DE3218487C2

DE3218487C2 -

Info

Publication number: DE3218487C2
Application number: DE19823218487
Authority: DE
Inventors: Ernst-Guenter Dr.-Phys. 6131 Schwalbach De Lierke; Wolfgang 6100 Darmstadt De Heide; Karl Ing.(Grad.) 6382 Friedrichsdorf De Floegel; Rudolf Ing.(Grad.) 6277 Camberg De Grossbach
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1982-05-15
Filing date: 1982-05-15
Publication date: 1989-10-19
Also published as: DE3218487A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sortieren von Teilchen verschiedenen Durchmessers, mittels stehenden, intensitätsmodulierten Schallwellen

Im allgemeinen ist es sehr schwierig, aus einer Pulververmischung eine schmale Fraktion mit geringer Durchmesservariation auszusondern, obwohl gerade an solche schmalbandigen Fraktionen ein großer Bedarf vorhanden ist. Die bekannten Methoden, z. B. Windschichten und Sieben, erfordern bei schmalbandiger Fraktionierung erhebliche Kosten und einen sehr großen apparativen Aufwand.

Die Trennung von Staubgemischen in die einzelnen Bestandteile, insbesondere zum Zwecke der Rückgewinnnung wertvoller Stoffe aus Rückständen, ist aus der DE-PS 8 60 031 bekannt. Bei diesem Verfahren ist die Kraft auf die zu sortierenden Partikel wesentlich geringer, da nach dem bekannten Verfahren mit Luftschall gearbeitet wird. Luftschallwellen sind wesentlich langwelliger (z. B. bei 10 kHz: 35 mm) gegenüber Ultraschallwellen mit 100 kHz bis 1 MHz (entsprechend in Wasser 15 bis 1,5 mm). Eine Sortierung mit Luftschallwellen führt zu einer gröberen Auflösung, da das Sortierungsraster bzw. Trennungsraster ebenfalls wesentlich gröber ist. Darüber hinaus wird der Luftschall von der ersten Staubschicht reflektiert, so daß die Luftschallwellen nicht tief genug in das Staubgemisch eindringen können. Aus diesem Grunde ist nach dem bekannten Verfahren nur eine gewisse Sortierung an der Oberfläche möglich. Das in Fig. 2 dargestellte Verfahren weist erhebliche Mängel auf, da bei dem notwendigen, sehr hohen Schallpegel im Luftkanal 10 in der Flüssigkeit 14 sehr leicht Kavitation auftreten kann, und damit die Sortierungskräfte zu schwach sind. Das Sortierungsverfahren gemäß Fig. 4 hat den Nachteil, daß stehende Wellen gegenüber einer Rückwand 20 nur unvollkommen, d. h. nicht flächig und nur zonenweise realisiert werden können. Dies ergibt sich aus der Abstrahlcharakteristik eine Sirene. Sirenen arbeiten darüber hinaus mit Druckluft, d. h. die Stäube, die in ihre Nähe gebracht werden, können nicht ohne weiteres getrennt werden, sondern werden normalerweise nur verwirbelt, da es zu einer Überlagerung von Luftströmung und Schallwellen kommt. Auf diese Weise ist die Abspaltung eines Staubgemisches in mehreren Ebenen nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine Pulvermischung in relativ kurzer Zeit effektiv in verschiedene Fraktionen abgetrennt werden kann. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil der Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch die Zugabe der Teilchen in eine Flüssigkeit wird in vorteilhafterweise die Trennschärfe wesentlich erhöht, so daß dadurch verhindert wird, daß durch die Luftturbulenzen die Trennqualität vermindert wird.

Die Verwendung des hochfrequenten Ultraschalls bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt ein wesentlich engmaschigeres Sortierungsgitter, d. h., der Abstand der Knotenbäuche und die Sortierungsebenen verlaufen plan in einer Ebene. Daher ist es möglich, das stehende Feld in der Intensität mit variabler Frequenz zu modulieren. Durch den zusätzlichen Einsatz von Zentrifugalkräften, wird die Sedimentation erhöht und die Geschwindigkeit der Trennung nahezu ähnlicher Teilchen ebenfalls wesentlich gesteigert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem Behälter mit rechteckigem Querschnitt, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, deren Dichte sich möglichst stark von der Dichte der Teilchen unterscheidet, wobei zwei gegenüberliegende Flächen des Behälters mit einem Ultraschallwandler und einem Reflektor versehen sind, deren Abstand n λ/2 beträgt, so daß in dem Behälter ein stehendes Ultraschallfeld mit mehreren parallelen Knotenebenen erzeugbar ist und eine Einlaßöffnung zur Zuführung der zu trennenden Teilchen vorgesehen ist, so daß diese infolge der Neigung der Knotenebenen unter Einfluß der akustischen Kräfte und der Gravitation bzw. Fliehkraft verschiedene Winkel durchlaufen und in entsprechend diesen Winkeln angeordneten Einrichtungen gesammelt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in dem Unteranspruch 7 erläutert.

Im folgenden werden die theoretischen Überlegungen, auf denen das erfindungsgemäße Verfahren basiert, sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt in schematischer Vereinfachung

Fig. 1 Im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Teilchenseparation mit Teilchenbewegung für verschiedene Durchmesser (bezogen auf Maximaldurchmesser = 1).

Kleine sphärische Teilchen mit einem Durchmesser d und der Dichte ρ sedimentieren unter dem Einfluß der Schwerkraft g in einem Fluid der Dichte ρ₀ und der kinetischen Viskosität η₀ mit einer konstanten Geschwindigkeit V

Bei Zentrifugen ist die Radialbeschleunigung b _r=ω²R in der Regel wesentlich größer als die Erdbeschleunigung g = 9.81 · m/s² und die "Sedimentation" erfolgt entsprechend schneller.

Es gilt eine schmale Fraktion mit geringer Durchmesservariation

d* ± Δ d*

zu trennen.

Der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung wird das zu fraktionierende Pulver durch eine Eintrittsöffnung 1 kontinuierlich in das Ultraschallfeld 2 eingeführt. Das Ultraschallfeld wird innerhalb eines Behälters 3 erzeugt, der eine Flüssigkeit einschließt und einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Die zwei gegenüberliegenden Flächen des Behälters werden mit Ultraschallwandler 4 und Reflektor 5 versehen, deren Abstand n λ/2 beträgt. Die statische Beschleunigung erfolgt unter einem Winkel gegen die Knotenebenen, vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 45°. Aufgrund der Neigung der akustischen Kräfte gegen die Schwerkraft erfolgt eine Teilchensortierung in der Weise, daß Teilchen mit verschiedenen Durchmessern unter verschiedenen Winkeln abgelenkt werden. Durch Intensitätsmodulation des Schallfeldes wird erreicht, daß der Trenneffekt möglichst optimal auf das vorgegebene Teilchenspektrum angepaßt ist.

Claims

1. Verfahren zum Sortieren von Teilchen verschiedenen Durchmessers mittels stehenden, intensitätsmodulierten Schallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen einer Flüssigkeit zugegeben werden, die sich in einem Ultraschallfeld mit mehreren, parallelen Knotenebenen befindet, wobei die Dichte der Flüssigkeit sich möglichst stark von der Dichte der Teilchen unterscheidet, und daß eine Teilchentrennung durch die im Winkel zu den Knotenebenen wirkende Sedimentation erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchentrennung durch die Gravitation und/oder Fließkraft erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sedimentation unter einem Winkel gegen die Knotenebenen, vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 45°, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschärfe in Abhängigkeit von der Zahl der Knotenebenen des Ultraschallfeldes eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen vor der Zugabe durch Ultraschall-Kavitation disagglomerisiert und mit der Flüssigkeit benetzt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Behälter (3) mit rechteckigem Querschnitt besteht, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, deren Dichte sich möglichst stark von der Dichte der Teilchen unterscheidet, daß zwei gegenüberliegende Flächen des Behälters (3) mit einem Ultraschallwandler (4) und einem Reflektor (5) versehen sind, deren Abstand n λ/2 beträgt, und die in dem Behälter (3) ein stehendes Ultraschallfeld (2) mit mehreren parallelen Knotenebenen erzeugen, daß eine Einlaßöffnung (1) zum Zuführen der zu trennenden Teilchen vorgesehen ist, und daß Einrichtungen zum Sammeln der Teilchen entsprechend den unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, unter denen die Teilchen das Ultraschallfeld durchlaufen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einlaßöffnung (1) eine Vorlaufstrecke zur Disagglomeration und Benetzung der Teilchen mit Flüssigkeit vorgesehen ist.