Барабанный грохот , также известный как вращающийся грохот, представляет собой механическую сортировочную машину, используемую для разделения материалов, в основном в отраслях переработки минералов и твердых отходов . [1] Он состоит из перфорированного цилиндрического барабана, который обычно приподнят под углом на загрузочном конце. [2] Физическое разделение по размеру достигается, когда загрузочный материал движется по спирали вниз по вращающемуся барабану, где материал меньшего размера, чем отверстия грохота, проходит через грохот, в то время как материал большего размера выходит на другом конце барабана. [3]
Грохоты барабанного типа могут использоваться в различных приложениях, таких как классификация твердых отходов и извлечение ценных минералов из сырья. Грохоты барабанного типа бывают разных конструкций, таких как концентрические грохоты, последовательное или параллельное расположение, и каждый компонент имеет несколько конфигураций. Однако в зависимости от требуемого приложения грохоты имеют несколько преимуществ и ограничений по сравнению с другими процессами просеивания, такими как вибрационные грохоты , колосниковые грохоты , роликовые грохоты, изогнутые грохоты и гирационные сепараторы грохотов .
Некоторые из основных определяющих уравнений для барабанного грохота включают скорость просеивания, эффективность просеивания и время пребывания частиц в грохоте. Эти уравнения могут быть применены в грубом расчете, выполняемом на начальных этапах процесса проектирования. Однако проектирование в значительной степени основано на эвристике . Поэтому правила проектирования часто используются вместо определяющих уравнений при проектировании барабанного грохота. При проектировании барабанного грохота основными факторами, влияющими на эффективность просеивания и производительность, являются скорость вращения барабана, массовый расход частиц сырья, размер барабана и наклон барабанного грохота. В зависимости от желаемого применения барабанного грохота необходимо найти баланс между эффективностью просеивания и производительностью.
Грохоты барабанного типа используются в муниципальной отрасли по переработке отходов в процессе просеивания для классификации размеров твердых отходов. [4] Кроме того, его также можно использовать для улучшения извлечения твердых отходов, полученных из топлива. Это делается путем удаления неорганических материалов, таких как влага и зола, из воздушно-классифицированной легкой фракции, отделенной от измельченных твердых отходов, тем самым повышая качество получаемого топлива. [5] Кроме того, грохоты барабанного типа используются для очистки сточных вод. Для этого конкретного применения твердые частицы из входящего потока будут оседать на сетке грохота, и барабан будет вращаться, как только жидкость достигнет определенного уровня. Чистая область грохота погружается в жидкость, в то время как уловленные твердые частицы падают на конвейер, который будет дополнительно обработан перед удалением. [6]
Грохоты барабанного типа также используются для сортировки сырья с целью извлечения ценных минералов. Грохот отделяет мельчайшие материалы, которые не соответствуют размеру, необходимому для дробления. Он также помогает избавиться от частиц пыли, которые в противном случае ухудшат работу последующих машин в последующих процессах. [7]
Другие применения барабанных сит можно увидеть в процессе просеивания компостов в качестве метода улучшения. Он выбирает компосты с фракциями переменного размера, чтобы избавиться от загрязняющих веществ и неполностью компостированных остатков, образуя конечные продукты с различными вариантами использования. [8] Помимо этого, пищевая промышленность использует барабанные сита для сортировки сухих продуктов разных размеров и форм. Процесс классификации поможет достичь желаемой скорости передачи массы или тепла и избежать недостаточной или избыточной обработки. Он также просеивает мелкие продукты, такие как горох и орехи, которые достаточно прочны, чтобы противостоять вращательной силе барабана. [9]
Одной из доступных конструкций барабанных сит является концентрическое сито с самым грубым ситом, расположенным в самой внутренней секции. Оно также может быть спроектировано параллельно, в котором объекты выходят из одного потока и попадают в следующий. [9] Барабанная сетка в серии представляет собой один барабан, в котором каждая секция имеет различные размеры отверстий, расположенных от самых мелких до самых крупных [10]
Барабанный грохот имеет множество различных конфигураций. Для барабанного компонента устанавливается внутренний винт, когда размещение барабана плоское или приподнято под углом менее 5°. Внутренний винт облегчает перемещение объектов через барабан, заставляя их двигаться по спирали.
Для наклонного барабана объекты поднимаются и затем опускаются с помощью подъемных брусьев, чтобы переместить их дальше вниз по барабану, в противном случае объекты будут катиться медленнее. Кроме того, подъемные брусья встряхивают объекты, чтобы отделить их. Подъемные брусья не будут рассматриваться при наличии тяжелых объектов, поскольку они могут сломать экран.
Что касается экранов, обычно используются перфорированные пластинчатые экраны или сетчатые экраны. Перфорированные пластинчатые экраны прокатываются и свариваются для прочности. Такая конструкция содержит меньше ребер, что облегчает процесс очистки. С другой стороны, сетчатые экраны являются сменными, поскольку они подвержены износу по сравнению с перфорированными экранами. Кроме того, работа по очистке шнека для этой конструкции более интенсивна, поскольку предметы имеют тенденцию застревать в ребрах сетки. [11]
Отверстие экрана может быть квадратным или круглым, что определяется многими эксплуатационными факторами [11], такими как:
Грохоты барабанного типа дешевле в производстве, чем вибрационные грохоты. Они не подвержены вибрации, что создает меньше шума, чем вибрационные грохоты. Грохоты барабанного типа более прочны механически, чем вибрационные грохоты, что позволяет им дольше выдерживать механическую нагрузку. [10] [12]
Однако вибросито позволяет просеять больше материала за один раз по сравнению с барабанным ситом. Это связано с тем, что в процессе просеивания используется только часть площади сита барабанного сита, в то время как для вибросита используется весь экран. Барабанные сита также более подвержены засорению и закупориванию, особенно когда отверстия сита разного размера расположены последовательно. [10] Засорение происходит, когда материал, размер которого больше отверстия, может застрять или заклиниться в отверстиях, а затем может быть продавлен, что нежелательно. [12] Засорение происходит, когда влажный материал скапливается и прилипает к поверхности сита. [13] Вибрации в виброситах снижают риск засорения и закупоривания. [13]
Грохот представляет собой сетку или набор параллельных металлических прутков, установленных в наклонной неподвижной раме. Наклон и путь материала обычно параллельны длине прутков. Длина прутка может составлять до 3 м, а расстояние между прутками составляет от 50 до 200 мм. Грохоты обычно используются в горнодобывающей промышленности для ограничения размера материала, проходящего на этап транспортировки или измельчения.
Материалом для изготовления прутков обычно служит марганцевая сталь для уменьшения износа. Обычно пруток формируется таким образом, что его верх шире низа, и, следовательно, прутки могут быть сделаны достаточно глубокими для прочности, не забиваясь комьями, проходящими через них на полпути.
Крупный корм (например, из первичной дробилки) подается в верхний конец колосниковой решетки. Крупные куски катятся и скользят к нижнему концу (хвостовой сброс), а мелкие куски, имеющие размеры меньше отверстий в прутьях, проваливаются через решетку в отдельный коллектор.
Роликовые сита предпочтительнее барабанных сит, когда требуется высокая скорость подачи. Они также производят меньше шума, чем барабанные сита, и требуют меньше места над головой. Вязкие и липкие материалы легче разделять с помощью роликового сита, чем с помощью барабанного сита. [10]
Изогнутые сита способны отделять более мелкие частицы (200-3000 мкм), чем барабанные сита. Однако связывание может произойти, если размер частиц меньше 200 мкм [14] , что повлияет на эффективность разделения. Скорость просеивания изогнутого сита также намного выше, чем у барабанного сита, поскольку используется вся площадь поверхности сита. [15] Кроме того, для изогнутых сит потоки подачи идут параллельно отверстиям. Это позволяет любому сыпучему материалу отрываться от неровной поверхности более крупных материалов, в результате чего больше частиц меньшего размера проходит. [16]
Более мелкие частицы (>40 мкм) можно отделить с помощью гирационного сепаратора, чем с помощью барабанного сита. [10] Размер гирационного сепаратора можно регулировать с помощью съемных лотков, тогда как барабанный сито обычно фиксированное. [17] Гирационные сепараторы также могут разделять сухие и влажные материалы, как и барабанные сита. Однако гирационные сепараторы обычно разделяют либо только сухие, либо только влажные материалы. Это связано с тем, что для наилучшей эффективности разделения гирационного сита требуются разные параметры. Поэтому для разделения сухих и влажных материалов потребуются два сепаратора, в то время как одно барабанное сито сможет выполнить ту же работу. [16]
Одной из основных характеристик процесса, представляющих интерес, является скорость просеивания барабана. Скорость просеивания связана с вероятностью прохождения частиц меньшего размера через отверстия сита при ударе. [5] Исходя из предположения, что частица падает перпендикулярно поверхности сита, вероятность прохождения, P, просто задается как [18]
где относится к размеру частиц, относится к размеру отверстия (диаметру или длине) и относится к отношению площади отверстия к общей площади экрана. Уравнение ( 1 ) справедливо как для квадратных, так и для круглых отверстий. Однако для прямоугольных отверстий уравнение становится: [18]
где и относится к прямоугольному размеру отверстия. После определения вероятности прохождения заданного интервала размеров частиц через экран, доля частиц, оставшихся в экране, может быть найдена с помощью: [5]
где - число ударов частиц об экран. После предположения, что число ударов в единицу времени, , постоянно, уравнение ( 3 ) становится: [5]
Альтернативный способ выражения доли частиц, оставшихся на экране, заключается в использовании веса частицы, который определяется следующим образом: [5]
где - вес заданного интервала размеров частиц, остающихся в сите в любой момент времени , а - начальный вес подачи. Таким образом, из уравнений ( 4 ) и ( 5 ) скорость просеивания можно выразить как: [5]
Эффективность просеивания можно рассчитать с использованием массы следующим образом: E=c(fu)(1-u)(cf)/f(cu)^2(1-f)
Помимо скорости просеивания, еще одной интересной характеристикой является эффективность разделения барабанного грохота. Предполагая, что функция распределения размеров частиц меньшего размера, которые должны быть удалены, известна, кумулятивная вероятность всех частиц в диапазоне от до , которые будут отделены после соударений, просто равна: [18]
Кроме того, общее количество частиц в этом диапазоне размеров в сырье можно выразить следующим образом: [18]
Таким образом, эффективность разделения, которая определяется как отношение доли удаленных частиц к общей доле частиц в исходном материале, может быть определена следующим образом: [18]
На эффективность разделения барабанного грохота влияет ряд факторов, в том числе: [19]
В уравнении, представленном в этом разделе для времени пребывания материалов во вращающемся сите, сделаны два упрощающих предположения. Во-первых, предполагается, что нет проскальзывания частиц на сите. [5] Кроме того, частицы, выпадающие из сита, находятся в состоянии свободного падения. Когда барабан вращается, частицы удерживаются в контакте с вращающейся стенкой центробежной силой. [5] Когда частицы достигают верхней части барабана, сила тяжести, действующая в радиальном направлении, преодолевает центробежную силу , заставляя частицы падать с барабана в катаракте. [2] Компоненты силы, действующие на частицу в точке отправления, показаны на рисунке 6.
Угол вылета α можно определить с помощью баланса сил, который задается как: [5]
где - радиус барабана, - скорость вращения в радианах в секунду, - ускорение свободного падения, - угол наклона барабана. Следовательно, время пребывания частиц во вращающемся экране можно определить из уравнения ниже: [5]
где относится к длине экрана, относится к вращению экрана в оборотах в минуту, а относится к углу отклонения в градусах.
Грохоты барабанного типа широко используются в промышленности благодаря своей эффективности в разделении материалов по размеру. Система просеивания барабанного типа регулируется скоростью вращения барабана, массовым расходом частиц сырья, размером барабана и наклоном грохота барабанного типа. [20]
Учитывая, что размеры ячеек вращающегося барабана больше размеров частиц, как показано на рисунке 7, скорость движения частиц можно разбить на две составляющие скорости, состоящие из вертикальной составляющей и горизонтальной составляющей . Обозначая как угол между движением частицы и вертикальной составляющей, вертикальную и горизонтальную скорости теперь можно записать как:
Когда , частицы выходят через сетку во вращающемся барабане. Однако, если , частицы удерживаются внутри вращающегося барабана. Более крупные гранулы будут удерживаться внутри барабанного сита до тех пор, пока не будет достигнута желаемая апертура и последует тому же поведению частиц.
При различных скоростях вращения эффект эффективности просеивания и производительности варьируется в зависимости от различных типов механизмов движения. К этим механизмам относятся оседание, катаракта и центрифугирование. [21]
Это происходит, когда скорость вращения барабана низкая. Частицы слегка приподнимаются со дна барабана, прежде чем упасть на свободную поверхность, как показано на рисунке 8. Поскольку просеивать могут только гранулы фильтра меньшего размера вблизи стенки корпуса барабана, это приводит к снижению эффективности просеивания.
По мере увеличения скорости вращения оседание переходит в катарактное движение, при котором частицы отделяются вблизи верхней части вращающегося барабана, как показано на рисунке 9. Более крупные гранулы сегрегируются вблизи внутренней поверхности из-за эффекта бразильского ореха , в то время как более мелкие гранулы остаются вблизи поверхности сита, тем самым позволяя более мелким гранулам фильтра проходить через него. [3] Это движение создает турбулентный поток частиц, что приводит к более высокой эффективности просеивания по сравнению с оседанием.
При дальнейшем увеличении скорости вращения катарактальное движение перейдет в центрифугирование, что приведет к снижению эффективности просеивания. Это происходит из-за частиц, прилипающих к стенке вращающегося барабана под действием центробежных сил, как показано на рисунке 10.
По мнению Оттино и Хахара, [21] увеличение скорости подачи частиц привело к снижению эффективности просеивания. О причинах этого явления известно немного, однако предполагается, что на этот эффект влияет толщина гранул фильтра, упакованных в корпус барабана.
При более высоких скоростях подачи более мелкие частицы в нижнем слое насадки могут быть просеяны через назначенные отверстия, а оставшиеся мелкие частицы прилипают к более крупным частицам. С другой стороны, более мелким частицам легче проходить через толщу гранул в системе барабана при более низких скоростях подачи.
Увеличение площади материала, подвергаемого просеиванию, позволяет отфильтровывать больше частиц. Поэтому характеристики, увеличивающие площадь поверхности, приведут к гораздо более высокой эффективности просеивания и производительности. Большую площадь поверхности можно увеличить за счет
При проектировании барабанного грохота следует учитывать, что больший угол наклона приведет к более высокой производительности частиц. Больший угол наклона приведет к более высокой производительности из-за увеличения скорости частиц, как показано на рисунке 7. Однако это происходит за счет более низкой эффективности просеивания. С другой стороны, уменьшение угла наклона приведет к гораздо более длительному времени пребывания частиц в барабанной системе, что увеличит эффективность просеивания.
Поскольку эффективность просеивания прямо пропорциональна длине барабана, для достижения желаемой эффективности просеивания потребуется более короткий барабанный грохот с меньшим углом наклона. Предполагается, что угол наклона не должен быть ниже 2°, поскольку эффективность и производительность за пределами этой точки неизвестны. Существует явление ниже 2°, так что для заданного набора рабочих условий уменьшение угла наклона увеличит глубину слоя, что приведет к снижению эффективности просеивания. Однако это также одновременно увеличит время пребывания, что приведет к повышению эффективности просеивания. Неясно, какой эффект будет более доминирующим при углах наклона менее 2°. [3]
В отрасли очистки сточных вод твердые частицы, которые выходят из барабана, будут сжиматься и обезвоживаться по мере их перемещения по конвейеру. Чаще всего после барабанного грохота будет использоваться последующая промывочная обработка, такая как струйная промывка, для разрушения фекалий и нежелательных полутвердых веществ. Объем твердого вещества уменьшится до 40% в зависимости от свойств перед удалением. [6]
