CN1191134C - 用于颗粒类材料的流化床的清洁器和分级器 - Google Patents

Abstract

第一级室(10)具有向上分开的壁(12a和12b)以通过向上的气流。当在室(10)的顶部均匀地加入颗粒时，颗粒根据它们的重量在不同高度达到平衡。在不同高度上悬浮的已分级颗粒在平行的水平通道(41)内由水平的气流朝排出颗粒的室的侧壁(12b)输送。与通道(41)相邻的肋区(44)将该室分为多个偏移通路以在该室内均匀散布颗粒。轻的废物从顶部排向旋风器(33)。重的颗粒在该室的底部排出。第二级(70)接收第一级室(10)的颗粒并通过将颗粒弹道发射到两组中的其中一组中来进行进一步的分级。

Description

用于颗粒类材料的流化床的清洁器和分级器

技术领域

本发明涉及一种用于固体颗粒材料的清洁和分级的改进方法及其装置。

背景技术

本发明的出发点是专利5,281,278(装置)和5,366,094(方法)中所述的清洁机和分级机的第一台样机。这些专利公布了发明人关于对不同重量的颗粒进行分级的装置和方法的初步的原理概念，它通过在横截面向上增大的室中产生向上的气流来悬浮颗粒，从而随着高度的变化改变垂直气流的速度并将不同重量的颗粒悬浮在不同的高度上，其中较轻的颗粒与较重的颗粒相比悬浮在较高的高度上。在专利5,281,278和5,366,094中也公布了这些初步概念的背景。

本发明是通过这第一台实验样机测试这一原理概念而获得的经验的结果。该测试的结论是在可以制造商业用的样机之前，这一概念还需要做相当大的努力来进行开发工作。这一开发工作，包括测试和设计图的数次改进，就成为本发明的背景。

可能有争论的是一般认为对初步的原理概念进行专利申请的花费是不合算的，在申请专利之前更应该对该概念进行实验测试。这一观念对有很便利的设施进行测试的发明人有很大意义。然而，不具有如此便利设施的独立的发明人会发现在他与制造公司谈判安排他能够使用该公司的设施进行实验之前冒险承担申请费用的好处。在发明人刚完成了对专利5,281,278的申请之后，当然在他被授予这一专利之前，该发明人于1993年3月与丹麦斯劳厄尔瑟的制造商Westrup A/S公司签定了合作协议，该制造商的设备在一些方式上与本发明相似。

尽管在吸气区域或吸气室内的气流不稳定是典型的问题并且已被制造商们所知(见Uhlemann的1990年6月5日的4,931,174号专利中的问题讨论)，尽管考虑到气流的稳定性对设备工作能力的重要性而多年来已对吸气室进行了广泛的测试和改进，合作双方中的任何一方都没有认识到当用小麦和大麦的谷粒作为进料测试样机时，这种现有的经验在多大程度上可以用于预测在第一台样机的吸气室内遇到的不稳定气流。

在向上的气流中散布有颗粒的吸气室内的气流不稳定性可以用流体物理学的原理来解释，即流体总是寻找阻力最小的路径。只要室内存在颗粒密度(即单位体积的颗粒数量)暂时高于室的其它区域的密度的区域，第一个区域中的空气就会急剧流向其它区域，这种急剧流动的强度取决于产生这种急剧流动的密度的差异。当在未缓冲的室内所产生的密度差异足够大时，室内的空气会变得非常不稳定，产生巨大的气浪，气浪的顶部拖动颗粒在室的相对的侧壁之间前后摆动。当在这个未缓冲的室内产生的密度差异保持得足够小时，气流的不稳定性被限制为垂直气流的波动。如果向上的气流是用于在向上分开的室内通过在不同的高度悬浮不同重量的颗粒来分级颗粒，很明显的是，垂直气流的波动将会削弱分级的精度。当产生的密度差异增加时，例如通过增加颗粒的进料速度，波动的强度会增大到巨大气浪开始形成的临界点(或临界进料速度)。

以上的考虑提示了在整个室内平均或均匀分布颗粒是稳定的室的关键。

根据交付给制造商的第一个设计图，第一台样机的室具有两个平行的垂直侧壁，左侧壁和右侧壁，和两个向上分开的侧壁，前壁和后壁。现在已经有用于产生向上的气流以悬浮颗粒和产生水平的输送气流将悬浮的已分级颗粒导向右壁的装置，其中，通过沿右壁垂直设置的八个出口收集器的吸气来收集并取出颗粒。由左壁底部的管道来送入颗粒。如果在该左侧壁的底部和右侧壁的顶部之间对角画出一条曲线作为室内最轻的悬浮分级颗粒的假想路径，很明显的是，合成的右上方向的气流将使颗粒主要集中在那条曲线之下右侧的区域。换句话说，因为在室的一个区域内产生了较高的颗粒浓度或密度，所以第一台样机的室在结构上是不稳定的。

测试的结果证实了第一台样机只能在很低的颗粒进料速度下，在相当有限的不稳定性的范围内进行运转，并且当以这样的速度运转时，分级的精度会被向上气流的波动削弱。当室在很高的进料速度下以显著的不稳定性运转时，测试结果进一步显示了当颗粒的进料速度增加时，在侧壁之间前后剧烈摆动的气浪的振幅和频率就会增加。清洁性能(即比悬浮在室的顶部的颗粒更轻和更不稳定的废物从向上会聚的顶部排出)在以上讨论的相当有限的不稳定性的范围内是令人满意的，并且在气旋分离的废物里没有发现小麦或大麦颗粒。

在由空气筛分设备的制造商生产的典型的室内没有这种结构上的不稳定性，因为在这些室内只有向上的提升颗粒的气流(但没有造成不稳定的向右的气流)。主要通过沿室的整个长度的气锁轮对室进行均匀加料来实现稳定性，从而在整个室内产生了颗粒的相当均匀的散布。当这些室以所述的方法进料时，在相对很高的进料速度下并直到升高到开始看出不稳定性的颗粒临界饱和密度(或临界进料速度)，气流仍保持稳定。由于颗粒不在室内悬浮和分级，只是向上升高，在垂直气流中一定程度的波动不是主要问题。

测试的结果产生的结论是只有通过提供以下装置才可能使第一台样机稳定：(1)大幅度减弱室内向上气流的装置；(2)沿室的整个长度均匀加入颗粒的装置；(3)通过反向的水平气流来补偿由向右的输送气流产生的颗粒向右集中的装置，它在室的长度上向室的左侧散布颗粒，从而在整个室内更均匀地散布颗粒；(4)考虑到室的向上分开的前壁和后壁，在室的宽度上散布颗粒的装置。此时很明显的是这些装置的组合可能会解决不稳定的问题，但是花了两年的时间才设计出看上去足够可行的方案。

在准备专利申请中，对本领域的技术人员来说很明显的是，所述装置的采用可能会把原先的方法和装置改变成实际上不同的清洁和分级方法和装置，因此就要求实际上不同的专利权利要求。

第二台样机的开发工作也包括授权采用在丹麦制造商的机器中使用的一些已测试的方案，特别是用垂直料斗提供的气锁轮进行颗粒的进料，通过料斗顶部入口的散布装置沿室的整个长度将料斗的颗粒材料的水平高度基本保持为不变；通过入口外壳将空气加入室内，这会造成空气数次的偏移和冲击，从而使进入室内的空气的垂直速度在长度上均匀。

当然，只有当稳定化的和改进的第二台样机证明为比市场上可获得的其它清洁和分级方法和装置更好，所有的开发努力和花费才合理。发明人认为他的方法和装置的优点实际上在于两个竞争性的比率：(1)开发制造的成本与分级机工作能力的比，(2)维护成本(在折旧期累积的)与分级机工作能力的比。下面列举了一些第一台商用机型所期望具有的特征：

(1)象有外盖的重力分离机一样工作。

去除灰尘和轻的/易飞起的材料的性能好于有外盖的重力分离机。

分级精度相似于或差于重力分离机，但对仅仅或主要希望将石头和特别大或特别小的颗粒从中等大小的物质中分离出来的用户或许是足够的。

(2)结构简单并且制造成本低。

(3)维护成本低，特别是没有偏心轮而造成磨损/破裂。

(4)比重力分离机更小的空气容量，更低的袋式过滤器的花费。

(5)无须重力分离机的筛网并能通过调节向上气流的容量灵活用于不同类型的颗粒(种子)。

(6)高效去除灰尘和轻的/易飞起的废物，在废物中不会浪费颗粒(种子)。

(7)在低度真空下去除灰尘和轻的废物，没有灰尘泄漏。

(8)可以将旋风器和空气再循环装置结合到该装置中。

(9)所需电源(标准装置)：大约15马力(包括空气再循环装置)。

(10)有限的安装所需空间。

(11)安装简单。

(12)在一个20英尺集装箱中就能全部装运。

发明内容

本概述的预定义

在对本发明进行概述之前，首先很便利地对本文中使用的一些技术术语进行定义。本文中的术语颗粒的“易飞起性”和“易飞起能力”可以相互替代，并且可以理解为颗粒通过在如本发明中使用的向上分开的室中可得的垂直向上气流速度的范围内的任何气流速度，在某个高度上开始悬浮的能力；其中，如果在实验室的试验中颗粒开始悬浮的特征终速包括在所述的向上气流速度内，那么这种开始悬浮的能力以所述高度表述。因此，形容词“易飞起的”和“能飞起的”也可以相互替换来理解。颗粒的终速一般取决于它的特征重量(体积)，比重和形状(即该形状的空气阻力)。如果颗粒的终速小于所述范围内的向上气流速度，此时所述的颗粒比悬浮在室中的颗粒“更易飞起”。如果颗粒的终速大于所述范围内的向上气流速度，此时所述的颗粒比悬浮在室中的颗粒“更不易飞起”。与所述向上分开的室结合使用的术语“水平气流”或“水平气流速度”分别理解为气流或气流速度的水平分量，其中该气流或气流速度也具有垂直分量。相似地，术语“垂直气流”或“向上气流速度”分别理解为该气流或气流速度的垂直分量。这两种分量通常可以理解为是可调节的。短语“流化床”在此与在向上分开的室中的所述向上气流速度范围的悬浮能力结合使用。由于室的横截面的面积向下逐渐减小，向上的气流速度和该流化床的空气浮力可以理解为向下相应地逐渐增加。很便利地可以说明在物理学的字典中通常将“终速”定义为颗粒穿过静止流体运动或下落所能达到的最大速度；由于所述室的流体是向上运动的气流，其中大多数的下落颗粒是减速的，所以上一个定义是比较合适的定义。由于术语“多个”通常理解为至少两个元素，短语“至少一个或多个”在本文中用于一般由至少两个元素而在个别的情况下由至少一个元素组成的组。

本发明涉及对清洁和分级固体颗粒形式材料的改进。

根据本发明的一种形式，提供了一种清洁和分级具有不同重量的固体颗粒的装置。该装置包括：(1)垂直的室，其具有侧壁，并且横截面面积在向上方向上不断增加；(2)将不同重量的颗粒输入该室的装置；(3)在该室内产生垂直向上的悬浮气流的装置，该气流的速度基本上随着高度的变化而连续变化，从而在不同的高度上对不同重量和易飞起性的颗粒进行分级，其中较轻的更易飞起的颗粒与较重的更不易飞起的颗粒相比悬浮在较高的高度上；(4)顶部，其具有出口装置，并连接到该垂直室的顶部以收集并排出比悬浮在该垂直室的顶部的颗粒更轻且更易飞起的颗粒；(5)在该室内垂直隔开的至少一个或多个通道，其中，将相似重量和易飞起性范围内的颗粒悬浮，并将其朝沿该室的一个侧壁垂直设置的通道-出口装置水平输送，通过吸出悬浮的已分级颗粒来排出颗粒；(6)在该室内垂直隔开并相邻于通道的至少一个或多个肋区，其中，至少一个或多个偏离肋条将每个这样的肋区分成多个通路并偏移向上的气流，从而在整个相邻的通道内使垂直速度在水平方向上均匀，其中，每个通路中的气流速度具有基本上非垂直方向的分量，这样对颗粒重力下落的空气阻力是不够的，其中，通过肋区下落的颗粒被水平地送往抽气装置，该抽气装置沿着与设置有通道-出口装置的该室侧壁相对的侧壁垂直地布置在肋区的一端，从而在整个室内在长度方向上更均匀地水平散布颗粒，在一定的高度上，长度是设置有抽气装置的侧壁和相对的设置有通道-出口装置的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁之间的距离；(7)在宽度方向上水平散布颗粒的装置；(8)产生水平的输送气流，将通道内悬浮的颗粒朝室的一个侧壁上的各通道-出口装置引导的装置；(9)产生相反方向的水平输送气流，将穿过肋区下落的颗粒导向与设置有通道-出口装置的室的侧壁相对的侧壁上的各抽气装置的装置；(10)通过操作者或进程控制装置来观察气流、颗粒流和总体进程的装置；通过操作者或进程控制装置来调节所述流或总体进程的装置；和(11)驱动该装置的装置。

根据本发明的另一个方面，提供了清洁和分级具有不同重量的颗粒的(一种装置的)方法。该方法包括：(1)将不同重量的颗粒输送到垂直的室内，所述的室具有侧壁并且横截面面积向上不断增加；(2)在该室内产生垂直向上的气流，该气流的速度基本上随着高度的变化而连续变化，从而在各个不同的垂直高度上悬浮不同重量和易飞起性的颗粒，其中较轻的更易飞起的颗粒与较重的颗粒相比悬浮在较高的高度上，所述的室具有设置有出口装置的顶部，该出口装置连接到该垂直室的顶部以收集并排出比悬浮在该垂直室顶部的颗粒更轻且更易飞起的颗粒；(3)在该室内垂直隔开的至少一个或多个通道内产生水平输送气流，其中，将相似重量和易飞起性范围内的颗粒悬浮，然后将这些悬浮的已分级颗粒朝沿该室的一个侧壁垂直设置的通道-出口装置水平输送，并在该处通过吸气排出颗粒；(4)在该室内垂直隔开并相邻于通道的至少一个或多个肋区内产生反向的水平输送气流，将通过肋区下落的颗粒水平地向抽气装置输送，该抽气装置沿与通道-出口装置所在的室侧壁相对的侧壁垂直地布置在肋区的一端，从而在整个室内长度方向上更均匀地水平散布颗粒，其中，至少一个或多个偏离肋条将每个这样的肋区分成多个通路并偏移向上的气流，从而使垂直速度在全部的相邻通道内在水平方向上均匀，其中，在每个通路中的气流速度具有基本上非垂直方向的分量，这样对于颗粒重力下落的空气阻力是不足够的，其中，在特定的高度上，长度是设置有抽气装置的侧壁和相对的设置有通道-出口装置的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁之间的距离；(5)在宽度方向上水平散布颗粒；(6)具有用于操作者或进程控制装置观察气流、颗粒流和总体进程的装置；(7)具有用于操作者或进程控制装置调节这些流或总体进程的装置；和(8)具有用来驱动本发明装置的装置。

下面参照附图，结合具体的实施例来描述本发明，这样可以更全面地理解本发明。

具体地参照所附详图，需要强调的是，本发明的细节是以举例的方式示出的，并且只用于阐释本发明的优选实施例，而且提出这些细节是为了提供理解本发明原理和概念的最有用和最容易的说明。基于这一点，本发明只提供了理解本发明所必要的附图，而没有提供结构详图，结合本发明的描述和附图，本领域的技术人员能很清楚如何在实践中实施本发明。

附图说明

图1-A是根据本发明的清洁机和分级机的主视图，局部为剖视图，左边是第一级(或室)、室的顶部、室的底部和输入颗粒的升降机；中间是第二级(或室)；右边是废物旋风器；上边是详图；

图1-B是根据本发明的清洁机和分级机的主视图(无剖视图)，左边是第一级(或室)、室的入口外壳、室顶部和顶部的出口装置；中间是将所述顶部的出口装置连接到废物旋风器的管道及连接风扇和第一级入口外壳的风扇排气管道；右边是旋风器、风扇和将旋风器连接到风扇的风扇吸气管道；上边是详图。

图1-C是根据本发明的清洁机和分级机的俯视图。

图2-A是图1中装置第一级的侧视图，局部为剖视图，显示了通道和肋区。

图2-B是图2-A的详图。

图3是第一级右侧壁的内表面的侧视图，其上垂直设置了出口收集器。

图4是第一级左侧壁的内表面的侧视图，其上设置了抽气口。

图5是沿第一级的左壁垂直设置的抽气口的主视剖视图。

图6是图4的俯视图。

图7是图1-A装置第二级的主视图。

图8-A是图1-A装置第二级的的侧视剖视图。

图8-B是图8-A的详图，显示了第二级的底部空间。

图9是图1装置第二级的后视图，显示了入口小门。

图10为滑动的垂直分离隔板的单独的主视图。

图11是发射管的剖视图，其将第一级连接到第二级上，用于将颗粒弹道发射到第二级里。

图12-A是图11的两个发射管出口的侧视剖视图，其具有进入第二级的出口开口。

图12-B是发射管出口的主视剖视图，显示了铰接门。

图13是旋风器、风扇的吸气管道和风扇的侧视图。

具体实施方式

尽管可以用种子或谷粒作为颗粒来描述优选实施例，但该颗粒可以是任何颗粒，它在流化床里的浮动能力取决于三个独立变量：(1)它的重量(或它的体积，如果颗粒类材料具有基本恒定的比重的话)；(2)它的形状，即由该形状引起的空气阻力；(3)它的比重(或密度)；对于在装置中清洁和分级的任何具体类型的颗粒来说首先假定其形状和比重是基本不变的。

如图1-A所示，局部为剖视图的主视图所示，分级机和清洁机包括具有垂直的平行侧壁12a和12b的第一垂直室10，和图2-A所示的一般分别向上分开的前侧壁14a和后侧壁14b。这四个侧壁所限定的横截面一般来说在向上的方向上增加。室的顶部15的横截面大约是室的底部13的十倍。这种十比一的比率可以包容很大范围的颗粒尺寸。当然，可以加大或减小该比率来增加或减少在装置中处理的颗粒重量的范围。

如图2-A所示，在室的顶部是将颗粒材料加入到室10中的的入口装置。这个装置包括水平的气锁轮20，其用于均匀地沿室的几乎整个顶部的长度加入颗粒。该轮是由位于顶部并沿该轮的几乎整个长度与该轮相邻的垂直料斗16提供的。该料斗由料桶升降机19通过预清洁筛网17和装置16-1(见图1-A)加料，在料斗内水平散布下落的颗粒。通过料斗侧壁上的窗口16-2可以观察料斗内的颗粒材料的高度。

布置在室顶部15上的是顶部会聚部分，它包括四个子部分24a、24b、24c和24d。用左连接器26连接最左边的两个子部分24a和24b，用右连接器28连接最右边的两个子部分24c和24d。左边的两个子部分和连接器与右边的两个子部分和连接器是对称的。还有一个Y型联接器30连接左连接器26和右连接器28，并与出口管道32相通。出口管道32连接在废物旋风器33上；旋风器出口经过风扇34、风门35(见图1-B)和室入口外壳37连接到室的底部13，从而将旋风器中大部分净化的空气再循环到室中。通过进气阀36a允许新鲜空气进入回路，剩余的空气经过排气阀36b(见图1-B)排出。当风门35至少部分开放时，吸气风扇34在室内产生向上的气流，根据重量将颗粒材料悬浮在不同高度上。这是因为室10具有向上分开的壁14a和14b，其形状使得空气流速在室的底部比在顶部更高。

如图1-A所示，提供了产生水平传送气流的装置，该气流将在水平通道41内漂浮的已分级颗粒推向室10的右侧壁12b。有多个(在本例中是六个)通道-出口(或收集器)40垂直设置在图1中的右侧壁12b上，其分别接收和收集不同高度通道中的颗粒材料。还提供了调节水平传送气流的装置。

如图2-A和2-B所示，第一室10具有多个垂直设置在相邻的通道之间的肋区44，其通过平行的“之”字形细肋板43将室水平地分隔为单独的、平等的空气通路。“之”字形肋板43使向上的气流偏移到肋区，该之字形肋板相互之间的间距大约为一英寸，从而使室内没有悬浮的相对较重的颗粒通过肋区落下。顶部的肋区44a包括八个单独的通路，每个肋区的通路数量一般随着肋区沿室垂直向下而减少，底部的肋区只有两个单独的通路。对于每个肋区，其顶部的横截面面积与其底部的横截面面积大致相同。肋区的通路偏离了垂直方向，并且提供了具有实际上为非垂直方向部分的气流通路。连续偏离的设置和向上流入肋区的空气的冲击提高了室10内，特别是在相邻的通道内垂直气流的水平均匀性。换句话说，肋区使相邻的通道能够进行更细的分级。

肋条也偏移了反作用于颗粒垂直重力的空气阻力的垂直方向的力。在平行的肋条内的偏移的(非垂直的)空气阻力具有较小的垂直分量来支承颗粒的重力。

因此，由于重力，不能在肋条的顶部保持漂浮的颗粒将穿过肋条落下。因为一旦颗粒进入肋区的顶部，颗粒就开始连续地下落和反弹，直到颗粒到达那个肋区的底部，该底部位于该肋区下面的相邻通道41无肋条的向上分开部分的顶部，所以没有颗粒会在肋条内漂浮(或悬浮)。这时，颗粒或者悬浮在那个通道里或者继续下落，直到到达一个通道，其重量不再能克服向上气流的阻力。

图1-A的装置，特别是第一室，还包括在肋区内产生反向的水平气流的装置，从而将颗粒水平地向整个室的左侧壁12a，包括它的下部区域散布。这种向左散布的目的是补偿由于将悬浮的已分级的颗粒向右朝相对的侧壁12b传输而产生的颗粒向右的集中。如图4、图5和图6所示，室具有抽气管60a，它通过多个开口50a抽气，开口50a沿室10的侧壁12a垂直地布置在肋区的左端，其高度与沿室的相对的侧壁12b在通道的右端垂直设置的通道-出口(或收集器)40的高度不同。

因此，在室内有两个相反的水平气流：一个是通道内的气流，它将悬浮的已分级的颗粒向右朝出口收集器40输送；另一个是肋区内的气流，它将下落反弹穿过肋区的颗粒在相反的向左的方向上朝抽气装置的开口50a输送，从而在整个室内更均匀地水平散布颗粒。

在整个室内均匀分布颗粒是其内的气流稳定性的重要条件。因为颗粒穿过肋条下落，也因为室左侧的反向向上倾斜(见图5)，致使很难在开口50a提取颗粒。空气和悬浮的已分级颗粒从右侧通过六个收集器40和六个发射管40a(见图1-A)抽出，进入第二弹道室，其中，空气进一步在由倾斜的内壁77分隔出的6个平行的通道75内向右朝抽气开口50b和抽气管60b流动。

抽气管60a和60b都连接到了风扇的吸气管道34s(见图1-A)上，在这些抽气管中的抽气速度是由位于抽气管和吸气管道34s的连接处的风门61a和61b来调节的。

室左侧的抽气速度必须足够高以保证在整个室内颗粒的均匀分布或散布。室内提高的气流稳定性将导致分级机更好的分级精度和更高的容量。不管肋区产生的(波动)缓冲的效果如何，室右侧的抽气速度，特别是其与室左侧的抽气速度的比率，必须不能超过会影响室内气流稳定性的临界值。通过调节各抽气开口50a和50b中的旋转挡板51a和51b的角度位置，可以调节通道中各个气流的速度。

通道10还包括抽气装置(未示)，其沿前壁14a和后壁14b的几乎整个长度设置在气锁进料轮20之下并与之相邻，从而在室的宽度内水平散布颗粒，其中在特定高度的宽度是所述向上分开的壁14a和14b之间的距离。

必须根据正在室内处理的颗粒的具体类型来调整室内向上气流的速度，这样的调整通过风门35或通过改变风扇34的速度来进行。例如，处理花生所需的空气速度将大于芝麻籽所需的速度。

图1-A中的室10具有在其前侧壁14a上的窗口91和其侧壁12a上上的窗口92a，通过它们操作者能够观察不同的气流、空气内的颗粒流和总体的分级进程，并调整这些流以获得室内的最佳分级效果。

比悬浮在室的最上面通道的颗粒轻的颗粒通过顶部的会聚部分24a、24b、24c、24d和出口管道32排出并向废物旋风器33输送，在废物旋风器中，颗粒从气流中分离出来并在旋风器底部通过气锁轮23(图13)排出，从而将大部分净化的空气再循环到室中。

图1-A中垂直的室10还包括具有出口装置并连接到室的底部的底部11(见图2-A)，其收集不能在垂直的气流中悬浮的相对很重的颗粒。本优选实施例中的出口装置包括大致沿室的整个长度的水平的气锁轮21。

第二室70通过弹道发射第一室10输出的颗粒从而进行分级。这个第二室70通过通道-出口或收集器40和弹道发射管40a连接到第一室10上。弹道发射管更详细的视图在图11中显示。在此，可以通过螺杆机构72调节发射管部分的横截面，螺杆机构铰接了盘74以减少门76(见图8-A和图12-A)的末端开口。末端开口越小，颗粒弹道发射到第二室的速度越快。如图12-A和图12-B所示，发射管在其出口装配了铰接挡板78。能够调节该挡板的位置通过向下偏移颗粒流，从而允许最大程度地水平发射颗粒或对其进行限制。这种挡板对从第一室分别输出最轻和最重颗粒的最上面和最下面的发射管出口特别有用。

图8-A和图8-B显示了本装置第二室或第二级的侧视剖视图。该视图显示了室的门76，门的数量为六个，沿室的左侧壁垂直设置，颗粒通过门进入室。

在图10的结构中单独显示的分离板或隔板80为颗粒离开六个发射管中的每一个发射管提供了各自的垂直引壁。在图1-A中显示的分离板或隔板80处于位置I，从门中弹道发射出的所有颗粒实际上都会水平发射到隔板的右侧。分离板能够侧向滑动到其它位置，根据发射的程度和铰接挡板78的调节情况，它提供了壁将被发射的颗粒分为落到分离板左侧的2级或B级组和发射到分离板以外的1级或A级组。带手柄84的导轨82连接到分离板80，能够从室外将分离板手动移动到多个不同位置，包括凹口86与销88(见图1-A)对齐的一些位置。

通过从前侧壁74a的窗口90(见图8-A)和侧壁72b的窗口92b(见图7)观察，人能够观察到分级的进程并能够进行调整，包括调整在门76处的发射管40a的横截面面积，铰接挡板78的角度，风门61b的开口或移动分离板或隔板80。图9显示了入口小门74b的后视图，用于放入或取出放置在弹道通道内的取样盒，以观察其输出。

图8-A中倾斜的内壁或板77在弹道室70内垂直地相隔开并位于相邻于门或发射管出口76的位置上，将该室分为多个(在本例中是六个)弹道通道75。该板大致沿该室的整个长度伸展并具有足够的倾斜斜度使下落的颗粒落入该室的底部79，其中用水平的底部滚轮22(见图8-B)收集并移走已分为两级的颗粒。

调节和操作

通过第一室和第二室的窗口可以对本发明的操作进程进行良好观察，从而便于在操作过程中对本发明装置的调节和不定期的监管。

第一室的调节包括：

(1)将顶部气锁轮20的速度调节为要加工的颗粒类材料的预定进料速度，

(2)通过风门35或通过将风扇34的速度改变为某个值来调节垂直向上空气的流速，在该速度值上全部重量(或尺寸)范围内的颗粒都悬浮在第一室的底部横截面和顶部横截面之间，

(3)将阀61a调整到某个位置上，在该位置上可以看到颗粒在整个第一室内散布；如果需要，也可以将各个阀51a用于该目的，

(4)将阀61b调整到某个位置上，在该位置上可以看到悬浮在通道内的颗粒被大量向右侧壁输送并在该处被吸出；如果需要，也可以将弹道室内的各个阀51b用于该目的。

第二(弹道)室的调节包括：

(1)通过导轨82的手柄84选择垂直分离板80的距离，

(2)通过将螺杆72和铰接盘74调节到某个位置来调节入口发射管的横截面，在该位置上，所有的颗粒首先被发射过垂直分离板80，

(3)调节所选择的入口发射管的铰接挡板78来向下偏移所发射颗粒的颗粒流，其中输出的为次级颗粒，从而将该发射的范围限制在小于垂直分离板的距离(所选择的入口通常是顶部或底部的入口)，

(4)将底部滚轮22的速度调节到某个值，在该速度值上颗粒被大量从该室的底部79排出。

每种不同类型的颗粒类材料(或不同类型的种子类材料)和每个不同的进料速度都需要进行上述的调节。然而，一旦针对一种颗粒材料和一个进料速度进行了调节，该机器就可以自行运转，只需要不定期的监管。

特殊的应用

如上所述，颗粒在流化床里的浮动能力取决于三个独立变量：(1)该颗粒的重量(或它的体积，如果颗粒类材料具有基本恒定的比重的话)；(2)它的形状，被表示为由该形状引起的空气阻力；及(3)它的比重(或密度)。目前假定了形状和比重是基本不变的。应当考虑下面的特殊应用：

1)如果颗粒的密度不同，但具有基本均匀的尺寸(体积)和形状，那么较低密度的颗粒就会悬浮在顶部通道内并因此可以很容易地被分离。如果颗粒的密度和尺寸都不同，当这些颗粒具有或者相同尺寸或者小于普通颗粒的尺寸时，较低密度的种子的分离是可能的。然而，如果较低密度颗粒的尺寸大于该平均尺寸，该分离就很困难而且更不可能。

2)裂开的颗粒通常更轻并且具有可以产生更大空气阻力的形状，因此可以预测其悬浮在顶部通道内并易于分离。然而，如果颗粒的裂开没有充分改变颗粒的形状并从而增大其空气阻力，和/或没有充分减少颗粒的重量，该分离就很困难而且更不可能。

对本领域技术人员来说很明显的是，本发明不只限于前述的优选实施例，在不偏离本发明的精神或本质特征的情况下，还可以以其它的具体形式进行实施。因此，所述实施例被认为是阐释性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前述的描述限定，在所附权利要求等同物的内容和范围内对本发明进行的所有改变都被认为包括在本发明中。

Claims (17)

1.一种用于清洁和分级具有不同重量的固体颗粒的装置，该装置包括：

a)具有侧壁并且横截面面积在向上方向上不断增加的垂直的室；

b)将不同重量的颗粒输入所述室的装置；

c)在所述室内产生垂直向上的悬浮气流的装置，所述气流的速度以大致连续的方式随高度的变化而变化，从而在室内不同的高度上将不同重量和易飞起性的颗粒分级，其中较轻的和更易飞起的颗粒与较重的和不易飞起的颗粒相比悬浮在较高的高度上；

d)具有出口装置的顶部，其连接到所述垂直室的顶上以收集并排出比悬浮在所述垂直室的顶上的颗粒更轻且更易飞起的颗粒；

e)在所述室内垂直隔开的至少一个或多个通道，其中，将相似重量和易飞起性范围内的颗粒悬浮并将其朝沿所述室的一个侧壁垂直设置的通道-出口装置水平输送，通过吸出悬浮的已分级颗粒来排出颗粒；

f)在所述室内垂直隔开并相邻于所述通道的至少一个或多个肋区，其中，至少一个或多个偏离肋条将每个这样的肋区分成多个通路并偏移向上的气流，从而在整个相邻的通道内使垂直速度在水平方向上均匀，其中，每个通路中的气流速度具有非垂直方向的分量，这样对颗粒的重力下落空气阻力是不足够的，其中，将穿过肋区下落的颗粒朝沿着与通道-出口装置所在的该室侧壁相对的侧壁垂直设置在肋区一端的抽气装置水平输送，从而在整个室内长度方向上更均匀地水平散布颗粒，在特定的高度上，长度是设置有抽气装置的侧壁和相对的设置有通道-出口装置的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁之间的距离；

g)在宽度方向上水平散布颗粒的装置；其中，在对空气稳定性来说该装置并非必要的特定情况下可以将其省略；

h)产生水平的输送气流，将通道内悬浮的颗粒朝室的一个侧壁上的各通道-出口装置引导的装置；

i)产生相反方向的水平输送气流，将穿过肋区下落的颗粒朝与设置有通道-出口装置的室的侧壁相对的侧壁上的各抽气装置引导的装置；其中，在对空气稳定性来说该装置并非必要的特定情况下可以将其省略；

j)用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来观察气流、颗粒流和总体进程的装置；

k)用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来调节所述流或总体进程的装置；和

l)驱动本发明装置的装置。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括颗粒弹道分离器，该弹道分离器包括：

a)具有顶、底和侧壁的室；

b)产生通过所述室的气流的装置；

c)至少一个或者多个由所述气流输送的颗粒流加料的弹道入口；其中，所述入口设置有弹道装置，用于在入口以一定的距离水平将颗粒发射到所述室内并用于调节所述发射的范围；其中，所述入口沿所述室的一个侧壁垂直设置；

d)位于距所述入口选定距离的位置，将所述室分为两部分的垂直的分离隔板，其中，近于所述选定距离的发射颗粒落入所述室的一个部分，而远于所述选定距离的发射颗粒落入所述室的另一个部分，从而相应于两个部分将颗粒分为两组；

e)沿着与设置有弹道入口的所述室的侧壁相对的侧壁垂直设置的至少一个或者多个抽气装置；

f)至少一个或者多个在所述室内垂直隔开，邻近于所述弹道入口的倾斜内壁，其将所述室分为多个弹道通道，沿所述室的大致整个长度延伸，并具有足够的倾斜斜度使下落的颗粒落入具有出口装置的室的底部以排出颗粒；其中，所述室的长度是设置有弹道入口的侧壁和设置有抽气装置的相对的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁的距离；

g)用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来观察气流、颗粒流和总体进程的装置；

h)用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来调节所述流或总体进程的装置；和

i)驱动本发明装置的装置。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括实施例的技术特征，其中，所述多个弹道装置包括六个管，所述管具有可调节的长方形横截面以调节发射的不同范围，并在所述入口顶部上具有可调节的铰接门，以从下列门的调节范围组成的组中进行选择：通过向下偏移颗粒流将所述发射范围限定为小于所述垂直的分离隔板的所述距离，以及将门的调节范围限定为允许所述发射超出该距离；其中，所述多个抽气装置包括六个设置有可调阀并具有向上倾角的抽气口，以使更难于吸出在所述弹道通道中发射的颗粒；其中，排出在所述底收集到的颗粒的装置包括沿所述室的大致整个长度的水平的气锁轮；其中，用于操作者观察所述流和所述总体进程的装置包括两个侧壁上的窗口和一个侧壁上的门，以将放置在所述弹道通道内的取样盒放入和取出。

4.根据权利要求2所述的装置，还包括用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任意人/装置沿所述弹道室水平调整所述垂直的分离隔板的位置的装置。

5.根据权利要求1所述的装置，还具有实施例的技术特征，其中，设置有所述通道-出口装置的侧壁和设置有所述抽气装置的相对的侧壁是平行的，而另两个相对的侧壁在向上的方向上相互分开；其中，所述顶部具有会聚的侧壁，因此具有在向上的方向上逐渐减小的横截面面积，并具有四个子部分，所述子部分向上会聚并在它们各自的上部连接；其中，所述肋区顶部的横截面面积与其底部的横截面面积基本相等；其中所述多个偏离肋条包括间距大约为一英寸的平行的细“之”字形肋条，从而使不能悬浮的相对重的颗粒穿过肋区下落；其中，所述多个通道-出口装置包括向下倾斜以便于排出已分级颗粒的出口收集器；其中，所述多个抽气装置包括设置有可调阀并具有向上倾角的抽气口，使得更难吸出穿过肋区下落的颗粒；其中，将不同重量的颗粒材料加入到所述室中的装置是水平的气锁轮，其用于均匀地沿所述室的几乎整个顶部的长度加入颗粒，所述轮是由位于顶部并沿所述轮的几乎整个长度与该轮相邻的垂直料斗供料的，所述料斗由升降机通过预清洁筛网和一个在所述料斗内水平散布颗粒的装置加料；其中，在所述室内在室的宽度方向上水平散布颗粒的装置是在所述室的至少一个侧壁上设置在长度方向上、低于所述气锁轮并与之相邻的装置；其中，有设置了各自的出口-收集器的六个通道和设置了各自的抽气口的五个肋区；其中，用于操作者观察所述流和所述总体进程的装置是所述室侧壁上的窗口；其中，用于调节所述流的装置是可调阀；其中，驱动本发明装置的装置是电动机。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括具有出口装置的底部，其连接到所述垂直室的底以收集并排出不能在所述垂直室内悬浮的相对重的颗粒。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，排出在所述底收集到的颗粒的装置包括沿所述室的整个长度的水平气锁轮。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个或者多个处理从所述室排出的空气的装置和至少一个或者多个将所述处理装置连接到所述的本发明装置的装置；其中所述处理装置包括从气流中分离颗粒的任何装置，例如旋风器和其它分离器。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括再循环从所述室中排出的空气的装置。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括从由使所述室内的气流稳定的装置、使所述室的垂直向上的气流速度在水平上均匀的装置和能同时实现前两个目的装置组成的组中选出的任意装置。

11.一种清洁和分级具有不同重量的固体颗粒的方法，该方法包括：

a)将不同重量的颗粒输送到垂直的室内，其中，所述的室具有侧壁并且横截面面积在向上的方向上不断增加；

b)在所述室内产生垂直向上的气流，该气流的速度以基本连续的方式随高度的变化而变化，从而在各自不同的垂直高度上悬浮不同重量和易逝性的颗粒；其中，较轻的和更易飞起的颗粒与较重的和不易飞起的颗粒相比悬浮在较高的高度上；其中，所述的室具有设置有出口装置的顶部，所述顶部连接到所述垂直室的顶上以收集并排出比悬浮在该垂直室顶上的颗粒更轻且更易飞起的颗粒；

c)在所述室内垂直隔开的至少一个或多个通道内产生水平输送气流，其中，将相似重量和易逝性范围内的颗粒悬浮，然后将这些悬浮的已分级颗粒朝沿所述室的一个侧壁垂直设置的通道-出口装置水平输送，并在该处吸出颗粒；

d)在所述室内垂直隔开并相邻于所述通道的至少一个或多个肋区内产生反向的水平输送气流，将穿过肋区下落的颗粒朝沿着与通道-出口装置所在的所述室侧壁相对的侧壁垂直设置在肋区一端的抽气装置水平输送，从而在整个所述室的长度方向上更均匀地水平散布颗粒；其中，至少一个或多个偏离肋条将每个这样的肋区分成多个通路并偏移向上的气流，从而在整个相邻的通道内使垂直速度在水平方向上均匀；其中，每个通路中的气流速度具有非垂直方向的分量，这样对颗粒的重力下落空气阻力是不足够的；其中，在特定的高度上，长度是设置有抽气装置的侧壁和相对的设置有通道-出口装置的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁之间的距离；其中，在对空气稳定性来说所述反向水平输送气流并非必要的特定情况下可以将其省略；

e)在宽度方向上水平散布颗粒，在对于空气稳定性来说这样的散布并非必要的特定情况下，可以将其省略；

f)具有从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置用来观察气流、颗粒流和总体进程的装置；

g)具有从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置用来调节所述流或总体进程的装置；和

h)具有用来驱动本发明装置的装置。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括分离颗粒的弹道方法，所述弹道方法包括：

a)产生通过具有顶、底和侧壁的弹道室的气流；

b)通过接收至少一个或多个颗粒流中的每一个颗粒流而在所述室内分离颗粒，所述颗粒流由气流通过设置有弹道装置的至少一个或多个入口中相应的一个入口输送，所述弹道装置取决于水平发射的调节程度将所述颗粒水平发射到所述室的两部分中的其中一个里，所述入口沿所述室的一个侧壁垂直设置；其中，弹道室具有距所述入口选定距离设置的、将所述室分为两部分的垂直的分离隔板；其中，近于所述选定距离的发射颗粒落入所述室的一个部分，而远于所述选定距离的发射颗粒落入所述室的另一个部分，从而相应于两个部分将颗粒分为两组；其中，在与设置有弹道入口的所述室侧壁相对的侧壁上垂直设置的至少一个或者多个抽气装置处抽出空气；其中，至少一个或者多个在所述室内垂直隔开、位于弹道入口相邻处、沿所述室的大致整个长度延伸并将所述室分为多个弹道通道的倾斜内壁具有倾斜的斜面使下落的颗粒落入具有出口装置的室的底部以排出颗粒；其中，所述室的长度是设置有弹道入口的侧壁和设置有抽气装置的相对的侧壁之间的距离，而宽度是其它两个相对侧壁之间的距离；

c)通过出口装置排出所述室的底部的颗粒；

d)具有用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来观察气流、颗粒流和总体进程的装置；

e)具有用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任何人/装置来调整所述流或总体进程的装置；和

f)具有驱动本发明装置的装置。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括具有用于从由至少一个操作者和至少一个进程控制装置组成的组中选出的任意人/装置，沿所述弹道室水平调节所述垂直分离隔板的位置的装置。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括利用设置有出口装置的底部收集和排出不能在所述垂直气流中悬浮并朝所述室底下落的相对重的颗粒。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括使用一个或多个装置来处理从所述室排出的空气和使用一个或多个装置来将这些处理空气的装置连接到权利要求1所述的装置上；其中，所述处理包括从气流中分离颗粒的任何方法，例如旋风器的方法和其它分离器的方法。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括再循环从所述室排出的空气。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括使用从由使所述室内的气流稳定的装置、使所述室的垂直向上的气流速度在水平上均匀的装置和能同时实现前两个目的装置组成的组中选出的任意装置。

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