DE1949596A1

DE1949596A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Teilchen

Info

Publication number: DE1949596A1
Application number: DE19691949596
Authority: DE
Inventors: Postma Arlin Keith
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1212300A; JPS4911088Y1; FR2019687A1; SE360468B; US3482692A

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHARD SCHWAN

i MÜNCHEN 8 · QOERZER STRASSE 15

United States Atomic Energy Commission Garmantou/n, Maryland/V.St. A.

Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Teilchen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eins Vorrichtung zum Trennen von Teilchen entsprechend ihrer Absetzgeschwindigkeit und befaßt sich insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Trennen won Teilchen entsprechend der Teilchengröße.

Bei der Untersuchung von aus einzelnen Teilchen bestehenden Stoffen und auch von Aerosolen ergibt sich die Notwendigkeit, die Teilchen entsprechend der Teilchengröße voneinander zu trennen.

Eines der bekannten Klassierverfahren beruht darauf, daß sich Teilchen in einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) mit einer Geschu/indigkBit absetzen, die von der Dichte, Größe und Form der Teilchen abhängt. Wendet man dieses Prinzip auf eine Charge von gleichförmig geformten Teilchen gleicher Dichte an, lassen sich die Teilchen entsprechend ihrer Größe klassieren, indem sie in ein sich in waagrechtsr Richtung bewegendes Trägerfluid eingebracht und an einer stromabwärts liegenden Stelle entsprechend ihrer lotrechten Auslenkung getrennt werden. Für

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eine vorgegebene waagrechte Strecke erfahren dabei die größten Teilchen die größte lotrechte Auslenkung.

Bisher war man davon ausgegangen, daß es nur darauf ankommt, dort, wo die Teilchen in den Trägerfluidstrom eingebracht werden, für einen turbulenzfreien Trägerfluidstrom mit über den Querschnitt gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit zu sorgen. So.ist aus der US-Patentschrift 2 362 130 ein Hydroklassierer bekannt, bei dem ein vergleichsweise breiter Vorratsbehälter für die Trägerflüssigkeit über einen sich allmählich verengenden Trichter mit dem verhältnismäßig schmalen Gehäuse des eigentlichen Klassierers verbunden ist, um Turbulenzen der Trägerflüssigkeit beim Einströmen in das Klassierergehäuse zu vermeiden. Bei einem aus der US—Patentschrift 775 965 bekannten Windsichter ist zwischen den Auslaß des den Trägerluftstrom liefernden Ventilators und den Einlaß des Sichter-· gehäuses eine Druckausgleichkammer in Form eines won zwei Hflaschensieben begrenzten Kanalabschnittes geschaltet.

Erfindungsgamäß wurde gefunden, daß bei einem Verfahren zum Trennen von Teilchen entsprechend ihrer Absetzgeschwindigkeit, bei dem die Teilchen an der Oberseite eines waagrechten Trägerfluidstromes eingegeben und an einer stromabwärts der 'Eingabestelle liegenden Stelle entsprechend ihrer lotrechten Lage aus dem Strömungsweg abgeführt werden, eine wesentlich wirksamere Trennung als bisher dadurch erreicht werden kann, daß über die gesamte Länge des Strömungsweges eins über den ge-

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samten Querschnitt des Trägerfluids praktisch konstante Geschwindigkeit aufrechterhalten uiird. Selbst bei anfänglich gleichförmiger Geschwindigkeit des Trägerfluids beeinflußt nämlich im Falle der bekannten Trennverfahren und -vorrichtungen die Reibung zwischen den Molekülen des Trägerfluids und den Gehäuseiuänden den Trennvorgang dadurch, daß entlang des Strömungsweges zwischen Eingabestelle und Auslaßstelle die Trägerfluidgeschwindigkeit in der Nähe der Gehäusewände kleiner als im Zentrum des Trägerfluidstromes wird. Es bildet sich infolgedessen zwischen dem Ort der Trennguteingabe und dem Ort der Trenngutabführung ein Geschwindigkeitsgradient oder Geschwindigkeitsprofil aus. Ein solches Geschwindigkeitsprofil beeinträchtigt die Trennwirkung, weil Teilchen mit gleicher Absetzgeschwindigkeit auf einer vorbestimmten waagrechten Strekke in einem rascher bewegten Trägerfluid um einen kleineren lotrechten Betrag absinken'als in einem langsamer stromenden Trägerfluid.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einem langgestreckten Gehäuse, das am .einen Ende einen FluideinlaQ zum Einbringen von Trägerfluid in das Gehäuse, einen an der Oberseite des Gehäuses in der Nähe des Trägerfluideinlasses angeordneten Teilcheneinlaß und am anderen Gehäuseende mehrere in lotrechter Richtung verteilt angeordnete Auslässe aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in näherungsweise gleichen Abständen über die gesamte Länge des Gehäuses verteilte, quer über die ganze Breite des

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Gehäuses reichende Siebe vorgesehen sind, deren Öffnungen groß gegenüber der Teilchengröße des zu trennenden Gutes sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anujendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung fe nach der Erfindung ,und

Figur 2 eine graphische Darstellung de* Verhältnisses zwischen der TeilchengräßenvertBilung im Trenngut und" der TeilchengröGenverteilung in einem austretenden Strom.

IWiβ: aus Figur 1 hervorgeht, ist ein langgestrecktes rechteckiges Gehäuse 10 am einen Ende mit einem TrägerfluideinlaG 11 und einem TrennguteinlaG 12 versehen, der sich an der Oberseite * des Gehäuses in der Nähe des Trägerfluideinlasses befindet. Am anderen Ende des Gehäuses 10 sind mehrere in lotrechter Richtung verteilte AuslaQrohre 13 vorhanden, wobei jedes der Rohre 13 über die volle Breite des Gehäuses reicht. Senkrecht zur Längsa'chse des Gehäuses 10 stehende Siebe 14 sind über die gesamte Länge des Gehäuses vom einen bis zum anderen Gehäuseende verteilt. Ein ebenfalls senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10 angeordnetes perforiertes Rohr 15 befindet sich zwischen dem TrägerfluideinlaG 11 und dem diesem am nächsten liegenden Sieb

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14. Die Löcher 16 des Rohres 15 uisisen in Richtung auf den Trägerfluideinlaß 11. Ein Sieb 17 verläuft quer zum Trenngut-• ainlaß 12, uio dieser in das Gehäuse 10 mündet.

Im Betrieb wird ein Trägerfluid dem Gehäuse 10 über den Einlaß 11 und das Rohr 15 zugeführt. Das Trägerfluid strömt aus den Löchern 16 des Rohres 15 aus, verläßt das Gehäuse 10 über die Auslaßrohre 13 und gelangt von diesen zu nicht veranschaulichten Absetzbehältern. Das Trenngut tritt über den Trennguteinlaß in das Gehäuse 10 ein. An der Oberseite des Trägerfluids schwimmende Teilchen verlassen das Gehäuse über die obersten Auslaß— rohre 13. Wie in Figur 1 angedeutet ist, treten Teilchen mit größeren Absetzgeschujindigkeiten gemäß der Linie A durch ein Auslaßrohr 13 nahe dem Boden des Gehäuses 10 hindurch, mährend Teilchan mit kleineren Absetzgeschu/indigkeiten entsprechend der Linie B das Gehäuse über ein näher der Gehäuseoberseite liegendes Auslaßrohr verlassen.

Bei den Sieben 14 kann bs sich um lYlaschensiebe mit einer lichten Maschenu/eite von 0,6 mm oder weniger, z. B. 0,18 mm oder 0,15 mm, handeln. Die lYlaschenweite uiird durch die Größe der Teilchen des Trenngutas bestimmt. Sind die Teilchen groß und die Sieboffnungen zu klein, kann es dazu kommen, daß die Siebe die Teilchen aus dem Trenngut, ausfiltern. Dies ist selbstverständlich unerwünscht. Die Öffnungen der Siebe müssen ausreichend klein sein, um das Geschiuindigkeiteprof 11 des Trägerfluids abzuflachen, jedoch groß genug, um nicht die Teilchen

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Das Trenngutfluid hat eine geringere Dichte als das Trägerfluid, um eine Mischung am Trennguteinlaß 12 zu verhindern, die die Trennung der Teilchen dadurch unerwünscht beeinflussen würde, daß Teilchen in das Trägerfluid hineingeführt statt an der Oberseite des Trägerfluids abgelagert werden. Um dies zu vermeiden, kann der Trennguteinlaß 12 auch gedreht werden, so daß das Trenngut tangential zu dem Trägerfluid strömt. Das Sieb 17 verhindert Bine Turbulenz des Trenngutes und flacht ein möglicherweise

^ vorhandenes Geschwindigkeitsprofil im Trenngutstrom ab. llienn das Trägerfluid Uiasser ist und das Trenngut aus Wasser und Teilchen besteht, kann der Dichteunterschied dadurch herbeigeführt werden, daß das Trenngut einige Grade wärmer als das Trägerfluid gehalten wird. Die unterschiedliche Dichte läßt sich auch erzielen, indem ungleiche, jedoch mischbare Fluide, beispielsweise Alkohol und U/asser, oder nicht mischbare Fluide, beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff und Uiasser, verwendet werden. Nicht mischbare Fluide lassen sich benutzen, wenn die Oberflächenspannung an der Zwischenfläche nicht die Teilchenbewegung von

ψ dem Trenngut in das Trägerfluid verhindert. Handelt es sich um ein Umlaufsystem, wird vorzugsweise die erstgenannte Alternative angewandt, d. h. wird mit gleichen Fluiden unterschiedlicher Temperatur gearbeitet.

Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Lösung zu demonstrieren. Bei allen Wersu- " chen war das Trägerfluid Wasser, bestand das Trenngut aus einer Suspension von Glasperlen in Wasser und hatten die Siebe eine

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lichte fflaschenwe ite von 0,30 mm. Die Perlen waren durchweg kugelig und hatten alle die gleiche Dichte. D3S Trenngut wurde ungefähr 3 bis 4 Grad wärmer als das Trägerfluid gehalten. Das bei diesen V/ersuchen verwendete Gehäuse 10 war vom Einlaß 11 bis zum Auslaß 13 ungefähr 1,2 m lang und ungefähr 0,9 m hoch. Die Siebe 14 hatten einen gegenseitigen Abstand von ungefähr 127 mm; sie waren ungefähr 0,9 m hoch und ungefähr 25 mm breit. Das Gehäuse 10 hatte ebenfalls eine Breite von ungefähr 25 mm (innenabmessung). Bei einigen l/ersuchen wurde dem Trenngut ein Farbstoff zugesetzt. In keinem Falle trat eine nennenswerte mischung zwischen dem Farbstoff und dem· Trägerfluid ein. Die beiden Strömungen, nämlich Trägerfluid und Trenngut, blieben vom einen Ende des Gehäuses 10 bis zum anderen im wesentlichen voneinander getrennt.

Bei anderen Versuchen wurde dem Trägerfluid Farbstoff zugesetzt. Die Trägerfluidgeschwindigkeit wurde auf ungefähr 15 cm pro Minute eingestellt; das Geschwindigkeitsprcfil des Trägerfluids wurde beobachtet. Wenn die Farbstofffront, die eine lotrechte Linie darstellt, durch jedes der Siebe 14 hindurchtrat, wurde die Front in wesentlichen flach. Zwischen den Sieben 14 begann die Front ein gekrümmtes Profil auszubilden.

AuGerdem wurden Versuche ausgeführt, um festzustellen, ob eine Teilchenklassierung zu erzielen war, chne über die gesamte Länge des Gehäuses verteilte Siebe vorzusehen. Bei diesen Versuchen wurden die Siebe 14 nahe den Auslaßrohren 13 herausgenommen,

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während die anderen Bedingungen unverändert blieben. Ohne die Siebe 14 war die Teilchenklassierung wesentlich schlechter, u/eil es zur Ausbildung eines normalen Geschmindigkeitsprofils kam, das eine Klassierung entsprechend den Absetzgeschwindigkeitenverhinderte.

Es wurden ferner Versuche durchgeführt, bei denen alle Siebe 14 vorhanden waren und" bw denen das Trenngut aus Wasser und Perlen von ungefähr 5 bis 60 filikron Größe bestand« Figur 2 P zeigt das Verhältnis der Größenverteilung des Trenngutes (Kurve C) und der Größenverteilung des mittleren Auslarßrohres 13 (Kurve D). Die Figur läßt klar erkennen, daß der weife überwiegende Anteil an Teilchen im mittleren Auslaßrohr 13 eine Größe zwischen 20 und 35 IWikron hatte, Während■bei den Versuchen die Auslaßroh.re 13 einen gleichförmigen Abstand hatten» können die Rohre auch entsprechend jeder beliebigen gewünschten Größenverteilung angeordnet werden.

. Aus dem U'erstehenden folgt, daß eine gewisse Siebfeinheit erforderlich . ist, um ein im wesentlichen flaches Geschwindigkeits-■ profil aufrechtzuerhalten, daß aber nur die Teilchengröße maßgebend dafür ist, oiie fein die Siebe sein können. U/ährend bei den Versuchen Siebe mit gleicher (Tlaschenweite benutzt wurden, lassen sich auch unterschiedliche (Ylaschenweiten verwenden, falls sie nur 0,6 mm oder kleiner sind.

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Claims

_ ο ■_ Anspruchs

1. Verfahren zum Trennen von Teilchen entsprechend ihrer Absetzgeschtuindigkeit, bei dem die Teilchen an der Oberseite eines iuaagrechten Trägerfluidstromes eingegeben und an einer stromabwärts der Eingabestelle liegenden Stelle entsprechend ihrer lotrechten Lage aus dem Strömungsiueg abgeführt u/erden, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte Länge des Strömungsuieges eine über den gesamten Querschnitt dBs Trägerfluids praktisch konstante Geschwindigkeit aufrechterhalten u/ird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen an der Oberseite des Trägerfluids in ein Fluid eingegeben werden, das eine geringere Dichte als das Trägerfluid hat.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem langgestreckten Gehäuse, das am einen Ende einen FluideinlaQ zum Einbringen von Trägerfluid in das Gehäuse, einen an der Oberseite des Gehäuses in der' Nähe des Trägerfluideinlasses angeordneten Teilcheneinlaö und am anderen Gehäueeende mehrere in lotrechter Richtung verteilt angeordnete Auslässe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in näherungsuieise gleichen Abständen über die gesamte Länge des Gehäuses (1O) verteilte, quer über die ganze

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Breite des Gehäuses reichende Siebe (14) vorgesehen sind, deren Öffnungen groß gegenüber der Teilchengröße des zu trennenden Gutes sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe lYlaschens iebe (14) mit ungefähr gleicher lichter Hflaschenu/eita von 0,6 mm oder weniger sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerfluideinlaß ein senkrecht zu der Längsachse des Gehäuses (10) stehendes perforiertes Rohr (15) aufweist, dessen Löcher (16") von den Sieben (14) u/eggerichtet sind.

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