Материал: Проектирование установки пневмоклассификатора

Смоделированные течения потока воздуха по пневмоклассификатору визуализированы методами компьютерной графики в виде шаров пересечения вдоль движения потока с заливками со значениями давления (рис. 1.1 - 1.4), модуля скорости (рис. 1.5 - 1.8).

Выбор оптимальной проточной части классификатора, с целью формирования потока, в котором будут образовываться стабильные крупномасштабные вихри, является самой основной задачей моделирования. При создании этих вихрей можно интенсифицировать инерционную составляющую процесса классификации. В центральной части будут скапливаться мелкие частицы, которые будут уноситься в выше лежащие зоны, на которые разделен аппарат. Крупные частицы, попадая в вихри, подвергаются интенсивному рассредоточению по поперечному сечению, с целью исключения образования агломератов.

Аппарат относится к высокоинтенсивным аппаратам, в которых твердая фаза подвергается интенсивному воздействию. В них стоит задача в организации локальной высокоскоростной струи. Данный аппарат является промежуточным вариантом между полыми равновесными классификаторами и с кипящим слоем.

Рисунок 1.1 - Пневмоклассификатор с длинными сплошными полками. Заливка по значениям динамического давления р, Па,

Рисунок 1.3 - Пневмоклассификатор с изогнутыми сплошными полками. Заливка по значениям динамического давления р, Па,

Рисунок 1.4 - Пневмоклассификатор с изогнутыми вниз полками. Заливка по значениям динамического давления р, Па

Рисунок 1.5 - Пневмоклассификатор с длинными сплошными полками. Изолинии по значению модуля скорости v, м/с.

Рисунок 1.6 - Пневмоклассификатор с длинными перфарироваными полками. Изолинии по значению модуля скорости v, м/с.

Рисунок 1.7 - Пневмоклассификатор с изогнутыми сплошными полками. Изолинии по значению модуля скорости v, м/с

Рисунок 1.8 - Пневмоклассификатор с изогнутыми вниз полками. Заливка по значению модуля скорости v, м/с

Оценивая результаты моделирования, мы видим, что самая активная зона взаимодействия процесса происходит между нижней и верхней полками, что позволяет избежать уноса мелкой фракции, и в нижней части сужение канала обеспечивает перечистку крупных частиц от мелких.

Выводы:

. Оптимальной необходимо считать проточную часть классификатора с потоком, в котором будут образовываться стабильные крупномасштабные вихри.

. Переход от прямых полок к изогнутым не способствует формированию стабильного симметричного вихря из твердых частиц.

. Установка перфорированных полок позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление и выровнять профиль скоростей по сечению аппарата.

. При помощи компьютерного моделирования возможно определить характер распределения скорости движения потока воздуха и распределения дисперсных частиц в аппарате с разными видами полок.

. Визуализация результатов моделирования позволяет определить значения гидродинамических параметров потока, геометрию зон пониженного давления и вихреобразования.

. Для разработки методики расчета параметров процесса в пневмоклассификаторе необходимо провести сравнительный анализ расчетно-теоретических зависимостей, полученных при математическом моделировании, результатов экспериментальных исследований и компьютерного моделирования.

2. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ КЛАССИФИКАТОРОВ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Пневмоклассификаторы гравитационные и псевдоожиженого слоя

Зернистые материалы разделяются преимущественно под действием гравитационных и инерционных сил в восходящем потоке газа в гравитационных пневмоклассификаторах.

Простейший из них (рис. 2.1), представляющий собой вертикальный канал, в среднюю часть которого вводится полидисперсный материал. Этот классификатор не нашел достаточно широкого применения, так как не всегда обеспечивает достаточную производительность и четкость разделения.

В мелкую фракцию, выносимую потоком газа в циклон, из-за стесненных условий и местной турбулизации потока струей вводимого материала, увлекается и некоторая часть крупных частиц, скорость витания которых больше скорости восходящего потока. В то же время нисходящий поток крупных частиц увлекает через низ аппарата некоторое количество мелких, которые поток мог бы. вынести из аппарата. Для повышения эффективности этих пневмоклассификаторов используют разбрасыватели, которые разбрасывают вводимую в поток струю материала и сравнительно равномерно распределяют его по сечению аппарата.

Рисунок 2.1 - Пневмоклассификатор со свободным сечением.

- бункеры; 2 - циклон; 3 - корпус; 4 - питатели; 5 - патрубок.

Дальнейшее развитие этих аппаратов представляют зигзагообразные аппараты (рис. 2.2), в которых за счет поворота потока газа возникают центробежные силы и начинается циркуляция частиц. Такие пневмоклассификаторы известны в огнеупорной и абразивной промышленности как обеспылеватели. Отдельные варианты этого аппарата с расширяющимся по высоте сечением позволяют отбирать несколько фракций на разных его уровнях.

Проще в изготовлении аппараты, представляющие собой прямой вертикальный канал прямоугольного сечения, в котором через две противоположные стороны вводятся под углом к потоку сплошные полки.

Рисунок 2.2 - Зигзагообразный классификатор

Определенную четкость разделения обеспечивают аппараты, в которых в вертикальном канале на специальных решетках создается псевдоожиженный слой. Одним из ранних представителей этой группы аппаратов является модернизированный аппарат Гоннеля, в котором введенный в поток высокодисперсный материал последовательно проходит несколько цилиндров (рис. 2.3).

Диаметр каждого следующего цилиндра больше предыдущего. Все цилиндры плавными переходами соединяются со стаканами, в нижнюю часть которых по специальной трубке вводится газопылевой поток из предыдущего цилиндра, а в первый - из тарельчатого питателя. В этих стаканах на газораспределительной решетке, а в некоторых конструкциях и без нее, создается псевдоожиженный слой, из которого потоком воздуха в следующий цилиндр выносятся высокодисперсные частицы, скорость витания которых меньше скорости потока воздуха, создаваемой в цилиндре. Из последнего цилиндра газопылевой поток поступает в фильтр, где улавливаются наиболее мелкие частицы.

В каждом стакане постепенно накапливается материал с близкими по размерам частицами (монофракциями), который периодически или непрерывно разгружается в специальные емкости. Этот материал тем мельче, чем больше диаметр цилиндра, присоединенного к стакану. Для повышения интенсивности псевдоожижения, а соответственно и четкости разделения, в каждый стакан помещаются инертные частицы (стеклянные или металлические шарики) размерами в несколько миллиметров.

Рисунок 2.3 - Многотрубный пневмоклассификатор

- тарельчатый пневмопитатель; 2 - эжектор - смеситель; 3 - стакан с псевдоожиженым слоем; 4 - цилиндры; 5 - емкости.

Более производительны колонные классификаторы, в которых псевдоожиженный слой создается на нескольких установленных друг над другом газораспределительных решетках различных конструкций.

В этих аппаратах для повышения интенсивности псевдоожижения высокодисперсных частиц на определенных уровнях по высоте увеличивают скорость восходящего потока путем уменьшения площади поперечного сечения. Это достигается или выполнением корпуса аппарата в виде двух конусов (диффузоров), соединенных плавным переходом (конфузором), или установкой в определенных местах по высоте постепенно расширяющегося корпуса контактного элемента из нескольких параллельно расположенных клиновидных элементов (рис. 2.4 и 2.5). При этом площадь основания вышерасположенного конуса меньше, чем площадь верхнего основания нижнего конуса. Место сужения устанавливается на таком расстоянии от создаваемого внизу аппарата псевдоожиженного слоя, чтобы до него не долетали крупные частицы. Мелкие же частицы, достигнув этого участка, увеличивают свою скорость и выносятся в верхний конус. На решетках, установленных за местом сужения в аппарате на рис 2.4, материал псевдоожижается более интенсивно.

Рисунок 2.4 - Двухконусный пневмоклассификатор

Если материал содержит комки, вместо обычных перфорированных решеток устанавливаются упомянутые выше параллельно расположенные обтекаемые клиновидные элементы. Они, по сравнению с решетками, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и не создают пульсации потока. Концентрация частиц в возникающем над ними взвешенном слое меньше.

Рисунок 2.5 - Пневмоклассификатор с клиновидными элементами

Меняя расстояние между клиновидными элементами, удается выровнять распределение скоростей потока и концентрации частиц по сечению аппарата. В отличие от аппаратов с псевдоожиженными слоями над клиновидными решетками отсутствует пульсация потока, что улучшает четкость классификации.

Второй особенностью этих аппаратов является дополнительная продувка фракций, разгружаемых с каждого контакта в вертикальных трубопроводах или усеченных пирамидах. Последние устанавливаются непосредственно над бункером, через который подается воздух для этой продувки. В нижней части этих трубопроводов или пирамид размещены перфорированные газораспределительные решетки, наклонные или перфорированные пластины, которые, сужая сечение трубопровода, повышают интенсивность воздействия воздуха с материалом. Верхняя часть трубопроводов и пирамид остается свободной для стабилизации в ней потока, поскольку его скорость влияет на размеры частиц, выносимых потоком газа в основной сепаратор. На дополнительную продувку подается 5-10% воздуха от его расхода через основной сепаратор.

Дальнейшее развитие пневмоклассификаторов привело к объединению в одной конструкции различных их типов. Так, Кайзер, взяв за основу аппарат с псевдоожиженным на наклонной газораспределительной решетке слоем частиц (пневможелоб), разбил сепарационное пространство над ним на серию зигзагообразных каналов. Игнатьев И.К., установив пластины, образующие зигзагообразные каналы, на шарнирах, получил возможность регулировать расход воздуха в отдельных каналах. Барский М.Д. [5] установил в сепарационном пространстве серию каналов с полками, направленными навстречу потоку (рис. 2.6). Такое устройство каналов исключает регулировку расхода воздуха по отдельным каналам, что, как указывает сам автор [5], приводит к выносу через последние по ходу материала канала до 15 % крупнокристаллического продукта, который обеспыливается в этом аппарате. Вращение двухфазного потока под большим числом полок приводит к значительным затратам энергии и переизмельчению материала.

Описанные выше классификаторы, использующие гравитационные и инерционные силы, не обеспечивают достаточно эффективного выделения фракций с частицами мельче 30 - 50 мкм. Чтобы получить более мелкие фракции необходимо, как указано выше, применять центробежные сепараторы или ротоклоны.

Рисунок 2.6 - Многокамерный пневмоклассификатор со сплошными полками.

В ротоклоне удается получить фракции с размерами частиц 10-20 мкм, а наиболее мелкие частицы будут улавливаться в тканевом фильтре или другом пылеуловителе.

Четкость разделения зернистых материалов на фракции и производительность устройств для пневмоклассификации существенно повышаются при сочетании пневматической классификации с механической на виброгрохотах различной конструкции. Механическая классификация превосходит пневматическую по четкости и производительности, если размеры частиц материала превышают 700-1000 мкм. Разделение на фракции или обеспыливание более мелких материалов посредством только одной механической классификации приводит к быстрому забиванию ячеек сит, что ухудшает качество продукта и снижает производительность грохотов.

.2 Полочные аппараты

Интенсивность контакта фаз можно повысить установкой в аппарате одной или нескольких сплошных или перфорированных полок различных конструкций (рис. 2.2), создающих местное увеличение скорости и турбулентности потока. Такие аппараты применяют для обеспыливания, пневмоклассификации, теплообмена и сушки, а также для перегрузки материала на более низкий уровень (течки). В последнем случае полки замедляют скорость движения материала, который при падении инжектирует некоторое количество воздуха. Обычно полки устанавливают каскадом на противоположных сторонах аппарата. В некоторых конструкциях полки располагают с одной стороны наклонного корпуса, а в других - с обеих сторон, друг против друга.

Для устранения пылевыделения в месте разгрузки материала снизу вверх просасывают некоторый объем воздуха, который уносит мелкие частицы. Для уменьшения нежелательного уноса крупных частиц, вместе с мелкими, верхнюю часть таких аппаратов иногда выполняют в виде диффузора, в котором для равномерного распределения скоростей потока по сечению устанавливают выпрямляющие участки из системы цилиндров, обтекаемые клиновидными элементами. Из верхней (сепарационной) части иногда отбирают некоторое количество взвешенного материала с помощью воронок или специальных отборников. При этом уменьшается размер частиц, уносимых из пневмоклассификатора в пылеуловители. Отбор некоторой части взвешенного материала осуществляют также с помощью полок, направленных незакрепленным концом вверх. Выпавший при повороте потока материал скатывается по такой полке к стенке корпуса аппарата и уходит из него по наклонному патрубку на дополнительную продувку.

На рисунке 2.7 представлен пневматический классификатор сыпучих материалов в восходящем потоке [6].

Пневматический классификатор включает в себя полый корпус 1, имеющий наклонное перфорированное днище 2 с отверстиями 3 для прохода газового потока, укрепленные внутри корпуса сепарационные элементы 4, установленные друг над другом, образующие сепарационные шахты 5, загрузочный патрубок 6 для подачи исходного материала, расположенный над верхней кромкой наклонного перфорированного днища, патрубок вывода 7 крупного продукта, закрепленный в нижней части корпуса патрубок 8 вывода газового потока с мелким продуктом. Под каждой сепарационной шахтой 5, часть наклонного перфорированного днища 2 выполнена с выступом 9 в виде неправильной треугольной пирамиды с основанием 10 и вершиной 11, направленной в сторону наклона перфорированного днища 2, причем хотя бы одна грань 12 (верхняя) пирамидального выступа 9 выполнена перфорированной.