технические науки/ 2.механика

аспирант Прокопенко В.С., студент 2-го курса Решетов А.В.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова

АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОШКОВ

Практическая реализации классификации частиц в любом разделительном аппарате требует:

1. Создание в сыпучем материале таких условий, при которых частицы могут перемещаться друг относительно друга, преодолев пороговые значения сил сухого трения и сцепления;

2. Создание альтернативных сил классификации, приложенных каждой частице, по-разному зависящих от их размеров и составляющих между собой некоторый угол;

3. Обеспечение отвода от классифицированных частиц от границ зоны разделения.

По способу перевода частиц в подвижное состояние различают механические, гидравлические и аэродинамические классификаторы.

Аэродинамическая классификация частиц чаще всего осуществляется в сквозном газодисперсном потоке[1,2,3]. Материал может переходить в это состояние как непосредственно внутри аппарата, так и подаваться в него уже вместе с несущим газом.

Наиболее информативной является классификация разделительных аппаратов по виду альтернативных сил, приводящих к рассеянию частиц по крепости. В аэродинамических классификаторах одна из таких сил – аэродинамическое сопротивление частиц потоку.

По взаимной ориентации аэродинамической и массовой сил классификаторы могут быть разделены на противоточные и инерционные. В противоточных классификаторах альтернативные силы направлены в прямо противоположные стороны, т.е. образуют угол 180 градусов. Такие классификаторы и реализуемый в них принцип разделения называют равновесными.

Во всех прочих случаях, когда альтернативные силы составляют постоянный или переменный угол, отличный от 180 градусов, даже теоретическое равновесие в аппарате, частицы любого размера невозможны.

Наиболее естественно в качестве массовой силы классификации использовать силу тяжести. Основанные на ней классификаторы называют гравитационные. Исходный материал подается в восходящий воздушный поток, переходит в состояние сквозного газодисперсного потока, после чего мелкие частицы под действием преобладающих сил аэродинамического сопротивления выносится вместе с воздухом в тонкий продукт, а крупные – под действием преобладающих сил тяжести – в нижнюю часть классификатора, откуда выводятся в грубый продукт классификации.

В любой аэродинамической схеме при механической подаче материала внутри зоны классификации существует участок, на котором материал переходит от концентрированного состояния к состоянию сквозного газодисперсного потока. Концентрация частиц на этом участке значительно выше средней по объему зоны классификации, а эффективность разделения – ниже.

Если альтернативные силы классификации в принципе занимают не прямо противоположные направления, то определяющими становятся инерционные эффекты при движении частиц, а классификация называется инерционной. Аэродинамические схемы инерционной классификации значительно многообразнее, чем равновесной, ибо кроме природы массовых сил здесь играет роль и их ориентация по отношению к силам сопротивления.

Инерционная классификация может происходить в любом местном сопротивлении газодисперсному потоку, так как в силу различной инерционности частиц разной крупности при изменении скорости движения газовой фазы как по величине, так и по направлению неизбежно расслоение частиц по их инерционным свойствам. Чаще всего для этого используется поворот потока, где дополнительно вступают в действие центробежные силы.

Классификатором инерционного типа является электросепаратор. Наэлектризованные частицы движутся в нисходящем воздушном потоке при наличии поперечной силы электростатического поля, приводящей к различному отклонению от вертикали траекторий частиц разной крупности. Внизу зоны классификации частицы, разделенные по крупности, попадают в различные каналы, образованные перегородками, после чего отводятся в систему улавливания. Не трудно увидеть сходство этого аппарата с метательным классификатором, но при больших напряженностях электрического поля расслоение траекторий может быть значительно более сильным, чем под действием сил тяжести, что позволяет классификатору быть компактнее.

Электрические силы могут быть использованы и в равновесных классификаторах. По существу таковым является аппарат Милликена [4] для определения заряда капель. Однако в современной крупнотоннажной технике равновесные классификаторы с массовыми силами не механической природы распространения не получили в силу сложности создания силовых полей большой напряженности вдоль определяющего направления движения частиц в зоне классификации, которая неизбежно должна иметь большую протяженность.

В ряде случаев инерционные эффекты могут стать определяющими и в равновесных классификаторах. Например, классификаторы с кипящем слоем в некоторых вариантах исполнения могут реализовывать инерционное разделение[5,6]. Интенсивный выброс пакетов частиц из кипящего слоя на его границе в восходящий газовый поток приводит к тому, что высоты инерционных выбегов существенно зависят как от крупности, так и от начальных скоростей частиц. Последняя зависимость при относительно малой высоте классификатора делает определяющими нестационарные эффекты, и классификатор, формально являющейся равновесной, фактически реализует инерционное разделение.

Конструктивные особенности классификаторов каждой группы направлены главным образом на повышение эффективности и обеспечения требуемой границы разделения. Эти особенности часто приводят к тому, что внешне классификаторы одной и той же группы существенно различаются. Однако при более детальном анализе проявляется их единство, которое в первую очередь заметно при описании теоретических основ разделения в том или ином типе классификаторов.

Литература:

1. Барский М.Д. Фракционирование порошков. – М.: Недра, 1980. 327с.

2. Ушаков С.Г., Зверев Н.И. Инерционная сепарация пыли. – М.: Энергия, 1974, 168с.

3. Klumpar I. V., Currier F. N., Ring T. A. Air Classifiers//Chemical Engineering. – 1986. № 5 P. 77-92.

4. Савельев В.В. Курс общей физики. Т. 2. – М.: Наука, 1982. 496с.

5. Классен П. В., Гришаев И. Г. Основы техники гранулирования. – М.: Химия, 1982. 272с.

6. Классен П.В., Шахова Н.А., Абдулин А. А. и др.//Хим. Пром-сть. 1972. № 11. С. 863-866.