FI79869B - Anordning och foerfarande foer fraktionering av i vaetska suspenderad, av olika stora partiklar bestaoende blandning. - Google Patents

Description

1 79869

Laite ja menetelmä nesteeseen suspendoituneen, erikokoisten osasten muodostaman seoksen fraktioimiseksi

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mu-5 kaista laitetta patenttivaatimuksen 7 johdannon mukaista menetelmää nestemäisessä kantoaineessa olevien osasten, kuten massalietteessä olevien kuitujen, erottelemiseksi osasten suhteellisen koon mukaan.

Menetelmää suspensiossa tai lietteessä olevien pien-10 ten osasten erottelemiseksi koon mukaan käytetään eri teollisuudenaloilla. Kyky tehdä sellaisia erotteluja on erityisen tavoiteltu paperinvalmistuksessa, koska kuiduista valmistetun paperin laatu ja ominaisuudet riippuvat suuresti massan kuitujen paksuudesta ja pituudesta. Paperi-15 teollisuudessa on todettu monia käyttömahdollisuuksia tehokkaille fraktiointiprosesseille.

Keräyspaperista tai pahvista tehty massaliete voitaisiin fraktioida kokkareiden tai erityisten epäpuhtauksien poistamiseksi sekä kuitujen erottelemiseksi jonkin halutun 20 koon ylä- tai alapuolelle. Sellainen fraktiointi tekisi esimerkiksi mahdolliseksi erotella jäteaaltopahvilietteessä "laineri"-kuidut "medium"-kuiduista. Pintapaperi koostuu pääasiassa suhteellisen suurista havupuukuiduista (halkai-suja 40-50 mikronia, pituus 3-5 mm) kun taas medium-kuidut 25 ovat pääasiassa pienempiä lehtipuukuituja (halkaisija 20-30 mikronia, pituus 1-3 mm).

Fraktioinnin avulla voitaisiin myös käyttää halutun monikerrostuotteen valmistuksessa parhaalla mahdollisella tavalla yhtä ainoaa kuitulähdettä, joka tavallisesti on 30 erikokoisten kuitujen sekoitus. Kutakin fraktiota, jonka erottaa kuitukoko, voitaisiin käyttää muodostamaan yksi ainoa kerros, jonka ominaisuutta kuvastaisivat kerroksessa olevat kuidut. Eri fraktioista tehdyt kerrokset yhdistettäisiin sitten muodostamaan monikerroksinen tuote, jossa olisi __— 1..

2 79869 ominaisuuksia, joita alkuperäisestä kuituseoksesta tehdyllä yksikerroksisella tuotteella ei olisi.

Eroteltuja massatraktioita voitaisiin myös käyttää yksinään valmistettaessa yksikerroksisia tuotteita, joilla 5 olisi kuitukokoon liittyviä haluttuja ominaisuuksia. Lisäksi jotkin paperikoneet toimivat tehokkaimmin käytettäessä massaa, jossa kuitujen koko on jollain nimenomaisella alueella. Toinen mahdollinen massan fraktioinnin sovellutus on erottaa massavirta kahteen tai useampaan fraktioon, jotka voidaan 10 jauhaa parhaissa mahdollisissa olosuhteissa ja sitten yhdistää jälleen.

Vaikkakin massan fraktioinnin mahdolliset sovellutukset tunnetaan hyvin, ei fraktiointi ole ollut kaupallisesti tärkeää, mikä johtuu tehokkaiden laitteiden puutteesta. Kau-15 palliset laitteet, joilla massaa voidaan fraktioida, kuten esimerkiksi keskipakolajittimet tai Johnsonin Fraktionaatto-rit kärsivät suuresta energiankulutuksesta ja siitä, että massakonsentraation tulee olla alhainen (1 % tai alle), minkä lisäksi on suurimittaisessa toiminnassa ongelmana veden 20 saastuminen.

Lisäksi on kaupallisesti saatavana olevissa fraktioin-tiprosesseissa todettu, että jos massalietettä syötetään alapinnalle tavanomaisessa kaupallisesti saatavana olevassa pyörivässä lautashajottimessa, joka on muodoltaan käännetty 25 lautanen, on tuloksena olevassa suihkussa vaihteluita rae- ja kuituosasten keskikoon suhteen funktiona pystysuuntaisesta sijainnista. Ks. esim. K. Möller, et ai., "Screening, Cleaning and Fractionation with an Atomizer," Paper Technology and Industry, Vol 20, nro 3, s. 110-114, huhtikuu 1979, jossa 30 myös ehdotetaan kahta fyysistä mekanismia fraktiointi- ilmiön selittämiseksi. Ensinnäkin oletetaan, että hajotin-pyörällä olevassa massakalvossa vallitsee suuri leikkausgra-dientti. Pyörän pinnan lähellä oleva osa massasuspensiosta kiihtyy nopeammin kuin kalvon vapaata pintaa lähellä oleva 35 osa suspensiosta. Lähellä pyörän pintaa olevat suuret leik-kausgradientit saavat aikaan sen, että suuremmat osaset 3 79869 siirtyvät pois pyörän pinnan välittömästä läheisyydestä, samalla kun hienojakoinen materiaali jää paikalleen. Toinen fraktiointia varten ehdotettu mekanismi perustuu keskipakovoimaan, joka vaikuttaa kalvoon, kun tämä liikkuu käännetyn 5 lautasen muotoisen hajotinlevyn yli. Tämä voima pitää kalvon, kokonaisuutena ottaen, puristuneena lujasti vasten ha-jottimen pintaa ja maksimoi siten kiihtyvyyden. Keskipakovoiman edellytetään saavan kooltaan tai tiheydeltään suuremmat osaset tai kuidut siirtymään kalvon vapaalta pinnalta si-10 säänpäin kohti pyörän pintaa, samalla kun pienemmät osaset tai hiukkaset jäävät paikalleen.

Fraktointikokeet, joissa osasliete syötetään hajotin-pyörän alapinnalle osoittavat, että pyörää ympäröivässä suihkussa pienempien osasten konsentraatio kasvaa asteittain kor-15 keuden mukana, samalla kun suurempien osasten konsentraatio pienenee. Siten on mahdollista, kokoamalla osa suihkusta suihkun valitussa kohdassa, saada aikaan osassekoitus, jossa on suurempi osuus tietynkokoisia osasia kuin syötetyssä sul-pussa. Johtuen kuitenkin selvästä asteittaisesta osaskoon 20 muutoksesta hajotinpyörän ympärillä funktiona pystysuorasta sijainnista eivät kaupallisesti saatavana olevat hajotinlait-teet tarjoa tehokasta fraktiointia, eikä niitä yleensä voida käyttää haluttaessa fraktiotu tuote, joka sisältää vain määrätyllä kokoalueella olevia osasia tai joka ei sisällä mää-25 rätyllä kokoalueella olevia osasia.

Tämän keksinnön mukaan saadaan aikaan erittäin tehokas osassuspensioiden fraktiointi käyttämällä laitetta, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa, ja menetelmää, jolle puolestaan 30 on tunnusomaista patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa esitetyt seikat. Oikeissa olosuhteissa voidaan erikokoisten osasten muodostama suspensio jakaa kahteen erilliseen osaan, joissa on vain valittua suurempia tai pienempiä osasia. Siten voidaan saavuttaa tehokkaampi fraktiointi kuin frak-35 tiointiin käytetyissä kaupallisesti saatavana olevissa fraktiointi- tai hajotuslaitteissa.

4 79869

Lautanen on symmetrinen pyörimisakselin suhteen ja siinä on yläpinta, joka sopii stabiloimaan pinnalle sijoitetun lietekalvon ja joka päättyy terävään, ympyrän muotoiseen kehäreunaan. Yläpinnan reunasta lähtee riippukehä, joka 5 päättyy kehäreunaan. Fraktiointiprosessille ovat kriittisiä kehän ja sen yläpintaan liittyvän reunan rakenne. Kehän tulee lähteä yläpinnan reunasta vaakatasoon nähden 90° tai pienemmässä kulmassa, jos lautanen pyörii pystyakselin ympäri, suspensiolietteen tulee kostuttaa kehä ja kehän reunan 10 tulee olla riittävän pitkä, niin että sille voi muodostua stabiili suspensiokalvo. Kun sellainen lautanen pyörii ja sen pinnalle syötetään hienojakoista lietettä, erottuvat karkeat ja hienojakoiset osaset lautasta ympäröivän suihkun korkeuden funktiona. Karkeiden osasten on todettu 15 irtoavan virtaavasta lietekalvosta vedettöminä ja liikkuvan säteittäisesti yläpinnan reunasta suhteellisen kapeana kaistana, kun taas nestekalvo kuljettaa hienojakoiset osaset pitkin kehän pintaa ja ne irtoavat kalvon mukana kehällä tai kehän reunassa. Erottelu tapahtuu ilmeisessä suhteessa pit-20 kien osasten, kuten puukuitujen, halkaisijaan, mistä on seurauksena, että 95 % tai enemmän halkaisijaltaan valituista suuremmista osasista erottuu halkaisijaltaan pienemmistä osasista. Sellainen valinta osaskoossa tekee mahdolliseksi erotella kuidut pituuden mukaan, jos kuitupituus on suorassa 25 suhteessa kuitujen halkaisijaan, kuten puukuiduissa yleensä on asianlaita. Erityisesti suurempien kuitujen muodostamat kimput, tikut ja vieraat osaset, kuten hiekka, saadaan lähes kokonaan erotelluksi hienojakoisista osasista sellaisissa puumas saiiette i s sä.

30 Tässä keksinnössä liittyy hienojakoisten osasten erottelu karkeista osasista lautasen pintojen, erityisesti lautasen kehän, kostuvuuteen, kalvossa olevien kiinteiden hiukkasten kostuvuuteen, kalvon pintajännitykseen ja kehän keskipakokiihtyvyysvoimaan. Suuremmat, karkeat osaset voivat 35 ilmeisesti irrota kalvosta terävän reunan kohdalla, jos syöttönopeus ja lautasen pyörimisnopeus ovat oikeat, samalla 5 79869 kun pienemmät osaset ilmeisesti jäävät kalvoon sen valuessa yläpinnan reunan yli kehälle. Sen vuoksi voidaan kehän läheisyyteen sijoittaa erotuslevy erottamaan fyysisesti lautasesta lähtevät kaksi virtaa, joista toisessa on karkeat osa-5 set ja toisessa hienojakoiset. Johtuen siitä, että erottelu tapahtuu lautasen reunan kohdalla, ei lisäilmasta lautasen lähellä ole hyötyä ja se jätetään mieluimmin pois.

Keksinnön toteuttamista varten tarkoitetun edullisen laitteen pyörivässä lautasessa on virtaavan kalvon stabiloimiseen so-10 piva pinta, kuten tasainen sileä, vaakasuora pinta. Kehä lähtee pinnan terävästä reunasta kulmassa, joka on 90-20° siihen vaakatasoon nähden, jossa lautanen pyörii pystysuoran akselin ympäri. Valitsemalla lautasen halkaisija ja pyörimisnopeus, kehän pituus ja kehän kulma pintaan nähden sekä 15 massalietteen syöttönopeus ja konsentraatio on mahdollista jakaa massaliete kahteen osaan, joissa kuidun halkaisija voidaan valita yli tai alle 10-200 mikronia, mikä vastaa tyypillisiä kuitupituuksia 1-10 mm. Kun kuitukerrokset kulkevat useiden selitetyn tyyppisten laitteiden kautta, voi-20 daan alkuperäinen kuitukerros erotella osiin, jotka sisältävät olennaisesti vain kuituja, joiden koko on ennalta valittu .

Keksinnön päämäärät, piirteet ja edut selviävät seu-raavasta yksityiskohtaisesta selityksestä, johon liittyvät 25 oheiset piirustukset, jotka kuvaavat tämän keksinnön mukaisen suihkufraktioinnin toteuttamista varten tarkoitetun laitteen edullista suoritusmuotoa.

Piirustuksissa:

Kuvio 1 on yksinkertaistettu poikkileikkauskuva suih-30 kukokoojakammiosta, jonka sisään on asennettu pyörivä lautanen.

Kuvio 2 on poikkileikkauskuva suihkukokoojakammiosta otettuna pitkin kuvion 1 viivaa 2-2, niin että pyörivä lautanen on poissa.

6 79369

Kuvio 3 on sivupystykuva keksinnön mukaisessa laitteessa käytetystä lautasesta.

Kuvio 4 on eräs suoritusmuoto lautasesta, jossa on viisto reuna.

5 Kuvio 5 on eräs toinen suoritusmuoto lautasesta, jos sa on jatkettu reuna.

Kuvio 6 on kuva osasta pyörivää lautasta ja esittää valaisevasti, miten nestekalvo kääntyy lautasen pintasärmän yli reunalle.

10 Kuvio 7 yksinkertaistettu kuva pyörivästä lautasesta ja esittää erikokoisten osasten suhteellisia asemia niiden lähtiessä lautaselta.

Kuvio 8 on yksinkertaistettu kuva alasyöttölautasen muodosta.

15 Kuvio 9 on yksinkertaistettu sivukuva lautasen erääs tä toisesta suoritusmuodosta, jonka pinta on kupera.

Kuvio 10 on yksinkertaistettu sivukuva lautasen eräästä muusta suoritusmuodosta, jonka pinta on kovera.

Kuvio 11 on yksinkertaistettu sivukuva lautasen erääs-20 tä muusta suoritusmuodosta.

Viitaten piirustuksiin esitetään kuviossa 1 keksinnön mukaisen fraktiointilaitteen 20 yksinkertaistettu poikkileikkaus. Yleisesti sylinterin muotoinen ulkovaippaseinä 21 ja ylävaippaseinä 22 ympäröivät ja sulkevat ilmakehästä 25 fraktiointilautasen 24, joka on asennettu kiertämään sähkö-moottorin 26 vetämän pystysuoran akselin 25 ympäri. Lautanen 24 on symmetrinen sen akselin suhteen, jonka ympäri se kiertää. Seinien 21 ja 22 muodostaman kokoojan on sijoitettu erotusseinä 27 erottamaan kokooja kahdeksi kammioksi. Ensim-30 mäinen kammio, jonka muodostavat erotusseinä 27 ja ulkoseinä 21, kokoaa suuremmat kuidut, joista vesi on poistettu ja jotka poistetaan poistoputkien 29 kautta. Toinen, alempi kammio, joka muodostuu erotusseinän 27 ja kartion muotoisen ohjausseinän 30 väliin, kokoaa pienemmät kuidut, jotka kulkevat suurimman vesimäärän mukana. Kaukaloon kerääntynyt vesi ja kuituliete lasketaan pois kaukalon poistoputkien 32 kautta.

7 79869

Syötettävä raaka-aine, vedessä tai muussa nesteessä 5 olevat osaset, syötetään lautasen 24 yläpinnan 35 keskelle syöttöputken 36 kautta, joka syöttää lietteen juuri yläpinnan keskikohdan päälle. Yläpinta 35 on lautasessa vastakkaisella puolella verrattuna siihen pintaan, johon akseli 25 on kiinnitetty, niin että pintaa eivät katkaise mitkään mekaa-10 niset liitännät, jotka olisivat välttämättömiä jos lautasen kiinnitys olisi sen yläpinnassa. Syistä, jotka selitetään tuonnempana, on toivottavaa, että yläpinta sopii mahdollisimman hyvin muodostamaan stabiilin nestekalvon päälleen. Syötettävä raaka-aine pumputaan syöttöputkeen säiliöstä, 15 jossa käytetään tavanomaisia laitteita (ei esitetty). Kuten tuonnempana edelleen selitetään, muodostaa nesteessä olevien osasten suspensio pyörivälle yläpinnalle 35 kalvon, joka liikkuu pinnan kehän reunalle 38, jossa tapahtuu suurten osasten erottuminen pienistä. Suuremmat osaset pyrkivät rik-20 komaan kalvon pinnan reunassa 38 ja sinkoutuvat pois lautaselta, kun taas pienemmät osaset pysyvät kalvossa, joka kääntyy reunan 38 ympäri ja kulkee alaspäin pitkin lautasen kehää 39, kunnes kalvo ja osaset tulevat kehän reunalle 40, jossa sekä neste että osaset sinkoutuvat pois. Suuremmat 25 osaset kerääntyvät erotusseinän 27 ja ulkoseinän 21 väliseen ensimmäiseen kokoomakammioon ja vesi sekä pienemmät osaset kerääntyvät erotusseinän 27 ja sisäseinän 30 väliseen toiseen kokoomakammioon. Koska ensimmäisessä kammiossa olevien suurempien osasten mukana on erittäin vähän vettä, voi jois-30 sain olosuhteissa olla toivottavaa, että ensimmäisessä kammiossa on suihku, jolla suuremmat osaset huuhdotaan alas poistoputkiin 29. Jotta suuret osaset parhaiten erottuisivat pienemmistä, suositellaan, että erotusseinän 27 sisäreuna 42 on lähellä kehää ja pystysuunnassa yläpinnan reunan 38 ja 35 kehän reunan 40 välillä, niin että pienemmät osaset kulkevat s 79869 erotusseinän 27 alle, kun taas suuremmat osaset sinkoutuvat seinän 27 yli tai taakse.

Kuvioissa 3-5 esitetään yksityiskohtaisempia kuvia suihkufraktiointilaitteessa 20 käytettyjen pyörivien lautas-5 ten eri suoritusmuodoista ja on selvää, että kukin näissä kuvioissa esitetyistä voi korvata kuviossa 1 esitetyn lautasen 24.

Kuviossa 3 esitetyssä lautasessa on olennaisesti tasainen pyöreä yläpinta 45, terävä, pyöreä yläpinnan reuna 46, 10 joka rajoittuu yläpintaan 45 sekä sileä, sylinterin muotoinen kehä 47, joka lähtee alaspäin reunasta 46 90° kulmassa ylä pinnan 45 vaakatasoon nähden. Kehä 47 päättyy kehänreunaan 48. Lautanen voidaan tehdä alumiinista tai sopivasta (mieluimmin ruostumattomasta) teräksestä, niin että yläpinta 47 15 ja kehä 47 kiillotetaan, jotta putkesta 36 syötetty liete varmasti kostuttaisi näitä pintoja mahdollisimman paljon.

On todettu, että kun kuvion 3 lautasta pyöritetään riittävän suurella nopeudella, esimerkiksi 3 000 kierr/min tai yli, jakautuvat yläpinnan 45 keskelle syötetyssä sulpus-20 sa olevat kuidut kahteen eri suihkuvirtaan, joilla on eri suunta, kun ne lähtevät pyörivältä lautaselta. Ylemmän suih-kuvirran 50 kuviossa 3 on todettu sisältävän halkaisijaltaan suurempia kuituja ja osasia, kun taas alemman, alaspäin taittuneen virran on todettu sisältävän pienempiä kuituja tai 25 osasia. Molempien virtojen välissä on erotusseinä 27, joka fyysisesti jakaa virrat sen jälkeen kun ne lähtevät lautaselta.

Osana tästä keksinnöstä on havaittu, että kulma, jossa kehän pinta leikkaa yläpinnan kehän reunassa, on tärkeä 30 tekijä tehokkaassa fraktioinnissa. Tätä valaistaan kuviossa 4 esitetyn lautasen suhteen, jossa on olennaisesti tasainen yläpinta 55, johon rajoittuu pyöreän kehän reuna 56 sekä viisto kehä 57, joka laskeutuu alaspäin kehän reunasta 56 yläpinnan 55 tason suhteen kulmassa Θ. Viisto kehä 57 päättyy 35 kehäreunaan 58. Lautanen voidaan tehdä siten, että käyttämällä alle 90° kehäkulmaa, voidaan fraktiointitehoa nostaa.

9 79869

Tarkoituksenmukaisissa olosuhteissa sinkoutuvat suuremmat osaset säteittäisesti lautasen reunasta 56 ensimmäisenä virtana, jota kuviossa 4 merkitään yleisesti viitenumerolla 60, kun taas pienemmät osaset pysyvät lautasella olevassa kalvos-5 sa, joka kääntyy reunan 56 yli ja seuraa kehää 57 kehän reunaan 58, minkä jälkeen kalvo ja pienemmät osaset sinkoutuvat suuntaan, jossa on alaspäin suuntautunut nopeuskompo-nentti, toisena virtana, jota kuviossa 4 merkitään viitenumerolla 61. Yläpinnan reuna 56 tehdään suhteellisen "teräväk-10 si", niin että kalvon suunta muuttuu äkillisesti yläpinnan reunassa. Kuten seuraavassa edelleen selitetään, on säteittään yläpinnan reunasta ulospäin liikkuvien suurempien osasten liikemäärä riittävä voittamaan kalvon pintajännityksen, niin että ne lentävät ulospäin lautasesta säteittään. Jos 15 yläpinnan reuna ei ole terävä, vaan sen kaarevuussäde on suhteellisen suuri, ei kalvon ja siinä olevien osasten suunta muutu riittävän äkillisesti, jotta suuremmat osaset murtautuisivat vapaiksi. Tehokasta fraktiointia varten tarvittavan kehän "terävyys" voidaan helposti määrätä kokemuspe-20 räisesti mitä tahansa annettua lietenestettä, syötettävää raaka-ainetta tai hienojakoista konsentraatiota varten. Yleensä ottaen riittää 10 mikronin tai sitä pienempi reunan kaarevuussäde tavallisille syötettäville materiaaleille, kuten sulppulietteelle, joskin suuremmat säteet voivat olla 25 mahdollisia joissakin olosuhteissa. Erotusseinä 27 voidaan sijoittaa virtojen 60 ja 61 väliin, niin että virrat pysyvät toisistaan fyysisesti erossa, kun ne lähtevät lautaselta. Lautasen muoto on oikea silloin kun kehäkulma Θ, jossa kehän pinta lelkkaa vaakasuoran tason, on kuvion 3 kulman 90° 30 ja noin 20° välillä, joskin oikeissa olosuhteissa voidaan käyttää niinkin pientä kulmaa kuin 5°.

Jotain annettua lautasen yläpinnan halkaisijaa ja pyörimisnopeutta, lietteen syöttönopeutta ja syötettävän materiaalin kuitupitoisuutta varten voidaan kehäkulma Θ löytää 35 siten, että lähes kaikki syötettävän materiaalin ne osaset, joiden halkaisija on valittua suurempi sinkoutuvat lautaselta 10 79869 tarkoin määrättynä ylempänä virtana, kun taas kaikki ne lietteessä olevat osaset, joiden halkaisija on valittua pienempi, lähtevät alaspäin tarkoin määrättynä alempana virtana. Erotusseinän 27 kaltainen erotin voidaan siten si-5 joittaa molempien virtojen väliin pitämään ne erillään toisistaan .

Kun on tutkittu teoreettisesti kuitujen liikettä pyörivällä lautasella, on todettu, että rakenneolosuhteiden, joissa kuidut, joiden halkaisija on valitun halkaisijan D 10 ylä- ja alapuolella, saadaan eroamaan toisistaan, tulee toteuttaa seuraava yhtälö: sine DV« - - 0.721 . f*X_

15 V* / °/°S

jossa D = kuitujen halkaisija (cm) 3 p_ = kuitujen tiheys (g/cm ) ^ 3 20 p = nesteen tiheys (g/cm )

Xj ω = lautasen pyörimisnopeus (rad/s) r = yläpinnan kehän säde (cm) L = kuitupituus ^u = nesteen viskositeetti (g/cm s) 25 γ = pintajännitys (dyn/cm) Θ = kehäkulma (rad)

Voidaan todeta, että kuitupituudella ei ole huomattavaa merkitystä rakenneyhtälössä, koska se esiintyy vain tekijässä /ln(L/D) - 0,72./· Tämän tekijän suuruus ei mainit-30 tavasti muutu, jos pituutta muutetaan halkaisijasta riippumatta. Siten eivät muutokset kuitupituudessa, jollei niihin liity muutoksia kuitujen halkaisijassa, vaikuta mainittavasti kuitujen halkaisijan mukaan tapahtuvaan fraktiointiin.

Kun lautasen nimenomainen rakenne on annettu, voidaan 35 tarvittava pyörimisnopeus halkaisijaltaan D valittujen kui-

II

11 79869 tujen fraktioimiseksi ilmaista kirjoittamalla yllä oleva yhtälö uudelleen seuraavasti: •-ΟΓn / s*n Θ l*n (L/D) - 0,72] 10 Käyttämällä yllä olevaa yhtälöä voidaan laskea pyörimisnopeus, jolla kaikki halkaisijaltaan valittuja kuituja suuremmat irtoavat lautasesta yläpinnan reunassa, edellyttäen, että yläpinnalla ja kehällä oleva lietekalvo on sta-15 biili sellaisessa nopeudessa.

Edellä olevat rakenneyhtälöt perustuvat osittain sille olettamukselle, että nestekalvo kääntyy pinnan kehän reunan yli ja jatkaa liikettää stabiilina kalvona kehällä. Kalvon tulee siten kyetä kostuttamaan kehä, koska jos näin 20 ei käy, sinkoutuu nestekalvo siinä olevine osasineen säteit-täisesti ulospäin yläpinnan kehän reunan kohdalla eikä käänny reunan ympäri. Viitaten kuviossa 4 esitettyyn lautaseen vahvistetaan kostuvan kehän tarpeellisuus peittämällä kehä silikonirasvalla, jolloin kehän pinnan kostutettavuus voi-25 makkaasti pienenee. Sellaisissa olosuhteissa ei voida todeta juuri mitään erottumista lautasta ympäröivässä kuitu-suihkussa. Kehän osittaisen kostuttamisen, jolloin kehä huomattavasti lyhenee, on todettu olennaisesti vähentävän frak-tioitumista, varsinkin jos alle 9,5 mm:n pituiset kuidut 30 jäävät kostuttamatta. Jos lautanen on metallia ja vettä käytetään kanninnesteenä, on kehän pituuden yläpinnan reunasta kehän reunaan oltava Vähintään 9,5 mm, jotta kehälle muodostuisi stabiili kalvo. Viitaten kuvioon 6, joka esittää lautasta 65, jossa on tasainen pinta 66 ja 90 asteen kehä 67, 35 tulee nestekalvon 68 täysin kääntyä yläpinnan kehän reunan 69 yli ja stabiloitua pitkin kehän pintaa. Suuremmat osaset 12 79869 murtautuvat vapaiksi reunan 69 lähellä, johtuen siitä, että niiden suurempi inertia riittää kalvon pintajännitysvoiman murtamiseen. Kuviossa 6 esitetyssä lautasessa, jonka kehä-kulma on 90°, jäävät pienemmät osaset nestekalvoon, joka 5 kääntyy kulman 69 yli alaspäin ainakin osalle kehää 67. Nes-tekalvon ja siinä olevien pienempien osasten keskipakovoima riittää yleensä irrottamaan suurimman osan kalvoa ja siinä olevat osaset, ennen kuin kalvo saavuttaa kehän reunan 72, johtuen epävakaisuuksista, jotka ilmenevät aaltoiluna kehän 10 kalvossa. Kalvolla ja siitä vapautuvilla osasilla on vähäinen alaspäinsuuntautuva nopeuskomponentti ja ne sijoittuvat erilleen suurempien osasten 70 virrasta, jotka vapautuvat kalvosta yläpinnan reunassa 69. Jos kehä on liian pieni, on kalvo erittäin epästabiili ja irtoaa yläpinnan reunoista 15 pieninä pisaroina, jolloin pienet osaset sekaantuvat suuriin osasiin. Lisäksi ei kapea kehä saa aikaan paljoakaan kahden virran fyysillisen erottumisen alkua, niin että virrat voivat sekoittua lyhyen etäisyyden päässä lautasesta. Jos lautasen nopeusolosuhteet ja kostuvuusolosuhteet ovat määrät-20 tyjä, voi nestekalvo liikkua aina kehän alareunaan 72 ja sinkoutua pois lautaselta, koska se ei voi kääntyä kehän reunan 72 ympäri. Sellaisissa olosuhteissa on mahdollista erottaa tarkemmin suihkuvirrat, joiden mukana suuremmat ja pienemmät osaset kulkevat.

25 Kehän pituutta voidaan jatkaa tekemällä lautanen ku viossa 5 esitetyn muotoiseksi. Siinä esitetyn lautasen suoritusmuodossa on tasainen, pyöreä pinta 75, johon rajoittuvat terävä kehäpintareuna 76 ja kehä 77, joka ulottuu alaspäin ja ulospäin yläpinnasta 75. Kehässä on pinta 78, joka 30 leikkaa yläpinnan 75 reunan 76 kohdalla kulmassa Θ. Kehän pinta päättyy kehän reunaan 79. Kuvion 5 lautanen on itse asiassa samanlainen kuin kuvion 4 lautanen, mutta on rakenteeltaan sellainen, että sen kehäpinnan pituus, reunan 76 ja kehäreunan 79 välinen etäisyys, voi olla halutun kokoi-35 nen. Kuvion 5 lautasen yläpinnan halkaisija voi esimerkiksi olla 150 mm ja kehän pituus 50 mm. Kuvion 5 lautasen ia 79869 suhteellisen pitkä kehä minimoi vaaran, että ylemmässä virrassa 80 olevat suuremmat osaset ja kuidut sekaantuvat alemman virran 81 pienempiin osasiin ja itse nestevirtaan suurentamalla näiden kahden virran fyysistä eroa. Kahden virran 5 sekaantuminen voidaan olennaisesti estää sijoittamalla niiden väliin suojus- tai erotinseinä 27. Raskaammat osaset pyrkivät lentämään säteittäisesti reunasta 76, kun taas pienemmät osaset, jotka ovat kehällä olevassa kalvossa, pyrkivät seuraamaan kehää alaspäin ja irtoamaan vasta kehän reu-10 nassa 79 erotinseinän 27 alla.

Kuvion 5 osasten tai kuitujen 80 ja 81 virtojen suunta on vain kuvaannollinen, koska kuidun tai osasen todellinen irtoamismekanismi on jonkin verran mutkikkaampi. Kuviossa 7 esitetään kuvion 1 lautasen 24 kaltainen lautanen, jol-15 la on lietekalvo 85 kulkee yläpinnan 35 ja kehän 39 yli.

Lietteen suurimmat osaset, esimerkiksi kuitu- tai tikkukim-put ja hiekanjyväset, poistuvat säteittäisesti ulospäin lautaselta yläpinnan reunassa 38 ensimmäisessä virranosassa 86. Monet pitemmästä kuiduista, joiden halkaisija on suurempi, 20 poistuvat myös suunnilleen reunan 38 kohdalla, mutta sen lisäksi sellaiset pitkät kuidut irtoavat kehän pinnalla 39 olevasta kalvosta pitkin kehän pituuden huomattavaa osaa. Siten todetaan, että melko sekalainen pitempien kuitujen virta irtoaa lautaselta pitkin kehän pituuden huomattavaa 25 osaa. Pienimmät kuidut, jotka eivät pysty murtamaan kalvon pintajännitystä, lähtevät enemmän tai vähemmän säteittäisesti ulospäin lautaselta, yhdessä suurimman osan kalvossa olevan nesteen kanssa, kehän reunassa 40 toisena erillisenä virtana 88. On mahdollista, että joillakin pitemmällä ja 30 suuremmilla kuiduilla ei alussa ole riittävästi energiaa kalvon pinnan murtamiseen reunan 38 kohdalla kun kalvo kääntyy reunan yli, mutta voivat saada riittävästi energiaa kalvon pintajännityksen voittamiseksi kun kuidut liikkuvat alaspäin kehällä ja siten ulospäin. Kun kuidut kulkevat alas-35 päin ja siten poispäin pyörimisliikkeen keskipisteestä, lisääntyy kuitujen liikemäärä, niin että suuremmilla 14 79869 kuiduilla tämä liikemäärä saattaa olla riittävä voittamaan kalvon pintajännite jollakin kohtaa kehää yläpinnan reunan 38 alapuolella. Pienimmät kuidut eivät koskaan saa riittävästi energiaa kalvon murtamiseksi, eivätkä ne sinkoudu lau-5 taseita, ennen kuin itse kalvo irtoaa kehän reunassa 40.

Lautasia voidaan myös käyttää kuviossa 8 esitetyssä syöttömuodossa, jossa osassuspensio painetaan ylöspäin ja syötetään syöttöputken 90 kautta keskelle pintaa 35 lautasessa 24, jota tässä tapauksessa pyörittää yläpuolelta ak-10 seli 25. Liete tarttuu lautasen pinnalle kalvona, joka liikkuu reunan 38 ympäri kehälle 39 ja lietteessä olevat osaset fraktioituvat, kuitenkin niin, että osasten koon järjestys pystysuunnassa on vastakkainen kuviossa 7 esitettyyn verrattuna. Kalvossa olevat pienimmät osaset ja suurin osa nes-15 teestä kerääntyvät kehän reunan 40 kohdalla ensimmäiseen kokoojaan 91, pitemmät kuidut, jotka murtavat kalvon sen liikkuessa ylös pitkin kehää 39 voivat kerääntyä toiseen kokoojaan 92 ja suurimmat osaset, kuten tikut ja kokkareet, kerääntyvät pinnan nurkassa muuhun kokoojaan 93. Nämä kokoojat 20 ympäröivät tietysti mieluimmin samankeskeisesti lautasen koko kehää.

Keksinnön mukaisten lautasten muoto voi poiketa edellä tarkastellusta yhdestä ainoasta tasaisesta pinnasta. Kuviossa 9 esitetyssä lautasessa on kupera pinta 96, joka ra-25 joittuu pyöreään kehäreunaan 97. Kehä 98 lähtee reunasta 97 alaspäin ja ulospäin ja päättyy kehäreunaan 99. Edellä esitettyjen rakennetarkastelujen mukaan, joissa kehä ulkonee yläpinnasta, on kuvion 9 lautasen rakenne sellainen, että joka kohdassa pinnan reunaa 97 leikkaa kehän 98 pinnan tan-30 gentti pinnan 96 tangentin sellaisessa pisteessä kehällä 97, että niiden välinen kulma on vähintään 5° ja mieluimmin 20°. Koska lautanen lisäksi pyörii pystysuoran symmetria-akselin ympäri, leikkaa kehä 98 vaakatason (tason, joka on kohtisuorassa pyörimisakseliin nähden) kulmassa, joka on 90° tai 35 pienempi.

15 79869

Kuviossa 10 esitetään lautanen, jonka pinta 101 on kovero. Kovero pinta 101 päättyy kehäreunaan 102 ja kehä 103 lähtee reunasta 102 alaspäin ja ulospäin ja päättyy kehä-reunaan 104. Jälleen leikkaa kehän pinnan reunan 102 joka 5 kohdassa kehän pinnan tangentti 103 yläpinnan 101 tangentin sellaisessa pisteessä kehäreunallaan 22 kulmassa, joka on 20° tai yli ja kehä leikkaa vaakatason (tason, joka on kohtisuorassa pyörimisakseliin nähden) kulmassa, joka on 90° tai pienempi.

10 Kuviossa 11 esitetään eräs muu lautassuoritusmuoto, jossa lautasessa on kaksi tasaista pintaa. Ensimmäinen tasainen, ympyrän muotoinen pinta 110 päättyy ympyrän muotoiseen kehäpintareunaan 111. Sylinterin muotoinen kehä 112 lähtee alaspäin yläpintareunasta 111 ja päättyy kehän reunaan tai 15 kulmaan 113. Toinen kehämäinen pinta 114 lähtee ulospäin pyöreästä kehäkulmasta 113. Toinen yläpinta 114 päättyy toiseen pyöreään yläpintareunaan 115 ja toinen sylinterin muotoinen kehä 116 lähtee alaspäin yläpintareunasta 115 ja päättyy toiseen kehäreunaan 117. Suurimmat osaset sinkoutu-20 vat lautasesta ensimmäisen kehäpintareunan 111 kohdalla ja liikkuvat olennaisesti säteittäin lautasesta ulospäin, kun taas pienemmät kuidut ja kalvo liikkuvat reunan 111 yli, kehää 112 alaspäin ja kääntyvät ulospäin kehän reunalla 113 sekä kulkevat toisen yläpinnan 114 yli. Ensimmäiseltä ylä-25 pinnan reunalta 111 sinkoutuneiden osasten erottamiseksi kalvosta ja siinä olevista pienemmistä osasista käytetään pyöreää erotusseinää tai -suojaa 120, jonka pyöreä sisäreuna 121 on lähellä ensimmäistä kehää 112 ja ensimmäisen ylä-pintareunan 111 sekä ensimmäisen kehäreunan 113 välillä. En-30 simmäisen kehän 112 pituus valitaan siten, että kalvo valuu alas saakka pitkin kehää irtoamatta ja virtaa sitten yläpinnan 114 yli. On ilmeistä, että osaset, jotka pyrkivät irtoamaan lautasesta toisen yläpintareunan 115 kohdalla, ovat pienempiä kuin ne, jotka irtoavat ensimmäisestä yläpintareu-35 nasta 111, koska toisen yläpintareunan 115 säde on suurempi kuin ensimmäisen yläpintareunan 111 säde, niin että kalvossa 16 79869 toisen yläpintareunan 115 kohdalla olevien osasten kulmanopeus on suurempi kuin ensimmäisen yläpintareunan 111 kohdalla kalvossa vielä olevat osaset saavat riittävän liikemäärän päästäkseen irti kalvosta. Siten voidaan kiinnittää 5 toinen erotin 124, jonka sisäreuna 125 on lähellä toista kehää 116, erottamaan toisesta yläpintareunasta 115 sinkoavat osaset niistä nestekalvossa olevista osasista, jotka jäävät toiselle kehälle 116 ja sinkoutuvat lopulta toisen kehäreunan 117 kohdalta. Vaikkakaan sitä ei esitetä, on 10 helppoa todeta, että kuvion 11 lautaseen voidaan lisätä mikä tahansa lukumäärä ulospäin ulkonevia samankeskeisiä lisä-yläulkopintoja sekä lisäerottimia erottamaan vieläkin hienojakoisempia osasia toisistaan. Sellainen yhden ainoan lautasen käyttö lietteessä olevien osasten tai kuitujen moni-15 vaiheista fraktiointia varten tarjoaa vaihtoehdon sille, että annetaan lietteen kulkea erimuotoisten ja eri nopeuksilla pyörivien lautasten kautta monivaiheisen fraktioinnin aikaansaamiseksi. On myös ilmeistä, että lautasissa, joissa on useampia yläpintoja, voi olla viistot kehät ja ei-tasai-20 set yläpinnat, kuten edellä on selitetty.

Lautasen koolla ja viiston kehän pituudella on käytännön rajat, koska lautasen pinnoilla oleva kalvo tulee epästabiiliksi kun se liikkuu riittävän pitkälle pyörimisakselista, niin että tietyissä olosuhteissa osia kalvosta 25 irtoaa kehän pinnasta ennen kehän reunaa. Pyörimisnopeuden ja kehän pituuden maksimiarvot ennen vaurioittavaa epästabiilisuutta voidaan määrätä kokemusperäisesti ja likimääräisesti analysoimalla kalvon aaltoliikettä sen liikkuessa kehällä .

30 Seuraavissa esimerkeissä esitetään fraktiointia lau tasilla, joiden mitat ja pyörimisnopeudet vaihtelevat.

Esimerkit 1-3

Fraktiointi suoritettiin kuviossa 1 esitetyllä yläsyöttö järjestelyllä kolmella teräväreunaisella alumiinilau-35 tasella, joiden kehäkulmat olivat 22,5°, 45° ja 67,5°. Kuten kuviossa 5 esitetään, oli kussakin lautasessa 17 79869 halkaisijaltaan 150 nutun yläpinta ja 50 mnun pituinen kehä. Syötettävä materiaali muodostui seoksesta, jossa oli raion-kuituja, joiden halkaisijat olivat 3 denieriä (18,2 mikronia), 5,5 denieriä (26 mikronia) ja 20 denieriä (54 mikronia .

5 Syöttösulpun virtausnopeus pidettiin arvossa 3 1/min. Lautasia pyöritettiin neljällä jatkuvasti nousevalla nopeudella 1 910 kierr/min, 2 740 kierr/min, 4 200 kierr/min ja 6 000 kierr/min. Seuraava taulukko 1 esittää sen nimenomaisen kuitukoon, jonka, jos minkään todettiin irtoavan nestekalvosta 10 kunkin lautasen yläpinnan reunassa.

Taulukko 1

Lautasen pyörimisnopeus (kierr/min)

Lautasen kehä- kulma θ° 1 920 2 740 4 200 6 000

15 22,5 Ei mitään Ei mitään Ei mitään 20D

45 Ei mitään Ei mitään 20D 20D

67,5 Ei mitään 20D 20D 20D

5,5D

Näissä testeissä pidettiin virtausnopeus pienenä, 20 niin että kalvon eheys säilyi kehän koko pinnalla. 20D-(20 denierin) kuidut alkoivat irrota kalvosta yläpinnan reunassa kierrosluvulla 2 740 kierr/min lautasesta, jonka kehäkulma oli 67,5°. Kun lautasen pyörimisnopeutta lisättiin, irtosivat 20D kuidut pienemmillä kehäkulmilla. 5,5D:n 25 kuitujen todettiin irtoavan kalvosta lautasen pyörimisnopeuden ollessa 6 000 kierr/min ja kehäkulman 67,5°. Nämä tulokset osoittavat, että halkaisijaltaan yhä pienempien kuitujen irtoaminen tapahtuu yläpinnan reunassa, kun lautasen pyörimisnopeutta nostetaan ja kehäkulmaa suurennetaan, kun-30 hän nestekalvo pysyy ehjänä, so. kunnes nestekalvo ei muutu epästabiiliksi ja ala irrota lautasesta ennen kuin se on tullut kehän reunaan.

Lietteen virtausnopeus pyörivän lautasen päälle voi vaikuttaa lautasen päällä olevan kalvon stabiliteettia ja 35 siten saavutetaan fraktioinnin laatua. Kokemukset esimerkissä selitetyllä lautasella, jonka kehäkulma oli 67,5° 18 79869 osoittivat, että virtausnopeuksilla 0-4 1/min ei 3D:n ja 20D:n raionkuituseoksen fraktiointiominaiskäyrissä havaittu muutosta pyörimisnopeudella 4 200 kierr/min. Kun virtausnopeutta nostettiin yli 4 litraan minuutissa, alkoi ylemmässä 5 suihkuosassa, kuten kuvion 5 osassa 80, jonka alunperin muodostivat vain 20D:n kuidut, esiintyä merkkejä 3D:n kuiduista. Tämä ilmiö johtui siitä, että yläpinnan reunan ja kehän yli virtaava kalvo ei enää ollut stabiili, vaan kalvossa esiintyvät epästabiilisuudet muodostivat ja irrottivat kehän 10 kalvon siteiden ja pienten pisaroiden muodossa. Nämä epästabiilisuudet kalvossa veivät 3D:n kuidut mukanaan, mikä huononsi 20D:n kuitujen fraktiota. Sen lisäksi, että siteet rikkoutuivat kehän pinnalla, alkoi nestekalvo myös osoittaa merkkejä epästabiilisuudesta kääntyessään yläpinnan reu-15 nan ympäri. Virtausnopeudella noin 4 1/min alkoi nesteen eräs fraktio irrota kalvosta kun tämä kääntyi kulman ympäri. Seuraavassa esitetään virtausnopeuden vaikutus kalvon sta-biilisuuteen.

Vettä syötettiin yläsyöttölaitteessa kolmelle kuvios-20 sa 5 esitetyntyyppiselle yläpinnaltaan tasaiselle lautaselle, joiden kehäkulmat olivat 22,5°, 45° ja 67,5° sekä määriteltiin se kriittinen virtausnopeus, jolla kalvo tuli epästabiiliksi ja osa kalvosta irtosi kehän pinnasta. Seuraavassa taulukossa 2 esitetään litroina minuutissa ne virtaus-25 nopeudet, joilla kalvon irtoaminen tapahtuu eri käyttönopeuksilla .

Taulukko 2

Lautasen kehäkulma θ° Lautasen pyörimisnopeus (kierr/min) 1 920 2 740 4 200 30 22,5 7,3 6,5 6,1 45 6,0 5,8 5,5 67,5 4,8 4,2 4,0

Kuten yllä on kerrottu, tehdään aaltopahvirnassa seoksesta, jossa painon mukaan on 2/3 "laineria" ja 1/3 "mediumia" 35 ja sisältää sen vuoksi kuituja, joiden halkaisija on 10-60 mikronia ja pituus 1-5 mm. Jos tämä pahvimassa pitäisi

II

19 79869 kokonaan fraktioida "laineriksi" ja "mediumiksi", olisi ero-tushalkaisija noin 30 mikronia ja vastaava kuidunpituus noin 2,5 mm. Pahvimassassa olevat kuidut eivät ole ideaalisia sylinterin muotoisia kappaleita, vaan ovat ainakin osittain 5 nauhan muotoisia, eivätkä sen vuoksi noudata täysin edellä olevissa yhtälöissä määriteltyjä ennusteita kuitujen irtoa-misnopeuksista ja -halkaisijoista, jotka on johdettu sylinterin muotoisille kuiduille. Seuraavissa esimerkeissä esitetään pahvimassan fraktiointien kokemusperäisiä tuloksia.

10 Erotuslautanen asetettiin kuviossa 8 esitetyn tyyppi seen pöhjasyöttöön. Kolme pyörivältä lautaselta erotettua fraktiota kerättiin kuviossa 8 esitettyihin kohtiin kokoojissa 91, 92 ja 93. Kokoojaan 91 kerätty näyte 1 sisälsi suihkun, joka sinkoutui säteittäisesti kehän reunan kohdal-15 ta. Tämän fraktion tuli käsittää pieniä kuituja ja lietettä, joiden mukana oli suurin osa syöttövedestä. Kokoojaan 92 kerätty näyte 2 sisälsi kuidut, jotka olivat irronneet kehän koko pituuden varrella. Teoriassa olisi näiden kuitujen oltava halkaisijaltaan suurempia kuin lietteen ja niiden mu-20 kana ei tulisi olla vettä, sikäli kuin kehällä oleva kalvo on stabiili koko kehän pituudella. Kokoojaan 93 kerätty näyte 3 sisälsi tikkuja, suuria hiekanjyviä sekä sen osan vedestä, joka erottui johtuen lautasen yläpinnan reunasta peräisin olevista epästabiilisuuksista. Ideaalista olisi, 25 jos virtausnopeus olisi riittävän alhainen, niin että yläpinnan reunassa ei esiintyisi kalvon irtoamista. Näytteet kerättiin noin 25 mm:n etäisyydeltä kehän pinnasta, jotta olisi vältetty suihkuvyöhykkeiden meneminen limittäin.

Kutakin koestusta varten analysoitiin kokoojiin 30 91-93 kerätyt kolme fraktiota kanadalaisten standardien mu kaan massan jauhautumisasteen ja kuitukonsentraation määräämiseksi. Syötetty massa sisälsi talteenotettua aaltopahvia, jonka jauhautumisaste oli 630 ml. "Laimerin" itsensä jauhautumisasteen tiedettiin olevan noin 700 ml ja "mediumin" 35 480 ml.

20 79869

Kuitujen painokonsentraatio massassa määrättiin ohjaamalla valittu määrä alkuperäistä lietettä karkean suodatinpaperin läpi. Suodatinpaperille kerääntynyt kiinteä aine kuivattiin sitten uunissa ja punnittiin. Uunikuivan kiinteän 5 aineen painon suhteesta massalietteen kokonaispainoon saatiin annetun fraktion kuitukonsentraatio.

Kunkin näytteen jauhautumisaste määrättiin sekoittamalla perusteellisesti 1 litra 0,3 % konsistenssissa olevaa näytettä ja sijoittamalla sekoitettu näyte jauhautumisas-10 tekoestajan yläpäähän. Sen jälkeen avattiin säiliön pohjassa oleva venttiili ja massan annettiin valua suppilon kautta alasäiliöön. Ylivuoto kerättiin suppilosta mittasylinteriin. Mittasylinteriin ylivuotona kertyneen lietteen määrä riippui siitä, miten nopeasti massanäyte valui pois yläsylinteristä. 15 Tämä ylivuotovolyymi määritellään massan jauhautumisasteek-si. Jos massanäytteet sisälsivät pieniä kuituja ja hiukkasia, pyrkivät ne erittäin helposti yläsäiliössä olevan siivilän, mikä vähentäisi ylivuotoa suppilosta, jolloin jauhautumisaste olisi erittäin pieni, esimerkiksi luokkaa 50 ml.

20 Jos massa kuitenkin sisälsi karkeita kuituja, olisi vastus veden virtaamiselle yläsäiliöstä erittäin vähäinen. Tästä olisi seurauksena suuri ylivuoto ja jauhautumisaste olisi erittäin suuri, esimerkiksi luokkaa 700 ml.

Fraktioitumisasteen kvantitatiivista mittaamista var-25 ten käytettiin seuraavaa menetelmää. Jos näytteen 1 (näytteet 1, 2 tai 3 kokoojista 91, 92 ja 93, vastaavasti) jau-hautumisasteen arvo on f^, jota vastaava kuiva-ainemäärä on x^, saadaan jauhautumisasteen arvoksi sarjalle, jossa on N näytettä 30 f - 5>. f.

1 l

Fraktioitumisaste F, näytteiden välisen jauhautumis-35 asteen mitta, määrätään seuraavasti

II

21 79869

Af - [ Σ χ. (f. - f)211/2

Taulukossa 3 annetaan seuraavassa fraktiointitulok-5 set, jotka on saatu 3 eri lautasrakenteella eri nopeuksissa.

τ~ 22 79869

Taulukko 3

Lautasen rakenne: halkaksija 150 mm, tasainen yläpinta, kehäkulma 22,5°, kehän pituus 50 mm

Fraktio-ominaisuudet 5 Lauta- Vir- Syöttö- Näyte Paino- Jau- Kuitu- Fraktioi- sen no- taus- konsent- nro frak- hau- konsent- tumisas- peus no- raatio tioin- tu- raatio te AF ml kierr/ peus paino-% ti-% mis- paino-% min 1/min aste 3 159 5,0 3,2 1 52,6 485 2,2 10 2 625 4,0 70,0 3 - 2,0 3,2 1 44,0 410 1,4 2 17,6 625 1,9 116,0 15 3 38,4 650 3,3 6 800 3,3 3,2 1 28,0 440 1,4 2 19,0 635 2,1 87,5 20 3 53,0 630 3,1 4r3 M 1 27,0 500 1,1 2 24,0 640 2,0 67,0 3 49,0 665 1,9 25 3,3 0,8 1 24,0 485 0,4 2 57,0 695 1,6 90,0 3 19,0 660 0,9 9 000 5,1 0,8 1 18,2 465 0,4 30 2 67,7 725 1,5 100,0 3 14,1 650 0,9 12 400 3,4 0,8 1 4,4 115 0,2 35 2 32t9 650 1,6 120,00 3 62,6 705 1,4 23 79869

Lautasen rakenne: halkaisija 150 mm, tasainen yläpinta, kehäkulma 45°, kehän pituus 50 mm.

Fraktio-ominaisuudet

Lauta- Vir- Syöttö- Näyte Paino- Jau- Kuitu- Fraktio - sen no- taus- konsent- nro frak- hau- konsent- tumissa - 5 peus no- raatio tioin- tu- raatio te AF ml kierr/ peus paino-% ti-% mis- paino-% min 1/min aste 3 159 2,7 3,2 1 18,2 345 1,0 2 49,7 600 2,7 107,0 10 3 32,1 645 3,0 6 600 3,4 3,2 1 7,9 85 0,8 2 32,7 585 2,4 154,0 3 59,4 660 3,0 15 9 000 3,4 0,8 1 13,4 495 0,7 2 73,7 695 1,2 67,3 3 13,0 665 0,8 2Q 12 400 6,8 0,8 1 13,5 350 0,4 2 74,6 700 1,5 118,6 3 11,9 670 0,9

Lautasen rakenne: halkaisija 150 mm, tasainen yläpin-25 ta, kehäkulma 67,5°, kehän pituus 50 mm.

6 800 3,4 0,8 1 0,9 65 0,12 2 48,4 630 0,69 72,2 3 50,7 700 1,2 30 9 000 3,4 0,8 1 2,6 215 0,25 2 43,1 640 0,73 74,1 3 54,3 705 1,5 35 9 000 4,6 0,8 1 5,9 425 0,21 2 48,7 670 1,23 65,2 3 45,4 710 1,25 24 79869

Fraktio-ominaisuudet

Lauta- Vir- Syöttö- Näyte Paino- Jau- Kuitu- Fraktioi- sen no- taus- konsent- nro frak- hau- konsent- tumisas- peus no- raatio tioin- tu- raatio te ΔΚ ml kierr/ peus paino-% ti-% mis- paino-% min 1/min aste 5 12 400 3,2 0,8 1 6,0 160 0,28 2 22,3 580 0,59 191 2 3 71,8 700 1,43 '

Taulukoiden tietoja tutkittaessa selviää, että eri 10 fraktioiden ominaisuudet noudattavat ennustuksia. Jokaisessa kokeessa oli näytteiden 2 ja 3 fraktioiden jauhautumisaste suurempi kuin näytteen 1, mikä osoitti, että näytteet 2 ja 3 sisälsivät suurempia kuituja, kun taas pienet kuidut ja hiukkaset olivat näytteessä 1. Kuitukonsentraatiot olivat 15 näytteissä 2 ja 3 suurempia kuin syötettävässä seoksessa ja osoittivat määrättyä veden poistumaa, Näytteen 1 kuitu-konsentraatio oli paljon pienempi kuin syötetyssä massaliet-teessä ja osoitti, että suuri osa vedestä sinkoutui vasta kehän reunassa.

20 Halkaisijaltaan toisistaan eroavien kuitujen fraktioin- nin edellyttämät olosuhteet voidaan tiivistää keksinnön edellä esitettyjen suoritusmuotojen mukaisesti. Lietenesteen tulee kostuttaa erittäin hyvin lietekalvon kanssa kosketukseen tuleva pinta lautasessa, lautasen halkaisijan tulee olla 25 riittävän suuri, jotta kuiduilla lautasen reunassa olisi riittävän suuri liikemäärä, niin että osa kuiduista poistuisi reunan kohdalla ja yläpinnan reunan tulee olla sileän tai kaarevan sijasta suhteellisen terävän. Kehän pituuden tulee olla riittävä, jotta suurin osa halkaisijaltaan suurista kui-30 duista sinkoutuisi pois, kehäkulman, kehän pinnan tasotan-gentin ja yläpinnan tason leikkauskulman, tulee yläpinnan reunan kohdalla olla yli 0 astetta, 5 asteen ollessa yleensä käytännössä pienimmän ja suositun kulman ollessa ainakin 20° ja lautasen pyörintäakseliin nähden kohtisuoran tason sekä 35 kehän pinnan välisen kulman tulee olla 0-90°. Yläpinnan ja kehän pinnan tulee muodostaa päälleen stabiili lietekalvo.

Il 25 79869

Sileä kostuva metallikalvo sopii siten olosuhteissa, joita edellä olevissa esimerkeissä selitettiin. Yläpinnalla ja kehän pinnalla voi olla muitakin ominaisuuksia, jotka parhaalla tavoilla stabiloivat lietekalvon hydromekaniikan käy-5 tännön mukaisesti.

Kuitujen fraktioituminen tai erottuminen tapahtuu vähän yläpinnan reunan toisella puolella. Johtuen pinnan kostumisesta kääntyy nopeasti ja säteittäisesti liikkuva nestekalvo yläpinnan reunan yli ja kulkee pitkin kehää jon-10 kin matkaa ennen irtoamistaan. Tästä nestevirran suunnan äkillisestä muutoksesta johtuvat inertiavaikutukset saavat kuidut siirtymään kohti kalvon pintaa. Kuidut, joilla on riittävästi kineettistä energiaa pintavoimien voittamiseksi, irtoavat kalvosta, kun taas ne, joilla ei ole riittäväs-15 ti kineettistä energiaa, jäävät kalvoon ja kulkevat kehän reunaan. Lautaselta virtaava suihku käsittää suosituissa olosuhteissa kaksi erillistä vyöhykettä, joista toinen sisältää halkaisijaltaan suuria kuituja, joista vesi on poistettu ja jotka pystyvät irtoamaan nestekalvosta ja toinen 20 sisältä pieniä kuituja sekä suurimman osan vettä ja joka irtoaa kehän pinnasta vasta kehän reunan kohdalla. Fraktiot kerätään mieluimmin hyvin lähellä kehän pintaa, jotta nämä vyöhykkeet eivät menisi päällekkäin.

On selvää, että vaikka edellä selitetty fraktiointi 25 suoritettiin kuitulietteillä, voidaan samanlaiseen erotteluun päästä erityyppisillä homogeenisilla tai heterogeenisilla lietteillä, jotka sisältävät kiinteitä osasia, mukaan luettuna agglomeraatit ja fibrillit.

Vaikka tässä onkin esitetty ja selitetty keksinnön 30 spesifisiä suoritusmuotoja, ei keksintö rajoitu niihin, vaan sen sijaan käsittää sen muunnettuja suoritusmuotoja, jotka kuuluvat seuraavien patenttivaatimusten puitteisiin.

Claims (8)

26 79869

1. Laite nesteeseen suspendoituneen, erikokoisten osasten muodostaman seoksen fraktioimiseksi, niin että 5 muodostuu ainakin kaksi osaa osasia, joita erottaa koko, jossa laitteessa on erotinosana toimiva akselin suhteen symmetrinen lautanen (24), väline (26) erotinosan käyttämiseksi, syöttöulostulo (36;90) nesteeseen suspendoituneen osaseoksen syöttämiseksi erotinosaan, ja kokooja, jossa 10 on ainakin kaksi osastoa, jotka on sijoitettu kokoamaan lautaselta (24) tuleva suihku (50,51;60,61;80,81;70,71; 86,87,88) lautasen suhteen kahdella eri korkeudella, niin että kokoojan yksi osasto on sijoitettu kokoamaan suihkun se osa, joka sisältää valittua suurempia karkeita mate-15 riaaleja ja toinen osasto on sijoitettu ottamaan vastaan suihkun se osa, joka sisältää suurimman osa nestemäisestä kantoaineesta sekä valittua kokoa pienemmät hienojakoiset osaset, tunnettu siitä, että lautasen (24) yhdellä puolella on ympyrän muotoiseen reunaan päättyvä pinta 20 (35;45;55;75;96;101) ja tämän pinnan reunasta siten läh tevä kehä (39;67;78;98;103), että lautasen pinnan reunan (38;46;56;76;69;97;102) kohdalla kehän pinnan tangentti-taso leikkaa lautasen pinnan tangenttitason noin 5° tai suuremmassa kulmassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että lautasen (24) ympyrän muotoiseen reunaan (38;46;56;76;69) päättyvä pinta on lautasen yläpinta (35;45;55;75;66), että yläpinta on sileä, tasainen ja kostuva, ja että yläpinnan reunasta lähtevä ja kehäreu-30 naan (40;48;58;79;72) päättyvä kehä (39;67;78) leikkaa yläpinnan tason 90-5° kulmassa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää lautasta (24) ympäröivät suojaseinät (21,22,30) kaiken lautaselta tulevan suih-35 kun kokoamiseksi. Il 27 79369

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että lautasessa (24) on ainakin 9,5 mm:n pituinen, edullisesti katkaistun kartion muotoinen kehä (39;78), jonka pinta leikkaa yläpinnan (35;55;75) tason 5 noin 22-68° kulmassa.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kokoojan osastoja erottaa erotin-levy (27), jossa on sisäreuna (42), joka on kiinnitetty lähelle lautasta (24), yläpinnan reunan ja kehäreunan vä- 10 lille.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kokooja käsittää useita osastoja, jotka on asennettu nousevaan pystysuoraan järjestykseen kokoamaan pyörivästä lautasesta (24) tuleva suihku (50, 15 51;60,61;80,81;70,71;86,87,88) usealla korkeudella, mukaan luettuna asema, joka on säteittäisesti suoraan ulospäin pyörivän lautasen yläpinnan (35;45;55;75;66) reunasta (38;46;56;76;69 ) sekä asema, joka säteittäisesti suoraan ulospäin lautasen kehäreunasta (40;48;58;79;72).

7. Menetelmä osasten erottelemiseksi nesteeseen suspendoidusta osasten muodostamasta seoksesta, joka menetelmä käsittää: a) lautasen (24) pyörittämisen sen symmetria-akselin ympäri; 25 b) nesteeseen suspendoituneiden osasten syöttämisen lautasen (24) pinnalle, joka suspensio sisältää osasten muodostaman seoksen; c) lautasen (24) pyörintänopeuden ja pintaa kohti tapahtuvan nestesuspension virtausesteen valinnan siten, 30 että lautasen pinnalle ja kehäpinnalle muodostuu stabiili nestesuspensiokalvo ja siten että kalvossa olevat osaset (50;60;80;70;86), joilla on riittävästi energiaa pintavoi-mien voittamiseksi, irtautuvat kalvosta kun kalvo kääntyy otsareunan yli, kun taas ne osaset (51;61;81;71;88 ), joil- 35 la ei ole riittävästi energiaa, jäävät kalvon sisään ja kulkeutuvat kehäreunaa kohti; ja 28 7 9 8 6 9 d) sen materiaalin keräämisen, joka purkautuu ot-sareunasta säteittäisesti suoraan ulospäin sekä sen materiaalin keräämisen erillisesti, joka purkautuu ulospäin lautasen kehältä, 5 tunnettu siitä, että käytetään lautasta (24), jossa on pinta (35;45;55;75;96;101), joka päättyy kehämäiseen otsareunaan (38;46;76;69;97;102).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä osasten erottelemiseksi, tunnettu siitä, että osasten 10 erottuminen tapahtuu kalvossa olevien osasten kostumisky-vyn mukaisesti. 29 79809