Разделение на грохотах эффективно до определенной грани­цы, зависящей от свойств продукта. Для горячих минеральных удобрений из-за забивания сеток эта граница лежит в пределах
0,5—1 мм и разделение более тонких фракций (например, в про­изводстве преципитата) возможно только в воздушных сепара­торах. В воздушно-проходных сепараторах разделение происхо­дит в разреженном потоке. В сепараторах с псевдоожиженным слоем предварительная сегрегация идет в слое, что увеличивает. время пребывания и обеспечивает повышение чистоты разделе­ния. К недостаткам таких сепараторов относятся высокие энер­гозатраты и необходимость очистки от пыли отработанного газа.

Воздушно-проходные сепараторы [252—254] применяют в производстве порошковидных продуктов или при очистке газовых выбросов. Их особенности рассмотрены в работе [255]. Аппараты с псевдоожиженным слоем наиболее пригодны для классифика­ции при одновременном проведении в них каких-либо других про - ; цессов (сушка, охлаждение, гранулирование).

В псевдоожиженном слое разделение по размерам происходит за счет уно - ] са части гранул, имеющих скорость витания, меньшую, чем рабочая скорость ! ожижающего агента. В идеальном случае считается, что скорость во всех точ - і ках по сечению аппарата постоянна, а в унос попадают только мелкие части - , цы. Скорость уноса последних принимается пропорциональной их концентрации в слое [256]. Тогда і

С=С0ехр(—kx), (6.7)

где С, С0 — текущая и начальная концентрации мелкой фракции; k — констан­та скорости сепарации, определяемая экспериментально; т — время.

В работах [257—262] развивается принципиально иная — динамическая модель уноса и предполагается, что из псевдоожиженного слоя в разбавлен­ную фазу могут выбрасываться частицы любого размера, а также учтена реаль­ная структура развитого неоднородного псевдоожиженного слоя. Авторы счи­тают, что преобладающее влияние на унос оказывают структура разбавленной фазы и высота надслоевого пространства.

Наиболее часто используемое эмпирическое уравнение, предложено [260] для расчета количества уноса:

Gy _ сИС^Я^тИ

Gr dM3’53Hn сепф '

где Gy, Gг — массовые удельные расходы уноса и газа; A, k, п — константы, зависящие от высоты надслоевого пространства; v — скорость газа; dM, С — размер и концентрация мелких частиц в слое; Ясл, Ясеп — высота слоя и сепа - рационного пространства; ср — живое сечение газораспределительной решетки; яг — поправочный коэффициент, учитывающий свойства системы газ — твер­дые частицы.

Анализ этого уравнения и сопоставление расчетов по нему приведены в ра­боте [261].

Получены [257, 258] простые эмпирические корреляции, связывающие пе­ременные псевдоожиженного слоя с распределением запыленности газового потока по высоте надслоевого пространства. Наиболее сильно влияющими на процесс переменными являются скорости газового потока, витания отдельных монофракций, диаметр и высота аппарата. Получены также уравнения для определения количества и фракционного состава уноса в зависимости от со­става слоя. Автором отмечено существование максимума концентрации круп­ных частиц в надслоевом пространстве Уг и соответствующей ей концентрации в слое Сі. Дальнейшее увеличение Сі не приводит к увеличению У,-, что, по мне­нию автора, свидетельствует о насыщении потока крупными частицами. Инте­

ресные результаты получены, правда, в узкой области и, к сожалению, не мо­гут иметь широкого распространения.

Наиболее полное математическое описание уноса впервые приведено в ра­боте [259], Математическая модель уноса представляет собой динамический материальный баланс твердой фазы, полученный авторами при рассмотрении как общей структуры самого псевдоожиженного слоя, так и надслоевого про­странства.

В аппарате непрерывного действия устанавливается определенный баланс твердой фазы между подачей, выходом нижнего и уносом (верхнего) продук­та как по общей массе, так и по отдельным фракциям. В этом случае скорость уноса постоянна, и авторы предлагают следующие дифференциальные уравне­ния баланса мелких частиц по зонам:

(6.9)

где N і, N2, Ns — общее число зерен мелочи в основном (плотной фазе) псевдо­ожиженном слое (I зона), зоне выбросов (II) и уноса (III) в данный момент времени т; Яь Яг, А,»— кинетические константы уноса в I, II и III зонах; <7= =const — количество зерен мелочи, подаваемых в единицу времени в аппарат; %0N, — скорость выгрузки; N4 — количество зерен мелочи, выгруженное из ап­парата за время т.

Для периодического процесса Яо=0 и 17=0.

Теоретический анализ механизма выбросов позволил сделать вывод о нали­чии в надслоевом пространстве трех взаимосвязанных структур: 1) движение групп частиц по законам внешней баллистики непосредственно над поверхно­стью слоя; 2) движение отдельных частиц по законам внешней баллистики; 3) движение отдельных мелких частиц по законам газового потока.

Для расчета концентрации частиц на любой высоте надслоевого простран­ства иг предложено полуэмпирическое уравнение

Й2 = п0іехр( — 60гД/а/Умин — 1 ) + Яо2ехр(— Зг/і/у/омин — 1), (6.10)

где п0,, По2 — концентрация частиц соответственно на границе слой — область пакетов и область пакетов — инерционная область; z — высота от поверхности СЛОЯ! Vy Умин * скорость ожижающего агента рабочая, начала псевдоожи­жения.

Дальнейшее развитие модель уноса получила в работе [263], где показано, что относительная частота выброса частиц в надслоевое пространство описы­вается распределением модуля скорости, аналогичным максвелловскому рас­пределению по скоростям движения молекул идеального газа:

f(n4) = [тч/ (2nnv)]s/a exp[— m4v^l(2nv)]Anv42,

где п=3,16-10-8 Vі в широком диапазоне изменения скорости ожижающего агента.

Математическое описание процесса разделения частиц по размерам сво­дится к совместному рассмотрению распределения частиц по начальным ско­ростям их выброса в разреженную зону и закономерностей движения частиц в этой зоне. Схема расчета видна на рис. 6-5.

Анализ приведенных расчетных зависимостей показывает, что они не могут претендовать на широкое применение из-за ряда допущений, т. е. носят частный характер. Практическое их при­менение, как правило, связано с экспериментальным определе­нием ряда констант. В то же время из известных моделей уноса видно, что решающей в формировании его гранулометрического состава оказывается структура разбавленной фазы псевдоожи-

РИС. 6-5. Схема расчета разделения полидисперсной смеси

женного слоя, определяемая в конечном итоге распределени­ем локальных скоростей газа как по сечению, так и по высо­те надслоевого пространства.

На формирование поля ско­ростей существенное влияние оказывает конструкция аппара­та, поэтому исследование уно­са и разделения по размерам частиц в конкретных видах се­параторов представляет прак­тический интерес. В промыш­ленных и опытно-заводских ус­ловиях исследовано несколько конструкций, причем особое вни­мание уделено надежности работы с материалами, склонными к адгезии.

Классификатор с конфузорным корпусом [264], схема которого представ­лена на рис. 6-6, а, работает следующим образом. Воздух от вентилятора вы­сокого давления через ресивер подают раздельно в каждую зону (/—III) ап­парата. Исходная смесь из бункера через питатель поступает в зону I, где обес­печивается разделение смеси по границам 1,25—1,40 мм. Продукт с менее крупными частицами выносится из зоны I, ас более крупными выводится через выгружатель в дробилку. Разделение частиц по размерам в / зоне идет бла­годаря увеличивающейся по высоте кольцевого сечения скорости ожижающего агента. В зону II поступают в основном частицы размером 0,7—1,25 мм, а части­цы размером менее 0,7 мм выдуваются в III зону. Выгрузка готового продук­та двух монофракций идет через патрубки из соответствующих зон аппарата. Отработанный воздух подают в циклон и после очистки выбрасывают в атмо­сферу.

Испытание такого сепаратора диаметром 0,8 м и высотой 2,5 м проведено на сульфоугле при разделении по границам 1,25 и 0,7 мм. Основными пара­метрами, определяющими качество разделения продукта на четыре фракции, ■являются производительность и рабочая скорость ожижающего агента в / и III зонах аппарата. Скорость в III зоне не изменялась, так как она опреде­лялась допустимым уносом пыли (частицы менее 0,25 мм).

Многофракционная пневмоклассификация возможна, но до­статочно сложна из-за необходимости тонкого регулирования не­скольких. потоков воздуха и выгрузки по крайней мере двух про­дуктов. Отсюда невысокие удельная производительность [1,3 кг/ /(м2-с)] и эффективность разделения (0,4—0,6). Эти показатели можно увеличить при разделении на две фракции, одна из кото­рых— товарная, используя аналогичный принцип увеличения ско­рости газа по высоте аппарата.

Аппарат (рис. 6-6, б) состоит из корпуса прямоугольного сечения с сужаю­щимся кверху сепарационным пространством. Имеются две газораспредели­тельные решетки провального типа: верхняя—с живым сечением 5% и диа-
метром отверстий 2,5 мм и нижняя — с живым сечением 30%. Внутри корпуса установлены подвижные вытеснители ромбического сечения для изменения ско­рости воздушного потока, положение которых относительно решетки в верти­кальном направлении регулируется тягами. Загрузку и выгрузку сыпучего ма­териала производят с противоположных сторон аппарата. Высоту слоя регу­лируют подвижным порогом. Площадь живого сечения между элементами насадки составляет 20% от площади газораспределительной решетки.

На опытной заводской установке, включающей сепаратор описанной кон­струкции, с газораспределительной решеткой размером 1,2X0,15 м проведено исследование влияния технологических и конструктивных параметров работы на качество разделения смеси по границе 1 мм [265]. Классификации подвер­гался продукт с содержанием фракции менее 1 мм от 15 до 60%, 1—2 мм — 30—70%, 2—3 мм —5—25%, причем распределение по размерам внутри узких фракций практически равномерное. Производительность по исходной смеси варьировали от 0,03 до 0,3 кг/с.

В результате обработки экспериментальных данных установлено, что изме­нение положения вытеснителей влияет на качество разделения в зависимости от высоты слоя. Для слоя высотой 0,15 м эффективность разделения возраста­ет только при увеличении высоты вытеснителей над слоем до 0,07 м. Дальней­шее изменение положения вытеснителей практически не влияет на качество раз­деления. Для высоты слоя 0,25 м эффективность монотонно падает с увели­чением расстояния вытеснителей от слоя, т. е. их влияние сказывается только на определенной высоте от газораспределительной решетки.

Снижение эффективности обусловлено возрастанием выноса крупной фрак­ции. С большим вылетом крупной фракции в циклон связан о также уменьше­ние эффективности разделения с увеличением высоты слоя. Качество разделе­ния зависит и от скорости ожижающего агента. Эффективность отделения мел­кой фракции с увеличением скорости возрастает, а полная эффективность про­ходит через максимум.

Считая оптимальными для данной конструкции сепаратора высоту псевдо­ожиженного слоя 0,15 м и расстояние между вытеснителями и им 0,07 м, даль­нейшие исследования проводили при неизменной величине этих параметров. Установлено, что эффективность разделения экстремально зависит от содержа-

а — многокамерный конфузорный: / — воздуходувка; 2— ресивер; 3 — питатель;

4 — бункер; 5 — хвостовой вентилятор; 6 — циклон; 7 — выгружатель; /—/// — зоны классификации;

о — прямоугольный с ромбическими вытеснителями; 1 — корпус; 2 — вытеснители;

3 — газораспределительная решетка; 4 — подпорная решетка; 5 —тяги для регулирования положения вытеснителей

РИС. 6-7. Зависимость эффективности разделения смеси г| от содержания фракций менее 1 мм “-і в исходном материале при удельных нагрузках 0,17—1,22 кг/(м2-с) в аппарате с ромбическими вытеснителями:

1 — полная эффективность разделения;

2 — эффективность отделения фракций более 1 мм; 3 — эффективность отделения фракций менее 1 мм

ния мелкой фракции в исходной сме­си, причем максимум приходится на содержание фракций менее 1 мм — 35%. Из рис. 6-7 видно, что, напри­мер, при скорости 1,2 м/с эффектив­ность отделения фракций более 1 мм (ri+i) практически постоянна, тогда как эффективность отделения мелкой фракции (г|_і), так же как и полная (ті), зависит от содержания мелочи в исходном материале (oc_j).

Наиболее важным показателем работы сепаратора является его удельная производительность Q, рассчитанная как расход ис­ходной смеси на единицу площади решетки сепаратора. Как вид­но из рис. 6-8, с увеличением удельной производительности эф­фективность разделения падает, причем особенно резко в преде­лах изменения ^ от 0 до 1,4 кг/(м2-с). Минеральные удобрения, соответствующие по содержанию мелкой фракции стандартам, получают при скорости 1,2 м/с и нагрузках 0,14—0,28 кг/(м2-с). Однако даже незначительное увеличение содержания мелочи в готовом продукте (до 6—7%) позволяет увеличить нагрузку в 1,5—2 раза (рис. 6-9).

В связи с этим рекомендуется сепаратор использовать в комп­лексе с грохотом. В случае применения такой схемы увеличива­ются нагрузки как на грохот, так и на сепаратор. Сита должны пропускать до 40—60% товарной фракции в подситовой продукт с последующей сепарацией его в пневмоклассификаторе при вы­соких нагрузках до содержания мелкой фракции 10—15%. Даль­нейшее смешение надситового продукта с продуктом после сепа­ратора позволяет получить товарный продукт при увеличении производительности на 10—15%. Повышение энергозатрат на пневмосепарацию компенсируется одновременным охлаждением гранул.

Разработан также сепаратор с псевдоожиженным слоем ком­бинированного типа, отличающийся переменным по высоте аппа­рата сечением и подвижными инерционными осадителями.

Аппарат (рис. 6-10) состоит из трех зон: предварительного разделения, уноса и возврата крупной фракции, очистки готового продукта. Зоны образу-

РИС. 6-8. Зависимость эффективности отделения фракций менее 1 мм т)_! от удельной нагрузки сепаратора с ромбическими вытеснителями (? при содержании фракций менее 1 мм в исходном материале 40—60%

РИС. 6-9. Зависимость допустимой удельной нагрузки на пневмосепаратор

(?макс от содержания отделяемой фракции В ИСХОДНОЙ смеси “-1ИСХ

для получения продукта с различным содержанием отделяемой фракции <*_і

ются за счет установки в надслоевом пространстве наклонных или вертикаль­ных перегородок, снабженных внизу подвижными отбойными элементами, пе­риодическое или непрерывное встряхивание которых предотвращает налипание материала.

Исследования проводили на опытном заводском аппарате с площадью га­зораспределительной решетки 0,18 м2 и вдвое меньшим свободным сечением зоны уноса и возврата. Экспериментально установлено, что наиболее благо­приятная для разделения высота слоя соизмерима с шириной аппарата, а рас­стояние сепарирующих элементов от слоя составляет половину его высоты.

В этой конструкции определялось качество разделения по длине аппарата. Основной выход мелкой фракции из слоя происходит в первой зоне (эффектив­ность очистки 75—85%). У инерционных осадителей происходит возврат части унесенного продукта в слой, а затем доочистка последнего.

С ростом скорости мелкая фракция все больше засоряется крупной, а слой становится чище. Общая эффективность в проверенном диапазоне скоростей 1,5—2,5 м/с возрастает. Увеличение производительности понижает эффектив­ность разделения, что наиболее отчетливо видно при малых скоростях воздуха.

Полученные данные согласуются с режимом работы сепаратора с ромбиче­скими вытеснителями. Правда, трехзонный аппарат более эффективен при очень высоких [в свыше 5,6 кг/(м2-с)] нагрузках. При наличии ромбических вытес­нителей каналы для прохода запыленного воздуха расположены вертикально, поэтому при массовом выносе возможен захват крупных фракций, что и ухуд­шает качество разделения. В трехзонном аппарате с зигзагообразными жалюзи захваченные крупные частицы возвращаются в слой и больше не попадают в зону повышенных скоростей, что положительно сказывается на эффективности разделения при увеличении скорости перемещения материала вдоль аппарата.