ДОЗАТОР ДЛЯ МАЛОСЫПУЧЕГО ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к устройству систем непрерывной подачи сырья, используемому в металлургической, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности, в частности для реализации нанотехнологий в производствах, а именно, к усовершенствованию конструкции дозатора порошкообразного высокодисперсного сырья.
Область применения предлагаемой конструкции порошкового дозатора - в качестве основного устройства системы непрерывной подачи сырья химико-металлургических реакторов, перерабатывающих малосыпучее высокодисперсное сырье с размером частиц менее 10 мкм при производстве нано-порошков металлов, их соединений и композиций.
Известна конструкция дозатора пневматического типа (дозатор Концу-ра) для дозирования малосыпучего, так называемого «мучнистого» глинозема с размерным диапазоном частиц+10-100 мкм (Галевский Г.В. Металлургия алюминия. Технология. Электроснабжение. Автоматизация / Г.В.Галевский, Н.М.Кулагин, М.Я.Минцис, Г.А.Сиразутдинов. - М.: Флинта: Наука, 2008. - С.405.), в котором предусмотрено «псевдоожижение» глинозема и транспортирование его в течку сжатым воздухом.
Недостатком данной конструкции является невозможность дозирования более высокодисперсного малосыпучего сырья, низкая стабильность дозирования при производительности 1-10 кг/час, значительный расход транспортирующего газа, быстрый износ газопроницаемых конструктивных элементов.
Из известных наиболее близкой к предлагаемой по конструктивному исполнению является конструкция дозатора (А.С. №1204518 A SU, МПК В65G 53/40, В65В 1/16. Устройство для дозирования порошковогазовой смеси / В.Н.Речкин, А.А.Гусев. - №3775795/28-13; заявл. 27.07.1984; опубл. 15.01.1986. - Бюл. №2. - 2 с.), который состоит из цилиндрического корпуса с крышкой, смонтированного в ней с возможностью перемещения полого штока с поршнем с острыми кромками для забора порошка, образованными в нем конической выточкой и радиальными каналами, смонтированного в полом штоке вала с укрепленными на нем резаком и металлическим «ершом», патрубков для подачи газа и отвода газо-порошковой смеси, расположенных под углом 90° к вертикальным газовым каналам. Отличительной особенностью такой конструкции является организация движения цилиндра относительно поршня вместо традиционного обратного, т.е. непрерывное вместе с цилиндром движение вверх дозируемого порошка, что позволяет избежать заклинивания поршня при попадании порошка на его поверхность. Такая конструкция позволяет регулировать производительность системы непрерывной подачи сырья, улучшить текучесть порошка за счет его разрыхления и повысить равномерность его подачи в реактор особенно в стартовом и финишном периодах работы дозатора.
Наряду с этим такая конструкция имеет ряд существенных недостатков: 1) недостаточная эффективность системы разрыхления резак - «ерш», при дозировании малосыпучего высокодисперсного сырья, склонного к агрегированию; 2) повышенный расход транспортирующего газа; 3) значительное гидравлическое сопротивление; 4) низкая массовая расходная концентрация порошка в транспортирующем газе; 5) значительное снижение выхода целевых продуктов в связи с ухудшением условий переработки сырья в химико-металлургических реакторах из-за охлаждения в них газа-теплоносителя транспортирующим газом, что отрицательно сказывается на фазовом и химическом составе продуктов производства и их качестве.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции дозатора для малосыпучего высокодисперсного сырья, направленное на повышение его массовой расходной концентрации, т.е. отношения единицы массы порошка к единице массы транспортирующего газа.
Поставленная задача достигается с помощью дозатора для малосыпучего высокодисперсного сырья, включающего цилиндрический корпус с крышкой, смонтированный в ней с возможностью перемещения полый шток с поршнем с острыми кромками для забора порошка, образованными в нем конической выточкой и радиальными каналами для прохода транспортирующего газа, установленный в полом штоке с возможностью вращения вал с закрепленными на нем двумя двухлопастными пропеллерами и патрубки для подачи транспортирующего газа и отвода газопорошковой смеси, расположенные под углом 30-45° к вертикальным газовым каналам.
Новизна устройства:
1. Установка двух двухлопастных пропеллеров обеспечивает более эффективную двухуровневую дезагрегацию порошка нижним и верхним пропеллерами, что приводит к снижению расхода транспортирующего газа и увеличению массовой расходной концентрации (см. таблицу, конструктивные варианты исполнения 1, 2).
2. Установка газоподводящего и отводящего газопорошковую смесь патрубков под углом наклона к вертикальным газовым каналам менее 30° затруднена конструктивно, а под углом более 45° - приводит к росту расхода транспортирующего газа и снижению массовой расходной концентрации дозируемого порошкообразного сырья (см. таблицу, конструктивные варианты исполнения 3, 4).
Дозатор для малосыпучего высокодисперсного сырья представлен на чертеже. Дозатор состоит из цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2, смонтированного в ней полого штока 3 с поршнем 4 с образованными в нем конической выточкой 5 и радиальными каналами 6. В полом штоке 3 установлен вал 7 с укрепленным на нем двумя двухлопастными пропеллерами 8. Для подачи транспортирующего газа и отвода газопорошковой смеси установлены патрубки 9 и 10. Патрубок 9 для подачи транспортирующего газа соединен с вертикальным газовым каналом 11, патрубок 10 для отвода порошкообразной смеси соединен с вертикальным газовым каналом 12.
Дозатор работает следующим образом. После заполнения порошком цилиндра 1 порошок слегка уплотняют и при поднятом поршне 4 закрывают крышку 2, затем перемещают поршень 4 до соприкосновения с поверхностью порошка. После подачи транспортирующего газа в патрубок 9 и канал 11 включают привод вала 7 и задают ему определенную скорость. Порошок, дезагрегированный нижним пропеллером 8, подхватывается струями транспортирующего газа, выходящими из радиальных каналов 6, и дополнительно дезагрегируется верхним пропеллером 8. Образовавшаяся газопорошковая смесь через канал 12 в полости штока 3 и патрубок 10 выходит из дозатора и направляется в реактор. При прекращении движения поршня 4 прекращается дезагрегация и распыление порошка. Восстановление подачи порошка происходит сразу же после начала движения полого штока 3 с поршнем 4.
2
Результаты применения предлагаемой конструкции дозатора при внесенных в него конструктивных изменениях представлены в таблице для случая подачи малосыпучего высокодисперсного хром-борсодержащего сырья в производстве нанопорошка диборида хрома CrB борированием порошка хрома в плазменном азотно-водородном потоке в трехструйном прямоточном реакторе мощностью 150 кВт.
Анализ приведенных в таблице результатов показывает, что предлагаемая конструкция дозатора для малосыпучего высокодисперсного сырья обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
- повышение массовой расходной концентрации дозируемого порошкообразного сырья в 3,5 раза;
- повышение выхода целевого продукта на 20%;
- снижение расхода транспортирующего газа в 3,5 раза.
Таблица
Показатели работы дозатора для малосыпучего высокодисперсного сырья (по предлагаемому варианту и прототипу) для различных конструктивных вариантов исполнения
Показатели работы дозатора и конструктивные варианты исполнения
Дозатор по предполагаемому варианту
Дозатор по прототипу
Расход транспортирующего газа (азота) при углах наклона патрубка для его подачи и патрубка для отвода газопорошковой смеси к вертикальным газовым каналам 40°, кг/ч
- при установке 2-х двухлопастных пропеллеров
0,4 (1)
1,4
- при установке одного двухлопастного пропеллера
0,8 (2)
Расход транспортирующего газа (азота) при установке 2-х двухлопастных пропеллеров с диаметрами
- угол наклона патрубков 25°
исполнение затруднено конструктивно (3)
60°
0,7 (4)
1,4
Массовая расходная концентрация дозируемого порошкообразного сырья при конструктивных вариантах 1-4, кг сырья / кг транспортирующего газа
8,55 (1)
4,23 (2)-(3)
2,44
4,9 (4)
Выход целевого продукта - CrB<sub>2</sub>, при конструктивных вариантах 1-4, % масс.
94,0 (1)
84,0 (2)-(3)
78,0
87,0 (4)