріал ударом, роздавлюванням та тертям. Окрім цього, матеріал подрібнюється між тілами що подрібнюють, а також між цими тілами та внутрішньою поверхнею млина.

Барабанний млин (мал. 1) складається з горизонтального циліндричного корпуса (барабана), закритого торцевими кришками 2 і 3 з пустотілими цапфами, встановленими в підшипниках 4. Млин приводиться в обертання через зубчастий венець 5 від шестерні приводного валу. Барабан та кришки млина футеровані стальними плитами 6, поверхня яких для зменшення просковжування тіл, що подрібнюють часто виготовлюється хвилеподібною або ступінчастою. Матеріал в млин подається живлювачем через загрузочну цапфу 7. Подрібнений матеріал видаляється через розвантажувальну цапфу в іншому кінці апарату. Подрібнення проводиться як мокрим (широко використовується в барабанних млинах), так і сухим методом. При мокрому подрібненні, суспензія зливається через розвантажувальну цапфу. При сухому подрібненні матеріал рухається вздовж осі барабану за рахунок перепаду рівнів загрузки та розгрузки та розвантажується через цапфу 8 під дією власної ваги або виводиться повітряним потоком, що з’являється при відсапуванні повітря з барабана вентилятором.

 

Мал. 1. Схема барабанного діафрагмового млина:

1 – корпус (барабан); 2, 3 – торцеві кришки; 4 – підшипник;

5 – зубчастий венець; 6 – плити; 7 – загрузочна цапфа; 8 – розвантажувальна цапфа;

9 – діафрагма; 10 – ліфтери; 11 – шари.

 

По способу розвантаження продукту розрізняють млини з розвантаженням через решітку (мал. 2), з яких продукт виводиться через решітчасту діафрагму 9 у розвантажувального кінця, та з центральним розвантаженням через полу цапфу (без решітки). В млинах першого типу розвантажувальна решітка 9 споряджена радіальними ребрами (ліфтерами) 10, примусово розвантажуючи ми подрібнений продукт. Тому в таких млинах, що використовуються тільки для мокрого подрібнення, рівень суспензії може бути нижче рівня розвантажувальної цапфи, тобто нижче, ніж в млинах з центральною розгрузкою. Завдяки цьому удари тіл, що подрібнюють менше пом’якшуються пульпою та ефективність подрібнення збільшується. Рівень суспензії в млині можна регулювати, перекриваючи частину отворів діафрагми. При розвантажуванні через решітки питома продуктивність млина збільшується на 15 – 30%, продукт подрібнення виходить більш рівномірним по крупності.