Способ измельчения материала в вихревом потоке энергоносителя

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА В ВИХРЕВОМ ПОТОКЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Сорокин Владимир Владимирович Сорокин Владимир Николаевич Немцева Инна Георгиевна Якушев Анатолий Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) Способ измельчения материала в вихревом потоке энергоносителя, при котором струйно вводят энергоноситель в цилиндрическую помольную камеру, формируют вихревой вращающийся поток энергоносителя и создают зоны звуковых и ультразвуковых колебаний, поперечных к нему, загружают материал и отбирают полученный порошок,отличающийся тем, что поток энергоносителя до ввода в цилиндрическую помольную камеру делят на части по числу зон звуковых и ультразвуковых колебаний, формируют струи из частей энергоносителя и вводят их в цилиндрическую помольную камеру по касательной к окружности боковой стенки между границами зон звуковых и ультразвуковых колебаний. 11989 1 2009.06.30 Изобретение относится к способам измельчения материалов и может быть использовано в пищевой, энергетической, горнорудной, химической, строительной и других отраслях промышленности. Известен способ измельчения материалов в вихревом потоке энергоносителя 1,включающий струйную подачу энергоносителя в цилиндрическую помольную камеру,формирование вихревого вращающегося потока, создание зоны звуковых колебаний, загрузку и измельчение исходного материала, отбор полученного порошка. Недостатком данного способа измельчения материалов являются относительно высокие значения минимальных размеров частиц измельчаемого материала, проскок крупных частиц в выходные сопла, значительные удельные затраты энергии на измельчение материалов. Известен способ измельчения материалов в вихревом потоке энергоносителя 2,включающий струйную подачу энергоносителя в цилиндрическую помольную камеру,формирование вихревого вращающегося потока, создание зоны звуковых колебаний, загрузку и измельчение исходного материала, отбор полученного порошка. В данном способе измельчения потоки энергоносителя на входе и выходе из цилиндрической помольной камеры разнесены по высоте, что исключает проскок крупных частиц в выходные сопла. Недостатками данного способа измельчения материалов являются относительно высокие значения минимальных размеров частиц измельчаемого материала, значительные удельные затраты энергии на измельчение материалов. Ближайшим аналогом к предлагаемому способу является способ измельчения материалов в вихревом потоке энергоносителя 3, включающий струйную подачу энергоносителя в цилиндрическую помольную камеру, формирование вихревого вращающегося потока, создание зоны звуковых и/или ультразвуковых колебаний поперечных к вращающемуся потоку, загрузку и измельчение исходного материала, отбор полученного порошка. Создание нескольких зон звуковых и/или ультразвуковых колебаний обеспечивает снижение удельных затрат энергии на измельчение материалов. Недостатками данного способа измельчения материалов в потоке энергоносителя являются относительно высокие значения минимальных размеров частиц измельчаемого материала, значительные удельные затраты энергии на измельчение материалов. Задачей настоящего изобретения является создание способа измельчения материалов в вихревом потоке энергоносителя, обеспечивающего снижение значений минимальных размеров частиц измельчаемого материала при одновременном снижении затрат энергии на процесс измельчения. Поставленная задача решается тем, что в способе измельчения материала в вихревом потоке энергоносителя, при котором струйно вводят энергоноситель в цилиндрическую помольную камеру, формируют вихревой вращающийся поток энергоносителя и создают зоны звуковых и ультразвуковых колебаний, поперечных к нему, загружают материал и отбирают полученный порошок, согласно изобретению, поток энергоносителя до ввода в цилиндрическую помольную камеру делят на части по числу зон звуковых и ультразвуковых колебаний, формируют струи из частей энергоносителя и вводят их в цилиндрическую помольную камеру по касательной к окружности боковой стенки между границами зон звуковых и ультразвуковых колебаний. Совокупность приведенных признаков предполагаемого способа обеспечивает разрушение исходного материала возле каждого из входов энергоносителя в помольную камеру, увеличенного одновременным воздействиям звуковых и ультразвуковых колебаний,поперечных к вращающемуся потоку, что снижает удельные энергетические затраты на измельчение. Увеличение числа струй при сохранении общего расхода энергоносителя увеличивает скорость вращения слоя измельчаемого материала, обеспечивая снижение 2 11989 1 2009.06.30 значений размеров частиц, выносимых потоком из помольной камеры, и тем самым достижение заданного технического результата. При измельчении материалов в вихревом вращающемся потоке размер частиц, способных покинуть помольную камеру через выходные сопла, определяется из условия равенства центробежной удерживающей силы ц и выносящей силы в потока энергоносителя, направленного в выходное сопло. цм ( м 3/6) (сл 2/),вв ( м 2/4) (в 2/2),откуда диаметр частиц материала м, покидающих помольную камеру,м( в/м) ( в 2/сл 2),где м - плотность измельчаемого материала сл - окружная скорость слоя измельчаемого материала- радиус цилиндрической помольной камеры- коэффициент сопротивления частиц в - плотность воздуха в - скорость воздуха на входе выходного сопла. При постоянстве расхода и давления энергоносителя, размеров помольной камеры и начальных размеров измельчаемого материала, размер выносимых из помольной камеры частиц обратно пропорционален квадрату окружной скорости слоя материала м/сл 2. Экспериментальные исследования показали, что скорость вращения слоя материала при постоянном расходе энергоносителя тем выше, чем большее число струй сформировано из этого энергоносителя и подано по касательной к окружности боковой стенки цилиндрической помольной камеры. Струи энергоносителя снижают трение слоя о боковую стенку. Оптимальным по обоим параметрам, минимальным значениям размеров измельченных частиц и экономичности помола является равенство числа струй и зон колебаний. На фиг. 1 изображен схематически чертеж устройства вихревого помола - вид спереди, на фиг. 2 - вид сверху в разрезе по А-А. Предлагаемый способ измельчения материала в вихревом потоке энергоносителя состоит в том, что поток энергоносителя до ввода в цилиндрическую помольную камеру делят на части по числу зон звуковых и ультразвуковых колебаний, формируют струи из частей энергоносителя и вводят их в цилиндрическую помольную камеру по касательной к окружности боковой стенки между границами зон звуковых и ультразвуковых колебаний, осуществляют загрузку и измельчение исходного материала, затем производят отбор полученного порошка. Для осуществления предложенного способа используют устройство вихревого помола, представленное на фиг. 1 и фиг. 2. Устройство вихревого помола содержит корпус 1, торцевые стенки 2, цилиндрическую помольную камеру 3, входные сопла 4, выходное сопло 5, патрубок загрузки 6, полости 7. Корпус 1 и торцевые стенки 2 образуют цилиндрическую помольную камеру 3. К корпусу 1 крепятся входные сопла 4 и выходное сопло 5. На верхней стенке закреплен патрубок загрузки материала 6. В корпусе 1 размещены полости 7, создающие звуковые и ультразвуковые колебания. Устройство вихревого помола работает следующим образом. Поток энергоносителя,например воздух, до входа в цилиндрическую помольную камеру 3 делят на части входными соплами 4. Количество входных сопел 4 равно числу полостей 7, создающих зоны звуковых и ультразвуковых колебаний, перемещающихся поперек движения потока воздуха. Входные сопла 4 размещены по касательной к окружности боковой стенки цилиндрической помольной камеры 3 между границами зон колебаний примерно на равных расстояниях от двух соседних полостей 7. Внутренняя боковая стенка корпуса 1 формирует окружное вихревое течение в цилиндрической помольной камере 3. Через патрубок за 3 11989 1 2009.06.30 грузки 6 в цилиндрическую помольную камеру подается измельченный материал, например зерно. Поток воздуха подхватывает зерна и сообщает им круговое движение вдоль стенки корпуса 1. При круговом движении слоя происходит непрерывное соударение зерен друг с другом и со стенками, приводящее к разрушению зерен на все более мелкие части. Частицы зерна, измельченные до критического размера удаляются из камеры 3 через выходное сопло 5. На представленном устройстве реализуются все признаки предлагаемого способа измельчения материала в вихревом потоке энергоносителя. Использование предлагаемого способа при подаче воздуха под давлением 450 кПа и частотах колебаний 7-28 кГц позволило осуществить помол исходного зерна до размеров порядка 95 мкм. Источники информации 1. А.с. СССР 1282894, МПК В 02 С 19/06, 1986. 2. А. с. СССР 1574270, МПК В 02 С 19/06, 1990. 3. Патент РФ 2100082, МПК В 02 С 19/06, 1997 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4