Способ сверхтонкого измельчения материалов

Союз СоветскихСоНйалистических Республик 232009(6 ополнительное,к авт. свид-ву -явлено 06,12.77 21) 2551082/29-33 51) М Кл г В 02 С 19(18 с присоединением за Зосудауственный комитет СССР) СПОСОБ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИ МАТЕРИАЛОВпринципиальна ба сверхтонког Изобретение относится к технологии сверхтоюиого измельчения в жидких средах различных,материалов до размерон 0,1 мкм и менее.Иэмельчаемьгми материалами являются различные кристаллические вещеспва, в том числе,калиевые соли, аммиачная селитра, ка 1 менная соль, всевозмоиные гюрные породы,;металлы и др,Известен способ сверхтонкопо измельчения материалов в жидких средах путем воздействия истекающих из сопла струй на частицы материала и,последующего столк- новения их с плитой через слой суслензии 1 Ц.Недостатком такого слоаоба является невьгсокая степень измельчения,. Цель изобретения - пьовышение степени измельчения.УказаБная цель достигается тем, что столыпин овение ведут со скоростью 170 - 1300 мlс, лри этом сопла подвергают вибрации ультразвуковой частопой с амплитудой 0,005 - 0,08 мм, причем отраженные от плиты струи суапензии могут бьгть налравленьг на вытекающую,из сопла струю и столкнуты между собой.На чертеже показаная схема осуществления сноса о измельчения материала,Устаноика содержит насос 1, ультразвуковое сопло 2, плиту 8, камеру 4, акустический волновод б, ультразвуковой преобразователь б. Позиция 7 обозначает струю 5 исводной суспензии на выходе сопла(основная), 8 - отраженные струи суслензии, 9 - патрубок.В качестве насоса 1 используют,насосымультипликаторьг и импульсные водометы.10 Измельчение материала дрвдлагаемымспособом осуществляют следующим обра;зом,Вначале с помощью насоса 1 черезультразвуковое 1 сопло разлоняют основную струю всходной суспензии;измельчаемого материала в жилкой среде и затем сталкивают ее с плавающей плитой через слой суспензии с такой акаростью К при которой, кан в пвердых ча,стицах, так и в жид кой среде возникают ударенные волны, давления Р на которьгх вревышают налряже.ния разрушения твердых частиц до 100 раз и более, Благодаря воздействию ударных воля частицы измельчаемого материала 25 сильно сжимаются и переходят в лласти. ческое состояние, т. е, переходят в областьпластических деформаций.Для хрупких кристаллических материалов типа каменной соли, 1 селитры, калиевой з 0 соли, нипрофоски и др, с пределом прочности на разрьрв ор=З - 10 кг/мм (0,03 109 -- 1 10 я/м) давление на ударной волне практически может превышать напряжение более чем в 100 раз, Для тапсих материалов, как кварц, базальт, гранит,и др. с о,=10 -- 100 кг/ллд (1 109 - 10 10 и/м) технологически достигается Р 10 ор, Для материалов с ор) 100 кг/млх практически может быть получено Р= (1,5 - 10) ор.Для возникнавения указанных давлений Р на ударных вюлнах,в измельчаемюм материале сановную старую 7,разгоняют,в первом случае до скоростей 0=170 - 500 м/с, во втором случае - до 0=500 - 900 м/с и в претьем - до 0=900 - ,1300 м/с и выше.Для измельчения выаскопрочных металлов акорссть оснавной струи благодаря высокой окорости раюпространения ударных волн может быть такой же, капс и для,материалов в нервам случае.Блаподаря воздействию удар 1 ных волк на материал в жидкой средетвердые частицы, обжимаемые уплотнечной жидкостью, при столкновении с препятствием приобретают большсе,количество внутренней энергии, чем если бы это прроисходило в воздухе. Это абуслсвлено облицовыванием частицы как заряда ВВ и увеличением времени контакта ее с плитой.При сбросе ударной волны твердые частицы вместе с жидкой оболочкой под действием выделяемой внутренней энергии взрываются подобно взрыву ВВ. Продукты взрыва уносятся ударной волной разряже 1ния со скоростью У 1) - К По аровнению с2сухим выасксокоростным,измельчеиием процеас измельчения ири вькакоскоростном ударе в жидких аредах оротвкает примерно,в 70 ра,з эффектввнее.От места взрьпва, т. е. от плавающей плиты, силнню измелвчен(ные частицы как твердой, так и жидкой фаз, отражаются распределенной струей 8 со скоростью У, и сталииваются с внутренней стенкой камеры 4, т. е, с отражателем, Здесь они измельчаются повторно.От отражателя струи измелвченных частиц нааравляются на сясь сансвной струи 7 суапензии ао аиорастью У, где оии, сталкиваясь между собой и сансвнсй струей, анана измелвчаются. Значения У и У1 зависят от (выбора К Скорость У- -У Из этого следует, что,наиболее эффективнюе измелвчение материалов в аппарате врюисхадит цри условии, когда возникающие давления ударных волн в частицах щри столкновении их,между собой иа оановной струе, а также прои столкновении с внутренней ставкой камеры, врввышают ор.5 0 5 20 25 Зо З 6 40 45 60 55 60 66 После прохождения указанного пути готовая суапензия с измельченными частицами до 0,1 мкл 4 и менее поступает через патрубак 9 на выход. Весь ироцеас измельчения материала протекает за один цикл, непрерывно, т. е. за один пароход суспензии через аппарат.С целью уменьшения износа плиты д и камеры 4 предуамотрены защитные меры. Для анижения температуры разогрева и нредохранения от разрушения оанювпчую струю сталкивают с плавающей плитой 3, исмещенной в оуапензию на глубину 50 - 500 мм и более. Глубина погружения плиты выбирается в зависимссти от выбора скорости струи, Чем больше скарость струи, тем больше глубина попружения плиты в сусптензию, т, е. тем толще,слой суспензия над плитой. С этой же целью плита 3 отделена от оанования или акустического волнавода 5 слоем суапензии. Для разгоча основной струи до оксрсстей 170 - 500 м/с применяют псршневые насосы-мультипликаторы или прссто насосы на давления 200 - 2000 кг/слР и для разгадана до скоростей 1300 мlс и выше - импульсные водометы, При этом для абеапечения указанных скоростей на выходиам соиле этих устройств снижают гидравличеакое сопротивление и вязкость суепензии, возрастающие пропорционалвчо увеличению значения высокого давления, путем вибрирсвания соила с ультразвуковой частотой с амплитудой 0,005 0,08 мм. С целью обеапечения работоспоаобности в указа(нных пассосах и имппульсных водометах применяют также поршни с пидравлическим уплотнением с уплотняющей жидкостью,Сксрссти струй на их Выходе рассчитываются по уравнению гидродинамики для сжимаемых аред,Ультразвуковое вибрирование сопла значительню снижает гидравличоакое совротивление потоку суапензии и уменьшает ее вязкость в 4 - 10 раз. При этой одновременно в;сапле образуются ка 1 витационные пузырнки, которые дополнительно повышают давление,в,струе, что способст,вует увелррчению ее акорости и повышению степени разрушения, материала. Благодаря вибрированию сопла давлевие в рабочей среде в гидроцилиндре, необходимое для разгона струи до 1300 м/с, анижается примерно в 4 ра;за.П р и м е р. Расчеты термодинамических характеристик для измельчаемой соли хлористопо калия в жилкой ареде хладанепроказывают, что 1 при арпсростях санювиой спруи на выходе сопла от 150 до 2000 л/с давление ударных воли в "пвердых частицах в жидкости при ударе о плиту составляет 0,678 109 - ,1,1,83 10 п и/м (67,8 - И 83 кг/мм), Эти давления превышают предельные напрряжения разрушения частиц с ор -- 3 - 10 кг/мм пррлмерно в 7 - 390 разпри ударе о плиту и в 3,5 - 200 раз при ударе об отражатель,Из расчетов видно, что нижний предел скорости основной струи суопензии 150 м/с для повышения степени измельчения материалов до размеров частиц 0,1 мкм и увеличения производителыности аппарата является недостаточным, так как выделяемая при этом внутренняя энергия Е из твердых частиц аосле столкновения их с плитой ниже начальной плотности внутренней энергии Ем для типичных взрьввчатых веществ, обладающих Е, = 1 - 1,5 кал/г (4 186 1,0 з,6 28. 10 з дж/кг).Для выполнения условия измельчения путем взорына твердых частиц,необходимо, чтобы минималыная внутренняя энергия частиц Еагпп ) ЕоЭто озна 1 чает) что из" мельчение следует ароводить при скоростях основной струи суспензии не ниже У= =170 м/с, прикоторых в частицах возникают энергия Еп,) 4,5 10 дж/кг и давление Р ) 0,7 и/лР. При скоростях основиой струи 1300 м/с маконмальные значения внутренней энергии и давления на ударной волне соста,вляют Е - 270 10 дж/кг, Р, ( 710 и/м. При скоростях 2000 м/с - Е= = 500 10 дж/кг, Р, 12 10 и/м,Для большинства других, материалов,минимально допустимые и минимальные значения внутренней энергии и давления лежат примерно в танских же пределах.Предлагаемый способ позволяет повысить степень измельчения.Ф о ромула из о бр етения10 1. Способ сверхтон кого измельче.ния,материалов в жидких средах нутем воздействия истекающих из сопла струй на частицы материала и последующего,столкновения их с плитой через слой суснензии, 15 отличающийся тем, что, с целью повышения степени измельчения, столкновение ведут со,скоростью 170 - 1300 м/с, при этом сопло подвергают вибрации с ультразвуковой частотой с амплитудой 0,005 - 0,08 мм.2. Способ по п. 1, отличающийсятем, что отраженные от плиты струи суснензии напр а(вляют на вытекающую из сопла струю и сталкивают их между собой.Источник информации, оринятый вов 1 нимание при эиапертизе:1. Авторское свидетелыство СССР138252, кл. В 0.1 Р 3/12, .1960.7 б 7 д 09 Составитель Н. Бнбина Техред В. Серикова Редактор Т. Кузьмина Корректор С, файн Заказ 562/708 Изд.311 Тираж 698 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип, Харьк, фил. пред. Патент