RU2286855C1 - Method of air separation of dispersed material - Google Patents

Abstract

FIELD: separating solids from solids.

SUBSTANCE: method comprises directing the air-dispersed flow into the rotating conical housing when it is swirled in the converging space and directing the flow into the ring diffuser space. The fractions of the dispersed material are discharged through the ring slots arranged along the height of the housing. The converging space is made of the vertical branch pipe with deflector mounted coaxially to the diverging vertical branch pipe in its wide section. The diffuser space is made of a space between concentric inner and outer trancated conical surfaces converging toward the wide section of the diverging vertical branch pipe.

EFFECT: enhanced quality of separation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к разделению дисперсных материалов с твердыми фракциями от 800 мкм и менее и может быть использовано в агропромышленном комплексе зерноперерабатывающей промышленности.The invention relates to the separation of dispersed materials with solid fractions of 800 microns or less and can be used in the agro-industrial complex of the grain processing industry.

Известен способ сепарации твердой фазы от дисперсного материала, по которому разделяемый дисперсный материал подают в зону сепарации и закручивают с помощью ротора (см. авторское свидетельство СССР №425635, кл. В 01 В 45/14).A known method of separating the solid phase from the dispersed material, in which the separated dispersed material is fed into the separation zone and twisted using a rotor (see USSR author's certificate No. 425635, class 01 B 45/14).

Однако известный способ не обеспечивает высокую степень сепарации дисперсного материала вследствие отсутствия устранения вторичного уноса и рециркуляции части материала, содержащего фракции, не выведенные из процесса за однократный цикл. При этом отсутствие рециркуляции оказывает отрицательное влияние на устойчивость процесса сепарации.However, the known method does not provide a high degree of separation of the dispersed material due to the lack of elimination of secondary entrainment and recycling of a portion of the material containing fractions not removed from the process in a single cycle. Moreover, the lack of recirculation has a negative effect on the stability of the separation process.

Известен также способ сепарации дисперсной фазы от потока газа, заключающийся в том, что аэродисперсный поток направляют внутрь корпуса, после чего вводят внутрь вращающегося полого рабочего элемента в зону активной сепарации путем закрутки в завихрителе. Затем производят вывод фракций очищенной части дисперсного материала и рециркуляцию с последующей сепарацией его остальной части. В качестве рабочего элемента используют цилиндрическую обечайку, установленную соосно с завихрителем и корпусом (см. авторское свидетельство СССР №980849, М.кл. 3 В 04 С 1/100).There is also a method of separating the dispersed phase from the gas stream, which consists in the fact that the aerodispersed stream is directed inside the housing, after which it is introduced inside the rotating hollow working element into the active separation zone by swirling in a swirl. Then, the fractions of the purified part of the dispersed material are withdrawn and recycled, followed by separation of the rest of it. As a working element, a cylindrical shell is used, mounted coaxially with the swirl and the casing (see USSR author's certificate No. 980849, M.cl. 3 B 04 C 1/100).

Описанный способ не позволяет достичь высокой эффективности разделения из-за того, что после пропускания аэродисперсного потока через завихритель в центральной части зоны активной сепарации происходит турбуляция потока, которой сопутствует большое профильное сопротивление, обусловливающее дополнительные затраты на реализацию процесса.The described method does not allow to achieve high separation efficiency due to the fact that after passing the aerodispersed flow through the swirl in the central part of the active separation zone, flow turbulence occurs, which is accompanied by a large profile resistance, which leads to additional costs for the implementation of the process.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ пневмосепарации дисперсного материала, заключающийся в том, что аэродисперсный поток вводят через входной патрубок внутрь вращающегося конического корпуса при закрутке в его кольцевом конфузорном пространстве вращающимся рабочим элементом с конической поверхностью и направляют в его кольцевое диффузорное пространство. В качестве конфузорного пространства корпуса используют кольцевую полость, образованную первым участком конической поверхности рабочего элемента и коническим участком корпуса, коаксиально охватывающим рабочий элемент. В качестве диффузорного пространства корпуса используют кольцевые полости, образованные вторым участком конической поверхности рабочего элемента, плавно соединенным с первым участком конической поверхности рабочего элемента по наибольшему диаметру, и коническими участками корпуса, коаксиально охватывающими рабочий элемент. При этом корпус и рабочий элемент вращают в одном направлении. Вывод фракций дисперсного материала производят через кольцевые щели между ярусами конических участков корпуса по его высоте (см. патент РФ №2193459, МПК⁷ В 07 В 7/08).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of pneumatic separation of dispersed material, which consists in the fact that the aerodispersed stream is introduced through the inlet into the rotating conical body when twisted in its annular confuser space by a rotating working element with a conical surface and guided into its annular diffuser space. An annular cavity formed by the first section of the conical surface of the working element and the conical section of the body coaxially covering the working element is used as the confuser space of the housing. As the diffuser space of the casing, annular cavities are used, formed by the second section of the conical surface of the working element, smoothly connected to the first section of the conical surface of the working element by the largest diameter, and by the conical sections of the body coaxially covering the working element. In this case, the housing and the working element rotate in the same direction. The withdrawal of fractions of the dispersed material is carried out through the annular slots between the tiers of the conical sections of the housing along its height (see RF patent No. 2193459, IPC ⁷ 07 07 7/08).

Вышеописанный способ не обеспечивает высокую степень сепарации вследствие того, что при движении аэродисперсного потока внутри корпуса от его конической поверхности к конической поверхности рабочего элемента происходит нарастание сопротивления движению фракциям дисперсного материала, под действием центробежной силы и сил сцепления фракций дисперсного материала с конической поверхностью корпуса и между собой фракции дисперсного материала образуют слой на этой поверхности, и скорость вблизи конической поверхности корпуса в его конфузорном и диффузорном пространствах стремится к нулю, а осуществлять контроль процесса сепарации, используя в качестве силового фактора только центробежные силы, достаточно сложно, что приводит к нарушению вывода фракций дисперсного материала через кольцевые щели. Кроме этого, при выводе фракций дисперсного материала не производится очистка воздушного потока.The above method does not provide a high degree of separation due to the fact that when the aerodispersed flow moves inside the housing from its conical surface to the conical surface of the working element, resistance to movement of the dispersed material fractions increases under the action of centrifugal and adhesion forces of the dispersed material fractions with the conical surface of the housing and between fractions of the dispersed material form a layer on this surface, and the speed near the conical surface of the housing in its con in the fusor and diffuser spaces tends to zero, and it is rather difficult to control the separation process using only centrifugal forces as a force factor, which leads to disruption in the output of fractions of dispersed material through annular slots. In addition, when removing fractions of the dispersed material, the air stream is not cleaned.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения степени сепарации дисперсного материала с одновременным обеспечением очистки воздушного потока.The present invention solves the problem of increasing the degree of separation of the dispersed material while ensuring the purification of the air flow.

Для достижения указанного технического результата в способе пневмосепарации дисперсного материала, заключающемся в том, что аэродисперсный поток вводят внутрь вращающегося конического корпуса при закрутке в его конфузорном пространстве и направляют в его кольцевое диффузорное пространство, причем фракции дисперсного материала выводят через кольцевые щели по высоте корпуса, используют в качестве конфузорного пространства корпуса полость расширяющегося вертикального патрубка с рассекателем, установленным соосно с расширяющимся вертикальным патрубком в его широкой части, используют в качестве диффузорного пространства корпуса полость, образованную между соосными с расширяющимся вертикальным патрубком, концентричными внутренней и внешней усеченными коническими поверхностями, сужающимися в направлении широкой части расширяющегося вертикального патрубка. Вводимому аэродисперсному потоку придают нисходящее движение к диффузорному пространству, закручивая поток вращающимся завихрителем и сообщая ему виброколебания. В конфузорном пространстве меняют направление движения аэродисперсного тока на восходящее, выводя крупные фракции дисперсного материала из корпуса через кольцевые щели внизу расширяющегося вертикального патрубка и далее восходящим движением вдоль наружной стенки внутренней усеченной конической поверхности, выводя мелкие фракции дисперсного материала из корпуса вдоль внутренней стенки внешней усеченной конической поверхности и через кольцевые щели вверху усеченных конических поверхностей и выводя очищенный воздух вверху корпуса.To achieve the technical result in the method of pneumatic separation of dispersed material, namely, that the aerodispersed stream is introduced into the rotating conical body when twisted in its confuser space and sent to its annular diffuser space, and the fractions of the dispersed material are discharged through the annular slots along the height of the body, use as the confuser space of the body, the cavity of the expanding vertical pipe with a divider mounted coaxially with the expanding with a vertical pipe in its wide part, a cavity formed between the coaxial with the expanding vertical pipe and the concentric inner and outer truncated conical surfaces tapering in the direction of the wide part of the expanding vertical pipe is used as a diffuser body space. Introduced aerodispersed flow is given a downward movement to the diffuser space, spinning the flow with a rotating swirl and giving it vibrations. In the confusor space, the direction of movement of the aerodispersed current changes upward, removing large fractions of the dispersed material from the housing through the annular slots at the bottom of the expanding vertical pipe and then in an upward movement along the outer wall of the inner truncated conical surface, removing small fractions of the dispersed material from the housing along the inner wall of the outer truncated conical surfaces and through annular slots at the top of truncated conical surfaces and removing purified air at the top of the housing .

Повышение степени сепарации дисперсного материала обусловлено использованием виброколебаний для интенсификации процесса движения отжатых центробежной силой к наружной и внутренней стенкам соответственно внутренней и наружной усеченных конических поверхностей фракций дисперсного материала; такое движение, а именно виброперемещение фракций дисперсного материала, способствует уменьшению сил сцепления фракций с вышеназванными стенками и между собой, а также снижению трения слоев отжатых фракций дисперсного материала и стенок в вязком подслое. При этом движение отжатых к внутренней стенке внешней усеченной конической поверхности мелких фракций дисперсного материала за счет противодействия силы тяжести протекает с меньшей скоростью, чем движение отжатых к внутренней стенке расширяющегося вертикального патрубка крупных фракций дисперсного материала, что также способствует повышению степени сепарации.An increase in the degree of separation of the dispersed material is due to the use of vibrations to intensify the process of movement of the pressed fractions of the dispersed material by centrifugal force to the outer and inner walls of the inner and outer truncated conical surfaces; such a movement, namely the vibrational displacement of the fractions of the dispersed material, helps to reduce the adhesion forces of the fractions with the above walls and between each other, as well as reduce the friction of the layers of the pressed fractions of the dispersed material and the walls in the viscous sublayer. In this case, the movement of small fractions of dispersed material pressed to the inner wall of the outer truncated conical surface due to the counteraction of gravity proceeds at a lower speed than the movement of large fractions of dispersed material pressed to the inner wall of the expanding vertical pipe, which also increases the degree of separation.

Очистка воздушного потока обусловлена выводом воздуха, полностью освобожденного от фракций дисперсного материала, через диффузорное пространство вверху корпуса.Cleaning the air flow is due to the withdrawal of air, completely freed from fractions of the dispersed material, through the diffuser space at the top of the housing.

На приведенном чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа пневмосепарации зернового материала.The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method of pneumatic separation of grain material.

На чертеже дополнительно обозначены:In the drawing, additionally indicated:

- сплошная линия с одной стрелкой, изображающая направление движения аэродисперсного потока перед началом процесса сепарации;- a solid line with one arrow, depicting the direction of movement of the aerodisperse flow before the separation process;

- сплошная линия с двумя стрелками, изображающая направления виброколебаний;- a solid line with two arrows, depicting the direction of vibration;

- волнистые линии со стрелками, изображающие направление движения очищенного потока воздуха в конце процесса пневмосепарации;- wavy lines with arrows depicting the direction of movement of the cleaned air stream at the end of the pneumatic separation process;

- пунктирные линии с точками, снабженные стрелками, изображающие направление движения крупных фракций дисперсного материала;- dashed lines with dots, equipped with arrows, depicting the direction of movement of large fractions of dispersed material;

- пунктирные линии с двумя точками, снабженные стрелками, изображающие направление движения мелких фракций дисперсного материала.- dashed lines with two points, equipped with arrows, depicting the direction of motion of the fine fractions of the dispersed material.

Способ пневмосепарации дисперсного материала осуществляется следующим образом.The method of pneumatic separation of dispersed material is as follows.

Аэродисперсный поток через входной патрубок 1 вводят внутрь вращающегося корпуса 2. Вводимому аэродисперсному потоку придают нисходящее движение к конфузорному и диффузорному пространствам, закручивая аэродисперсный поток в конфузорном пространстве вращающимся завихрителем 3.The aerodispersed flow through the inlet pipe 1 is introduced into the rotating housing 2. The downward movement of the aerodispersed flow is imparted to the confuser and diffuser spaces, twisting the aerodispersed flow in the confuser space by a rotating swirl 3.

В качестве конфузорного пространства корпуса 2 используют полость расширяющегося вертикального патрубка 4 с рассекателем 5, установленным соосно с расширяющимся вертикальным патрубком 4 в его широкой части.As the confuser space of the housing 2 use the cavity of the expanding vertical pipe 4 with a divider 5, mounted coaxially with the expanding vertical pipe 4 in its wide part.

В качестве кольцевого диффузорного пространства корпуса 2 используют полость, образованную между соосными с расширяющимся вертикальным патрубком 4, концентричными, внутренней 6 и внешней 7 усеченными коническими поверхностями, сужающимися в направлении широкой части расширяющегося вертикального патрубка 4.As the annular diffuser space of the casing 2, a cavity is used formed between coaxial with expanding vertical pipe 4, concentric, internal 6 and external 7 truncated conical surfaces, tapering in the direction of the wide part of the expanding vertical pipe 4.

При движении аэродисперсного потока в конфузорном пространстве под действием совокупности силы тяжести фракций дисперсного материала, виброколебаний, центробежной и аэродинамической сил, основной из которых является центробежная в ламинарном движении потока, происходит отжатие к внутренней стенке расширяющегося вертикального патрубка 4 крупных фракций дисперсного материала, и осуществляют выведение из корпуса 2 наружу крупных фракций дисперсного материала через кольцевые щели 8 внизу расширяющегося вертикального патрубка 4 и далее восходящим движением вдоль наружной стенки внутренней 6 усеченной конической поверхности и прижимая их к этой стенке, под действием виброколебаний и аэродинамической силы. Установка рассекателя 5 в широкой части расширяющегося вертикального патрубка 4 способствует уменьшению вихреобразования в этом патрубке и снижению сопротивления при переходе аэродисперсного потока из конфузорного пространства в кольцевое диффузорное пространство.When the aerodispersed flow moves in the confuser space under the action of the aggregate of the gravity fractions of the dispersed material fractions, vibrations, centrifugal and aerodynamic forces, the main of which is centrifugal in the laminar flow movement, 4 large fractions of the dispersed material are pressed to the expanding vertical pipe’s inner wall, and the excretion is carried out from the housing 2 to the outside of large fractions of the dispersed material through the annular slots 8 at the bottom of the expanding vertical pipe 4 and further upward movement along the outer wall of the inner 6 truncated conical surface and pressing them to this wall, under the influence of vibrations and aerodynamic forces. The installation of the divider 5 in the wide part of the expanding vertical nozzle 4 helps to reduce vortex formation in this nozzle and to reduce the resistance when the aerodispersed flow passes from the confuser space to the annular diffuser space.

В конфузорном пространстве в области широкой части расширяющегося вертикального патрубка меняют направление движения аэродисперсного потока, освобожденного от крупных фракций дисперсного материала, на восходящее. При восходящем движении аэродисперсного потока в диффузорном пространстве под действием центробежной силы происходит отжатие мелких фракций дисперсного материала к внутренней стенке внешней 7 усеченной конической поверхности, движение мелких фракций дисперсного материала под действием виброколебаний и аэродинамической силы, и осуществляется выведение из корпуса 2 наружу вдоль внутренней стенки внешней 7 усеченной конической поверхности и через кольцевые щели 9 вверху усеченных конических поверхностей мелких фракций дисперсного материала. Выведение воздуха, полностью очищенного от фракций дисперсного материала, производят через диффузорное пространство вверху корпуса 2.In the confusional space in the region of the wide part of the expanding vertical nozzle, the direction of movement of the aerodisperse flow, freed from large fractions of the dispersed material, changes to the ascending one. With the upward movement of the aerodispersed flow in the diffuser space under the action of centrifugal force, small fractions of the dispersed material are pressed to the inner wall of the outer 7 truncated conical surface, the movement of small fractions of the dispersed material under the influence of vibrations and aerodynamic force, and outward from the body 2 along the inner wall of the outer 7 of the truncated conical surface and through the annular slots 9 at the top of the truncated conical surfaces of the fine fractions of the dispersed terial. The removal of air completely purified from fractions of the dispersed material is carried out through the diffuser space at the top of the housing 2.

При этом отжатым к внутренней стенке внешней 7 усеченной конической поверхности мелким фракциям дисперсного материала сообщают скорость движения меньшую, чем скорость движения отжатых к внутренней стенке расширяющегося вертикального патрубка 4 крупных фракций дисперсного материала, что обусловлено противодействием силы тяжести фракций дисперсного материала.In this case, the fine fractions of the dispersed material pressed to the inner wall of the outer 7 truncated conical surface are reported to have a lower speed than the movement of the large fractions of the dispersed material pressed to the inner wall of the expanding vertical pipe 4, due to the counteraction of the gravity of the fractions of the dispersed material.

Использование предлагаемого способа пневмосепарации с использованием вибрации дисперсного материала позволяет, как показали исследования, по сравнению с существующим аналогичными способами повысить эффективность сепарирования на 10-15% при полной очистке воздушного потока.Using the proposed method of pneumatic separation using vibration of a dispersed material allows, as studies have shown, compared with existing similar methods to increase the efficiency of separation by 10-15% with complete purification of the air stream.

Claims (1)

Способ пневмосепарации дисперсного материала, заключающийся в том, что аэродисперсный поток вводят внутрь вращающегося конического корпуса при закрутке в его конфузорном пространстве и направляют в его кольцевое диффузорное пространство, причем фракции дисперсного материала выводят через кольцевые щели по высоте корпуса, отличающийся тем, что используют в качестве конфузорного пространства корпуса полость расширяющегося вертикального патрубка с рассекателем, установленным соосно с расширяющимся вертикальным патрубком в его широкой части, используют в качестве диффузорного пространства корпуса полость, образованную между соосными с расширяющимся вертикальным патрубком концентричными внутренней и внешней усеченными коническими поверхностями, сужающимися в направлении широкой части расширяющегося вертикального патрубка, вводимому аэродисперсному потоку придают нисходящее движение к диффузорному пространству, закручивая поток вращающимся завихрителем и сообщая ему виброколебания, а в конфузорном пространстве меняют направление движения аэродисперсного потока на восходящее, выводя крупные фракции дисперсного материала из корпуса через кольцевые щели внизу расширяющегося вертикального патрубка и далее восходящим движением вдоль наружной стенки внутренней усеченной конической поверхности, выводя мелкие фракции дисперсного материала из корпуса вдоль внутренней стенки внешней усеченной конической поверхности и через кольцевые щели вверху усеченных конических поверхностей и выводя очищенный воздух вверху корпуса.The method of pneumatic separation of dispersed material, namely, that the aerodispersed flow is introduced into the rotating conical body when twisting in its confuser space and sent to its annular diffuser space, and the fractions of the dispersed material are discharged through the annular slots along the height of the casing, characterized in that they are used as confuser space of the body cavity of the expanding vertical pipe with a divider mounted coaxially with the expanding vertical pipe in its wide of the second part, the cavity formed between the concentric inner and outer truncated conic surfaces coaxial with the expanding vertical pipe and tapering in the direction of the wide part of the expanding vertical pipe, is used as a diffuser space of the body, and a downward movement is imposed to the introduced air flow to the diffuser space, twisting the flow by a rotating swirl and telling him vibrations, and in the confused space they change the direction of movement of the aerodisperse outflow to the ascending one, removing large fractions of the dispersed material from the casing through the annular slots at the bottom of the expanding vertical pipe and then in an upward movement along the outer wall of the inner truncated conical surface, removing small fractions of the dispersed material from the casing along the inner wall of the outer truncated conical surface and through the annular slots at the top of the truncated conical surfaces and removing purified air at the top of the housing.