塑料粒料惯性淘析器及其淘析工艺和用途

摘要

一种塑料粒料惯性淘析器及其淘析工艺和用途，涉及塑料生产。淘析器包括淘析圆筒体、出料口N4。进气口N3、对流分离筒、出气口N2、加速内筒、加速筒、锥筒、进气筒、进气口N5和加料筒。加料筒上端为进料口下端插入进气筒中。淘析圆筒体中固定两层格栅，格栅倾角30°～60°、间距30～100mm。加速筒的长度为600～1200mm，其管径与加料筒相同，对流分离筒的长度为300mm时效果最好。最佳工艺条件是：进气口N5的风速为10～20m/s，进气口N3的风速为10～15m/s，进料口N1的进料速度小于800g/s，加速内筒和对流分离筒环隙中的风速小于15m/s。它可清除粒料中的细粉尘、大大减少粒料随气流的溢出。综合分级效率达97.8％，提高28％。

说明书

技术领域

本发明属于塑料等粒料的生产技术领域，更明确地说涉及塑料粒料惯性淘析器及其淘析工艺和用途的改进和创新。

背景技术

惯性淘析器是一种颗粒分级设备，主要用于颗粒产品中微小晶粒和纤维粉尘的分离.其工作原理是：利用各区域气固两相存在的速度差，使附着在粒料表面的细粉尘在气体对固体表面的剪切作用下脱落。气流突然加速、减速或改变方向，绕过粒料表面的气流边界层需重新建立，此时气流对粒料表面的剪切力成倍增大。操作时，进入器内的固体粒料经过加速减速阶段，在气流的剪切作用下，使粗细颗粒分离，成品粒料下落至料仓，细粉尘随气流排出器外，以此达到淘析洁净的目的。200520030469.6号名称为《固体颗粒分离料斗》的专利申请就是这种结构。

对于任何分级方法而言，要想取得较好的分级效果，关键是如何提高分级物料的分散性和选择合适的分离方法。

现有的淘析器存在的问题是：

(1)粒料在器内的停留时间短，淘析不充分。现有淘析器的特点之一是处理量大，有的处理量为27000kg/h，即7.5kg/s。粒料的下落高度大约为3.5m。粒料从加料区至锥体与气体接触的距离大约为2.0m，接触时间仅2s左右。在此期间，粒料先与气体并流，后转为逆流，进入循环区后为气体横向吹过垂直下落的固相流，淘析过程时间短，且过于简单，故淘析不充分，出料中颗粒表面仍附着少量粉尘。

(2)出气中有少量粒料带出。在对流区，下降气流与上升气流相遇后，转为横向流动，直接流出器外。由于出口无遮挡措施，靠近边壁的颗粒遇到局部高速横向气流时，会随气流进入环形排气室，并与气体和细粉尘一起排出器外，导致跑料。

传统淘析器的流场主要存在三个方面的问题：加速段气流径向速度梯度过大，这将导致粒料加速不均匀；对流段内套筒以上和以下区域均与环隙相通，从加料段来的气固两相流中的部分气体在套筒上端面以上区域，会突然转为横向流动进入环隙，气体连同淘析器底部进气在套筒下端面以下区域相迂后，转为横向流动进入环隙，，由上下转向的两股流体径向速度就会将部分进入对流段的大颗粒带出；淘析后的粒料产品上仍附着有细粉尘，导致产品质量不达标。

总之，在传统的聚乙稀等塑料粒料的生产中，由于气固两相流动的复杂性以及实验的不足，惯性淘析器的淘析方法及其结构设计仍不够合理。因此，产品粒料中夹带塑料粉尘，既影响了产品质量又影响了市场销售。与此同时，少量粒料随气流溢出，又造成了物料的跑损。出现上述问题的主要原因是由于目前的惯性粒料淘析器没有将粒料中的细粉尘淘析洁净。这些问题亟待加以解决。

发明内容

本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种塑料粒料惯性淘析器及其淘析工艺和用途。它根据淘析流场内颗粒的运动规律及其影响因素，利用气固两相相对速度的周期变化强化淘析过程，进而加强气流对颗粒表面的剪切作用和淘析圆筒体的气流湍动，抑制有害的循环涡。从而改进淘析器内的机械结构和湍流流场结构，提供优化的工艺参数，以便清除粒料中的塑料细粉尘、提高淘析器分离效率。同时大大减少粒料随气流的溢出，大大减轻环境的污染。可广泛应用于塑料粒料生产的粗细颗粒分级和淘析中。

为了达到上述目的，本发明包括淘析圆筒体、安装在淘析圆筒体中部的进气口N3、进料口和出气口。淘析圆筒体的底部为锥体，锥体的下面带有出料口N4。进气口N3焊接在淘析圆筒体的中部侧面。淘析圆筒体的上部为直径缩小的锥筒，锥筒顶端焊接着对流分离筒。对流分离筒的直径小于淘析圆筒体。对流分离筒的中部侧面焊接有出气口N2。对流分离筒的顶端中间焊接着加速内筒，加速内筒大部分插入对流分离筒中留有环隙且其上端高出对流分离筒上端。加速内筒的顶端焊接着加速筒。加速筒的顶端焊接着小锥筒，小锥筒的上端焊接着进气筒。进气筒的上部侧面焊接有进气口N5，进气筒上沿中间套焊着插入进气筒中的加料筒二者之间留有环隙。加料筒上端为进料口N1。

加速内筒为长锥形，其上端与加速筒连接且直径相等，然后口径逐渐扩大。连接加速筒和渐扩口径的加速内筒后，有效地消除了对流段顶部环隙的短路流和死旋涡，避免了对冲气流的相互扰动，更有利于物料的分散。

淘析圆筒体中的上部固定有两层格栅。格栅的倾角为30°～60°，间距为30～100mm。这些独特的内构件设计使气相流场更加匀称规整，增大了气流对粒料的剪切作用，延长了停留时间。同时粒料到达格栅时，会与格栅碰撞并滑落，几乎所有的颗粒均与金属格栅接触，金属格栅能将粒料相互摩擦产生的静电消除。消除了静电的优点在于：粒料带静电进入料仓和包装系统后发生着火等危险，某厂的LDPE装置已有这方面的教训，消除了静电后，使系统的安全性大大提高；粒料带静电会与带相反电荷的粉尘相吸，难以使粉尘脱离粒料表面，造成淘洗效果不好。消除了静电后，加之粒料与格栅相撞后的弹跳、抖落，淘洗效果可大为改善。总之，加格栅既消除了安全隐患又大幅度提高了综合分级效率。

加速筒的长度为600～1200mm，其管径与加料筒相同，对流分离筒的长度为200～500mm。这一尺寸范围的效果最好。

按照上述塑料粒料颗粒惯性淘析器的淘析工艺，上部进气口N5的风速为10～20m/s，下部进气口N3的风速为10～15m/s，进料口N1的进料速度小于800g/s。加速内筒和对流分离筒环隙中的风速小于15m/s。

上述工艺条件极为合理，延长了处理时间，使物料有明显的光泽感，最大优点体现在对贴附粉尘的处理上，洁净无粉尘。

本淘析器及其淘析工艺用于塑料粒料及其它粒料的生产中，使粗、细颗粒分离，洁净成品粒料下落至料仓，微小晶粒和纤维粉尘随气流排出器外。

本发明根据淘析流场内颗粒的运动规律及其影响因素，利用气固两相相对速度的周期变化强化淘析过程，进而加强气流对颗粒表面的剪切作用和淘析圆筒体的气流湍动，抑制有害的循环涡。从而改进淘析器内的机械结构和湍流流场结构，提供优化的工艺参数，以便清除粒料中的塑料细粉尘、提高淘析器分离效率。同时大大减少粒料随气流的溢出，大大减轻环境的污染。它可广泛应用于各种塑料粒料以及其它粒料的生产分级、洁净中。

附图说明

图1为本发明淘析器的结构示意剖面图。

图2为格栅的示意图。

具体实施方式

实施例1。一种聚乙烯粒料惯性淘析器，如图1～图2所示。

它包括淘析圆筒体1、安装在淘析圆筒体1中部的进气口N3、进料口N1和出气口N2。淘析圆筒体1的底部为锥体2，锥体2的下面带有出料口N4。进气口N3焊接在淘析圆筒体1的中部侧面。淘析圆筒体1的上部为直径缩小的锥筒3，锥筒3顶端焊接着对流分离筒4。对流分离筒4的直径小于淘析圆筒体1。对流分离筒4的中部侧面焊接有出气口N2。对流分离筒4的顶端中间焊接着加速内筒5，加速内筒5大部分插入对流分离筒4中留有环隙6且其上端高出对流分离筒4上端。加速内筒5的顶端焊接着加速筒7。加速筒7的顶端焊接着小锥筒8，小锥筒8的上端焊接着进气筒9。进气筒9的上部侧面焊接有进气口N5，进气筒9上沿中间套焊着插入进气筒9中的加料筒10，二者之间留有环隙。加料筒10上端为进料口N1。

加速内筒5为长锥形，其上端与加速筒7连接且直径相等，然后口径逐渐扩大。连接加速筒7和渐扩口径的加速内筒5后，有效地消除了对流段顶部环隙的短路流和死旋涡，避免了对冲气流的相互扰动，更有利于物料的分散。淘析圆筒体1中的上部固定有两层格栅11。格栅11的倾角为45°，间距为50mm。加速筒7的长度为800mm，其管径与加料筒10相同，对流分离筒4的长度为300mm。

如图1所示，通过对加料段、加速段I和加速段II、对流分离段和淘析区的优化，效果明显。连接加速段和渐扩口径的内筒后，有效地消除了对流段顶部环隙的短路流和死旋涡，避免了对冲气流的相互扰动，更有利于物料的分散。通过调整分离段的长度和直径，增大了气流对颗粒的剪切力，增加了粒料的停留时间。在淘析区，通过下移进气位置并加入两层格栅，该区域气流更加匀称规整，格栅导流整流效果明显，加强了气流对粒料的淘析作用。

本淘析器结构如图1所示。粒料从N1加入，靠重力下落。在加料段下部，被从N5进入加料段环隙的气体加速，向下经加速段流入对流分离段。在对流段，并流向下流动的颗粒和气体与从循环区N3入口流入的上升气流相遇，两股气流均转为向上流动，颗粒表面附着的细粉尘大部分在此区域脱离粒料表面进入气相，被从N2排出的气体带出器外。粒料靠重力和惯性继续下落，在对流区下段与上升气流逆流流动，粒料表面的细粉尘被进一步淘析后落入循环区。在循环区，由N3进入的气体横向穿过持续下落的粒料，部分返转向上进入对流区，部分返转向下。在空气喷嘴喷入的高速气流带动下形成环流，粒料再次被淘析，洁净的粒料落入锥体，从N4由输送机送出器外。

实际上，在各区内气固两相均存在速度差，附着在粒料表面的细粉尘受气体对固体表面的剪切而脱落。该剪切力F_d可由stokes公式的奥森修正式近似计算：

$F_d=C_D\frac{{\mathrm{\rho u}}^2}{2}D$

$C_D=\frac{24}{\mathrm{Re}}(1+\frac{8}{3}\mathrm{Re})$

式中：u为气固间的滑移速度，D为粒料直径，Re为气相雷诺数。

气固两相相对速度越大，粒料表面所受剪切力越大，越有利于细粉尘从粒料表面脱落。但气流突然加速、减速或改变方向，绕过粒料表面的气流边界层需重新建立，此时可使气流对粒料表面的剪切力成倍增大，更有利于细粉尘的淘析。操作时，进入器内的固体颗粒一直下落，而气流在不断改变方向和速度，以达到淘析洁净的目的。

加速段管径和长度对流场的影响如下：按分级力场分类，淘析器是一种惯性分离设备，粒料需加速到一定的速度才能获得足够的惯性力。加速段的作用非常关键。加速段管径大，粒料分散性好，但气速过低会导致颗粒不能获得足够的速度，反之亦然。本发明因此设计了合理的加速段尺寸。

对流段结构形式对流场的影响如下：对流段分为内筒体空间和环隙，在内筒空间，气流和总粒料向下流动，在环隙，总气流和细粉尘向上流动，筒壁使两股气流不相互扰动。同时，对流段有扩压的作用，使下冲气流速度降低，静压增大。本发明因此设计出能同时满足隔离气流和扩压要求的新型结构。

分离段管径和长度对流场的影响如下：上下两股进气在分离段相撞，大部分细粉尘也在分离段得到分离，分离段管径决定上冲气流气速高低，其长度决定气固两相的作用时间。本发明因此设计出合适的尺寸。

淘析区内部结构对流场的影响如下：淘析区空间大，下部进气气速较高，存在大大小小的旋涡，流型基本为弱旋流，穿越该区域的颗粒被反复淘析，贴附在颗粒上的细粉尘得到分离，大的旋涡把细粉尘卷扬起来，随上升气流排出器外。本发明设计的内构件(格栅)，可抑制有害的回流旋涡，延长颗粒的停留时间。

本发明通过调整分离段长度和直径，增大了气流对颗粒的剪切力，增加了粒料的停留时间；在淘析区，则通过下移进气位置并加入两层格栅，该区域气流更加匀称规整，导流整流效果明显，加强了气流对粒料的淘析作用。

本实施例具有以下优点：在对流段加入内构件(加速内筒5)，消除了出口附近的短路流，防止了粒料逃逸。通过缩短加速段，加长对流段，增加了粒料的停留时间，强化了气流对粒料表面的剪切作用。在淘析区加入格栅，规整了流场，消除了静电吸附，同时使粒料表面的粉尘振动脱离，促进了细粉尘的分离。

下表1和表2分别为传统惯性淘析器和本实施例的性能实验结果。

表1.传统淘析器分级性能实验结果

表2.本实施例淘析器分级性能实验结果

上述实验数据表明，本实施例淘析器综合分级效率达97.8％，比传统淘析器高约28％。工况1、2的数据表明，这主要是因为对大颗粒的分离效率较低造成的，但工况3对大颗粒的分离效率较高，对细粉尘的分离效率也能满足工业生产的要求。工况亦即不同的操作条件。

实施例2。一种聚乙烯粒料惯性淘析器。其格栅的倾角为30°，间距为100mm。加速筒的长度为600mm，其管径与加料筒相同，对流分离筒的长度为500mm。其余同实施例1。

实施例3。一种聚乙烯粒料惯性淘析器。其格栅的倾角为60°，间距为30mm。加速筒的长度为1200mm，其管径与加料筒相同，对流分离筒的长度为200mm。其余同实施例1。

实施例2和3可清除粒料中的细粉尘、大大减少粒料随气流的溢出，综合分级效率高。可广泛应用于各种塑料粒料以及其它粒料的生产分级、洁净中。

实施例4。一种塑料粒料惯性淘析器的淘析工艺。其上部进气口N5的风速为15m/s，下部进气口N3的风速为13m/s，进料口N1的进料速度小于800g/s。加速内筒和对流分离筒环隙中的风速小于15m/s。环隙气速低于15m/s时，可延长物料的分离时间，效果很好。操作工艺主要就包括上下两个进气口的进气量和加料速度。

实施例5。一种塑料粒料惯性淘析器的淘析工艺。其上部进气口N5的风速为10m/s，下部进气口N3的风速为15m/s，进料口N1的进料速度小于800g/s。加速内筒和对流分离筒环隙中的风速小于15m/s。环隙气速低于15m/s时，可延长物料的分离时间，效果很好。操作工艺主要就包括上下两个进气口的进气量和加料速度。

实施例6。一种塑料粒料惯性淘析器的淘析工艺。其上部进气口N5的风速为20m/s，下部进气口N3的风速为10m/s，进料口N1的进料速度小于800g/s。加速内筒和对流分离筒环隙中的风速小于15m/s。环隙气速低于15m/s时，可延长物料的分离时间，效果很好。操作工艺主要就包括上下两个进气口的进气量和加料速度。

实施例4～6的工艺条件使处理的物料有明显的光泽感，最大优点体现在对贴附粉尘的处理上，洁净无粉尘。可广泛应用于各种塑料粒料以及其它粒料的生产分级、洁净中。