Классификация материалов в жидкой и воздушных средах(гидравлическая классификация и воздушная сепарация)

Разделение продуктов на классы в жидкой или воздушных среда основаны на различии скоростей падения, разного размера, формы и плотности в этих средах.

Как известно падение бывают:

1) Свободным;

2) Стесненным.

В классификации аппаратах любой конструкции движения частиц в жидкости или где происходит в стесненных условиях, которые характеризуются взаимным влиянием частиц движущихся в жидкости или газе. Гидродинамические условия обтекания их другие чем при свободном движении.

При стесненном падении встречные потоки жидкости, обтекающие частицы, движутся в промежутках между ними. Сужение потока увеличивает градиент относительной скорости жидкости, что увеличивает касательные силы, действующие на частицы, то есть увеличивает гидродинамическое сопротивление. При действии одной и той же активной силы скорость частиц при совместном падении будет меньше скорости их свободного падения. Чем больше обьемн. концентр. твердения фазы, тем меньше скорость стесненного падения. В классификации аппаратах стесненного падения частиц происходит в потоке жидкости, ограниченные стенками аппарата. Вследствие воздействия турбулентных вихрей, срывающихся со стенок, в аппарате происходит перемешивание частиц как в продольном так и в поперечном направлениях. Распределение скоростей их неравномерно, меньше у стенок аппарата, выше в центре.

Разделение мат. в газовых средах называется воздушной сепарацией, в жидких – гидравлической классификацией. Воздушную сепарацию применяют для сыпучих, порошкообразных материалов, крупностью меньше 1 мм. Когда используют вибрацию грохотов нерационально из-за малой производительностью и быстрого износа тонких сит. Крупность мат., подвергнутого гидроклассификации не выше 5 мм.

В промышленности страительных материалов воздушная сепарация применяется при помоле цемента, гипса, извести и сухой глины. Применяется в качестве несущего агента горячего воздуха или дымовых газов позволяющих совместить процессы помола и сушки в одном аппарате.

Воздушная сепарация позволяет повысить производительность помольного аппарата нп 25-50% за счет своевременного удаления готового продукта, снизить удельные затраты энергии на 10-20%, причем тем больше, чем выше тонкость помола.

Преимущественно распространено в промышленности получили проходные и циркуляционные сепараторы. В проходном сепараторе исходный материал поступает в виде аэросмеси, а тонкий продукт вместе с воздухом отводится в автономные пылеосадочные устройства. В циркуляционном сепараторе установлен вентилятор, который создает воздушный поток, а также распылитель, для образования пыле-воздушной смеси. При этом сепарирование и пылеосадочные устройства находятся в одном агрегате. Последние более компактные и экономичны.

Гидравлические классификации в промышленности применяются для фракционирования песка, разделения ПГС, промывки заполнителя от глинистых, илистых пылевидных фракций, а также для повышения плотности и прочности заполнителя.

По принципу действия различают:

1) Горизонтальные

2) Вертикальных гидроклассфикаций

3) Центробежные

4) Механических гидроклассифиуаций (речные, спиральные, драговые)

 

 

Принципиальная схема вертикального гидроклассификатора с восходящим потоком

Исходная гидросмесь по подводящему трубопроводу 1 попадает в диффузор 3, где скорость потока резко снижается и из гидросмеси выпадает наибольшие крупные частицы, которые оседая удаляются через разргузочные 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 включают последовательно несколько гидроклассификаторов. Для получения стабильного зернового состава гидроклассиф. необходимо обеспечить постоянное питание как по исходному материалу так и по концентрации твердой фазы, поступающей гидросмеси.

Надежность в работе и простота конструкции обусловили мировое распространение этих аппаратов при обогащении песка. По мере продвижения пульпы из неё в специальные камеры выпадают твердые частицы, то есть в первые камеры более крупные, а затем все мельче. Для лучшего разделения в каждую камеру подается вода (снизу), количеством которого регулируется скорость восходящего потока, а след.

размер взмучиваемых частиц. Количество подаваемой воды уменьшится от нач. камер к последующим.

Из центробежных классификаций наибольшее распространение получили гидроцыклоны. Исходная гидровзвесь при избыточном давлении 0,1-0,2 Мпа тангенциально попадает в цилиндрическую часть аппарата за счет вращательного движения пульпы возникшей центростремительной силы, в несколько раз превышает гравитационные силы отдельных частиц. В конусной части аппарата поток разделен на 2 части за счет различных по величине сил инерции. Крупные частицы выпадают и выгружаются через нижнее отверстие, мелкие подхватываются восходящим вихревым потоком в центре и выводятся через верхний сливной патрубок.

 

Гидромеханические процессы

В технологии строительных материалов используются вещества в различном агрегатном состоянии. Процесс переработки материалов происходит в различном состоянии, и в большинстве случаев зависит от агрегатного состояния,

а также от физических свойств взаимодействующих фаз.

Гидромеханика – наука о движении жидкостей и газов. Законы гидромеханики изучаются в предмете гидравлика (гидростатика, рассм. законы равновесия и состояния покоя; гидродинамика, рассм. законы движения).

Гидромеханические процессы по принципу целенаправленности можно разделить:

1) процессы, протекающие с образованием неоднородных систем.

2) процессы, протекающие с разделением этих систем.

3) процессы, связанные с перемещение потоков в трубопроводах и аппаратах.

Классифирование гидромеханических процессов можно производить и по другому признаку, то есть по закономерностям, характеризующих условия движения потока. Теоретически гидродинамика рассматривает ряд гидромеханических процессов (движение потоков по трубам под действием силы тяжести, смешанную задачу). В промышленном строительстве материалов многие технологические процессы (перемешивание литых и пластинчатых смесей, транспортирование их, а также различных дисперсных материалов, движение теплоносителя в печах и сушилках, формование изделий и т. д.) связаны с общими законами гидродинамики. Изучение этих законов невозможно без различных основных законов гидростатики.

В гидравлике принято объединять жидкости и газы под единым названием жидкости, так как законы движения жидкости и газов практически одинаковы.

Жидкости – все вещества, обладающие текучестью при приложении сил сдвига. В гидравлике различают гипотетическую и идеальную жидкость, которая в отличие от реальной (вязкой) абсолютно несжимаема под действием давления, не изменяет плотность при изменнении температуры.

Реальные жидкости делятся на:

1) капельные.

2) Упругие (газы, пары).

Капельные жидкости практически несжимаемы и обладают очень малым коэффициентом объёмного расширения. Объём упругих жидкостей сильно зависит от изменения температуры или давления.

Физические свойства жидкостей:

1) Плотность:

Плотность капельных жидкостей значительно выше чем у соответствующих упругих жидкостей. Плотность упругой жидкости может быть рассчитана по уравнению Менделева-Клайперона:

2) Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям, вызывающих относительное перемещение её частиц.

Вязкость – внутреннее трение.

Согласно закону внутреннего трения напряжение внутреннего трение, возникает между слоями жидкости при её течении прямо пропорционально градиенту скорости.

τ – напряжение внутреннего трения (напряжение сдвига).

µ - динамический коэффициент вязкости.

dω/dn – градиент скорости, который характеризует изменения скорости, приходящейся на единицу расстояния по нормали между слоями.

Знак «-» указывает, что напряжение сдвига тормозит слой, движущиеся с относительно большей скоростью или разгоняют относительно медленно движущиеся слои.