1- شرح كلي

در یک واحد آسیاب برای جداسازی ذرات جامد از گاز و یا جدا کردن ذرات ریز و درشت از یکدیگر از انواع سپراتورها با مکانیزمهای متفاوت استفاده می شود. گاز خروجی از آسیاب همواره حامل ذرات ریز و درشت بوده که دانه بندی ذرات موجود در گاز به نوع سیستم سایش ( نوع آسیاب ) و یا سرعت گاز داخل آسیاب بستگی دارد . برای جدا کردن ذرات جامد از جریان گاز با توجه به دانه بندی ذرات از انواع سپراتورهای استاتیک وديناميك استفاده می شود که در نوع استاتيك ورودی به سیستم ، گاز حامل ذرات جامد و خروجی از آن ذرات جدا شده ( از پایین ) و گاز همراه با ذرات ( از بالا ) میباشد ، اما در سپراتورهای دینامیک ورودی به سیستم مواد به صورت مخلوط ذرات ریز و درشت ( در بعضی موارد ذرات ریز و درشت همراه با گاز به سپراتور وارد می شوند ) و خروجی از آن دو جریان مجزای مواد ریز ( نرمه ) و مواد درشت (زبره) می باشد .

در سپراتورهای استاتیک بدون استفاده از تجهیزات متحرک یا موتور گیربکس ذرات از گاز جدا می شوند . در صورتیکه در انواع  سپراتورهای دینامیک با کمک یک یا چند محرک فرآیند جداسازی ذرات ریز از ذرات درشت صورت می پذیرد در یک واحد آسیاب متشکل از آسیاب ( محفظه سایش مواد ) و تجهیزات کمکی چون سپراتورها ، انتقال دهنده ها ( و غیره ) ، تولید ساعتی(t/h) و یا انرژی مصرفی ویژه ( مقداری انرژی مصرفی به ازاء هر تن محصول بر حسب Kwh/ton ) تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارند که یکی از مهمترین عوامل عملکرد سپراتور می باشد .

سه عامل مؤثر بر عملكرد سپراتورها عبارتند از :

1- نوع سپراتور یا تکنولوژِی مربوط به آن

2- نحوه بهره برداری از سپراتورهای موجود و یا تنظیم شرایط

3- مشخصات خوراک ورودی به سپراتور از جمله دانه بندی و مقدار تناژ آن که به عملکرد آسیاب یا راندمان سایش آسیاب مربوط می شود .

سپراتورها در انواع مختلف با قابلیت های متفاوت توسط شرکتهای سازنده طراحی و ساخته شده اند بطوریکه هر کدام با توجه به مکانیزمشان راندمان جداسازی و قابلیت های متفاوتی دارند و درصد برگشت ذرات نرم به آسیاب متفاوت می باشد . به عنوان مثال اگر راندمان جداسازی ، نرمه در سپراتوری 60 درصد باشد بدین معناست که 60 درصد از کل نرمه ورودی به سپراتور جدا می شود و 40 درصد آن همراه برگشتی ( زبره ) به آسیاب بر می گردد اما با افزایش راندمان جداسازی از 60 به 80 درصد تنها 20 درصد از نرمه ورودی به سپراتور همراه برگشتی به آسیاب برگشت داده خواهد شد .

در یک سپراتور در حال کار نیز می توان با تنظیم هوای سیر کوله و تنظیم دانه بندی محصول  وخوراك راندمان جداسازی سپراتور را بهبود بخشيد .

مشخصات خوراک سپراتور از جمله دانه بندی و مقدار تناژ ورودی عملکرد آنرا تحت تاثیر قرار می دهند . چنانچه دانه بندی خوراک بیشتر از حد ریز و یا درشت باشد راندمان جداسازی آن افت  مي كند ، از طرفی مقدار تناژ مواد ورودی نیز بایستی در حد ظرفیت سپراتور باشد . چنانچه خوراک بیش از حد باشد نسبت هوای عبوری به جرم محصول یا خوراک (m³/kg) کاهش می یابد . از طرفي شدت هواي سيركوله كه تعيين كننده مقدار نيروي دراگ است نه تنها دانه بندي محصول بلكه راندمان جداسازي را تحت تاثير قرار مي دهد .

باتوجه به آنچه مطرح شد نتيجه مي گيريم  که علاوه بر نوع و طراحي سپراتوروتنظيم هواي عبوري از سپراتور و نسبت هوا به مواد ، نحوه عملکرد آسیاب كه تعيين كننده دانه بندي خوراك سپراتور است   نیز بر راندمان جداسازي تاثیر دارند، يعني عملکرد آسیاب و سپراتور تا حدی به یکدیگر وابسته می باشند.

در واحدهائیکه از سپراتور دینامیک استفاده نمی شود و یا مواد سائیده شده در آسیاب به عنوان محصول نهایی از سیستم خارج می شوند تحت عنوان سیستم های مدار باز و واحدها مجهز به سپراتور دینامیک که در آنها مواد ساییده شده خروجی آسیاب به سپراتور منتقل می شوند و محصول سپراتور ( نرمه ) به عنوان محصول نهائی از سیستم خارج میشوند تحت عنوان سیستم های مدار بسته مطرح می گردند .

با مقایسه سیستم های مدار بسته با مدار باز ، اهمیت استفاده از سپراتورها ( خصوصاً سپراتورهای کارآمد ) در آسیاب ها مشخص می گردد . برای پی بردن به اهمیت استفاده از سپراتورهای دینامیک در واحدهای سایش مزایای سیستم مدار بسته در مقایسه با مدار باز مطرح می شود .

- انرژی مصرفی ویژه (Kwh/t) کمتر می باشد ( خصوصاً برای تولید محصولی با نرمی بالا )

- امکان تولید محصول با دانه بندی متفاوت وجود دارد .

- در مقابل تغییرات سختی و قابلیت سایش (Grindability) مواد ورودی کمتر تحت تاثیر قرار می گیرند .

- امکان خنک کردن و یا خشک کردن در سپراتور وجود دارد.

- سرعت گاز عبوری از آسیاب بالاتر بوده و درصد بیشتری از ذرات را میتوان توسط گاز خارج نمود ، و پدیده هایی چون تشکیل کوتینگ و ذرات اگلومره که منجر به افت راندمان سایش در آسیاب می شوند کمتر رخ می دهد.

- توزیع دانه بندی محصول در محدوده کمتری می باشد به عبارتی دیگر درصد بیشتری از ذرات محصول دارای اندازه متوسط می باشند و در سطح ویژه ثابت مقدار درصد باقی مانده روی الک در محصول آسیابهای مدار بسته کمتر می باشد .

انواع سپراتورها که توسط شرکت های سازنده مختلفی طراحی شده اند در سه گروه سپراتورهای توربویا معمولی ، سیکلونی و کارآمد ( با راندمان بالا ) مورد بحث و بررسی قرار میگیرند . پس از آشنایی با مکانیزم هر یک نحوه بررسی عملکرد آنها با معرفی پارامترهای ارزیابی چون راندمان جداسازی ، نسبت بار در گردش ، منحنی توزیع ترامپ و غیره تحلیل میگردند . با استفاده از روابط موازنه جرم ، حول سپراتور فرمولهائی جهت محاسبه هر یک از پارامترهای ارزیابی بدست می آید . این روابط عمدتاً به توزیع دانه بندی ذرات در خوراک ، محصول و برگشتی سپراتور بستگی دارند.

. در یک سپراتور شرایطی فراهم می شود تا ذرات علاوه بر نیروی ثقل ( که همواره بر ذره وارد می شود) تحت تاثیر نیروهای دیگری از جمله نیروی دراگ : حاصل از جریان گاز  و نیروی گریز از مرکز ( حاصل از چرخش گاز یا دوران صفحه پخش کننده ) قرار می گیرند.

نظر به اینکه نیروی ثقل ( رو به پائین ) و نیروی گریز از مرکز (FC) ( در راستای شعاع ) با توان سوم قطر ذره و نیروی دراگ ( در جهت حرکت سیال ) با توان دوم قطر ذره متناسب می باشند در نتیجه ذرات با قطر بیشتر ضمن حرکت به سمت جداره سپراتور به پایین نیز سقوط می کنند و ذرات نرم تحت تاثیر جریان گاز همراه با گاز محفظه جداسازی را ترک می کنند .

سپراتورهای دینامیک بیشترین کاربرد را در واحدهای آسیاب مدار بسته دارند. انواع مختلف با مکانیزم های متفاوتی ذرات ریز و درشت را به صورت دو جریان نرمه و زبره از یکدیگر جدا می کنند . اندازه ذره ای که مرز بین ذرات نرم و زبر میباشد تحت عنوان حد جدایش (Xc) مطرح می شود . ذرات درشت تر از Xc را ذرات زبر و جریان حاصل از ذرات زیر را زبره یا برگشتی می نامند و ذرات ریزتر از حد جدایش را ذرات نرم و جریان حاصل از ذرات نرم را نرمه یا محصول می نامند اما در عمل درصدی از ذرات ریزتر از Xc در جریان زبره و یا درصدی از ذرات درشت تر از Xc در جریان نرمه وارد می شوند . به همین دلیل راندمان جداسازی سپراتورها عملاً کمتر از صددرصد می باشد .

در یک سپراتور ایده آل که راندمان جداسازی صد درصد است کلیه ذرات ریزتر از حد جدایش در نرمه ( محصول ) و کلیه ذرات درشت تر ازXc در زبره جدا می شوند ( نمودار شکل10-2 )

حد جدایش (Cut point) بنا به تعریف اندازه ای است که ذرات با آن اندازه بطور مساوی در جریان زبره و نرمه وارد می شوند به عبارتی 50 درصد ذرات با اندازه Xc در بخش نرمه و 50 درصد آن در بخش زبره جدا می شوند و همواره ذرات با اندازه X>Xc به مقدار بیشتر در زبره و ذرات با اندازه X

در نمودار شکل (10-2) جداسازی ذرات با اندازه های مختلف x در یک سپراتور ایده آل و واقعی مقایسه شده است که در محور افقی اندازه ذره به میکرون و در محور عمودی درصد حضور ذرات در بخش نرمه و یا زبره نشان داده شده است .