Мельницы могут работать лучше Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 675.92.052.35

А.Б. ЛИПИЛИН, генеральный директор, Н.В. КОРЕНЮГИНА, главный технолог, М.В. ВЕКСЛЕР, инженер завода «ТЕХПРИБОР» (Тульская обл.)

Мельницы могут работать лучше

Хорошо известно, что эффективность любого помольного участка оценивается прежде всего по гранулометрическому составу полученного порошка и затратам на его производство. По мнению специалистов [1], причиной высокого расхода или перерасхода энергии на получение продукта заданной дисперсности является тормозящее действие тонких частиц, которые, оставаясь в массе материала, затрудняют измельчение крупных, т. е. чем быстрее и полнее из корпуса мельницы будут выведены частицы нужных размеров, тем меньше затраты энергии на помол, тем ниже себестоимость полученного порошка.

Разделение массы измельчаемого сырья на готовый порошок и крупку — задача воздушных классификаторов. Полнота отделения мелких частиц от крупных характеризует эффективность классификатора. В иностранной литературе этот параметр часто называют separation sharpness — четкость разделения, что вполне точно отражает суть решаемой задачи. Чем точнее будет разделен исходный порошок, тем выше фракционная чистота тонкого продукта, тем меньше мелких частиц,

Питание ■ Тонкий продукт Крупка

классификатора ^ '

Рис. 1. Воздушно-проходной сепаратор «КАСКАД-М4» (ВПС)

Питани? Тонкий продукт Крупка

классификатора г '

Рис. 2. Воздушно-центробежный классификатор «СЕГ1ЕКТОР-500/1500» (ВЦК)

не выделенных из крупки, уйдет в мельницу на домол и на на энергозатратное переизмельчение [1].

Производственная практика показывает, что увеличение эффективности классификации позволяет поднять единичную производительность мельничного оборудования на 15—30%, примерно настолько же сократив удельные расходы на помол [2].

Для того чтобы правильно оценить эффективность воздушной классификации, должны быть известны следующие показатели: гранулометрический состав порошка на входе в классификатор и гранулометрический состав тонкого продукта. Далее необходимо настроить воздушный классификатор на разделение продукта помола по заданной или технологической границе разделения. Граница разделения — это некоторый условный размер частиц dcs, относительно которого должно соблюдаться правило: все частицы больше, чем dcs., то есть крупная фракция, должны быть собраны в крупке, а меньшие (мелкая фракция) — в тонком продукте. Понятно, что чем мельче частица, тем больше вероятность ее попадания в тонкий продукт, а чем крупнее, тем больше вероятность попадания в крупку. Другими словами, процесс воздушной классификации носит вероятностный характер. Поэтому под фактической границей разделения понимают медианный размер некоторого узкого класса частиц, имеющих равную вероятность попадания как в крупный, так и в мелкий продукт. Такая величина обозначается d5Q и характеризует вероятностную границу разделения. Вероятностная граница разделения определяется конструкцией классификатора и его настройками, поэтому она может существенно отличаться от технологической границы, заданной исходя из требований к гранулометрическому составу целевого продукта.

В производственных условиях, когда гранулометрический состав целевого продукта задан требованиями нормативной документации, эффективность классификации может быть определена двумя показателями: фракционной чистотой целевого продукта (Сс либо Г) и из-влекаемостью соответствующей фракции п. Извлекаемость фракции — это отношение массы частиц нужной фракции к массе частиц этой же фракции в питании классификатора.

Извлечение крупной фракции рассчитывается по формуле:

^/ЯУЖ - J J b>J bJ5 научно-технический и производственный журнал

® май 2013 49

Пс = mcCc / miCi = усСс / С; извлечение мелкой фракции:

П = mFf / miFi = Щ /

где m¡, mc, т, — массы исходного материала, крупного и мелкого продуктов; С,, Сс, С — содержание крупной фракции соответственно в питании классификатора, крупке и мелких продуктах; Fl, Fc, Ff — содержание мелкой фракции соответственно в исходном материале, крупке и мелких продуктах.

Содержание определенной фракции в соответствующем продукте Сс и Ff называют фракционной чистотой продуктов, а величины С и Fc — загрязнениями продуктов.

Отношением массы частиц данной фракции к питанию определяют выход продуктов, соответственно и у, — выход крупки и мелкого продукта. Ясно, что + у, = 1.

Выход (у) дает количественную оценку разделения, а извлечение (п) характеризует эффективность разделения.

На практике для расчета технологических показателей процесса классификации часто пользуются формулами без массовых показателей [2]:

С-С,

-/

; Y,

'/ Ff-Fc

Ff F,-Fr

£с Cj-Cf__

'с, Сс-с/ '!/ Fi Ff-Fc-

Для примера расчета эффективности воздушной классификации на территории завода «ТЕХПРИБОР» (г. Щекино Тульской области) был проведен эксперимент по разделению минерального порошка с помощью центробежных классификаторов разных конструкций.

Таблица 1

Класс крупности, мкм Исходный минеральный порошок Крупка Тонкий продукт

+180 6,5 11,6 0,3

-180 - +100 9,2 16,1 2,58

-100 - +71 26,3 18,7 17,71

-71 - +55 5 15,9 18,57

-55 - +38 5,3 8,65 3,68

-38 47,7 35,05 57,16

2 100 100 100

Таблица 2

Класс крупности, мкм Исходный минеральный порошок Крупка Тонкий продукт

+ 180 6,5 10,84 -

- 180 - + 100 9,2 17,7 -

-100 - +71 26,3 43,07 1,3

-71 - +55 5 6,5 11,08

-55 - +38 5,3 2,43 17

-38 47,7 19,46 70,62

2 100 100 100

Воздушно-проходной сепаратор «КАСКАД-М4» (ВПС) с регулируемым направляющим аппаратом и статической зоной разделения (рис. 1) и ему подобные широко применяются в комбинации с мельницами для разделения сыпучих материалов в диапазоне крупности 63—400 мкм. Воздушно-центробежный классификатор «СЕЛЕКТОР-500/1500» (ВЦК) с приводным делительным ротором и динамической зоной разделения (рис. 2) используется на современных производствах для получения порошков с преобладающим размером частиц 10-200 мкм.

Представленные агрегаты принадлежат к группе воздушно-центробежных или вихревых классификаторов. Разделение полидисперсных порошков по крупности частиц происходит во вращающемся потоке воздуха за счет взаимодействия центробежных сил и давления воздуха, который нагнетается вентилятором. В обоих классификаторах материаловоздушная смесь подается снизу, главное их отличие состоит в способе формирования вихря. В воздушно-проходном сепараторе «КАСКАД-М4» (ВПС) для этого используется направляющий аппарат, который состоит из поворотных лопаток, закручивающих воздушный поток, а в воздушно-центробежном классификаторе «СЕЛЕКТ0Р-500/1500» (ВЦК) эту задачу выполняет делительный ротор, который приводится во вращение собственным электродвигателем. В первом аппарате регулировка границы разделения производится поворотом лопаток направляющего аппарата, что позволяет изменять текущий радиус вихря, а значит, и тангенциальную скорость частиц, во втором - граница разделения регулируется за счет изменения частоты вращения делительного ротора.

Крупные, обладающие большими размерами и массой частицы под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса классификаторов, теряют свою скорость, оседают в сборнике крупки, выводятся из классификатора и отправляются в мельницу на до-мол. Если в статической зоне разделения воздушно-проходного сепаратора «КАСКАД-М4» скорость частиц в зоне разделения не может превышать скорости несущего воздушного потока, то в динамической зоне разделения воздушно-центробежного классификатора «СЕЛЕКТ0Р-500/1500», оснащенного делительным ротором с электроприводом, скорость, а с ней и центробежная сила, действующая на частицы, значительно выше.

Сравнение эффективности классификации воздушно-проходного сепаратора «КАСКАД-М4» и воздушно-центробежного классификатора «СЕЛЕКТ0Р-500/1500» проводилось на минеральном порошке, гранулометрический анализ размеров частиц отобранных проб которого выполнялся на лазерном дифракционном анализаторе частиц Fritch Particle Sizer Analysette 22.

При заданной технологической границе разделения 71 мкм требуется выяснить эффективность воздушно-проходного сепаратора «КАСКДЦ-М4». Гранулометрический состав минерального порошка и продуктов его классификации приведен в табл. 1.

Как видно из табл. 1, в исходном минеральном порошке содержится 58% частиц размерами менее 71 мкм. После классификации получен тонкий продукт с содержанием 79,41% частиц менее 71 мкм.

Извлечение фракции +71 мкм в крупку составило:

С с Cj-Cf_ Q Сс—Сг

46,4 42-20,59 42 '46,4-20,59'

=1,1047x0,8295=91,63%,

при этом выход фракции +71 мкм составил 82,95%, соответственно выход фракции -71 мкм — 17,05%.

50

научно-технический и производственный журнал

май 2013

jVJ ®

Извлечение фракции -71 мкм в тонкий продукт составило:

п,—%79,41 58—53,6 1 3691Х0 1704=23 32% '/ 58 79,41-53,6 1,3691x0,1/04 23,32%.

Таким образом, эффективность разделения воздушно-проходного сепаратора «КАСКАД-М4» по технологической границе разделения 71 мкм составила 57,5%, что является вполне обычным показателем работы классификаторов данной конструкции.

Теперь при той же заданной технологической границе разделения -71 мкм вычисляем эффективность воздушно-центробежного классификатора «СЕЛЕКТ0Р-500/1500». Гранулометрический состав минерального порошка и продуктов его классификации приведен в табл. 2.

Тонкий продукт представлен частицами менее 71 мкм ^99=71 мкм).

Извлечение фракции +71 мкм в крупку составило:

= Сс 71,61 42-1,3 ,

С, 'Сс-С} 42 '71,61-1,3 1,

7050x0,5788=98,67%,

при этом выход фракции +71 мкм составил 57,88%, соответственно выход фракции -71 мкм — 42,12%.

Извлечение фракции -71 мкм в тонкий продукт составило:

98,7 58-28,39 " 58 '98,7-28,39"

=1,7017x0,4211=71,66%.

Эффективность разделения воздушно-центробежного классификатора «СЕЛЕКТ0Р-500/1500» по технологической границе разделения 71 мкм состав-

ляет 85,2%, что является хорошим показателем работы классификатора.

По итогам проведенного эксперимента по сравнению эффективности воздушно-центробежных классификаторов разных конструкций можно сделать следующие выводы:

— лучшие результаты классификации минерального порошка при заданной границе разделения —71 мкм показал воздушно-центробежный классификатор «СЕЛЕКТ0Р-500/1500». Его эффективность оказалась выше, чем у воздушно-проходного сепаратора «КАСКАД-М4», на 28%;

— качество тонкого продукта, полученного на воздушно-центробежном классификаторе «СЕЛЕКТ0Р-500/1500», также оказалось выше; фракционная чистота р =98,7% по сравнению с Р =79,41% у воздушно-проходного сепаратора «КАСКАД-М4».

Таким образом, использование современного оборудования воздушной классификации позволяет не только получать порошки более высокой фракционной чистоты, что зачастую является синонимом качества продукта, но и на ~28% уменьшить циркуляцию «мелочи», а значит, настолько же поднять производительность мельниц при выпуске минеральных порошков.

Ключевые слова: минеральный порошок, воздушная клпссификация, помол.

Список литературы

1. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия. 1977, 368 с.

2. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989, 160 с.

Г; научно-технический и производственный журнал

Ш май 2013 51