МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ФРАКЦИОНАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к устройствам для проведения процессов разделения в системе жидкость - твердое тело применительно к сортирования волокнистой массы. Полезная модель может быть использована в целлюлозно-бумажной, химической и пищевой промышленности.
Известные полезные модели и изобретения для разделения суспензий (см. патент РФ №2412765), содержит мультициклоны с патрубками для отвода жидкого и сгущенного сходов, образующих ступени разделения исходного продукта (суспензии) на сгущенный сход, содержащий в основном тяжелый компонент, и жидкий сход, содержащий в основном легкий компонент (примеси), насосов, соединительных трубопроводов, образующих с мультициклонами и насосами единую конструкцию, патрубка для подвода чистой воды перед последней ступенью. Каждая ступень разделения состоит из четырех мультициклонов и четырех насосов, причем патрубки мультициклонов объединяются трубопроводами раздельно для жидких и сгущенных сходов при подаче их в насосы внутри каждой ступени и между ступенями. Технический результат: получение качественного тяжелого компонента. Недостатком такой установки является отсутствие возможности классифицировать волокна по размерам.
Из известных установок для фракционирования волокнистых суспензий наиболее близкой, к заявляемой, выбранной заявителем за прототип, является многоступенчатый фракционатор Бауэр-Мак-Нетт (Haindl-Fraktionator, Einlehner; Kissing, Germany) (см. метод TAPPI Т 233 cm-95 Классификация массы по длине волокна). Схема, действующего фракционатора (Haindl-Fraktionator, Einlehner; Kissing, Germany) представлена на Фиг 1.
Прототип содержит несколько стадий фракционирования. На I стадии очистки устанавливается щелевая сетка 13 на подсеточную стойку 9. Надсеточная стойка 12 снимается с подставки 8 и устанавливается на щелевую сетку 13 с помощью зажимов 14. Устанавливаются съемные сетки 24, 27, 29 (№30, 100, 200). Сетки фиксируются внутри баков 18 зажимами 23. Затем устанавливаются фильтры 22, 28, 30, 36 в сборники 21. В качестве фильтров используют фильтровальная бумага. Фильтры соединяются с линией вакуума. Заглушка 20 последнего бака должна быть в открытом положении, шток 15 закрыт.
При открытых вентилях 7, 10 установка заливается водой. Вентиль 10 устанавливает заданный расход воды, контролируемый показанием ротаметра 11.
Жидкость самотеком заполняет рабочий объем, включая баки 18 на ступенях. Включается установка рубильником 33, мешалка под кнопкой 4. Регулятором 6 устанавливают заданную частоту 200 об/мин что отображается на дисплее 5. Затем включаются элетродвигатели на ступенях разделения 17, приводящие во вращение мешалки 19. Запуск двигателей осуществлялся с пульта управления 31, кнопками 32.
Макулатурная масса загружается в надсеточную стойку, представляющую собой емкость с направляющими. Шток 15 закрыт. С этого момента начинается 10 минутный процесс фракционирования. По истечении 10 минут выключаются электродвигатели 17. Закрываются вентили 7, 10. Слив воды из системы начинается с открытия штока 15 и заглушек 20. Включается вентиль 40 для заполнения вакуумного насоса 3 водой. Вакуумный насос включается с пульта управления 31 с помощью кнопок 32.
Из сборников 21 извлекаются съемные фильтры. Волокнистая фракция осевшая на их поверхности при необходимости обезвоживается в воронке Бюхнера. Готовая фракция коротких и длинных волокон отправлялась на хранение в холодильник для использования ее на следующих стадиях экспериментальных исследований
Недостатком такой установки является низкая производительность и большие габариты, что обуславливает большие затраты воды.
Новыми техническими результатами от использования предлагаемой полезной модели являются повышение производительности фракционатора, за счет замены плоских сеток конусообразными, тем самым увеличивается поверхность фильтрования и усиливается центробежная сила, пропорционально повышающая фактор разделения. Конусообразные сетки рационально располагаются на штативе под углом 120° на различных высотах.
Указанный результат повышения производительности при небольших габаритах достигается тем, что существующий многоступенчатый фракционатор для очистки волокнистого материала, содержащий ступени разделения исходного продукта, сетки, трубы, насосов, сборников твердого компонента, отличающийся тем, что в ступенях разделения сетки выполнены конусообразными, ступени разделения расположены на разных уровнях по высоте и под углом 120° и выполнены с возможностью регулирования их высоты подъема.
Простота конструкции и изготовления установки подтверждается детальным проектом. Проектирование фракционатора осуществлялось с помощью компьютерной программы AutoCAD. На Фиг. 3. представлена сборка и обвязка существующей модели фракционатора. На Фиг. 4. представлен отдельный фракционирующий элемент собранный в держателе, крышка и фракционирующая сетка. Детали сложных форм штуццеры, повороты, отводы и коллекторы, нестандартные крепежные элементы в некоторых случаях сканировались с помощью 3d сканера.
Изготовление деталей осуществлялось на 3d принтере из ABS - пластика. После проектирования 3d моделей фракционатора в AutoCAD файлы формата «.DWG» переводились в формат «.STL»
Файлы формата «.STL» открывалис в компьютерной программе «MBot3d ReplicatorG-Sailfish-0040». На фиг. 5, фиг. 6 представлены 3d модели некоторых деталей фракционатора в этой программе
Полученные детали дотачиваются и шлифуются на токарном станке при необходимости.
Для печати использовались следующие характеристики принтера MbotDual Cube:
1) один правый экструдер;
2) использование поддержки;
3) коэффициент заполнения - 100%;
4) высота слоя - 0,3 мм;
5) скорость подачи - 35 мм/с;
6) скорость движения экструдера - 50 мм/с;
7) температуа печати - 230°C
Время печати: 7 ч. 35 мин
3d печать деталей для установок, работающих с неагрессивными средами полностью себя оправдывает, позволяя в лабораторных условиях конструировать и изготавливать элементы лабораторных установок. Результаты грубого фракционирования массы представлены на фиг. 7.
Полезная модель поясняется чертежом, в котором на фиг. 2 показан общий вид установки разрабатываемого фракционатора. Фракционатор представляет собой три ступени разделения. Каждая ступень разделения состоит из циклонных элементов 3 (прозрачные из стекла), сборники волокон 5, направляющая крышки циклонных элементов 6, фильтрующих элементов 4 для второй и третьей ступени разделения. Циклонные элементы располагаются на разных уровнях по высоте и под углом 120° на плоскости. Угол 120° и высота подъема циклонных элементов регулируется держателями 2. Конечный фильтрат собирается в баке-разделителе 7 в котором находится последняя ступень разделения, организованная сеткой 11. Конечный фильтрат 8 является промывной жидкостью для ступеней 1 и 2. Циркуляция жидкости осуществляется циркуляционным насосом 12. После завершения цикла фракционирования волокна макулатуры уплотняются в сборниках 5 вакуумным насосом 10.
Работа установки для фракционирования волокнистой суспензии осуществляется следующим образом:
Исходная суспензия (макулатурная масса) подается в верхнюю ступень фракционирования. Масса подается в первую (верхнюю ступень) через направляющую крышку 6, герметично соединенную с циклонным элементом. За счет тангенсальной подачи среды в первом циклонном элементе поток закручивается, создавая центробежные силы, которые отбрасывают более тяжелые крупные частицы к периферии корпуса. Легкая фракция выходит из центрального патрубка циклонного элемента с верхней части. Тяжелые крупные включения (песок, нераспущенные флоккулы) остаются в сборнике 5. Масса после первой ступени очистки направляется ниже по высоте ко второму циклонному элементу, расположенному по отношению к первому под углом 120°. Такая конфигурацию компактно располагает элементы фракционирования. По аналогии с первой ступенью масса подается в циклонный элемент тангенсально, закручиваясь и создавая центробежную силу. Для повышения степени очистки во втором и третьем циклонных элементах установлены конусообразные фильтры 4. Размеры ячеек фильтров уменьшаются по ходу движения суспензии. Очищенная суспензия подается в бак разделитель 7. В нем установлена сетка разделитель 11 - последняя ступень фракционирования. Очищенный фильтрат 8 подается как промывная жидкость с помощью циркуляционного насоса 12 во вторую или в третью ступень фильтрования. Таким образом, поддерживается замкнутый водооборот в системе. Для окончательного удаления жидкости из системы на заключительной стадии удаляется фильтрат в через ловушку 9 вакуумным насосом 10. Волокна удаляются из сборников 5.
Заявляемое решение позволит повысить производительности фракционатора, за счет замены плоских сеток конусообразными, тем самым увеличить поверхность фильтрования и усилить центробежную сила, пропорционально повышающую фактор разделения. Конусообразные сетки рационально располагаются на штативе под углом 120° на различных высотах.