Сепаратор с дополнительной зоной разделения для струйного противоточного помольного комплекса

Современные технологии, использующие тонкодисперсные материалы в качестве готовых продуктов или полуфабрикатов, предъявляют все более высокие требования к их потребительским свойствам.

Необходимость повышения дисперсности строительных и других материалов приводит к потребности совершенствования существующего и созданию нового оборудования и технологий для тонкого и сверхтонкого измельчения.

В современной технологии производства строительных и отделочных материалов, энергетической, химической, пищевой, фармацевтической, полимерной и др. промышленностях тонкодисперсные порошки являются основным компонентом. Дисперсность получаемого продукта в значительной мере определяет качество готового изделия и влияет на повышение их технологических и потребительских свойств.

Всестороннее изучение существующих технологических процессов и оборудования позволяет установить основные их недостатки, слабые стороны и наметить рациональные пути их устранения.

На сегодняшний день машиностроительной промышленностью освоен выпуск машин и оборудования для сверхтонкого измельчения материалов различного типа и назначения. И в России и за рубежом проводится большая работа по совершенствованию существующих конструкций машин и созданию нового оборудования. Предлагаемые новые модификации помольных комплексов позволяют обеспечить существенное снижение себестоимости продукции при одновременном повышении ее качества.

Наиболее перспективным способом тонкого и сверхтонкого измельчения является способ высокоскоростного измельчения материалов, реализуемый путем придания механического ускорения измельчаемым частицам при помощи струй сжатого воздуха, пара или газа. Использование высоких скоростей, до нескольких сотен метров в секунду, позволяет повысить не только дисперсность получаемого продукта, но и удельную производительность измельчителя. Кроме того, появляется возможность получения готового продукта, химически чистого от механических примесей, возникающих от износа рабочих тел измельчителя.

Струйные мельницы являются сравнительно новым типом измельчителей, разрабатываемым в течение восьми десятилетий.

Теория и практика эксплуатации различных типов струйных измельчителей выявила преимущества мельниц с противоточной помольной камерой. Они просты в конструктивном исполнении, экологичны, характеризуются относительно невысоким расходом энергоносителя [2,10,25, 35].

Обращает на себя внимание, прежде всего использование принципа самоизмельчения частиц материала при их столкновениях друг с другом большими скоростями. Становится экономически целесообразным применение для футеровки рабочих поверхностей высокопрочных и дорогих материалов и, как следствие, получение продуктов высокой степени чистоты.

Конструктивной особенностью струйных мельниц является отсутствие движущихся частей, что повышает их надежность и долговечность. Облегчается автоматическое регулирование и дистанционное управление.

Процесс измельчения может сочетаться со смешением, сушкой, обжигом, синтезом и другими технологическими операциями.

Для получения сверхтонких порошков наиболее перспективно использовать мельницы струйной энергии [9,52,38,56] оснастив их необходимым набором оборудования для сепарации и пылеочистки. Однако дальнейшему развитию производства струйных противоточных помольных комплексов (СППК) мешает отсутствие высокоэффективных классификаторов. Применение этих аппаратов позволило бы, не только значительно повысить производительность комплекса, но и в широком диапазоне регулировать тонкость получаемого продукта (путем изменения частоты вращения ротора классификатора и вентилятора аспирации) без изменения режима работы мельницы.

Известно, что интенсивность или эффективность большинства технологических процессов, использующих материал в порошкообразном состоянии, увеличивается с ростом величины его удельной поверхности. С изменением характерного размера порошка поведение его частиц обнаруживает качественно новые стороны. Чрезвычайно развитая удельная поверхность особо тонких порошков приводит к появлению различных форм ее активности, в частности к образованию агломератов частиц, которые появляются благодаря поверхностным силам и силам аутогезии [44,10,25,27,11,51]. Это приводит к снижению производительности мельничной установки и ухудшению работы классифицирующего оборудования, т.к. происходит залипание частичек на внутренней поверхности корпуса сепаратора [14]. В тоже время большое содержание крупных частиц в готовом продукте, например, в цементной промышленности — снижает марку цемента, в химической промышленностиухудшает условия грануляции и т. д. [32]. Таким образом, основными задачами сепарации являются: максимально полное извлечение мелких, пригодных для использования частиц в готовый продукт и возврат на домол крупных частиц, засоряющих готовый тонкий продукт.

Несмотря на давнее и широкое применение классификаторов пыли, в частности центробежных сепараторов воздушно-проходного типа, рабочий процесс в них изучен недостаточно. В тоже время, опыт работы [62,63] показывает, что имеются существенные резервы повышения эффективности классификации.

Перечисленное позволяет сделать вывод об актуальности выбранной темы. В данной работе проводится исследование характеристик классификатора с дополнительной зоной разделения материала работающего.

— 8 В составе лабораторного струйного противоточного помольного комплекса.

На основе прилагаемых математических расчетов и данных эксперимента обосновывается целесообразность применения сепаратора с дополнительной зоной разделения материала совместно со струйным противоточным измельчителем для повышения эффективности помола и классификации высокодисперсных порошков в СППК.

Целью настоящих исследований является разработка аналитических выражений для расчёта технологических и конструктивных параметров центробежного воздушно-проходного сепаратора с дополнительной зоной разделения работающего в составе струйного противоточного помольного комплекса, создание и внедрение СППК.

Научная новизна работы представлена аналитическим расчётом скорости частиц классифицируемого материала и скорости движения энергоносителя в дополнительной зоне разделения материала центробежного воздушно-проходного сепаратора работающего в составе СППКаналитическими выражениями для определения направления движения частиц в зависимости от их размера в дополнительной зоне разделения материаламатематическими моделями в виде уравнений регрессии, позволяющими получить рациональные конструктивные и технологические параметры дополнительной зоны разделения материала (в узле отвода крупной фракции сепаратора).

Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчета основных газодинамических и конструктивных параметров процесса классификации в сепараторах с дополнительной зоной разделения материала и рекомендациях по выбору рациональных технологических режимов работы струйных противоточных помольных комплексов для измельчения порошков пигментов и мрамора, обеспечивающих заданную тонкость измельчения при невысоком расходе рабочего воздуха и электроэнергии. По результатам работы разработана новая конструкция классификатора с дополнительной зоной разделения материала, внедрение которой обеспечивает повышение производительности СППК на 10%.

Реализация работы. Диссертационная работа выполнялась в Белгородском государственном технологическом университете имени В. Г. Шухова в рамках Межвузовской научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы». Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения и классификации, методики расчета рациональных конструктивных и режимных параметров, разработанный вариант струйного противоточного помольного комплекса производительностью до 50 кг/ч внедрены в производство на ООО «БОНИКС» г. Белгород.

Диссертационная работа рассмотрена на заседании кафедры «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий для производства строительных материалов, изделий и конструкций» в сентябре 2004 года.

Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в БГТУ им. В. Г. Шухова: II Международный студенческий форум «Образование, Наука, Производство» май 2004 г.- на 7ой региональной научно-практической конференции по естественным, техническим и гуманитарным наукам. «Молодые учёные — науке, образованию, производству» Старый Оскол 2004 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 13 печатных работ, получен патент Российской федерации на полезную модель № 40 606 «Центробежный воздушно-проходной сепаратор».

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные выводы, рекомендации и направления дальнейших исследований. Работа включает 129 страниц, в том числе 107 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 34 рисунка, список литературы из 85 наименований на 8 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Выполненный анализ основных направлений развития и совершенствования техники и технологии тонкого и сверхтонкого измельчения показал, что в свете современных технологий перспективны струйные противоточные помольные комплексы, которые наиболее целесообразно применять при относительно малых масштабах производства, особенно в производстве мелкосерийных, но дорогостоящих изделий, что делает актуальным совершенствование существующих конструкций СППК.

2. На уровне изобретения разработана принципиально новая конструкция сепаратора с дополнительной зоной разделения, для струйного противоточного помольного комплекса.

3. На основании теоретических и экспериментальных исследований выведены аналитические выражения для расчета скорости частиц классифицируемого материала и смоделировано движение энергоносителя в дополнительной зоне разделения материала центробежного воздушно-проходного сепаратора работающего в составе СППКаналитические выражениями для определения направления движения частиц в зависимости от их размера в дополнительной зоне разделения материаламатематические модели в виде уравнений регрессии, позволяющие получить рациональные конструктивные и технологические параметры дополнительной зоны разделения материала.

4. В лабораторных условиях проведена экспериментальная проверка разработанных методик расчета и теоретических моделей.

5. Выявлены закономерности влияния исследуемых параметров: объёма прокачки воздуха через вентилятор аспирации Vnчастоты вращения ротора сепаратора пробъёма подачи обратного воздуха Vo6. и длины отводного патрубка пневмотранспортной трубы из струйного измельчителя Ln., на производительность Q, удельную поверхность S и удельный расход электроэнергии N.

6. Установлено, что для любого набора входных параметров Vn, пр, Vo6 и Ln существует предпочтительное их сочетание, когда производительность и удельная поверхность стремятся к максимуму при минимальном удельном расходе электроэнергии.

7. Изготовлен и апробирован в технологическом процессе производства микромрамора для производства водоэмульсионных и интерьерных красок в ООО «БОНИКС» (г. Белгород) струйный противоточньш помольный комплекс, снабженный сепаратором с дополнительной зоной разделения. Промышленные испытания показали эффективность использования такого типа сепараторов в конструкции струйных противоточных помольных комплексах. При удельном расходе электроэнергии 0,08 кВтч/кг реальная производительность СППК (без учёта мощности привода компрессора) составила 17 кг/ч по готовому продукту. Экономический эффект от внедрения мельницы составил 170 тыс. руб.