CN107185837A - 一种颗粒分级装置及其方法 - Google Patents

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徐绍平
王光永
王超
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Abstract

本发明属于粉体加工利用技术领域，提供了一种颗粒分级装置及其方法。所述的旋风分离器筒体顶部中央连接尾风出气管的入口端，入口端不伸入旋风分离器内部，尾风出气管的出口端与细/轻颗粒组捕集器相连；所述的旋风分离器筒体的中下部设有一次风进气管；所述的旋风分离器筒体底部为锥体结构，与沉降分级器顶部相连；所述的沉降分级器底部连接粗/重颗粒组收集器，沉降分级器下部或粗/重颗粒组收集器上设有二次风进气管。基于混合粒径/密度颗粒物料中粗/重颗粒与细/轻颗粒离心力和终端速度的差异，调节一次风和二次风气速可实现切割粒径灵活调变，且分级精度较高；操作简便，构造简单，可应用于常温/高温颗粒分级环境。

Description

一种颗粒分级装置及其方法
技术领域
本发明属于粉体加工利用技术领域，涉及混合粒径/密度固体颗粒分级/分离操作。
背景技术
固体颗粒分级技术在许多工业过程中得到广泛的应用，例如选矿中矿石与沙土，选煤中精煤与煤矸石，煤气化中的煤灰熔聚分离，制药行业颗粒筛选以及农业物料的分级与分离等。颗粒分级的主要评价指标包括分级效率、分级精度和切割粒径等；分级方式大体上可分为筛分和气流分级两种，对于粘性、高温、小粒径颗粒分级等场合气流分级有独特的优势；气流分级根据不同粒径/密度的颗粒在流体中受到曳力、离心力、重力、惯性效应等作用而产生不同的运动轨迹，从而实现不同粒径/密度颗粒分级；气流分级按分级机中是否有运动部件可分为静态分级和动态分级；动态分级机主要指各种涡轮式分级机，其分级精度高，切割粒径调节方便，但设备构造复杂，能耗较高；传统静态分级主要包括惯性分级、旋风分级、重力分级等技术及其组合，这类分级机构造简单，运行成本低，操作及维修方便，但分级精度较低且切割粒径调节不方便。CN201320499Y公开了一种旋风分离器粒度分离装置，其上部呈筒状下部呈倒锥形，利用不同粒径固体颗粒在离心力作用下作旋转运动时细物料更易运动到筒体中心部位，通过独特设计的内外腔结构实现粗细物料分级，该装置仅在传统的旋风分离器基础上引入内外腔结构，构造简单，但分级效率与进气量密切相关，且切割粒径调节不便。CN2625062Y公开了一种风力涡流分级机，主要由蜗壳机体及分别设于机体两侧的分级机所组成，利用气流中粉体物质粒径密度等物理差异将粗重颗粒沿涡流切向甩出收集，细小轻质的粉尘从涡流中心依靠风机的抽力排出蜗壳，沿分级机上的出风道排出，在蜗壳机体上设有活动导流装置调节粗细颗粒切割粒径，该风力涡流分级机结构复杂，可调节的导流装置的设置也带来蜗壳壳体密封的问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种旋风-沉降颗粒分级装置及其方法。
本发明的技术方案：
一种颗粒分级装置，包括旋风分离器2、沉降分级器6、粗/重颗粒组收集器4和细/轻颗粒组捕集器5；
所述的旋风分离器2筒体顶部中央连接尾风出气管1的入口端，入口端不伸入旋风分离器2内部，尾风出气管1的出口端与细/轻颗粒组捕集器5相连；所述的旋风分离器2筒体的中下部设有一次风进气管3；所述的旋风分离器2筒体底部为锥体结构，与沉降分级器6顶部相连；所述的沉降分级器6底部连接粗/重颗粒组收集器4，沉降分级器6下部或粗/重颗粒组收集器4上设有二次风进气管7。
所述的沉降分级器6高径比为5-100:1。
所述的细/轻颗粒组捕集器5为旋风分离器、惯性分离器或重力分离器。
所述的旋风分离器2筒体与尾风出气管1间设有锥体。
一种颗粒分级方法，步骤如下：
一次风携带混合粒径/密度固体颗粒经一次风进气管3进入旋风分离器2后旋转向上运动，混合粒径/密度固体颗粒在离心力作用下逐渐移向旋风分离器2器壁，其中的粗/重颗粒和一部分细/轻颗粒在与旋风分离器2器壁碰撞摩擦后沉积，沉积的粗/重颗粒和细/轻颗粒在重力作用下进入沉降分级器6；粗/重颗粒和细/轻颗粒经二次风进气管7通入的上升二次风作用后，粗/重颗粒穿过沉降分级器6并进入粗/重颗粒组收集器4，细/轻颗粒由二次风夹带返回旋风分离器2；二次风并入旋风分离器2中上升的一次风气旋携带细/轻颗粒经旋风分离器2顶部尾风出气管1进入细/轻颗粒组捕集器5。
所述的混合粒径/密度固体颗粒的粒径为0.01-2mm。
在沉降分级器2中上升二次风气速为0.01-10m/s。
本发明实现气流携带混合粒径/密度固体颗粒分离/分级的原理是：
一次风携带混合粒径/密度固体颗粒经一次风进气管3切向进入旋风分离器2后旋转向上运动；固体颗粒受离心力作用在随气流旋转运动过程中移向旋风分离器2器壁，粗/重颗粒由于质量大移动/偏析速度较细/轻颗粒更快，粗/重颗粒和一部分细/轻颗粒在与旋风分离器2器壁碰撞摩擦后沉积；沉积的固体颗粒受重力作用下落，并以一定的初始速度进入沉降分级器6；在沉降分级器6中有经二次风进气管7通入的上升二次风，二次风气速为切割粒径所对应的终端速度；沉积的固体颗粒中终端速度高于二次风气速的粗/重颗粒，所受曳力小于重力，加速向下运动，并最终穿过沉降分级器6进入粗/重颗粒组收集器4，沉积的固体颗粒中终端速度低于二次风气速的细/轻颗粒，所受曳力大于重力，先减速向下运动，后由二次风夹带向上运动返回旋风分离器2；二次风并入旋风分离器2中上升的一次风气旋携带细/轻颗粒经旋风分离器2顶部尾风出气管1进入细/轻颗粒组捕集器5。
相比于传统旋风分离器进气口位于筒体上部、尾风出气管伸入筒体内，形成下降外旋流和上升内旋流，对粗/重、细/轻颗粒均具有非常高的分级效率；本发明设计的旋风分离器内气流旋转向上且行程缩短，气流方向与悬浮的固体颗粒重力沉降方向相反，这一改进带来的好处是：压降显著降低，同时强化了细/轻颗粒的带出，部分细/轻颗粒随一次风气旋直接经尾风出气管离开旋风分离器，仅一部分细/轻颗粒随粗/重颗粒进入沉降分级器，降低了沉降分级器中粗/重颗粒与细/轻颗粒分级负荷；顶部进料的沉降分级器中，颗粒停留时间短、浓度低、返混程度很低，下降粗/重颗粒与上升细/轻颗粒之间的相互干扰/裹挟得到缓解，保证了基于混合粒径/密度颗粒终端速度差异获得粗/重颗粒组与细/轻颗粒组高精度、高效分级；旋风分离器与沉降分级器相互协同：混合粒径/密度固体颗粒经旋风分离器分离和初步分级后，仅一部分细/轻颗粒随粗/重颗粒进入沉降分级器，有助于削弱沉降分级器中下降粗/重颗粒与上升细/轻颗粒之间的相互干扰/裹挟，而沉降分级器中的上升二次风从底部进入旋风分离器后进一步强化了旋风分离器中细/轻颗粒的带出。
本发明的有益效果是：基于混合粒径/密度颗粒物料中粗/重颗粒与细/轻颗粒离心力和终端速度的差异，调节一次风和二次风气速可实现切割粒径灵活调变，且分级精度较高；操作简便，构造简单，可应用于常温/高温颗粒分级环境。
附图说明
图1是所述颗粒分级装置中气流携带混合粒径/密度固体颗粒分离/分级示意图。
图2是实施例中的分级效果。
图中：1尾风出气管；2旋风分离器；3一次风进气管；
4粗/重颗粒组收集器；5细/轻颗粒组捕集器；6沉降分级器；
7二次风进气管。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本专利中公开的一种颗粒分级装置及其方法，但本发明并不受下述实施例的限制。
实施例
实验所用颗粒分级装置包括旋风分离器2、沉降分级器6、粗/重颗粒组收集器4和细/轻颗粒组捕集器5；旋风分离器2筒体顶部通过锥体连接尾风出气管1的入口端，入口端不伸入旋风分离器2内部，尾风出气管1的出口端与细/轻颗粒组捕集器5相连，旋风分离器2筒体的下部设有一次风进气管3，旋风分离器2筒体底部为锥体结构，与沉降分级器6顶部相连；沉降分级器6高径比为20:1，沉降分级器6底部连接粗/重颗粒组收集器4，粗/重颗粒组收集器4上设有二次风进气管7。
质量比为1:1的20-40目和60-100目的海沙混合物，被流量为6.4m3/h的一次风(空气)携带由一次风进气管3进入所述颗粒分级装置，混合粒径固体颗粒进料速率为10kg/h。
在二次风气速2.45-2.85m/s范围内，分级效果显著，粗/重颗粒组收集器4中收集的物料粗细质量比达10-40:1，粗料回收率接近或超过90％。分级气速越大，粗/重颗粒组收集器4收集的物料中20-40目与60-100目颗粒质量比越大，粗颗粒纯度越高，但较高气速下部分粗颗粒被带出沉降分级器6，导致粗颗粒回收率有所降低。粗颗粒回收率的降低意味着更多的粗颗粒物料随细颗粒一起进入细/轻颗粒组捕集器5，将导致细颗粒纯度的下降，适宜的沉降分级操作区间应综合考虑粗/重颗粒组收集器4收集的物料中粗颗粒纯度及其回收率，2.6m/s左右是较为合理的沉降分级气速，该速度介于60目海砂终端速度ut，60＝2.0m/s与40目海砂终端速度ut，40＝3.2m/s中间，60-100目的细颗粒组随分级气流向上运动，20-40目的粗颗粒组向下运动，实现分级分配，过高或过低气速均不利于粗-细颗粒体系的充分分离/分级。

Claims (10)

1.一种颗粒分级装置，其特征在于，所述的颗粒分级装置包括旋风分离器(2)、沉降分级器(6)、粗/重颗粒组收集器(4)和细/轻颗粒组捕集器(5)；
所述的旋风分离器(2)筒体顶部中央连接尾风出气管(1)的入口端，入口端不伸入旋风分离器(2)内部，尾风出气管(1)的出口端与细/轻颗粒组捕集器(5)相连；所述的旋风分离器(2)筒体的中下部设有一次风进气管(3)；所述的旋风分离器(2)筒体底部为锥体结构，与沉降分级器(6)顶部相连；所述的沉降分级器(6)底部连接粗/重颗粒组收集器(4)，沉降分级器(6)下部或粗/重颗粒组收集器(4)上设有二次风进气管(7)。
2.根据权利要求1所述的颗粒分级装置，其特征在于，所述的沉降分级器(6)高径比为5-100:1。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒分级装置，其特征在于，所述的细/轻颗粒组捕集器(5)为旋风分离器、惯性分离器或重力分离器。
4.根据权利要求1或2所述的颗粒分级装置，其特征在于，所述的旋风分离器(2)筒体与尾风出气管(1)间设有锥体。
5.根据权利要求3所述的颗粒分级装置，其特征在于，所述的旋风分离器(2)筒体与尾风出气管(1)间设有锥体。
6.一种用权利要求1、2或5所述的颗粒分级装置进行颗粒分级方法，其特征在于，步骤如下：
一次风携带混合粒径/密度固体颗粒经一次风进气管(3)进入旋风分离器(2)后旋转向上运动，混合粒径/密度固体颗粒在离心力作用下逐渐移向旋风分离器(2)器壁，其中的粗/重颗粒和一部分细/轻颗粒在与旋风分离器(2)器壁碰撞摩擦后沉积，沉积的粗/重颗粒和细/轻颗粒在重力作用下进入沉降分级器(6)；粗/重颗粒和细/轻颗粒经二次风进气管(7)通入的上升二次风作用后，粗/重颗粒穿过沉降分级器(6)并进入粗/重颗粒组收集器(4)，细/轻颗粒由二次风夹带返回旋风分离器(2)；二次风并入旋风分离器(2)中上升的一次风气旋携带细/轻颗粒经旋风分离器(2)顶部尾风出气管(1)进入细/轻颗粒组捕集器(5)。
7.一种用权利要求3所述的颗粒分级装置进行颗粒分级方法，其特征在于，步骤如下：
一次风携带混合粒径/密度固体颗粒经一次风进气管(3)进入旋风分离器(2)后旋转向上运动，混合粒径/密度固体颗粒在离心力作用下逐渐移向旋风分离器(2)器壁，其中的粗/重颗粒和一部分细/轻颗粒在与旋风分离器(2)器壁碰撞摩擦后沉积，沉积的粗/重颗粒和细/轻颗粒在重力作用下进入沉降分级器(6)；粗/重颗粒和细/轻颗粒经二次风进气管(7)通入的上升二次风作用后，粗/重颗粒穿过沉降分级器(6)并进入粗/重颗粒组收集器(4)，细/轻颗粒由二次风夹带返回旋风分离器(2)；二次风并入旋风分离器(2)中上升的一次风气旋携带细/轻颗粒经旋风分离器(2)顶部尾风出气管(1)进入细/轻颗粒组捕集器(5)。
8.一种用权利要求4所述的颗粒分级装置进行颗粒分级方法，其特征在于，步骤如下：
一次风携带混合粒径/密度固体颗粒经一次风进气管(3)进入旋风分离器(2)后旋转向上运动，混合粒径/密度固体颗粒在离心力作用下逐渐移向旋风分离器(2)器壁，其中的粗/重颗粒和一部分细/轻颗粒在与旋风分离器(2)器壁碰撞摩擦后沉积，沉积的粗/重颗粒和细/轻颗粒在重力作用下进入沉降分级器(6)；粗/重颗粒和细/轻颗粒经二次风进气管(7)通入的上升二次风作用后，粗/重颗粒穿过沉降分级器(6)并进入粗/重颗粒组收集器(4)，细/轻颗粒由二次风夹带返回旋风分离器(2)；二次风并入旋风分离器(2)中上升的一次风气旋携带细/轻颗粒经旋风分离器(2)顶部尾风出气管(1)进入细/轻颗粒组捕集器(5)。
9.根据权利要求6所述的颗粒分级装置进行颗粒分级方法，其特征在于，所述的混合粒径/密度固体颗粒的粒径为0.01-2mm；在沉降分级器(2)中上升二次风气速为0.01-10m/s。
10.根据权利要求7或8所述的颗粒分级装置进行颗粒分级方法，其特征在于，所述的混合粒径/密度固体颗粒的粒径为0.01-2mm；在沉降分级器(2)中上升二次风气速为0.01-10m/s。
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