HU195746B - Method and apparatus for separating the aggregation of grains of smaller than 300 micron size into fine and coarse phase - Google Patents

Description

A találmány eljárás és készülék 300 μ-nál kisebb szemcsék halmazának folyamatos finom és durva fázisra történő éles szétválasztására centrifugális erőtérben. Alkalmazási területe a vegyipar, festékipar, timföldipar, alumíniumipar, élelmiszeripar, bányaipar.

Finom szemcsék szétválasztására elterjedten alkalmaznak hidrociklonokat, de a segítségükkel elérhető szétválasztás nem kellően éles.

A szétválasztó berendezések egy másik csoportját alkotják a hidraulikus áramkészülékek, amelyek nagyméretű edényben felfelé áramló folyadékban szeparálnak. Ennek elvi alapja, hogy gravitációs térben a folyadék sebességénél nagyobb süllyedési sebességű, nagyobb szemcsék süllyednek, mig a finomabbak a folyadékkal együtt felül távoznak. Hátrányuk, hogy a szemcsék lassan süllyednek, ezért csak magas edényben tudnak széválasztódni, teljesítményük nagyobb átmérő esetén is alacsony, az átmérő növelésekor viszont rohamosan romlik a szétválasztás élessége, mert a növekedő keresztmetszetben nem lehet biztosítani a tökéletesen lamináris áramlást.

A légnemű közeggel működő, modernebb készülékek az ün. szórótányéros szeparátorok (DE-2 556 382 szabadalmi leírás), ezeknél a szétválasztás élessége gyengébb, mint a folyadékoknál, és általában előkészítési technológiákban, közbenső, kiegészítő feladatokra használják.

A DE 2 629 745 szabadalmi leírás spirális vagy cikk-cakk légosztályozót ismertet. Ez a készülék álló házban elrendezett forgó járókereket tartalmaz, és a spirális, illetve cikk-cakk pályák a járókerék lapján lévő bordák között vannak kialakítva. A szétválasztandó anyagot szuszpenzió formájában a forgó járókerék pereméhez vezetik, ahol a nagyobb szemcsék leesnek, a kisebb szemcséket a tengelyirányban befújt vagy beszívott szeparáló közeg magával ragadja és egy másik kivezető járaton hagyják el a készüléket, amelyben az anyag elvileg olyan spirális pályán halad, melynek mentén azonos kihordó erő hat a szemcsékre az örvénytérben vagy a körbenforgó csatornákban. Ez a készülék a korábban felsoroltakhoz képest viszonylag jól szeparál, gyakorlatilag azonban nem biztosítja az elvileg tökéletes pályagörbét, ennek megfelelően a tökéletes éles szétválasztást. A finom frakció nem tartalmaz ugyan durva szemcséket, de a durva szemcsék közé finomak is kerülnek.

Ismert olyan aerodinamikus szeparátor is IIU-T/40347 közzétételi irat, amely elvileg tökéletes áramcsőben állandó emelőerőt biztosit a szétválasztandó szemcséknek oly módon, hogy bevezetőcsonkja gyűrűalakú bevezetőcsatornához van csatlakoztatva, a kivezetőcsonkok függőlegesen és koaxiálisán vannak elrendezve, a házban be- és kivezető lapátkoszorú van, továbbá szeparáló kamra, mely forgáshiperboloid alakú térként van kialakítva. Jóllehet ez a berendezés igen jó szeparálást biztosit, működési tartománya szűk méretintervallumra korlátozódik, minthogy a paramétereket csupán a légsebesség változtatásával és a lapátszögek állításával lehet módosítani.

Alkalmazzák szétválasztásra a centrifugák néhány típusát is (DE 2 649 382 szabadalmi leírás). Az ilyen forgódobos berendezésben a szétválasztandó anyagot hordozóközegben a dobtengely irányában áramoltatják, és a szemcsékre ható kihordó erő segítségével végzik a szétválasztást. A közeg térfogatáramát úgy választják meg, hogy a sebessége kisebb legyen, mint a legkisebb szemcsék süllyedési sebessége. így a finom szemcsék eltávolítása nem jelent problémát, a durva szemcsék eltávolítása viszont szakaszosan történik, a készülék leállításával. Leállítás nélkül csigával is kihordható a durva fázis, de ez zavarja az ülepedést. Fúvókás kihordás dugulásra hajlamos. Az ilyen centrifugális készülékeknél is sok finom szemcse marad a durva szemcsék mellett.

Találmányunk célja olyan megoldás, mely lehetővé teszi 300 μ-nál kisebb szemcsék nagy teljesítménnyel történő, üzembiztos és éles két fázisra választását.

A kitűzött célt úgy értük el, hogy a két fázisra szeparálandó szemcsehalmazt szuszpenzió formájában vezetjük forgó elem járataiba, a forgó elem pereménél osztályozó közeget áramoltatunk sugárirányban a forgástengely felé, és ebbe az áramba vezetjük be a szemcséket. Uy módon a centrifugális erőtérben ellenáramban vezetett durva szemcsék közül az osztályozó közeg visszasodorja a finomabb szemcséket - ez a döntő találmányi felismerés -, és azok a többi finom szemcsével együtt egyenáramú osztályozó téren áthaladva, a forgástengely közelében elvezethetők. Ezáltal a durva frakció a hagyományos megoldáshoz képest lényegesen kevesebb finom szemcsét, és a durva frakció lényegesen kevesebb durva szemcsét tartalmaz.

A találmány eljárás és készülék 300 μ-ná) kisebb szemcsék halmazának folyamatos finom és durva fázisra történő éles szétválasztására centrifugális erőtérben oly módon, hogy a szemcsék halmazát folyadékkal keverve zagyból, vagy gázzal keverve aeroszolból - a továbbiakban szuszpenzióból - indulunk ki, és a szétválasztáshoz zagy esetében folyadékot, aeroszol esetében gázt - a továbbiakban közeget - használunk. A centrifugális erőtérbe külön vezetjük be a közeget és külön a szuszpenziót. A közeget két,, a, és b áramra választjuk, a b áram iránya ellentétes a centrifugális erő irányával és sebessége kisebb, mint a durva fázisban megengedett legkisebb szemcsének, és nagyobb, mint a finom fázisban megengedett legnagyobb szemcsének a közegben a centrifugális erő3 térben fellépő süllyedési sebessége, és ebbe vezetjük be a szuszpenziót, amiből a durva szemcsék a centrifugális erő hatására a b áramban, azzal ellentétes irányban haladnak, elérik az a áramot és azzal együtt elhagyják a centrifugális erőteret. A finom szemcsék a szemcséket eredetileg hordozó közeg teljes mennyiségével és a közeg b áramával a centrifugális erővel ellentétes irányban haladnak és elhagyják a centrifugális erőteret.

Az eljárás foganatosítását lehetővé tevő készülék két példaképpeni kiviteli alakját és azok működését az 1-2. ábrák segítségével ismertetjük. A 3. ábra az elválasztás élességét bemutató Tromp-görbe.

Az 1. ábra szerinti készüléknek vannak álló és forgó alkatrészei. Álló alkatrészek a 8 közegbevezető elem, az ezzel koaxiális 7 szuszpenzió bevezető elem, a 9 durva fázis gyűjtő tárcsa, a 10 finom fázis gyűjtő tárcsa, a 11 durva fázis elvezető cső, a 12 finom fázis elvezető cső. Mindezek az ábrán fel nem tűntetett zárt házban vannak elhelyezve, mely házhoz egy centrifuga motorja is mereven csatlakozik. A zárt ház falán átvezet a 7 szuszpenzió bevezető elem, a 8 közeg bevezető elem, a 12 finom fázis elvezető cső és a 11 durva fázis elvezető cső. A forgó alkatrészek: a 6 centrifuga tengelycsonkhoz a 21 csavarral rögzített 4 forgó tárcsa középső rész, e fölött és alatt van a csavarral összefogott 3 forgó tárcsa felső rész és 5 forgó tárcsa alsó rész, ez utóbbi a csavarral a 2 forgó ház alsó részhez is csatlakozik, amihez a 24 csavarral a 27 tömitő gyűrű közbeiktatásával az 1 forgó ház felső rész csatlakozik. Az 1 forgó ház felső rész és a 3 forgó tárcsa felső rész között rés van, ez a 13 közeg járat. A 2 forgó ház alsó rész és az 5 forgó tárcsa alsó rész közötti rés a 16 durva fázis elvezető járat, a 3 forgó tárcsa felső rész és a 4 forgó tárcsa középső rész közötti rés a 14 szuszpenzió járat, mely a 34 kiömlő kőrnyilással ér véget. A 4 forgó tárcsa középső rész és 5 forgó tárcsa alsó rész közötti rés a 15 ellenáramú osztályozó járat, a 3 forgó tárcsa felső rész és 5 forgó tárcsa alsó rész közötti rés a 17 durva fázis ellenáramú osztályozó járat. A 2 forgó ház alsó rész és az 5 forgó tárcsa alsó rész végei között van egy 26 durva fázis szóró elem, a 4 forgó tárcsa középső rész és 5 forgó tárcsa alsó rész alsó végei között van egy 25 finom fázis szóró elem,, amit a 29 finom fázis elvezető járat köt össze a 15 egyenáramú osztályozó járattal. A 26 durva fázis szóró elem kiömlő nyílása azonos szinten van a 9 durva fázis gyűjtő tárcsa bevezető környílásával, a 25 finom fázis szóró elem kiömlő nyílása azonos szinten van a 10 finom fázis gyűjtő tárcsa bevezető környllásával. A 22 csavart a 3 forgó tárcsa felső rész és a 4 forgó tárcsa középső rész között 18 távtartó, a 4 forgó tárcsa középső rész és 5 forgó tárcsa alsó rész között 19 távtartó, a csavart az 5 forgó tárcsa alsó rész és a 2 forgó ház alsó rész között. 20 távtartó veszi kerül. E távtartók különböző magasságúnkra cserélhetők. A 19 távtartó több, a készülék forgásirányához viszonyítva kissé hátrahajló, függőleges falú 49 és 50 szivattyú lapátként van kialakítva, mely a 15 egyenáramú osztályozó járatot és a 17 durva fázis ellenáramú osztályozó járatot több szegmensre osztja. A 20 távtartó egyszerű tárcsa alakú, i 18 távtartó egyszerű tár;sa alakú, de kialakítható 48 szivattyúlapátokkal is. Adott esetben 47 szivattyú lapátok helyezhetők el a 13 közeg járatban is. Az 5 forgó tárcsa alsó része központi furatának felső peremén van egy cserélhető 28 finom fázis kiömlő él, melynek cseréjével változtatni lehel, a 15 egyenáramú osztályozó járat központi nyilasának átmérőjét. A 15 egyenáramú osztályozó járatot alul és felül határoló 5 forgó tárcsa alsó rész felső szintje és 4 forgó tárcsa középső rész alsó szintje sugár irányban cikk-cakkosan van kialakítva.

A készülék a következőképpen működik: a forgó rész forog, a szeparálandó zagyot a 7 szuszpenzió bevezető elemen át vezetjük be a 14 szuszpenzió járatba, ahonan az a 34 kiömlő környiláson át a 15 egyenáramú osztá’yozó járat és a 17 durva fázis ellenáramú osztályozó járat kiindulási környílásához kerül. Egyidejűleg a 8 közegbevezető elemen át szétválasztó folyadékot - közeget - vezetünk be, és annak térfogatáramát úgy szabályozzuk, hogy a 17 durva fázis ellenáramú osztályozó járatban és a 16 durva fázis elvezető járatban folyamatos áramlás legyen. A forgás következtében a közeg felszíne a 13 közegjáratban hengeralakú lesz, és a henger átmérője kisebb kell hogy legyen mint a 28 kiömlő él belső átmérője. A 16 durva fázis elvezető járat keresztmetszete szükebb, mint a 13 közegjárat keresztmetszete, ezért a közeg egy része a 17 durva fázis ellenáramú osztályozó járatban áramlik a forgástengely felé, és befogadja a 34 kiömlő környiláson át érkező zagyot, melynek durva szemcséi ellenáramban a kerület felé, finom szemcséi egyenáramban a tengely felé haladnak. A durva szemcsék a 16 durva fázis elvezető já-atba, majd a 11 durva fázis elvezető csőbe a finom szemcsék a 29 finom fázis elvezető járatba, majd a 12 finom fázis elvezető csőbe jutnak, és mindkét fázis folyamatosan elhagyja a készüléket.

A 2. ábrán feltüntetett kiviteli alak forgó elemei a 6 centrifuga tengelyre példaképpen csavarmenettel rácsavart 104 forgó tárcsa agy. Ehhez csatlakozik a 105 forgó tárcsa alsó rész és a 102 forgó ház alsó rész. Ezek felett van a 103 forgó tárcsa felső rész, legfelül a 101 forgó ház felső rész. Ez utóbbi és a 102 forgó ház alsó rész peremei között keskeny, 33 állítható rés van. Fenti alkatrészek az ábrán fel nem tüntetett csavarokkal vannak ősszeerőfiítve. A 101 forgó ház felső rész és a 103 forgó tárcsa felső rész között van a 113 közeg járat, benne a 43 ventilátor lapátok. A 113 közeg járat a 134 kiömlő környllással ér véget. A 103 forgó tárcsa felső rész és a 1Ö5 forgó tárcsa alsó rész között van a 114 szuszpenzió járat, benne 44 ventilátor lapátok. A 103 forgó tárcsa felső rész és a 102 forgó ház alsó rész között van a 117 durva fázis ellenáramú osztályozó járat, benne 45 ventilátor lapátok. A 102 forgó ház alsó rész és 105 forgó tárcsa alsó rész között van a 115 egyenáramú osztályozó járat, benne a 46 ventilátor lapátok; a 102 forgó ház alsó rész és a 104 forgó tárcsa egy között van a 129 finom fázis elvezető járat; a 101 forgó ház felső rész és a 102 forgó ház alsó rész között - ezek külső pereménél - van a 116 durva fázis elvezető járat. A készülék nem forgó elemei a készülékkel koaxiálisán elhelyezett 30 vibrációs adagoló tölcsér, 31 szóró kúp, 32 fojtó gyűrű, 35 finom fázis gyűjtő körcsatorna, 36 durva fázis gyűjtő körcsatorna. Ez utóbbiakon van elhelyezve a 37 finom fázis elvezető csonk és a 38 durva fázis elvezető csonk. A készülék üzemeltetéséhez tartozik az ábrán fel nem tüntetett, a 30 adagoló tölcsérhez csatlakozó, az osztályozandó porszerű anyagot befogadó tartály, az ábrán vázlatosan feltüntetett 39 és 40 ventilátor, valamint a 41 és 42 porszűrő.

A készülék, valamint az azt kiegészítő berendezés a következőképpen működik: a forgó rész forog, a ventilátorok forognak. A vibrációs adagoló tölcsér és az állítható szóró kúp között aeroszol formájában behatol a finom és durva fázisra szeparálandó poralakú anyag a 114 szuszpenzió járatba. A 39 és 40 ventilátorok által beszívott levegőáramot a 32 fojtógyűrűvel állítjuk be. A beszívott levegő egyrészt a 114 szuszpenzió járatba, másrészt a 113 közeg járatba kerül. Ez utóbbiból a 134 kiömlő környíláson át részben a 117 durva fázis ellenáramú osztályozó járatba, részben a 116 durva fázis elvezető járat 33 állítható résén át a 36 durva fázis gyűjtő körcsatornába jut, ide magával viszi a 117 durva fázis ellenáramú osztályozó járaton a centrifugális erő hatására átjutó durva fázist. A 117 durva fázis ellenáramú osztályozó járatban a centrifugális erővel ellentétes irányú közeg áramlás egyrészt a 33 állítható rés állításával, másrészt azzal érhető el, hogy a 39 ventilátor nagyobb vákuumot létesít, mint a 40 ventilátor. A finom fázis a 114 szuszpenzió járaton át behatoló levegővel és a 113 közeg járaton behatoló levegő egy részével - ami nem tudott kiszabadulni a 33 állítható résen - a 115 egyenáramú osztályozó járatba, onnan a 129 finom fázis elvezető járatba, majd a 35 finom fázis gyűjtő körcsatornába kerül. Ez utóbbin levő 37 finom fázis elvezető csonk a 39 ventillátorral megszívott 41 porszűrőhöz, a 36 durva fázis gyűjtő körcsatornán levő 38 durva fázis elvezető · sónk a 10 ventilátorral megszívott 42 porszűrőhöz vezet. A porszűrőkből a finom fázis és a durva fázis megfelelő tartályokba kerül.

A leírtakból látható, hogy a találmány szerinti berendezés mind folyékony, mind gáznemű közegekkel működtethető, és mindkét esetben igen éles szétválasztást biztosít. Teljesítménye viszonylag kis fordulatszámnál - 500-3000/perc - is nagy: 100 kp/óra. Egy tengelyre több osztályozó fej is elhelyezhető, ami növeli a készülék teljesítményét, adott esetben több termékfajta előállítására alkalIL£S.

Egy a találmány szerinti készüléknél a sugarak és keresztmetszetek adottak, illetve a beömlési sugarak - folyadék felszínek szűk határok között a betáplálási sebesség szabályozásával vagy a fordulatszám fokozatmentes módosításával változtathatók. Változtatható az elválasztás határa 33 állítható rés módosításával, a 28 finom fázis kiömlő él, a 2C távtartó, a 19 távtartó és az ehhez csatlakozó 49 és 50 szivattyú lapátok cseréjével is.

Az üzemeltető kísérleti úton határozza meg az adott esetben optimális beállítást. A készülék ugyanis a legtökéletesebb osztályozáskor a legkisebb tömegárammal fog dolgozni. Nem minden esetben a legtökéletesebb osztályozás a cél, és akkor nagyobb tömegárammal gazdaságosabban lehet üzemeltetni. Egy kísérleti sorozatból bemutatunk egy példát annak szemléltetésére, hogy a legélesebb elválasztásnak megfelelő beállításban a készülék hatásfoka messze felülmúlja az eddig ismertekét.

3. ábra: Tromp-görbe.

Az elválasztás élességét Tromp-görbe segítségével jellemezzük. E célból maximum 50 μ szemcseméretű Al(OH)3-at választottunk 25 μ-nál kisebb és 25 μ-nál nagyobb szemcsehalmazra spirális osztályozóval és a találmány szerinti készülékkel. A Tromp-görbe abszcisszája a szemcse mérete μ-ban, ordinátája T%, vagyis hogy a feladás különböző szemcsenagyságú elemeiből hány % került a finom szemcsés termékbe. S-sel jelöltük a spirális osztályozóval, R-rel a találmány szerinti készülékkel nyert eredményt. A két görbéből megállapítottuk és 75 és 25 T%-os ordinátákhoz tartozó μ abszcisszaértékek X κ és X s hányadosát.

Ez az eredmény egyértelműen igazolja a találmány szerinti eljárás és készülék jobb szeparáló képességét és ipari alkalmazhatóságát.

Jóllehet, az ismertetett két kiviteli alak jól szemlélteti a találmányt, azok csupán pél-49 daként szolgálnak, és számos más kiviteli alakban is megvalósítható.

Claims (3)

1. Eljárás 300 μ-nál kisebb szemcsék’ halmazának folyamatos finom és durva fázisra történő éles szétválasztására centrifugális erőtérben oly módon, hogy a szemcsék halmazát folyadékkal keverve zagyból, vagy gázzal keverve aeroszolból - a továbbiakban szuszpenzióból - indulunk ki és a szétválasztáshoz zagy esetében folyadékot, aeroszol esetében gázt - a továbbiakban közeget használunk, azzal jellemezve, hogy a centrifugális erőtérbe külön vezetjük be a közeget és külön a szuszpenziót, a közeget két, a és b áramra választjuk, a b áram irányát a centrifugális eró irányával ellentétesen alakítjuk ki, sebességét pedig kisebbre állítjuk be mint a durva fázisban megengedett legkisebb szemcsének és nagyobbra mint a finom fázisban megengedett legnagyobb szemcsének a közegben a centrifugális erőtérben fellépő süllyedési sebessége, és ebbe a b áramba vezetjük be a szuszpenziöt, amiből a b árammal ellenáramban süllyedő durva szemcséket az a árammal, a b árammal együtt haladó finom szemcséket a b árammal távolítjuk el.

2. Készülék előnyösen az 1. igénypont szerinti, zagyból kiinduló eljárás megvalósítására, melynek zagyot és közeget bevezető, durva és finom fázist gyűjtő és fázis elvezető álló része, elemekből összeépített forgórésze van, ahol a közege járat, szuszpenzió járat, durva fázis ellenáramú osztályozó járat, egyenáramú osztályozó járat, fil'ioll, fí.ZiS ,.*1\ uZctu jCl’ílL i. , JülYü f.iZÍs chczi tö járat van, azzal jellemezve, hogy a durva fázis cl \ i.-zctö járat (Ifi) szűkei,!,, mint a

5 durva fázis ilknárainú osztályozó járat (17) és kiömlő korn;, ÍLsi egy durva fázis g, újl.o tárcsa (9) szintjén durva fázis szóró elemmel (26) végződik, a szuszpenzió járat (14) kiömlő környilása (34) pedig a durva fázis el10 lenáramú osztályozó járat (17) és az egyenáramú osztályozó járat (15) között van, továbbá a finom fázis elvezető járat (29) kiömlő környílása egy finom fázis gyűjtő tárcsa (10) szintjén finom fázis szóró elemmel

15 (25) végződik.

3, Készülék előnyösen a 1. igénypont szerinti, aeroszolból kiinduló eljárás megvalósítására, melynek szemcsehalmazt bevezető vibrációs adagoló tölcsére, közeg bevezetését

20 szabályozó fojtógyürűje, porszűrőn át ventillátorra kapcsolt durva fázis gyűjtő kőrcsatornája, centrifuga tengelyre rögzített, járatokat képző elemekből összeépített forgó része, a forgó részben közeg járat, szusz25 penzió járat, durva fázis ellenáramú osztályozó járat, egyenáramú osztályozó járat, durva fázis elvezető járat és finom fázis elvezető járat, van, azzal jellemezve, hogy a durva fázis elvezető járat (116) kerületén, a

30 durva fázis gyűjtő körcsatorna (36) szintjén állítható rés (33) van, mely állítható rés szükebb, mint a durva fázis ellenáramú osztályozó járat (117); a szuszpenzió járat (114) kiömlő környilása (134) pedig a durva fázis

35 ellenáramú osztályozó járat (117) és az egyenáramú osztályozó járat (115) között van.