FI81739C - Anordning foer klassificering eller separering av fasta aemnen. - Google Patents

Description

1 81739

Laite kiintoaineiden luokittelemiseksi tai erottamiseksi

Keksinnön kohteena on laite kiintoaineiden ja tietyssä 5 tapauksessa hyvin puhtaiden aineiden luokittelemiseksi tai erottamiseksi.

Kiintoaineiden luokittelemiseksi käytetään sykloneja, hydraulisia ja dispergoivia maljaluokittimia, ilmatoimisia kierreliettämislaitteita ja linkoja.

10 Tähän asti ei ole pystytty määrittämään matemaat tisesti syklonissa tapahtuvaa virtausta. Rakeisiin kohdistettu nostava voima virtausputkessa (syklonissa on ainoastaan yksi virtausputki) ei ole vakio syklonissa, eikä siksi sovellu tarkkaa luokittelua varten. Toinen häiritsevä 15 vaikutus on se, että johtuen syklonin muodosta, virtaus-putki ei täysin täytä koko halkileikkausta vaakasuoraa ja pystysuoraa tasoa (leikkaavia tasoja) pitkin, jolloin syntyy häiritseviä konvektiovirtauksia, jotka edelleen huonontavat luokitustehoa. Tämän tuloksena käytetään 20 sykloneja pääasiassa pölyn erottamiseksi tai lietteen sakeuttamiseksi luokittelun sijasta. Syklonit eivät kuitenkaan toimi täydellisesti myöskään pölyn erottami-seksi, koska nostavan voiman vakiovoimistuminen kohti keskustaa ei ole varmistettu käytettäessä virtauslinjaa.

25 Patenttijulkaisussa DE 2 563 360 on esitetty sykloni, joka syöttää kiihtyvää ilmaa kaasumaisen väliaineen kiinto-hiukkasten erottamiseksi. Patenttijulkaisussa DE 2 942 099 on erotusta säätävä suutin hydrosyklonin poistossa, jota käytetään hiekan fraktiointiin, muodostettu elliptiseksi 30 luokituksen parantamiseksi.

Sykloneissa, joita käytetään pölyn erottamiseen (kts. patenttijulkaisu DE 2 826 808) on sovitettu monta reikää erotuskammion pohjaan pölyputken ja varastosäiliön väliin pöly-ilma sekoituksen poistamiseksi.

'·' 35 Hydraulisissa tai dispergoivissa maljaluokittimissa tapahtuu ylöspäin suuntautunut vakionopeuksinen laminaa-rinen virtaus putkessa tai säiliössä, jossa ainoastaan rakeet, joiden putoamisnopeus ylittää tietyn rajan, 2 81739 pystyvät putoamaan alaspäin maan vetovoiman vaikutuksesta, ja poistetaan poistomekanismin avulla astian pohjasta. Hienot rakeet yhdessä virtaavan väliaineen kanssa poistuvat astian ylivuotonokan kautta.

g Hydraulisissa luokittimissa puristetaan väliaine astiaan yhden tai vaihtoehtoisesti usean ulkoisan pumpun avulla. Laitteissa, jotka toimivat kaasumaisella väliaineella, on tuuletinpyörä, joka aikaansaa ilmavirtauksen, sovitettu luokittimeen tämän yläosaan, ja yleensä samalle akselille kuin dispergoiva malja, jonka tarkoituksena on aikaansaada aineen tasainen dispergointi ylöspäin virtaavaan väliaineeseen. Tämän laitteen haittana on se, että se toimii suhteellisen karkealla raekoon alueella, koska vetovoimakentässä syntyy hyvin pieniä putoamis-^5 nopeuksia, so. rakeilla, jotka ovat pienempiä kuin 20 pm.

Luokituksen tarkkuus ei myöskään ole riittävä, koska tässä ei aikaansaada laminaarista virtausta. Hydraulisissa laitteissa on väliaine, joka tulee pieneltä alalta, jaettava tasaisella nopeudella yleensä hyvin suurelle 2q alalle, joka on hyvin vaikeata. Laitteissa, jotka toimivat kaasumaisella väliaineella, aiheuttaa tuuletinpyörän pyöriminen turbulenssia. Johtuen riittämättömän tarkasta : luokittelusta, käytetään yleensä hydraulisia luokittimia : ulkopuolisena apuna mineraalien käsittelyprosesseissa, 25 mutta tämän tyyppisiä luokittimia käytetään ainoastaan, mikäli ei tarvita hyvin tarkkaa luokittelua, so. väliluokittimina jauhamisprosessissa.

Kekipakoluokittimien tarkkuus on huono. Tämä johtuu siitä, että lingossa nostovoima kohdistetaan kuhunkin 2Q rakeeseen kohti astian ulkoseinää (lisääntyvässä määrin). Siksi lingot (jotka voivat olla rumpu-, kierukka-, tai seulatyyppiä) soveltuvat hyvin lietteen sakeuttamiseen tai : veden poistamiseen, mutta luokittimina ne toimivat huonolla tarkkuudella. Luokittelu on mahdollista ainoastaan, mikäli 25 väliaine virtaa lingon rummussa kohtisuoraan rakeiden putoamissuuntaan nähden, eivätkä pienet rakeet pysähdy ennen kuin ylivirtaus pystyy poistumaan yhdessä nesteen

II

3 81739 kanssa. Tämä edustaa kuitenkin suhteellisen leveää aluetta, eikä tiettyä kokoa.

Tällaisia laitteita on selostettu patenttijulkaisuissa DE 2 556 382 ja 2 649 382.

5 Kierreluokittimet ovat tarkimmat tähän asti tunnetut luokittimet.

Patenttijulkaisussa DE 2 629 745 on esitety likimääräinen matemaattinen virtausmalli. Virtausputken muoto ja nopeus ja kiihdytyssuhteet ovat sellaiset, että nostavat voimat, jotka kohdistetaan rakeisiin, ovat yhtä suuret. Täten nämä luokittimet erottavat enemmän tai vähemmän samankokoisia rakeita. Niiden haittana on osittain se, että virtauslinjan sopiva käyttö aikaansaadaan ainoastaan pyörittämällä luokittimen kammioseinämiä ^5 (tasaista lieriömäistä tilaa) hyvin nopeasti ja osittain on unohdettu se tosiasia, että jatkuvuuslain tuloksena tilan ainoastaan yksi sivu rajoittuu tasaiseen pintaan. Mikäli tätä ei oteta huomioon, kärsii luokittelun tarkkuus. Toisaalta, rajoittaa pyörivien osien läsnäolo mekaanisesti 20 (staattisesti) raekoon laajuutta, jolla luokitin toimii.

Tämä johtuu siitä, että erotettujen rakeiden kokoa voidaan säätää muuttamalla siiven kulmaa kehällä ja kammmion ·' seinämän pyörimisnopeutta, jotka vaikuttavat viirtausputken : : muotoon. Koneen poiston rajoittaa kammion seinämä ja 25 poistotuuletin, jotka on asennettu samalle akselille, jolloin täten myös poistetun ilman määrä on rajoitettu.

Edellisen luokittimen eräs versio on sellainen järjestelmä, jossa kierukoiden kulkua ohjataan keskeisen pyörivän osan pyörimisnopeuden kautta, jossa osassa on 30 säteittäisiä uria, sen sijaan, että muutettaisiin siiven kulmaa. Molempien järjestelmien haittana on se, että pyörivät osat kuluvat nopeasti, johtuen kovista rakeista, ja täten niitä voidaan käyttää ainoastaan pehmeiden aineiden luokittelemiseen.

35 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada :‘· laite, joka toimii luotettavasti ja joka mahdollistaa tarkan erotuksen ja luokituksen myös hyvin kovilla ..· aineilla.

4 81739

Keksinnön mukaisesti käsittää laite kiintoaineiden luokittelemiseksi tai erottamiseksi kotelon, jossa on tulouloke, pienten osien poistouloke ja karkeiden osien poistouloke, sekä siiven harjan, jossa tulouloke on 5 kytketty rengasmaiseen ohjauskanavaan, poistoulokkeet on sovitettu koaksiaalisesti ja pystysuoraan, ja tulosiiven harja ja poistosiiven harja on sovitettu, ja erottimen tai luokittimien kammiossa on rotaatiohyperbolinen vaippa tuloja poistosiiven harjan välillä.

Mikäli laitetta käytetään luokitteluun, on siipien pinnan ja näiden tangentin välinen kulma seuraavan kaavan mukainen: Θ = arc tg - Jr 15 jossa u> on nimellinen kulmanopeus r on napasäde (ja luokituskammion säde) c on vakio.

2Q Luokituskammion korkeus on täten seuraava:

Rm L·2 + c^R “ r Vo,2 + c2(R-r) ’ 25 jossa m0 on m:n arvo kohdassa R, r on luokituskammion säde, R on luokitusmammion ulkosäde (nimellissäde), uj on nimellinen kulmanopeus, 20 c on vakio.

Mikäli laitetta käytetään erotukseen, on siipien pinnan ja näiden tangentin välinen kulma seuraava: •Θ = arc tg R e “*1 jossa 25 R on erotuskammion ulkosäde (nimellissäde) e on luonnollisen logaritmijärjestelmän kanta u» nimellinen kulmanopeus t on aika.

5 81739

Erotuskammion korkeus on tällöin seuraava m m . r-

r \jr + R

5 jossa m0 on m:n arvo kohdassa R, r on erotuskammion säde, R on erotuskammion ulkosäde (nimellissäde)

Pinnat, jotka ovat kosketuksessa pölyseokseen ovat edullisesti päälystetyt kovalla aineella, ja/tai tehty kovasta aineesta.

Aineen, joka on kosketuksessa pölyseokseen, on oltava kemiallisesti identtistä jaettavien rakeiden kanssa, so. sen on oltava sintrattua korundia.

Keksintö perustuu siihen toteamukseen, että tarkka luokitus riippuu tilasta, jossa yhtä suuri voima on sovitettava kuhunkin rakeeseen virtausputkessa. Tämä ehto täyttyy, mikäli säteen suuntainen kiihtyvyys (ar), 20 (kekipakokiihtyvyys) ja säteen nopeuskomponentit (vr) ovat vakiot.

: ·· Tällöin on tien kaava: r = R -cut ja O 25 S ' # n/-" * Tästä seuraa, että r* = vakio ja *r* =0, koska vr- = r* Mikäli ‘r* =0, on r 5 2 kaavassa ar =*r* - rl* 2 oltava vakio. So. J* = 1/nJT. r on kuitenkin t:n (ajan), 30 lineaarinen funktio. So. r = f(t), ja J* = c/ \l f (t) (c = vakio, r ja £ ovat napakoordinaatteja).

-·* Toisaalta voi aine luokittimessa kulkea ainoastaan ulkopuolelta sisään. Siksi on: r s R u) t 35 jossa * · R on luokituskammion ulkosäde, w on nimellinen kulmanopeus.

6 81739

Integoimalla saadaan seuraava yhtälöpari /rat=lvr^r4 11 = -1 -* 5

Virtauslinjan tai -tien kaava on seuraava: r = R - i» t ja S = - zr v/T - 10

Nopeuskomponentit:

Vr = F = - to (vakio) v^ = r^ = 2C \] R— tot Kiihtyvyyskomponentit: ar = * r* ~ r S* 2 = —c2 (vakio) 15 n ai - 2rV + r V =- -—======= J J 2\JR -wt

Tangentin ja napasäteen välinen kulma, joka määrittää siiven kulman tulo- ja poistosiiven harjoissa, voidaan 2o määrittää seuraavasti: tg * = r / ja Θ = arc tg ^/2 = arc tg ~ >Jr- to t : 25

Erotettujen rakeiden koko on Stokesin mukaan: a. /ΕΣ5 . nnxa r s »r Ί o 30 jossa μ on väliaineen dynaaminen nopeus Δ £ on aineen ja väliaineen tiheyden erotus Nopeus tietä pitkin saadaan myös mitoitusta varten: 35 w =>/vr + vj = + c2(R- u>t) , josta saadaan tulonopeus: win = /^2 + °2r

II

7 81739 (mikäli t = 0) on yhtäkuin ilman nopeus.

Laitteeseen syötetyn väliaineen määrä (Qin), joka määrittää poiston, voidaan lausua tulonopeuden (Win) ja 5 tulohalkaisijän (Fin) tulon perusteella

Ql n = Wi u Fin = Wl n 2Rj?m<> jossa m0 on tulosiipien korkeus.

Lopulta määritetään luokituskammion profiili virtauksen jatkuvuustilan perusteella: wF = vakio.

Edelleen:

Wi n Fl n = Wr Fr , jossa oikea puolisko edustaa minkä tahansa halkileikkauksen tilaa.

Yksityiskohtaisesti: /co2 + c2R(mQ) = + c2 (R-r) m , josta luokituskammion korkeus alkusäteen funktiona 2o saadaan:

T; f\J- + c2R

r \l vj2 + c2(R-r) 25 Neliöjuuren alla olevan lausekkeen arvo on noin 1, . . jolloin luokituskammio on muodoltaan rotaatiohyperboloidi.

Tarkka luokitus helpottuu siksi, että väliaine liikkuu siipien välissä virtausputkissa, jotka ovat muodoltaan samanlaiset, ja siksi nopeudet ovat samat virtausputkien 20 eri kosketuspisteissä, jotka ovat kosketuksissa toisiinsa.

: Siksi on tässä syklonien vastakohtana virtaus huoleton, ’·*: joka mahdollistaa suuremman tulonopeuden ja käsittely- kapasiteetin. Nopeus pienennee syklonin virtausputkessa, joka muodostuu päällekäisistä kaarista, koska nopeudet ovat 25 hyvin erilaiset kosketuspisteissä, so. virtaus sekoittuu.

Keksintö perustuu edelleen siihen havaintoon, että erotuksen yhteydessä on virtauksen oltava sellainen, että rakeisiin kohdistetun nostovoiman - vastakkaisessa 8 81739 suunnassa kuin väliaine - on vakionopeudella lisäännyttävä suunnassa, jossa poistetaan "puhdas" väliaine. Vakiosädekiihtyvyydellä (ar) pienenee sädenopeus (vr) kohti poistokohtaa, tai sädenopeus on vakio ja kekipakokiihtyvyys 5 lisääntyy. Jälkimmäinen tapaus on edullisin. Yksinkertaisin tiekäyrä saadaan seuraavasti.

Tutkitaan r:n funktiona lauseketta, joka jatkuvasti pienenee ajan funktiona, so. r = R e- , joka on helposti differentioitavissa, jolloin saadaan lauseke, jolla on samanlainen mutta lisääntyvä kulmasiirtymä, so.

$ = R e *** * joka on myös helposti differentioitavissa. Saadaan seuraavat differentiaalit: r = R e~ w 1 , r = -Ru> e- 10 * , * r* = uj w2 e' wt ja ^ = R e = Rute1*" , 'f = Ru2eu’t josta saadaan nopeuden ja kiihtyvyyden komponentit.

vr = r* = - Rcue w* sädenopeus (ajan suhteen) 20 νξ = r^' = R2ui aksiaalinen nopeus (vakio ajan suhteen) ar = *r* -r ^ 2 = R iu 2 (e~ 1X4 { -R2 e 1 ) säteettäinen kiihtyvyys (lisääntyy ajan funktiona) = + r ~ R2 <uj2 - 2) aksiaalinen kiihtyvyys (vakio ajan suhteen)

Tangentin ja napasäteen välinen kulma, so. siiven 30 kulma, on: Θ = arc tg r/^ = arc —- = arc tg - ^ Θ = arc tg Re ***1 (vakio) ^5

Nopeus tietä pitkin on: 35 w = \Jv2+ Vj = yJ~R^2e - 2 u»t + R4u»2 = Ru>Je2tA,t - R2 (aleneva)

Wl n = Ruu\J 1 -R2 9 81 739

Tuloilman määrä __

Qi n = omoH) R uj\Jl--R2

Profiilin korkeus, joka on määritetty jatkuvuusehdosta: 5 R \[b. + m R^ ra = m°T7Π7 r JT7r^

Profiili on muodoltaan rotaatiohyperpoloidi, ja se sijaitsee erillään tulosiiven harjan halkaisijasta, eikä sen muotoon vaikuta mikään, jolloin rakenne soveltuu minkä kokoisten hiukkasten erottamiseen tahansa. Koon määrittää lopulta ilman (tai nesteen) määrä josta pöly (lieju) poistetaan.

Pienin raekoko, joka erotetaan on seuraavan kaavan 15 mukainen: 2Q Mikäli käytetään ilmaa, ja mikäli erotettu koko halutaan määrittää, voidaan tuloilman tiedot arvioida, ja täten , P"v ! -z f -R co d = 1,1256 x 10-5 —ΕΞΞ. = 1,1256 x 10“° f.-(cm) 25 \ arin \j Rw(1-R2) = 1,1256 x 10”5 - v (cm) \Ju>(l-R2) 30 **: Keksintöä esitetään yksityiskohtaisesti oheisissa piirustuksissa, joissa

Kuvio 1 on sivukuva laitteesta osittain leikattuna, _c kuvio 2 on yläkuva laitteesta, osittain leikattuna.

• · Jj

Kotelo koostuu osista 1, 2, 3 ja 4. Mainitut osat on kiinnitetty toisiinsa ruuveilla 5 ja O-renkaat 6 on 10 81 739 sovitettu näiden väliin. Poistosiiven harja 7 ja tulosiiven harja 8 on sovitettu koteloon.

Tangenttiaalinen tulouloke 9 on sovitettu kotelon osaan 1, joka on yhteydessä ohjauskanavaan 10 pölyisen 5 kaasun (tai liejuisen nesteen) syöttämiseksi tasaisesti tulosiiven harjan 8 alle. Pölyinen kaasu (tai liejuinen vesi), joka tulee laitteeseen, jolla on tietty säde, siipien määrittämässä kulmassa, liikkuu tietä pitkin, jonka määrittä tulokulma ja nopeus ja poistosiiven harjan 7 siipikulma, luokituksen tai pölyn erotuksen tapahtuessa. Hienojakoinen tuote ja kaasu tai puhdas kaasu poistuu poistosiiven harjan 7 sisältä poistoulokkeen 11 kautta. Karkea tuote tai pöly virtaa takaisin kohti tulosiiven harjaa, ja jää maan vetovoiman vaikutuksesta luokitustilan 15 pohjalle, josta se virtaa pitkin hyperbolista profiilia 12 siiven harjan 13 ja hyperbolisen profiilin välisen aukon kautta ja poistoulokkeen 14 kautta varastosäiliöön.

Pölyn erotin ja luokitin ovat rakenteeltaan erilaiset siten, että tulo- ja poistosiiven harjan kulmat pölyn 20 erottimessa eivät vaihtele toimintaolosuhteiden mukaisesti. Toisaalta on tiekaari luokittimessa muodostettava korvattavien siiven harjojen avulla toimintaolosuhteiden vaihtelun mukaisesti (so. syötetyn ilman määrän mukaisesti).

Laitteen sisäpinnat, jotka ovat kosketuksessa 25 kiintoainehiukkasiin, ja ohjaussiivet ovat sintrattuja korundielementtejä, jolloin ne kestävät kovien aineiden kulutusta. Kestävyys paranee siitä syystä, että laitteessa ei ole nopeasti toimivia (liikkuvia) osia, jolloin seinän ja hiukkasten suhteellinen nopeus on pienempi, joka pienen-30 tää rakeiden kuluttavaa vaikutusta. Laitteen rakenne on : hyvin yksinkertainen, ja täten hyvin hitaasti kuluvat osat : voidaan korvata yksinkertaisesti, nopeasti ja halvalla.

Laitteiden toimintakulut ovat pienet, koska niissä ei ole liikkuvia osia, so. niissä ei tarvita mekaanista 35 käyttövoimaa. Edelleen, voidaan toiminnan tarvitsema : väliaineen virtaus eräissä tapauksissa aikaansaada jauhimien (so. suihkujauhimien) hukkaenergiasta, jolloin voidaan aikaansaada energiaa säästäviä prosesseja.

li 11 81739

Tavanomaisilla sykloneilla pystytään erottamaan 85 % pölystä, jolloin 15 % kulkee eteenpäin ilman kanssa, kun toisaalta keksinnön mukaisella laitteella aikaansaadaan 97 %:n erotus. Käytettynä luokittimena ei virheellisen g tuotteen (tietyn koon yläpuolella tai alapuolella) määrä ylitä 10 paino-%, vaikkkakin tuotteet ovat kokoluokkaa 5-7 pm, kun tämä arvo toisaalta hyvissä tunnetuissa laitteissa on noin 30 %. Koska pinnat, jotka ovat kosketuksessa pölyyn, erityisesti siipien harjat ovat sintrattua korundia, eivät luokituksen ja pölyn erotuksen arvot huonontuneet puolen vuoden käytönkään jälkeen. Mikäli tunnettuja laitteita käytetään korundin avulla, kuluu juoksupyörä loppuun muutamassa tunnissa.

Claims (10)

12 81 739

1. Laite kiintoaineiden, edullisesti kovien ja hyvin puhtaiden aineiden, luokittelemiseksi tai erottamisek- 5 si, joka käsittää kotelon (1,2,3,4), joka on varustettu tuloulokkeella (9), hienojen osien poistoulokkeella (11) ja karkeiden osien poistoulokkeella (14) sekä siiven harjalla (7,8), tunnettu siitä, että - tulouloke (9) on kytketty rengasmaiseen ohjauskanavaan 10 (10), - mainitut poistoulokkeet (11,14) on sovitettu koak-siaalisesti ja pystysuuntaisesti, - siinä on tulosiiven harja (8), poistosiiven harja (7), ja 15. erotin- tai luokituskammiolla on rotaatiohyperbolinen vaippa (12) tulo- ja poistosiiven harjojen (8,7) välissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siipien tasojen ja siiven harjojen tangentin välinen kulma on seuraavan kaavan mukainen: 20 0 arg tg § jossa ω on nimellinen kulmanopeus, 25. on napasäde (ja luokituskammion säde), c on vakio

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että siipien tason ja siiven harjan tangentin välinen kulma on seuraavan kaavan mukainen: 30 Θ = arc tg R eWt jossa R on erotinkammion ulkosäde (nimellissäde) e on luonnollisen logaritmin kanta, ω on nimellinen kulmanopeus ja 35 t on aika. Il 13 81 739

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että luokituskammion korkeus on seuraavan kaavan mukainen:

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tun nettu siitä, että siiven harjojen siivet ovat kulmiltaan säädettävät.

5 Rm / 2 . 2_ m = _o U + C R r V ω2 + c2(R-r) jossa 10 mD on m:n arvo kohdassa R, r on luokituskammion säde, R on luokituskammion ulkosäde (nimellissäde), ω on nimellinen kulmanopeus c on vakio.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että siiven harjat ovat korvattavat.

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että erotuskammion korkeus on seuraavan kaavan mukainen: “o r3 m =

25 I" j r Jr + R jossa m0 on m:n arvo kohdassa R 30. on erotuskammion säde, R on erotuskammion ulkosäde (nimellissäde).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että pinnat, jotka ovat kosketuksessa pölyseokseen ovat päällystetyt kovalla aineella 35 ja/tai valmistetut kovasta aineesta. 14 81739

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että kova aine, joka on kosketuksessa pölyseokseen, on kemiallisesti samaa kuin jaettavat rakeet.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että pinta, joka on kosketuksessa pölyseokseen on päällystetty sintratulla korundilla ja/tai että se on sintrattua korundia. is 81739