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Verfahren und Vorrichtung mit zumindest zwei Trennstufen zum Scheiden körnigen Gutes in zwei oder mehr Endfraktionen in einem aufsteigenden Fliissigkeitsstrom mit
Hilfe der Schwerkraft
Die Erfindung bezieht sich auf ein in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten durchgeführtes Verfahren und auf eine Vorrich- tung zum Scheiden körnigen Gutes in zwei oder mehrere Endfraktionen, bei welchem Verfahren körniges, in einer Rohsuspension enthaltenes Gut in einen aufsteigenden Flüssigkeitsstrom eingetragen und in diesem nach der Gleichfälligkeit der einzelnen Körner, auf welche die Schwerkraft einwirkt, in Fraktionen geschieden wird, von denen wenigstens zwei als Endfraktion abgezogen, die andern jedoch in den Scheideprozess rückgeführt werden.
Solche Trennverfahren sind in verschiedenen Abwandlungen bekannt geworden. Gemeinsam ist allen dieses Verfahren die Realisierung der einzelnen Trennvorgänge in gesonderten Trennstufen, wobei zum Transport von Fraktionen auch mechanische Fördereinrichtungen, z. B. Dickstoffpumpen, herangezogen werden müssen. Solche mechanische Einrichtungen mit umlaufenden Teilen erfordern einen zusätzlichen Kraftbedarf und sind einem erheblichen Verschleiss unterworfen. Abgesehen davon zwingt ihre Verwendung aber auch, für eine hinreichende Liquidität der zu fördernden Fraktionen vorzusorgen.
Da der Anfall des zu trennenden Gutes, wenn nicht besondere, einen zusätzlichen Aufwand bedingende Massnahmen getroffen werden, in praxi niemals gleichmässig ist, muss sich die Menge von in den Prozess eingeführter Zusatzflüssigkeit nach der grössten pro Zeiteinheit voraussichtlich in den Scheideprozess eintretenden Rohgutmenge richten, wenn eine Verstopfung der Transportwege vermieden werden soll. Dies ist auch in Fällen, wo Zusatzflüssigkeit (Frischwasser) in ausreichender Menge billig zur Verfügung steht, von Nachteil, denn die von der Trennanlage abgegebenen Endfraktionen ent- halten dann viel und müssen daher oft wieder eingedickt werden. In der Praxis ist die möglichst sparsame Verwendung von Frischwasser meistens ein zwingendes Gebot.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem ohne bewegte Anlageteile arbeitenden Trennverfahren, bei dem mit wenig Zusatzflüssigkeit eine hohe Trennschärfe erreichbar und in weiten Grenzen eine Abhängigkeit der sicheren Durchführbarkeit von der Kontinuität der Rohgutzufuhr unterdrückt ist.
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von zumindest einem dieser Abschnitte ein in einem tiefer gelegenen Abschnitt wieder einmündender Nebenkanal abzweigt und der Strömungkanal mit einem oder mehreren Auslässen für abgesunkene Endfraktionen ausgestattet ist.
Eine spezielle Ausführungsform einer solchen Vorrichtung besteht aus einem mit einem Einlauf versehenen, aus einer oberen und einer unteren an diesen anschliessenden, zumindest je einen eine Trennstufe bildenden Abschnitt enthaltenden Trennstufenkette zusammengesetzten Strömungskanal, einem Auslauf für eine abgesunkene Endfraktion und einem Zulauf für Zusatzflüssigkeit am Ende des letzten Abschnittes der unteren Trennstufenkette sowie zumindest einem, in Nähe der übergangsstelle zweier Abschnitte abgezweigten, mindestens zu dem wirkungsmässig vorangehenden dieser Abschnitte parallelgeschalteten und näher dem Zulauf der Zusatzflüssigkeit in den Strömungskanal wieder einmündenden Nebenkanal.
Der Zweck, dem die Anordnung dienen soll, bestimmt die Art des zu trennenden Rohgutes, die Kornscheide der Vorrichtung, dementsprechend die Korngrössen der absinkenden Kornfraktionen und in Verbindung mit der Mengenleistung den Bedarf an Zusatzflüssigkeit. Die zu transportierenden abgesetzten Fraktionen bedingen die Querschnitte der Nebenkanäle, die Korngrösse und-gestalt des abgesetzten Gutes, den erforderlichen Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen und der Zeichnung eingehender erläutert, in welcher Fig. 1 und 2 im Schnitt und schematisiert eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit sechs Trennstufen, Fig. 3 das zugehörige Schaltschema, Fig. 4 schematisiert und im Schnitt eine zweite zweistufige Ausführungsform, Fig. 5 das zugehörige Schaltschema und die Fig. 6,7 und 8 eine dritte Ausführungsform in schematischer Darstellung zeigen.
In den Fig. 1 und 2, von welchen die letztere einen längs der Linie/-7 an Fig. 1 anschliessenden letzten Abschnitt zeigt, ist eine sechsstufige, zur Scheidung körnigen Gutes R in zwei Endfraktionen FI bzw. F2 eingerichtete Schlämmeinrichtung dargestellt. Zwei mit entsprechenden Abrundungen zickzackförmig gebogene Wände 1 und 2 grenzen im Verein mit zwei Seitenwänden 3 einen aufsteigenden Strömungskanal von rechtek- kigem Querschnitt ab, der sechs Abschnitte, A, B, C, D, E, F, aufweist, die als Trennstufen wirksam werden. Innerhalb dieses Strömungskanales sind Trennwände 4 angeordnet, wodurch in Nähe der übergangsstelle je zweier Abschnitte, z. B.
E, F ; D, E, je ein über eine gewisse Länge der Abschnitte E bzw. D verlaufender, einerseits von einer der Trennwände, anderseits von den Wänden 3 und 1 bzw. 2 begrenzter Nebenkanal abgezweigt ist. Diese Nebenkanäle sind von aussen durch öffnungen 5 zugänglich, die mit Deckeln 6, welche mit Hilfe eines Bügels 7 gegen eine Dich- tungszwischenlage 8 angepresst sind, dicht ver- schlossen werden können. An der Wand 1 ist nahe der übergangsstelle der Abschnitte C, D ein sich gegen den Strömungskanal erweiternder Einlauf 9 vorgesehen, in welchem vor der Einlauföffnung ein Lochblech 10 untergebracht ist, das diese bis auf einen schmalen Schlitz an der unteren Kante bedeckt.
Der unterste Abschnitt, A, weist an seinem Ende einen Auslauf 11 auf, der sich gegen einen mit einem Flansch 13 versehenen Rohransatz 12 verjüngt, an dessen öffnung mit Hilfe eines Gegenflansches 14 eine auswechselbare Auslaufdüse 15 angesetzt ist. Es ist vorteilhaft, Düsen aus einem verschleissfesten Material, z. B. aus Gummi oder einem Kunststoff, zu verwenden.
Das Ende des Abschnittes A trägt ferner einen Zulauf für eine Zusatzflüssigkeit in Gestalt eines auf die Wand 2 aufgesetzten, dachförmigen Ansatzes 16 mit einem Zulauf rohr 17. Vor der Einmündung des Zulaufrohres 17 liegt ein zylindrisch gestaltetes Lochblech 18 ; zwei weitere Locheinsätze 19 bzw. 20 befinden sich im wesentlichen in der Ebene der Wand 2 vor der öffnung, welche den
Dachansatz 16 mit dem Strömungskanal verbindet.
Am oberen Ende des letzten Abschnittes, F, des Strömungskanales ist ein Krümmer 21 angesetzt, an dem ein sich trichterförmig verjüngender Auslauf 22 mit einem Rohransatz 23 mit Flansch 24 für eine überlaufende Endfraktion sitzt. An der höchsten Stelle des Strömungskanales ist ein mit einem Absperrorgan 26 verschliessbares Entlüftungsrohr 25 vorgesehen. Das zu dem Dachansatz 16 führende Zulaufrohr 17 ist mit seinem trichterförmig erweiterten oberen Ende 27 an den Unterteil einer Dosiereinrichtung angeschlossen, die aus einem Gefäss 28 mit Deckel 29 besteht, in welches ein mit einem eingeschalteten Absperrorgan 31 versehenes Zuführungsrohr 30 einmündet und von dem eine Abflussleitung 32 ausgeht.
Zwischen dem trichterförmig erweiterten Ende 27 des Rohres 17 und dem Unterteil des Gefässes 28 ist eine auswechselbare, vorzugsweise aus Gummi, Kunststoff od. dgl. bestehende Düse 38 angeordnet.
Von dem Einlauf 9 führt eine Rohrleitung 33 zu einem mit einem Ablaufrohr 36 versehenen Einlaufgefäss 34 mit eingebauter Düse 35 für die Rohsuspension. In vielen Fällen kann die Anordnung eines solchen Gefässes mit Ablaufrohr unterbleiben. Ist jedoch, wie bei der dargestellten Vorrichtung, ein derartiges Gefäss vorgesehen, so muss sowohl dieses als auch die Dosiereinrichtung oberhalb des höchsten Punktes des Strömungskanales liegen und kann vorzugsweise an demselben (nicht dargestellten) Gestell befestigt sein, das diesen unterstützt. Dies ist in Fig. 1 durch die beiden Stützen 37 angedeutet.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende :
Von der in das Einlaufgefäss 34 zufliessenden Rohsuspension tritt ein durch den Querschnitt der Düse 35 bemessener Anteil durch die Rohrleitung 33 in den Einlauf 9 ein und gelangt von dort in
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den Strömungskanal, in welchem, durch entsprechende, mit Hilfe der Düse 38 festgelegte Zufuhr von Zusatzflüssigkeit, eine aufsteigende Flüssig- keitsströmung eingestellt ist. Die in den Einlauf 9 eintretende Rohsuspension erfährt durch die Lochplatte 10 eine Auflockerung etwa zusammengeballter Festbestandteile, vor allem aber eine Vergleichmässigung der zugeführten Menge des Festgutes über den gesamten Eintrittsquerschnitt und gelangt mit geringer Eigengeschwindigkeit in den Strömungskanal, in welchem sie sich dem aufsteigenden Flüssigkeitsstrom zumischt.
Laminare Strömungsverhältnisse bleiben dabei im wesentlichen unbeeinträchtigt. Einzelne Körner, die zu gross sind, um die Löcher der geneigten Lochplatte 10 zu passieren, gleiten an dieser entlang und fallen durch den erwähnten Schlitz ebenfalls in den
Strömungskanal. Die einzelnen Stromabschnitte D, E, F, in welchen die Strömung wenigstens angenähert laminar verläuft, wirken als Scheideströme und realisieren gesonderte, zu einer Trennstufenkette zusammengeschlossene Trennstufen, in denen eine Scheidung des zugeführten Festgutes in Fraktionen erfolgt, indem Körner, deren Fallgeschwindigkeit die lotrechte Komponente der Strömungsgeschwindigkeit dem Betrage nach übertrifft, absinken und als absinkende Fraktionen auf die geneigten Teile der Wände 2, 1 und wieder 2 gelangen und dort nach unten gleiten.
Es versteht sich, dass die Neigung dieser Wandabschnitte gegen die Horizontale gross genug bemessen sein muss, um ein solches Abgleiten, gegebenenfalls unter dem Einfluss einer den Wänden aufgeprägten, das Gleiten fördernden Schwingbewegung, zu gestatten. Jene Körner, deren Fallgeschwindigkeit zu klein ist, werden von dem Flüssigkeitsstrom als aufsteigende Fraktionen mitgeführt, von denen die letzte, Fut, au dem Endauslauf 22 als eine Endfraktion austritt. Die in dem Abschnitt F abgesunkene und an der Wand 2 abgeglittene Einzelfraktion gelangt auf die Trennwand 4 des vorangehenden Abschnittes E.
Dem "Einlaufe" dieser Trennstufe wird nun die von der Trennwand abgleitende, abgesunkene Einzelfraktion zu- und damit in den Scheideprozess rückgeführt. Ganz ähnlich verläuft die Führung der Fraktionen in den übrigen als Trennstufen wirkenden Abschnitten des Strömungskanales. Durch eine geeignete Ausgestaltung bzw. Anordnung der die rückgeführten Fraktionen transportierenden Nebenkanäle und deren Einmündungen in die betreffenden Abschnitte des Stromkanales lässt sich an den Stellen der Einmündung eine annähernd gleichmässige Verteilung dieser Fraktionen über die Querschnitte der betreffenden Scheideströme herbeiführen.
Beispielsweise kann die Sohle des Nebenkanales, in dem eine abgesunkene Kornfraktion abgleitet, in Nähe der Stelle, an welcher der Nebenkanal in den Strömungskanal einmündet, durchbrochen oder die Sohlenkante, von der sich die Körner ablösen, ausgezackt ausgebildet sein. Die in dem untersten Abschnitt, A, absinkende Fraktion wird als zweite Endfraktion durch die Auslaufdüse 15 von passend bemessenem Querschnitt abgezogen.
Zur besseren Erläuterung ist in Fig. 3 das Schaltschema angegeben, nach welchem die bespro- chene Vorrichtung arbeitet.
In diesem'ist jede Trennstufe durch ein Dreieck symbolisiert, dessen Flächen durch eine Höhe in zwei Teile geteilt ist, von denen einer geschwärzt ist, um die Trennung des Korngutes in zwei Fraktionen anzudeuten. Die obere Spitze des Dreieckes versinnbildlicht den Einlauf, jede der beiden andern Ecken einen Fraktionsauslauf. Jede der Trennstufen liefert eine aufsteigende und eine absinkende Fraktion, von denen die abgesunkene der Stufe A und die überlaufende der Stufe F als Endfraktionen F2 bzw. Fl entnommen, die andern jedoch in den Scheideprozess wieder eingegliedert werden.
Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung in Gestalt einer zweistufigen Schlämmeinrichtung ist in Fig. 4 schematisch im Schnitt dargestellt. Zwei schräg liegende Wände 41 bzw. 42 bilden gemeinsam mit zwei Seitenwänden 43 einen aufsteigenden Strömungskanal, der von einem (nicht gezeichneten) Gestell in seiner Arbeitslage erhalten wird. Am oberen Ende des Strömungskanales ist ein Auslauf für eine überlaufende, am unteren Ende ein Auslauf für eine absinkende Endfraktion angesetzt. In Nähe des letzteren ist auf die Wand 42 eine dachförmige Kammer 45 aufgesetzt, in welche eine Zuführungsleitung für Zusatzflüssigkeit einmündet, die durch eine mit einem Sieb 46 od. dgl. abgedeckte Öffnung in vergleichmässigter Strömung in den Strömungskanal eintreten kann. Die Wand 42 trägt auch einen Einlauf für das zu trennende Rohgut.
Der Strömungskanal zerfällt wirkungsmässig in zwei Abschnitte, A, B. Im Abschnitt B ist ein Rohr 47 angeordnet, das eine fächerförmige Einmündung 48 aufweist und dessen Ausmündung 49 in die Nähe der Eintrittsöffnung für die Zusatzflüssigkeit verlegt ist. An der höchsten Stelle des Strömungskanales sitzt ein Entlüftungsrohr 44.
In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, der Wand, auf welche eine Einzelfraktion niedersinkt und/oder der Wand eines Strömungsweges, in dem eine solche Fraktion transportiert wird, eine das Abgleiten fördernde Schwingbewegung aufzuprägen. Solche Schwingungen lassen sich beispielsweise mit Hilfe eines kleinen Elektromotors 50 erzeugen, der auf die Wand 41 aufgesetzt ist und auf dessen Achse zwei Scheiben exzentrisch sitzen.
Das Schaltschema dieser Vorrichtung ist in Fig.
5 gezeigt. Durch den Einlauf in Form der Festbestandteile einer zugeführten Rohsuspension R eintretendes körniges Gut wird von dem im Strömungskanal aufsteigenden Strom erfasst und während des Transportes über den Abschnitt A in eine absinkende und eine aufsteigende Fraktion geschie-
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den. Die letztere wird als Endfraktion F1 abgezogen, wogegen die erstere an der Wand 41 abgleitet, im Rohr 47 gesammelt und durch dieses dem Einlauf"der Stufe B zugeführt wird. Die in dieser Trennstufe absinkende Fraktion gelangt auf die Wand 41 bzw. auf die Wand des Rohres 47, gleitet dort ab und verlässt durch den unteren Auslauf als zweite Endfraktion F2 die'Vorrichtung.
Mehrere Vorrichtungen nach Fig. 4 können bequem zu komplizierteren Trenneinrichtungen zusammengebaut werden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren und bei erfindungsgemässen Vorrichtungen können die einzelnen Trennstufen, in welche der Scheideprozess aufgegliedert ist, auch nach andern Schaltschemata, z. B. zu einer einfachen Trennstufenkette, zusammengeschaltet sein.
Wenn grosse Mengenleistungen gefordert werden, kann es von Vorteil sein, die Leistungsfähigkeit erfindungsgemässer Vorrichtungen nicht ausschliesslich durch eine Vergrösserung räumlicher Abmessungen zu steigern, da es Schwierigkeiten bietet, Flüssigkeitsströmen grossen Querschnittes, insbesondere wenn sie umgelenkt werden sollen, mit Sicherheit durchgehend einen gewünschten Strömungsverlauf aufzuzwingen. In solchen Fällen empfiehlt es sich, zwei oder mehr Vorrichtungen parallel zu schalten und zu betreiben, wobei in vorteilhafter Weise die einzelnen Strömungskanäle wenigstens zum Teil gemeinsame Begrenzungswände aufweisen können. In rein schematischer Darstellung zeigt Fig. 6 im Schnitt eine zwei parallelgeschaltete Strömungskanäle aufweisende Vorrichtung, welche zum Schlämmen im Gegenstrom in drei aufeinanderfolgenden Trennstufen eingerichtet ist.
Fig. 7 zeigt, teilweise im Schnitt, die gleiche Vorrichtung in einer um 90 gedrehten Blickrichtung. Zwei im wesentlichen zickzackförmig verlaufende Wände 51 bzw. 52 begrenzen gemeinsam mit einer Zwischenwand 53 und zwei Seitenwänden 54 zwei aufsteigende Strömungkanäle. Um tote Räume, die Anlass zu unerwünschten Zirkulationen geben könnten, zu vermeiden, kann es sich empfehlen, an den Umlenkstellen Leitbleche 55 einzubauen. An den oberen Enden der Strömungskanäle sind Ausläufe für eine überlaufende, an den unteren Enden Ausläufe für eine abgesunkene Endfraktion vorgesehen. In beiden Strömungskanälen sind Trennwände 56 zur Abgrenzung von parallel zu Scheideströmen geschalteten Nebenkanälen angeordnet.
Sowohl die Einläufe 58 für das zu trennende Rohgut als auch die Zuführungen 57 für Zusatzflüssigkeit sind am unteren Ende jedes der beiden Strömungkanäle angeordnet.
Die Funktionsweise dieser Vorrichtungen geht aus dem zugeordneten, in Fig. 8 dargestellten Schaltbild hervor.
Bei Vorrichtungen, welche mehrere Abschnitte aufweisen, deren Achsen miteinander einen spitzen, rechten oder stumpfen Winkel bilden, brauchen diese keineswegs in einer Ebene angeordnet zu sein. Es ist vielmehr durchaus möglich, einen aufsteigenden Strömungskanal auch aus linear verlaufenden Abschnitten aufzubauen, deren Ach- sen z. B. Sekanten einer Schraubenlinie sind. Auch brauchen weder die Längen sämtlicher Abschnitte, noch die Neigungen dieser Abschnitte gegenüber einer Horizontalebene miteinander übereinzustimmen. Parallelgeschaltete Strömungskanäle können dann analog zu einem mehrgängigen Gewinde an- geordnet und an einem gemeinsamen Gestell befestigt sein.
In manchen Fällen, insbesondere wenn das zu trennende Rohgut reich an Kornbestandteilen ist, deren Grösse in der Nähe der Kornscheide liegt, bei der getrennt werden soll, ist es von Vorteil, den spezifischen Schlämmfluss, d. i. jene Menge der Korngut enthaltenden Flüssigkeit, die pro Zeiteinheit über eine Flächeneinheit der Horizontalprojektion der wirksamen Schlämmfläche fliesst, nicht innerhalb des gesamten räumlichen Verlaufes des Trennvorganges konstant zu halten, sondern wenigstens abschnittsweise, z.
B. von Trennstufe zu Trennstufe, in Richtung des Flüssigkeitsstromes zunehmen zu lassen. Vorrich- tungen, welche die Durchführung eines Schlämmvorganges unter diesen Bedingungen gestatten, sind durch eine wenigstens abschnittsweise Abnahme der Horizontalprojektionen der von Scheideströmen durchsetzten Abschnitte ausgezeichnet, die in ihrer Aufeinanderfolge den Strömungskanal oder eine von dessen Trennstufenketten bilden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren mit zumindest zwei Trennstufen zum Scheiden körnigen Gutes in zwei oder mehr Endfraktionen in einem aufsteigenden Flüssigkeitsstrom mit Hilfe der Schwerkraft, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden, im wesentlichen laminaren Strömungscharakter aufweisenden, als Scheideströme gesonderter Trennstufen wirksamen Strömungsabschnitten ein und derselben Flüssigkeitsströmung absinkende Kornfraktionen aufgefangen werden, die in zumindest einem dieser Strömungsabschnitte abgesunkene Kornfraktion nur unter dem Einfluss der Schwerkraft in einen in Strömungsrichtung vorhergehenden Strömungsabschnitt rückgeführt wird, das von dem Flüssigkeitsstrom mitgeführte Korngut als überlaufende Endfraktion abgezogen wird und die nicht rückgeführten Kornfraktionen als abgesunkene Endfraktion entnommen werden.