Главная » Лаборатория каскадной пневмоклассификации сыпучих материалов

Значительный вклад в развитие научных основ процессов и аппаратов пневмоклассификации сыпучих веществ внесли работы, проводимые на кафедре по теме "Фракционирование полидисперсных материалов". Исследования по данному научному направлению были начаты профессором Е.В.Донатом в 1974 году с целью выявления основных закономерностей процессов взвешивания и переноса твердых частиц турбулентным потоком газа для проектирования новых высокоэффективных пневмоклассификаторов. В использовании подобных аппаратов остро нуждаются химическая, горнодобывающая, строительная и другие отрасли промышленности, а также сельское хозяйство, где исходным сырьем являются дисперсные вещества, к гранулометрическому составу которых предъявляются особые требования.  Высокая степень разделения при осуществлении процессов классификации дисперсных материалов влияет не только на расходные нормы сырья и его качество, но и определяет производительность и эффективность работы других машин и аппаратов в технологической схеме, что в конечном итоге сказывается на технико-экономических показателях всего производства.

Глубокие исследования сложного многофакторного процесса разделения сыпучих полидисперсных материалов проведены В.А.Кирсановым, С.Д.Авдеевым, В.Е.Кравчиком, А.М.Новоселовым, и В.В.Титаренко, результаты которых составили основу их кандидатских диссертаций и изложены в трех монографиях и в 125 статьях, опубликованных в отечественных и зарубежных журналах.

Впервые В.А.Кирсановым были выявлены особенности механизма работы наклонных перфорированных полок, заключающиеся в периодическом накоплении и распаде плотной массы частиц в разгрузочных перетоках сепарационной камеры пневмоклассификатора. Объяснение явления перераспределения газовзвеси между перетоком и перфорацией полки послужило в дальнейших исследованиях базой как для математического описания процесса, так и формулирования принципов конструирования контактных элементов каскадных пневмоклассификаторов. Несомненной заслугой С.Д.Авдеева является создание оригинальной установки для исследования влияния времени пребывания частиц материала в зоне разделения классификатора на эффективность процесса фракционирования. Созданная им стохастическая модель фракционного разделения позволила также значительно расширить метод расчета технологических параметров процесса. Весомый вклад в дальнейшее представление об особенностях рациональной организации изучаемого процесса внесли результаты диссертационной работы В.Е.Кравчика, посвященная закономерностям фракционирования в многополочном аппарате. Анализ полученных данных о механизме переноса взвешенных частиц восходящим воздушным турбулентным потоком позволил коллективу авторов защитить новые конструкции контактных элементов каскадных пневмоклассификаторов авторскими свидетельствами и патентами. Исследованию новых конструкций пневмоклассификаторов посвятил свою диссертацию А.М.Новоселов. Им доказана перспективность секционирования сепарационной камеры аппарата как в продольном, так и поперечном направлениях. В.В.Титаренко обобщены результаты исследований о возможном пределе секционирования сепарационной камеры пневмоклассификатора многопроходными контактными элементами. Наряду с этим доказана перспективность перечистки крупной и мелкой фракций в объеме одного аппарата при однократном пропуске исходного материала.

Закономерным итогом многопрофильных исследований и практических приложений явилась защита В.А.Кирсановым в 2005 году докторской диссертации на тему: "Научные основы и принципы совершенствования процессов и аппаратов каскадной пневмоклассификации сыпучих материалов" в диссертационном совете Тамбовского государственного технического университета. Проведенные комплексные исследования, накопленные новые экспериментальные данные, результаты испытаний и внедрений созданных пневмоклассификаторов в различные отрасли промышленности и сельское хозяйство позволили осуществить теоретические обобщения, разработать новые технические решения, направленные на совершенствование оборудования для фракционирования сыпучих материалов, и сделать следующие выводы: 

  1.  Впервые в сепарационных каналах гравитационных пнемоклассификаторов (пустотелом, со сплошными и перфорированными пластинчатыми полками) экспериментально выявлен и объяснен гидродинамический эффект, выражающийся в циклически возникающем пристенном потоке газовзвеси с повышенной концентрацией частиц, движущемся в режиме "противодюнного" течения. Периодический распад данного потока в местах межкаскадных перетоков полочных пневмоклассификаторов сопровождается поршневым выносом частиц различной дисперсности и, как следствие, является причиной снижения четкости разделения.
  2.  Сформулированы научно обоснованные принципы конструирования  полочных гравитационных пневмоклассификаторов, основная суть которых заключается в подавлении крупномасштабной и развитии мелкомасштабной турбулентности, выравнивании эпюры скоростей несущей среды в поперечном сечении классификатора, обеспечении гидродинамических условий противодействующих формированию нисходящих пристенных потоков газовзвеси с повышенной концентрацией частиц. Одним из основных технических приемов, прошедших промышленную апробацию, является продольное и поперечное секционирование сепарационного канала контактными элементами.
  3.  Установлено, что наличие перфорации на контактных элементах пневмоклассификаторов исключает образование режима поршневого выноса частиц, благодаря перераспределению газовзвеси между межкаскадными перетоками и отверстиями на поверхности полок, способствует снижению масштаба и интенсивности вихрей, более равномерному распределению скоростей при движении воздушного потока, что повышает эффективность процесса разделения сыпучих полидисперсных материалов в среднем на 25 %.
  4.  На основе сформулированных принципов совершенствования каскадных пневмоклассификаторов предложены базовые конструкции перфорированных контактных элементов, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами и патентами, характеризующиеся повышенной эффективностью, высокой селективностью по одному из продуктов разделения и меньшим гидравлическим сопротивлением по сравнению с традиционно используемыми в промышленности пластинчатыми полками. Выявлены особенности гидродинамической обстановки, структуры однофазного потока и характера распределения твердой фазы в аппаратах с предлагаемыми разработками, учет которых необходим для создания рациональной организации процесса фракционирования сыпучих материалов. 
  5. Впервые исследован процесс многокомпонентной пневмоклассификации в объеме одного аппарата с каскадом контактных элементов и экспериментально установлены значения основных технологических и конструктивных параметров, позволяющих проводить процесс разделения засоренных гранулированных термопластов, нефтяного кокса и семян подсолнечника на три фракции с высокой эффективностью.
  6. Предложен метод расчета рабочего значения скорости воздуха в свободном сечении пневмоклассификатора, учитывающий возможность эффективной пневмоклассификации при скоростях газа, не превышающих величины, при которой концентрация крупных частиц в уносе нарастает быстрее, чем мелких.
  7. На основе аналитического описания кривых фракционного разделения с учетом суммарной характеристики дисперсности материала получены уравнения для расчета эффективности процесса при требуемой граничной крупности частиц, а также оптимально достижимой эффективности работы каскадного пневмоклассификатора, что дает возможность выявить наиболее перспективную конструкцию аппарата для заданных технологических условий.
  8.  Разработан метод прогнозирования результатов процесса фракционирования сыпучих материалов в зависимости от изменения концентрации частиц  в сепарационном канале пневмоклассификатора, обеспечивающий максимальный выход целевого продукта с учетом предъявляемых технологических требований к его качеству.
  9.  Проведенный сравнительный анализ новых разработок выявил оптимальные области их использования, что позволило осуществить широкое внедрение пневмоклассифицирующих установок в различные отрасли промышленности и на предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции. Разработанная методика расчета технологических и конструктивных параметров каскадных пневмоклассификаторов производительностью от 100 кг/ч до  10 т/ч позволила спроектировать и осуществить внедрение 46 установок в различные отрасли промышленности и сельское хозяйство. В результате промышленной эксплуатации пневмоклассифицирующих установок повысилось качество выпускаемой продукции, сократились потери сырья, снизились затраты на ремонт оборудования и улучшились условия труда за счет снижения пылевых выбросов в производственные помещения. Данные пневмоклассификаторы выгодно отличаются от известных и широко применяемых аппаратов отсутствием ситовых вибрирующих поверхностей, движущихся частей, новизной и оригинальностью контактных элементов, что делает их эффективными и надежными в работе.

Для обеспыливания подсыпочных материалов камер обжиговых печей электродных заводов разработан пневмоклассификатор ПК-10 производительностью 10 т/ч, рекомендованный производственным объединением "Союзуглерод" к внедрению на всех предприятиях отрасли. В настоящее время данная разработка и ее модификации используются на Новочеркасском и Днепровском (г.Запорожье, Украина) электродных заводах, на Вяземском заводе графитовых изделий и Новочеркасском заводе строительных материалов.

Для обеспыливания твердосплавного порошка "Рэлит", применяемого для наплавки режущих поверхностей буровых инструментов и рабочих органов дорожных машин, разработана установка производительностью 800 кг/ч, внедрение которой осуществлено на Торезском заводе наплавочных твердых сплавов (г.Торез, Украина).

По заказу Государственного института по проектированию предприятий по производству изделий из пластмасс и химтары ("Госпластпроект", г.Ростов-на-Дону) разработана установка УОПМ, реализующая сухой способ очистки гранулированных термопластов, засоренных инородными включениями. В составе этой установки используется созданный многокомпонентный пневмоклассификатор ПКМ-0,1 производительностью 100 кг/ч, в котором происходит разделение исходного материала на три фракции. Техническая документация установки передана институту "Госпластпроект", который использовал ее при проектировании линий очистки гранулированных термопластов, внедренных на Азовском тарном заводе (г.Азов), Каменском ПО "Химволокно" (г.Каменск), Херсонском заводе "Дельта" (г.Херсон, Украина), Харьковском заводе "Харпластмасс" (г.Харьков, Украина), ОАО "Арамильский завод пластических масс" (г.Арамиль), Новомосковском ОАО "Полимерконтейнер" (г.Новомосковск).

Создан ряд пневмоклассифицирующих установок для очистки семян различных сельскохозяйственных культур от трудноотделимых примесей производительностью 100 кг/ч (три модификации), 500 кг/ч и 3 т/ч, а также прибор для экспресс-анализа чистоты семян ПОС-1. Данные разработки используются на 32 предприятиях сельскохозяйственной отрасли: в семеноводческих и фермерских хозяйствах, селекционных станциях и агрофирмах. Они применяются для очистки и сортировки семян масличных, овощных, зерновых культур, цветов и трав, а также для извлечения круп из отходов при работе рушильных машин. 

Пневмоклассификатор КСП-0,1М

Пневмоклассификатор ПКС-0,1