EA021469B1

EA021469B1 - Способ и смесительная установка для перемешивания сыпучих материалов с широким распределением частиц по размерам

Info

Publication number: EA021469B1
Application number: EA201101418A
Authority: EA
Inventors: Мортен Карлсен; Аре Дюрой; Видар Хъелле
Original assignee: Норск Хюдро Аса
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2015-06-30
Also published as: AU2010232000A1; WO2010114381A1; BRPI1013367A2; NO330583B1; NO20091342L; CA2756764A1; CA2756764C; CN102378646A; ZA201107145B; CN102378646B; BRPI1013367B1; EP2414093B1; NZ595371A; EP2414093A1; EA201101418A1; EP2414093A4; AU2010232000B2

Abstract

Способ и установка для перемешивания сыпучего материала, в частности для перемешивания по меньшей мере двух материалов (А, В), причем по меньшей мере один из данных материалов (А) имеет широкое распределение частиц по размеру. Материал (А) гомогенизируют в первом смесителе (5а, 5b) перед совместным перемешиванием с материалом (В) во втором смесителе (7). Материал (А) гомогенизируют в гравиметрическом смесителе (5а, 5b), включающем множество камер, и выгружают в соответствии с принципом массового истечения. Материалы (А) и (В) предпочтительно перемешивают в гравиметрическом смесителе (7), включающем несколько камер, и затем выгружают в соответствии с принципом массового истечения. Материалом (А), по существу, является материал дробленого электролита. Материал (В) представляет собой первичный и/или вторичный глинозем, который будучи перемешанным с материалом (А) будет использоваться в качестве повторно используемого материала засыпки анода (МЗА).

Description

Настоящее изобретение относится к способу и установке для перемешивания материалов, таких как сыпучие материалы, которые имеют широкое распределение частиц по размерам. В частности, изобретение относится к получению материала засыпки анода (МЗА) в алюминиевой промышленности. Такой материал используют в электролитических ячейках, содержащих предварительно обожженные аноды, в качестве материала засыпки на верхней и боковых сторонах анодных блоков в виде инкапсулирующего слоя над электролитической ванной.

МЗА представляет собой смесь из дробленого электролита и глинозема, первичного глинозема и/или вторичного глинозема в соотношении, зависящим от фактической технологии электролиза по месту. Такой материал может состоять из значительного количества переработанного материала, например материала электролита и/или материала корки отвердевшего электролита, вынимаемого из электролитических ячеек при замене анодов, или материала, удаленного с огарков в анодно-монтажном отделении.

В большинстве существующих установок для перемешивания дробленого электролита и глинозема для получения МЗА используют механические смесители, в основном обычные смесители периодического действия, или просто подают несколько потоков дозированных материалов на ленточные транспортеры при использовании шнековых транспортеров в соответствии с требуемым соотношением между компонентами смеси. Для теплового баланса в ячейке важно использовать МЗА с гомогенным распределением частиц.

Основой для разработки настоящего изобретения является то, что дробленый электролит из электролитических ячеек для производства алюминия представляет собой материал, который очень легко будет сегрегироваться вследствие широкого распределения частиц по размерам. Поэтому способы перемешивания должны быть выбраны таким образом, чтобы они противодействовали бы сегрегированию. Для достижения этого используется базовая теория гомогенизации. За счет этого будет уменьшаться разброс размеров частиц потока материала, что в противном случае должен был бы корректировать оператор смесительных аппарата или установки. Установка, как это предполагается, будет гомогенизировать поступающий поток материала и в любой момент выдавать материал, который обладает повышенной степенью гомогенизации (равномерное/постоянное распределение частиц по размерам (РЧР)).

Надлежащим образом сконструированный аппарат для перемешивания материалов, такой как бункер, может обеспечить получение настолько же хороших, а в некоторых случаях лучших смесей в сопоставлении с теми, которые могут быть получены при использовании обычных механических смесителей. Причина этого заключается в том, что бункер в единицу времени может перемешивать или гомогенизировать намного большее количество материала, чем то, которое возможно перемешивать или гомогенизировать при использовании обычного смесителя.

На основании теорий Апбгете .Тешке: Огауйу Р1оте οί Ви1к δοϊίάδ, Ви11ейи 108, И1ак ишуегвйу (1961) известно, как разработать режим течения, определяемый как массовое истечение и воронкообразное истечение.

Бункер обычно состоит из параллельной секции и сужающейся секции (загрузочная воронка). В результате разделения параллельной секции бункера на несколько камер внутренними стенками и заполнения их после этого одна за другой и одновременного их опорожнения (в соответствии с принципами массового истечения) будет иметь место перемешивание/гомогенизация. Обычно такой бункер называют гравиметрическим смесителем.

Самый легкий способ разъяснения данного принципа заключается в демонстрации примера, как он работает. Представьте, что из потока в бункер отбирают 300 образцов через равные промежутки времени. Средняя величина в данном случае: средняя арифметическая величина (среднее значение); после этого рассчитывают среднеквадратическое отклонение (δ_ίοί), которое показывает разброс поступающего материала с течением времени (см. табл. 1). В случае заполнения образцами из табл. 1 обычного бункера массового истечения (без внутренних камер) и дальнейшей выгрузки разброс (среднеквадратическое отклонение), характеризующийся параметром δ_ίοί, в табл. 2 будет такой же.

Таблица 1

Пример вводимых образцов

№ образца	Обычный бункер
1	7,25
2	7,63
3	14,71
4	12,95
5	7,78
6	7,63
7	15,54
8	8,58

- 1 021469

9	10,61
10	15,61
291	6,21
292	15,17
293	11,65
294	9,12
295	5,15
296	9,09
297	15,21
298	7,10
299	8,90
300	10,70
Среднее значение	1037
	3,23

Таблица 2

Пример вычислений показателей гомогенизации

№ образца	Обычный бункер
I	7,25
2	7,63
3	14,71
4	12,95
5	7,78
6	7,63
7	15,54
8	8,58
9	10,61
10	15,61

291	6,21
292	15,17
293	11,65
294	9,12
295	5,15
296	9,09
297	15,21
298	7,10
299	8,90
300	10,70
Среднее значение	1037
	3,23

Для демонстрации эффекта гравиметрического перемешивания в бункере вышеупомянутый бункер можно теоретически разделить, например, на 10 камер. Данные камеры заполняют одну за другой тем же самым материалом, что и в табл. 1, и каждая новая камера начинает заполняться следующими 30 образцами.

При удалении материала из выпускного отверстия бункера все камеры будут опорожняться параллельно или одновременно как следствие действия принципа массового истечения в отличие от воронкообразного истечения в предшествующем примере. Образцы в различных камерах будут перемешиваться друг с другом. В случае отбора во время выгрузки 30 образцов первый образец в идеальном случае будет представлять собой среднее значение для образца 1, 31, 61, ... и 271 из табл. 1, а второй будет представлять собой среднее значение для 2, 32, 62, ..., 272 и так далее, как показано в табл. 2. Среднеквадратическое отклонение после выгрузки приведено в табл. 3.

- 2 021469

Таблица 3

Пример вычислений показателей гомогенизации при использовании нескольких камер в бункере

Камера 01	Камера 02	Камера 03	Камера 04	Камера 05	Камера 06	Камера 07	Камера 08	Камера 09	Камера 10	Среднее значение
7,25	5,12	12,60	7,70	13,77	12,25	5,74	14,91	11,30	8,48	9,91
7,63	5,05	6,39	7,66	15,30	6,92	5,08	7,26	12,54	5,98	7,98
14,71	5,11	10,48	9,84	5,87	6,31	8,64	10,40	15,61	15,48	10,25
12,95	10,25	15,90	13,87	9,72	12,42	11,58	15,38	12,87	13,03	12,80
7,78	11,26	5,96	7,19	15,36	10,65	9,46	11,78	9,77	7,29	9,65
7,63	11,87	5,50	11,43	5,80	8,08	6,98	15,11	6,16	9,35	8,79
15,54	5,87	12,31	8,74	9,47	11,99	15,07	11,55	12,46	12,67	11,57
8,58	8,73	6,65	11,78	6,17	13,95	8,62	12,04	11,62	14,22	10,24
10,61	13,37	8,34	14,04	11,79	8,99	11,72	15,71	7,00	5,52	10,71
15,61	10,37	14,58	15,17	5,32	9,58	9,10	9,97	13,79	6,66	11,02
11,11	8,40	9,57	12,11	10,00	6,06	10,31	12,12	7,71	15,17	10,26
14,96	12,49	13,94	15,23	11,84	14,09	10,44	10,30	5,23	15,08	12,36
11,16	10,81	9,46	9,01	12,25	13,45	15,05	13,48	11,82	6,48	11,30
7,26	9,46	7,07	12,49	9,83	6,73	12,19	14,87	6,23	6,86	9,30
13,07	8,65	6,72	8,59	10,47	12,25	7,37	10,02	5,49	11,21	9,38
10,38	9,26	15,76	10,15	13,47	6,61	12,43	10,70	6,47	11,41	10,66
8,32	5,29	6,71	12,25	14,16	7,81	7,69	15,22	8,45	8,22	9,41
12,37	5,20	10,43	13,74	7,76	14,78	14,61	13,09	12,15	8,80	11,29
5,41	7,41	9,18	13,67	14,16	14,35	14,58	10,06	15,08	5,48	10,94
5,51	6,30	7,30	9,36	5,45	5,50	12,23	8,04	8,76	15,27	8,37
9,31	12,45	7,34	14,63	8,37	10,48	11,32	7,61	15,28	6,21	10,30
11,95	9,16	7,12	7,05	5,15	15,61	9,00	13,18	8,07	15,17	10,15
7,15	11,85	12,95	13,25	5,65	12,54	6,11	15,73	15,80	11,65	11,27
14,68	6,22	11,87	13,08	10,40	15,81	10,39	8,26	11,78	9,12	11,16
15,50	12,30	6,54	12,68	8,00	5,90	15,19	8,93	5,62	5,15	9,58
6,80	7,19	5,21	10,86	15,73	5,80	7,54	6,01	12,51	9,09	8,67
14,60	15,37	7,69	13,69	6,76	15,53	14,57	9,82	12,49	15,21	12,57
6,23	11,15	8,00	7,34	6,65	14,93	13,78	7,15	14,97	7,10	9,73
13,18	12,91	14,46	7,82	10,43	9,69	13,54	10,83	9,18	8,90	11,09
12,34	9,24	9,83	10,82	5,87	8,35	15,13	9,71	12,48	10,70	10,45

Среднее 10,37 значение

8ΐοΐί__1,18

Первые 30 образцов указаны в первой колонке в таблице, следующие 30 образцов - во второй колонке и так далее. Отбор 30 образцов во время выгрузки приведет к получению образцов, указанных в последней колонке, называемой среднее значение, которые представляют собой средние значения соответствующих чисел соответствующих образцов, распределенных в 10 камерах.

Как ясно видно из табл. 1 и 3, среднеквадратическое отклонение δ_ίοί для образцов, отобранных при заполнении, является значительно больше, чем среднеквадратическое отклонение δ_ίοί2 для образцов, отобранных во время выгрузки. В данном случае среднеквадратическое отклонение уменьшается на 68% при переходе от заполнения к выгрузке из гомогенизирующего бункера. Теоретически, при использовании гомогенизирующего бункера, состоящего из N камер, среднеквадратическое отклонение в среднем будет уменьшаться при переходе от заполнения к опорожнению на коэффициент, равный квадратному корню из N (^Ν).

Это означает то, что гомогенизирующий эффект улучшается при увеличении количества камер, но по мере увеличения количества камер эффект от дополнительной камеры асимптотически уменьшается.

Для обеспечения работы такого камерного бункера существенной является надлежащая конструкция камер, в то же самое время надлежащим образом должен быть сконструирован также и сам бункер.

Приведенный выше пример проиллюстрирован на фиг. 1. Как показано на фигуре, образцы, отобранные из обычного бункера, в значительной мере варьируются по всему ряду образцов. В случае использования гомогенизирующего бункера, включающего 10 камер, разброс выгружаемого материала значительно уменьшается, как показывает кривая, характеризующая 10-камерный бункер.

Настоящее изобретение базируется на теории и сведениях, приведенных выше в отношении гравиметрического перемешивания материала, который сегрегируется во время транспортирования и манипулирования. Задачей изобретения является возможность повторно использовать материалы анодной засыпки и манипулировать с ними и дополнительно перемешивать материал с вторичным и/или первичным глиноземом или другим материалом эффективным и малоэнергоемким образом.

В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения оно относится к способу и

- 3 021469 установке для перемешивания сыпучего материала, в частности для перемешивания по меньшей мере двух материалов (А, В), где по меньшей мере один из данных материалов (А) имеет широкое распределение частиц по размеру. Материал (А) гомогенизируют в первом смесителе (5а, 5Ь) перед совместным перемешиванием с материалом (В) во втором смесителе (7). Материал (А) гомогенизируют в гравиметрическом смесителе (5а, 5Ь), имеющим множество камер, и выгружают в соответствии с действием принципа массового истечения. Материалы (А) и (В) предпочтительно перемешивают в гравиметрическом смесителе (7), включающем несколько камер, и в дальнейшем выгружают в соответствии с принципом массового истечения. Материалом (А), по существу, является материал дробленого электролита. Материал (В) представляет собой первичный и/или вторичный глинозем, который будучи перемешанным с (А) будет использоваться в качестве повторно используемого материала засыпки анода (МЗА).

Поставленная задача решается и дополнительные преимущества достигаются в настоящем изобретении, характеризующимся совокупностью признаков пп.1-16 прилагаемой формулы изобретения.

Далее будут описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показаны кривые разброса размеров частиц образцов для обычного бункера и гомогенизирующего бункера, имеющего 10 камер;

на фиг. 2 - разрез по линии Ι-Ι смесителя, разделенного на камеры, вид в перспективе;

на фиг. 3а - центральная заполняющая труба смесителя, показанного на фиг. 2, вид в перспективе;

на фиг. 3Ь - цилиндрическая часть смесителя, разделенного на 16 камер, частичный вид в перспективе;

на фиг. 4 - смеситель, показанный на фиг. 2, вид спереди в поперечном сечении; на фиг. 5 - смесительный аппарат или установка согласно настоящему изобретению.

Настоящее изобретение базируется на принципах массового истечения из многокамерных бункеров, обладающих функцией перемешивания, которые здесь и далее в настоящем документе называются смесителями. На фиг. 2 и 4 показаны три основные детали смесителя. Прежде всего, в смесителе имеется центральная заполняющая труба 1, расположенная в одной цилиндрической части 9 смесителя. Заполняющая труба имеет одно впускное отверстие 1'. В нижней сходящейся части смесителя загрузочная воронка 2 имеет скомпонованные внутри два статических активатора течения 2, 2'. Выпускное отверстие обозначено номером позиции 3.

Центральная заполняющая труба 1 более детально показана на фиг. 3а. Как показано на чертеже, в трубе имеется несколько отверстий или прорезей, обозначенных позициями 8, 8', ... и имеющих различные протяженности по вертикали, за счет чего материал последовательно распределяется в соответствующие камеры 4, 4' ..., как это показано на фиг. 3Ь. Во время заполнения материалами центральной заполняющей трубы прорези в трубе будут последовательно распределять материалы в каждую камеру за счет конструкции прорезей.

Цилиндрическая часть смесителя 9 более подробно показана на фиг. 3Ь, где верхняя часть заполняющей трубы 1 показана совместно с камерами 4, 4'. Прорези 8, 8' в заполняющей трубе сообщаются с камерами 4, 4'. Линия Ι-Ι, проходящая вдоль внутренних разделяющих стенок 20, 28, показывает положение секущей плоскости сечения, показанного на фиг. 2 и 4.

Как показано на фиг. 4, т.е. на виде спереди смесителя в поперечном сечении, заполняющая труба 1 расположена в цилиндрической части смесителя и имеет отверстия или прорези 8, 8', обеспечивающие распределение материала, заполняющего заполняющую трубу 1, по различным камерам смесителя.

Статические активаторы течения 2, 2' сконструированы таким образом, что во время удаления материалов из бункера они обеспечивают удаление материалов из камер в соответствии с принципом массового истечения, в связи с чем материалы будут выгружаться одновременно, что таким образом приводит к перемешиванию/гомогенизации сыпучего твердого вещества, заполняющего смеситель.

Вышеупомянутую теорию и смеситель, разработанный в соответствии с этой теорией, используют в смесительной установке М, показанной на фиг. 5. Смесительная установка согласно приведенному примеру, включает в себя два основных смесителя 5а, 5Ь, в которые подается наиболее сегрегирующееся сыпучее твердое вещество из вертикального транспортера 9 через впускные транспортирующие устройства 9а, 9Ь. В данном примере наиболее сегрегирующееся сыпучее твердое вещество представляет собой дробленый электролит. Смесители относятся к тому же самому типу, что и описанный в предшествующем примере (фиг. 2-4).

Смесители работают таким образом, что при заполнении смесителя 5а смеситель 5Ь находится в режиме выгрузки. Такой режим работы является предпочтительным для обеспечения принципа работы многокамерного смесителя. Это обуславливается тем, что согласно наблюдениям заполнение смесителя в ходе режима его выгрузки будет нарушать оптимальное функционирование бункера в отношении гомогенизации.

Затем материалы из смесителя 5а или 5Ь через выгружающие транспортирующие устройства 10а, 10Ь заполняют систему транспортирования 12, 12а, 12Ь, 12с совместно с менее сегрегирующимся порошком, таким как первичный и/или вторичный глинозем, транспортируемый из бункера 6 через транспортирующее устройство 6а, при надлежащем соотношении между ними. Система транспортирования включает горизонтальный транспортер 12, вертикальный транспортер 12а, одно впускное транспорти- 4 021469 рующее устройство 12Ь и один резервуар загрузочной воронки 12с. Выпускное отверстие 13 резервуара загрузочной воронки транспортирует материал в гравиметрический смеситель 7. Смеситель 7 работает по принципам описывавшегося выше многокамерного бункера, и выгрузка из него происходит в соответствии с действием принципа массового истечения. При функционировании смеситель 7 полностью заполняется. Из него производят полную выгрузку для дальнейшего транспортирования в процесс.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ перемешивания сыпучего материала, в частности перемешивания по меньшей мере двух материалов (А, В), причем по меньшей мере один (А) из этих материалов имеет широкое распределение частиц по размеру и указанный материал (А) гомогенизируют в первом гравиметрическом смесителе (5а, 5Ь), имеющем множество камер (4, 4'), отличающийся тем, что материал (А) перед выгрузкой во второй смеситель (7) для совместного перемешивания с материалом (В) во втором смесителе (7) подают в центральную заполняющую трубу (1) смесителя (5а, 5Ь) и затем последовательно распределяют в каждую из камер (4, 4') посредством имеющихся у заполняющей трубы отверстий или прорезей (8, 8') с различными протяженностями по вертикали в соответствующие камеры (4, 4').
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал (А) выгружают в соответствии с принципом массового истечения.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалы (А) и (В) перемешивают в гравиметрическом смесителе (7).
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что материалы перемешивают в смесителе (7), имеющем несколько камер, и затем выгружают в соответствии с принципом массового истечения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалом (А), по существу, является материал дробленого электролита.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал (А) перемешивают с материалом (В), который представляет собой первичный и/или вторичный глинозем, для получения материала засыпки анода (МЗА).
7. Смесительная установка (М) для сыпучих материалов, в частности для перемешивания по меньшей мере двух материалов (А, В), причем по меньшей мере один (А) из этих материалов имеет широкое распределение частиц по размеру, содержащая первый смеситель (5а, 5Ь) для гомогенизации материала (А), являющийся гравиметрическим смесителем в виде бункера с верхней частью, имеющей множество камер для последовательной подачи в них материала (А), отличающаяся тем, что смеситель (5а, 5Ь) содержит центральную заполняющую трубу (1), имеющую несколько отверстий или прорезей (8, 8') с различными протяженностями по вертикали в указанные камеры (4, 4'), для подачи материала (А) в центральную заполняющую трубу (1) и далее последовательно в каждую камеру через указанные отверстия или прорези (8, 8') перед выгрузкой и подачей во второй смеситель (7) для перемешивания материала (А) с материалом (В).
8. Смесительная установка по п.7, отличающаяся тем, что смеситель (5а, 5Ь) содержит сходящуюся нижнюю часть, имеющую выпускное отверстие и дополнительно снабженную внутри статическими активаторами течения.
9. Смесительная установка по п.7, отличающаяся тем, что второй смеситель является гравиметрическим смесителем в виде бункера с верхней частью, имеющей множество камер для последовательной подачи в них материала.
10. Смесительная установка по п.9, отличающаяся тем, что второй смеситель содержит сходящуюся нижнюю часть, имеющую выпускное отверстие и дополнительно снабженную внутри статическими активаторами течения.
11. Смесительная установка по п.7, отличающаяся тем, что она включает в себя третий смеситель (6) для гомогенизации материала (В) перед перемешиванием с материалом (А).
12. Смесительная станция по пп.7-11, отличающаяся тем, что смесители являются смесителями с массовым истечением.
13. Смесительная установка по пп.7-12, отличающаяся тем, что материал (А), по существу, является материалом дробленого электролита.
14. Смесительная установка по пп.7-13, отличающаяся тем, что материал (В) является первичным и/или вторичным глиноземом.
15. Смесительная установка по п.14, отличающаяся тем, что перемешанный материал является материалом засыпки анода (МЗА).