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
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Separation process for solid particles of different shapes
The invention relates to a method and a device for separating solid particles of different shapes (shape factors) but similar specific gravity.
The known separation methods, such as sieving, sedimentation, centrifugation or gravity separation, are suitable for the separation of particles with the same specific weight, but which differ in shape, i. H. which have a different form factor, such as B. fibers and beads are not very suitable. When sieving, for example, fibrous products tend to become matted and clogged, on the other hand, the smallest spherical agglomerates often go through the sieve. The sedimentation and gravity separation require very long settling times, which therefore require a great deal of effort (many units). Centrifuge and hydrocyclone also prove to be unsuitable, since particles of the same specific weight and weight cannot be separated with these devices.
The invention is based on the object of separating particles with a similar or the same specific weight but different shape in a simple method and by means of a simple device.
According to the invention, this is achieved by suspending the particles to be separated in a liquid, giving the suspension a flow velocity with such a steep gradient (flow profile) that turbulence is still avoided and the particles, which are due to their shape when falling below a certain velocity separate from the suspension, withdraws at the point of the lowest speed.
The flow profile is preferably generated by feeding the suspension tangentially in the vicinity of the wall of a separation vessel. The inflow speed varies depending on the type of substance to be separated, its specific weight, the distribution of the substances to be separated and the viscosity of the liquid. It is expediently set to 0.5 cm / sec to 100 cm / sec, in particular 0.5 cm / sec to 10 cm / sec.
It is advantageous to ensure that the individual particles can move freely in the suspension.
The solids content should therefore preferably be between 10 and 1000 mg solids content per liter of suspension liquid.
All known liquids can be used as the suspension liquid, adapted to the nature of the particles to be separated, for example water, alcohols, hydrocarbons; preferably water is used.
A particularly advantageous embodiment (cycle variant) of the method according to the invention consists in that part of the suspension introduced tangentially into a separation vessel and containing the particles still to be separated is tangentially discharged from the separation vessel a little above the inlet, mixed with fresh suspension and in Introduces the circuit again tangentially through said inlet.
The particles separated from the suspension are discharged from the separation vessel at the point of lowest speed. As described below, this point is expediently designed as a funnel, with the separated particles being drawn off at the funnel tip. This can be done either through an outlet at the tip of the funnel or by pulling it upwards using a suction tube.
The particles remaining in the suspension can be withdrawn as a suspension, expediently in the upper part of the separation vessel, advantageously near the central axis. These particles, which have a different shape than the particles withdrawn in the region of the lowest velocity, can be separated from the liquid by filtration or centrifugation.
Due to the tangential introduction, possibly generated by the cycle variant, the liquid containing the particles in suspension is converted into a rotational movement. The speed of the flowing medium is greatest at the inlet point and decreases towards the central axis, but in particular towards the point in the separation vessel that is furthest away from the inlet point. If the liquid containing particles rotates e.g. B. downwards, it comes into a range in which the speed of the liquid falls below a value at which, due to the different shape (shape factor), some of the particles are separated from the suspension.
The suspension intended for particle separation is expediently taken from a reservoir. In the so-called cycle variant, the reservoir is advantageously connected to the inlet and outlet. The introduction and the speed is conveniently controlled by a pump.
The process of the invention can be carried out batchwise or continuously. The continuous mode of operation will preferably be used. Several isolating stages can be connected in series or in parallel.
The method according to the invention is particularly useful in the separation of whiskers from, for example, spherical agglomerations which consist of the same material as the whiskers.
To carry out the method according to the invention, a separating vessel is particularly suitable, consisting of a cylindrical part with a funnel-shaped separation part attached to the lower end and tapering to a point in the axial direction, at the tip of which the extraction device for the particles separated from the suspension is arranged, with a tangential inlet for the suspension in the upper, cylindrical part, as well as an outlet, which reaches up to the axis and is arranged above the inlet, for the removal of the suspension, which contains the part of the particles that is not separated due to its shape. The tangential inlet opening for the suspension can be located either in the upper zone of the lower funnel-shaped part or in the lower zone of the upper cylindrical part.
The removal of the particles still in the suspension is expediently carried out by means of an exhaust which is arranged above the inlet opening and the opening of which is attached in the vicinity of the central axis.
A preferred embodiment is that between the tangential inlet opening and the outlet for the suspension containing the other, not separated part of the particles, another, also tangential outlet is attached through which a part of the suspension which still contains all the particles to be separated , is deducted. The tangential outlet is connected to the tangential inlet through a pipe system.
The reservoir for the raw suspension is expediently connected to the pipe system.
The angle of the lower funnel-shaped separation part is expediently between 30 and 850.
A plurality of baffles are preferably attached in the funnel-shaped separation part, but these only extend a few millimeters to at most a few centimeters into the vessel.
It is particularly favorable if these chicanes are made wider at the bottom.
The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings and an application example.
Fig. 1 shows a flow diagram of the plant when using a separation unit.
Fig. 2 shows the side elevation of a separation vessel.
Fig. 3 shows the separation vessel in plan.
The device comprises a storage vessel (1) which contains the material to be separated dispersed in a liquid.
The material to be separated enters the circuit (11) on the suction side of the pump (3) via the line (2) with a suitable tap. The pump (3) generates the appropriate flow rate in the circuit, especially at the inlet (4), in the separating vessel with a cylindrical part (8) and a funnel-shaped part (9). A part of the suspension is drawn off again through the take-off (5) and returns to the inlet (4) in the circuit. The suspension containing the non-separated particles is drawn off in the middle of the vessel through the discharge (6). The separated product is drawn off through the exhaust (10) or alternatively through the suction pipe (100).
In Fig. 2 and 3 further details are shown. This clearly shows that the inlet (4) and outlet (5) are tangential to the wall. It can also be seen that outlet (5) is only slightly above inlet (4), and that inlet (4) and outlet (5) are preferably offset from one another. The baffles (7) that are expediently to be attached can also be seen. Preferably 4 to 8 such baffles are used.
Application example
SiC whiskers contaminated by spherical agglomerates were suspended in water at a concentration of 50 mg / l and fed to the separating vessel via the reservoir (at 4). In the feed line to the separation vessel, a flow rate of 1 cm / sec was generated by the pump. The separation vessel had a content of 2 liters. A portion of the suspension was drawn off via the hood (5) and returned to the separating vessel in a circuit, fresh suspension being added continuously. The spherical agglomerates settled in the tip of the funnel and were discharged via a discharge device (10).
The cleaned fiber material was drawn off at a drainage rate of 8 l / h at the top of the vessel (6) near the central axis. The volume with which the agglomerates were drawn off was 5½ of the volume of the cleaned fiber material. The SiC whiskers that were then filtered off contained less than 5% agglomerates.
PATENT CLAIM 1
Process for the separation of solid particles of different shape but similar specific gravity, characterized in that the particles to be separated are suspended in a liquid, the suspension is given a flow velocity with a gradient that is so great that turbulence is avoided and the particles that As a result of their shape, when the speed falls below a certain level, they are separated from the suspension, at the point of the lowest speed.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the flow profile by tangentially feeding the suspension in the vicinity of the wall
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