CN1047364C - 细颗粒粒度分级器 - Google Patents

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Abstract

将细颗粒如雾状二氧化硅从悬浮于气体介质内的污染物颗粒分离的方法和体系，它包括在预定速度下将颗粒悬浮物(10)引入具有顶部(14)和底部(15)的容器(12)中，各部均具有排放口。然后使颗粒悬浮物射向撞击板(20)，该板按预定角度装配在所述容器内。撞击板的角度是要使颗粒悬浮物在与板碰撞后能均匀地分布在容器内。细颗粒上升至容器的顶部，而污染物和剩余细颗粒沉降到容器底部。细颗粒以及污染物和剩余细颗粒分别由顶部和底部排放口(16、17)排出。

Description

细颗粒粒度分级器
本发明涉及将细颗粒从悬浮于气体介质中的污染物颗粒中分离的方法和体系，更准确地说，涉及将雾状二氧化硅从污染物颗粒中分离的方法。
许多工业方法使用粒状物料，或作原料或作产品。通常，为了控制溶液速率、混合行为和离析、光学性质、平滑度和尘污性，对粒径分布都有规格。粒径低于45.0微米(325目)的物料一般用作填料或增强剂，以改进包括橡胶、涂料、粘合剂、油漆和密封材料在内的组合物的物理性质。尤其是，标称粒径在约1.0-约45.0微米间的物料可用于这种方式。这些物料的实例包括，但不限于，雾状二氧化硅、沉淀二氧化硅、雾状氧化铝、氧化锌烟雾和炭黑。
已经开发出一些控制粒径分布的方法。例如，已知使用基于粒径和/或密度的风力分粒器、流化床或旋转分粒器以分离颗粒物料。一些适于从气流混合物中分离颗粒物料的不同方法和设备描述于Henderson的US 4,125,456中，该专利描述了从炭黑中分离砂粒，Matheson的US 2,561,396，描述不同粒度的颗粒混合物的分离，Huber的US 1,146,624，公开了分离具有基本上相同比重的粗粒和细粒物料流，以及Goodell的US4,299,694，公开了从燃煤的直接还原方法所排放的废料中分离细碳。所述各种现有技术的方法一般都是通过将颗粒混合物引入向上流动的空气流中而进行的，空气流提升较轻的颗粒而使较重的颗粒由于重力而落入贮斗。Stebbins的US 1,660,682，同样地认为细的尘状颗粒可通过将颗粒混合物鼓风而与较重的颗粒分离以进入容器内，其中较轻颗粒由于空气膨胀可以由鼓风的直流路径带出。另一方面，已开发出使用导流板或撞击板，以使气流中的颗粒偏转。例如，Musto US 3,865,242公开一种适于流体流中含有不同密度的颗粒物质分级的设备。该设备包括管导系统的弯曲部分，粒子在该处富集，和在紧靠弯曲部分下游处装有一个导流板，它有效于使横向穿过气体组分路径的颗粒偏转。类似的装置描述在Clute,US 2,968,400中，其中适于不同比重的粉碎物料的分离器是使用连续空气流系统以及可摆动的固定和导流板。另外一种适用于分级和分离气体介质中所载带的颗粒状固体物质的各成分的方法和装置，描述于Stark,US 3,426,893中，其中固体物质的混合物被载带于连续移动的气流中，当它沿着一系列容器移动而进入膨胀区时细粒混合物被移出，由此避免了使用复杂的设备。
不幸地是，对于颗粒性进料或产物来说没有能精确选择所要求的粒径级分的通用设备，而且一些问题如高污染物浓度、高固体损失、和高操作费用使分级器选择和操作成为困难。当需要分离非常细的颗粒时，这些问题就会组合在一起。
如前面所讨论的，粒径低于约45.0微米的物料实例是雾状二氧化硅。雾状二氧化硅，是一种通常用于改进各种组合物的物理性质的众所周知的添加剂，包括一般粒径在约1.0-约45.0微米和松密度约160kg/m3(10.0磅/立方英尺)或以下的细二氧化硅粒子。
因此，希望研究出一种改进的方法以便从悬浮于气体介质内的污染物颗粒中分离出细颗粒。更准确地说，希望研究出适于从悬浮于稀相气流中的污染物颗粒中分离雾状二氧化硅的方法。
由此本发明的目的是提供一种适于由悬浮于气体介质内的污染物颗粒中分离细颗粒的改进方法。本发明另一个目的是提供一种从悬浮于稀相气流内的污染物颗粒中分离标称粒径在约1.0-约45.0微米的雾状二氧化硅的方法。
根据本发明，提供了一种从悬浮于气体介质内的污染物颗粒中分离细颗粒的方法。该方法包括在预定速度下将颗粒悬浮物引入具有顶部和底部的容器内，所述各部皆有排出口。然后使颗粒悬浮物射向撞击板，该撞击板按预定角度装配在容器内。撞击板的角度应当使颗粒悬浮物在与板碰撞后能均匀地分布在所述容器内。细颗粒上升到该容器的顶部，而污染物，以及剩余的细颗粒沉降于该容器的底部。细颗粒，以及污染物和剩余细颗粒分别由顶部和底部的排放口排出。
用于把细颗粒从悬浮于气体介质中的污染物粒子分离出来的体系包括按预定速度将颗粒悬浮物输送到容器内的装置。该容器具有顶和底部，所述各部都有排放口。撞击板是按预定角度装配在该容器内，该角度要使颗粒悬浮物在与撞击板撞击后能达到均匀地分布在容器内。最后，该体系还包括用于细颗粒以及污染物和剩余细颗粒排出的装置。
例如，本发明方法能用于将标称粒径在约1.0-约45.0微米之间的雾状二氧化硅从悬浮于稀相或密相气流内的污染物颗粒中分离出来。该方法包括按预定速度把气流引入具有顶部和底部的容器内，各部均具有排放口。然后再使气流射向撞击板，该板是按与容器的中心轴成预定角度为0°～90°而装配于该容器内。撞击板的角度应当使气流与板碰撞后能均匀地分布在所述容器内。碰撞后，雾状二氧化硅上升到容器的内部，而污染物，以及剩余雾状二氧化硅则沉积到容器的底部。气流的速度可按已知方法调节，以便使容器内的总的总体气体速度(bulk gas velocity)达到约1.5-6.0米/分(5.0-约20.0英尺/分)。雾状二氧化硅以及污染物和剩余雾状二氧化硅分别从顶部和底部排放口排出。
根据下列附图对上述和其它目的和优点会更充分地理解，附图中：
图1说明用于本发明中的容器和撞击板装配的工艺流程图；
图2A和2B说明用于本发明中的撞击板的另外的装配图；
图3说明本发明的总工艺流程图；
本发明目的是把细颗粒从悬浮于气体介质内的污染物颗粒中分离出来的方法。
参照图1，本发明方法包括通过入口13将颗粒悬浮物10引入容器12中。容器12一般是圆柱形的，并具有顶部14和圆锥形底部15，其倾斜侧壁大约成60°角。所述各部具有各自的排放口16、17。撞击板20按预定角度装配在容器12内，角度取决于粒径和颗粒悬浮物10的流速。板20的角度要使颗粒悬浮物10与板碰撞后能均匀地分布在该容器内。撞击板20可按任何常规方式与板杆相连接。板杆22可使操作人员调节板20离容器12外部的入口13的距离。
如上所述，颗粒悬浮物10在板20碰撞时将均匀地分布在容器12内。然后细颗粒上升至顶部14。染污物粒子、和剩余的细颗粒沉降到容器12的底部15。细颗粒流30经顶部排放口16排出以包装或进一步加工，而污染物和剩余细颗粒流32经底部排放口17排放以清除或进一步分离。
颗粒悬浮物10一般是由气体介质中的细的和污染物颗粒的混合物组成。通常，细颗粒具有低于约45.0微米(325目)的粒径。另外，细颗粒一般具有的松密度低于160kg/m3(10磅/立方英尺)。污染物颗粒通常由较大颗粒、粗的聚集颗粒、反应副产物、工艺外的物料、和/或未反应的原料组成。一般来说，污染物颗粒，有时称为砂粒，具有的粒径和松密度都大于细颗粒。一些能与悬浮于气体介质中的污染物颗粒分离的细颗粒的实例包括但不限于雾状二氧化硅，沉淀二氧化硅、雾状氧化铝、氧化锌烟雾和炭黑。
颗粒悬浮物10既可用稀相气流载带，也可用密相的气流载带，有代表性的气流的流速大于1.5米/分(5.0英尺/分)，这取决于要分离的细颗粒特定的用途和类型。对于细的和污染物颗粒来说任何非反应性的气体都能用作载气，如氮或空气。由于空气比较方便且价格低，最好用空气作载气。颗粒悬浮物10通常直接从反应器、别的工艺容器、或储罐(未标出)输送到容器12中。一些常规方法可用于产生和输送颗粒悬浮物10，包括使用鼓风机或吹风机、泵、文丘里管、或使用压缩气体的气动输送体系。任何常规的已知方法都可由所属领域的技术人员进行适当地控制和调节，以达到进入容器12所要求的输送速度以及颗粒悬浮物10的细颗粒和污染物颗粒的流化。类似的颗粒输送方法还可用于细颗粒流30，以及染污物和剩余细颗粒流32，以便把细的和污染物颗粒从容器12抽出以进一步加工、包装、或清除。
本发明对于从污染物颗粒中分离雾状二氧化硅特别有效。雾状二氧化硅，如CAB-O-SLL牌号的雾状二氧化硅[Cabot公司(Boston,MA)的注册商标]，是通过四氯化硅蒸气在氢和氧的火焰中水解而生产的。在燃烧过程中，形成的二氧化硅熔融球所具有的标称粒径平均在约0.007-0.027微米之间。这些熔融球，称作一次球，与另外的彼此碰撞和熔融而形成分支的、三维的、类似链状的聚集体。当该聚集体冷却至低于二氧化硅熔融温度(接近1710℃)以下时进一步碰撞而产生某些可逆的、机械缠结或聚集作用。聚集的雾状二氧化硅产物一般具有的标称粒径低于45.0微米和松密度低于80kg/m3(5.0磅/立方英尺)。雾状二氧化硅通常要经过焙烧工序以降低在上述生产过程中吸附在其表面上的氯化氢。焙烧后，雾状二氧化硅、和其中的污染物，悬浮于空气中并用泵送入容器12中。
通常，雾状二氧化硅颗粒悬浮物中所存在的污染物包括二氧化硅和非二氧化硅污染物如金属片状粉末、工艺外物料、纤维、金属氧化物、以及玻璃和类似陶瓷的熔融状二氧化硅颗粒。通常，焙烧装置所排放气流中(粒子悬浮物10)污染物颗粒占百万分之0～800(PPM)，平均为50PPM。常规沉积速度的计算可用于测定在任一指定速度下可能收集到的最小的粒径。如上所述，污染物粒径和松密度多半大于45.0微米和160kg/m3；然而对于收集更小的和更轻的颗粒也不是罕见的。
以预定速度将颗粒悬浮物10输送到容器12中。通常，最低流速必须大到足以使雾状二氧化硅流化，而且能随着二氧化硅的大小和类型以及操作条件而改变。同样，最大的流速取决于二氧化硅和污染物颗粒所要求的细颗粒大小和类型。最好适当地调节颗粒悬浮物10的流速以便能使容器内的总体气体速度达到约1.5-6.0米/分。总体气体速度是以每分钟立方英尺表示的颗粒悬浮物10的总的气体流量，除以容器12的横截面积而定义的。最好的是，容器内的总体气体速度在约2.7-4.3米/分(约9.0-约14.0英尺/分)。
颗粒悬浮物10经入口13进入容器12，这里射向撞击板20。与撞击板碰撞后，颗粒悬浮物10均匀地分布在容器12中。如所属领域内的技术人员所知，重、粗的污染物颗粒比细的、低密度的、雾状二氧化硅具有更快的沉降速度，因此沉降到底部15。雾状二氧化硅颗粒随着载气上升到顶部14，这里它们经顶部排放口16而排出，而形成细颗粒流30。气流30一般含0～25 PPM的污染物颗粒，平均约5PPM。同时，污染物颗粒，以及少量的剩余雾状二氧化硅，经底部排放口17周期性地被排出，形成污染物和剩余颗粒流32。
撞击板20是按与容器12的中心轴成0°～90°的预定角而装配在容器12中，要使颗粒悬浮物10能与板20的大部分相撞。可以是任何平面的几何形状的板20的大小要大于入口13和射入的粒子悬浮物10的横断面直径。通常板20与板杆22一起固定在容器12内，板杆22可用于操作人员调节板20离容器外部的入口管13的距离。在容器12内安装板20的另外一些方法，包括但不限于，是可调的或固定的支柱或是焊接的。
参照图1、2A和2B，表明撞击板20可以在容器12中的各种位置上。如上所述，撞击板20以预定角度装配在容器12中，角度取决于进入的颗粒悬浮物10的粒径和流速。图1说明竖式撞击板20，它与容器12的中心轴的角度为0°，垂直连接于板杆22。颗粒悬浮物10垂直地射入撞击板20，使颗粒悬浮物10均匀地分布在容器12中(未示出)。
图2A说明另一种撞击板20的布置。板20与容器12的壁连接，在入口13的上面，并向下成角以便进入的颗粒悬浮物10能射入底部15，在其中颗粒悬浮物在其较重、较粗污染物颗粒沉积前能均匀地分布。
图2B说明向容器12引入颗粒悬浮物10和装配撞击板20的又一种方法。定向管道，或管26用于使颗粒悬浮物10射向水平放置的撞击板20。如上所述，撞击板20可按任何所属领域的技术人员已知的方法安装在容器12内。在与板20碰撞后颗粒悬浮物被均匀地分布在底部15。
参见图3，它说明本发明的另一个实施方案。将如上所述生产的污染物和剩余细颗粒流32，引入粒度分级器40，其中已与容器中的污染物颗粒一起沉积的剩余细颗粒，如雾状二氧化硅，由污染物颗粒中分离，粒度分级器40可以是非机械型的或机械型的粒度分级器。非机械型的粒度分级器，如旋风分离器，是优选的，因为其装置、操作和维修费用较低。正如现有技术中已知的，旋风分离器是通过将载有颗粒的气体以成切线方式引入圆柱状或圆锥状容器而进行操作的。较重和较粗的污染物颗粒将通过中心底部排放口而排出，同时较轻的、较细颗粒，如雾状二氧化硅，将通过顶部气体排放口而排出。
如图3所示，剩余的细颗粒流42与颗粒悬浮物10一起，进入入口13而循环到容器12中。如上所述在容器12中的整个过程，是按循环流42和颗粒悬浮物10碰撞撞击板20而重复进行。颗粒均匀分布在容器12内，这里污染物颗粒沉降并经底部排放口17除去，同时细颗粒上升后经顶部排放口16排出。污染物排放流44经中心底部排放口离开粒度分级器40，然后进入储槽46，在经排放流48排放之前在这里存储。
如上所述，本发明方法是一种从气体介质内的污染物颗粒中分离细颗粒的改进方法。由于使用一种没有移动部件的体系，所以提供了一种成本有效且有能力除污染物的方法，该法对射入的速度和不同的污染物浓度是相当不敏感的。最后，本发明是易于操作、有低的压降，以及比常规的粒度分级有较低的固体即细颗粒的损失。
尽管对本发明的具体实施方案出于说明的目的已详细地进行了描述，但在不偏离本发明的精神和范围可以进行各种变更方案。

Claims (16)

1、一种用于把标称粒径小于45.0微米、松密度小于160kg/m3的雾状二氧化硅从悬浮于气流内的其粒径和松密度大于所述雾状二氧化硅的污染物颗粒中分离出来的方法，该方法包括以下步骤：
(a)在容器(12)中的总体气体速度为1.5-6.0米/分钟并将所述雾状二氧化硅流化的速度下，将所述气流(10)引入所述容器(12)中，所述容器(12)具有顶部(14)和底部(15)，所述各部均具有排放口(16,17)；
(b)向撞击板(20)射入所述气流(10)，所述板(20)以相对所述容器(12)中心轴0°-90°的角度装配在所述容器(12)内，所述角度要使所述气流(10)在与所述板(20)碰撞后能均匀地分布在所述容器(12)内；
(c)所述雾状二氧化硅上升到所述容器的顶部(14)，而所述污染物颗粒和剩余雾状二氧化硅沉降到所述容器底部(15)；
(d)通过所述顶部排放口(16)排出所述雾状二氧化硅(30)；和
(e)通过所述底部排放口(17)排出所述污染物颗粒和剩余雾状二氧化硅(32)。
2、权利要求1的方法，还包括下列步骤：
(a)将所述污染物颗粒和剩余雾状二氧化硅(32)引入粒度分级器(40)以便分离与所述污染物颗粒(44)一起沉积在所述容器(12)中的所述剩余雾状二氧化硅(42)；
(b)循环所述剩余雾状二氧化硅(42)到所述容器(12)；并
(c)排放所述污染物颗粒(44)。
3、权利要求2的方法，其中所述粒度分级器(40)是旋风分离器。
4、权利要求1的方法，其中所述雾状二氧化硅具有标称粒径在约10-约45.0微米范围内。
5、权利要求4的方法，其中所述雾状二氧化硅的松密度低于约80kg/m3。
6、权利要求1的方法，其中所述雾状二氧化硅和所述污染物颗粒悬浮于稀相气流中。
7、权利要求1的方法，其中所述雾状二氧化硅和所述污染物颗粒悬浮于密相气流中。
8、权利要求1的方法，其中在所述容器(12)内的所述总体速度在2.7-4.3米/分钟范围内。
9、权利要求1的方法，其中所述冲击板(20)到雾状二氧化硅入口(13)的距离是可调的。
10、权利要求1的方法，其中所述冲击板(20)的大小大于雾状二氧化硅入口(13)和进入气流(10)的横断面直径。
11、权利要求1的方法，其中冲击板(20)是平面的。
12、权利要求1的方法，其中所述气流(10)是水平射向所述冲击板(20)。
13、权利要求1的方法，其中所述气流(10)垂直射向所述冲击板(20)。
14、一种把标称粒径小于45.0微米、松密度小于160kg/m3的雾状二氧化硅颗粒从悬浮于气体介质内的其粒径和松密度大于所述雾状二氧化硅的污染物颗粒中分离出来的设备，该设备包括：
(a)一种用于在所述容器(12)中得到1.5-6米/分钟的总体气体速度的速度下将所述颗粒悬浮物输送到容器(12)的装置，该速度将所述雾状二氧化硅流化，所述容器(12)具有顶部(14)和底部(15)，所述各部都具有排放口(16,17)；
(b)一种按相对所述容器(12)的中心轴为0°-90°的角度安装在所述容器(12)内的撞击板(20)，所述角度应使所述颗粒悬浮物与所述板(20)碰撞后能均匀地分布在所述容器(12)内；
(c)一种通过所述顶部排放口(16)排放所述雾状二氧化硅颗粒的装置；和
(d)一种通过所述底部排放口(17)排放剩余雾状二氧化硅颗粒和所述污染物颗粒的装置。
15、权利要求14的设备还包括：
(a)具有第一和第二排放口的粒度分级器(40)装置；
(b)使所述剩余雾状二氧化硅颗粒和污染物颗粒射入所述粒度分级器的装置；
(c)使所述剩余细颗粒循环进入所述容器(12)内的装置；和
(d)排放所述污染物颗粒的装置。
16、权利要求15的体系，其中所述粒度分级器是旋转粒度分级器。
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