1.3.11 Конусні млини

Принцип розмелу в конусних млинах аналогічний здрібнюванню матеріалу в конусних дробарках. Відмінність робочих конусів полягає в тому, що в даних млинах вони розділені по висоті на кілька кільцевих зон і мають на поверхні похилі паралельні канавки, ширина яких зменшується, а кількість збільшується в міру переходу від верхніх зон до нижнього.

Вихідний матеріал у вигляді пульпи надходить у зазор між конусами, просувається по ньому вниз і подрібнюється між пересічними канавками. Тонкість млива регулюється як зазором між ротором і статором, так і циркуляцією пульпи матеріалу, що подрібнює, по замкнутому контурі, що складається із млина, бака з мішалкою, насоса й системи трубопроводів.

1.4 Принципи параметричних розрахунків подрібнювачів

Метою параметричних розрахунків є визначення розмірів основних елементів конструкції подрібнювачів, оптимальних режимів їхньої роботи, енергетичних витрат.

Вихідними даними для параметричних розрахунків є:

- розмір шматків матеріалу до d_н і після d_к здрібнювання;

- фізико-механічні характеристики матеріалу, що подрібнює: насипна щільність ₍,, кут природного укосу (, коефіцієнт тертя матеріалу по робочих органах f.

Підлягають визначенню:

- розміри й взаємне розташування основних робочих органів подрібнювача;

- потужність привода N;

- витрата рідкого або газового агента для подрібнювачів;

- розміри й обсяги завантажень, що мелють, у млинах.

2 Обладнання для розділення сипучих матеріалів

2.1 Класифікація обладнання

У різних процесах хімічної технології тверді матеріали повинні мати певний розмір часток, що спричиняє оптимальне протікання процесу. При видобутки й здрібнювання твердих матеріалів рідко вдається відразу одержати продукт необхідного состава. Здрібнений матеріал складається із часток різного розміру й форми.

Поділ твердих зернистих матеріалів на класи по кружності шматків або зерен називається класифікацією.

Відомі два основні різновиди класифікації:

1. ситова (просівання) - механічний поділ на ситах;

2. гідравлічна - поділ суміші на класи зерен, що відрізняються однаковою швидкістю осадження у воді або повітрі (повітряна сепарація).

Класифікація апаратів і машин для поділу сипучих матеріалів заснована на конструкційній спільності й ураховує вид класифікації (розсів, гідравлічна або повітряна)

2.2 Грохоти. Конструкція, принцип дії

2.2.1 Ситовий грохот

Грохоти підрозділяються на нерухомі й рухливі. За формою поверхні, що просіває, вони бувають плоскими й циліндричними (барабанні). Вони можуть бути похилими й горизонтальними.

Плоским нерухомим грохотом є колосникові ґрати, установлювана з нахилом 30 - 50 ( і яка має розмір щілини між колосниками не менш 50 мм.

До грохотам з нерухомими колосниками ставляться валкові, поверхнею, що просіває є диски, насаджені на обертові горизонтальні вали.

Плоскі грохоти із примусовим рухом сита можуть бути одне ситовими й багатоситовими, або компонованими по вертикалі або по горизонталі. Багатоситові грохоти мають більшу продуктивність, дозволяють одержати не дві, як в одне ситових, а кілька фракцій (число фракцій дорівнює числу сит плюс один).

По виду привода плоскі грохоти можуть бути хитними, гіраційними (напіввібраційними) і вібраційними.

Поверхня, що просіває, у хитних грохотах робить примусовий рух від приводного ексцентрика через твердий кінематичний зв'язок. Достоїнствами цих грохотів є відносно висока продуктивність і ефективність; компактність і зручність в обслуговуванні; незначне кришіння матеріалу. Основний недолік - неврівноваженість конструкції й швидкий вихід з ладу опорних стійок гуркоту.

1 - короб; 2 - сито; 3 - підвіски; 4 - рама опорна; 5 – привод

Рисунок 2.2.1 - Грохот односитовий хитний

Вібраційні грохоти широко використаються в промисловості, їхнім достоїнствами є висока продуктивність і ефективність просівання, придатність для великого й дрібного просівання, компактність.

2.2.2 Барабанні грохоти

Барабанний грохот складається з дірчастого обертового барабана, опорного пристрою й приводного механізму. Підлягаючому фракціонуванню матеріал надходить усередину барабана, піднімається під дією сил тертя на деяку висоту й внаслідок невеликого нахилу барабана просувається до вихідного його отвору. Під час руху й відбувається розсів. Барабанні грохоти збираються звичайно з окремих сит, які кріпляться до каркасу.

Головними достоїнствами барабанних грохотів є простота їхньої конструкції й рівномірність роботи. Недоліки - громіздкість, мала питома продуктивність і низька ефективність (особливо при просіванні дрібного матеріалу).

1 - кожух; 2 - барабанні сита

Рисунок 2.2.2 - Барабанний грохот багатоситовий з концентричним компонуванням сит:

2.3 Гідрокласифікатори. Конструкція, принцип дії

2.3.1 Відстійники

В основу роботи покладена залежність швидкості осадження у воді зерен твердого матеріалу від їхніх розмірів. Найбільша проста конструкція гідрокласифікаторів представлена багато секційними відстійниками, уздовж яких рухається потік рідини або газу, що містить частки різної кружності. Суспензія, поступає у класифікатор (або суміш часток з повітрям) поступово втрачає швидкість у напрямку вихідного отвору (штуцера). У першому збірнику осідає сама велика або важка фракція, а в кожному наступному - усе більше дрібна.

У промисловості застосовують механічні класифікатори - апарати, постачені механічним транспортним пристроєм для безперервного видалення осілого нижнього продукту. Вони використаються для поділу дрібного матеріалу, одержуваного в млинах, і працюють із ними в замкнутому циклі.

1 - вивантажувач; 2 - мішалка; 3 - збірник фракції; 4 - штуцер живлення; 5 - корпус; 6 - вал приводу для мішалок; 7 - перегородка; 8 - штуцер виходу рідини

Рисунок 2.3.1- Гідрокласифікатор - відстійник багатосекційний

2.3.2 Спіральний класифікатор

1 - рама; 2 - штуцер спускної; 3 - корито; 4 - кишеня з ринвою для зливу; 5- механізм підйому спирали; 6 - лоток прийомний; 7 - спіраль; 8 - привод спирали; 9 - вісь повороту спиралі; 10 - штуцер для великої фракції

Рисунок 2.3.2 - Класифікатор спіральний

У спіральних (або шнекових) класифікаторах транспортуючим органом є повільно обертова одна або дві спіралі, частково занурена в рідину. Кут нахилу корита, число обертів спіралі й концентрація твердого матеріалу в пульпі є основними факторами, що впливають на ефективність класифікації й продуктивність апарата.

2.3.3 Рейковий класифікатор

1 - корито; 2 - рама грибкова; 3 - пульпа; 4 - штуцер зливальної; 5 - лоток для зливання; 6 - механізм хитання рами грибкової

Рисунок 2.3.3 - Рейковий класифікатор

У рейкових класифікаторах піски транспортуються в кориті корончатого перетину за допомогою рами зі шкребками, що роблять зворотно-поступальний рух. Періодично опускаючись на дно корита, рама переміщається на деяку відстань нагору, згрібаючи осілі піски, після чого піднімається над дном і переміщається назад. Потім гребки знову опускаються на дно, і цикл повторюється. Ці класифікатори мають меншу питому продуктивність, більше складні в конструкції в порівнянні зі спіральними, тому усе рідше застосовуються в промисловості.

Загальним недоліком механічних класифікаторів є низький к.п.д., тому що видаваний на до здрібнювання матеріал містить до 20% тонкого матеріалу.

2.4 Повітряні сепаратори. Конструкції, принцип дії

2.4.1 Газохід відстійний

Пиловловлювальні камери. Осадження в них відбувається під дією сил ваги. Найпростішими конструкціями є відстійні газоходи, постачені іноді вертикальними перегородками. При русі газу між полками частки пилу осідають на полки й періодично вручну віддаляється шкребками. Вони громіздкі й малоефективні.

2.4.2 Відцентрові сепаратори

Працюють у відкритому або замкнутому циклах із млинами сухого млива, діляться на повітряно-прохідні й повітряно-циркуляційні.

У повітряних сепараторах першого типу виділення великих часток із суміші відбувається спочатку в кільцевому просторі між конусами під дією сили ваги внаслідок різкого зниження швидкості потоку, а потім під дією відцентрових сил, що виникають при закручуванні потоку, у лопатках завихрювача, розташованого у верхній частині внутрішнього корпуса. Крім нерухомого завихрювача деякі конструкції сепараторів мають примусово обертові завихрювачі. У цьому випадку досягається більше тонкий поділ.

Повітряно-циркуляційні сепаратори відрізняються від описаних вище тем, що повітряний потік циркулює усередині апарата й не виводиться на рудію. Виконуючи одночасно функції класифікатора, вентилятора, і циклона, вони в порівнянні з повітряно-прохідними більше компактні й вимагають менше енергії.

1,6,7 - патрубки; 2 - конус відбійний; 3 - корпус; 4 - конус внутрішній; 5 – завихрювач

Рисунок 2.4.1-Сепаратор повітряно-прохідний

2.5 Принципи параметричних розрахунків

Рекомендується наступна послідовність визначення параметрів при розрахунку.

1. Необхідна витрата газу, м³ ∕ г,

Q = П ∕ ,

де П - задана продуктивність по дрібному класі, кг ∕ г,

  0,3 кг ∕ м³ – гранична концентрація часток дрібного класу в газі.

2. Об’єм апарату, м³

V = Q / k,

де k – напруга обсягу сепаратора, м³ ∕ (м³ ∕ г).

2. Діаметр сепаратору, м

3 Обладнання для очищення газів

3.1 Класифікація

Промислове очищення газів від зважених у них твердих або рідких часток проводяться для зменшення забруднення повітря, уловлювання з газу коштовних продуктів або видалення з нього шкідливих домішок, що негативно впливають на наступну обробку газу.

Розрізняють наступні способи очищення газів: 1) осадження під дією сил ваги (гравітаційне очищення); 2) осадження під дією інерційних (відцентрових) сил); 3) фільтрування; 4) мокре очищення; 5) осадження під дією електричних сил.

3.2 Обладнання для сухого очищення. Конструкція, принцип дії

3.2.1 Циклони

Цей вид апаратів відноситься до відцентрованих осаджувачів. Частки твердого матеріалу, що втримуються в газовому потоці, осаджуються в поле відцентрових сил, що з'являються внаслідок того, що газ, що очищає, надходить у циклон по трубопроводу, спрямованому по дотичній до циліндричної частини апарата. У результаті газ обертається усередині циклона, частки більшої маси відкидаються до периферії, осаджуються на стінках і потім виводяться через нижню конічну частину апарата. Очищений газ через вихлопну трубу надходить у виробництво або викидається в атмосферу. Ступінь очищення газу залежить від величини відцентрової сили, що збільшується зі зменшенням радіуса циклона.

1 - корпус; 2 - кришка; 3 - труба вихлопна; 4 - патрубок вхідної; 5 - днище конічне; 6 - пилозбірник

Рисунок 3.2.1 – Циклон

Більше ефективними циклонами є батарейні, у яких конструкція містить елементи малого діаметра.

Загальними недоліками є: високий гідравлічний опір; швидке стирання стінок частками; чутливість до коливань навантаження; недостатнє очищення газу від тонко дисперсного пилу.

3.2.2 Фільтри

При очищенні фільтруванням гази, що містять тверді частки, проходять пористі перегородки, які пропускають газ і затримують на своїй поверхні тверді частки. Залежно від виду перегородок розрізняють наступні фільтри:

1. с гнучкими пористими перегородками із природних, синтетичних і мінеральних волокон;

2. с підлоги твердими пористими перегородками;

3. с твердими пористими перегородками із зернистих матеріалів;

4. с зернистими шарами коксу, гравію.

Фільтри із зернистим шаром можуть бути двох видів: з нерухомої й фільтруючим шаром, що безупинно рухається. Зернистий фільтруючий матеріал рухається зверху вниз між двома перфорованими перегородками, осаджує й захоплює за собою тверді частки із запалі газової суміші, очищається від забруднень і знову подається у фільтр живильником.

Застосовується для тонкого очищення газів.

1 - корпус; 2 - перегородка; 3 - штуцер вхідної; 4 - матеріал фільтруючий; 5 - затвори; 6 - штуцер вихіду; 7 - живильники

Рисунок 3.2.2 - Фільтр із шаром зернистого матеріалу, що рухається

3.2.3 Електрофільтри

Робота електрофільтрів заснована на іонізації молекул газу в електричному полі, створюваному двома електродами: негативним (короніруючим) і позитивним (осаджувальним). Частки твердого матеріалу, зустрічаючись із негативно зарядженими іонами або електронами, заряджаються негативно й рухаються до позитивного електрода, де й осаджуються. Останній періодично струшується для розвантаження від обложених часток. Залежно від форми електродів електрофільтри можуть бути трубчастими й пластинчастими.

У пластинчастих електрофільтрах осаджувальні електроди являють собою паралельно встановлені гладкі металеві аркуші або сітки, натягнуті на рами. Між ними розташовуються у вигляді дротів короніруючі електроди.

1- вхідний газохід; 2 - камера; 3 - осаджувальний електрод; 4 - короніруючий електрод; 5,8 - рами; 6 - ізолятор; 7 - вихідний газохід; 9 - ґрати розподільні

Рисунок 3.2.3 - Електрофільтр пластинчастий

Трубчасті електрофільтри застосовуються для очищення пилу, що вловлюється важко, краплі рідини з туману, для очищення газів. Пластинчасті - більше прості й використаються для очищення газів.

3.3 Апарати для мокрого очищення. Барботажній апарат. Конструкція, принцип дії

Ці апарати застосовуються для тонкого очищення газів, що полягає в промиванні газів водою або іншою рідиною. Тісна взаємодія між рідиною й запиленим газом здійснюється на поверхні крапель, на стікаючій по вертикалі рідкої плівки або пухирців газу (барботажні пиловловлювачі).

Баработажні пиловловлювачі застосовуються для очищення сильно запилених газів (вихлопних, технологічних), вентиляційного повітря содового виробництва. У цих апаратах рідина, взаємодіюча з газом, приводиться в стан рухливої піни, що забезпечує більшу поверхню контакту фаз.

1 - штуцер для води; 2 - тарілка; 3 - камера; 4 - поріг; 5 - штуцер для зливання; 6 - штуцер для запиленого газу

Рисунок 3.3 - Барботажній пиловловлювач

3.4 Принципи параметричних розрахунків пиловловлювачів

Розрахунок циклонів зводиться до визначення основних розмірів циклона й гідравлічного опору.

Площа перетину вхідного патрубка:

f = b·h = V_c / W_вх

де V_c - дійсний обсяг газу, що надходить у циклон, м³ ∕ с,

W_вх – швидкість газу у вхідному патрубку циклона, м ∕с, (приймається 20 м ∕ с).

b,h - розміри вхідного патрубка, b= 0,21· D; h = 0,66· D,

D - діаметр циклона.

Висота циліндричної частини циклона:

h₁= 2 V_c ∕ W_г (D – D₁)

де D1 - зовнішній діаметр вихлопної труби,

W_г – окружна швидкість газу в циклоні, м ∕ с, (приймається 12 - 14 м ∕ с).

4 Промислові фільтри

4.1 Класифікація фільтрів

Рідкі неоднорідні суміші - суспензії й емульсії розділяються фільтруванням і центрифугірованням.

Фільтрування здійснюється за допомогою фільтрів, одним з основних елементів яких є пориста перегородка, що пропускає рідку фазу й затримує тверді частки. Рушійною силою є різниця тисків по обидва боки перегородки.

Центрифугіровання реалізується в спеціальних машинах - центрифугах, де відстоювання й фільтрація здійснюється в поле відцентрових сил. Ці машини більше ефективні в порівнянні з фільтрами.

По режиму роботи фільтри підрозділяються на апарати періодичної й безперервної дії. Залежно від перепаду тиску вони можуть працювати під вакуумом і під тиском. За формою фільтруючої поверхні фільтри бувають із плоскими й криволінійними фільтруючими перегородками.

4.2 Фільтри періодичної дії

4.2.1 Нутч-фільтр і друк-фільтр

Дані фільтри працюють під вакуумом або тиском. У цих фільтрах сила ваги фільтрату збігається з напрямком його руху. Суспензія подається зверху, фільтрат проходить фільтруючу перегородку під дією вакууму, створюваного під перегородкою, або тиску створюваного над суспензією за допомогою стисненого повітря. Осад залишається на перегородці й віддаляється вручну після промивання.

Достоїнство - можливість рівномірного промивання осаду, недолік - займають більшу площу приміщення.

1 - перегородка опорна; 2 - перегородка кільцева; 3 - сорочка; 4 - корпус; 5 - клапан запобіжний; 6 - штуцер для стисненого повітря; 7 - кришка знімна; 8 - штуцер для суспензії; 9 - сітка захисна; 10 - перегородка фільтрувальна; 11 - днище; 12 - штуцер для фільтрату

Рисунок 4.2.1 - Нутч-фільтр працюючий під тиском

4.2.2 Фільтр-прес автоматизований камерний (ФПАКМ)

ФПАКМ періодичної дії, найпоширеніший у промисловості. Призначений для фільтрування тонко дисперсних суспензій. Складається з горизонтальних плит, що переміщаються по стяжках за допомогою електромеханічного затискного пристрою, що фільтрує перегородкою у вигляді нескінченного полотна й системи живлення фільтра, суспензією, промивною рідиною, відводу фільтрату й рідини. Під час завантаження фільтрувальна тканина приводиться в рух, осад знімається ножами й одночасно вивантажується на транспортери по обидва боки.

1- ножі; 2 - тканина; 3 - ролики

Рисунок 4.2.2 - Фрагмент ФПАКМ

Використання ФПАКМ дозволяє збільшити продуктивність праці в 4-10 разів у порівнянні з рамними фільтрами.

4.2.3 Рамний фільтр-прес

У ньому сила ваги перпендикулярна напрямку його руху. Фільтр-прес із рамними плитами складається із плит, що чергуються, і рам однакових по розмірі, що опираються на два горизонтальних бруси. Між поверхнями плит розташовується тихорєцька фільтрувальна перегородка, що служить також для ущільнення плит і рам під час змикання преса. У нерухомій плиті є штуцера для входу суспензії й промивної води. Фільтрат і промивна вода віддаляються через штуцера, наявні в кожній плиті.

Недоліки - необхідність ручного обслуговування, недосконале промивання осаду, швидке зношування фільтруючої тканини.

4.2.4 Листові фільтри

Працюють під тиском. Велике поширення одержали вертикальні листові фільтри, розташовані усередині циліндричного корпуса. Суспензія надходить через штуцер у корпус фільтра. Рідка фаза проходить в усередину фільтрувальних аркушів, збирається в колекторі й виходить із апарата. Тверда фаза накопичується у вигляді опадів на зовнішній поверхні аркушів, скидається з її зворотним поштовхом стисненого повітря або води й віддаляється з конічної частини днища фільтра через штуцер.

4.2.5 Патронний фільтр

Працює за принципом листового, відрізняється тим, що замість аркушів у корпусі фільтра розташовуються фільтрувальні патрони, що складаються з пористих кілець.

1 - кільце пористе; 2 - труба центральна; 3 - радіальний отвір; 4 - шар осаду; 5 - ребро поздовжнє; 6 - канал вертикальний

Рисунок 4.2.5 - Фільтруючий патрон

4.3 Фільтри безперервної дії. Конструкція, принцип дії

4.3.1 Барабанні фільтри

Розрізняють барабанні фільтри, що працюють під вакуумом (для них напрямку руху фільтрату й дії його сили ваги протилежні) і під тиском (тут напрямок сили ваги й рухи фільтрату збігаються). Залежно від конструкції барабана фільтри можуть бути комірковими й без комірковими. Якщо фільтрат надходить усередину барабана, а осад залишається на зовнішній його поверхні, то апарат називається фільтром із зовнішньою поверхнею фільтрування. Вони найпоширеніші в хімічній промисловості.

При обертанні барабана кожний осередок з'єднується із трубкою з різними порожнинами нерухомої частини розподільного пристрою й проходить послідовно зони фільтрування, першого зневоднювання (осад стикається з повітрям, а осередок з вакуумом, рідка фаза з осаду віддаляється), промивання (на осад подається промивна вода, що йде в інший збірник), другого зневоднювання (осад стикається з повітрям, і налагоджується стрічка на осад, щоб не утворювалися тріщини), видалення осаду (під тканину подають стиснене повітря, воно розпушує осад , що зрізує із тканини ніж) і регенерації тканини. У зоні фільтрування осередок стикається із суспензією, що перебуває в резервуарі, і з'єднується трубкою з порожниною розподільника, що повідомляється із джерелом вакууму. При цьому фільтрат через трубку й порожнину йде в збірник, а на поверхні осередку (фільтруючої тканини) утвориться осад.