CN1056787C - 把微粒固体分为两种颗粒部分的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种把分散在一种液态流体中的微粒固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法，其中粗颗粒在一个转动流动场中移动到边缘部分，而细颗粒在一沉降流中移到中心，分散物流被强制进入一确定的沉降流动中并叠加上独立于该沉降流动所产生的旋转流动，通过选择沉降流动和旋转流动的速度关系来设定细颗粒和粗颗粒之间的分离点。

Description

把微粒固体分为两种颗粒部分的方法和装置
本发明涉及把微粒状的、分散在流体中的固体分为细颗粒和粗颗粒。本发明涉及对颗料大小的范围约在50μm以下，特别是约在10μm以下的颗粒进行这种分离的方法和装置。
要完成这一目的，要把颗粒分布为0至最大为50微米的微粒固体分离为分离界限约在10μm以下的细颗粒和粗颗粒，优选地使用水力旋流器，在水力旋流器中，通过离心力、壁面摩擦和流体对固体粒子的牵引力的作用，完成这种分离。然而，由于系统条件所规定的、错综复杂的、在水力旋流器中的流动情况，对于某一确定的颗粒大小的清晰分离是不可能的，这使得不仅在细颗粒中而且在粗颗粒中也具有交叉范围，即颗粒大小范围大到了极不受欢迎的程度。
GB 1039543中公开了一种将微粒固体分为细颗粒部分和粗颗粒部分的装置，其中使用了旋转流并叠加一个沉降流的方法，但是，其中旋转流和沉降流之间的速度并非是相互独立的，由此其分离效果不是很理想。而且它采用的是结构比较复杂的两级分离。
本发明的目的在于，提供一种把微粒固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法和装置，这种方法和装置以经济的方式使清楚的分离，特别是使对于颗料大小范围约在10μm以下的清楚的分离成为可能。要完成这一目的，将微粒固体分布在可滴落的液态流体中，并将分散物强制进入一确定的沉降流动并重叠上与该沉降运动无关的旋转流动，通过选择这两个无关的流动的速度关系来精确地控制作用在固体颗粒上的离心力和液体牵引力。
在这种情况下可彼此独立调节的沉降流动和旋转流动的速度比例确定了分离颗粒的大小，或者说是在细颗粒和粗颗粒之间的分离界限，也就是粒子的大小，对于这种大小的粒子，由旋转产生的离心力和由沉降流动产生的流体的牵引力处于平衡，这种大小的颗粒因此有同样的可能性进入细颗粒和粗颗粒中。
特别简单的是通过下述方法来实现本发明的方法，即在一旋转驱动的、由外向内流过的离心轮中产生沉降流动和旋转流动，离心轮带有平行其轴线并形成流动通道的轮叶，在此使固体分散物分布在离心轮的外围。
适合于实施本发明的方法的装置主要包括一个具有给料分散物进料和细料分散物及粗料分散物出料的接口的耐压壳体，至少一个位于壳体内的、可旋转地支承及驱动的离心轮，和一个用于给料分散物的进料的给料泵。权利要求4至11中给出了这种装置的有利的布置。
下面的这些实施结构对本发明进行具体描述。
离心轮安置在一个封闭壳体中，要分(离)级的分散在流体中的固体即给料分散物用一给料泵通过一输入接口输送到该壳体中。这种分散物从外向内流过旋转离心轮，由此把固体分为粗颗粒和细颗粒。有些颗粒不能到轮的内部并被分离，因为对于这些颗粒，由流动着的流体所施加的牵引力小于由离心轮的旋转所产生的离心力。对于牵引力大于离心力的颗粒，则与流体一起到达离心轮的内部。因此，分散物的这部分包含细料部分并通过一个出料接口离开分离装置的这个壳体，该出料接口与离心轮的内部空间相连。通过第二个出料接口，分离的颗粒与剩余的流体部分一起，作为粗料分散物排出壳体。
通过离心轮的旋转，细料分散物在反抗离心力流过上述轮时，必须克服相对高的压力。这个压力根据工作状态为3至20bar数量级，是通过给料泵而获得的。相应于这个负荷分离装置的壳体以及同样地用于离心轮的驱动轴的支承结构必须耐压，与此同时，对于后者，在绝大多数情况下，使用一个滑环密封是必需的。
确定分离颗粒大小的工作参数是离心轮的圆周线速度和在由轮叶所形成的流动通道中的径向流动速度。对给定的离心轮外直径，可单独通过它的转数来调节圆周线速度；径向流动速度由离心轮的自由流动横截面及细料分散物的体积流得出。该细料分散物的体积流与粗料分散物的体积流通过给料分散物的输入量来确定，给料分散物的输入量通过给料泵的传送效率来调节。由于细料分散物通常应该自由流出，可间接地通过调节细料分散物和粗料分散物的体积流的分配比例和输入量来调节它的体积流。通过改变粗料分散物的体积流，例如通过改变出料横截面或通过粗料分散物的定量抽吸来改变这个分配比例。
离心轮的转轴在最简单的情况下位于一旋转对称例如圆柱状的壳体的轴线上，在该壳体中，不用采取特别的措施，流体及分散在其中的固体与离心轮一起均匀转动。若特别是在一个圆柱状容器时，在该容器的内壁和离心轮的外围之间的径向间隔保持较小时，人们就可以在它的整个长度范围获得均匀地流过离心轮的流动形式。这样就能极为有效地避免短路流和回流效应。当内壁和与轮外围之间的径向间距小于离心轮直径的10％时，获得最佳流动比率。
对于比较复杂的情况，或在一共同的壳体中使用多个离心轮时，当要求很精细的分离和高的生产能力时，这可能是一个优点，那就是给那些离心轮配备特别的装置，例如，配备一些旋转的环形板，这些环形板使在那些离心轮外部区域中的流体和固体产生均匀的初加速度。
可以在壳体的上半部、下半部或离心轮的区域内装上用于给料分散物的接口，在这种情况下，一个切线方向上的在离心轮旋转方向上的流入的开口有助于流体和固体的初加速度。当在上述壳体的下端且在它的中央装上一个用于轴向流入的给料分散物的接口时，获得附加的预分类效果。由此，可使粗颗粒移动到壳体壁的附近，这使得它不再给离心轮加负荷，而是直接被排出。一条更长的流动路线，例如，通过一条本身从接口横截面到壳体横截面扩张的锥形壳体部分还可以改进预分类效果。
离心轮可以以已知的方式作成带内部自由空间的、圆柱形的叶轮。然而本身在这个内部空间中形成的势涡流产生一个大的压力损失，使得这样的离心轮只是在低转数的情况下使用才有意义，这就是说，是对于小生产量的粗分离的情况才有意义。
采用这样一个离心轮能防止势涡流的形成，即径向对准的轮叶从外围延伸到该离心轮的转轴的区域中。现在在所谓的固体床涡流中发生分离过程，与势涡流流动相反，它在轮叶外缘上具有最大圆周线速度。压力损失大大减少，并且此时与体积流无关，而唯一地取决于离心轮的转数。令人惊奇的是，发现了采用一个离心轮，利用固体床涡流，可获得比一个利用势涡流的离心轮更精细的分离，且具有更多的细料产出，同时具有更大的生产能力。
要使离心轮的分离作用达到最佳效果，在离心轮的轮叶通道进口前的流体和固体必须要有尽可能充分的初加速度，对于采用一个带固体床涡流的离心轮情况这特别适用。一般来说通过合适地安置用于给料分散物的一些接口来获得尽可能足够的初加速度。若不是这样时，例如，一些环形板是有帮助的，这些环形板与离心轮牢固地连接在一起，并从离心轮的外围区域径向向外延伸，彼此具有轴向间隔，并与离心轮的转轴共轴。这些环形板通过它们的同步牵制效应，导致了一直到轮叶通道的进口的、均匀且充分的初加速度。
除了初加速度，对于选定的最佳分离效果，还要求均匀地流过离心轮。首先，对于一个带固体床涡流的离心轮情况，通过旋转对称且与离心轮共轴安置的成形体来改善这种流过情况，此时，离心轮的径向取向的轮叶从它的周围延伸到所述成形体。该成形体例如可形成为圆柱体、锥体或平截头圆锥体。
对绝大多数情况，分散在流体中的固体的分选无这种危险，即固体会沉积在接触分散物的表面上。因此，就可能在离心轮浮动支承时将驱动轴，在两侧支承时将一根用于细料排料的轴设计成管状。由此，就可以不要堵住壳体内部空间的细料出口的、费用昂贵的密封。被排出的细料分散物被收集在一个收集器中，而后可自由流出。这里，当上面提到的成形体形成为空心的驱动轴或轴的部件时，而且对于每个离心轮的轮叶所形成的流动流道，至少有一个开口，通过这个开口，流体和细颗粒可进入空心轴管或轴时，就得到一种有益的结构。
附图中显示了实施例。在所有的附图中，功能相同的构件具有相同的标号。
图1示意性地显示了一个本发明的装置，这装置具有一个柱状的壳体1，支承件8用法兰直接连接到壳体1上以接收离心轮3。经过皮带轮12和空心轴9驱动竖直轴的离心轮3，其轴承用一轴密封件6相对壳体1的内部空间密封。通过接口2把要分离的、分散在流体中的给料泵进壳体1，从那里，它进入离心轮3。通过离心轮3的分离作用而被分离开的细颗粒与一部分流体一起作为细料分散物通过空心轴9被排入固定的细料收集器10中，并且通过接口4流出作进一步使用。从离心轮3分离的粗颗粒与剩余的流体一起，通过安置在壳体1的底部中央的开口11流到粗料收集器13中，在那里它通过接口5作为粗料分散物而被排出。可通过改变开口11的横截面控制流出的粗料分散物的量；为此，这里使用了可轴向移动的滑阀7。
图2示出了另一种具有多个带水平轴的离心轮3的变型，这些离心轮3安装在一个共同的壳体1中。每个离心轮3通过一个自己的马达(这里未示出)经过皮带轮12而被驱动。由此，可以使得能单独调节每个离心轮3的转数，这使得能从一种给料分散物中同时得到多种不同组成的细料分散物。优选地采用这种变型，用于在对于所有离心轮同样的小的分离范围时获得高的生产量。
在图3中不使用壳体1的直的底板(图1)，而使用在其上固定的作成漏斗形向下逐渐变细的部件14，用于给料分散物输入的接口2在它的最低的位置接入。与图1相反，接口2和5调换了它们的位置。对此，这种构造是为了获得给料的预分类，即使得旋转的离心轮3导致带进来的分散物的旋转，通过这种旋转，进入离心轮3之前的粗颗粒被带到由部件14和壳体1的壁所限定的内部空间，并在那里被阻滞，这使得它们不能再进入离心轮3，而是同样通过接口5被排出。这里通过直接在接口5中使用滑阀7来调节粗料分散物的量。
图1至图3中的离心轮3实际上由两个具有轴向间隔的互相连在一起的限位板15、16构成，轮叶17在这两个限位板之间平行于转轴延伸且形成流动通道，而且在板的圆周上均匀分布，在此它们能关于板周边垂直或与其成一个角度。通过在一个限位板15上的一个中央孔，使细料分散物排入到空心轴9中。由轮叶17的外边缘所确定的外围表面是圆柱状表面。但它也可以象图4中那样在具有中央孔的限位板15上作成具有较大直径的锥形表面，以得到均匀流过离心轮3，并且首先是在自由的内部空间中流过。
在图5中，与离心轮3同心安装的且固定在限位板16上的锥形体18实现同样的目的。
另一方面，图6和7中的离心轮3有一圆柱形表面，然而，此时这里径向对准的轮叶17延伸到离心轮3的转轴。这种实施方式不形成任何势涡流流动，而是形成在离心轮3中的固体床涡流。此外，图7中的离心轮3上还固定有具有同样相对间隔的平的环形板19，环形板19从离心轮3的外围径向向外延伸，并且用于使从外部流入离心轮3的给料分散物产生预加速度。
图8和图9示出了具有同轴的圆柱状成形体的离心轮3的纵向和横向截面，该成形体形成空心轴9的部件。对于每个由两个相邻的轮叶17形成的流动通道，上述成形体具有一个在轮叶17的轴向延伸方向的纵向的裂缝20，通过这裂缝20，细料分散物能进入空心轴9，从那里，它经过细料收集器10和接口4(图1至3)从分离装置输出。

Claims (12)

1.把分散在一种液态流体中的微粒固体分离为细颗粒和粗颗粒的方法，其中粗颗粒在一个转动流动场中移动到边缘部分，而细颗粒在一沉降流中移到中心，其特征在于：分散物流被强制进入一确定的沉降流动中并叠加上加独立于该沉降流动所产生的旋转流动，通过选择沉降流动和旋转流动的速度关系来设定细颗粒和粗颗粒之间的分离点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，为了产生上述沉降流动，通过一个离心轮从外向内流动地抽吸分散物，该离心轮具有多个形成流动通道并且平行于其转轴的轮叶，且旋转驱动该离心轮来产生所述旋转流动。
3.实施如权利要求1所述的方法的装置，包括一个耐压壳体(1)，至少一个可旋转地安装在壳体(1)内且可驱动的离心轮(3)以及一个输入给料分散物(2)的给料泵，其中壳体(1)具有多个用于输入给料分散物(2)和输出细料分散物(4)和粗料分散物(5)的接口。
4.如权利要求3所述的装置，其特征是壳体(1)为基本上轴向对称的容器。
5.如权利要求3所述的装置，其特征是具有一个圆柱形容器状的耐压壳体(1)，在所述容器的内壁和所述离心轮的外围之间的径向间距小于该离心轮直径的10％。
6.如权利要求4所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安装在壳体(1)的下端且装在它的中央。
7.如权利要求4所述的装置，其特征是用于给料分散物(2)的接口安装在壳体(1)的下端且装在它的中央。
8.如权利要求3至7之一所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口的出口直径的大小是可调的。
9.如权利要求3至7之一所述的装置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安装了一个传送效率可调的抽吸泵。
10.如权利要求3至7之一所述的装置，其特征是离心轮(3)的轮叶(17)是径向对准且从外周围延伸进离心轮(3)的转轴的区域中。
11.如权利要求3至7之一所述的装置，其特征是离心轮(3)的轮叶(17)是径向对准且从离心轮(3)的外周围延伸到轴向对称并与离心轮(3)同轴安装的成形体(18)。
12.如权利要求11所述的装置，其特征是成形体(18)是离心轮(3)的空心的驱动轴(9)的一部分，它具有至少一个用于每个由轮叶(17)所形成的流动通道的开口(20)以用于细料的输出。
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