СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИХРЕВОГО КОМПЛЕКСА ГЛУБОКОЙ СЕПАРАЦИИ - ВКГС
METHOD OF PROCESSING MECHANICAL MIXTURES USING VORTEX COMPLEX OF DEEP SEPARATION - VCDS

Описание изобретения
Механические смеси, содержат в своем составе несколько и даже много компонентов, для обособления которых требуется многоуровневая сепарация. В этих целях нами предлагается «Способ переработки механических смесей с использованием вихревого комплекса глубокой сепарации - ВКГС». Способ переработки механических смесей с использованием вихревого комплекса глубокой сепарации - ВКГС, предназначен для глубокой переработки многокомпонентных механических смесей. Он может применяться практически во всех отраслях хозяйства страны: химической отрасли, газовой, нефтеперерабатывающей, зерноперерабатывающей, пищевой и т.д. список неограничен.
В сегодняшней практике известно много аэродинамических способов разделения механических смесей с использованием различных свойств материалов. Известен сепаратор механической смеси автора Русских Николая Ивановича, номер патента: 2065680, дата публикации: 27.08.1996 г. Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а, именно, к устройствам для разделения смесей. Сущность изобретения: аэродинамический сепаратор смеси содержит транспортер, рабочей ветвью которого является расположенная сверху ведомая ветвь, а снизу рабочей ветви расположены нагнетательные пневмопроводы с дутьевыми устройствами, при этом всасывающий путепровод с зонтом расположен над рабочей ветвью транспортера. Поступающая на рабочую ветвь транспортера, обрабатываемая смесь подвергается последовательному воздействию нескольких пневмоструй, нагнетаемых в направлении снизу вверх пневмопроводами с дутьевыми устройствами. Обрабатываемая смесь приобретает волновую структуру, обособленная почва просевается под транспортер, а отсепарированные корнеплоды сходят с рабочей ветви транспортера.
Предлагаемое настоящее изобретение является развитием известного способа авторов: Кузнецов Виктор Иванович, Шариков Олег Алексеевич, Шариков Марат Олегович, патент на изобретение №2475310 опубл. 20.02.2013, Бюл. №5. «Способ разделения механических смесей на основе использования свойств вихревого потока и применения вихревого сепаратора-конфузора».
Отличие предлагаемого способа, в том, что в нем применяется последовательно - каскадная система приборов, в которой используются, как основная, так и дополнительные технологические линии новых аппаратов, включающие завихрители, сепараторы-конфузоры, циклоны-конфузоры, которые своей взаимозависимой геометрией, последовательностью технологического применения, обеспечивают выполнение физического процесса - вихревой эффект конфузора - как основы предлагаемой технологии переработки многокомпонентных смесей.
Отличие, предлагаемого способа переработки механической смеси, в том, что применяется способ перемещения механической смеси с использованием свойств вихревого потока, при котором не сама масса смеси, подлежащей переработке, подается из бурта самотеком или транспортером через загрузочный бункер к осевому отверстию в крышке вихревой трубы, а, сформированное в вихревой трубе, разрежение, которое, через специальное, эксцентричное отверстие в крышке вихревой трубы завихрителя, с помощью гибкого путепровода, подводится к бурту смеси, подлежащей переработке; захваченная, смесь, по гибкому путепроводу, одновременно с формированием вихревого потока, вовлекается в технологический процесс, без применения дополнительных устройств и дополнительных затрат иных ресурсов, (типа скребковых транспортеров, пневматических устройств, устройств самотека в форме спирали в загрузочный бункер, и т.д.). В предлагаемом способе отсутствует само понятие «загрузочный бункер».
Отличие, предлагаемого способа переработки механической смеси, в том, что применяемые циклоны - конфузоры, принципиально отличаются от существующих образцов циклонов, направлением движения вихревых потоков смеси, благодаря используемому в них новому физическому процессу, а именно, вихревому эффекту конфузора, при котором, из наиболее плотных частиц периферийного слоя первоначального вихря, формируется встречный, первоначальному, вихревой поток, который, затем, отводится в каналы при большем основании циклона - конфузора, а менее плотные частицы, напротив, существующим способам циклонной переработки механических смесей, выводятся не у большего основания циклона, а в осевое отверстие в меньшем основании циклона. Предлагаемые циклоны - конфузоры имеют габариты в разы меньше, существующих аналогов, могут располагаться в пространстве вертикально, горизонтально, под углом, в необходимой технологической последовательности.
Отличие, предлагаемого способа переработки механической смеси, в том, что при сборе отходов, отработанный воздух отделяется от примесей и, повторно, по путепроводу через эжектор, используется в переработке, что позволяет эффективнее использовать затраченные ресурсы с минимальным ущербом окружающей среде при осуществлении технологического процесса в целом.
Отличие предлагаемого способа переработки механической смеси, в том, что последовательно - каскадное соединение технологических звеньев, их взаимозависимое сочетание, обеспечивает непрерывное выполнение технологического процесса переработки, от подачи в комплекс массы механической смеси, подлежащей переработке до упаковки готовой продукции и что, впервые, позволяет реально осуществлять управление вихревыми потоками, а именно:
- формирование закрученных потоков с необходимыми, для технологического процесса, параметрами;
- разделение, обособление вихревых потоков по слоям и компонентам смесей;
- спрямление и формирование вновь закрученных потоков.
Предлагаемым способом реализуется актуальнейшая задача переработки механических смесей повышение эффективности производства, путем применения вихревого эффекта конфузора и последовательно - каскадной конструкции комплекса, которые создают технические условия непрерывному технологическому процессу.
Раскрытие изобретения
В целях наглядного пояснения предлагаемого способа работы комплекса приводится на фиг. 1. «Принципиальная схема работы вихревого комплекса глубокой сепарации - ВКГС».
Способ переработки механических смесей с использованием вихревого комплекса глубокой сепарации -ВКГС начинается с того, что сжатый воздух, от нагнетателя (вентилятор, компрессор и.т.п.) «1», поступает в вихревую трубу завихрителя «2» основной технологической линии, где создается воздушный, вихревой поток и, одновременно, разрежение, достаточное, чтобы втянуть в него по гибкому путепроводу «3», обрабатываемую механическую смесь. Захваченная воздушным вихревым потоком, смесь «31» в вихревой трубе завихрителя «2» закручивается, и, одновременно, в потоке, под действием центробежных сил и сил гравитации, происходит его разделение на осевые и периферийные слои и смесь поступает в первый сепаратор-конфузор «4» основной технологической линии. В первом сепараторе-конфузоре «4» основной технологической линии под действием центробежных сил и перепада давления, из частиц периферийного слоя, формируется, встречный первоначальному, вихревой поток, движущийся по образующей стенке сепаратора-конфузора, затем, его отводу, в первый циклон - конфузор «5», первой дополнительной технологической линейки первого сепаратора - конфузора основной технологической линии, а, оставшаяся часть смеси первоначального потока, движется в осевое отверстие сепаратора - конфузора «4», в меньшем основании и поступает во второй сепаратор - конфузор основной технологической линии «13».
В первом циклоне - конфузоре «5» первой дополнительной технологической линейки первого сепаратора - конфузора основной технологической линии этот процесс повторяется. Из плотных частиц, периферийных слоев потока, формируется встречный вихрь, поступающий, затем, по путепроводу в накопитель передела «7» от первого циклона - конфузора «5» первой дополнительной линейки.
Оставшаяся часть потока, поступившего в циклон - конфузор «5», вместе с осевыми слоями, через его осевое отверстие поступает в следующий по движению потока циклон - конфузор «6». Циклон - конфузор «6». является вторым по движению потока в первой дополнительной линейке первого основного сепаратора - конфузора «4». В циклоне - конфузоре «6» формируется встречный вихрь, периферийные и осевые слои. Они движутся следующим образом: встречный вихрь по путепроводу поступает в первый циклон - конфузор «8» второй дополнительной линейки первого сепаратора - конфузора «4» основной технологической линии, а, оставшиеся периферийные и осевые слои движутся в осевое отверстие в циклоне - конфузоре «6», затем, в путепровод сбора отходов «10». В циклоне - конфузоре «8» из поступивших в него, частиц периферийного слоя первоначального потока формируется вихревой поток, который, в свою очередь, разделяется центробежными силами и перепадом давления на встречный вихрь, состоящий, из плотных частиц, и осевой поток, состоящий из менее плотных частиц. Встречный вихрь по путепроводу передела «9» отводится в накопитель передела «12», а осевой поток через осевое отверстие циклона - конфузора «8» поступает в путепровод сбора отходов «10». Другая часть первоначального потока, в сепараторе-конфузоре «13» под действием центробежных сил и перепада давления разделяется на два потока, один из них встречный вихрь, который по образующей конфузора и путепроводу поступает в завихритель «14» первого сепаратора-конфузора первой дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной линии «15». В завихрителе «14» поступившие по тангенциальному путепроводу частицы закручиваются вновь, формируется вихревой поток, в котором образуются осевые слои и периферийные. Из наиболее плотных частиц периферийных слоев в сепараторе-конфузоре «15» образуется встречный вихрь, который по путепроводу «17» поступает в накопитель «19». Менее плотные частицы попадают в осевые слои и вместе с ними через осевое отверстие сепаратора-конфузора «15» попадают в следующий в данной дополнительной линейке сепаратор-конфузор «16», в котором процесс разделения повторяется. Наиболее плотные частицы попадают в периферийные слои, из которых, затем, образуется встречный вихрь, который по путепроводу «18» поступает в накопитель «19». Менее плотные частицы попадают в осевые слои и вместе с ними через осевое отверстие сепаратора-конфузора «16» попадают в путепровод смешанного сбора легких частиц и отходов «20». Во втором сепараторе-конфузоре «13», основной технологической линии, после обособления наиболее плотных частиц во встречный вихрь, менее плотные частицы попадают в осевые слои, затем, через осевое отверстие в меньшем основании сепаратора-конфузора «13» поступают в следующий, в основной технологической линии сепаратор-конфузор «21» (третья ступень). Поступившие в него частицы, аналогично предыдущим ступеням процесса, образуют в вихревом потоке периферийные и осевые слои, формируют встречный вихрь, который по путепроводу «11» поступает в первый циклон-конфузор «24» первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора основной технологической линии. Менее плотные частицы попадают в осевые слои и вместе с ними, через осевое отверстие сепаратора-конфузора «21», попадают в путепровод легких частиц и отходов «20». Встречный вихрь, сформировавшийся в первом циклоне-конфузоре «24» первой линейки третьего сепаратора-конфузора «21» основной технологической линии, по путепроводу «22» попадает в накопитель передела «23», а оставшиеся менее плотные частицы и осевой слой поступают путепровод смешанного сбора легких частиц и отходов «20». Отработанный в системе воздух вместе с легкими частицами и технологическими отходами собирается в герметичных путепроводах «20», «10», которые включают устройства по отделению отработанного воздуха от частиц смеси «25», представляющие из себя фильтровальные сетки с различной конфигурацией отверстий и устройствами для устранения налипания частиц. Последний, в последовательности путепроводов с отходами, путепровод «20», по принципу эжектора, соединяется с путепроводом сжатого воздуха «28» от нагнетателя «1» к завихрителю. Освобожденный от частиц механической смеси и отходов, отработанный воздух из путепровода «20», через эжектор, вовлекается в путепровод сжатого воздуха «28» и вновь поступает в технологический комплекс. Отделенные от отработанного воздуха неделимые частицы, собираются по путепроводам «29», «10», в накопителях «26», «27». Периодически переделы переработанной механической смеси в накопителях переделов «7», «12», «19», отходы в накопителях «26», «27» контролируются на их качество и концентрацию содержащихся в них компонентов и давление воздуха в накопителях для стравливания через фильтры.
Раскрытие процесса переработки смеси в циклоне-конфузоре.
Пояснения работы циклона-конфузора, реализации в нем физического процесса вихревого эффекта конфузора приводится в описании функционирования типового технологического звена вихревого комплекса глубокой сепарации - ВКГС на фиг. 2. «Принципиальная схема осуществления вихревого эффекта конфузора в циклоне-конфузоре».
Подлежащий переработке поток смеси «31» от предыдущего технологического звена по путепроводу «11» поступает в первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора основной технологической линии циклон-конфузор «24» у большего основания. Поток закручивается и, продвигаясь, от большего основания к меньшему, формирует основной (первоначальный) вихревой поток «33», в котором образуются периферийные и осевые слои. Из наиболее плотных частиц периферийного слоя, под влиянием перепада давления и наклонной стенки циклона-конфузора, формируется встречный вихревой поток «38». Образовавшийся встречный вихревой поток центробежной силой прижимается к расширяющейся стенке циклона-конфузора «24», продвигается к отверстию в ней путепровода «22», по которому, обособленный встречный вихревой поток механической смеси «37» поступает в последующее технологическое звено.
Описание чертежей
Фиг. 1. «Принципиальная схема работы вихревого комплекса глубокой сепарации - ВКГС». В нее входят:
1. Нагнетатель сжатого воздуха (компрессор, вентилятор);
2. Вихревая труба завихрителя основной технологической линии;
3 Гибкий путепровод с разрежением;
4. Первый сепаратор-конфузор основной технологической линии (первая ступень);
5. Первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки первого сепаратора-конфузора основной технологической линии;
6. Второй циклон-конфузор первой дополнительной линейки первого сепаратора-конфузора основной технологической линии;
7. Накопитель передела первого циклона-конфузора первой дополнительной линейки первого сепаратора-конфузора;
8. Первый циклон-конфузор второй дополнительной линейки первого сепаратора-конфузора основной технологической линии;
9 Путепровод передела от циклона-конфузора к накопителю;
10 Путепровод сбора отходов и легких частиц в технологических звеньях;
11. Путепровод подвода смеси в первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора;
12. Накопитель передела в технологическом звене комплекса;
13. Второй сепаратор-конфузор основной технологической линии, (вторая ступень);
14 Завихритель первого сепаратора-конфузора дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной технологической линии;
15. Первый сепаратор-конфузор первой дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной технологической линии;
16 Второй сепаратор-конфузор первой дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной технологической линии;
17 Путепровод от первого сепаратора-конфузора дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной линии к накопителю;
18. Путепровод от первого сепаратора-конфузора дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной линии к накопителю;
19. Накопитель переделов сепараторов-конфузоров дополнительной линейки второго сепаратора-конфузора основной линии;
20. Путепровод смешанного сбора легких частиц и отходов сепараторов-конфузоров, циклонов-конфузоров;
21. Третий сепаратор-конфузор основной технологической линии (третья ступень);
22 Путепровод отвода встречного вихря первого циклона-конфузора первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора в накопитель передела;
23. Накопитель передела первого циклона-конфузора первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора;
24. Первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора основной технологической линии;
25. Отделитель отработанного воздуха от частиц смеси в путепроводе;
26. Накопитель отделенных частиц от отработанного воздуха после сепараторов-конфузоров, циклонов-конфузоров;
27. Накопитель отделенных частиц от отработанного воздуха;
28. Путепровод сжатого воздуха от нагнетателя к завихрителю;
29 Путепровод отделенных частиц от отработанного воздуха;
30. Крышка вихревой трубы завихрителя с эксцентрическим отверстием;
31. Вовлеченная в путепровод механическая смесь, подлежащая переработке.
Фиг. 2. «Принципиальная схема осуществления вихревого эффекта конфузора в циклоне-конфузоре». В нее входят:
11. Путепровод подвода смеси в первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора;
22 Путепровод отвода встречного вихря первого циклона-конфузора первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора в накопитель передела;
24. Первый циклон-конфузор первой дополнительной линейки третьего сепаратора-конфузора основной технологической линии;
31 Смесь, подлежащая переработке, предыдущего технологического звена;
33. Первоначальный вихревой поток, образующийся в циклоне-конфузоре;
34. Сопло коррекции направления движения потоков;
35. Направление вращения основного (первоначального) вихря;
36. Крышка большего основания циклона-конфузора с эксцентричным отверстием;
37. Отведенный (обособленный) встречный вихревой поток;
38 Сформированный в циклоне-конфузоре встречный вихревой поток;
39. Меньшее основание циклона - конфузора с осевым отверстием;
40. Осевой поток с частицами механической смеси меньшей плотности;
41. Направление вращения встречного вихря.
Осуществление способа
Осуществление способа заключается в изготовлении предложенной технологической схемы. Нагнетательное оборудование типовое, путепроводы, контрольно - измерительная аппаратура типовая, накопители, фильтровальные сетки - все типовое. Новыми конструктивными и технологическими решениями в способе являются: торцевая крышка вихревой трубы завихрителя с эксцентрически расположенным отверстием для подсоединения гибкого путепровода; подвод непосредственно к бурту, обрабатываемой механической смеси, максимального разрежения, целенаправленно сформированного в вихревой трубе завихрителя; новый образец циклона - конфузора, принцип работы которого основан на использовании вихревого эффекта конфузора; герметичные путепроводы для сбора отходов и отработанного воздуха, через эжектор, подсоединенные с путепроводом сжатого воздуха от нагнетателя к завихрителю основной технологической линии; последовательное - каскадное соединение взаимозависимых технологических звеньев комплекса. В комплексе нет движущихся частей, все технологические звенья имеют простую конструкцию, технологичны в изготовлении, надежны в эксплуатации. Осуществление данных решений возможно в каждой механической мастерской. В настоящее время изготовлена действующая лабораторная модель. Способ не имеет в источниках информации об аналогах в мировой практике.