CN102844120B - 用于减小尺寸的装置和方法 - Google Patents

用于减小尺寸的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102844120B
CN102844120B CN201080058479.4A CN201080058479A CN102844120B CN 102844120 B CN102844120 B CN 102844120B CN 201080058479 A CN201080058479 A CN 201080058479A CN 102844120 B CN102844120 B CN 102844120B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cyclone chamber
viscosity modifier
size
particle size
frusto
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201080058479.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102844120A (zh
Inventor
P·希契科克
W·皮尔斯
M·皮尔格瑞姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Musse Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Musse Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=43900557&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN102844120(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Musse Singapore Pte Ltd filed Critical Musse Singapore Pte Ltd
Publication of CN102844120A publication Critical patent/CN102844120A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102844120B publication Critical patent/CN102844120B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B17/00—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement
    • F26B17/10—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers
    • F26B17/107—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers pneumatically inducing within the drying enclosure a curved flow path, e.g. circular, spiral, helical; Cyclone or Vortex dryers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10F—DRYING OR WORKING-UP OF PEAT
    • C10F7/00—Working-up peat
    • C10F7/02—Disintegrating peat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Cyclones (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；将至少一种粘度改性剂加入旋风室中；以及在旋风室内提供旋涡流体束。本发明还提供了一种用于减小物料尺寸的装置。该装置包括：具有长形圆筒状导管的旋风室(4)，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分(4a)；用于在旋风室(4)内产生旋涡流体束的设备(5)，所述旋风室(4)的截头圆锥部分(4a)端接于形成所述设备入口的开口处；在与截头圆锥部分(4a)相对的端部处与旋风室(4)流体连通的空气入口管(3)；以及用于将物料供给到旋风室(4)的给料组件。

Description

用于减小尺寸的装置和方法
技术领域
本发明提供了一种用于减小物料尺寸的装置和方法。所述装置和方法也可以减少物料的水分含量。
背景技术
已存在几种用于无机械作用地处理物料的装置以减小物料的颗粒尺寸。这些装置中的大多数由入口管、带有叶轮风扇(impeller fan)的旋风室(cyclone chamber)构成，所述叶轮风扇用于吸入空气和待通过该系统进行处理的物料。高压气流被用于在旋风室中产生涡流，旋风室能够捕获物料并使物料保持在气旋悬浮状态(cyclonic suspension)，物料在其中被分级。
在WO 98/35756中描述了这种装置的示例。WO 98/35756描述了一种机器，该机器带有可调节长度的旋风室来调节所述装置，以获得由风扇产生的特定谐振频率下的驻波。WO 00/24518指出WO 98/35756的工艺存在许多困难，主要的一个就是在旋风室中发生的物理过程没有将所有的物料都降解成所需的尺寸，因而其结果是，未降解的物料排出腔室并撞击叶轮。由此产生的作用力使得即使采用人们所知道的最结实的材料来制造，风扇也维持不了几个小时。
发明内容
本发明试图解决上述问题，并且特别提供了用于减小物料尺寸的改进方法和装置。本发明还提供了从物料中去除水分的方法和装置。
根据一个方面，本发明提供了用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件(feed assembly)将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分(frusto-conicalsection)；
-将至少一种粘度改性剂(viscosity modifying agent)加入旋风室中；以及
-在旋风室内提供旋涡流体束(cyclonic fluid stream)。
根据特定的方面，旋风室内的旋涡流体束可以具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度(ν)。
根据特定的方面，粘度改性剂可以是运动粘度改性剂。
将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可在将物料供给到旋风室中的步骤之前或之后进行。可以添加任何适宜的粘度改性剂。例如，粘度改性剂可以选自由：潮湿空气、水、暖空气、冷空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳、水基表面活性剂(water-based surfactant)、硫酸钙、玻璃、氧化硼、氟化钙、氧化铝以及它们的组合所组成的组中。
可以将任何适宜量的粘度改性剂添加到旋风室中。特别地，将粘度改性剂加入旋风室中使得旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s。
根据特定的方面，旋涡流体束由一种设备提供，所述设备位于旋风室的截头圆锥部分末端所形成的开口处。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。
根据第二方面，本发明提供了用于根据本发明第一方面中的方法的减小物料尺寸的装置。该装置可以包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通(fluid connection)的空气入口管；以及
-用于将物料供给到旋风室的给料组件。
所述给料组件还可以用于供给至少一种粘度改性剂。
所述装置可以进一步包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制通过给料组件供给到旋风室中的物料、空气和/或粘度改性剂的量。粘度改性剂可以是运动粘度改性剂。特别地，计算机控制系统能够监测旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)，并相应地调节通过给料组件供给到旋风室中的物料、空气和/或粘度改性剂的量。
本发明第三方面的内容是用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；以及
-在旋风室内提供旋涡流体束。
其中所述旋涡流体束具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1 m2/s的运动粘度(ν)。
所述方法还可以进一步包括将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤。所述至少一种粘度改性剂可以是运动粘度改性剂。特别地，将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可以在将物料供给到旋风室中的步骤之前或之后进行。可以添加任何适宜的粘度改性剂。例如，粘度改性剂可以选自由：潮湿空气、水、暖空气、冷空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳、水基表面活性剂、硫酸钙、玻璃、氧化硼、氟化钙、氧化铝以及它们的组合所组成的组中。粘度改性剂的其它示例包括，但不限定于，氦气、二氧化硫、蓖麻油、玉米淀粉溶液、甘油和焦油。所述玉米淀粉溶液可以是22波美度的玉米淀粉溶液、24波美度的玉米淀粉溶液或26波美度的玉米淀粉溶液。
可以将任何适宜量的粘度改性剂添加到旋风室中。根据特定的方面，将粘度改性剂加入旋风室中使得旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s。特别地，添加至少一种粘度改性剂的步骤是在旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)处于1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s范围之外时进行的。
根据特定的方面，旋涡流体束由一种设备提供，该设备位于旋风室的截头圆锥部分末端所形成的开口处。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。更特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是8nm-100μm、15nm-50μm、25nm-25μm、、50nm-10μm、75nm-5μm、100nm-800nm、150nm-700nm、200nm-600nm、300nm-500nm、400nm-450nm。
本发明另一方面是用于根据本发明第三方面的方法减小物料尺寸的装置，该装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；
-用于将物料供给到旋风室的给料组件；以及
-用于监测旋风室内旋涡流体束的运动粘度(ν)的计算机控制系统。
根据特定的方面，给料组件也可以用于将至少一种粘度改性剂供给到旋风室中。所述至少一种粘度改性剂可以是运动粘度改性剂。特别地，计算机控制系统能够监测旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)，并相应地调节通过给料组件供给到旋风室中的物料、空气和/或粘度改性剂的量。
本发明另一方面是用于减小物料尺寸的装置，该装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；以及
-用于将物料供给到旋风室的给料组件，
其中给料组件的直径与空气入口管的直径之比为0.3-0.5。
所述装置还可以进一步包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制旋风室内的物料供给和流体束。
根据一个方面，本发明提供了用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-在旋风室内提供旋涡流体束；以及
-控制供给到给料组件中的物料的体积与旋风室内空气的体积的比值，其中，所述比值≤40％。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式的装置的透视图；
图2示出了水头损失(head loss)为87m时运动粘度相对雷诺数的曲线图；
图3示出了对于不同管道粗糙度值的水头损失相对运动粘度的曲线图；
图4示出了根据本发明一个方面的装置进行尺寸减小的褐煤样品的Malvern颗粒尺寸分布(样品A)；
图5示出了根据研磨进行尺寸减小的褐煤样品的Malvern颗粒尺寸分布(样品B)；以及
图6示出了样品A和样品B的重量损失率相对温度的关系图。
具体实施方式
为方便起见，本说明书中所提及的参考文献以参考目录的形式列出，并添加在实施例的末尾。通过引用将这些参考文献的全部内容并入本文。
在现有技术中报道了很多设备设计和操作原理，上文就给出了它们的示例。一般而言，这样的设备是由带有叶轮风扇的圆锥形旋风室构成的，所述叶轮风扇用于吸入空气和待通过该系统进行处理的物料。气流被用于在捕获有物料的旋风室中产生涡流，使物料保持在气旋悬浮状态，物料在其中被处理至某种程度。在处理过程中，能够减小物料的颗粒尺寸。
依靠涡流的物料处理系统的流体动力学是非常复杂的，并且在整个处理周期中连续变化。由于在湍流(turbulent flow)条件下，供给到处理系统中的物料颗粒具有惯性并且与处理系统内的其它流体表现不同，主要是空气和水蒸气，因而复杂性会增加。
尺寸待减小的且悬浮在流体中的物料颗粒的尺寸和浓度的连续变化，连同伴随的处理系统中水含量的变化一起，导致的动力学情况为颗粒被迫进出有效处理区域。特别地，当在处理系统中待处理的物料被加入到处理系统内的气流中时，系统的流体动力学发生剧烈变化且雷诺数(Reynolds number)也发生改变。为使物料在处理系统中得到有效的处理，就需要优化流动条件以确保颗粒尽可能地受到涡流的剪切力作用。
管道或管子中流体流动的雷诺数是无量纲数，其给出了惯性力对粘滞力的比值。通常，具有大雷诺数的流表示是湍流，与此同时小雷诺数表示的流是惯性力小于粘滞力的流并且表征为层流(laminar flow)。就本发明而言，雷诺数可以大体上定义为：
Re = QD νA = ρ V ‾ D μ
其中
是液流穿过管道的平均流体速度(m/s)；
D是管道的直径(m)；
μ是流体的动力粘度(Pa.s或N.s/m2)；
ν是流体的运动粘度(即)(m2/s)；
ρ是流体的密度(kg/m3)；
Q是管道内流体的体积流速(volumetric flow rate)(m3/s)；以及
A是管道的横截面积(m2)。
本领域技术人员能够理解雷诺数小于2300表示层流，雷诺数介于2300和4000之间表示暂态流(transient flow)，而雷诺数大于4000表示湍流。
因此，在处理系统中处理物料的过程中，期望更好地控制流的雷诺数。根据本发明的第一方面，提供了用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-将至少一种粘度改性剂加入旋风室中；以及
-在旋风室内提供旋涡流体束。
粘度是液体流动时的内部阻力。液体的粘度越高，液体流动所受到的阻力越大。相反地，液体的粘度越低，液体流动所受到的阻力越小。对本发明的目的而言，粘度改性剂被定义为当将其加入系统中时，能够改变系统内液流的粘度的试剂。特别地，粘度改性剂能够改变系统内液流的运动粘度。液流的运动粘度是液流的动力粘度与液体的密度之比。
粘度改性剂可以处于固态、液态或气态。粘度改性剂可以是运动粘度改性剂。术语“粘度改性剂”包括流动促进剂。粘度改性剂与流动促进剂的示例包括，但不限定于，潮湿空气、水、暖空气、冷空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳、水基表面活性剂、硫酸钙、玻璃、氧化硼、氟化钙、氧化铝或它们的组合。粘度改性剂另外的示例包括，但不限定于，氦气、二氧化硫、蓖麻油、玉米淀粉溶液、甘油和焦油。玉米淀粉溶液可以是22波美度的玉米淀粉溶液、24波美度的玉米淀粉溶液或26波美度的玉米淀粉溶液。对本发明的目的而言，潮湿空气被定义为与环境空气相比带有更高水分含量的空气。对本发明的目的而言，暖空气被定义为具有比环境空气温度更高温度的空气。对本发明的目的而言，冷空气被定义为具有比环境空气温度更低温度的空气。
将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可以在通过给料组件将物料供给到旋风室中的步骤之前或之后进行。将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可以在为旋风室中提供旋涡流体束的步骤之后进行。将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可重复一次以上。特别地，在用于通过给料组件供给到旋风室中的物料的尺寸减小方法中，可以重复地进行将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤。
根据特定的方面，旋风室内的旋涡流体束可以具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度(ν)。旋涡流体束可以包括通过给料组件供给到旋风室中的物料。相应地，参考具有特定运动粘度的旋涡流体束，可以衡量旋风室内含有物料的气流的运动粘度。当旋风室内的旋涡流体束具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度(ν)时，流动情况得到优化，并且可以高效地减小物料的尺寸。然而，当尺寸待减小的物料被加入到旋风室中时，会改变流体动力学，并且因此改变旋涡流体束的运动粘度(ν)。
相应地，旋涡流体束的运动粘度(ν)可以被至少一种粘度改性剂改变。例如，当加入至少一种粘度改性剂时，可以改变旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)，使得运动粘度(ν)满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s。
根据特定的方面，旋风室内的旋涡流体束可以具有的雷诺数为4×103-1×108。
至少一种粘度改性剂的添加可以是至少一种粘度改性剂的受控添加(controlled addition)。至少一种粘度改性剂的添加可以实现更好地控制旋风室内旋涡流体束的运动粘度(ν)，因此提高了旋风室内旋涡流体束的流动性、稳定性和持续性。可以加入任何适宜量的粘度改性剂。特别地，粘度改性剂的添加量可以根据运动粘度(ν)来确定。更特别地，至少一种粘度改性剂的添加量可以根据使旋涡流体束的运动粘度(ν)达到1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s所需的量来确定。至少一种粘度改性剂的添加量可以根据使旋涡流体束的雷诺数达到4×103-1×108所需的量来确定。
根据特定的方面，粘度改性剂的添加量可以根据尺寸待减小的物料来确定。例如，如果物料很大和/或很潮湿，那么就要增加添加到旋风室中的粘度改性剂的量。粘度改性剂的添加可以促进物料的处理。
对本发明的目的而言，可以使用任何适宜的粘度改性剂。例如，粘度改性剂可以选自由：潮湿空气、水、暖空气、冷空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳、水基表面活性剂、硫酸钙、玻璃、氧化硼、氟化钙、氧化铝以及它们的组合所组成的组中。特别地，粘度改性剂是水和/或潮湿空气。粘度改性剂的其它示例包括，但不限定于，氦气、二氧化硫、蓖麻油、玉米淀粉溶液、甘油和焦油。玉米淀粉溶液可以是22波美度的玉米淀粉溶液、24波美度的玉米淀粉溶液或26波美度的玉米淀粉溶液。
根据特定的方面，尺寸待减小的物料在经过处理后也可作为协同添加剂(co-additive)与至少一种粘度改性剂一起使用。特别地，尺寸已减小的物料可以与至少一种粘度改性剂一起加入。例如，如果褐煤(brown coal)已被处理且尺寸减小至5nm-100μm，那么当对原煤(raw coal)进行处理时可以加入一些这样的物料来改变粘度。
旋风室内的旋涡流体束由设备提供。根据本发明，旋涡流体束是指在穿过导管的流体束中产生的旋流(cyclone)，所述导管优选为环形截面。在旋涡流体束中，由流体束运动产生的向心力将流体束中夹带的任何颗粒物料都拉离导管壁并且拉向其中心区域。如果在导管内产生宽范围的声频，那么就会在流体束中产生强大模式的旋涡。由于引发微小爆炸(minute explosion)的旋流内所产生的压力，使得能量从势能转化成动能而被释放。旋流的旋涡表现为内爆(implosion)的形式，这能够将物料进一步破碎成更小的颗粒。
旋涡流体束中产生的旋涡承载由特别设计的装置所产生的另外的谐振频率。这在系统中由驻波形态创建出脉冲，并且这使得驻波内流体的凹处(pocket)获得超出声速范围的速度。这可用于特殊类型的物料，能够增强所产生的旋涡破碎很硬及很软物料如石头的能力和减少物料水分含量的能力。
为旋风室内提供旋涡流体束的步骤中所使用的设备可以是能够提供旋涡流体束的任何适合的设备。根据特定的方面，该设备可以位于旋风室的截头圆锥部分末端处所形成的开口中。能够提供旋涡流体束的设备的示例包括风扇。对于本领域的技术人员显而易见的是，能够提供旋涡流体束的其它设备也在本发明的范围内。
根据特定的方面，所述设备可以是叶轮风扇。特别地，叶轮风扇可以包括多个径向延伸的叶片和毂盘(hub)，多个叶片分别围绕毂盘均匀分布。叶轮风扇可以进一步包括位于毂盘内的阻碍件(interrupter)，所述阻碍件用于偏转(deflecting)毂盘前面的流体束。
根据特定的方面，供给到给料组件中的物料的体积与旋风室内空气的体积之比可以≤40％。如果供给到给料组件中的物料的体积超过旋风室内空气体积的40％，那么旋涡流体束内产生的旋涡可能会瓦解并丧失处理能力。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是8nm-100μm、15nm-50μm、25nm-25μm、30nm-20μm、50nm-10μm、75nm-5μm、100nm-800nm、150nm-700nm、200nm-600nm、300nm-500nm、400nm-450nm。更特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸是20-100μm。本领域技术人员能够理解的是，平均颗粒尺寸取决于尺寸已减小的物料将被使用的应用领域，以及尺寸已减小的物料的最终用途。例如，对于煤而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的煤的平均颗粒尺寸可以是50-100μm。对用于化妆品制备中的氧化锌而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的氧化锌的平均颗粒尺寸可以是20-40nm。
对本发明的目的而言，物料的平均颗粒尺寸是指大多数基础上的物料平均颗粒尺寸。物料的颗粒尺寸可以定义为物料的最大尺寸(dimension)。可以使用适合用于确定颗粒尺寸的任何标准方法。例如，可以使用Mastersizer2000颗粒尺寸分析仪(Malvern仪器有限公司)来确定颗粒尺寸。颗粒尺寸分布可以通过任何适宜的方法来确定。例如，可以使用ASTM C136或ASTMC117中所述的方法通过筛分来确定细小的和粗糙的聚合物的颗粒尺寸分布。例如，将包括尺寸已减小的物料的大量样品通过一组筛子进行筛分，每个筛子尺寸有变化。所述筛子可以是标准筛。将大量样品通过筛子堆进行筛分，以通过称量存留在每个筛子上的物料的重量来确定颗粒尺寸分布。
本发明的第二方面是根据上述方法的用于减小物料尺寸的装置。该装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；以及
-用于将物料供给到旋风室的给料组件。
用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备可以是任何适宜的设备。用于产生旋涡流体束的设备的示例包括风扇。
根据特定的方面，所述设备可以是叶轮风扇。特别地，叶轮风扇可以包括多个径向延伸的叶片和毂盘，多个叶片分别围绕毂盘均匀分布。叶轮风扇可以进一步包括位于毂盘内的阻碍件，用于偏转毂盘前面的流体束。
所述装置可进一步包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制通过给料组件供给到旋风室中的物料的量。所述计算机控制系统还可以控制旋风室中的流体的量。所述计算机控制系统还可以控制加入到旋风室内的至少一种粘度改性剂的量。特别地，所述计算机控制系统能够监测水头损失和旋流空气(流体)速度，对任何特定系统的几何结构而言，水头损失和旋流空气(流体)速度是对通过给料组件供给到旋风室中的物料的运动粘度的直接度量。
如上所述，至少一种粘度改性剂的添加可以是至少一种粘度改性剂的受控添加。至少一种粘度改性剂的添加可以通过计算机控制系统进行控制。例如，在运动粘度(ν)处于预定范围之外这样的情况下，计算机控制系统可以检测到旋风室内旋涡流体束的运动粘度(ν)的变化。在雷诺数处于预定范围之外这样的情况下，计算机控制系统可以检测到旋风室内旋涡流体束的雷诺数的变化。计算机控制系统将因此促使至少一种粘度改性剂的受控添加，以使运动粘度(ν)返回到预定范围内。因此，计算机控制系统能够有助于改善旋风室内旋涡流体束的流动性、稳定性和持续性。
以下对所述装置的不同部分给出了更详细的说明。
根据第三方面，本发明提供了用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；以及
-在旋风室内提供旋涡流体束，
其中所述旋涡流体束具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度(ν)。
根据特定的方面，旋涡流体束的雷诺数可以是4×103-1×108。
所述方法可以进一步包括将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤。如上所述，就本发明的目的而言，可以使用任何适宜的粘度改性剂。添加至少一种粘度改性剂的步骤可以在通过给料组件将物料供给到旋风室中的步骤之前或之后进行。将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可以在为旋风室中提供旋涡流体束的步骤之后进行。将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤可重复一次以上。特别地，在用于通过给料组件供给到旋风室中的物料的尺寸减小方法中，可以重复地进行添加至少一种粘度改性剂的步骤。
根据特定的方面，当旋风室中的旋涡流体束具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度(ν)时，流动情况得到优化，并且可以高效地减小物料的尺寸。然而，当尺寸待减小的物料被加入到旋风室中时，会改变流体动力学，并且因此改变旋涡流体束的运动粘度(ν)。
相应地，旋涡流体束的运动粘度(ν)可以由于添加至少一种粘度改性剂而被改变。例如，当加入至少一种粘度改性剂时，可以改变旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)，而使运动粘度(ν)满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s。
至少一种粘度改性剂的添加可以是至少一种粘度改性剂的受控添加。至少一种粘度改性剂的添加可以使旋风室内的旋涡流体束的运动粘度(ν)得到更好的控制，从而改善旋风室内旋涡流体束的流动性、稳定性和持续性。可以添加任何适宜量的粘度改性剂。特别地，粘度改性剂的添加量可以根据运动粘度(ν)而定。更特别地，至少一种粘度改性剂的添加量可以根据使旋涡流体束的运动粘度(ν)达到1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s所需要的量来确定。根据特定的方面，粘度改性剂的添加量可以根据尺寸待减小的物料来确定。例如，如果物料很大和/或很潮湿，那么就要增加加入到旋风室内的粘度改性剂的量。粘度改性剂的添加可以促进物料的处理。
根据特定的方面，所添加的至少一种粘度改性剂的量可以根据使旋涡流体束的雷诺数达到4×103-1×108所需的量来确定。
根据特定的方面，尺寸待减小的物料在经过处理后也可作为协同添加剂与至少一种粘度改性剂一起使用。特别地，尺寸已减小的物料可以与至少一种粘度改性剂一起加入。例如，如果褐煤已被处理且尺寸减小至5nm-100μm，那么当对原煤进行处理时可以加入一些这样的物料来改变粘度。
向旋风室内提供旋涡流体束的步骤中所使用的设备可以是能够提供旋涡流体束的任何适合的设备。根据特定的方面，该设备可以位于旋风室的截头圆锥部分末端处所形成的开口中。在前面给出了能够提供旋涡流体束的设备的示例。
根据特定的方面，所述设备可以是叶轮风扇。特别地，叶轮风扇可以包括多个径向延伸的叶片和毂盘，多个叶片分别围绕毂盘均匀分布。叶轮风扇可以进一步包括位于毂盘内的阻碍件，用于偏转毂盘前面的流体束。
根据特定的方面，供给到给料组件中的物料的体积与旋风室内空气的体积之比可以≤40％。如果供给到给料组件中的物料的体积超过旋风室内空气体积的40％，那么旋涡流体束内产生的旋涡可能会瓦解且失去处理能力。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是8nm-100μm、15nm-50μm、25nm-25μm、30nm-20μm、50nm-10μm、75nm-5μm、100nm-800nm、150nm-700nm、200nm-600nm、300nm-500nm、400nm-450nm。更特别地，在物料已经过尺寸减小之后，物料的平均颗粒尺寸是20-100μm。本领域技术人员能够理解的是，平均颗粒尺寸取决于尺寸已减小的物料将被使用的应用领域，以及尺寸已减小的物料的最终用途。例如，对于煤而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的煤的平均颗粒尺寸可以是50-100μm。对于用于化妆品制备中的氧化锌而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的氧化锌的平均颗粒尺寸可以是20-40nm。
本发明还提供了用于根据上述本发明第三方面方法的减小物料尺寸的装置。该装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；
-用于将物料供给到旋风室的给料组件；以及
-用于监测旋风室内旋涡流体束的运动粘度(ν)的计算机控制系统。
用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备可以是任何适宜的设备。用于产生旋涡流体束的设备的示例包括风扇。
根据特定的方面，所述设备可以是叶轮风扇。特别地，叶轮风扇可以包括多个径向延伸的叶片和毂盘，多个叶片分别围绕毂盘均匀分布。叶轮风扇可以进一步包括位于毂盘内的阻碍件，用于偏转毂盘前面的流体束。
根据特定的方面，用于监测旋风室内旋涡流体束的运动粘度(ν)的计算机控制系统是可以检测旋涡流体束的运动粘度(ν)是否处于预定范围之外的计算机控制系统。所述预定范围可以是1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s。所述计算机控制系统可以检测旋涡流体束的雷诺数是否处于预定范围之外。
计算机控制系统能够监测水头损失和旋流空气(流体)速度，对任何特定的系统几何结构而言，水头损失和旋流空气(流体)速度是对通过给料组件供给到旋风室中的物料的运动粘度的直接度量。特别地，当旋涡流体束的运动粘度(ν)处于预定范围之外时，计算机控制系统能够促使旋风室内流动情况的变化。特别地，计算机控制系统能够促使至少一种粘度改性剂的添加，以使旋涡流体束的运动粘度(ν)和/或雷诺数返回到预定范围内。因此，计算机控制系统能够有助于改善旋风室内旋涡流体束的流动性、稳定性和持续性。至少一种粘度改性剂的添加可以如上文所述。
以下对所述装置的不同部分给出了更详细的说明。
本发明另外的方面是用于减小物料尺寸的装置，该装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；以及
-用于将物料供给到旋风室的给料组件，
其中给料组件的直径与空气入口管的直径之比为0.3-0.5。
特别地，给料组件的直径与空气入口管的直径之比为0.5。这样的比值可以促使最大空气体积与物料体积之比为60∶40。当尺寸待减小的物料是浆液时，给料组件的直径与空气入口管的直径之比为0.35。
所述装置可以进一步包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制通过给料组件供给到旋风室中的物料的量以及旋风室内流体的量。
以下对所述装置的不同部分给出了更详细的说明。
还提供了在上述装置中减小物料尺寸的方法，该方法包括控制供给到给料组件中的物料体积与旋风室内空气体积之比≤40％的步骤。特别地，供给到给料组件中的物料体积与旋风室内空气体积之比≤35％、≤30％、≤25％、≤20％。
根据特定的方面，控制供给到给料组件中的物料体积与旋风室内空气体积之比的步骤可以由计算机控制系统执行。可以使用任何适合的计算机控制系统。例如，所述计算机控制系统可以通过控制由给料组件供给到旋风室中物料的量以及旋风室中空气的量来控制比值。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是8nm-100μm、15nm-50μm、25nm-25μm、30nm-20μm、50nm-10μm、75nm-5μm、100nm-800nm、150nm-700nm、200nm-600nm、300nm-500nm、400nm-450nm。更特别地，在物料已经过尺寸减小之后，物料的平均颗粒尺寸是20-100μm。本领域技术人员能够理解的是，平均颗粒尺寸取决于尺寸已减小的物料将被使用的应用领域，以及尺寸已减小的物料的最终用途。例如，对于煤而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的煤的平均颗粒尺寸可以是50-100μm。对用于化妆品制备中的氧化锌而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的氧化锌的平均颗粒尺寸可以是20-40nm。
本发明的另一方面是用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-在旋风室内提供旋涡流体束；以及
-控制供给到给料组件中的物料体积与旋风室内空气体积的比值，其中所述比值≤40％。
特别地，供给到给料组件中的物料体积与旋风室内空气体积之比≤35％、≤30％、≤25％、≤20％。
向旋风室内提供旋涡流体束的步骤中所使用的设备可以是能够提供旋涡流体束的任何适合的设备。根据特定的方面，该设备可以位于旋风室的截头圆锥部分末端处所形成的开口中。在前面给出了能够提供旋涡流体束的设备的示例。
根据特定的方面，所述设备可以是叶轮风扇。特别地，叶轮风扇可以包括多个径向延伸的叶片和毂盘，多个叶片分别围绕毂盘均匀分布。叶轮风扇可以进一步包括位于毂盘内的阻碍件，用于偏转毂盘前面的流体流束。
所述方法可以进一步包括收集尺寸已减小的物料的步骤。尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是5nm-150μm。特别地，尺寸已减小的物料的平均颗粒尺寸可以是8nm-100μm、15nm-50μm、25nm-25μm、30nm-20μm、50nm-10μm、75nm-5μm、100nm-800nm、150nm-700nm、200nm-600nm、300nm-500nm、400nm-450nm。更特别地，在物料已经过尺寸减小之后，物料的平均颗粒尺寸是20-100μm。本领域技术人员能够理解的是，平均颗粒尺寸取决于尺寸已减小的物料将被使用的应用领域，以及尺寸已减小的物料的最终用途。例如，对于煤而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的煤的平均颗粒尺寸可以是50-100μm。对于用于化妆品制备中的氧化锌而言，在经过本发明的尺寸减小方法处理之后的氧化锌的平均颗粒尺寸可以是20-40nm。
当旋涡流体束的流体动力学特征由于根据本发明任意方面的方法而得以优化时，可以在旋涡流体束内的外部涡流内侧产生反向涡流，从而产生持续的旋涡流体束。外部和内部旋涡的交会处产生湍流边界层。由边界层中旋风室内的物料颗粒之间相互作用导致的强烈破裂使物料破碎成各种不同尺寸的颗粒。主涡流沿一个方向盘旋(spiral)并且携带大多数较粗糙的颗粒，而内部涡流沿相反方向盘旋并携带较细小的颗粒。
此外，随着颗粒移动到较低压力区，物料颗粒中所可能含有的任何水分会迅速蒸发。这种蒸发会足够迅速从而能够进一步破碎颗粒。随着颗粒破碎，更大的颗粒表面被暴露出来且这有利于进一步蒸发。
悬浮的物料颗粒并不围绕旋涡流体束以平滑盘旋(smooth spiral)的方式运动。特别地，大颗粒与小颗粒相互碰撞，并且由于摩擦带电过程(triboelectric processes)产生相反的电荷。较大的颗粒变得带正电，而较小的颗粒变得带负电。
在某处，特别是在旋风室内的低压区域，带有相反电荷的颗粒将会充分地紧密接近使得静电场具有足够的影响而使它们之间的空气电离。依赖压力，这会导致电晕或辉光放电等离子体(glow discharge plasmas)的形成。
在大气压下，干燥空气中的击穿电压为30KV/cm。在较低压力和较高湿度水平下，击穿电压会显著降低。此外，由于电场强度与颗粒半径成反比，较小颗粒的击穿电压更低。因此，随着颗粒的尺寸不断减小，电离过程变得更加容易和更加频繁。
因此产生了静电放电(Electrostatic discharges)并且可以将发射高频射电波(transmit high frequency radio wave)用于监测尺寸减小的方法和用于反馈控制。
在图1中示出了根据本发明的装置的实施方式。所述装置100包括叶轮抽吸扇(impeller suction fan)5和旋风室4。旋风室4大致为圆筒形并且使其纵向轴线沿叶轮抽吸扇5的旋转轴设置。叶轮抽吸扇5被可旋转地支撑在壳体(housing)6中。叶轮抽吸扇5产生旋转并进行空气的抽吸。
叶轮抽吸扇5被锁定在驱动轴(未示出)的一端，所述驱动轴由安装在壳体6后方的通道支座(tunnel bearing)9支撑。驱动机构(drive train)10被紧固在轴的另一端。驱动机构10为装置100提供动力。在运行时，驱动机构10被可变速的马达、内燃机或任何机械驱动器12驱动。叶轮抽吸扇以典型的速度90-250m/s运行。但是，本领域技术人员能够理解的是，对本发明的目的而言可以使用任何适当的速度。特别地，叶轮抽吸扇的速度可以根据被处理物料的运动粘度而定。叶轮抽吸扇的速度可以对应于物料的破碎度而变化。驱动机构10被固定在台架(bench)11上。可以在台架11上加衬垫(cushioned)。
旋风室4的一端以与其接合的方式与空气入口管3配接。旋风室4的另一端端接于具有开口(未示出)的截头圆锥部分4a。
例如通过焊接固定旋风室4，从而壳体6的开口与截头圆锥部分4a的嘴部(mouth)重合。这样叶轮抽吸扇5的入口能够部分地延伸到旋风室4的截头圆锥部分4a内。特别地，壳体6的内宽比叶轮抽吸扇5的宽度宽约5cm。
用于接收尺寸待减小物料的给料组件2安装在空气入口管3上邻接其开口端3a并且部分延伸到空气入口管3中。对本发明的目的而言，可以使用任何适宜的给料组件。待减小的物料通过给料组件2供给，随后进入空气入口管3。空气和物料在进入旋风室4之前穿过空气入口管3。在空气入口管3的开口端3a处空气入口管3还与定子(stator)1连接。定子1为卵形聚合点(egg-shaped focal point)，能够使在旋风室4内的旋涡流体束中产生的涡流的尾部聚合。
在装置100的运行期间，给料组件2能够调节通过给料组件2所供给的物料的体积与旋风室4内的流体体积之比。这可以通过给料组件2的直径与空气入口管3的直径之间的关系来控制。
装置100还包括排出管道8。空气和物料在穿过旋风室4之后通过排出管道8。通过排出管道8的空气和物料会被引导至收集和出料区(collectionand disbursement area)。
叶轮抽吸扇5包括多个径向延伸的叶片5a。优选地，叶片5a的数量为8-12个，根据待粉碎物料的类型而定。用较多数量的叶片5a来获得从排出管道8排出的平均颗粒尺寸减小较大的物料，而用较少数量的叶片5a来获得从排出管道排出的更干燥的物料。叶片5a可以形成于并且进一步涂覆有高度耐磨材料层，以保护叶片5a不受到金属污染，同时也提供缓冲以保护脆性颗粒(brittle particles)，如从金伯利岩矿石中释放出来的金刚石(diamonds)，从而使大的金刚石完整无缺，否则它们会被压碎。
各个叶片5a都偏离叶轮的半径3-10°的角度。角度越大，越适合将装置100应用于需要更多地降低通过给料组件2所供给的物料水分的情况。角度越小，越适合应用于需要更多地减小通过给料组件2所供给的物料尺寸的情况。叶片5a围绕毂盘(未示出)均匀地间隔开。毂盘容纳叶片5a并固定在驱动轴上。每个叶片5a都基本上是凹形的(concave)，每个叶片5a的凹形都朝向叶轮抽吸扇5的旋转方向。
阻碍件13可以装配在毂盘朝向轮抽吸扇5入口的前侧的中心孔内。阻碍件13是不规则形状的物体锁紧螺母，将叶轮抽吸扇5锁定到驱动轴上。阻碍件13可以包括安装在中心脊(central spine)上的圆盘。所述脊可以带有螺纹(screw-threaded)，使得阻碍件13能够被螺旋固定到毂盘的中心孔内。阻碍件13阻碍毂盘正前方的静止流体。阻碍件13具有的直径大致等于毂盘的直径。特别地，阻碍件13的中心直径大致等于毂盘的直径。
可以通过计算机辅助设计来进一步优化叶轮叶片5a的定向和设计，并且可以进一步做动态调整以弥补叶片的任何磨损。特别地，可以通过由特定产品创建的计算流体动力学分析磨损模型(computational fluid dynamicsanalysing wear patterns)并且重新设计叶片来调节叶片的弯曲度，从而给出抗磨损的最优自由度。
装置100还包括涡形管(scroll)7，所述涡形管(scroll)7为壳体内的多角度螺旋形蜗壳，壳体与空气入口管3共同决定了装置100含有和排出的空气体积。根据特定的实施方式，壳体6包括具有总体积与叶轮抽吸扇5的直径成比例的涡形管7，从而相对于叶轮抽吸扇5每300mm的直径，涡形管7的体积应为0.120-0.177m3。特别地，相对于叶轮抽吸扇5每300mm的直径，涡形管7的体积可以是0.150m3。
涡形管7可以以螺旋的形状从排出管道8的内壁延伸到排出管道8的外壁，从而创建装置100的总空气体积容量。
根据特定的实施方式，排出管道8的排放区域大约是涡形管7的体积的35％。排出管道8在涡形管7的端接处与壳体6相连。
可以通过将外部产生的频率引入旋涡流体束，例如通过扬声器(speaker)或电动给料的方式，来进一步改进物料的粒化和干燥。对于以5760rpm运转的风扇，典型的频率为25-28Hz、57.6Hz、576Hz。可以通过引入大约为42.7Hz的频率来增强水的分离。
装置100还可以包括计算机控制系统(未示出)。计算机控制系统可以保持和/或监测装置100的运转。特别地，计算机控制系统可以在尺寸待减小的物料被供给到装置100中时保持和/或监测运转的持续性。更特别地，计算机控制系统可以监测旋风室4内的旋涡流体束的运动粘度(ν)和/或雷诺数，和/或供给到给料组件中的物料的体积与旋风室4内的流体体积之比。
根据特定的实施方式，空气入口管3的长度为叶轮抽吸扇5的直径的200-240％。更特别地，空气入口管3的长度大约是叶轮抽吸扇5的直径的220％。
根据另一个特定的实施方式，空气入口管3的宽度大约是叶轮抽吸扇5的直径的33％。
另一个特定实施方式提供的是定子1的尺寸是可以变化的，以便对通过给料组件2供给的相同输入物料产生不同的处理结果。例如，当使用较小的定子1时，通过排出管道8的物料的最终平均颗粒尺寸要比使用较大的定子1时的更大。特别地，定子的直径不应超过空气入口管直径的50％。
根据特定的实施方式，旋风室4的长度为空气入口管3长度的65-85％、70-80％、75-78％。更特别地，旋风室4的长度为空气入口管3长度的70％。
根据另一个特定的实施方式，旋风室4的宽度沿从叶轮抽吸扇5的宽度至空气入口管3的宽度的长度上减小。
根据特定的实施方式，叶轮抽吸扇5的直径可以是空气入口管3宽度的三倍。叶轮抽吸扇5的叶片5a可以定位成从叶轮抽吸扇5的毂盘到固定环，与叶轮抽吸扇5的旋转轴成45°角。另外，叶轮抽吸扇5的宽度可以是叶轮抽吸扇5的直径的三分之一。
装置100可以按比例确定成任何尺寸，只要所有部件的比值都保持成比例并且在装置100的运转期间可以提供充足的动力。
在运行时，将马达12加速至通过调整装置到物料的自然共振频率而达到粒化特定物料的最优状况的速度。驱动机构10及其控制是至关重要的。必须要为将在旋风室4中形成的旋涡流体束提供充足的动力。还得在尺寸待减小的物料通过给料组件2供给到旋风室4中时增加马达12的动力，从而使得旋风室4中旋涡流体束内形成的旋涡不瓦解。
可以通过根据本发明任意方面的装置来粒化的物料类型涵盖金属矿石(metal ores)、玻璃、塑料、煤、褐煤、石油焦炭(petroleum coke)、迈作脆石(mezotrace)、油页岩、石膏板(drywall)、灰分(ash)、肥料(manure)、污泥(sewage sludge)、盐晶(salt crystal)、矿质和含矿砂(mineral and orebearing sand)、化肥(fertilizers)、水泥原料(cement raw materials)、黑砂、谷物如大豆、玉米、燕麦、大麦、高粱(milo)和大米。
根据本发明任意方面的装置可以用于减少多种物料如湿黏土(wetclay)、纸浆、褐煤、磷酸盐、硫酸盐、鱼和骨头的水分含量来生产细干粉末。本发明的装置对干燥含水量高达50％的着色糕点(pigmentation cake)也是很有用的。采矿泥浆(mining slurries)可以被干燥以粉末形式干燥或充分脱水以用于提取金属的化学处理。
待减小尺寸的物料被供给到给料组件2中，并进入空气入口管3。然后物料穿过空气入口管3并进入旋风室4中由叶轮抽吸扇5所产生的旋涡流体束通道。因为旋涡流体束内的旋涡携带的调谐谐振(tuned harmonics)，所以物料在进入叶轮抽吸扇5之前在旋风室4内被破碎，并被旋涡流体束吸入叶轮抽吸扇5的入口。
然后物料进入排出管道8，并离开装置100进入收集和出料区。排出管道8的尺寸可以变化，以调整通过装置100的流体。
依靠本领域熟知的任何适宜的方法将已经通过排出管道8离开装置100的物料根据平均颗粒尺寸进行分类。可以将平均颗粒尺寸比所期望的大的物料通过给料组件2进入旋风室4而返回到装置100中以进行再处理。
如上所述，可以安装计算机控制系统。在正常运行期间，几乎没有负载(load)，特别是如果使用DC恒力矩马达来驱动叶轮抽吸扇5。因此，可以设置传感器来检测任何的负载增加，例如由于大颗粒撞击叶轮抽吸扇5，而促使切断开关并制动。
传感器能够可选地，尤其是检测运送中的大颗粒如金刚石，并执行相同的功能。传感器还可以用于检测排出管道8中的大颗粒，并增加叶轮抽吸扇5的速度以确保物料被精细地粒化。
计算机控制系统还可以检测旋风室4中旋涡流体束的运动粘度(ν)的变化。根据特定的实施方式，如果旋风室4中旋涡流体束的运动粘度(ν)落到预定范围之外，那么计算机控制系统就会促进旋风室4中流动状况的变化。特别地，计算机控制系统能够促使至少一种粘度改性剂添加到旋风室4中，以使旋风室4中旋涡流体束的运动粘度(ν)返回到预定范围内。如上所述，对本发明的目的而言，可以使用任何适宜的粘度改性剂。
计算机控制系统还可以检测通过给料组件2供给的物料体积与旋风室4中的流体体积之比的变化。如果比值超过了预定值，那么计算机控制系统就通过改变叶轮抽吸扇5的速度来调整存在于旋风室4中的流体量和/或经由给料组件2供给到旋风室4中的物料量。特别地，如果经由给料组件2供给到旋风室4中的物料的体积超过旋风室4内空气体积的40％，那么旋风室4中旋涡流体束内的旋涡会瓦解。根据特定的实施方式，经由给料组件2供给到旋风室4中的物料的体积与旋风室4内的空气体积之比≤40％。
根据本文的公开内容，对本领域的技术人员而言，全部在所附权利要求的保护范围内的所述实施方式的修改和其他实施方式都变得显而易见了。根据本发明任意方面的装置的不同部分的设置与通过引用并入本文的现有技术如WO 98/35756、US 7,500,830、WO 03/006166等中所述的装置相似。
前面已对本发明进行了大体上的描述。参考下面的实施例将会更容易地理解本发明，且以下实施例是以说明为目的的，并不旨在限定本发明。
实施例
实施例1
下面的实施例举例说明了确定在什么运动粘度(ν)的适宜范围内执行根据本发明任意方面的方法。
穆迪图(Moody Diagram)可以用Colebrook White方程式来表示：
f - 1 / 2 = - 4 log [ ( k s 3.71 d ) + ( 1.26 f - 1 / / 2 Re ) ] 方程式(1)
其中：
f是摩擦系数(在穆迪图中常以λ表示，其中λ＝4f)；
代表相对管道粗糙度；以及
Re代表雷诺数。
方程式1可用已知值Re和重复求解f。
Re = ud ν 方程式(2)
其中：
u是通过管道的气流(流体)速度；
d是管道的直径；
ν是受处理物料的运动粘度。
ν = μ ρ 方程式(3)
其中：
μ是动力粘度；
ρ是密度。
管道中的压降用方程式(4)表示如下：
ΔP＝hfρg            方程式(4)
其中：
hf是管道中的水头损失；和
g是重力产生的加速度。
用圆形截面管道中湍流的Darcy-Weisbach方程式表示hf如下：
h f = 2 fL u 2 dg 方程式(5)
其中，
L是管道的长度。
在该分析中也使用了一些参数的典型试验数值。特别地，d＝0.305m，L＝1.610m，以及u＝166m/s。
在对流经管道的流体的流体动力学分析中，将作为管道内部粗糙度的量度。然而，对于本分析的目的而言，在处理如颗粒尺寸、形状等过程中，将作为使湍流水平变化的任何参数的量度。
穆迪图示出了可以用于物料处理的湍流的两个不同区域—过渡湍流区(transitional turbulence regions)和完全湍流区(complete turbulenceregions)。可以显示的是，这两个区域具有完全不同的处理特征。
通过改变气流(流体)速度(即通过改变叶轮的速度)对本发明的处理过程进行了控制，以保持优化的压降，并因此保持受处理物料的性质的水头损失。这些物料性质的特征为物料的运动粘度ν，而ν决定了物料的流动特性。
由图2可以看出，在过渡湍流区内，即代表了管道具有平滑的侧壁，具有高v的物料以低雷诺数进行处理，而具有低v的物料以高雷诺数进行处理。图2是通过对方程式1-5进行数学处理而获得的。图2显示出系统是如何在过渡湍流区内处理具有不同(或变化的)运动粘度的物料的。通过改变气流(流体)的速度将水头损失控制在特定的数值，例如87m，能够使运动粘度在三个数量级(orders of magnitude)范围内的物料受到处理。不同运动粘度的物料以不同数值的雷诺数值进行处理，根据保持水头损失所需的速度而定。
特别地，此实施例中的物料是在水头损失约为87m和气流(流体)速度u在100和200m/s之间变化的条件下被处理，以便在物料的运动粘度范围中(三个数量级)保持此hf值。
对于任何给定的物料，可能能够改变物料的运动粘度，以使得在可能受限于流体流速或压降的系统操作条件下更好地进行处理。可以通过很多方法引起v的改变，如通过添加粘度改性剂，因为这会改变物料的动力粘度μ。密度ρ取决于受处理物料的密度、气体/液体的密度，还取决于受处理物料的尺寸和形状。特别地，可以通过改变颗粒/粒子的尺寸以及通过添加表面活性剂后它们的凝聚倾向来改变受处理物料的密度。受处理物料的动力粘度μ和密度ρ的变化会改变其运动粘度v及其在湍流区域中的流动特性。
图3表示在流体流速约为163m/s状态下运行的处理系统。图3显示了对于不同管道粗糙度值的水头损失相对运动粘度的曲线图。管道粗糙度考虑了流体流束中的固体含量以其运动引起的摩擦和湍流作用。图3是通过对方程式1至5进行数学处理而获得的。确定过渡湍流和完全湍流间的边界的线是点的轨迹(locus of the points)，在边界处水头损失不再随运动粘度变化。
可以看出，如上所述改变受处理物料的运动粘度仅在过渡湍流区有效。在完全湍流区，运动粘度的变化不会控制系统水头损失的水平。对于最优的处理能力，不考虑碎化(communition)程度(即摩擦因子)，运动粘度应该处于某范围内以确保处理发生在过渡湍流的环境(regime)中，如图3所示。在此环境中，可以通过改变旋涡流体束的速度控制水头损失来控制受处理物料尺寸减小方法。例如，这可以通过改变叶轮风扇的速度实现。在完全湍流区，这种控制是不可能的。因此，粘度改性剂的使用能够帮助确保所述方法是可控的。
实施例2
来自澳大利亚维多利亚州的褐煤样品被分成两份。一份用上述的装置制备(这份在下文中以“样品A”指代)。第二份(下文中以“样品B”指代)用ASTM D2013-07(制备分析用煤样品的标准方法)中所述的工业标准煤制备研磨方法来干燥和研磨。
两份煤样品都受到如下分析：
a)组分和元素分析(Proximate and Ultimate analyses)-测量水分、灰分、挥发物、硫、氯、总热值(Gross Calorific value)、净热值(Net CalorificValue)；
b)尺寸分析；
c)内在反应性(intrinsic reactivity)；和
d)扫描电子显微镜-能量分散光谱(Energy Dispersive Spectrometry)(SEM-EDX)分析。
以下将详细说明上述各个分析以及它们的结果。
a)组分和元素分析
使用标准ASTM(美国试验材料协会)D3172方法完成组分分析，而元素分析使用ASTM D3176来完成。样品A和B的组分分析和元素分析的结果如下表1所示。结果是典型的具有未处理样品的低级(褐)煤含有高水分含量和低热值。样品A比样品B干燥得多。样品A的灰分含量显然较低，并且显示出较高百分比的有益挥发物。样品A显示出显著较高的总热值和净热值，这能够有利于更高效的燃烧、更好的效能以及更少的由褐煤燃烧产生的温室气体的排放。
表1 中给出了组分分析和元素分析的结果。
  样品A   样品B
  总水分(％)   16.9   44.9
  灰分含量(％)   7   9.3
  挥发物(％)   40.4   26.0
  硫含量(％)   0.46   0.31
  氯含量(％)   0.05   0.030
  总热值(kJ/kg)   21220   13560
  净热值(kJ/kg)   20802   12007
表1：组分和元素分析结果
b)颗粒尺寸分析
使用Mastersizer 2000颗粒尺寸分析仪(Malvern仪器有限公司)完成颗粒尺寸分析。分析所用的方法是Malvern仪器操作者指南中所述的通用分析模式。
两个样品的颗粒尺寸分布具有显著的不同。样品A要细得多，很少有大于50μm的颗粒。两个样品都含有相似的颗粒形态，有一些长形的颗粒，但大多数颗粒具有的纵横比(aspect ratio)小于2。使用Malvern激光衍射颗粒尺寸分析仪(Malvern仪器股份有限公司)获得样品A和样品B的颗粒尺寸，所得的结果分别如图4和5所示。
从不同的线形可以立即明显地看出颗粒尺寸的区别，其中样品A示出了关于平均颗粒直径为约10μm的单一且均匀的分布，如图4中线“A”所示。样品B示出了双峰尺寸分布，波峰位于大约10μm和70μm处，如图5中线“A”所示。图4和图5中的线“B”分别是代表物料的累计百分比，从而可以看出特定尺寸的物料的量。
d50、d10和d90值如下表2所示。d50定义为中间平均颗粒尺寸，而d10颗粒尺寸是10％的具有较小直径的颗粒的直径(因此剩下的90％是较粗糙的)。因此d90的定义是90％的具有较小直径的颗粒的颗粒尺寸，且剩下的10％是较粗糙的。
  样品A   样品B
  d50   9   29
  d10   5   8
  d90   16   110
表2：样品A和B的d50、d10和d90值。
从表2中所获得的结果可以看出，样品A得到的颗粒尺寸分布比样品B小得多。此外，样品A的平均颗粒尺寸也比样品B的要小，表明了更好的样品处理。
c)内在反应性
内在反应性是煤与氧气反应而燃烧生成二氧化碳CO2的容易程度的度量。对本发明的目的而言，通过热重量分析(Thermal Gravimetric Analysis)(TGA)测量内在反应性。在此试验中，将已称重的煤样品以固定的速率(10℃每分钟)在空气中加热，并检测重量损失率，生成曲线。样品A和B的TGA线形如图6所示。
样品A显示出比样品B要燃尽得快，并且在图中约400℃处产生不寻常的峰。样品B的温度峰值和燃尽温度比样品A的明显要高。温度峰值是产生最大重量损失率处的温度。燃尽温度是认为燃烧基本完全处的温度，并且定义为重量损失率＜0.1％/min。随着反应性下降，温度峰值和燃尽温度都将增加。
根据图6可以看出，样品A产生的结果比样品B要好。更可取的是具有较低的温度峰值和燃尽温度，因为证明了煤的活性更高。另外，较低的温度峰值会导致煤燃烧释放更低的NOx，并且还减少了灰分中的碳含量。
d)SEM-EDX分析
利用SEM-EDX分析来确定碳与氧之比。SEM/EDX提供了所选择区域的表面所具有的元素组成的图形表示(pictorial representation)。该技术可感知大约为0.1wt％的元素，并且能够根据所用电子束的能量以及样品的平均原子数探测0.2-8mm的深度。对本实施例的目的而言，SEM-EDX分析所遵循的方法如MJ Walzak et al，The Use of XPS，FTIR，SEM/EDX，ContactAngle，and AFM in the Characterization of Coatings，Journal of MaterialsEngineering and Performance，7(3)：317-323，1998中所述。
所得结果如下表3所示。
  重量％   原子量％
 样品A平均值   2.29   3.05
 样品B平均值   2.36   3.15
表3：SEM-EDX分析结果
重量％是以质量为基准的，而原子量％是基于原子量。
从SEM-EDX分析显示出两个样品之间的碳与氧之比有所不同，这将因为氧的比值增加而导致更加完全的燃烧。
实施例3
取来自澳大利亚昆士兰的铝土矿原料(Bauxite material)的样品，其水分含量为16％。测试了对样品添加粘度改性剂的效果。所选粘度改性剂为温度大约为50℃的热空气和水的喷雾。环境温度和湿度分别为26℃和30％。
然后通过添加热源继而重复加湿来进行测试。
1.基准测试，没有水或热源加入：样品的水分减至7％。
2.将热空气加入到进气口：样品的水分减至9％。
3.将喷雾加入到进气口：样品的水分减至4％。
实施例4
褐煤主要由芳环组成，芳环排布形成复杂、刚性、网格状的微观结构，该微观结构带有可以捕捉大分子的孔洞(voids)。褐煤具有高表面积和高孔隙度，能够容易地吸收有机物。其还含有一些脂肪族物质，例如，表面由固体石蜡和化学活性有机物组成。
腐殖酸盐，包括腐殖酸，自然生成于褐煤、其它煤、苔藓(mosses)、土壤等中。它们是复杂的、浓缩的有机酸，它们能通过直接的化学作用与催化微生物活动的结合将碳氢化合物物质包括烃油(hydrocarbon-oils)，分解成较小的有机分子，如脂肪酸、氨基酸和糖。一旦它们进入食物链还会显示出生物学与药理学特性。这些较小的分子是褐煤和石油中存在的固有石油消化细菌的食物。这些细菌能够正常繁殖，但由于腐殖酸盐和氮的存在使得增殖大幅增加。
细菌最终会消耗掉所有存在的碳氢化合物物质。然而，通过提高腐殖酸盐的活性能够极大地促进这个过程。也可以通过将大量特异的石油降解细菌(如阪崎肠杆菌(Enterobactor Sakazakii))加入吸收介质中来加速此过程。
已经知道有些细菌对石油修复(oil remediation)是有益的。但是，由于它们厌恶盐水，因此它们对修复被石油污染的陆地比海洋石油溢出更有效。作为石油吸收介质，如天然含有丰富的腐殖酸盐的褐煤和苔藓，不需要另外添加细菌。
众所周知，腐殖酸盐能够通过吸收碳氢化合物以及增强的生物降解和分解过程加强石油污染的修复。腐殖酸盐是天然有机碳循环的成员，被认为对环境是温和的。它们通过刺激和催化固有微生物的生长来引发和促进生物修复，所述微生物的生长能够消耗碳氢化合物，并将其转化成有益的水生及土基养分。由于腐殖酸盐是在环境中天然形成的，因此以腐殖酸盐为基础的修复具有重大的优越性。
通常，消耗石油的微生物利用水中的氧生存，这就导致了“死区(deadzones)”(死区是由于高浓度的氮和氧的缺乏引起的)的产生。但是，腐殖酸盐富含氮，使得在分解碳氢化合物的过程中产生氧，而后氧被排泄到水中。在分解阶段会持续排出氧，这最终会导致石油被转化成糖、脂肪酸和氨基酸。这些物质是植物的养料并且是分解过程的最终产物。然后他们被动植物再次吸收到生态系统中。
腐殖酸盐与碳氢化合物发生相当剧烈的化学反应，正如有机酸发挥降解坚硬细胞壁和粘性物质的作用一样。这些天然化合物是由活细胞的内部液体自然形成的。当细胞缺氧而死亡时，内部液体变成有机酸。腐殖酸盐是这些酸的浓缩形式，这些酸不能与石油碳氢化合物或者植物内的细胞结构区分开。当这些物质相互接触时，酸就开始分解过程。
因此进行了实验来检验褐煤作为吸附材料从水中去除烃油并将其转化成养分的效力。另外还进行了实验来评估所述材料的性质及其毒性。
来自澳大利亚维多利亚州的褐煤样品被分成两份。一份是由如上所述本发明的方法制备的(这份在下文中以“份A”指代)。第二份褐煤(在下文中以“份B”指代)使用ASTM D2013-07(制备分析用煤样品的标准方法)中所述的工业标准煤制备研磨方法来干燥和研磨。
实验(a)至(f)中的每一个都在室温和正常大气压下完成。
(a)褐煤的水溶性比较
分别将份A和份B的20克褐煤加入盛有300mL海水的单独容器中。然后搅拌混合物。
观察到份A的褐煤在搅拌前后都不能被润湿。此外，发现褐煤颗粒漂浮在水面上。另一方面，份B的褐煤吸水变湿并且观察到颗粒发生絮凝并沉到容器的底部。
因此可以总结出，使用本发明装置进行处理的褐煤变得疏水，这与使用标准煤制备研磨方法来干燥和研磨而保持亲水的褐煤相反。
份A褐煤的这种改变的性质会对更多的用途有益。例如，份A的褐煤颗粒表面的疏水性和改变的特性(呈现出显著更高的表面电荷)可以从褐煤中高效地去除灰分。本领域的技术人员知道的是，细小的灰分微粒与细小的褐煤颗粒呈现出不同的表面电荷，可以使用静电沉降器或磁力分离器将其高效地去除。
褐煤颗粒的均匀颗粒尺寸分布和疏水的性质也使其能够利用标准泡沫浮选法(standard froth flotation methods)来有效去除灰分，所述标准泡沫浮选法使用了表面活性剂。由于褐煤颗粒的独特的疏水特性，只需要很小浓度的表面活性剂就可以使用泡沫浮选法将灰分颗粒与褐煤分离。这些方法是本领域的技术人员所熟知的。也可以利用离心力将灰分和褐煤从含有水与表面活性剂的混合物中分离出来。使用这些本领域技术人员已知的方法，褐煤的高疏水特性与均匀的尺寸分布以及很小的颗粒尺寸能够提高灰分的去除率和褐煤的可回收量。
灰分分离另外的示例是在高速搅拌器中将疏水的褐煤混入水混合物中。加入少量的油，且褐煤将会被分离到油相中，剩下的灰分在水相中。然后褐煤可以被过滤出来。
(b)与海水和烃油混合时的褐煤作为吸附剂的比较
将10g来自澳大利亚的中等粗烃油加入到两个单独的含有300mL海水的容器中。将5g份A的褐煤加入到一个容器中，并且将5g份B的褐煤加入到另一个容器中。搅拌每个容器中的混合物。
观察到在数分钟内，份A的褐煤整合成油状外观(oily-appearance)和膏状的物质。份A的褐煤开始吸收油。大约40分钟后，份A的褐煤不再能从新形成的物质中分辨出来。更进一步，褐煤看起来与油是同质的(homogeneous)。几个小时后，所述物质形成球形物，球形物开始脱离石油基质(oil matrix)，然后球形物沉到容器底部。72小时之内，容器中的水变清，且观察不到油的存在。油似乎被包封在球形物中处于容器的底部。当过滤容器中的混合物时，球形物摸起来是坚固的。在压力作用下球形物不沥出油。
另一方面，即使在搅拌数小时后，份B的褐煤看起来只吸收了很少或没有吸收油。一些颗粒发生了絮凝并沉到底部。在海水的表面上仍然可以看到油。当将容器中的混合物移出并过滤时，份B的褐煤颗粒不含油。此外，当干燥褐煤颗粒时，大多数颗粒像它们刚被加入到容器中时那样处于相同的粉末状态，而有些颗粒凝聚成团。
因而可以得出结论，份A的褐煤是有效的吸附剂。能够通过吸收和化学吸附作用将油从海水中去除。油既存在于份A的颗粒内也与颗粒的表面以化学键结合。
(c)与海水和有毒分散剂混合时的褐煤作为吸附剂的比较
将250mL海水加入两个单独的容器中并与20mL轻低硫原油(light sweetcrude oil)(西德克萨斯中质原油)混合形成80000ppm的浓度。将1mL CorexitEC9527A(Nalco)加入海水和油的混合物中。然后振荡容器。随后，将15g份A的褐煤加入一个容器中，而将15g份B的褐煤加入另一个容器中。然后再次振荡容器。96小时后，使用液体溶剂萃取处理将两个容器中的混合物进行过滤，以萃取出水中的剩余油。然后利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)来确定油的浓度。
将Corexit EC9527A加入水中来复制海洋溢油的情况。这种分散剂含有丙二醇、2-丁氧基乙醇和琥珀酸二辛酯磺酸钠。2-丁氧基乙醇被认为是涉及1989年Exxon Valdez溢油清理工人所遭受健康问题的偶发诱因(casualagent)。
观察到份A的褐煤开始产生毛细作用(wick)，并在数分钟内吸收混合物。含有份A的褐煤混合物的颜色变成更暗的颜色，随后变成油状外观。而后开始形成膏状的物质。大约40分钟后，份A的褐煤不再能从新形成的物质中分辨出来，并且看起来与混合物是同质的。在数小时内，新形成的物质形成球形物，球形物开始脱离石油基质。这些球形物沉到容器底部。96小时之内，容器中的水变清，且观察不到油的存在。油似乎被包封在已沉于容器底部的球形物中。FTIR分析显示混合物中的油浓度小于500ppm。
另一方面，即使在搅拌数小时后，份B的褐煤看起来并未吸收任何油。褐煤絮凝并沉于容器底部而油仍然明显地处于水面上。FTIR分析显示样品的油浓度为75000ppm。
因而可以得出结论，Corexit分散剂不会抑制使用份A的褐煤从受到油污染的海水中去除油。
(d)与海水和有毒分散剂混合时的褐煤作为吸收剂
将250mL海水加入容器中并与20mL轻低硫原油(西德克萨斯中质原油)混合形成10000ppm的浓度。将1mL Corexit EC9527A(Nalco)加入海水和油的混合物中。然后振荡容器。随后，使混合物通过含有份A的褐煤的重力供料过滤柱(gravity fed filtration column)。然后收集混合物并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)进行分析。
观察到份A的褐煤开始产生毛细作用，并在数分钟内吸收混合物。而后开始形成膏状的物质。大约40分钟后，份A的褐煤不再能从新形成的物质中分辨出来，并且看起来与混合物是同质的。在数小时内，新形成的物质形成球形物，球形物开始脱离石油基质。这些球形物沉到容器底部。96小时之内，容器中的水变清，且观察不到油的存在。油似乎被包封在已沉于容器底部的球形物中。FTIR分析显示混合物中的油浓度小于2ppm。
这个实验证实了以前的发现，即利用由本发明装置和/或方法处理过的褐煤可以将Corexit分散剂与油一起从被油污染的海水中去除。
(e)吸收原油中存在的挥发性有机化合物(VOCs)的褐煤表面和微孔特征评估
在紧密接近溢油的区域中，工人的主要担忧是暴露于VOCs中，原油含有VOCs如苯、二甲苯和甲苯。这些VOCs易于挥发。然而，暴露于这些物质中会导致红白血细胞数的降低、头痛、恶心、眼睛疾病(ophthalmicdisorders)和神经性副作用(neurological side effects)。已经发现苯暴露(benzene exposure)与白血病相关。原油中含有0.3％到1％的苯。
将份A和份B的褐煤加入含有海水、Corexit EC9527A(Nalco)、轻低硫原油(西德克萨斯中质原油)的单独烧瓶中。然后使用磁力搅拌器混合每个烧瓶中的混合物。然后在混合物中通入空气来使VOCs从油中释放。而后使VOCs被吸收到含有活性炭的碳取样管(carbon sample tube)中并通过气象色谱进行分析。然后用己烷将两个碳取样管解吸并通过气象色谱进行分析。以实验室标准的峰面积计算VOC的浓度。
观察到在90分钟内，含有份A的褐煤的混合物中的苯水平表现为VOCs可复验地比含有份B的褐煤的混合物少93％-95％。
(f)褐煤中所含腐殖酸盐对烃油吸收的作用
将份A和份B的褐煤加入含有海水和轻低硫原油(西德克萨斯中质原油)的单独烧瓶中。然后将每个烧瓶中的混合物搅拌3分钟。然后将所得膏体(paste)加入海底沉积物(sea floor sediment)中。然后使用经空白和单校准标准校准过的浊度法检测每个膏体的碳氢化合物含量以确定可回收石油碳氢化合物污染的总量。两膏体中的碳氢化合物含量经测定为2000ppm。然后在再次分析前将膏体放置35天。
观察到含有份A褐煤的膏体中的可回收石油碳氢化合物污染的总量经检测为183ppm，而在含有份B褐煤的膏体中的可回收石油碳氢化合物污染的总量经检测为1150ppm。
因此可以得出结论，份A的褐煤显示出意想不到的通过直接的化学作用、微生物刺激作用和催化作用而减少碳氢化合物百分量的能力。似乎显著加速了碳氢化合物及烃油的自然分解过程。
从上述(a)到(f)的实验可以看出，当有机褐煤经过根据本发明任意方面所述的方法时，改变了褐煤的分子结构并且修饰了颗粒的表面特性。特别地，褐煤通常的高反应性、富含碳氢化合物的表面变得更加碳质(morecarbonaceous)且具有改进的性质，能够以非同寻常的速率吸引、吸收并消耗碳氢化合物与烃油。由于在尺寸减小方法的中，除去了高百分比的水分，因此褐煤还被活化。此外，通常亲水的褐煤形成了疏水的、高表面积的颗粒。疏水的褐煤也是亲脂的，因为褐煤具有高得多的亲油性以及吸收碳氢化合物而排斥水的极大倾向。
因为在本方法的过程中水分从颗粒中被除去，所以经本发明方法处理的褐煤颗粒具有较低的水分含量。作为水分去除的结果，褐煤的空洞结构变大了。这使得表面化学性能增强且更大的表面积能够使褐煤通过毛细作用在接触时迅速吸收碳氢化合物。经过处理的褐煤颗粒以高保持力将油包封住，保持力强到即使压缩也不会使油沥出。
当褐煤颗粒经本发明的方法处理时颗粒经历的处理过程产生的结果是发生氧化反应，使得褐煤中存在的腐殖酸盐量迅速增加。腐殖酸盐的主要功能是引起有机物质降解、金属的螯合及催化微生物的活动。
此外，经本发明方法处理的褐煤对于去除重金属如铅、镉、铬、钴、锰、镍、铜、锌等，除此之外，还有放射性核物质(radionuclides)如铈、铯、铀和锶是有利的。
结论
已经证明了粘度改性剂的加入会使物料被更好地减小，并且具有更窄的颗粒尺寸分布。还已经证明了在尺寸减小的处理过程中将水作为粘度改性剂加入尺寸待减小的物料中能够出乎意料地且与直觉相反地产生更干燥的产品。
这些效果可以通过旋风室内流动状况的改善而得到解释，所述旋风室内流动状况的改善是添加能够改变旋风室内流体运动粘度的粘度改性剂的结果。随之发生的雷诺数的优化能够使尺寸待减小的物料在旋涡流中的停留时间增加，继而使其更多地受到破碎物料的剪切力作用，由此减小它们的尺寸和释放更多的存留水分。
此外，已经知道潮湿空气主要成分的电离能够产生一系列的自由基和具有反应活性的气体种类，包括臭氧和过氧化氢。风沙和尘暴中生成的巨大电场会产生能量充沛的电子，这些电子会催化潮湿空气中过氧化氢和臭氧(两者都是强氧化剂)的生成。
在与以涡流为基础的处理系统相关的现有技术中没有提及过颗粒的摩擦带电。此外，没有提及过利用和控制这种作用来改进旋风室中受处理物料的性质。
等离子体是高反应性的化学环境，因而空气和水蒸气摩擦带电和随之电离而形成的过氧化氢和臭氧都能够被用于使旋风室中受处理的颗粒的表面发生化学改性。此外，优化雷诺数也可以被用于控制空气和水蒸气的电离。具有反应活性的或无反应活性的气体也可以被引入到旋风室中。
例如，当使用如上所述任意实施方式的装置和/或方法进行处理时，有益地改变了褐煤的性质。褐煤通常是非常亲水的，但是当根据本发明任意方面的方法和/或装置使其尺寸减小时，褐煤的最终产品变得非常疏水，这是有利于能源工业中的进一步处理所期望的状态。另外，通常易于自燃的同一物料在经过根据本发明任意方面的装置处理后变得惰化(inert)而需要点火源来点燃。

Claims (13)

1.一种用于减小物料尺寸的方法，该方法包括以下步骤：
-通过给料组件将物料供给到旋风室中，所述旋风室具有长形圆筒状导管，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-将至少一种粘度改性剂加入旋风室中；以及
-在旋风室内提供旋涡流体束；所述旋涡流体束具有满足1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s的运动粘度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘度改性剂是运动粘度改性剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，供给到给料组件中的物料的体积与旋风室内空气的体积之比≤40％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述旋涡流体束由设备提供，所述设备位于旋风室的截头圆锥部分末端所形成的开口处。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在将该方法施用至物料之后，物料的平均颗粒尺寸为5nm-150μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法在装置中进行，所述装置包括：
-具有长形圆筒状导管的旋风室，所述长形圆筒状导管具有截头圆锥部分；
-用于在旋风室内产生旋涡流体束的设备，所述旋风室的截头圆锥部分端接于形成所述设备入口的开口处；
-在与截头圆锥部分相对的端部处与旋风室流体连通的空气入口管；以及
-用于将物料供给到旋风室的给料组件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空气入口管的长度是所述设备的直径的200-240％。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空气入口管的宽度大约是所述设备的直径的33％。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述旋风室的长度是所述空气入口管的长度的65-85％。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述设备的宽度是所述设备的直径的三分之一。
11.根据权利要求6所述的方法，所述装置进一步包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制旋风室内物料、空气和粘度改性剂的量。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述给料组件的直径与所述空气入口管的直径之比为0.3-0.5。
13.根据权利要求6所述的方法，其中，将至少一种粘度改性剂加入旋风室中的步骤是在旋风室内的旋涡流体束的运动粘度处于1×10-8m2/s≤ν≤1×10-1m2/s范围之外时进行的。
CN201080058479.4A 2009-10-20 2010-10-20 用于减小尺寸的装置和方法 Expired - Fee Related CN102844120B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG200907041-8A SG170634A1 (en) 2009-10-20 2009-10-20 An apparatus and method for size reduction
SG200907041-8 2009-10-20
PCT/SG2010/000403 WO2011049532A1 (en) 2009-10-20 2010-10-20 An apparatus and method for size reduction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102844120A CN102844120A (zh) 2012-12-26
CN102844120B true CN102844120B (zh) 2015-01-28

Family

ID=43900557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080058479.4A Expired - Fee Related CN102844120B (zh) 2009-10-20 2010-10-20 用于减小尺寸的装置和方法

Country Status (17)

Country Link
US (1) US8602331B2 (zh)
EP (1) EP2490815A4 (zh)
JP (1) JP2013508141A (zh)
KR (1) KR20120121875A (zh)
CN (1) CN102844120B (zh)
AP (1) AP2012006273A0 (zh)
AU (1) AU2010308614A1 (zh)
BR (1) BR112012009404A8 (zh)
CL (1) CL2012001014A1 (zh)
CO (1) CO6541576A2 (zh)
EA (1) EA201270580A1 (zh)
MX (1) MX2012004690A (zh)
MY (1) MY164552A (zh)
NZ (1) NZ600101A (zh)
PE (1) PE20130697A1 (zh)
SG (1) SG170634A1 (zh)
WO (1) WO2011049532A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130214054A1 (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Battelle Memorial Institute Generator apparatus for producing vortex rings entrained with charged particles
WO2014066589A1 (en) * 2012-10-24 2014-05-01 Cold Jet, Llc Apparatus including at least an impeller or diverter and for dispensing carbon dioxide particles and method of use
CN103056008A (zh) * 2013-02-04 2013-04-24 侯如升 一种煤炭破碎机的风道破碎装置
CN106311446B (zh) * 2016-11-04 2019-11-08 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种制粉系统防堵煤综合治理方法及装置
CN107755054A (zh) * 2017-11-06 2018-03-06 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 一种利用气穴原理的材料加工方法
USD872141S1 (en) * 2018-08-10 2020-01-07 Superior Industries, Inc. Jaw crusher forward wall
IT201900004321A1 (it) * 2019-03-25 2020-09-25 Gianmaria Barbotto Sistema cinetico, elettronico, cimatico, pneumatico, atto alla separazione di differenti sostanze contenute nelle polveri provenienti da impianti di frantumazione
EP4146400A1 (en) * 2020-05-07 2023-03-15 Vortex Industrial Solutions Ltd. Aero-acoustic materials processing apparatus and method
CN112588461A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 东北石油大学 一种用于油水分离的多级丛式旋流分离装置
CN117563745B (zh) * 2024-01-15 2024-05-03 泉州市协兴机械制造有限公司 一种涡流干燥粉碎机及其干燥粉碎方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255793A (en) * 1963-03-01 1966-06-14 Francis H Clute & Son Inc Vacuum comminutor
US4390131A (en) * 1981-02-09 1983-06-28 Pickrel Jack D Method of and apparatus for comminuting material
US5236132A (en) * 1992-01-03 1993-08-17 Vortec, Inc. Gradient-force comminuter/dehydrator apparatus and method
US6530534B1 (en) * 1999-09-13 2003-03-11 Lee McGrath Pneumatic comminution and drying system
CN1465439A (zh) * 2002-07-01 2004-01-07 株洲金科实业有限公司 一种立式气流冲击微粉加工装置
US7137580B2 (en) * 2001-02-26 2006-11-21 Power Technologies Investment Ltd. System and method for pulverising and extracting moisture

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8716213D0 (en) * 1987-07-09 1987-08-12 Alcan Int Ltd Producing fine particles
AU3935793A (en) 1992-04-06 1993-11-08 Dan E. Reeter Method and apparatus for mixing, comminuting and/or separating recyclable materials
JPH0848569A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Fuji Elelctrochem Co Ltd Ｂａ系セラミックスの粉砕方法
GB9702796D0 (en) 1997-02-12 1997-04-02 Next Century Technologies Ltd Media communication apparatus
GB9819398D0 (en) * 1998-09-04 1998-10-28 Garfield Int Invest Ltd Pulveriser and method of pulverising
PE20000831A1 (es) 1998-10-28 2000-10-06 Douglas Forbes Aparato para granular un material
US7059550B2 (en) * 2001-02-26 2006-06-13 Power Technologies Investment Ltd. System and method for pulverizing and extracting moisture
AUPR635001A0 (en) 2001-07-13 2001-08-02 Rmg Services Pty. Ltd. Final additions to vortex comminution and drying system
US20070014684A1 (en) * 2003-11-12 2007-01-18 Case Wayne A Air purification system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255793A (en) * 1963-03-01 1966-06-14 Francis H Clute & Son Inc Vacuum comminutor
US4390131A (en) * 1981-02-09 1983-06-28 Pickrel Jack D Method of and apparatus for comminuting material
US5236132A (en) * 1992-01-03 1993-08-17 Vortec, Inc. Gradient-force comminuter/dehydrator apparatus and method
US6530534B1 (en) * 1999-09-13 2003-03-11 Lee McGrath Pneumatic comminution and drying system
US7137580B2 (en) * 2001-02-26 2006-11-21 Power Technologies Investment Ltd. System and method for pulverising and extracting moisture
CN1465439A (zh) * 2002-07-01 2004-01-07 株洲金科实业有限公司 一种立式气流冲击微粉加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2490815A1 (en) 2012-08-29
AP2012006273A0 (en) 2012-06-30
MX2012004690A (es) 2012-11-12
US20110114766A1 (en) 2011-05-19
BR112012009404A2 (zh) 2017-09-05
WO2011049532A8 (en) 2012-08-16
KR20120121875A (ko) 2012-11-06
EA201270580A1 (ru) 2012-12-28
NZ600101A (en) 2014-05-30
US8602331B2 (en) 2013-12-10
CN102844120A (zh) 2012-12-26
WO2011049532A1 (en) 2011-04-28
BR112012009404A8 (pt) 2018-06-26
CL2012001014A1 (es) 2013-01-25
AU2010308614A1 (en) 2012-06-07
EP2490815A4 (en) 2014-12-31
JP2013508141A (ja) 2013-03-07
PE20130697A1 (es) 2013-07-20
MY164552A (en) 2018-01-15
CO6541576A2 (es) 2012-10-16
SG170634A1 (en) 2011-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102844120B (zh) 用于减小尺寸的装置和方法
Xing et al. Separation of unburned carbon from coal fly ash: A review
CN102834181B (zh) 粉煤的清洁和脱水
GB2073727A (en) A method of treating effluent and of producing fertilizer
Sahinoglu et al. Amenability of Muzret bituminous coal to oil agglomeration
Sahinoglu et al. Effect of particle size on cleaning of high-sulphur fine coal by oil agglomeration
CN109052903A (zh) 含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置
Marino et al. Heavy metal soil remediation: The effects of attrition scrubbing on a wet gravity concentration process
CN104310664B (zh) 一种tnt炸药废水的处理方法
Williford et al. Physical separation of metal-contaminated soils
Mouedhen et al. Study of factors involved in the gravimetric separation process to treat soil contaminated by municipal solid waste
CN100515958C (zh) 在微生物体悬浮液中的颗粒有机物的破碎方法和装置
CN109174947A (zh) 含油土壤修复方法和装置
KR102300117B1 (ko) 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 방법
CA1162045A (en) Method of agglomeration
Marzougui et al. An Eco-Friendly Alternative Biosorption of Heavy Metal Removal from Industrial Wastewater: Characterization and Application
Wang et al. Segregation of ultrafine particles in a centrifugal fluidized bed separator
US20200179941A1 (en) Cleaning and Dewatering Fine Coal
Kasomo et al. Effect of aggloflotation of coal slimes by use Flomin C9606 as a collector
Honaker et al. Production of premium fuels from coal refuse pond material
Joodi et al. Reducing the Concentrate Ash Content of Coal Flotation by Changing the Operating Parameters
CN106398798B (zh) 生物污泥制成生质燃料的方法
Barry Evaluation of ultrasonic cavitation treatment effects on the beneficiation of bituminous coal
Małysa The effect of hard coal density on its flotation performance
Honaker Center for Advanced Separation Technology

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150128

Termination date: 20201020

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee