Trommelskärm

En trommelskärm , även känd som en roterande sikt, är en mekanisk siktmaskin som används för att separera material, främst inom mineral- och fastavfallsbearbetningsindustrin . Den består av en perforerad cylindrisk trumma som normalt är upphöjd i en vinkel vid matningsänden. Fysisk storleksseparation uppnås när matningsmaterialet spiralerar ner i den roterande trumman, där det underdimensionerade materialet som är mindre än silöppningarna passerar genom skärmen, medan det överdimensionerade materialet kommer ut i den andra änden av trumman.

Figur 1 Trommelskärm

Sammanfattning

Trommelskärmar kan användas i en mängd olika applikationer såsom klassificering av fast avfall och återvinning av värdefulla mineraler från råvaror. Trommels finns i många utföranden såsom koncentriska skärmar, serier eller parallella arrangemang och varje komponent har några konfigurationer. Men beroende på vilken applikation som krävs har trumlar flera fördelar och begränsningar jämfört med andra siktprocesser såsom vibrerande siktar , grizzlysilar , rullsilar, böjda silar och gyratoriska silseparatorer .

Några av de huvudsakliga styrekvationerna för en trommelsikt inkluderar siktningshastigheten, siktningseffektiviteten och uppehållstiden för partiklar i sikten. Dessa ekvationer skulle kunna tillämpas i den grova beräkningen som görs i de inledande faserna av en designprocess. Design är dock till stor del baserad på heuristik . Därför används designregler ofta i stället för de styrande ekvationerna vid utformningen av en trommelskärm. När man designar en trommelsikt är de viktigaste faktorerna som påverkar siktningseffektiviteten och produktionshastigheten trummans rotationshastighet , massflödeshastigheten för matarpartiklar, trummans storlek och trumsilens lutning. Beroende på önskad användning av trommelsil måste en balans göras mellan siktningseffektiviteten och produktionshastigheten.

Användningsområde

Kommunalt och industriavfall

Trommelsilar används av den kommunala avfallsindustrin i sållningsprocessen för att klassificera storlekar av fast avfall. Utöver det kan den också användas för att förbättra återvinningen av bränsleframställt fast avfall. Detta görs genom att ta bort oorganiska material som fukt och aska från den luftklassade lätta fraktionen som separerats från rivet fast avfall och därigenom höjer kvaliteten på produktbränslet. Dessutom används trommelsilar för rening av avloppsvatten. För denna speciella tillämpning kommer fasta ämnen från det ingående flödet att sedimentera på silnätet och trumman kommer att rotera när vätskan når en viss nivå. Det rena området av skärmen sänks ned i vätskan medan de fasta partiklarna faller på en transportör som kommer att bearbetas ytterligare innan de avlägsnas.

Mineralbearbetning

Trommelsilar används också för att sortera råvaror för att återvinna värdefulla mineraler. Skärmen kommer att separera små material som inte är i lämplig storlek för att användas i krossningssteget. Det hjälper också till att bli av med dammpartiklar som annars försämrar prestandan hos de efterföljande maskinerierna i nedströmsprocesserna.

Andra applikationer

Andra tillämpningar av trommelsilar kan ses i sållningsprocessen av kompost som en förbättringsteknik. Den väljer ut komposter av fraktioner av varierande storlek för att bli av med föroreningar och ofullständiga komposterade rester och bildar slutprodukter med en mängd olika användningsområden. Utöver detta använder livsmedelsindustrin trommelsilar för att sortera torrfoder av olika storlekar och former. Klassificeringsprocessen hjälper till att uppnå önskad massa eller värmeöverföringshastighet och undviker under- eller överbearbetning. Den avskärmar också små livsmedel som ärtor och nötter som är tillräckligt starka för att motstå trummans rotationskraft.

Mönster tillgängliga

En av de tillgängliga utformningarna av trommelsilar är koncentriska silar med den grövre silen placerad i den innersta delen. Den kan också utformas parallellt där objekt lämnar en ström och går in i följande. En trumman i serie är en enda trumma där varje sektion har olika öppningsstorlekar arrangerade från den finaste till den grövre

Trommelskärmen har många olika konfigurationer. För trumkomponenten monteras en invändig skruv när placeringen av trumman är platt eller upphöjd i en vinkel mindre än 5°. Den inre skruven underlättar förflyttning av föremål genom trumman genom att tvinga dem att spiralforma.

För en lutande trumma lyfts föremål och tappas sedan med hjälp av lyftstänger för att flytta den längre ner i trumman som föremålen annars kommer att rulla ner långsammare. Dessutom skakar lyftstängerna föremålen för att separera dem. Lyftstänger kommer inte att övervägas i närvaro av tunga föremål eftersom de kan gå sönder skärmen.

När det gäller skärmarna används vanligtvis perforerade plåtskärmar eller nätsilar. Perforerad plåtskärm rullas och svetsas för styrka. Denna design innehåller färre åsar vilket gör det lättare för rengöringsprocessen. Å andra sidan är nätskärm utbytbara då den är känslig för slitage jämfört med perforerad skärm. Dessutom är skruvrengöringsarbetet för denna design mer intensivt eftersom föremål tenderar att fastna i maskorna.

Skärmens bländare kommer i antingen kvadratisk eller rund form som bestäms av många driftsfaktorer som:

Den erforderliga dimensionen för den underdimensionerade produkten.
Bländarområdet. Rund bländare bidrar till en mindre yta än en kvadratisk.
Omfattningen av produktens omrörning.
Rengöring av trumma.

Fördelar och begränsningar jämfört med konkurrensprocesser

Vibrerande skärm

Trommelsilar är billigare att tillverka än vibrerande silar. De är vibrationsfria vilket orsakar mindre ljud än vibrerande skärmar. Trommelsilar är mer mekaniskt robusta än vibrerande silar, vilket gör att de håller längre under mekanisk påfrestning.

Däremot kan mer material siktas på en gång för en vibrerande sikt jämfört med en trumsil. Detta beror på att endast en del av siktytan på trommelsilen utnyttjas under siktningsprocessen medan hela sikten används för en vibrerande sikt. Trommelskärmar är också mer känsliga för igensättning och bländning, speciellt när skärmöppningar av olika storlek är i serie. Pluggning är när material som är större än öppningen kan fastna eller kilas in i öppningarna och sedan kan tvingas igenom vilket är oönskat. Blindning är när vått material klumpar sig och fastnar på skärmens yta. Vibrationerna i de vibrerande skärmarna minskar risken för igensättning och bländning.

Grizzly skärm

En grizzlyskärm är ett rutnät eller en uppsättning parallella metallstänger i en lutande stationär ram. Lutningen och materialets bana är vanligtvis parallella med stängernas längd. Stångens längd kan vara upp till 3 m och avståndet mellan stängerna varierar från 50 till 200 mm. Grizzly-skärmar används vanligtvis vid gruvdrift för att begränsa storleken på material som passerar in i ett transport- eller storleksminskningssteg.

Konstruktion

Stängernas konstruktionsmaterial är vanligtvis manganstål för att minska slitaget. Vanligtvis är stången formad på ett sådant sätt att dess topp är bredare än botten, och därför kan bommarna göras ganska djupa för styrka utan att kvävas av klumpar som passerar halvvägs genom dem.

Arbetssätt

Ett grovfoder (säg från en primärkross) matas i den övre änden av grizzlyn. Stora bitar rullar och glider till den nedre änden (svansutsläpp), medan små klumpar med storlekar mindre än öppningarna i stängerna faller genom gallret till en separat uppsamlare.

Rullskärm

Rullsilar är att föredra framför trumsilar när matningshastigheten är hög. De orsakar också mindre oljud än trommelskärmar och kräver mindre huvudutrymme. Viskösa och klibbiga material är lättare att separera med hjälp av en rullsikt än med en trumsil.

Böjd skärm

Böjda siktar kan separera finare partiklar (200-3000 μm) än trommelsilar. Däremot kan bindning uppstå om partikelstorleken är mindre än 200 μm vilket kommer att påverka separationseffektiviteten. Silningshastigheten för en krökt sikt är också mycket högre än trumsilen eftersom hela ytan på skärmen utnyttjas. Vidare, för böjda skärmar, flyter matningen parallellt med öppningarna. Detta gör att allt löst material kan brytas upp från den taggiga ytan på de större materialen, vilket resulterar i att mer underdimensionerade partiklar passerar igenom.

Gyratoriska skärmavskiljare

Finare partikelstorlekar (>40 μm) kan separeras med den gyratoriska separatorn än med en trommelsikt. Storleken på den roterande siktavskiljaren kan justeras genom löstagbara brickor, medan trumsilen vanligtvis är fixerad. Gyratoriska separatorer kan också separera torra och våta material som trommelskärmar. Det är dock vanligt att gyratoriska separatorer endast separerar antingen torra eller våta material. Detta beror på att det finns olika parametrar för att vridskärmen ska ha den bästa separationseffektiviteten. Därför skulle det krävas två separatorer för att separera torrt och vått material, medan en trumsil skulle kunna göra samma jobb.

Huvudprocessegenskaper

Screeningshastighet

En av de viktigaste processegenskaperna av intresse är trommelens sållningshastighet. Sållningshastigheten är relaterad till sannolikheten för att de underdimensionerade partiklarna passerar genom silöppningarna vid stöten. Baserat på antagandet att partikeln faller vinkelrätt på skärmytan, ges sannolikheten för passage, P, helt enkelt som

P=(1-{\dfrac {d}{a}})^{2}Q\,

()

där $d$ avser partikelstorleken, $a$ avser storleken på bländaren (diameter eller längd) och $Q$ avser förhållandet mellan bländararean och den totala skärmarean. Ekvation ( 1 ) gäller för både kvadratiska och cirkulära öppningar. Men för rektangulära öppningar blir ekvationen:

P=(1-{\dfrac {d}{a}})(1-{\dfrac {d}{A}})Q\ ,

()

där $a$ och $A$ hänvisar till bländaröppningens rektangulära dimension. Efter att ha bestämt sannolikheten för passage av ett givet storleksintervall av partiklar genom skärmen, kan andelen partiklar som finns kvar i skärmen, $V$ , hittas med:

V(n)=(1-P)^{n}\,

()

där $n$ är antalet träffar av partiklarna på skärmen. Efter att ha gjort antagandet att antalet träffar per tidsenhet, $\sigma _{t}$ , är konstant, blir ekvation ( 3 ):

V(t)=(1-P)^{\sigma _{t}^{t}}\,

()

Ett alternativt sätt att uttrycka andelen partiklar som finns kvar i skärmen är i termer av partikelvikten, som ges enligt följande:

V(t)={\dfrac {W(t)}{W(0)}}\,

()

där $W(t)$ är vikten av ett givet storleksintervall av partiklar som finns kvar på skärmen vid en given tidpunkt $t$ och $W(0)$ är fodrets initialvikt. Därför, från ekvationerna ( 4 ) och ( 5 ), kan screeninghastigheten uttryckas som:

{\dfrac {dW(t)}{dt}}=\sigma _{t}ln(1-P) W(t)\,

()

Separationseffektivitet

Screeningseffektiviteten kan beräknas med masvikt på följande sätt E=c(fu)(1-u)(cf)/f(cu)^2(1-f)

Bortsett från siktningshastigheten är en annan egenskap av intresse trommelsilens separationseffektivitet. Om man antar att storleksfördelningsfunktionen för de underdimensionerade partiklarna som ska avlägsnas, ${\displaystyle f(x)},$ är känd, är den kumulativa sannolikheten för alla partiklar som sträcker sig från $x_{0}$ till $x_{m}$ som separeras efter $n$ -påverkan är helt enkelt:

P(x_{0},x_{m})=\int _{x_ {0}}^{x_{m}}f(x)\cdot (1-(1-p)^{n})\,dx

()

Vidare kan det totala antalet fraktioner av partiklar inom detta storleksintervall i fodret uttryckas enligt följande:

F({x_{0}},{x_{m}})=\int \limits _{x_{0}}^ {x_{m}}f(x)\dx

()

Därför kan separationseffektiviteten, som definieras som förhållandet mellan fraktionen av partiklar som avlägsnas och den totala fraktionen av partiklar i inmatningen, bestämmas enligt följande:

E(x_{0},x_{m})={\frac {P(x_{0},x_ {m})}{F(x_{0},x_{m})}}

()

Det finns ett antal faktorer som påverkar trummans separationseffektivitet, som inkluderar:

Rotationshastigheten för trommelskärmen
Inmatningshastighet
Uppehållstid i den roterande trumman
Lutningsvinkel för trumman
Antal och storlek på skärmöppningar
Fodrets egenskaper

Uppehållstid på skärmen

Två förenklade antaganden görs i ekvationen som presenteras i detta avsnitt för uppehållstiden för material i en roterande skärm. För det första antas det att det inte finns någon glidning av partiklar på skärmen. Dessutom är partiklarna som lossnar från skärmen under fritt fall. När trumman roterar hålls partiklar i kontakt med den roterande väggen genom centrifugalkraft. När partiklarna når nära toppen av trumman, övervinner gravitationskraften som verkar i radiell riktning centrifugalkraften, vilket gör att partiklarna faller från trumman i en grå starrrörelse. Kraftkomponenterna som verkar på partikeln vid utgångspunkten illustreras i figur 6.

Avgångsvinkeln, α kan bestämmas genom en kraftbalans, som ges som:

\alpha ={\cos ^{-1}}({\frac {r{\cdot }\omega _{t}^{ 2}}{g{\cdot }\cos \beta }})

()

där $r$ är trumradien, $\omega _{t}$ är rotationshastigheten i radianer per sekund, $g$ är gravitationsaccelerationen och $\beta$ är trummans lutningsvinkel. Följaktligen kan uppehållstiden för partiklar i den roterande skärmen bestämmas från ekvationen nedan:

_ \frac {L\cdot (360-4\alpha +229.2\cdot \cos \alpha \cdot \sin \alpha )}{48\cdot {n}\cdot {r}\cdot \tan \beta \cdot \cos \alpha \cdot (\sin \alpha )^{2}}}}

()

där $L$ avser skärmens längd, $n$ avser skärmens rotation i termer av varv per minut och $\alpha$ avser avgångsvinkeln i grader.

Design och heuristik

Trommelskärmar används ofta i industrier för dess effektivitet i materialstorleksseparering. Trommelsilsystemet styrs av trummans rotationshastighet, matarpartiklars massflöde, trummans storlek och trumsilens lutning.

Partikelrotationshastighetsbeteende

Figur 7: Samband mellan partiklarnas hastigheter och siktbeteende

Med tanke på att maskstorlekarna för den roterande trumman är större än partikelstorlekarna som visas i figur 7, kan partikelrörelsehastigheten $V$ delas upp i två hastighetskomponenter som består av den vertikala komponenten $V_{y }$ och horisontell komponent $V_{x}$ . Betecknar $\theta$ för att vara vinkeln mellan partikelrörelsen och den vertikala komponenten, de vertikala och horisontella hastigheterna kan nu skrivas som:

V_{y}=V\cos \theta

()

V_{x}=V\sin \theta

()

När $V_{y}>V_{x}$ flyr partiklarna genom nätet i den roterande trumman. Men om $V_{y}<V_{x}$ hålls partiklarna kvar i den roterande trumman. Större granuler kommer att hållas kvar inuti trummanskärmen tills önskad öppning uppnås och följer samma partikelbeteende.

Partikelrörelsemekanismer

Med varierande rotationshastigheter varierar effekten av siktningseffektivitet och produktionshastighet beroende på olika typer av rörelsemekanismer. Dessa mekanismer inkluderar slumpning, grå starr och centrifugering.

Sjunkande

Figur 8: Sjunkande rörelse i en roterande trumma

Detta inträffar när trummans rotationshastighet är låg. Partiklarna lyfts något från trummans botten innan de ramlar ner den fria ytan som visas i figur 8. Eftersom endast mindre filtergranuler nära väggen på trummans kropp kan silas, resulterar detta i en lägre siktningseffektivitet .

Grå stär

Figur 9: Kataraktrörelse i roterande trumma

När rotationshastigheten ökar, övergår sjunkande rörelse till grå starr där partiklar lossnar nära toppen av den roterande trumman som visas i figur 9. Större granuler segregerar nära den inre ytan på grund av paranötseffekten medan mindre granuler stannar nära silytan, vilket tillåter mindre filtergranulat att passera genom. Denna rörelse genererar turbulent flöde av partiklar, vilket resulterar i en högre siktningseffektivitet jämfört med sjunkande.

Centrifugering

Figur 10: Centrifugerande rörelse i roterande trumma

När rotationshastigheten ökar ytterligare, kommer kataraktrörelse att övergå till centrifugeringsrörelse, vilket kommer att resultera i en lägre sållningseffektivitet. Detta beror på att partiklar fäster på den roterande trummans vägg orsakade av centrifugalkrafter som visas i figur 10.

Matningsflöde

Enligt Ottino och Khakhar resulterade en ökning av matningsflödet av partiklar i en minskning av siktningseffektiviteten. Inte mycket är känt om varför detta inträffar, men det föreslås att denna effekt påverkas av tjockleken på filtergranulat packade i trommelkroppen.

Vid högre matningsflödeshastigheter kan mindre partiklar vid det nedre skiktet av den packade bädden silas vid avsedda öppningar och återstående partiklar av liten storlek vidhäftar till större partiklar. Å andra sidan är det lättare för mindre partiklar att passera genom granulernas tjocklek i trommelsystemet vid lägre matningshastigheter.

Storlek på trumman

Genom att öka arean av material som exponeras för silning kan fler partiklar filtreras bort. Därför kommer egenskaper som ökar ytan att resultera i en mycket högre siktningseffektivitet och produktionshastighet. Den större ytan kan ökas med

Öka trummans längd och diameter
Ökar storleken på bländaren och antalet bländare
Minska antalet mellanrum/area mellan öppningarna
Använda lyftstänger för att öka spridningen av partiklar

Lutningsvinkel på trumman

Vid utformning av trommelsilen bör man ta hänsyn till att högre lutningsvinkel skulle resultera i en högre produktionshastighet av partiklar. En högre lutningsvinkel skulle resultera i en högre produktionshastighet på grund av en ökning av partikelhastigheten, ${\displaystyle V} ,$ som illustreras i figur 7. Detta är dock till en kostnad av en lägre sållningseffektivitet. Å andra sidan kommer en minskning av lutningsvinkeln att resultera i en mycket längre uppehållstid för partiklar i trommelsystemet, vilket ökar siktningseffektiviteten.

Eftersom siktningseffektiviteten är direkt proportionell mot trummans längd, skulle ett kortare trumsilverk behövas vid en mindre lutningsvinkel för att uppnå en önskad sikteffektivitet. Det föreslås att lutningsvinkeln inte bör vara under 2° eftersom effektiviteten och produktionshastigheten är okända bortom denna punkt. Ett fenomen existerar under 2° så att för en given uppsättning driftsförhållanden kommer en minskning av lutningsvinkeln att öka bädddjupet vilket resulterar i en lägre skärmningseffektivitet. Men det kommer också samtidigt att öka uppehållstiden, vilket resulterar i en ökning av sållningseffektiviteten. Det är osäkert vilken effekt som kommer att vara mer dominerande vid lutningsvinklar mindre än 2°.

Exempel på efterbehandling

Inom avloppsreningsindustrin kommer de fasta ämnen som kommer ut ur trumman att komprimeras och avvattnas när de färdas längs med transportören. Oftast kommer en eftertvättbehandling som en jetwash att användas efter trumsilen för att bryta ner fekalier och oönskade halvfasta ämnen. Volymen av det fasta ämnet kommer att minska med upp till 40 % beroende på egenskaperna före borttagning.

Anteckningar

Alter, Harvey; Gavis, Jerome; Renard, Marc L. (1981). "Designa modeller av trumlar för bearbetning av resursåtervinning". Resurser och bevarande . 6 (3–4): 223–240. doi : 10.1016/0166-3097(81)90051-1 .
Brentwood Recycling Systems (2013). "Trommels 101: Understanding Trommel Screen Design" Hämtad 5 oktober 2013
Chen, Yi-Shun; Hsiau, Shu-San; Lee, Hsuan-Yi; Chyou, Yau-Pin; Hsu, Chia-Jen (2010). "Storleksseparation av partiklar i ett trommelsilsystem". Kemiteknik och bearbetning: Processintensifiering . 49 (11): 1214–1221. doi : 10.1016/j.cep.2010.09.003 .
Fellows, PJ (2009). "Food Processing Technology - Principles and Practice (3rd Edition)". Woodhead Publishing .
Glaub, JC, Jones, DB & Savage, GM (1982). "Utformningen och användningen av Trommel-skärmar för bearbetning av kommunalt fast avfall", Cal Recovery Systems, Inc.
Gupta, A. Yan, D. (2006) "Mineral Processing Design and Operation - An Introduction". Elsevier .
Halder, SK (2012) "Mineral Exploration: Principles and Applications". Elsevier .
Hester, RE & Harrison, RM (2002). "Miljö- och hälsoeffekter av hanteringsaktiviteter för fast avfall". Royal Society of Chemistry .
Johnsons Screens (2011). "Inclined Rotary Screens" Hämtad 7 oktober 2013
Lau, ST; Cheung, WH; Kwong, CK; Wan, CP; Choy, KKH; Leung, CC; Porter, JF; Hui, CW; Mc Kay, G. (2005). "Borttagning av batterier från fast avfall med hjälp av trommelseparering". Avfallshantering . 25 (10): 1004–1012. doi : 10.1016/j.wasman.2005.04.009 . PMID 15979869 .
Neikov, OD Stanislav, I. Mourachova, IB Gopienko, VG Frishberg, IV Lotskot, DV (2009) "Handbook of Non-Ferrous Metal Powders: Technologies and Applications". Elsevier .
Ottino, JM; Khakhar, DV (2000). "Blandning och segregering av granulära material". Årlig översyn av vätskemekanik . 32 : 55–91. Bibcode : 2000AnRFM..32...55O . doi : 10.1146/annurev.fluid.32.1.55 .
Pichtel, J. (2005). "Waste Management Practices: Municipal, Hazardous and Industrial", CRC Press , Boca Raton.
Richardson, JF Harker, JH Backhurst, JR (2002). "Coulson och Richardsons kemiteknik volym 2 - Partikelteknologi och separationsprocesser (5:e upplagan)". Elsevier .
Shaviv, G. (2004). "Numeriska experiment i screeningteori" . Astronomi & Astrofysik . 418 (3): 801–811. Bibcode : 2004A&A...418..801S . doi : 10.1051/0004-6361:20034516 .
Stesscl, Richard Ian; Cole, Keith (1996). "Laboratorieundersökning av en ny Trommelmodell" . Journal of the Air & Waste Management Association . 46 (6): 558–568. doi : 10.1080/10473289.1996.10467491 . PMID 28065125 .
Stessel, Richard Ian; Kranc, SC (1992). "Partikelrörelse i roterande skärm". Journal of Engineering Mechanics . 118 (3): 604–619. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9399(1992)118:3(604) .
Sutherland, KS (2011) "Handbok för filter och filtrering". Elsevier .
Tarleton, S. Wakeman, R. (2006) "Solid/Liquid Separation: Equipment Selection and Process Design: Equipment". Elsevier .
Warren, John L. (1978). "Användningen av en roterande sikt som ett sätt att sortera råavfall för pulverisering och komprimering". Resursåtervinning och bevarande . 3 : 97-111. doi : 10.1016/0304-3967(78)90032-X .
West, G. Fookes, PG Lay, J. Sims, I. Smith, MR Collis, L. (2001). "Aggregat: Sand, grus och krossat stenaggregat för konstruktionsändamål (3:e upplagan)". Geological Society of London .
Wills, BA Napier-Munn, T. (2011) "Wills' Mineral Processing Technology: An Introduction to the Practical". Elsevier .