CH506331A

CH506331A - Trennverfahren für feste Teilchen unterschiedlicher Gestalt

Info

Publication number: CH506331A
Application number: CH726570A
Authority: CH
Inventors: Beat Dipl Ing Bruttel; Eduard Dr Schmid; Weissenbach Siegbert
Original assignee: Lonza Ag
Priority date: 1970-05-15
Filing date: 1970-05-15
Publication date: 1971-04-30

Description

Trennverfahren für feste Teilchen unterschiedlicher Gestalt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von festen Teilchen unterschiedlicher Gestalt (Formfaktor), aber ähnlichem spezifischem Gewicht.

Die bekannten Trennverfahren, wie Sieben, Sedimentieren, Zentrifugieren oder Schwerkraftstrennung, sind für die Trennung von Teilchen mit gleichem spezifischem Gewicht, die sich aber in der Gestalt unterscheiden, d. h. die einen unterschiedlichen Formfaktor besitzen, wie z. B. Fasern und Kügelchen, wenig geeignet. Beim Sieben beispielsweise neigen faserige Produkte zur Verfilzung und Verstopfung der Siebe, anderseits gehen kleinste kugelige Agglomerate häufig mit durch das Sieb. Die Sedimenation und Schwerkraftstrennung benötigen sehr lange Absetzzeiten, die somit einen gro ssen Aufwand (viele Aggregate) bedingen. Zentrifuge und Hydrozyklon erweisen sich ebenfalls als ungeeignet, da Teilchen von gleichem spezifischem Gewicht und ähnlichem Gewicht mit diesen Vorrichtungen nicht getrennt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem einfachen Verfahren und mittels einer einfachen Vorrichtung eine Trennung von Teilchen mit ähnlichem oder gleichem spezifischem Gewicht, aber unterschiedlicher Form zu bewerkstelligen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass man die zu trennenden Teilchen in einer Flüssigkeit suspendiert, der Suspension eine Strömungsgeschwindigkeit mit so grossem Gefälle (Strömungsprofil) erteilt, dass eine Turbulenz noch vermieden wird und die Teilchen, die sich infolge ihrer Gestalt bei Unterschreitung einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Suspension abscheiden, an der Stelle der niedrigsten Geschwindigkeit abzieht.

Das Strömungsprofil wird vorzugsweise durch tangentiales Einspeisen der Suspension in Nähe der Wand eines Trenngefässes erzeugt. Die Einströmgeschwindigkeit variiert je nach Art des zu trennenden Stoffes, seinem spezifischen Gewicht, der Verteilung der zu trennenden Stoffe und nach der Viskosität der Flüssigkeit. Zweckmässig wird sie auf 0,5 cm/sec bis 100 cm/ sec, insbesondere 0,5 cm/sec bis 10 cm/sec eingestellt.

Vorteilhaft ist dafür Sorge zu tragen, dass die einzelnen Teilchen in der Suspension frei beweglich sind.

Der Feststoffgehalt soll daher vorzugsweise zwischen 10 bis 1000 mg Feststoffgehalt pro Liter Suspensionsflüssigkeit liegen.

Als Suspensionsflüssigkeit können, angepasst an die Natur der zu trennenden Teilchen, alle bekannten Flüssigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise Wasser, Alkohole, Kohlenwasserstoffe; vorzugsweise wird Wasser verwendet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform (Kreislaufvariante) des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass man einen Teil der tangential in ein Trenngefäss eingeführten, die noch zu trennenden Teilchen enthaltenden Suspension wenig oberhalb des Einlasses wieder aus dem Trenngefäss tangential ausbringt, mit frischer Suspension mischt und im Kreislauf wieder tangential durch den genannten Einlass einbringt.

Die aus der Suspension abgeschiedenen Teilchen werden an der Stelle der geringsten Geschwindigkeit aus dem Trenngefäss ausgebracht. Wie nachstehend beschrieben, ist diese Stelle zweckmässig als Trichter ausgebildet, wobei die abgeschiedenen Teilchen an der Trichterspitze abgezogen werden. Dies kann entweder durch einen Auslass an der Trichterspitze erfolgen oder durch Abziehen nach oben mittels eines Saugrohres.

Die in der Suspension verbleibenden Teilchen können als Suspension, zweckmässig im oberen Teil des Trenngefässes, vorteilhaft in der Nähe der Mittelachse abgezogen werden. Durch Filtrieren oder Zentrifugieren können diese Teilchen, die eine andere Gestalt als die im Bereiche der geringsten Geschwindigkeit abgezogenen Teilchen aufweisen, von der Flüssigkeit abgetrennt werden.

Durch die tangentiale Einführung, gegebenenfalls erzeugt durch die Kreislaufvariante, wird die Flüssigkeit, die die Teilchen in Suspension enthält, in eine Rotationsbewegung übergeführt. Die Geschwindigkeit des strömenden Mediums ist an der Einlassstelle am grössten und nimmt gegen die Mittelachse, aber insbesondere gegen die am weitesten von der Einlassstelle entfernte Stelle, im Trenngefäss ab. Rotiert die Teilchen enthaltende Flüssigkeit z. B. gegen unten, so kommt sie in einen Bereich, in welchem die Geschwindigkeit der Flüssigkeit einen Wert unterschreitet, bei dem, bedingt durch die verschiedene Gestalt (Formfaktor), der eine Teil der Teilchen sich aus der Suspension abscheidet.

Die zur Teilchentrennung bestimmte Suspension wird zweckmässig einem Reservoir entnommen. Bei der sogenannten Kreislaufvariante wird das Reservoir vorteilhaft mit dem Zu- und Ablauf verbunden. Die Einführung und die Geschwindigkeit wird zweckmässig über eine Pumpe gesteuert.

Das Verfahren nach der Erfindung kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Arbeitsweise zur Anwendung kommen. Es können auch mehrere Trennstufen in Serie oder parallel geschaltet werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders zweckmässig bei der Trennung von Whiskers von beispielsweise kugelförmigen Agglomerationen, die aus demselben Material wie die Whiskers bestehen.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung eignet sich insbesondere ein Trenngefäss, bestehend aus einem zylindrischen Teil mit einem am unteren Ende angebrachten, in Achsrichtung spitz zulaufenden, trichterförmigen Abscheidungsteil, an dessen Spitze die Abzugsvorrichtung für die aus der Suspension abgeschiedenen Teilchen angeordnet ist, mit einem tangentialen Einlass für die Suspension im oberen, zylindrischen Teil, sowie einem bis in Achsnähe reichenden, oberhalb des Einlasses angeordneten Auslass zum Abzug der Suspension, die den infolge ihrer Gestalt nichts abgeschiedenen Teil der Teilchen enthält. Die tangentiale Zulauföffnung für die Suspension kann sich entweder in der oberen Zone des unteren trichterförmigen Teiles, oder in der unteren Zone des oberen zylindrischen Teiles befinden.

Der Abzug der noch in der Suspension befindlichen Teilchen, wird zweckmässig durch einen oberhalb der Zulauföffnung angeordneten Abzug, dessen Öffnung in der Nähe der Mittelachse angebracht ist, bewerkstelligt.

Eine vorzugsweise Ausführungsform besteht darin, dass zwischen tangentialer Einlassöffnung und Abzug für die Suspension, die den anderen, nicht abgeschiedenen Teil der Teilchen enthält, ein weiterer, ebenfalls tangentialer Auslass angebracht ist, durch den ein Teil der Suspension, die noch alle zu trennenden Teilchen enthält, abgezogen wird. Der tangentiale Auslass ist dabei durch ein Rohrsystem mit dem tangentialen Einlass in Verbindung.

Zweckmässig ist das Reservoir für die Rohsuspension mit dem Rohrsystem in Verbindung.

Der Winkel des unteren trichterförmigen Abscheidungsteils liegt zweckmässig zwischen 30 bis 850.

Bevorzugt sind im trichterförmigen Abscheidungsteil mehrere Schikanen angebracht, die aber nur einige Millimeter bis höchstens einige Zentimeter in das Gefäss hineinreichen.

Besonders günstig ist es, wenn diese Schikanen nach unten breiter ausgestaltet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen und anhand eines Anwendungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fliessbild der Anlage bei Anwendung einer Trenneinheit.

Fig. 2 zeigt den Seitenriss eines Trenngefässes.

Fig. 3 zeigt das Trenngefäss im Grundriss.

Die Vorrichtung umfasst ein Vorratsgefäss (1), das das Trenngut dispergiert in einer Flüssigkeit enthält.

Über die Leitung (2) mit geeignetem Hahnen gelangt das Trenngut auf der Saugseite der Pumpe (3) in den Kreislauf (11). Die Pumpe (3) erzeugt im Kreislauf, speziell am Einlauf (4), die geeignete Strömungsgeschwindigkeit im Trenngefäss mit zylindrischem Teil (8) und trichterförmigem Teil (9). Durch den Abzug (5) wird ein Teil der Suspension wieder abgezogen und gelangt im Kreislauf wieder zum Einlauf (4). Durch den Abzug (6) wird die, die nicht abgeschiedenen Teilchen enthaltene Suspension in der Mitte des Gefässes abgezogen. Durch den Abzug (10) oder alternativ durch Saugrohr (100) wird das abgeschiedene Produkt abgezogen.

In Fig. 2 und 3 sind weitere Details dargestellt. So wird deutlich gezeigt, dass Einlass (4) und Auslass (5) tangential an die Wand geführt werden. Ferner ist zu sehen, dass Auslass (5) nur wenig über Einlass (4) liegt, und dass Einlass (4) und Auslass (5) vorzugsweise gegeneinander versetzt sind. Weiterhin sind die zweckmässigerweise anzubringende Schikanen (7) zu sehen. Vorzugsweise werden 4 bis 8 solche Schikanen verwendet.

Anwendungsbeispiel
In einer Konzentration von 50 mg/l wurden durch kugelförmige Agglomerate verunreinigte SiC-Whiskers in Wasser suspendiert und über das Reservoir dem Trenngefäss zugespiesen (bei 4). In der Zuleitung zum Trenngefäss wurde über die Pumpe eine Strömungsgeschwindigkeit von 1 cm/sec erzeugt. Das Trenngefäss hatte einen Inhalt von 2 Liter. Über den Abzug (5) wurde ein Teil Suspension abgezogen und im Kreislauf in das Trenngefäss zurückgebracht, wobei frische Suspension laufend zugesetzt wurde. In der Spitze des Trichters setzten sich die kugeligen Agglomerate ab und wurden über eine Austragvorrichtung (10) ausgebracht.

Das gereinigte Fasermaterial wurde mit einer Ablaufmenge von 8 I/h oben am Gefäss (6) in Nähe der Mittelachse abgezogen. Das Volumen, mit welchem die Agglomerate abgezogen wurden, betrug 5S des Volumens des gereinigten Fasermaterials. Die anschliessend abfiltrierten SiC-Whiskers enthielten weniger als 5 % Agglomerate.

PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Trennung von festen Teilchen unterschiedlicher Gestalt, aber ähnlichem spezifischem Gewicht, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu trennenden Teilchen in einer Flüssigkeit suspendiert, der Suspension eine Strömungsgeschwindigkeit mit so gro ssem Gefälle erteilt, dass eine Turbulenz noch vermieden wird und die Teilchen, die sich infolge ihrer Gestalt bei Unterschreitung einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Suspension abscheiden, an der Stelle der niedrigsten Geschwindigkeit abzieht.

UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das Strömungsprofil durch tangentiales Einspeisen der Suspension in Nähe der Wand

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Durch die tangentiale Einführung, gegebenenfalls erzeugt durch die Kreislaufvariante, wird die Flüssigkeit, die die Teilchen in Suspension enthält, in eine Rotationsbewegung übergeführt. Die Geschwindigkeit des strömenden Mediums ist an der Einlassstelle am grössten und nimmt gegen die Mittelachse, aber insbesondere gegen die am weitesten von der Einlassstelle entfernte Stelle, im Trenngefäss ab. Rotiert die Teilchen enthaltende Flüssigkeit z. B. gegen unten, so kommt sie in einen Bereich, in welchem die Geschwindigkeit der Flüssigkeit einen Wert unterschreitet, bei dem, bedingt durch die verschiedene Gestalt (Formfaktor), der eine Teil der Teilchen sich aus der Suspension abscheidet.

Die zur Teilchentrennung bestimmte Suspension wird zweckmässig einem Reservoir entnommen. Bei der sogenannten Kreislaufvariante wird das Reservoir vorteilhaft mit dem Zu- und Ablauf verbunden. Die Einführung und die Geschwindigkeit wird zweckmässig über eine Pumpe gesteuert.

Das Verfahren nach der Erfindung kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Arbeitsweise zur Anwendung kommen. Es können auch mehrere Trennstufen in Serie oder parallel geschaltet werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders zweckmässig bei der Trennung von Whiskers von beispielsweise kugelförmigen Agglomerationen, die aus demselben Material wie die Whiskers bestehen.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung eignet sich insbesondere ein Trenngefäss, bestehend aus einem zylindrischen Teil mit einem am unteren Ende angebrachten, in Achsrichtung spitz zulaufenden, trichterförmigen Abscheidungsteil, an dessen Spitze die Abzugsvorrichtung für die aus der Suspension abgeschiedenen Teilchen angeordnet ist, mit einem tangentialen Einlass für die Suspension im oberen, zylindrischen Teil, sowie einem bis in Achsnähe reichenden, oberhalb des Einlasses angeordneten Auslass zum Abzug der Suspension, die den infolge ihrer Gestalt nichts abgeschiedenen Teil der Teilchen enthält. Die tangentiale Zulauföffnung für die Suspension kann sich entweder in der oberen Zone des unteren trichterförmigen Teiles, oder in der unteren Zone des oberen zylindrischen Teiles befinden.

Der Abzug der noch in der Suspension befindlichen Teilchen, wird zweckmässig durch einen oberhalb der Zulauföffnung angeordneten Abzug, dessen Öffnung in der Nähe der Mittelachse angebracht ist, bewerkstelligt.

Eine vorzugsweise Ausführungsform besteht darin, dass zwischen tangentialer Einlassöffnung und Abzug für die Suspension, die den anderen, nicht abgeschiedenen Teil der Teilchen enthält, ein weiterer, ebenfalls tangentialer Auslass angebracht ist, durch den ein Teil der Suspension, die noch alle zu trennenden Teilchen enthält, abgezogen wird. Der tangentiale Auslass ist dabei durch ein Rohrsystem mit dem tangentialen Einlass in Verbindung.

Zweckmässig ist das Reservoir für die Rohsuspension mit dem Rohrsystem in Verbindung.

Der Winkel des unteren trichterförmigen Abscheidungsteils liegt zweckmässig zwischen 30 bis 850.

Bevorzugt sind im trichterförmigen Abscheidungsteil mehrere Schikanen angebracht, die aber nur einige Millimeter bis höchstens einige Zentimeter in das Gefäss hineinreichen.

Besonders günstig ist es, wenn diese Schikanen nach unten breiter ausgestaltet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen und anhand eines Anwendungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fliessbild der Anlage bei Anwendung einer Trenneinheit.

Fig. 2 zeigt den Seitenriss eines Trenngefässes.

Fig. 3 zeigt das Trenngefäss im Grundriss.

Die Vorrichtung umfasst ein Vorratsgefäss (1), das das Trenngut dispergiert in einer Flüssigkeit enthält.

Über die Leitung (2) mit geeignetem Hahnen gelangt das Trenngut auf der Saugseite der Pumpe (3) in den Kreislauf (11). Die Pumpe (3) erzeugt im Kreislauf, speziell am Einlauf (4), die geeignete Strömungsgeschwindigkeit im Trenngefäss mit zylindrischem Teil (8) und trichterförmigem Teil (9). Durch den Abzug (5) wird ein Teil der Suspension wieder abgezogen und gelangt im Kreislauf wieder zum Einlauf (4). Durch den Abzug (6) wird die, die nicht abgeschiedenen Teilchen enthaltene Suspension in der Mitte des Gefässes abgezogen. Durch den Abzug (10) oder alternativ durch Saugrohr (100) wird das abgeschiedene Produkt abgezogen.

In Fig. 2 und 3 sind weitere Details dargestellt. So wird deutlich gezeigt, dass Einlass (4) und Auslass (5) tangential an die Wand geführt werden. Ferner ist zu sehen, dass Auslass (5) nur wenig über Einlass (4) liegt, und dass Einlass (4) und Auslass (5) vorzugsweise gegeneinander versetzt sind. Weiterhin sind die zweckmässigerweise anzubringende Schikanen (7) zu sehen. Vorzugsweise werden 4 bis 8 solche Schikanen verwendet.

Anwendungsbeispiel In einer Konzentration von 50 mg/l wurden durch kugelförmige Agglomerate verunreinigte SiC-Whiskers in Wasser suspendiert und über das Reservoir dem Trenngefäss zugespiesen (bei 4). In der Zuleitung zum Trenngefäss wurde über die Pumpe eine Strömungsgeschwindigkeit von 1 cm/sec erzeugt. Das Trenngefäss hatte einen Inhalt von 2 Liter. Über den Abzug (5) wurde ein Teil Suspension abgezogen und im Kreislauf in das Trenngefäss zurückgebracht, wobei frische Suspension laufend zugesetzt wurde. In der Spitze des Trichters setzten sich die kugeligen Agglomerate ab und wurden über eine Austragvorrichtung (10) ausgebracht.

Das gereinigte Fasermaterial wurde mit einer Ablaufmenge von 8 I/h oben am Gefäss (6) in Nähe der Mittelachse abgezogen. Das Volumen, mit welchem die Agglomerate abgezogen wurden, betrug 5S des Volumens des gereinigten Fasermaterials. Die anschliessend abfiltrierten SiC-Whiskers enthielten weniger als 5 % Agglomerate.

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Trennung von festen Teilchen unterschiedlicher Gestalt, aber ähnlichem spezifischem Gewicht, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu trennenden Teilchen in einer Flüssigkeit suspendiert, der Suspension eine Strömungsgeschwindigkeit mit so gro ssem Gefälle erteilt, dass eine Turbulenz noch vermieden wird und die Teilchen, die sich infolge ihrer Gestalt bei Unterschreitung einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Suspension abscheiden, an der Stelle der niedrigsten Geschwindigkeit abzieht.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das Strömungsprofil durch tangentiales Einspeisen der Suspension in Nähe der Wand

eines Trenngefässes erzeugt, wobei eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 cm/sec bis 100 cm/sec angewendet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Suspension anwendet, deren Feststoffgehalt bei 10 bis 1000 mg Feststoff pro Liter Flüssigkeit liegt.

3. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil der Suspension tangential, wenig oberhalb der tangentialen Einspeiseöffnung, aus dem Trenngefäss ausbringt, mit frischer Suspension mischt und im Kreislauf tangential wieder in das Gefäss einspeist.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Trenngefäss, bestehend aus einem zylindrischen Teil (8) mit einem am unteren Ende angebrachten, in Achsrichtung spitz zulaufenden, trichterförmigen Abscheidungsteil (9), an dessen Spitze die Abzugsvorrichtung (10) für die aus der Suspension abgeschiedenen Teilchen angeordnet ist, mit einem tangentialen Einlass (4) für die Suspension im oberen, zylindrischen Teil und einem bis in Achsnähe reichenden, oberhalb des Einlasses angeordneten Auslass (6) zum Abzug der Suspension, die den infolge ihrer Gestalt nicht abgeschiedenen Teil der Teilchen enthält.

UNTERANSPRÜCHE 4. Vorrichtung gemäss Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen weiteren, wenig oberhalb vom Einlass angeordneten, tangentialen Auslass (5) für nicht getrennte Suspension, der durch ein Rohrsystem mit dem Einlass (4) in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 4, gekennzeichnet durch ein Vorratsgefäss für die der Trennung zuzuführende Suspension, welches in das System, das tangentialen Ein- und Ausfluss verbinder, eingeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der trichterförmige Abscheidungsteil (9) einen Winkel von 30 bis 850 aufweist.

PATENTANSPRUCH III Anwendung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zur Trennung eines Gemisches von Whiskers und Agglomeraten.