DE922341C

DE922341C - Verfahren und Vorrichtung zum Klassieren einer Mischung von Teilchen, die in einem fluessigen oder gasfoermigen Mittel durch einen spiralfoermigen Wirbelfluss gefuehrt werden

Info

Publication number: DE922341C
Application number: DEP40553A
Authority: DE
Inventors: Malcolm Hayden Hebb
Original assignee: Sharples Corp
Current assignee: Sharples Corp
Priority date: 1948-04-24
Filing date: 1949-04-23
Publication date: 1955-01-13
Also published as: US2616563A; GB675365A; FR985115A; NL74216C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 13. JANUAR 1955

p 40553VIb j iaD

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klassieren einer Mischung von Teilchen, die in einem flüssigen oder gasförmigen Medium durch einen spiralförmigen Wirbelnuß geführt werden.

Von den bisher bekannten Verfahren unterscheidet sich dasjenige nach der Erfindung vor allen Dingen dadurch, daß die Flüssigkeit oder das Gas tangential in eine zylindrische Trennzone mit Begrenzungswänden eingeführt wird, die sich vom Umfang zur Mitte der Zone hin einander nähern, so daß die auf die in der Flüssigkeit oder dem Gas befindlichen Teilchen ausgewählter, kritischer Größe einwirkende Zentripetalkraft mindestens in einem Teil der Trennzone durch die auf die Teilchen wirkende Zentrifugalkraft wirksam ausgeglichen wird, wobei das flüssige Mittel oder das Gut mit den in ihm verbleibenden Teilchen aus der Mitte der Zone und die abgetrennten Teilchen am Umfang der Zone abgeführt werden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Flüssigkeit oder das Gas mit dem suspendierten Anteil der Teilchenmischung, der vorwiegend Teilchen enthält, die kleiner sind als eine ausgewählte kritische Größe, aus der Mitte der Trennzone abgeführt, während am Umfang die Teilchen austreten, die vorwiegend größer sind als die kritische Größe.

Weiterhin wird vorteilhaft das Verfahren so ausgeführt, daß die Teilchenmischung in die umlaufende Flüssigkeit oder das Gas an einer zwi-

sehen der inneren und der äußeren Begrenzung der Zone liegenden Stelle eingeführt wird.

Weitere Verfahrensschritte und Abänderungen des Verfahrens sind aus der folgenden Beschreibung des erfindungsgemäß ausgebildeten, zur Durchführung des neuen Verfahrens dienenden Vorrichtung erkennbar, die im wesentlichen durch ein etwa zylindrisches Gehäuse gekennzeichnet ist, das einen oder mehrere Einlasse für das Medium

ίο (Flüssigkeit oder Gas) in der vollen zylindrischen Gehäusewand besitzt, welche quer liegende Begrenzungswände einschließt, die sich von der zylindrischen Wand nach der Mitte des Gehäuses einander nähern und von denen die eine Begrenzungswand eine in der Mittelachse des Gehäuses angeordnete Auslaßöffnung aufweist. Die Ausbildung der Vorrichtung ist dabei vorteilhaft derart, daß die Einlaßöffnung sich tangential in das Gehäuse öffnet.

Weitere Einzelheiten dieser neuen, erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten, verschiedenen Ausführungsbeispiele. Fig. ι ist ein Schnitt nach Linie 1-1 von Fig. 2 durch eine Ausführungsform;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung mit Abänderungen;

Fig. 4 zeigt in einem Schnitt in größerem Maßstab eine weitere Ausführungsform; Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 von Fig. 3. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist ein Gehäuse 10 vorhanden, in das ein Medium durch Einlasse 11 und 12 eingeführt wird. Diese Einlasse führen das Medium tangential in das Gehäuse io, das im Bereich einer Trennzone 13 zylindrisch gestaltet ist. Man kann Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit Vorteil verwenden, ebenso auch Gas beliebiger Art. Für die folgende Beschreibung sei indessen angenommen, daß Luft als Medium eingeführt wird. Ein Strom von Teilchen verschiedener Größe fließt durch eine Leitung 14 in den im Einlaß 11 strömenden Luftstrom. Man kann auch einen zweiten Strom solcher Teilchen durch eine zweite Leitung 15 in das Einlaßrohr 12 einführen. Konzentrisch zur Achse der Trennzone 13 ist eine Auslaßleitung 16 für den Austritt von Luft und Teilchen aus der Trennzone angeordnet. Das tangentiale Einführen der beiden Luftströme in die Trennzone 13 erzeugt einen spiralförmigen Wirbelfluß in dieser Zone. Die einströmende Luft strömt zusammen mit den darin suspendierten Teilchen schraubenförmig innerhalb der Trennzone 13 mit einer tangentialen Geschwindigkeit, die vom Umfang der Trennzone zu deren Mittelachse hin zunimmt. Daher nimmt auch die in radialer Richtung wirkende Fliehkraft, die alle Teilchen radial aus der Zone 13 zu bewegen bestrebt ist, vom Umfang zur Drehachse hin zu. Gleichwohl ist die Fliehkraft in einem idealen System und für Teilchen einer ausgewählten kritischen Größe vorzugsweise in der ganzen Trennzone durch eine entgegengesetzt und nach innen gerichtete radiale Kraft ausgeglichen, die ebenso vom Umfang der Zone zur Mitte hin zunimmt und die durch den Reibungswiderstand der nach innen fließenden Luft an diesen Teilchen hervorgerufen wird. Diese Gegenkraft wind stetig durch eine stetige Vergrößerung des radialen Luftstroms vergrößert, der durch eine wachsende Verringerung des Querschnittes der Trennzone 13 vom Umfang zur Drehachse hin bewirkt wird. Die obere Wand der Trennzone 13 wird durch einen Kegelstumpf 17, die untere Wand durch einen Kegelstumpf 18 gebildet. Diese beiden Teile werden in einem Abstand voneinander so gehalten, daß ihre Scheitel einander gegenüberliegen. Von diesen beiden Teilen 17 und 18 wird also· die Trennzone 13 gebildet, in der keine beweglichen Teile vorhanden sind und die daher einen kreisförmigen Durchgang ohne Widerstände von allmählich abnehmendem Querschnitt vom Umfang zur Mitte hin bildet. Die obere Wand 17 kann am Gehäuse 10 gelagert werden. Die untere Wand 18 hat mehrere Vorsprünge 19, die sich gegen das nach unten zusammenlaufende Gehäuse 10 legen oder auf ihm ruhen. Diese Vorsprünge können an der Gehäusewand in beliebiger Weise, z. B. durch Schrauben, befestigt sein. Die Vorsprünge 19 können aber auch nur auf der konischen Gehäusewand aufruhen. Dieser sich nach unten verengende Teil des Gehäuses 10 geht in einen Auslaß 21 über, durch den der grobe Anteil abgezogen- wird. Der nach innen in die Trennzone 13 gerichtete Luftstrom kann nach Wunsch durch angelenkte Platten 22 und 23 (Fig. 2) abgelenkt oder gerichtet werden, um die Radialgeschwindigkeit des Wirbelflusses zu regeln. Das eine Ende dieser Platten kann am Gehäuse 10 befestigt sein, während die Platten selbst gebogen oder in bestimmter Weise eingestellt sein und ihre Drehachsen in der Höhe der befestigten Plattenenden liegen können.

Bei Gebrauch dieser Vorrichtung tritt der Strom verschiedenartiger Teilchen, die geordnet werden sollen, durch die Leitung 14 und/oder die Leitung 15 ein, und die Teilchen werden in dem Strom des Mediums (Luft), das durch die Einlasse 11 und 12 nach innen strömt, suspendiert. Infolgedessen vereinigen sich die Luftströme mit den darin befindlichen Teilchen zu dem Wirbelfluß innerhalb der Trennzone 13. Es sei weiter angenommen, daß die Platten 22 und 23 so eingestellt sind, daß eine Radialgeschwindigkeit entsteht, von der vorher festgestellt wurde, daß sie die gewünschte Trennung der Mischung von Teilchen in zwei Fraktionen herbeiführt, in denen möglichst alle Teilchen enthalten sind, die entweder größer oder kleiner sind als eine ausgewählte kritische Größe. Für Teilchen, die kleiner sind als die ausgewählte kritische Größe, wird die Gegenkraft stete größer sein als die Fliehkraft. Diese kleineren Teilchen werden sich daher stets in der Trennzone 13 nach innen bewegen und werden durch die Leitung 16 ausgetragen. Teilchen dagegen, die größer sind als

die kritische Größe, werden überall in der Trennzone 13 durch eine sich ändernde Fliehkraft beeinflußt, die größer ist als die Gegenkraft. Die Fliehkraft hat näher zur Drehachse ein Maximum und nimmt allmählich zum Umfang des Wirbels hin ab, und die Gegenkraft ist ebenfalls in der Nähe der Drehachse am größten, da der Querschnitt der Trennzone 13 in der Nähe der Achse klein gemacht ist und allmählich zum Umfang hin zunimmt. Die Fliehkraft für die Teilchen der ausgewählten kritischen Größe ist im idealen System vorzugsweise im ganzen Bereich der Trennzone durch die Gegenkraft ausgeglichen. Daher bewegen sich die Teilchen, die größer sind, nach außen und gelangen infolge der Schwerkraft durch die Öffnungen 24 nach unten, die je zwischen den Vorsprüngen 19 vorgesehen sind, weiter durch das Gehäuse 10 in die Auslaßleitung 21 und durch sie in einen in Fig. 1 nicht dargestellten Behälter.

Da die auf Teilchen der kritischen Größe in der Trennzone 13 wirkende Fliehkraft durch die Gegenkraft ausgeglichen ist, ist klar, daß für ein Teilchen, das größer oder kleiner ist als die kritische Größe, viele Möglichkeiten zur Bewegung in der richtigen Richtung vorhanden sind. Dies ist wichtig, da örtliche Störungen solche Teilchen von diesem Lauf ablenken können und, wenn dieser Ausgleich nicht vorhanden wäre, starke Störungen verursachen und die gewünschte scharfe Trennung oder Klassierung verhindern könnten. Dadurch aber, daß man eine Trennzone genügender Ausdehnung vorsieht, wird auf die Teilchen, die größer und kleiner als die kritische Größe sind, während einer Zeitspanne eingewirkt, die im Vergleich mit bekannten Trenneinrichtungen groß ist, bei denen auf ein Teilchen kritischer Größe einwirkende Kräfte in einer sehr begrenzten Zone und während einer sehr kurzen Zeitspanne ausgeglichen waren. Weiter ist zu beachten, daß nur das Medium selbst und die darin suspendierten Teilchen die sich bewegenden aktiven Elemente bilden. Es gibt keine sich bewegenden mechanischen Teile. Die Vorrichtung ist sowohl hinsichtlich Bauart als auch Betrieb außerordentlich einfach. Die durch die Auslaßleitung 16 ausgetragene Fraktion kleinerer Teilchen ist fast frei von größeren Teilchen, die ihrerseits durch die Auslaßleitung 21 entfernt werden, und umgekehrt. Die kleineren, mit dem Luftstrom ausgetragenen Teilchen können in einem Sammler irgendeiner bekannten Bauart abgeschieden werden. Der Strom der Luft oder eines anderen Mediums durch die Trennzone 13 kann entweder durch einen Druckventilator oder durch einen Saugventilator oder durch beide Arten erzeugt werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird, wie gesagt, die Trennzone 13 durch Umdrehungsflächen, und zwar durch Kegelstumpf flächen 17 und 18, gebildet. Diese Flächen 17 und 18 sind so gestaltet, daß ihre schrägen Wände sich in einem gemeinsamen Mittelpunkt treffen würden.

Im folgenden sei die Art und Weise der Abnahme des Querschnitts der Trennzone 13 zur Drehachse hin näher erläutert. Das Medium (Luft oder Flüssigkeit; hat in der Trennzone zwei Hauptbewegungen. Zunächst führt es eine Drehbewegung aus, die durch eine Tangentialkomponente der Geschwindigkeit v_t im Abstand r von der Drehachse 25 dargestellt wird. Zweitens führt es eine Bewegung nach innen aus, die als Radialkomponente der Geschwindigkeit v_T im Abstand r von der Drehachse bezeichnet sei. Ein in dem Medium suspendiertes Teilchen wird in annähernder zeitlicher Übereinstimmung mit dem Medium bewegt, d. h. die Tangentialkomponente der Geschwindigkeit des Teilchens wird ebenfalls ungefähr v_t im Abstand r von der Drehachse sein. Infolge dieser Drehbewegung wirkt auf das Teilchen eine Fliehkraft radial nach außen und somit entgegen der Bewegung des nach innen bewegten Mediums. Die Größe dieser Fliehkraft ist

U =

(ι)

worin m die e/fektive Masse des Teilchens bedeutet, die als Unterschied zwischen seiner tatsächlichen Masse und der von ihm verdrängten Mediummasse definiert werden kann.

Die tangentiale Geschwindigkeit^ ist von Punkt zu Punkt nicht konstant, wächst vielmehr mit abnehmendem Abstand τ von der Drehachse 25. Diese go Änderung von v_t entsteht infolge des Bestrebens des Mediums, sein Winkelmoment beizubehalten. Würde dieses Gesetz genau befolgt werden, dann würde r · v_t = k = konstant sein. d. h.. v_t — k/r. Somit ist in einer idealen Wirbelbewegung die Tangentialgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Abstand von der Achse. In diesem Falle wird die auf ein Teilchen wirkende Fliehkraft

mW-

(2)

In Wirklichkeit verliert das sich drehende Medium wegen seiner Berührung mit den Wänden der Trennkammer ständig an Winkelmoment, so daß die Tangentialgeschwindigkeit etwas weniger schnell mit abnehmendem Abstand r wachsen wird als die umgekehrte erste Kraft. Wenn Vorsorge getroffen wird, daß die Wände des Trennraumes glatt und frei von Unregelmäßigkeiten sind, und wenn die Geschwindigkeiten der Flüssigkeit, insbesondere die Radialgeschwindigkeit, nicht zu gering sind, dann wird gewöhnlich die Abweichung vom Gesetz der umgekehrten ersten Kraft so klein sein, daß man sie vernachlässigen kann. Wenn nicht, kann die gemessene Tangentialgeschwindigkeitsveränderung in Gleichung (1) verwendet werden. Im folgenden wird angenommen, daß die Gleichung (2) genügend genau ist.

Nach Gleichung (2) ist die auf ein Teilchen in der Trennzone wirkende Fliehkraft umgekehrt proportional zur dritten Potenz seines Abstandes r von der Drehachse.

Der nach innen gerichtete Strom, insbesondere die Radialkomponente dieses Stroms des Mediums, erzeugt eine Gegenkraft auf ein suspendiertes Teilchen, die radial nach innen gerichtet ist und der

auswärts gerichteten Fliehkraft entgegenwirkt. Diese Gegenkraft sei als f_d bezeichnet. Sie hängt von mehreren Faktoren ab einschließlich der Teilchengröße, der Viskosität und Geschwindigkeit des Mediums gegenüber de» Teilchen. Im Falle eines sich in Übereinstimmung mit dem Medium drehenden Teilchens, das sich weder nach innen noch nach außen bewegt, ist die Geschwindigkeit der Relativbewegung die nach innen gerichtete Radialgeschwindigkeit V₁. des Mediums. Es ist erforderlich, die Geschwindigkeit v_r so zu ändern, daß die Gegenkraft f_d auf ein Teilchen der Größe oder des Gewichts, bei denen die Trennung gewünscht wird, gerade gleich der Fliehkraft an allen Stellen der Trennzone ist. Im besonderen schließt dies ein, daß die Gegenkraft f_d sich umgekehrt mit der dritten Potenz des Abstandes r zur Drehachse ändert.

Wie gesagt, hängt die Gegenkraft unter anderem von der Radialgeschwindigkeit V₁. des Mediums ab. Für geringe Geschwindigkeiten und/oder kleine Teilchen ist f_d unmittelbar proportional v_r. Für hohe Geschwindigkeiten und/oder große Teilchen ist f_d proportional dem Quadrat von v_T. Für Zwischengeschwindigkeiten und/oder -teilchengrößen liegt eine dazwischenliegende Gesetzmäßigkeit vor. Um den Wert von v_T für jeden. Wert von r zu bestimmen, der für die gewünschte Veränderung von f_d nötig ist, kann man die Werte für die Widerstandskoeffizienten aus Tabellen oder Kurven entnehmen und v_r durch bekannte numerische Verfahren ermitteln. Hier sei indessen angenommen, daß die Geschwindigkeiten nicht zu hoch sind und daß die Teilchen genügend klein sind, so daß die Gegenkraft der Geschwindigkeit proportional ist. Dann kann man das Gesetz von Stoke benutzen, das lautet

f_d = Znr\ Dv_n (3)

worin η die Viskosität des Mediums und D den Durchmesser der Teilchen bedeutet, die als kugelförmig angenommen sind. Ferner ist für kugelförmige Teilchen m — π Δ D³/6, worin Δ der Unterschied in der Dichte der Teilchen und der Suspensionsflüssigkeit ist. Die Bedingung des Gleichgewichts zwischen Fliehkraft (1) und Gegenkraft (3) für ein Teilchen vom Durchmesser D ergibt

Δ DW , ,

»r = -^TT,- (4)

oder

(5)

Daher muß sich v_r umgekehrt mit der dritten Potenz von r ändern. Diese Veränderung wird durch Ändern der axialen Breite der Trennzone mit r erreicht. Diese Breite oder Höhe sei mit h im Abstand r von der Achse 25 bezeichnet. Dann ist _

worin Q die Durchfluß menge der Flüssigkeit durch die Trennvorrichtung ist. Nimmt man die Gleichungen (5) und (6) zusammen, so ergibt sich

' 9VQ
TtZlD²A²

(7)

Die Gestaltung der Begrenzungsglieder 17 und 18 der Trennzone kann nach der Gleichung (7) bemessen werden. Zum Beispiel können beide Teile Umdrehungsparaboloide sein.

Sie die Begrenzungsglieder nach Gleichung (7) ausgeführt, dann hat die Beziehung hjr² in der Trennzone einen konstanten Wert. Insbesondere ist sie gleich der Beziehung H₀Zr₀ ², worin Zi₀ die axiale Breite (Höhe) und r₀ den Radius an der Außenkante der Trennzone bedeutet. Außerdem wurde oben gezeigt, daß k der konstante Wert des Produktes r · v_t und isomiiit gleich r_Qv_i0 ist, -worin v_t0 die tangentiale Geschwindigkeit an der Außenkante der Trennzone ist. In Form einer Gleichung ist daher

A/r² = HJr₀* und k = r_ov_to .

(8)

Diese Formeln zusammen mit Gleichung (7) ergeben

D² =

Die Gleichung (9) zeigt die Beziehung zwischen D, dem Teilchendurchmesser, bei welchem die Trennung durchgeführt wird, und den anderen Veränderlichen des Systems. Insbesondere hängt D von der Mediummenge Q ab, ferner von der Tangentialgeschwindigkeit v_t ₀ bei r₀ und von dem Axialabstand h₀ bei r₀. Einige oder alle dieser veränderlichen Größen können zur richtigen Feststellung des Durchmessers D₁ bei dem die Trennung durchgeführt werden soll, verändert werden. Zum Beispiel wird eine Veränderung in der Geschwindigkeit eines Ventilators die Mediummenge Q und die Tangentialgeschwindigkeit v_{t 0} verändern, während Änderungen in den Stellungen der Platten 22 und 23 die Tangentialgeschwindigkeit ändern. Werden diese Platten der Außenwand genähert, dann wird die Tangentialgeschwindigkeit vergrößert, während die kritische Teilchengröße, die als Abgrenzung zwischen den Fraktionen ausgewählt wird, kleiner wird. Natürlich schließt eine Änderung von h₀ eine proportionale Änderung bei allen Radien ein und macht daher den Einbau neuer Begrenzungsglieder nötig.

Ein Vorteil der Erfindung wurde bisher noch nicht erwähnt. Wie Fig. 1 zeigt, nimmt der Abstand zwischen jedem der Begrenzungsglieder 17 und 18 und der Mittelebene vom Umfang der Trennzone zum Mittelpunkt hin ab. Daher hat das einströmende Medium einegeringe Geschwindigkeitskomponente in Richtung auf die Mittelebene. Infolgedessen wirkt auf die suspendierten Teilchen eine zusätzliche Kraft, die sie zur Mittelebene hin und damit von den Wänden der Trennkammer fort drängt. Tatsächlich wurde beobachtet, daß der feinverteilte, zu klassierende Stoff bestrebt ist, sich in

einem schmalen Band auf der Mittelebene auszubreiten und die Gegend dicht an den Wänden zu vermeiden. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der Trennung dadurch, daß Störungen mit den Wänden vermieden werden. Zusätzlich wird die Abnutzung der Wände verringert.

Nach dieser eingehenden Erläuterung der für die Erfindung wesentlichen Grundsätze dürfte klar sein, daß diese Grundsätze auch durch verschiedene Abänderungen verwirklicht werden können.

In Fig. 3 ist ein vollständiges System schematisch dargestellt. Das zu trennende Gut wird aus einem Behälter 30 durch eine Vorschubvorrichtung, z. B. eine Förderschnecke 31, die durch einen Motor 32 angetrieben wird, in ein Zuführungsrohr 33 geführt, das in die Trennzone 13 zwischen deren Enden eingeführt ist. Der obere Begrenzungsteil iy^a der Trennzone ruht auf einer umgebenden Wand 34, während der untere Begrenzungsteil i8^a einen Mittelzapfen i8⁶ aufweist, der nach oben in ein Auslaßrohr 35 ragt und über einem Ansatz einen Teil geringeren Durchmessers hat, der an einem zylindrischen Träger 36 z. B. durch Löten oder mittels Schrauben befestigt ist. Der Träger 36 ruht auf einem Teil des oberen Begrenzungsgliedes iy^a. Die verschiedenen Teile sind mechanisch miteinander verbunden, z. B. durch Löten oder mittels Schrauben. Ein Gebläse 37 ist mit einem Sammler 38 der Zyklonbauart und mit einer Leitung 39 verbunden, die zum Auslaßrohr 35 führt.

Saugwirkung wird durch im zylindrischen Träger 36 vorgesehene öffnungen 36° auf die Trennzone 13 ausgeübt. Unter dem Einfluß dieser Saugwirkung fließt Luft durch einen Einlaß 40, durch ein Filter 41, ein Verteilerrohr 42 und nach unten durch Leitungen 43. Diese Leitungen sind, wie Fig. 3 zeigt, in der Umfangsrichtung der Vorrichtung ununterbrochen und an den Flanschen 45 und 46 miteinander verbunden. Der untere konische Teil 47 der Vorrichtung endigt nahe der Spitze in einem Gewindeteil 48, durch den er mit einem Behälter 49, der zur Aufnahme des Gutes dient, verbunden ist. Für Trennvorrichtungen verhältnismäßig geringer Größe kann der Behälter 49 aus Glas oder Metall bestehen.

Die Einführung des zur Zuführung des Gutes dienenden Rohres 33 zwischen der äußeren und der inneren Grenzfläche der Trennzone ist deshalb vorteilhaft, weil alle eintretenden Teilchen sofort den einander entgegenwirkenden Kräften unterworfen werden. Alle Teilchen müssen einen wesentlichen Teil (nach Fig. 3 wenigstens- die Hälfte) der Trennzone durchlaufen, und während dieses Durchganges trennen die einander entgegenwirkenden Kräfte die Teilchen nach ihrer Größe. Dadurch wird das Bestreben der größeren Teilchen, die kleineren Teilchen mit sich zu führen, verringert. Aus diesem Grunde wird die Ausführungsform der Fig. 3 gegenüber der Zuführung des Gutes am Umfang der Trennzone nach Fig. 1 bevorzugt. Die Ausführungsform der Fig. 3 hat den weiteren Vorteil, daß die Teilchen dort in den Wirbelfluß eingeführt werden, wo sie schnell in der umlaufenden Luftmasse suspendiert werden.

Der Sammler 38 kann außer als Zyklon auch z. B. als Beutelfilter zum Abscheiden der leichteren Teilchen aus der Luft, in der sie suspendiert sind, ausgeführt sein. Zum Auffangen der die kleineren Teilchen enthaltenden Fraktion ist ein Behälter 50 vorgesehen.

Sind die Innenflächen der Begrenzungsglieder 17" und 18° parabolisch, wobei die Fortsetzung ihrer Wandflächen sich an einer gemeinsamen Stelle in der Mitte der Trennzone schneiden, zeigt sich, daß Kreise, die durch diese Stelle und durch dieselben Außenbegrenzungen der Oberflächen der Teile ij^a und i8^ffi verlaufen, der Parabelgestalt sehr nahekommen. In der Praxis hat sich herausgestellt,, daß der erwähnte Kreis der Umdrehungsgestalt genügt. Werden gerade Linien gezogen, die entlang solchen Parabeln oder Umdrehungskreisen im allgemeinen symmetrisch sind, dann wird die Abweichung von der Parabelgestalt nicht übermäßig sein, und es hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch hierbei eine zufriedenstellende Einordnung und Trennung der Teilchen oberhalb und unterhalb einer ausgewählten kritischen Größe eintritt. Daher sind in Fig. 3 die Oberflächen als Umdrehungsflächen dargestellt, die durch gerade Linien erzeugt sind. Nach Fig. 3 liegt der Scheitel der Kegelfläche des Begrenzungsgliedes i8^a oberhalb des Scheitels der Kegelfläche des Gliedes 17°, was darauf zurückzuführen ist, daß die Erzeugende jeder Oberfläche in der erwähnten Weise mit Rücksieht auf die Parabeln ausgewählt ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 werden Leitflächen 51, deren gekrümmter Verlauf aus Fig. 5 zu ersehen ist, verwendet, um die Luft für den tangentialen Zufluß in die Trennzone 13 zu leiten. Werden getrennte Rohre verwendet, so können ihre Enden tangential in die Zone einmünden, um den Wirbelfluß zu erzeugen.

Bei der Ausführungeform der Fig. 4 sind die Oberflächen ij^d und i8<* der Begrenzungsglieder i7^c und i8^c als Umdrehunigsflächen. dargestellt, die durch eine kreisförmige Linie erzeugt sind mit solchem Radius, daß sich die Verlängerungen dieser Oberflächen in der Mitte der "Vorrichtung schneiden würden. Wie erwähnt, können diese Oberflächen parabolisch gestaltet sein. Das untere Begrenzungsglied i8^c kann an einem Mittelzapfen yo durch eine Mutter 71 abnehmbar befestigt sein, während das obere Begrenzungsglied iy^c auf einen zylinderförmigen Teil 72 aufgeschraubt ist, der seinerseits an einem Zylinder 73 befestigt ist, in den der Zapfen 70 eingeschraubt ist. Der Zylinder 73 hat mehrere Auslaßöffnungen 70" zum Durchtreten der feineren Fraktion in die Auslaßleitung 74, die auf einen Ring 75 aufgeschraubt ist.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann an Stelle der Ausführungsform nach den übrigen Figuren verwendet werden. Sie ist eine zufriedenstellende Durchbildung der die Trennzone 13 bildenden Teile. Bei Verwendung dieser Ausführungsform in einer Anlage nach Fig. 3 erstreckt

sich die Trennzone vom Umfang der Begrenzungsglieder ij^c und i8^c bis zu den Mittelteilen oder über den ganzen Bereich, in dem der Querschnitt des Fließkanals abnimmt. Dadurch, daß man eine Trennzone beträchtlicher radialer Ausdehnung vorsieht, werden die durch mehrere öffnungen oder Schlitze ij^e eintretenden Teilchen sofort im Medium suspendiert, und es wirken auf sie sofort sowohl die Fliehkraft als auch die Gegenkraft des

ίο Mediums ein.

Nach diesen Erklärungen der Grundsätze der Erfindung dürfte klar sein, daß die Erfindung mit Vorrichtungen jeder gewünschten Größe ausführbar ist, je nach dem Umfang des zu behandelnden Gutes und je nach der gewünschten radialen Ausdehnung der Trennzone.

Beispielsweise kann, ohne daß dadurch eine Einengung des Erfindungsgedankens beabsichtigt ist, der Radius von der Drehachse bis zur äußeren Begrenzung der Trennzone etwa 10 cm betragen. Der Radius bis zur inneren Begrenzung war dabei etwa 5 cm. Bei dieser Ausführung war die Trennzone durch die konischen Oberflächen nach Fig. 3 gebildet. Der paraxiale Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden konischen Oberflächen war an der inneren Begrenzung etwa 6 mm und an der äußeren Begrenzung der Trennzone etwa 25 mm. Der Ausdruck paraxial bedeutet den Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen, gemessen auf einer Linie, die parallel zur Drehachse verläuft. Bei dieser Ausführung war die eingeführte Luftmenge etwa I¹Za m³ (50 Kubikfuß) je Minute. Die tangentiale Luftgeechwindigkeit am äußeren Radius betrug etwa 4V2 m/sec.

Bei einer Teilchendichte von ungefähr 3, was z. B. für Magnesit zutrifft, wurde das Gut in zwei Fraktionen oberhalb und unterhalb 30 μ Korngröße getrennt.

Durch Vergrößern oder Verkleinern der tangentialen Luftgeschwindigkeit, z. B. durch Neigen der Platten 51, wird die Trennung in Teilchen durchgeführt, die entweder größer oder kleiner sind als 30 μ.

Bei dieser Erläuterung der Erfindung wurden die einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Trennzone entweder als konisch oder als parabolisch oder als kugelförmig bezeichnet. Weiter wurde gesagt, daß kreisförmige und gerade Erzeugende praktisch genügende Annäherungen an Parabeln ergeben. Es ist klar, daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen im Bereich der ganzen Trennzone verschiedene Gestalt haben können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollten die paraxialen Abstände in verschiedenen radialen Entfernungen r im Bereich der ganzen Trennzone nicht wesentlich die Werte überschreiten, die durch die folgende Gleichung für die paraxialen Abstände h bestimmt sind:

— r_{) + α {r_o —

iu—n)

(10)

Hierin ist b der paraxiale Abstand an der äußeren Begrenzung der Trennzone, α der paraxiale Abstand an der inneren Begrenzung der Trennzone, der stets kleiner als b ist, r,- der Radius der inneren Begrenzung der Trennzone, r₀ der Radius der äußeren Begrenzung der Trennzone.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollten die Werte h nicht wesentlich geringer sein als die durch die folgende Gleichung bestimmten Werte:

^h=

Daher können die einander gegenüberliegenden Oberflächen jede Gestalt haben, die zwischen den durch die Gleichungen (10) und (11) festgelegten Grenzen liegt, wobei die paraxialen Abstände für Teilchen einer gegebenen Größe eine stetig wachsende Gegenkraft erzeugen, die in der Trennzone eine entgegengesetzt wirkende, stetig wachsende Fliehkraft ausgleicht, wodurch in wirksamer Weise eine feinverteilte Mischung in eine grobe und in eine feine Fraktion getrennt und geordnet wird.

Außerdem ist, was aus Gleichung (7) folgt, die Breite h der Trennzone, d. h. der paraxiale Abstand der einander gegenüberliegenden Oberflächen, in einem radialen Abstand r proportional r². Infolgedessen ist der paraxiale Abstand α bei r,-proportional r;² und der paraxiale Abstand b bei r₀ proportional r₀ ². Daraus folgt, daß dieser Abstand der einander gegenüberliegenden Oberflächen auch die folgende Gleichung erfüllen muß:

a J

2 ■

(12)

Claims

PATENTANSPBCCHE: Außer den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auch noch andere Ausführungsformen verwendet werden, wobei Merkmale einer Ausführungsform zusammen mit oder an Stelle von Merkmalen anderer Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der Erfindung benutzt werden können.

1. Verfahren zum Klassieren einer Mischung von Teilchen, die in einem flüssigen oder gasförmigen Mittel durch einen spiralförmigen Wirbelfluß geführt werden, dadurch gekenn- tio zeichnet, daß die Flüssigkeit oder das Gas tangential in eine zylindrische Trennzone mit Begrenzungswänden eingeführt wird, die sich vom Umfang zur Mitte der Zone hin einander nähern, so daß die auf die in der Flüssigkeit oder in dem Gas befindlichen Teilchen ausgewählter kritischer Größe einwirkende Zentripetalkraft mindestens in einem Teil der Trennzone durch die auf die Teilchen wirkende Zentrifugalkraft wirksam ausgeglichen wird, wobei das flüssige Mittel oder das Gas mit den in ihm verbleibenden Teilchen aus der Mitte der Zone und die abgetrennten Teilchen am Umfang der Zone abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Mitte der Trennzone

die Flüssigkeit oder das Gas mit dem suspendierten Anteil der Teilchenmischung abgeführt wird, der vorwiegend Teilchen enthält, die kleiner sind als eine ausgewählte kritische Größe, und daß am Umfang der Trennzone beim Trennen aus der Suspension die Teilchen abgeführt werden, die vorwiegend größer sind als die kritische Größe.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenmischung in die umlaufende Flüssigkeit oder das Gas an einer zwischen der inneren und der äußeren Begrenzung der Zone liegenden Stelle eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Mittel oder das Gas in Drehbewegung versetzt wird, ehe es in die Trennzone eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Trenngröße durch Änderung der Verfahrensfaktoren bestimmt wird, beispielsweise die kritische Teilchengröße erhöht wird durch Vergrößerung der Menge des flüssigen Mittels oder des Gases oder vermindert wird durch Erhöhung der Tangentialgeschwindigkeit des flüssigen Mittels oder Gases oder durch Erhöhung des Abstandes der Begrenzungswände der Trennzone.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger der Teilchen Luft verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein etwa zylindrisches Gehäuse (10) mit einem oder mehreren Einlassen (11, 12) für die Flüssigkeit oder das Gas in der vollen zylindrischen Gehäusewand, welche quer liegende Begrenzungswände (17, 18) einschließt, die sich von der zylindrischen Wand nach der Mitte des Gehäuses einander nähern und von denen die eine Begrenzungswand eine in der Mittelachse des Gehäuses angeordnete Auslaßöffnung (16) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (11, 12) sich tangential in das Gehäuse öffnet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände des Gehäuses durch zwei kreisförmige, koaxial zueinander liegende Scheiben (17", i8^a) gebildet sind, die sich nach innen in Richtung auf ihre Mittelpunkte einander nähern, und daß mindestens eine Einlaßöffnung (33) für die Teilchenmischung durch eine dieser Scheiben (17^s) zwischen deren Mittelpunkt und Umfang verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (33) für die Teilchenmischung etwa in der Mitte zwischen der inneren und der äußeren Begrenzung der Scheiben (17^s, ΐ8^α) so liegt, daß alle Teilchen wenigstens die Hälfte der radialen Ausdehnung der Scheiben durchlaufen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, durch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände oder Scheiben (17^s, ΐ8^β) Umdrehungsparaboloide oder diesen im wesentlichen gleichwertige Kugelflächen oder kegelstumpfförmig sind.

12. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der paraxiale Abstand zwischen den Innenflächen der Begrenzungswände oder Scheiben an den inneren und äußeren Grenzen derselben den Wert

hat, wobei α der paraxiale Abstand an der inneren radialen Begrenzung r_x der Trennzone, b, stets größer als h, der paraxiale Abstand an der äußeren radialen Begrenzung r_a der Trennzone ist (Fig. i).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die paraxialen Abstände Ji zwischen den Innenflächen der Begrenzungswände oder Scheiben bei radialen Abständen r die sich aus folgender Gleichung ergebenden Werte nicht wesentlich überschreiten

und die Werte der folgenden Gleichung nicht wesentlich unterschreiten

h =

α (r₀ ² —

worin α der paraxiale Abstand an der inneren radialen Begrenzung T₁ der Trennzone, b, stets größer als α, der paraxiale Abstand an der äußeren radialen Begrenzung r₀ der Begrenzungszone ist (Fig. 1).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände oder Scheiben (17", i8^a) Umdrehungsparaboloide oder diesen im wesentlichen gleichwertige Kugelflächen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände oder Scheiben (i7^ß, i8^a) etwa die Form von Kegelstumpfmantelflächen haben.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch eine ringförmige Auslaßöffnung (24) durch eine der Begrenzungswände oder Scheiben konzentrisch mit und neben der zylindrischen Wand des Gehäuses.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen