NO122914B - - Google Patents

Description

Anordning for separering og fraksjonering av i væske suspendert materiale.

Svensk patent nr. 225.119 gir anvisning vedrbrende anordninger som har tilfort teknikken en ny fremgangsmåte for separering og fraksjonering av materiale som er opplost eller suspendert i væske, nemlig ved å utnytte den anrikningseffekt som fås ved en relativbevegelse mellom væsken og et hus som omgir væsken. Huset omfatter da i det minste en kanal som er anordnet for tilfbrsel til husets innlbpsende av væsken og en annen fase for oppnåelse av en strbmning gjennom kanalen av en eller flere væskeplugger adskilt av den andre fase, idet det opploste eller suspenderte materiale ved anrikningseffekten vandrer i væskepluggen og kon-sentreres i dens i strbmningsretningen forreste parti. Ved kanalens utlbpsende er det anordnet en fraksjonsoppsamler for å oppta de i de avdelte væskeplugger ved anrikningseffekten opp-nådde fraksjoner.

Foreliggende oppfinnelse vedrbrer en anordning som likeledes på den ovenfor angitte måte for separering og fraksjonering av i en væske opplost eller suspendert materiale utnytter anrikningseffekten som fås i væsken når denne i form av en plugg adskilt av en annen fase strbmmer gjennom en kanal. Kanalen er da spiral-formet og roterbart anordnet om en rotasjonsakse og suspensjonen og den annen fase tilfores avvekslende til kanalens innlbpsende.

Anordningen ifblge oppfinnelsen kjennetegnes i det vesentlige

ved at kanalen som har sin tillbpsende for suspensjonen beliggende nærmest rotasjonsakselen og utlbpsenden ved spiralens periferi, oppviser konvergerende form i det minste langsefter en vesentlig del av sin lengde. Derved kan separerings- og fraksjonserings-effekten styres hva angår forskjellige partikkelstbrrelser for det suspenderte materiale. Med konvergerende kanal erholdes videre den fordel at den kan returspyles ute i fra utlbpsenden, hvorved eventuelle igjentetninger med letthet kan spyles bort bakover i den divergerende kanal. Med kanalens innlbpsende liggende nærmest rotasjonsaksen og dens utlbpsende liggende ved spiralens perifere ende, fås videre mulighet for en enkel anordning av en fraksjonsoppsamler som kan oppta fraksjonene.

Kanalene kan da være konvergerende utifrå innlbpsenden, hvorved forst de stbrste partikler separeres og derpå mindre partikler alt eftersom kanalens tverrsnitt minsker.

Ifblge oppfinnelsen kan kanalen videre efter en viss avstand

fra innlbpsenden undergå en sprangvis tverrsnittsendring. Dette tilpasses fremfor alt ved visse fraksjoneringstilfeller, hvor-

ved f.eks. kanaltverrsnittet kan oke for å eliminere risiko for igjentetning på grunn av for små kanaltverrsnitt eller minske for å oke effekten, når suspensjonen stort sett inneholder små partikler og bare et fåtall store partikler.

Ifblge oppfinnelsen er kanalen fortrinnsvis anordnet i et plan perpendikulært på rotasjonsaksen, hvorved oppnås den ytterligere fordel at .man får en plassbesparende konstruksjon.

Ved anordning av kanalen i et plan som ligger perpendikulært på rotasjonsaksen kan også med bibehold av plassbesparende konstruksjon flere kanaler anordnes ved siden av hverandre i planet.

Ved en foretrukket utfbrelse ifblge oppfinnelsen errkanalene for dannelse av tre begrensningssider av disse oppbygget av på en perpendikulært på rotasjonsaksen beliggende skive anordnede spiralformede, kanalene avgrensende vegger, hvilke nærmest rotasjonsaksen går ut fra punkter som ligger i samme avstand fra men er innbyrdes forskjbvet samme vinkel i forhold til rotasjonsaksen, og hvilke ved spiralens ytterende likeledes ender i samme avstand fra men innbyrdes forskjbvet samme vinkel i forhold til rotasjonsaksen. Dette muliggjbr dannelse av et konstruktivt meget enkelt og kompakt separerings- og fraksjoneringsanlegg, hvor den fjerde kanalside består av den motsatt de anordnede kanalvegger beliggende side av en på samme måte utformet skive. Anlegget kan således bygges opp av flere slike skiver anordnet ved siden av hverandre.

Ifblge oppfinnelsen er kanalveggene fortrinnsvis anordnet således, dvs. kanalene er dimensjonert slik, at et vilkårlig vinkelelement av hver kanal har konstant volum uavhengig av hvor vinkelelement et tas.

Ved den foretrukne utfbrelse kan ifblge oppfinnelsen efter en viss avstand fra innlbpsenden kanalene være oppdelt ved anordning av en parallelt mellom de spiralformede vegger beliggende mellomvegg. Ved denne drastiske reduksjon av tverrsnittet fås en forsterkning av separerings- og fraksjoneringseffekten. Denne utfbrelsesform er spesielt egnet for suspensjoner, som i det vesentlige inneholder mindre partikler og bare noen få store partikler.

Ved den foretrukne utfbrelsesform kan "alternativt for visse

andre spesialtilfeller ifblge oppfinnelsen annenhver kanalvegg

efter en viss avstand fra innlbpsenden være fjernet for å fbre sammen to inntil hverandre beliggende kanaler til en kanal. Denne utfbrelsesform kan være fordelaktig ved visse suspensjoner for å eliminere risiko for igjentetninger på grunn av for lite kanaltverrsnitt. Utfbrelsesformen kan videre være gunstig når man f.eks. bnsker å adskille langfibrede og kortfibrede partikler. Efter å ha passert det bkede kanaltverrsnitt loses pluggen opp, og de lettere, kortfibrede partikler 1'bsner fra de tyngre, langfibrede partikler i pluggens forreste del og kan vandre bakover .

Oppfinnelsen skal i det efterfblgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 er et sideriss delvis i snitt av et apparat hvori en utfbrelsesform av oppfinnelsen inngår.

Fig. 2 er et enderiss av apparatet i fig. 1.

Fig. 3 er et tverrsnitt efter linjen 3-3 i fig. 1 og viser skje-matisk en enhet av apparatet ifblge fig. 1.

Fig. 4 er et radialsnitt gjennom enheten ifblge fig. 3.

Fig. 5 er et oppriss i likhet med fig. 3 av en annen utfbrelsesform av kanalene ifblge oppfinnelsen og viser to kanaler for en enhet som munner ut i hverandre på en viss avstand fra innlbpsenden . Fig. 6 er et oppriss i likhet med fig. 5 og viser en tredje ut-forelsesform hvor en skillevegg er innskutt langsefter kanalens lengde.

Anordningen for separering og fraksjonering vist på tegningene, omfatter et hult hus 10 tilpasset for roterbar understbttelse av en roterbar konstruktiv sammenbygning som helhet betegnet med 20 og som er bygget opp av et antall identiske, plane enheter sammenfestet side-ved-side, idet enhetene er angitt ved henvis-ningstallet 30 og skal beskrives nærmere i det efterfdlgende. Huset er stort sett sirkulært eller sylindrisk med lukkede ender 12 og 14 med aksiale forlengelser 12a og 14a tilpasset for en hydraulisk motor 15 eller annen drivkraft anordnet i den ene forlengelse 12a og et væskeinnlbpsrbr eller en kanal 16 i den andre forlengelse 14a. Selv om en hydraulisk motor er et hensiktsmessig drivmiddel, kan andre drivmidler anvendes om det er bnskelig. Huset kan ha flere radielt forlbpende lommer eller mottagerkamre 17a, 17b, 17c utformet i en nedre kvadrant (den nedre hbyre kvadrant i fig. 2 når den konstruktive sammenbygning roterer med urviseren i fig. 2 og 3). Disse lommer mottar de forskjellige fraksjoner av utseparert materiale fra enhetene, slik som nærmere vil bli beskrevet i det efterfblgende. Tre lommer 17a, 17b, 17c er vist i fig. 2, men et annet antall kan anordnes alt efter hvilke krav som stilles til de forskjellige væskesuspensjoner og anvendelser.

De individuelle enheter som utgjor den konstruktive sammenbygning

kan hver bestå av en sirkulær, plan plate eller skive 31 med kant-vis montert på den ene flate et antall kontinuerlige, konsentriske spiralvegger 32a - 32f som har samme innbyrdes avstand og begynner sitt spiralforlbp utover på steder som ligger vinkelforskjbvet i forhold til hverandre rundt omkretsen av en sentral, sirkulær åpning 31a i skiven 31. Selv om seks spiralvegger er vist på tegningene, vil det forstås at det kan anordnes flere eller færre avhengig av apparatets stbrrelse, dets anvendelse og sammenset-ningen av de væsker som skal behandles.

Veggenes utstrekning perpendikulært på platens flate kan være Era 13mm - 51mm i de fleste tilfeller.

Det vil sees at hver av de konsentriske spiralvegger danner mellom seg selv og neste spiralvegg kanaler; og et antall konsentriske spiralkanaler A-F dannes således i samme antall som antall vegger. Hver kanal er begrenset av to konsentriske spiralvegger og av skiven, på hvilken veggene er montert, samt av skiven for nærbeliggende enhet. Spiralforlbpet for hver individuell vegg anordnes slik at hvert omlbp av spiralen er litt tettere enn det tidligere omldp. Tverrsnittsarealet for hver spiralkanal vil således avta eftersom spiralen skrider frem fra midten og utover. Med andre ord, hver kanal er konvergerende med hensyn til sitt forlbp utover. Tverrsnittet på midtpunktet langs kanalen er fortrinnsvis firkantet. Arealet av hver av de seks kanaler målt ved en hvilken som helst radial vinkel og for hvilket som helst valgt omldp for de seks kanaler (f.eks. det tredje omldp ved en vinkel på 120°) er likt, slik at ensartede virkninger og resul-tater vil fås av hver av de konsentriske spiralkanaler for en enhet, og likeledes fra alle enhetene.

De sentrale åpninger gjennom de mange ved siden av hverandre anordnede enheter for den konstruktive sammenbygning danner et sentralt ror 31f gjennom alle enhetene. Diameteren av dette ror skal være tilstrekkelig til å oppta en mengde innkommende væske på et stort sett konstant nivå som er mindre enn full kapasitet, når væsken fores ut. Væskenivået holdes fortrinnsvis mellom 90° og noe over 200° målt som en vinkelsektor for væskenivået i roret.

Det vil forstås at den konstruktive sammenbygning roteres i en retning motsatt de utad forldpende spiralkanaler, hvorved væske opptas idet den indre ende av en kanal går ned i væsken i det sentrale ror. Dette fortsetter inntil denne indre ende stiger opp over overflaten av væsken i roret. Den væskeplugg som således er blitt opptatt i kanalen, beveger seg langs denne når anordningen roterer, inntil den indre ende av kanalen igjen når overflaten av væsken i roret. Derpå gjentar prosessen seg, slik at det i kanalen dannes en rekke væskeplugger adskilt av luft-plugger. Det samme foregår i alle kanalene.

Friksjonen av kanalenes vegger på væskepluggen er tilbdyelig til å bevirke at de suspenderte partikler med stdrre dimensjoner beveger seg hen mot pluggens forreste del og partiklene blir progressivt fordelt langsefter pluggens lengde i forhold til par-tikkel st orr eisene således at de minste partikler vil befinne seg ved pluggens bakre del.

Dette fenomen blir sterkt fremskyndet ved reduksjonen i areal av kanalene fra disses begynnelse til disses utlbp av fblgende grunner: Det karakteristiske mål for kanalen kan sies å være den såkalte hydrauliske diamter, dvs. tverrsnittsarealet av kanalen divi-dert med omkretsen av kanalen. Det har vist seg at jo stbrre forholdet mellom partikkelstbrrelsen og den hydrauliske diameter er, jo bedre blir separeringen.

Eftersom væskepluggene beveger seg langs de konvergerende kanaler, blir de langstrakte og deres diamter avtar.

Separeringsvirkningen og den endelige oppsamling av fraksjonene separat blir således konstant og sterkt forbedret ved den kontinuerlige konvergens av kanalene.

Trykket i luftpluggene forblir konstant under bevegelsen av væskepluggene, uavhengig av om bevegelsen skjer radielt utover som vist, eller innover, hvilket kan være mulig i en alternativ utnyttelse av oppfinnelsens prinsipp.

Enhetene 30 er sammenbygget og festet mellom sirkulære endeplater 22, 24 som roterer i lageret 25, fortrinnsvis i kulelager under-støttet i huset, og drives av motoren 15 som er koaksialt til-koblet den enhetlige sammenbyggede konstruksjon. For å holde væsken inne i roret 31f fbr behandlingen, kan en hensiktsmessig membran eller lukkeplate 25 være anordnet nær ved motorforbind-elsen til den roterende anordning, og passende plater 26 og pak-ninger kan likeledes anordnes ved den motsatte ende eller på væskeinnlbpssiden.

For å holde væsken i roret 31f på bnsket nivå, kan det være anordnet et overlbp ved endeplaten 14 med sin munning (ikke vist) på bnsket nivå, og utlbpet 28 hensiktsmessig anbragt for å fore væsken tilbake til tilforselen (ikke vist).

Det vil forstås at utformning og anbringelse av huset, motoren, lagrene og væskeinnlbpspassasjene kan varieres på mange måter og

således ikke er bundet til det viste og beskrevne.

For å oppsamle fraksjonene av forskjellige konsentrasjoner av

det suspenderte materiale fra væskepluggene, er det anordnet tre lommer 17a, 17b, 17c som tidligere nevnt. Selv om tre lommer er vist i fig. 2, kan et annet antall anordnes hvis andre væskesuspensjoner og forskjellige anvendelser gjor dette dnskelig.

Fraksjonene avgår gjennom utiop, slik som 18, fra de individuelle lommer.

Den roterende anordning dreier seg med urviseren i fig. 2 og 3,

og utlbpsendene A' - F<1> ved omkretsen når et punkt i den nedre, hbyre kvadrant hvor væskepluggene strommer ut. Hvis f.eks. en plugg begynner å strbmme ut i den stilling hvor utlbpet C er vist i fig. 3, vil den forreste ende av pluggen som inneholder de stbrre partikler, strbmme ut i lommen 17a (fig. 2), midtpartiet av pluggen vil strbmme ut i lommen 17b og den bakre del av pluggen som inneholder de minste partiklene, vil strbmme ut i lommen 17c. Partier som ligger mellom disse vil strbmme inn i den nest efterfblgende lomme, slik at den fbrste lomme er istand til å motta enhver slik porsjon som avgår i mellomrommet og vil alltid motta de stbrste av de gjenværende partikler fra pluggen.

Under en omdreining av anordningen blir en væskeplugg utmatet

fra hver enhet, og dette forekommer under rotasjon over utlbps-vinkelen, dvs. fra like over lommen 17a til like forbi lommen 17c, slik at de fbrste og de siste partier av pluggen vil strbmme inn i den fbrste og siste lomme. Efter hver væskeplugg folger en luftplugg som opptar kanalen til denne og ved neste omdreining utmater en annen plugg.

Konvergensen av kanalene har en annen fordel, idet derved til-lates tilbakestrbmning som lbsner eller fjerner mulige igjentetninger i kanalene.

Som et alternativ kan en skillevegg 46 være innskutt slik som vist i fig. 6, i de individuelle kanaler 45 mellom veggene av hver kanal på et på forhånd bestemt sted langs dennes lengde. Dette har den virkning at arealet reduseres og det tilveiebringes to mindre, parallelle kanaler. I fig. 6 er bare vist en kanal for oversiktens skyld.

I et annet alternativ efter at kanalene har vært fort frem fra innlbpsenden mot utlbpsenden og er blitt progressivt avsmalnende til ikke mindre enn et minimum for den spesielle suspensjon som skal behandles, er to nærbeliggende kanaler anordnet slik at de går over i hverandre som vist ved 43 i fig. 5. To nærbeliggende kanaler 42 og 44 er her vist for enkelhets skyld. Denne utfbrelse er bnskelig når langfibrede og kortfibrede partikler skal separeres. Væskepluggen brytes opp og bevirker separering av de lange og korte fibre, idet pluggen passerer inn i den seksjon hvor kanalene flyter over i hverandre og tillater de kortfibrede partikler med lettere vekt å komme klar av de lengre partikler og bevege seg bakover.

Med et visst offer av kompakthet og uheldigere konstruktiv utformning, behbver de konvergerende kanaler ikke å ligge i plan som står perpendikulært på aksen, men kan forlbpe efter skrue-formede spiraler i lengderetningen av rotasjonsaksen, som vist i fig. 7 i svensk patent nr. 225.119.

Av det foregående vil det forstås at oppfinnelsen og dennes forskjellige former har de fordeler at det fås en plassbesparende kompakthet, evne til å rense ved tilbakestrbmning, kontroll over separerings- og fraksjoneringseffekten, mulighet for å behandle suspensjoner som inneholder forskjellige mengder av ulike dimensjoner av partikler, heri inkludert lange og korte fibre, og endelig enkelhet i virkemåte.

Claims (11)

1. Anordning for separering og fraksjonering av i en væske suspendert materiale under utnyttelse av den anrikningseffekt som fås i suspensjonen når denne i form av en plugg adskilt av

en annen fase strbmmer gjennom en kanal, idet kanalen er spiral-formet og roterbart anordnet om en rotasjonsakse og hvor suspensjonen og den annen fase avvekslende tilfores, kanalens innlbpsende, karakterisert ved at kanalen som har sin tillbpsende for suspensjonen beliggende nærmest rotasjonsaksen og utlbpsenden ved spiralens pereferi, oppviser konvergerende form, i det minste langsefter en vesentlig del av sin lengde.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at kanalen er konvergerende utformet fra innlbpsenden.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at kanalen er konvergerende utformet efter hele sin lengde frem til utlbpsenden.

4. Anordning som angitt i noen av de foregående krav, karakterisert ved at kanalen på en viss avstand fra innlbpsenden undergår en sprangvis tverrsnittsforandring.

5. Anordning som angitt i noen av de foregående krav, karakterisert ved at kanalen ligger i et plan perpendikulært på rotasjonsaksen.

6. Anordning som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at flere kanaler er anordnet ved siden av hverandre i samme plan.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at kanalene for dannelse av tre begrensningssider er bygget opp av på en vinkelrett mot rotasjonsaksen beliggende skive hvor det er anordnet spiralformede vegger som avgrenser kanalene, hvilke vegger nærmest rotasjonsaksen går ut fra punkter beliggende i samme avstand fra, men innbyrdes forskjbvne med samme vinkel i forhold til rotasjonsaksen, og hvilke vegger ved spiralens ytre ender munner ut likeledes i samme avstand fra, men innbyrdes forskjbvne med samme vinkel i forhold til rotasjonsaksen.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at efter en viss avstand fra innlbpsenden er kanalene oppdelt ved anordning av en parallelt mellom de spiralformede vegger beliggende mellomvegg.

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at efter en viss avstand fra innlbpsenden er annenhver kanalvegg fjernet for å sammenfbre to nabokanaler til en kanal.

10. Anordning som angitt i noen av kravene 7-9, karakterisert ved at kanalenes fjerde begrensningsside består av den motsatt de anordnede kanalvegger beliggende side av en på samme måte utformet skive.

11. Anordning som angitt i noen av de foregående krav, karakterisert ved at kanalene er dimensjonert således at et vilkårlig vinkelelement for hver kanal har konstant volum uavhengig av hvor vinkelelementet tas.