Воздушными сепараторами называют устройства и машины, сортирующие мелкоизмельченный материал по крупности и удель­ному весу с помощью воздушного потока

ВОЗДУШНЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ ПЫЛЕОСАДИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 11.1. Воздушные сепараторы

Воздушными сепараторами называют устройства и машины, сортирующие мелкоизмельченный материал по крупности и удель­ному весу с помощью воздушного потока.

Твердые частицы материала в воздушном потоке находятся под воздействием сил тяжести и инерции и сил давления и трения, соз­даваемых воздушным потоком.

Частицы материала при свободном падении в неподвижной среде или в вертикальном потоке двигаются ускоренно относительно среды до тех пор, пока сила тяжести G=тg уравновесится давле­нием потока. Действие силы потока Р (Н) при различных скоро­стях потока

Р=k_cAρ_cv₀² /2 = k_сk _ф π d²p_cv0²/8, (11.1)

где k _с — коэффициент аэродинамического сопротивления среды, за­висящий от особенностей движения потока, характеризующихся числом Рейнольдса; А —площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную направлению относительной скорости потока (А = к_ф πd²/4), м²; р_с —плотность среды (р_с=у_с/g), кг/м₃; у_с — удельный вес среды, Н/м⁴; g — ускорение силы тяжести, м/с²; v₀ — относительная скорость потока, т. е. скорость обтекания частицы потоком жидкости или газа, м /с; kф — коэффициент формы части­цы (для шаровидных частиц &ф=1,0, для округленных— 1,1, для угловатых—1,5, для продолговатых—1,8 и для пластинчатых — 3,8).

При равновесии сил, когда G=Р, скорость осаждения станет постоянной, а при восходящем потоке, двигающемся со скоро­стью V, частицы витают в потоке, оставаясь неподвижными относи­тельно стенок трубы или камеры, в которой двигается поток. Такую скорость называют скоростью витания V_ВiТ, а условие витания оп­ределяют формулой

к_ск_фπd²p_cv²_вит/8=тg=(πd³/6)pg (11.2)

откуда

v_вит = (11.3)

Если скорость воздушного потока v_в превысит V_ВИТ, то частица получает некоторую скорость относительно окружающих предме­тов v_ч, равную этому превышению, т. е. V_в — V_ВIIт=V_ч или V_вит— = V_В —v_ч. Чем меньше размер частицы и ее плотность, тем меньше скорость витания.

Принцип действия воздушных сепараторов основан на различии скоростей осаждения и витания частиц различной крупности, так как силы тяжести и инерции зависят от куба диаметра частицы, а сила давления потока — от квадрата диаметра. Скорость и на­правление воздушного потока подбирают такими, чтобы крупные частицы осаждались, а более мелкие уносились воздушным пото­ком или осаждались на некотором расстоянии от крупных.

Работу сепараторов, так же как и грохотов, характеризуют коэффициентом эффективности (КПД), т. е. отношением веса от­деленного тонкого продукта к весу продукта такого же состава, содержащегося в исходном материале, а также степенью загряз­ненности фракций инородными частицами. Экономически наиболее целесообразно применение воздушной сортировки при крупности частиц менее 100 мкм, когда механическая сортировка становится неэффективной. Воздушные сепараторы широко используют при работе помольных машин (шаровых, роликокольцевых и других мельниц) в замкнутом цикле и при сочетании помола с подсушкой материала.

Устройство сепараторов. Камерный сепаратор с восхо­дящим воздушным потоком (рис. 11.1, а) является наи­более простым. Смесь частиц различной крупности воздушным потоком, скорость которого значительно превышает скорость вита­ния наиболее крупных частиц, подают по трубе 2 в камеру /. Так как сечение камеры в несколько раз больше сечения трубы, ско­рость потока в камере во столько же раз снижается и становится недостаточной для поддержания наиболее крупных частиц. Круп­ные частицы осаждаются и удаляются через трубу 3, снабженную секторным затвором 4, а мелкие частицы уносятся через выходное отверстие и по трубе 5 направляются в осадительное устройство или фильтр.

Камерный сепаратор с горизонтальным воздуш­ным потоком (рис. 11.1, б) состоит из подводящего и отводя­щего трубопроводов, камеры и бункеров. Материал из мельницы или из питателя / подают в камеру с воздушным потоком, двигаю­щимся по трубе 2. Так как сечение камеры велико, воздушный поток вместе с материалом вдоль камеры двигается медленно, и материал осаждается так, что крупные частицы попадают в пер­вый бункер 3, снабженный затвором 4, мелкие — в бункер 5, име­ющий затвор 6, а мельчайшие по трубе 7 уносятся и улавливаются в специальных осадительных устройствах.

Центробежный дисковый сепаратор (рис. 11.1, в) состоит из быстровращающейся от привода 5 тарелки 3, на кото­рую самотеком поступает материал из бункера 2 по открытой снизу и несколько приподнятой над тарелкой трубе. Вокруг тарел­ки концентрично расположены кольцевые желоба /, в которые и попадает материал, веером разлетающийся с тарелки под действи­ем центробежных сил. Более крупные частицы обладают наиболь­шей силой инерции и попадают в удаленные желоба, а мелкие — в более близкие к оси вращения тарелки. Желоба закрыты кожу­хом 4.

Рассмотренные сепараторы недостаточно эффективны, но прин­цип их действия используют в более совершенных конструкциях. В комбинированных сепараторах разделение материала происходит и завершается в замкнутом пространстве посредством воздушного потока, создаваемого внутренним вентилятором, а в проходных сепараторах воздушный поток создается вентилятором, расположенным вне сепаратора, и из воздушного потока, вносяще­го материал в сепаратор, выделяется лишь крупная фракция, а мелкая выносится из сепаратора тем же воздушным потоком и осаждается в специальных устройствах.

Сепаратор проходного типа с неподвижными лопатками (рис. 11.1, г) состоит из двух конусов — наружно­го 2 и внутреннего 3. Материал вдувается по трубе 7 со скоро­стью 18... 20 м/с (для частиц до 5 мм в поперечнике), проходит между конусами и попадает во внутренний конус 3. Благодаря увеличению площади поперечного сечения конуса по сравнению с подводящей трубой скорость воздушного потока уменьшается и наиболее крупные частицы выпадают в нижнюю часть наружного конуса. Этому способствует также удар частиц об отбойный конус и трубу /. Материал с воздушным потоком во внутреннем конусе благодаря тангенциальному расположению лопаток двигается по спирали, крупные частицы отбрасываются центробежными силами к стенкам, проходят в наружный конус и по трубе 8 удаляются, а мелкие уносятся по трубе 6 в осадительное устройство.

Крупность отделяемых частиц регулируется изменением накло­на лопаток 4 посредством кольца 5. Чем круче повернуты лопатки от радиального направления, тем больше сопротивление воздушно­му потоку, больше центробежные силы и меньше размер частиц, уносимых из сепаратора. Такие сепараторы служат для получения тонкой фракции, соответствующей 10... 20% остатка на сите № 009. Производительность зависит от диаметра сепаратора (500... 4000 мм) и составляет 8 т/ч и более.

Применяют также одноконусные проходные сепараторы, у ко­торых центробежные силы сообщаются частицам быстровращаю-щимися лопатками, прикрепленными к вертикальному валу. Гра­ница разделения материала по крупности в таких сепараторах регулируется частотой вращения лопаток, что значительно меньше затрудняет движение воздушного потока при прохождении им сепа­ратора, чем при использовании неподвижных направляющих лопа­ток. К таким машинам относится одноконусный отбойно-вихревой сепаратор (рис. 11.1, д), состоящий из подводящей трубы /, в кото­рую подается аэросмесь исходного материала, конического корпу­са 3 с трубой 2 для отвода крупных частиц и ротора 4 с лопатка­ми 5, вращающегося от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 6. Материал вместе с воздушным потоком, двигающимся со скоростью до 25 м/с, входит в пространство между корпусом и ротором (отбойная зона), где более крупные частицы ударами лопастей отбрасываются к стенкам кожуха и опускаются в тру­бу 2. В верхней части ротора (вихревой зоне) выступающие ло­патки создают быстрое вращение воздушного потока и материала, благодаря чему частицы определенной крупности центробежными силами также отбрасываются к кожуху, а мелкие вместе с возду­хом устремляются к центру и уносятся через отводящий патрубок 7 в осадительное устройство. Сепаратор отделяет до 76% частиц крупностью менее 20 мкм.