Гидромеханические процессы и аппараты

Гидравлическая классификация

Процессы разделения смесей твердых частиц на фракции по скорости их осаждения в жидкости или воздухе подчиняются общим законам осаждения твердых тел.

Гидравлическая классификация осуществляется в горизонтальном или восходящем потоке жидкости (обычно воды). При этом скорость потока выбирают такой, чтобы из классификатора выносились, т.е. направлялись в слив, частицы, меньшие определенного размера – верхний продукт, а в классификаторе осаждались частицы больших размеров, обладающие большей скоростью осаждения – нижний продукт.

Гидравлическую классификацию в промышленности строительных материалов применяют главным образом для фракционирования песка, разделение песчано-гравийной смеси, промывки заполнителей от илисто-глинистых частиц. По принципу действия различают вертикальные и горизонтальные гидравлические классификаторы, центробежные и механические (реечные, спиральные, драговые) классификаторы.

В качестве примера на рис. 3.22 показана принципиальная схема вертикального гидроклассификатора с восходящим потоком жидкости.

Рисунок 3.22 – Принципиальная схема вертикального классификатора

 

Исходная гидросмесь по подводящему трубопроводу 1 попадает в диффузор 3, где скорость потока резко снижается, и из нее выпадают наиболее крупные частицы, которые, оседая, удаляются через разгрузочные отверстие 5. Мелкие фракции подхватываются потоком чистой воды, подаваемой по трубопроводу 6 в классификационную камеру 4, и удаляются с пульпой через сливное отверстие 2. При необходимости разделения исходного продукта на несколько фракций в технологическую схему последовательно включают несколько гидроклассификаторов. Один классификатор предназначен для фракционирования гидропесчаной смеси по одному граничному зерну в пределах 0,3…3,0 мм. Для получения стабильного зернового состава гидроклассификаторы необходимо обеспечить постоянным питанием как по зерновому составу, так и по концентрации твердой фазы в последующей гидросмеси. Надежность в работе и простота конструкции обеспечили широкое применение этих аппаратов для обогащения песка.

Более высокая точность разделения песка на несколько фракций достигается в горизонтальных гидравлических классификаторах стесненного падения с восходящим потоком воды. На рис. 3.23, а показана принципиальная схема многокамерного классификатора такого типа конструкции бывшего ВНИИстройдормаша. Гидровзвесь около 50%-ной концентрации (по массе) поступает в приемное устройство 1 и двигается вдоль верхнего желоба 2 к разгрузочному концу. По мере продвижения пульпы из нее в специальные камеры 3 выдают твердые частицы: в первые камеры – более крупные, а затем – мелкие в приемные емкости 5. Готовый продукт выгружается через разгрузочное устройство 4. Для лучшего разделения в каждую камеру 1 (рис. 3.23,б) снизу через перфорированную решетку 6 подается вода, количеством которой регулируется скорость восходящего потока, а следовательно, и размер взмучиваемых частиц. Количество подаваемой воды уменьшается от начальных камер к последующим. Выгрузка песка из камер происходит автоматически при заданной плотности пульпы. Для ее измерения в каждой камере установлена гидростатическая трубка 4 с датчиком 2 и поплавком 3.

Рисунок 3.23 – Общий вид (а) и классификационная камера (б)

горизонтального гидравлического классификатора

При увеличении плотности пульпы уровень воды в трубке повышается, поплавок замыкает контакт верхнего датчика и реле подает сигнал к открытию разгрузочного отверстия 5. По мере разгрузки плотность пульпы снижается, поплавок через нижний датчик дает сигнал на закрытие выгрузочного отверстия.

Продолжительность цикла работы камеры и плотность разгружаемой пульпы регулируется расположением датчиков по высоте трубки. Производительность классификаторов этого типа определяется производительностью отдельных его камер и возрастает с увеличением границ разделения.

Из центробежных классификаторов в промышленности строительных материалов наибольшее распространенная получили гидроциклоны (рис. 3.24.).

 

Рисунок 3.24 – Схема гидроциклона

 

Исходная гидровзвесь при избыточном давлении 0,1…0,2 МПа тангенциально подаётся через питающий патрубок 3 в цилиндрическую часть 2 корпуса аппарата. За счёт вращательного движения пульпы возникают центростремительные силы, в несколько раз превышающие гравитационные силы отдельных частиц. Фракционный состав твёрдой фазы в нисходящем потоке неодинаков – более крупные частицы располагаются по большим радиусам вращения ближе к наружным стенкам. В конусной части 1 корпуса аппарата поток разделяется на две части за счёт различных по величине центробежных сил инерции: крупные частицы выпадают из потока и выгружаются через отверстие 5, мелкие подхватываются восходящим вихревым потоком в центре аппарата и выводятся из него через сливной патрубок 4.

Механические классификаторы в промышленности строительных материалов применяют главным образом для выделения в слив частиц песка размером менее 0,16 мм, а также для обезвоживания песков до транспортабельного состояния.

Принципиально их конструкции отличаются подвижным механизмом разгрузки – спирали, гребные рейки, скребки на бесконечной ленте или цепи. Принцип действия основан на различной скорости падения частиц в горизонтальном потоке пульпы. На рисунке 3.25 показан спиральный классификатор, представляющий собой наклонное корыто, внутри которого расположено спиральное устройство 3. Вращением спирали пульпа взмучивается, крупные

 

 

1 – загрузка песка; 2 – слив загрязненной воды; 3 – вращающаяся спираль (шнек);
4 – подача воды (брызгала); 5 – выгрузка промытого песка

 

Рисунок 3.25 – Схема спирального классификатора

частицы перемещаются вверх к разгрузочному окну 5, а слив, содержащий мелкие частицы, отводится в нижней части короба через сливной порог 2. Увеличением угла наклона корыта регулируют граничную крупность разделения материала.

Расчет некоторых типов гидромеханических и гидравлических классификаторов приведен в Приложении 4.