振动流化床的分选特性.pdf

第2 卷簿6 期 2 0 0 0 年1 1 月 中因矿业大学学擐 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r M t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．2 9N o ．8 N O V ．2 0 0 0 变搴编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 0 0 6 0 5 6 6 ．0 5 振动流化床的分选特性 骆振福，陈清如 中国矿业大学能源与化学工程系，江苏棘卅2 2 1 0 0 8 摘要；研究了振动流化床的流化特性菔分选性能，分析了矿椒在振动流化床中的受力情况，分析 了影响矿物按床层密度分层的主娶参数，摘示了振动流化床的分选机瑷．试验蜡果表明；在遗当 的工艺及操诈条停下，报奔流化床床蒜密受垮牟稳定，各密度最大箍对误轰往0 ．3 2 ％，加重痿宏 髓逗混较小，共有炎好的分选耪性．分选8 ～1m m 级姗粒煤，数量效率为9 1 ．6 6 “，分选精度 E p 值 这0 ．0 7 ，为细救| 基的分选提供了一条新的于法分选途径． 关键词振动流化床；分选；床层密度 中圈分类普T Q0 2 8 ．s文献标谈鹆；A 振动流化床是将外加振动能量引入普通气固 流化床的流态亿技术，由于振动流亿臻其裔抑制气 淹生成长大，强佳气禹、翻蓬闼熬接触，改蒋流他囊 摄等优越特性[ 1 ] ，因此，振动流他床技术已成功地 应用于物料 尤其是易粘结、宽粒度分布、热敏性物 料 的干燥、加热、冷却、造粒等加工过程o 】． 拨畿缭磁性物鞭粒翔磁铁矿耪 作为疆樱熟 夔质，在振动及气溅参数的交互搀用下形成具蠢一 定密度的振动流化床层，对矿物 如煤炭 进行分离 按床层密度 ，这无论楚在流态亿技术应用领域， 还是矿耱臻工领域都是新静研究课￡酚“] ．据统诗， 目前作为我国_ 燕要悲源的煤炭 在一次能源消费结 构中约占7 5 蹦 的人选比例只有2 3 ％，且嗣内外普 遍采用以水作为介质的湿法分选方法，然而，我国 煤炭资舔鸯2 ／3 缓上分帮在干旱璇求她嚣，无法采 用现霉亏耗水量太她湿法分选蠢法，造成了网直接使 用原煤而引起的严重环境污染 如S O 。，酸雨 和资 源浪赞．因此研究振动流化床的分选特性。并以此 对煤炭 特剐燕小予6m m 缄粒煤 遘行手法分遣， 其毒非常重要的意义，其应髑翦攘也十分广螭。 { 枫理分耩 簧馥振动流{ 艺床其有藏好豹分选性键 按密 发 ，床层密度瓣趣一性至关重要，一方嚣娶求气固 接触充分，固相加重质凭分层分缎趋向l 另一方面 要求拄制圊相加重脯的宏观遥混，减小对矿物在流 纯床绥中接密璇分离的干扰作用，实瓒较高的分离 选 精度．藏他瘩乎均键度瓣甘算公式为 以，一W ／S 爿g 1 一￡ 胁一凤 ≈ 1 一￡ 风， 式中；凡为流亿床平均密度，k g ／m 3 ；g 为蒙力加速 魔，m ／s 2 ；Ⅳ鸯珠屡重量，N ； 力瘩凄空藏率，菇；5 魏球层载鞭积，m 2 ；岛为加熏质颗粒密度，k g ／m 3 ； Ⅳ为床层高度，m ；R 为空气密度，k g ／m 3 ． 从上式可以看出，流化廉平均密度主要由涞层 空骧宰s 及嚣籀藤蘩爱豹密度肛决定翦，空隙率除 姆固提加重质颓粒物性 如粳度组成、形状 纛美 外，还与床体结构及操作参数有关．通常情况下，在 僳证床层密度均匀稳定、气泡小、固相加薰质返混 小但筵有楚够耱活性静条件下，寨层空骧率不窳作 太豹调节，困她，藏健康平均密度魅主要通过改变 圈相加重质的密度A 来调节，以满足不同分选密度 的需黉． 不丽密度的耨俸在坶霞流体中会因受到流体 鲍净浮力非尾褥产生运动，嬲珏重受到溅嚣默力的痒 朋，但最终将按流体密度分离分层．在气圃两相流 中，要实现被分选矿物按流化床密度分选，就婺求 被分选矿物的粒度足够缝大于嚣相加重疆耨粒粒 发，燕撂被壬} 离矿物受到熬藏让露平穗密发鲤嚣力 作用占主导，并且能够克服床层介质阻力及固相加 壤饕嚣辩t2 0 0 0 0 3 一傩 暮金项目t 煤擞科学基金资助项目 9 7 加1 0 1 0 1 体毫簿靠t 臻振福 1 9 6 3 一 。舞。拄苏赣窘兴审 ，串基矿娃丈学捌教授 工学捧圭，获事矿贽燕工特列是港净藻技术研毙 万方数据 第6 期骆振榻等撮韵流纯珠的分选特髓 重震返滋对矿鐾接露层密发分层瓣产生麴手撬佟 用．宏戏上努叛，当以檄缨霜榛鼷粒形成囊考一定 j 藩魔鼹投三镶空耀蟪匀稳定懿流纯束层螽，就具有 了对妒物的分离分选性糖。则耀教矿物 榻对嚣糖 加重质颗粒 在淡化废中所受会力为0 1 F 黧G 以 凡 咒， 1 式中；G 蠹矿粒所受蓬力，N ；鼓为矿粒受珠屡平均 密度终用的浮力，N ；再；为矿粒受劐豹鞋气匿两谍 流失分选务壤的穷壤题龙，N ；咒为矿粒受熨月瓣 颗粒的俘用力，N ．如可分鳃戈糕性摩擦力秘压蓑 阻力 或形状阻力 ，牯性摩擦力主要由廉层整体 即气圊两相流 具有的牯性g I 起的，丽黩性是嗽 固捆颗粒的相甄摩擦碰攮及气体的流动日} 怒 的。R 只是予拢矿蝗的浮浅过程，磐不决定矿粒的 浮沉趋向，嚣且缀难魍定爨公式表示，所l ￡在分辑 计箕时只考虑单个矿粒受力愤提，即令疋一0 ，则 矿牧的运动方程可写为 吉Ⅸ 藏颤 3 警一音 蠢。敷 3 船一 音 哦霞 。＆替 舔拿 以或 2 筋寺％l 魄l e p 詈州鱼瑚警一∞ 媳 3 8 一P ．D g C R 詈 d 鱼 2 m 巩h i ， 2 式中以为矿粒体积当爨直径，m m 为矿粒速度， m ／s ；蛾为球形系数；c R 为阻力系数；d 为矿粒密 度，k g ／m 3 ． 若令t o 时，毽 0 ，蒯而一0 ，郎初始状恣 下，矿粒不受介质阻力的作用，矿较所受净浮力 即 式 2 等弩右边第一项 将决定其浮沉运动方向， t 0 时，如将随仇的增太而迅速增大 F D 与饥魑 平方荧系 ，搿d v , ／d t 一0 时，矿粒即达到沉降束 速，静满足 寺x d 0 0 0 4 艿一芦h 窖 c R 詈 矗。识 2 ～“ 。l 地l 一0 ． 3 由上妓可推算出矿艘在不同霞诺数_ F 的沉辫 米逡．可见，当矿粒粒度足够犬，可以受到床层平 均密度的浮力作用时，它在流他床中的浮泼方向取 决予受到的净浮力，即 G 妫一帮 哦彀 3 艿一A 。 g 。 “ 当d 一～ 0 时，矿粒下沉I 葳之d m 4 反一 4 破一 4 d 删 7 2 m m ．但对振动 流纯床丽言，臻绥越高，瘸振动效应越鞲，故诧取 H 一7 5m m ．对于振动强度K 而言，K 越大，则圊 相颗粒混合越严重，越不利入选物料按密度分选， 爱之，x 越枣，剩疆粒鼹会越夺，K 0 瓣为普透滚 化床，因此。为充分发挥振动流化床的掇动效应，同 时最大限度抑制固相颗粒的混合，经测试计算K ；1 ．6 3 。表1 凳在不嚣气速条{ 孛下瘩袋各点密度 的测试数据． 裹1 币同气流速魔的床层密度分帮 T a b l e l D i s t r i b u t i o no fb e dd e n s i t yi n d i f f e r e n ta i rf l o wv e l o c i t y 。。‰层位1 丽投詈兰i ～枷一 上鼷1 ．8 61 ．8 7 18 6 55 ．0 0 孛聚 1 ，8 71 ．8 6】，8 6 S5 ．∞ 0 ．8 8下髅 18 7l ，8 81 ．8 7 55 ．0 0 内v1 ．8 6 7 I ．8 7 0I ．8 6 8 “／1 0 3 4 ．7 18 ．1 66 ．8 7 上艨 1 ．s 51 ．8 61 ．8 6 0 0 中攥1 ．8 61 ．g 1 8 6 55 ．0 0 1 ．1 5下层18 7I ．8 81 ．8 7 55 ．0 0 舳1 ．8 6 31 ．8 7 01 ．8 6 7 e , ／l O 一34 ．7 18 ．1 6 7 。4 5 上瓣 1 。8 51 ．8 5 1 ，8 5 00 中藤1 ．8 6i ．8 7】．8 6 5 s ．0 0 I ．4 S下膳1 ．8 71 ．8 7I ．8 7 0 0 岛v1 ．8 6 01 ．8 6 31 ．8 6 2 4 J l O - 3s 。1 s．4 3 8 ．9 8 扶裘1 可翔，气速在逶当姻撵终蔻藩内交纯， 床层各点压力及密发分布较为稳定，床层静点密度 与床层乎均密度最大相对误羧仅为0 ．3 2 ％，最大 方差为8 ．9 8 1 0 ～，可见在遥誊豹工艺秘操终条 件下，振动流化床可以形成密度均匀稳定的流亿床 层，为小于6m m 缃粒煤炭的分选提供了条件． 3 。2 努选效果殛分耩 我们首先送符了静态分逡试验研究，程各种试 验条件下，加入适檄6 ～1m m 缎煤炭，其密度组成 见表2 巾第1 ，2 列所示，待一定时间后停机采样， 并对分矮潆榉避簿密度组成分析。试验努案笼表 3 ，试验结果如表4 所示． 表2 僚攥及产品密度组成 T a b l e2D e n s i t yd i s t r i b u t i o no fr a wc o a la n dp r o d u c t s “ 。．，。 枷 原煤 州精撵 案囊坩 尾煤 案囊 分配率 t 五了1 万i 1 j _ i i 矿f 丁0 丽1 ．0 6 l ，3 ～1 ．45 0 ．6 36 33 94 7 ．8 91 1 ．2 12 ．7 45 ，4 t i ．4 ～1 ．51 2 ，5 61 4 ．8 91 1 ．2 55 ．7 71 ．4 11 1 ．1 4 l ；5 ～t ．84 ．5 24 ．9 43 ．站3 ．2 30 。7 91 7 。4 8 I ．6 ～1 ．8 6 ．0 8 4 ．2 2 3 ．1 91 1 ．8 22 ．8 04 7 ．5 3 l _ 8 ～2 ．O57 6 0 ．5 90 ．4 , 52 1 ．7 253 19 2 ．1 9 2 ．01 1 ．2 00 ．2 3 0 ．174 5 ．1 1l l0 39 8 ．4 8 盒鼓1 9 Q 盟≥Q Q 业Z 盟 ＆Q 12 蛾 蘩果表鹱，振秘强度K 辩分选效果霸较大影 响，K 较小时，由于床层活性小，粘度大，所需的分 离时问长，分选效粜差；K 过天时，床层满性太，粘 囊枣，键匿褶魏重壤返茬严羹，分离静袈敷产物闯 的错配赣大，分选精度也较低；当足适中 K 一 1 ．6 3 时，各种不利于按床层密度分选的负面效应 可叛褥戮舂效捧匏，分选效暴簸佳。在试羧中还发 现。因振幅改变引越的振动强度的变化对分选效果 的影响大于因振动频率改变的影响。其机理是，振 螟较大，剜固相加黧曩颗越受舆有较大振幅的振动 力的俸糟，导致遮滤程度加大 这就削弱了被努遥 煤炭按其在床层中受到的净浮力分层的优势，增加 了轻黧产品间的错配，降低了分选精度。因此，当 需蠲节暂时，羞菇蓬大，瓣霾优先降低摭堰} 若茁 过小，则应优先调节振动频率．另外，振动流化床 的分滤性能对气速较敏感，气速太小，则床层活性 枣，糕发大，石适会磐襄；气逮太大，捌运瀑严重，也 不利于分选，只有当床面有徽泡逸出，气迸v 适中 v 一0 ．0 0 81m ／s 时才具有较佳的分谶特性．再 者，入选煤炭在摄凌漉让瘩中的捧积吾分率z 应 适当控制，也就是一定俸积的振动流亿寐约分选髓 力有一定限制，z 太大，则人选煤炭在分离时相互 干扰，棚对分离空阅小，甚至会导致积压毙床，试验 结果裘明，当。≤8 ．袋霹，缀凌蠹纯寨霹菠游A 选 煤炭进行有效分离． 万方数据 第6 耘 貉振福等，振穑流纯床的分选特性5 6 9 穰据静态分选试验研究结果，我们在图1 所示 静实验装置上送行了连续势选研究，试验条件为 K 1 ．6 3 ，梯一7 5 m n l ．口一0 ，0 0 81m ／s 8 4 0 。， ～一1 ．7 2g ／c m 3 ，入料处理量Q 一2 ．5k g ／m i n ． 分稍对被分选原煤、精煤、尾煤采样，进行密度组成 分橱，势绘粥尾潆产晶分酝癌线，铺莱觅表2 及爨 2 。结果表明，在适当的工艺、操蚱参数下，掇动藏 化床具有良好的分选性能，当分选6 ～1t r l l m 粒级 细粒煤炭时，实际分选密度为1 ．7 0g ／c m 3 ，数量效 率为9 1 ．6 5 巅，可能镐差为0 ．0 7 ，取褥了懿努的分滤 效果， 凰2 分遗产器的努配睦线 F i g ．2 P a r t i t i o nC L u v eO ft h es e p a r a t e dp r o d u c t 4 结论 1 以具有～定粒级的徽缨磁铁矿粉作为固棚 加熏质，可以形成微泡振动流化床．床层密度均匀 稳定，适合予小予6m m 缅粒煤分选． 2 入选物料在掀动流化床层中所受到的净浮 力决定箕浮瓿方羯，爨瑟奔凄阻力藏颗粒趣的干扰 炸飕将延缓其接密度分惠，但宏观上不改变冀浮溉 方向． 3 在适当的工艺和操作参数下。振动流化床 箕宿良好的努选性能，其分选毪麓对振动强发及气 建较敏感，当分选6 ～lm m 粒级细粒煤炭对，数量 效率为9 1 ．6 6 ％，可能偏差为0 ．0 7 ，分选效果良好． 参考文献 [ 1 3 白丁荣，盎溅．垂囊气鞭薅棚藏砖系统中联粒群与 气流之间的相互作用[ J ] ．化工学报，1 9 9 1 ，4 2 9 ； 6 9 7 7 0 3 ． [ 霸骆搬撼，踩溥如。摄袖藏纯瘩瓣究薪进嶷秘] ．化学工 程，1 9 9 7 ，2 5 2 1 0 1 2 ． [ 3 ] 欧阳藩，何海蛊，翁逮聪．振荡流态化现象及应用[ J ] ． 纯互学攘，1 9 9 1 ，4 2 4 1 4 3 2 - 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t e r f e r i n gt h es e p a r a t i o no fm i n e r a la c c o r d i n gt ob e dd e n s i t yW e r ea l s os t u d i e d 。L a s t l y ，t h es e p a r a t i o nm e c h a n i s mo fV F Bw a sr e v e a l e d ．T h er e s u l ts h o w st h a tt h eb e dd e n s i t yo fV F Bi su n i f o r ma n ds t a b l ew i t haw e a k b a c km i x i n go fm e d i u ms o l i d su n d e rt h ec o n d i t i o no fs u i t a b l et e c h n o l o g i c a la n do p e r a t i n gp a r a m e t e r s , T h e m a x i m u mr e l a t i v ee r r o ro fb e dd e n s i t i e si s0 ．3 2 ％．T h eV F Bh a s3g o o ds e p a r a t i o ne f f e e ￡a n dc a ns e p a r a t e t h ef i n eC O S lo f6 ～I m mw i t hap r o b a b l ee r r o r E pv a l u e 0 f0 ．0 8a n daq u a n t i t a t i v ee f f i c i e n c yo f9 1 ．6 6 蟛， p r o v i d i n gan e wd r ys e p a r a t i o nt e c h n o l o g yf o rf i n ec o a l ， K e yw o r d s ；v i b r a t e df l u i d i z e db e d ；s e p a r a t i o n } b e dd e n s i t y 万方数据