FI69258C - Anordning foer matning av pulveriserat material - Google Patents

Description

KUULUTUSJULKAISU rooco

^ (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 69/0 O

C (45) Patentti myönnetty

Patent meJGelit 10 01 10CG

(51) Kv.lk.4/lnt.CI.* B 05 B 3/12 £ q |^| I __ p I m ^ ^ (21) Patenttihakemus — Patentansökning 801287 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdig 2 2.04 .80 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 2 2.04.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 24.10.80

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväks ipanon ja kuul.julkaisun pvm.—

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 30.09.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 23.04.79 USA(US) 32651 (71) Lockheed Missiles δ Space Company, Inc., 1111 Lockheed Way, Sunnyvale, California 94086, USA(US) (72) John William Meyer, Palo Alto, California, USA(US) (74) Oy Koister Ab (54) Laite jauhetun aineen syöttämiseksi - Anordning för matning av pulveriserat material

Keksinnön kohteena on teollisuusprosesseissa, erityisesti hiilen kaasuttamisessa käytettävä laite jauhetun aineen syöttämiseksi .

Kuten on esitetty FI-patenttihakemuksessa nro 801286, nimeltään "Laite jauhetun aineen syöttämiseksi", joka on samalta hakijalta kuin tämä hakemus, on olemassa joukko teollisia prosesseja, jotka vaativat korkeammilla paineilla toimivia astioita; ja osana niiden toiminnasta on tarpeen syöttää niihin kiinteätä ainetta alemman ilmakehän paineen ympäristöstä. Eräs tällainen menetelmä on hiilen kaasuttaminen, joka käyttää hyväksi jauhettua tai hienonnettua hiiltä palavien kaasujen kehittämisessä. Tällaiset prosessit vaativat jauhetun tai hienonnetun hiilen syöttämisen normaalin ilmanpaineen syöttösuppilosta kohotetun paineen reaktoriastiaan.

Vireillä olevassa patenttihakemuksessa julkaistaan laite jauhetun tai hienonnetun aineen jatkuvaksi syöttämiseksi paineistettuun säiliöön ilman tarvetta kannatinnesteestä, jolloin eliminoidaan kaasun takaisin lyönti materiaalin tai materiaalin 2 69258 syöttölaitteiden läpi. Tämä tulos saavutetaan käyttämällä roottoria paineen alaisessa säiliössä, johon materiaali syötetään. Materiaali syötetään normaali-ilmanpaineisesta syöttösuppilosta kiinteän syöttöputken läpi, sitten kiinteän sisänavan läpi ja sitten pyöristysvyöhykkeeseen kiinteän sisänavan ja pyöritetyn roottorin välillä, josta materiaali joutuu roottorille.

Vaikka tämä kineettinen ekstruuderi ratkaisee monia ongelmia alalla, se ei voi kompensoida vaihteluita syöttömateriaalin läpäisevyydessä, eikä materiaalin syöttönopeutta voida vaihdella laajalla alueella.

Jatkuvassa prosessissa on toivottavaa vaihdella jauhetun materiaalin syöttönopeutta muiden parametrien muutosten kompensoimiseksi hiilen kaasutusprosessissa. Myöskin jauhetun hiilen läpäisevyys vaihtelee käytettäessä hiililaatuja eri hiilikentiltä, ja joskus saman kentän hiililaaduissa. Koska jauhetun hiilen syöttö-nopeus kineettisen ekstruuderin läpi riippuu läpäisevyydestä, on toivottavaa kompensoida ei-toivotut vaihtelut syötettävän hiilen läpäisevyydessä ja voidaan säätää syöttönopeutta reaktorin tarpeen mukaan.

Tämä keksintö aikaansaa laitteen jauheutetun aineen syöttämiseksi syöttölähteestä vaippakoteloon, jota pidetään kohotetussa paineessa, joka laite käsittää roottorin, joka on sijoitettu mainittuun vaippakotelon pesään ja yhdistetty syöttöläh-teeseen jauheutetun aineen vastaanottamiseksi ja sen syöttämiseksi vaippakoteloon. Tämä saavutetaan siten, että roottori käsittää useita säteittäisiä suppiloita, joilla on ensimmäiset ja toiset osat, ja isobaariset säätöaukot aineen virtauksen säätämiseksi roottorin läpi vaippakoteloon, ja että laite käsittää säädettävät suurpaineiset kaasunsyöttövälineet, jotka on yhdistetty toisiin suppilo-osiin suurpainegradientin muuttamiseksi osissa jauhetun aineen virtausnopeuden tai läpäisevyyden muutosten säätämiseksi.

Tämä keksintö aikaansaa laitteen niiden rajoitusten voittamiseksi, joita liittyy vireillä olevaan FI-patenttihakemukseen nro 801286 nimeltään "Laite jauhetun aineen syöttämiseksi", n 3 69258 kun vaatimus mahdollisuudesta käsitellä erilaisia syötettäviä raaka-aineita, joilla on erilaist ominaisuudet, ja vaatimus voida vaihdella syöttönopeutta sopivilla tehotasoilla asetetaan normaalin paineistusvaatimuksen edelle.

Milloin vaaditaan suurempia syöttönopeuksia tai käytetään materiaaleja, joilla on alhaisempi läpäisevyys, paineen nousu syöttökanavissa kasvaa, vähentäen materiaaliin vaikuttavia keski-pakoisnettovoimia ja siten virtausnopeutta. Suihkuttamalla suuri-paineisia kaasuja syöttökanavaan varmistetaan edullinen paineen nousu ja aikaansaadaan hyödyllisempi voimatasapaino.

Laitteen käyttökelpoisuus, jotka kuvataan vireillä olevassa Fl-patenttihakemuksessa nro 801286, nimeltään "Laite jauhetun aineen syöttämiseksi" vähenee suuresti, jos vaaditaan suurempia syöttönopeuksia tai käytetään syötettävää raaka-ainetta, jolla on alhaisempi läpäisevyys. Näissä yhteyksissä paineen nousu syöttökanavassa kasvaa; tämä vähentää tai jopa pysäyttää syöttö-nopeuden, jos ylläpidetään vakionopeutta roottorissa. Vaaditaan hyvin suuri nousu käyttövoimassa, jos roottorin nopeutta lisätään voittamaan paineen nousu. Tämä keksintö vähentää paineen nousua suihkuttamalla suuripaineista kaasua syöttökanavaan ja näin tekee mahdollisesti syöttää alhaisemman läpäisevyyden raaka-ainetta tai syöttää suuremmilla nopeuksilla vähentämättä olennaisesti roottorin nopeutta ja vastaavaa käyttövoimaa.

Lyhyt selostus piirustuksista: kuvio 1 on kaavakuva kaasun suihkutuksen esimerkkilait- teesta, kuvio 2 on käyrä kuvion 1 kaasun suihkutusesimerkkilaitteen poikkipinta-alasta suhteessa etäisyyteen pitkin kaasunsuihkutus-esimerkkilaitetta, kuviot 3 ja 4 ovat käyriä paineesta ja paineen nousun jakautumisesta ilman kaasun suihkutusta, kuvio 5 on käyrästö paineen nousun jakautumisesta materiaalille, jolla on erilainen materiaalin läpäisevyys, ilman kaasun suihkutusta, kuvio 6 on paineen nousun jakaantumisen käyrästä samalle materiaalille kuin kuviossa 5, mutta kaasun suihkutuksen lisäyksellä, 69258 4 kuvio 7 on käyrästö syöttökanavan paineen nousun jakaantumisesta suuren ja alhaisen läpäisevyyden materiaaleille passiivilla kaasun suihkutuksella, kuvio 8 on käyrästö syöttökanavan paineen nousun jakaantumisesta suuren ja alhaisen läpäisevyyden materiaaleille aktiivilla kaasun suihkutuksella, kuvio 9 on pystysuuntainen leikkauskuva, jossa osat on esitetty kaavamaisesti, vaihtelevan materiaalin syöttäjästä ilmentäen tätä keksintöä jauhetun tai hienonnetun materiaalin syöttämiseksi paineistettuun säiliöön, kuvio 10 on suurennettu leikkauskuva osasta kuvion 1 roottoria .

Viitaten nyt kuvioon 9, siinä esitetään kuvaamistarkoituk-sessa roottoria 2, joka on pyörivästi kiinnitetty vaakasuoralle akselille paineastian 4 sisälle. Ymmärretään, että vaikka roottori on esitetty ja kuvattu kiinnitettynä vaakasuoralle akselille, se voitaisiin kiinnittää pystysuoralle tai muulle akselille yhtä hyvin. Roottoriin kuuluu napaosat 6 ja kiinnitys pidäkkeet 9 ja 10. Roottori on pyörivästi tuettu laakereilla 12. Tiivisteet 14 on järjestetty molemmille puolille laakereita tiivistämään voiteluaine ja estämään pölyä vahingoittamasta laakereita.

Ulottuen osasta 6 roottorilla 2 on käyttöakseli 8. Moottori (ei esitetty) on kiinnitetty käyttöakselille millä tahansa tunnetulla tavalla käyttämään roottoria halutulla nopeudella. Kiinteä T-muotoinen syöttöputki 18 on kiinnitetty samankeskeisesti roottoriin ja toimii yhdessä pyöritysvyöhykkeen 20 kanssa syöttämään jauhettu hiili lukuisiin syöttökanaviin 16.

Syöttöputki 18 on sijoitettu roottorin 2 sisälle laakerin 17 avulla, ja laakeri 17 on suojattu tiivisteellä 19.

Syöttökanavat on tehty, kuten esitetään, kahdesta osasta. Ensimmäinen osa 22, joka nähdään leikattuna, muuttuu poikkileikkaukseltaan suorakulmaisesta muodosta pyöreän poikkileikkauksen muotoon, joka aikaansaa suuren vähenemisen pinta-alassa. Toinen osa 24 rajoittaa aukkoa, joka on poikkileikkaukseltaan pyöreä, ja jonka ala vähenee suhteellisen vähän säteen suunnassa. Tila 25, kuten esitetään kuviossa 10, sijaitsee syöttökanavan toisen osan ympärillä. Hiilen purkaantuminen tapahtuu toisesta osasta 24 säätöaukkoon 28, joka on 11 69258 5 kiinnitetty roottorille 2 kahdella ruuvilla (ei esitetty). Säätö-aukon tehtävänä on mitata ja stabiloida hiilen virtausta syöttö-kanavan läpi .

Syöttökanavat ja säätöaukot on suunniteltu helposti vaihdettaviksi .

Roottorin napaosa rajoittaa keskeistä kaasutilaa 30. Kaasun syöttöjohto 32 yhdistää keskeisen kaasutilan 30 syöttökanavien kaasutiloihin 25. Keskeinen kaasutila 30 on yhdistetty kaasun syöttöjohdon 34 kautta ja pyörivän tiivisteen 5 läpi kaasutilojen paineen säätö- ja valvontajärjestelmään, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 36.

Käytössä hiili syötetään roottoriin T-muotoisen syöttöputken 18 läpi ja pyöritysvyöhykkeeseen 20. Hiili syötetään sitten ensimmäisen osan syöttökanavaan pyöritysvyöhykkeeltä. Keskipakoisvoima syöttää hiiltä syöttökanavan läpi ja toisen osan syöttökanavan läpi ja ulos säätöaukkoon ja paineastiaan 4.

Tämän toiminnan aikana kiinteän aineen nopeus syöttökanavissa tulisi valita oikein kaasuvuodon välttämiseksi suuren paineen alueelta. Jos materiaalin nopeus on liian alhainen, esiintyy liikaa kaasun virtausta pyöritysvyöhykkeeseen, tehden vaikeaksi ylläpitää virtausta T-muotoisen syöttöputken läpi. Jos materiaalin nopeus on liian suuri, kaasun paineen nousu syöttökanavassa nousee korkeaan arvoon tukkien syöttökanavan. Tämä tukkeutuminen voidaan estää lisäämällä roottorin nopeutta, joka vuorostaan lisää keskipakoisvoimaa pitääkseen materiaalin virtaamassa, tai muuttamalla paineen nousua kaasun suihkutuksen avulla syöttökanavaan.

Tämä keksintö on kohdistettu keinoihin vaikuttaa suoraan paineen jakaantumiseen syöttökanavassa.

Tässä esitetään laskelmia, jotka kuvaavat kaasun suihkutuksen hyödyllisiä vaikutuksia määrättyyn syöttökanavan rakennemuotoesi-merkkiin. Laskelmat on tehty käyttäen syöttökanavassa tapahtuvan huokoisen kerroksen virtauksen tietokoneanalyysiä. Analyysi on vahvistettu vertaamalla arvoihin, jotka on saatu kokeissa kineettisellä ekstruuderilla.

Esimerkkiä varten valitun syöttökanavan rakennemuoto on esitetty kaavamaisesti kuviossa 1. Kiinteän aineen liike tapahtuu oikealta vasemmalle. Syöttökanavan sisäänmenoaukossa paine on 1 atm 6 69258 ja syöttökanavan ulostuloaukossa paine on 28 atm. Alkupiste (z = 0) on sijoitettu syöttökanavan ulostuloaukkoon eli sen korkeapaine-päähän. Säätökaasun syöttökanavan ulostuloaukkoon eli sen korkea-painepäähän. Säätökaasun suihkutuskohtien on oletettu olevan normalisoiduissa kohdissa z = 0,1, 0,2, 0,3 ja 0,4. Esimerkkisyöttö-kanavan tarkka poikkileikkausalan profiili on esitetty kuviossa 2. Muut esimerkkilaskelmissa käytetyt arvot ovat seuraavat:

Syöttökanavan pituus (m) 0,21 2 -4

Syöttökanavan ulostuloaukon pinta-ala (m ) 4,87 x 10 2 -13

Kiinteän aineen kerroksen läpäisevyys (m ) 2,6 x 10 tai 3,9 x 10-13 3

Kiinteän aineen massatiheys (kg/m ) 67d

Kiinteän kerroksen huokoisuus 0,533

Kaasun viskositeetti (kg/m-sek.) 1,8 x 10

Kiinteän kerroksen arvot ovat jauheelle, josta 70 % läpäisee 800 silmukkaa/10 cm tiheän hiiliseulan.

Kuviot 3 ja 4 esittävät tuloksia laskelmista kerrokselle, -13 2 jonka läpäisyarvo k = 3,9 x 10 m, ja ilman kaasun suihkutusta.

Syöttökanavan kaasun paineen jakaantumat on annettu kuviossa 3 kiinteän läpikulkevan aineen määrille, jotka vastaavat syöttökana- 2 van ulostuloaukon massanopeuksia 0 - 1073 kg/sek./m . Paineen nousut, samalle tapaukselle on esitetty kuviossa 4.

dz

Paineen nousu on se avainparametri, joka vaikuttaa kineettisen ekstruuderin toimintaan, sillä roottorin nopeuden tulee olla kyllin suuri keskipakoismassavoimalle, jotta se ylittäisi sen vastakkaisen paineen nousun suuruuden läpi koko syöttökanavan, kiinteän aineen läpikulun ylläpitämiseksi, esim.: _ 2 S. dp Γ dz jossa JS = kerroksen tiheys r = etäisyys pyörimisakselilta w = roottorin kulmannopeus dp — = paineen nousu yhteensopivissa yksiköissä dz 69258 7

Kuten voidaan nähdä kuvioiden 3 ja 4 tuloksista, paineen nousu on herkkä läpi kulkevan kiinteän aineen määrälle. Suuret läpi kulkevat määrät pyrkivät keskittämään paineen laskun lähelle syöttökanavan ulostulopäätä, lisäten siten (absoluuttisena arvona) paineen nousua tällä alueella.

Paineen nousun jakaantumat ovat myös herkkiä kiinteän aineen kerroksen ominaisuuksille, erityisesti läpäisevyydelle samalla tavoin.

Kuvio 5 osoittaa laskettuja tuloksia samoille arvoille, paitsi että kerroksen läpäisevyys on alennettu arvosta 3,9 x 10 -13 2 arvoon 2,6 x 10 m . On huomattava, että syöttökanavan ulostulo- aukon paineen nousujen alue, samalla läpi kulkevan määrän alueella, kasvaa arvoista - 32 - -78 arvoihin -32 - -118, kun läpäisevyyttä vähennetään. Läpi kulkevan määrän huippuarvolla vaadittaisiin huomattavasti korkeampi roottorin nopeus, joka on korkeampi suunnilleen tekijällä \f 118 , pumppaamaan menestyksellisesti V 78 alhaisemman läpäisevyyden materiaalia. Voiman tarve kasvaa nopeasti roottorin nopeuden mukana, siten suuremmasta nopeudesta on merkittävät seuraukset.

Seuraavassa selostetaan kaasun suihkutuksen hyödyllisiä vaikutuksia. Suuri määrä kaasun suihkutuksen malleja on mahdollisia. Pitkin syöttökanavaa voi olla mikä tahansa määrä kaasun suihkutus-kohtia. Kaasua voidaan suihkuttaa joko pienestä aukosta tai huokoisesta osasta syöttökanavan seinämässä. Virtausvastus (esim. aukon ala) suihkutuskohdissa voi olla erilainen tai sama kaikissa suihku-tuskohdissa. Kaasun virtaukset voivat olla kaikki peräisin samasta tilasta roottorilla tai saattaa olla kaksi tai useampia tiloja, joissa ylläpidetään erisuurta painetta. Kaasun suihkutus voi olla "aktiivia", so. paine tilassa säädetään läpi syötettävän määrän muutosten tai syötettävän raaka-aineen ominaisuuksien (so. läpäisevyyden) muutosten mukaan, tai se voi olla "passiivia "- tällöin paine tilassa pidetään koko ajan vakiona.

Seuraavassa analysoidaan yksi "aktiivi" suihkutustapaus ja yksi "passiivi" suihkutustapaus esimerkkeinä. Kaasun suihkutuskoh-dat on esitetty kuviossa 1, ja ne ovat samat kummassakin tapauksessa. "Aktiivissa" tapauksessa: 69258 8 -7 2

Kaikkien suihkutuskohtien aukon ala on = 1,9 x 10 m Säätökaasutilan paine = 29,6 atm tai 35,7 atm "Passivissa" tapauksessa: -7 2

Kaikkien suihkutuskohtien aukon ala on = 4,5 x 10 m Säätökaasutilan paine = 29,6 atm

Kaikki muut arvot ovat yhteisiä edellisen esimerkin kanssa, jossa ei ollut kaasun suihkutusta.

Kuvio 6 esittää laskettuja syöttökanavan paineen nousun jakaantumia "passiville" kaasun suihkutuksen tapaukselle ja -13 2 arvolle = 2,6 x 10 m . Tätä on verrattava jakaantumien kanssa ilman kaasun suihkutusta kuviossa 5. Kuten selvästi voidaan nähdä, kaasun suihkutuksella on samanlainen vaikutus kuin raaka-aineen läpäisevyyden lisäämisellä. Ilman kaasun suihkutusta = 118 I dz 2 läpi kulkevalla määrällä 1073 kg/sek/m ; kaasun suihkutuksella tämä laski arvoon d£ I =77. Tämä vähentäisi roottorin nopeus- dz I max tarvetta toiminnassa.

"Passiivin" kaasunsuihkutuksen hyödyllisyyttä kuvataan edelleen kuviossa 7. Se esittää vertailua syöttökanavan paineennousujen välillä kaasun suihkutuksella ja ilman, suuren ja alhaisen läpäisevyyden esimerkeille. Tulokset osoittavat, että ^ - käyrät ovat vähemmän herkkiä muutoksille läpäisevyydessä, kun käytetään kaasun suihkutusta. Alhaisimman pyörimisen massavoiman käyrät kaasun suihkutuksen tapauksille, joita on merkitty 3' ja 4' kuviossa 7, ovat paljon lähempänä toisiaan kuin käyrät ilman kaasun suihkutusta, 1' ja 21.

Jos käytetään "aktiivia" kaasun suihkutusta, voidaan vielä tarkemmin muotoilla paineen nousua. Kuviossa 8 esitetään paineen nousujen vertailut suuren ja alhaisen läpäisevyyden tapauksille samalla tavoin kuin kuviossa 7. Käyrät 1 ja 2 ovat suurelle ja alhaiselle läpäisevyydelle ilman kaasun suihkutusta kuten edellä. Käyrä 3 on kaasun suihkutukselle, suihkutusaukon alan ollessa 1,9 x -7 2 . -13 2 10 m , paineen tilassa 29,6 atm, ja k = 3,9 x 10 m. Käyrällä li 9 6<?258 -13 2 4 k = 2,6 x 10 m ja paine tilassa 35,7 atm, joka lisää suihku-tuksen virtausta. Verrattaessa erilaisuuksia käyrien 3 ja 4 vast. 1 ja 2 välillä huomataan, että muutokset syötettävän raaka-aineen läpäisevyydessä on melkein täysin kompensoitu "aktiivilla" kaasun suihkutuksella.

Claims (4)

10 69258

1. Laite jauheutetun aineen syöttämiseksi syöttölähteestä vaippakoteloon (4), jota pidetään kohotetussa paineessa, joka laite käsittää roottorin (2), joka on sijoitettu mainittuun vaippa-kotelon pesään ja yhdistetty syöttölähteeseen jauheutetun aineen vastaanottamiseksi ja sen syöttämiseksi vaippakoteloon, tunnettu siitä, että roottori (2) käsittää useita säteittäisiä suppiloita, joilla on ensimmäiset ja toiset osat (22,24), ja iso-baariset säätöaukot (28) aineen virtauksen säätämiseksi roottorin läpi vaippakoteloon(4),ja että laite käsittää säädettävät suur-paineiset kaasunsyöttövälineet (25,30,32,34,36), jotka on yhdistetty toisiin suppilo-osiin (24) suurpainegradientin muuttamiseksi osissa jauhetun aineen virtausnopeuden tai läpäisevyyden muutosten säätämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaasunsyöttövälineisiin kuuluu paineensäädin ja säätöjärjestelmä (36), keskeinen kaasutila (30), joka on yhdistetty paineensäätimeen ja säätöjärjestelmään (36), ja syöttöjohdot (32), jotka ulottuvat keskeisestä kaasutilasta kulkuteiden seinämien läpi kulkeviin kanaviin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että paineensäädin ja säätöjärjestelmä (36) on sijoitettu vaippakotelon (4) ulkopuolelle ja että keskeinen kaasutila (30) on asennettu roottoriin (2).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että kaasunsyöttövälineisiin kuuluu tila (25) , joka ulottuu olennaisesti kulkutien toisen osan (24) pituudelle, ja useita säteittäisesti erillään olevia kanavia, jotka yhdistävät tilan kulkutien sisäosaan. li