Устройство для пневмоподъема сыпучих материалов, содержащих наночастицы
DEVICE FOR PNEUMATIC ESCALATION OF BULK MATERIALS CONTAINING NANOPARTICLES

Устройство относится к пневмотранспорту, а именно к устройствам для вертикального и крутонаклонного пневмоподъема сыпучих материалов с возможностью выделения наночастиц, содержащихся в потоке движущейся материалогазовой смеси.
Известны устройства пневмоподъема частиц сыпучих материалов, содержащих загрузочный питатель, смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод, снабженный рассредоточенно установленными в нем поперечными перфорированными вставками и фланцами (Патент RU №2194661, опубл. 20.12.2002, патент RU №2294886, опубл. 10.03.2007, патент RU №138223, опубл. 10.03.2014).
Недостатком этих устройств является невозможность улавливания наночастиц в процессе вертикального перемещения сыпучих материалов.
Задачей заявляемого устройства является расширение области его применения, обеспечивающее улавливание наночастиц материала, содержащихся в вертикальном потоке движущейся материалогазовой смеси.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для пневмоподъема сыпучих материалов, содержащих наночастицы, включающем загрузочный питатель, смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод, снабженный рассредоточенно установленными в нем поперечными перфорированными вставками и фланцами, вертикальный транспортный трубопровод снабжен дополнительной съемной вставкой, содержащей электроды и их токопроводящие контакты, а фланцы снабжены токоподводящими выводами, подведенными к источнику постоянного тока, причем между упомянутыми фланцами и трубопроводом установлены изоляторы.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - траектории движения частиц:  - область осаждения только мелких частиц; m - область осаждения как мелких, так и крупных частиц; i - область осаждения только крупных частиц.
Устройство для пневмоподъема сыпучих материалов, содержащих наночастицы, содержит загрузочный питатель 1, установленный над патрубком 2 вертикального транспортного трубопровода 3. В нижней части смесительной камеры 4 установлены патрубок 5 для подвода сжатого воздуха и пористая газораспределительная перегородка 6. В транспортном трубопроводе 3 рассредоточенно установлены поперечные перфорированные вставки 7 со своими фланцами 8. Кроме этого вертикальный транспортный трубопровод 3 снабжен дополнительной съемной вставкой 9. Внутрь съемной вставки 9 вмонтирована система электродов (коронирующие и осадительные электроды) 10. Для подпитки электроэнергией электродов 10 вставка 9 снабжена токопроводящими контактами 11. Таким образом, во вставку 9 входит комплект электродов 10 и токопроводящих контактов 11. Фланцы 12 снабжены токопроводящими выводами 13, подведенными к источнику постоянного тока. Изоляторы 14 предназначены для разделения фланцев 12 с токопроводящими выводами 13 от транспортного трубопровода 3.
Сыпучий материал из загрузочного питателя 1 непрерывно поступает в смесительную камеру 4. Сжатый газ через газораспределительную пористую перегородку 6 подается под слой материала. После прохода через пористую газораспределительную перегородку 6 потоки газа аэрируют материал до псевдоожиженного состояния. Под действием избыточного давления газа, подаваемого через патрубок 5, псевдоожиженный материал подается в патрубок 2 вертикального трубопровода 3. Вся высота трубопровода 3 разделена поперечными перфорированными вставками 7 на отдельные участки. При наличии поперечных перфорированных вставок 7 частицы материала перемещаются по трубопроводу 3 в заторможенном состоянии со скоростью около 1 м/с. Частицы сыпучего материала, проходя через систему электродов 10 съемной вставки 9, приобретают электрический заряд и под действием электрического поля осаждаются на осадительных электродах, которые выполнены в виде экрана (на фиг. 1 не показано) с наноразмерными отверстиями, составляющими менее 0,1 мкм. В данном случае может использоваться пористая металлокерамика с открытыми порами.
После необходимого накопления на осадительных электродах частиц материала источник постоянного тока отключается. Для отделения наночастиц сыпучего материала съемные вставки 9 вынимаются и промываются. Наночастицы агрессивного сыпучего материала (например, пыль известковая) промываются индифферентной жидкостью (метиловый или этиловый спирт). После отмывки от наночастиц съемные вставки 9 возвращаются на место.
В процессе ионизации газовых молекул электрическим разрядом происходит зарядка частиц, содержащихся в пылегазовой смеси, а затем под действием электрического поля эти частицы осаждаются на осадительных электродах и таким образом выделяются из материалогазового потока. Для создания электрического поля, способного вызвать коронный разряд, коронирующие электроды присоединены к высоковольтному источнику постоянного тока.
Как известно, время пребывания газа в электрофильтре не превышает обычно несколько секунд. В течение этого времени на движение наиболее крупных частиц (радиусом более 100 мкм) основное влияние оказывает гравитационная сила, влияние кулоновской силы незначительно. Для более мелких частиц (радиусом около 10 мкм) гравитационная сила и кулоновская сила близки, а при дальнейшем уменьшении размеров частиц (до радиуса 1 мкм) влияние на их движение кулоновской силы возрастает. На движение наиболее мелких частиц (радиусом менее 0.1 мкм) гравитационная сила практически не оказывает влияния и основной силой является кулоновская сила (В.Н. Фенченко, О.В. Кравченко, В.И. Момот. Движение заряженных диэлектрических мелкодисперсных частиц в аппаратах электронно-ионной технологии / Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2012, №3/10. С. 50-53).
В общем случае частицы подвергаются воздействию кулоновской силы, а также аэродинамической силы вследствие взаимодействия между газом и частицами вдоль их траекторий движения.
Характеристики процесса движения микрочастицы в воздушной среде при температуре 10-30°С под действием электростатических и гравитационных полей сведены в табл. 1.
Действие электрического поля на заряженную частицу определяется величиной ее электрического заряда. При электроосаждении для частиц небольших размеров (порядка 0.1 мкм) отношение кулоновской силы к силе тяжести значительно превосходит это отношение для более крупных частиц (табл. 1), благодаря чему осуществляется процесс осаждения наночастиц, который невозможно провести под действием силы тяжести или центробежной силы.
В аппаратах электронно-ионной технологии желательно проводить обработку при увеличенной объемной плотности частиц в потоке. На фиг. 2 представлены траектории движения частиц, на которой видно разделение их по фракциям.
В результате можно осуществить процесс осаждения наночастиц, который невозможно выполнить под действием силы тяжести или центробежной силы.
Таким образом, заявленное устройство позволяет улавливать наночастицы сыпучего материала, содержащихся в вертикальном потоке движущейся материалогазовой смеси, что расширяет область его использования.