NL8802728A - Werkwijze en inrichting voor het scheiden van vaste stoffen. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het scheiden van vaste stoffen.

Aanvrager noemt als uitvinders: Prof.Ir K.Ch.A.M. Luyben en

Ir R.H. Kleijntjes.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het scheiden van vaste stoffen naar deeltjesgrootte en/of gewicht door in een vat, die stoffen met toepassing van een gasstroom te suspenderen in een vloeistof, waarbij een concentratieverdeling van gesuspendeerde deeltjes in verticale richting plaatsvindt.

Deze verdeling is zodanig dat zware en/of grote deeltjes zich in het onderste gedeelte van de suspensie zullen bevinden, nabij de bodem van het vat. Doel is deze zware fraktie van de in suspensie zijnde vaste stof als een wervelbed onderin de reactor te handhaven. Hierdoor wordt het mogelijk deze fraktie onafhankelijk af te tappen zonder de procesgang te verstoren. Achtergrond van de” uitvinding ligt in het veld van de ertsuitloging, met name het gebruik in de ertstechnologie, om fijngemalen ertsen te ontdoen van vervuilingen. Kenmerkend voor dit type reactoren is de cilindrische vorm voor het bovengedeelte en de konische punt onderaan de reactor. De ertsuitloging geschiedt in een drie-fasen-suspensie (erts-water-lucht), welke wordt gecreëerd door onderin de konus grote hoeveelheden lucht te injecteren. De werkwijze van deze gas-gesuspendeerde ertssystemen kan batchgewijs of continu zijn. Tijdens batch-operatie wordt gedurende enkele dagen een suspensie in stand gehouden waarna aftap van de totale reactorinhoud plaatsvindt. Tijdens continue operatie wordt steeds verse reactorinhoud ingepompt en verwerkte reactorinhoud uit het systeem gepompt volgens het principe van de continu bedreven chemische reactor. Om deze suspensie te verkrijgen bij hoge suspensiedichtheden is echter een aanzienlijke hoeveelheid lucht nodig, hetgeen uit energetisch oogpunt onaantrekkelijk is. Omdat de lucht ingebracht wordt in het laagste punt van de reactor, geeft het deel van de vaste stoffen dat bezinkt daar aanleiding tot problemen omdat de lucht door dit bezonken deel wordt tegengehouden, waardoor het in suspensie brengen van de zich daarboven bevindende vaste stoffen verder bemoeilijkt wordt en het nodig is extra energie toe te voegen.

Het is doel van de onderhavige uitvinding bovengenoemde nadelen te vermijden en bij gebruik van minder energie een scheiding van de deeltjes te kunnen verwezenlijken. Het scheiden van vaste stoffen naar deeltjesgrootte en/of gewicht is bijvoorbeeld van belang bij het reinigen van verontreinigde grond, maar is eveneens toepasbaar bij het scheiden van materialen in de mijnbouw.

Dit doel wordt bij de hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat men de bezinkende fractie in de gecontroleerde toestand van een wervelbed houdt. Gebleken is dat indien men deze fractie in wervelbed toestand brengt het inbrengen van lucht om de suspensie daarboven te handhaven kan verminderen. De suspensie is immers ontdaan van de zware fraktie. Het wervelbed kan door het inbrengen van fluïdumstralen opgewekt en in stand gehouden worden. Energiebesparing van gasgebruik vindt plaats door het bijvoegen van fluïdum stralen. Dit fluïdum kan vloeistof omvatten, die volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de werkwijze uit het scheidingsvat afkomstig is. In feite vindt daardoor een recirculatie van de suspensievloeistof plaats.

De essentie van de uitvinding is vierledig: - het energieverbruik van deze gasgesuspenderde systemen omlaag te brengen door het bijvoegen van een vloeistofinjectie onderin de reactor (twee-fasen injectie) - de suspensie-dichtheden in het systeem te vergroten juist door het gebruik van de twee fasen injectie, een hoge concentratie aan zware fraktie ondervindt immers onderin een sterk effekt van de vloeistofinjectie - de zware fraktie te kunnen aftappen uit het, door bijvoeging van de vloeistofjet, ontstane wervelbed onderin de reactor, zonder de suspensie van andere deeltjes te hinderen of het verdere suspenderingsproces te hoeven onderbreken, waardoor verschillende verblijftijden in de reactor mogelijk zijn voor de zware en de lichte fraktie.

- het vergroten van de stabiliteit van het suspenderingsproces door het bijvoegen van de vloeistofjet.

Bij deze uitvoering blijkt het energiegebruik betreffende het gas eveneens relatief gering te zijn, terwijl de behoefte aan fluïdum eveneens gering is.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding wordt in de suspensie afgetapt. Dat betekent dat slechts zich in suspensie bevindend materiaal afgevoerd wordt. Indien men bovendien in het wervelende bed aftapt kan in gescheiden verblijftijd voor het materiaal, dat zich in het wervelende bed bevindt, en het materiaal, dat zich boven in de suspensie bevindt, voorzien worden. Dit kan voor het verloop van verscheidene processen, die in de suspensie en/of het wervelende bed plaats vinden, van aanzienlijk belang zijn. Daarbij kan men door de hierboven beschreven werkwijze het wervelende bed continue nabij de bodem van het reactievat aftappen zonder de daarbovenstaande suspensie te beïnvloeden in tegenstelling tot de stand der techniek waarbij ladingsgewijs te totale inhoud afgetapt moest worden, zonder dat daarbij een scheiding wordt verkregen.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering past men tenminste in het deel van het reactievat waar zich tijdens bedrijf de suspensie bevindt een (bio) chemische werkwijze toe. Daarbij kan de te scheiden vaste stof verontreinigde grond omvatten.

Al naar gelang de gewenste scheidingsgraad kan men de toevoer van gas en vloeistof regelen en op elkaar afstemmen. De hierboven beschreven werkwijze kan herhaald toegepast worden in verscheidene vaten achter elkaar in serie geplaatst.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze en deze omvat volgens de uitvinding een vat met taps toelopende bodem. Daarbij omvat het laagste punt van die bodem bij voorkeur verscheidene punten. D.w.z. de bodem loopt niet taps tot een punt toe maar volgens een lijn of andere vorm. Daarmee is het eenvoudiger het wervelende bed bij de bodem te handhaven zodat de voorwaarden voor het continu aftappen geoptimaliseerd worden.

De hierboven beschreven inrichting is bij voorkeur voorzien van een aftapopening nabij de bodem voor het aftappen van materiaal uit het wervelbed en voorzien van een aftapopening op een hoger liggend niveau voor het aftappen uit de suspensie. Op deze wijze kan in gescheiden verblijftijd van het zich in het wervelbed bevindende materiaal en het zich in suspensie bevindende materiaal voorzien worden.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering zijn nabij de onderzijde van het reactievat inbrengmiddelen aanwezig voor het invoeren van een gecombineerde gas/vloeistofstraal, waarbij de inbrengmiddelen een of meer gasinspuitorganen omvatten omgeven door vloeistofinspuit-organen of omgekeerd. De ingespoten vloeistof kan daarbij afkomstig zijn uit de in het reactievat aanwezige vloeistof maar daarbij is het noodzakelijk deze tenminste gedeeltelijk te ontdoen van deeltjes voor het inspuiten in het reactievat. Bij een installatie voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze kunnen verscheidene hierboven beschreven inrichtingen in serie geplaatst worden.

Hieronder zal de uitvinding nader verduidelijkt worden aan de hand van een in de tekening afgeheeld uitvoeringsvoorbeeld.

Daarbij tonen: fig. 1 schematisch gedeeltelijk opengewerkt een aanzicht van de installatie volgens de uitvinding, fig. 2 een detail uit fig. 1 omvattende de inrichting volgens de uitvinding, en fig. 3 een detail van fig. 2 in doorsnede waarin inspuitorganen voor lucht en vloeistof afgebeeld zijn.

In fig. 1 is een in het geheel met 1 aangegeven installatie voor het reinigen van verontreinigde grond afgebeeld. Deze omvat een reactievat 2 waarin de te verontreinigen grond op niet nader afgebeelde wijze ingebracht wordt. Dit reactorvat 2 is gevuld met een vloeistof zoals water. Aan de onderzijde van het vat bevinden zich injectiemiddelen 3. Daar zijn een luchtleiding 4 alsmede een vloeistofleiding 5 aangesloten. Compressor 6 dient voor het voorzien in luchttoevoer. Vloeistofleiding 5 wordt via vloeistofleiding 7 van vloeistof voorzien, welke vloeistof-leiding 7 via bezinkbak 8 uit het reactievat afkomstige vloeistof ontvangt via leidingen 9 en 10 en pomp 11. In het reactievat zijn verscheidene aftapopeningen aanwezig aangegeven met 12, 13 en 14, waarbij met 14 een reeks openingen aangegeven is. In fig. 2 en 3 zijn de injectiemiddelen 3 duidelijker weergegeven. Deze omvatten een luchtinlaat 15 aangesloten op leiding 4 aan de andere zijde bevindt zich vloeistof-inlaat 16 aangesloten op vloeistofleiding 5. Zoals uit fig. 3 blijkt zijn op luchtinlaat 15 inspuitbuizen 17 aangebracht. Bij de doorvoer van inspuitbuizen 17 door wand 18 zijn eveneens mondstukken 19 aanwezig voor het afvoeren van uit vloeistofinlaat 16 afkomstige vloeistof. Aan de onderzijde van injectiemiddelen 3 kunnen slechts schematisch afgebeelde afsluiters 20 aanwezig zijn voor het aftappen van zich in vloeistofkamer 21 opeenhopend vast materiaal.

De hierboven beschreven inrichting werkt als volgt. Na het inbrengen van vloeistof en de scheiding vaste stof in reactievat 1 worden door injectiemiddelen 3 luchtstralen omgeven met vloeistof ingespoten.

Daardoor ontstaat ter hoogte van aftapopeningen 14 een wervelbed terwijl ter hoogte van aftapopeningen 12, 13 een suspensie van de vaste stoffen ontstaat. In het wervelbed bevindt zich de zware fractie van de vaste stoffen die uit de suspensie bij 12, 13 gezakt is. Bij het reinigen van verontreinigde grond worden micro-organismen toegepast voor het langs biochemische weg omzetten van de verontreinigingen. Gebleken is dat met deze inrichting een aanzienlijke energiebesparing bereikt wordt doordat minder lucht toegevoerd hoeft te worden. Verondersteld wordt dat dit veroorzaakt wordt door het feit dat de ingebrachte lucht niet belemmerd wordt door het zich bij de bodem van het reactorvat bevindende vaste materiaal omdat het zich in wervelbedtoestand bevindt. Deze wervelbedtoestand wordt verkregen door het inspuiten van fluïdum.

Door de aftapopeningen 12, 13 kan materiaal uit de suspensie afgetapt worden. Door de aftapopening 14 kan materiaal uit het wervelbed afgetapt worden. Bij het zuiveren van grond zal de zich in het wervelbed bevindende fractie verhoudingsgewijs zuiver zijn, zodat deze fractie verhoudingsgewijs snel afgetapt kan worden. De zich in suspensie bevindende materie is daarentegen verontreinigd en daar moet de reactie met microorganismen plaatsvinden zodat daar een langere verblijftijd gewenst is. Door het op verschillende wijzen gedoseerd aftappen bij de openingen 12, 13 resp. 14 kan in verschillende verblijftijd voorzien worden. Het toegevoerde fluïdum door de doseermiddelen 3 is afkomstig uit het reactievat en wordt voor het toedienen in bezinkbak 8 van verontreinigde deeltjes ontdaan, die functioneren van de doseermiddelen kunnen beïnvloeden. Voorts kunnen de hoeveelheden ingebracht gas en vloeistof alsmede de onderlinge verhouding voor allerlei suspensiedichtheden veranderd en ingesteld worden.

Hoewel de hierboven beschreven inrichting een uitvoering is waar thans de voorkeur aan gegeven wordt moet begrepen worden dat daaraan vele wijzigingen aangebracht kunnen worden zonder buiten het bereik van de onderhavige uitvindigng te geraken. Zo is het mogelijk verscheidene van dergelijke inrichtingen in serie te plaatsen om een zekere mate van zuiverheid, optimale verblijftijd of rendement te verkrijgen. Bovendien kan men met een dergelijke inrichting niet alleen grond zuiveren maar eveneens allerlei andere scheidingsprocessen uitvoeren waarbij het van belang is een scheiding te maken tussen deeltjesgrootte en/of diameter d.w.z. het uitvoeren van scheidingen in een polydispers-stelsel. Daarbij is het gelijktijdig mogelijk een chemische reactie uit te voeren zoals bij het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld weergegeven door toepassing van microorganismen. De uitvinding kan eveneens toegepast worden in de erts-verwerkende industrie.

Claims (18)

1. Werkwijze voor het scheiden van vaste stoffen naar deeltjes grootte en/of- gewicht door in een vat die stoffen met toepassing van een gasstroom te suspenderen in een vloeistof, waarbij een concentratie-verdeling van gesuspendeerde deeltjes in verticale richting plaatsvindt, met het kenmerk, dat men de bezinkende fractie in de gecontroleerde toestand van een wervelbed houdt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het wervelbed door het inbrengen van fluïdumstralen opgewekt en in stand gehouden wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij het fluïdum een vloeistof omvat.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de vloeistof een uit het vat'afkomstige vloeistof omvat.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij men het fluïdum, tezamen met het gas in het vat brengt.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij men in de suspensie aftapt.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij men in het wervelbed aftapt.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, waarbij men continu aftapt.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij men een (bio)chemische omzetting in het vat toepast.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de te scheiden vaste stoffen verontreinigde grond omvat.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 waarbij de te scheiden vaste stoffen microbieel uit te logen steenkool (of een andere erts) is.

12. Werkwijze, waarbij men de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies herhaald in verscheidene vaten toepast.

13. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van voorgaande conclusies, omvattende een vat met taps toelopende bodem.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij het laagste punt van de bodem verscheidene punten omvat.

15. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, voorzien van een aftap-opening nabij de bodem en van een aftapopening op hoger liggend niveau.

16. Werkwijze volgens conclusie 13-15 omvattende inbrengmiddelen voor het nabij de onderzijde van het reactievat invoeren van een gecombineerde gas/vloeistofstraal, waarbij de inbrengmiddelen een of meer gasinspuitorganen omgeven door vloeistofinspuitorganen omvatten.

17. Inrichting volgens een van de conclusies 13-15, waarbij de ingespoten vloeistof uit het reactievat afkomstig is, waarbij middelen aanwezig zijn voor het tenminste gedeeltelijk scheiden van de uit het reactievat afkomstige suspensierecirculatiestroom in een in hoofdzaak deeltjesvrije stroom en een deeltjes bevattende stroom, die naar de suspensiereactor terugbeweegt.

18. Installatie omvattend verscheidene in serie geplaatste inrichtingen volgens een van de conclusies 13-17.