專利名稱：把微粒固體分為兩種顆粒部分的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把微粒狀的、分散在流體中的固體分為細(xì)顆粒和粗顆粒。本發(fā)明涉及對(duì)顆粒大小的范圍約在50μm以下，特別是約在10μm以下的顆粒進(jìn)行這種分離的方法和裝置。
要完成這一任務(wù)，要把顆粒分布為0至最大為50微米的微粒固體分離為分離界限約在10μm以下的細(xì)顆粒和粗顆粒，優(yōu)選地使用水力旋流器，在水力旋流器中，通過離心力、壁面摩擦和流體對(duì)固體粒子的牽引力的作用，完成這種分離。然而，由于系統(tǒng)條件所規(guī)定的、錯(cuò)綜復(fù)雜的、在水力旋流器中的流動(dòng)情況，對(duì)于某一確定的顆粒大小的清晰分離是不可能的，這使得不僅在細(xì)顆粒中而且在粗顆粒中也具有交叉范圍，即顆粒大小范圍大到了極不受歡迎的程度。
本發(fā)明以此任務(wù)為基礎(chǔ)，說明了一種把微粒固體分離為細(xì)顆粒和粗顆粒的方法和裝置，這種方法和裝置以經(jīng)濟(jì)的方式使清楚的分離，特別是使對(duì)于顆粒大小范圍約在10μm以下的清楚的分離成為可能。要完成這一任務(wù)，微粒固體分布在稀的流體中，并通過由一確定的沉降流動(dòng)的重疊及不相關(guān)性而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，迫使在該確定的沉降流動(dòng)中產(chǎn)生彌散。在這種情況下可彼此獨(dú)立調(diào)節(jié)的沉降流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的速度間比例確定了分離顆粒的大小，或者說是在細(xì)顆粒和粗顆粒之間的分離界限，這就是說，是粒子的大小，對(duì)于這種粒子的大小，由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和由沉降流動(dòng)產(chǎn)生的流體的牽引力處于平衡，這種顆粒的大小因此有同樣的可能在細(xì)顆粒或粗顆粒中達(dá)到。
特別簡單的是通過下述方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，這就是在一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的、平行本身的軸運(yùn)行的偏心輪中產(chǎn)生由外向內(nèi)流過的沉降流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并作成形成流動(dòng)通道的輪葉，在此使固體分散在偏心輪的外圍。
適合于實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置主要包括一個(gè)具有給料分散物進(jìn)料和細(xì)料分散物及粗料分散物卸料的接口的耐壓殼體，至少一個(gè)位于殼體內(nèi)的、可旋轉(zhuǎn)放置及可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的偏心輪，和一個(gè)用于給料分散物的進(jìn)料的給料泵。權(quán)利要求5至12中說明了這種裝置的有利的布置。
下面的這些實(shí)施例逐個(gè)地說明了本發(fā)明。
偏心輪安置在一個(gè)封閉殼體中，在這容器中，通過把一給料泵置于一輸入接口上，輸送要分級(jí)的、分散在流體中的固體---給料分散物。這種分散物從外向內(nèi)流過旋轉(zhuǎn)偏心輪，由此把固體分為粗顆粒和細(xì)顆粒。有些顆粒不能到輪的內(nèi)部并被偏離，因?yàn)閷?duì)于這些顆粒，由流動(dòng)著的流體所施加的牽引力小于由偏心輪的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力。對(duì)于牽引力大于離心力的顆粒，與流體一起到達(dá)輪的內(nèi)部。因此，分散物的這部分包含細(xì)料部分并通過一個(gè)放料接口離開這分離裝置的這個(gè)殼體，這個(gè)出料接口鄰接偏心輪的內(nèi)部空間。通過第二個(gè)出料接口，偏離的顆粒與剩余的流體部分一起，作為粗料分散物排出殼體。
通過偏心輪的旋轉(zhuǎn)，細(xì)料分散物在反抗離心力流過上述輪時(shí)，必須克服相對(duì)高的壓力。這個(gè)壓力根據(jù)處于3至20bar這個(gè)數(shù)量級(jí)的工作狀態(tài)，通過給料泵而獲得。這個(gè)負(fù)荷相應(yīng)地使分離裝置的殼體，同樣也相應(yīng)地使用于偏心輪的驅(qū)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)必須耐壓，與此同時(shí)，對(duì)于后者，在絕大多數(shù)情況下，用一個(gè)滑環(huán)密封是必需的。
確定分離顆粒大小的工作參數(shù)的大小是偏心輪的圓周線速度和在通過輪葉所形成的流動(dòng)通道中的徑向速度。對(duì)給定的偏心輪外直徑，可單獨(dú)通過它的轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)圓周線速度；徑向流動(dòng)速度由偏心輪的自由流動(dòng)橫截面及細(xì)料分散物的體積流得出。這細(xì)料分散物的體積與粗料分散物的體積加在一起的體積，通過給料分散物的輸入量而被確定，這給料分散物通過給料泵的傳送效率來調(diào)節(jié)。一般來說，細(xì)料分散物應(yīng)該自由流出，隨之而來的是間接地通過調(diào)節(jié)細(xì)料分散物和粗料分散物的體積流的分配比例和輸入量來調(diào)節(jié)它的體積流。通過改變粗料分散物的體積流，例如，通過改變出料橫截面或通過粗料分散物的定量抽吸，隨之改變這個(gè)分配比例。
偏心輪的轉(zhuǎn)軸在最簡單的情況下位于一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱殼體(例如，圓柱狀殼體)的軸線上，在該殼體中，不用采取特別的措施，流體及分散在其中的固體與偏心輪一起均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。特別是對(duì)于一個(gè)圓柱狀容器的情況，稍微保持在該容器的內(nèi)部和偏心輪的外圍之間的徑向間隔不變，人們就可以在它的整個(gè)長度范圍獲得均勻的偏心輪的繞流。這樣就能極為有效地避免短路流和回流效應(yīng)。當(dāng)內(nèi)壁和與輪外圍之間的徑向間隔總計(jì)小于偏心輪直徑的10％時(shí)，獲得最佳流動(dòng)比率。
對(duì)于復(fù)雜的情況，或在一共同的殼體中換用多個(gè)偏心輪時(shí)，當(dāng)要求很精細(xì)的分離和高的生產(chǎn)能力時(shí)，這一點(diǎn)可能是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是給那些偏盡輪配備特別的裝置，例如，配備一些旋轉(zhuǎn)的墊圈，這些墊圈導(dǎo)致在那些偏心輪外部區(qū)域中的流體和固體產(chǎn)生均勻的初加速度。
可以在殼體的上半部、下半部或偏心輪的區(qū)域內(nèi)裝上用于給料分散物的接口，在這種情況下，一個(gè)切線方向上的開口與在偏心輪旋轉(zhuǎn)方向上的流入一起有助于流體和固體的初加速度。當(dāng)在上述殼體的下端且在它的中央裝上一個(gè)用于軸向流入的給料分散物的接口時(shí)，獲得附加的預(yù)分類效果。由此，將使粗顆粒位于殼體壁的附近，這使得它不再給偏心輪加負(fù)荷，而是直接被排出。一條更長的流動(dòng)路線，例如，通過一條本身從接口橫截面到殼體橫截面擴(kuò)張的錐形殼體部分還可以改進(jìn)預(yù)分類效果。
偏心輪可以以已知的方式作成為內(nèi)部空間空的、圓柱形的葉輪。然而本身在這個(gè)內(nèi)部空間中形成的熱渦流動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)大的壓力損失，這使得只是對(duì)于低轉(zhuǎn)數(shù)的情況，替換一個(gè)這樣的偏心輪才有意義，這就是說，是對(duì)于相對(duì)小生產(chǎn)量的粗分離的情況才有意義。
對(duì)于從外圍到該偏心輪的轉(zhuǎn)軸的區(qū)域中徑向?qū)?zhǔn)的輪葉的情況，采用一個(gè)偏心輪能防止勢(shì)渦流動(dòng)的形成?，F(xiàn)在隨之在所謂的固體旋渦中發(fā)生分離過程，在輪葉外緣上具有與勢(shì)渦流相對(duì)立的最大圓周線速度。壓力損失大大減少，此時(shí)與體積流無關(guān)，而唯一地取決于偏心輪的轉(zhuǎn)數(shù)。令人驚奇的是，發(fā)現(xiàn)了采用一個(gè)偏心輪，利用固體旋渦，可獲得比一個(gè)偏心輪利用勢(shì)渦的情更精細(xì)的分離，且具有更多的細(xì)材料提取物，同時(shí)具有更大的生產(chǎn)能力。
要使偏心輪的分離作用達(dá)到最佳效果，在偏心輪的輪葉通道進(jìn)口前的流體和固體必須要有盡可能充分的初加速度，對(duì)于采用一個(gè)偏心輪利用固體旋渦的情況這特別適用。一般來說通過合適地安置用于給料分散物的一些接口來獲得盡可能足夠的初加速度。當(dāng)不是這種情況時(shí)，例如，一些墊圈是有幫助的，這些墊圈安置得與偏心輪牢固地連接在一起，從偏心輪的外圍區(qū)域徑向外延伸，彼此具有軸向間隔，并與偏心輪的轉(zhuǎn)軸共軸。這些墊圈通過它們的同步效應(yīng)，導(dǎo)致了一直到輪葉通道的進(jìn)口的，均勻且充分的初加速度。
除了初加速度，對(duì)于選定的最佳分離效果，還要均勻流過偏心輪。首先，對(duì)于一個(gè)偏心輪利用固體旋渦的情況，通過旋轉(zhuǎn)對(duì)稱所形成且與偏心輪共軸安置的形體來改善這種流過情況，此時(shí)，偏心輪的對(duì)準(zhǔn)徑向的輪葉從它的周圍延伸到所述形體。這形體例如可形成為圓柱體、錐體或平截頭圓錐體。
對(duì)絕大多數(shù)情況，分散在流體中的固體的分選無任何危險(xiǎn)，固體沉積在接觸分散物的表面上。因此，就可能對(duì)于偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形成驅(qū)動(dòng)軸，對(duì)于兩面的結(jié)構(gòu)管狀地形成一根用于細(xì)料排料的軸。然后，就可以不要堵住殼體內(nèi)部空間的細(xì)料出口的、費(fèi)用昂貴的密封。被卸料的細(xì)料分散物被收集在一個(gè)收集器中，而后可自由流出。這就得出一種有益的結(jié)構(gòu)，這里，當(dāng)上面提到的形體形成為空心的驅(qū)動(dòng)軸或軸的部件時(shí)，而且對(duì)于每個(gè)偏心輪的輪葉所形成的流動(dòng)流道，至少有一個(gè)開口，通過這個(gè)開口，流體和細(xì)顆粒可進(jìn)入空心軸管或軸。
附圖中顯示了實(shí)施例。在所有的附圖中，功能相同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。


圖1示意性地顯示了一個(gè)本發(fā)明的裝置，這裝置具有一個(gè)圓柱狀的殼體1，在這殼體1上，結(jié)構(gòu)8用法蘭直接連接到偏心輪3的接收部位上。經(jīng)過皮帶輪12和空心軸9驅(qū)動(dòng)豎直的偏心輪3，該結(jié)構(gòu)用一堵住殼體1的內(nèi)部空間的軸密封件6來密封。通過接口2把要分離的、分散在流體中的送料泵進(jìn)殼體1，從那里，它進(jìn)入偏心輪3。通過偏心輪3的分離作用而被分離開的細(xì)顆粒與一部分流體一起作為細(xì)料分散物，通過空心軸9，而被排入所放置的細(xì)料收集器10中，并且通過接口4流出作進(jìn)一步使用。從偏心輪3偏離的粗顆粒與剩余的流體一起，通過安置在殼體1的底部中央的開口11流到粗料收集器13中，在那里它通過接口5作為粗料分散物而被排出?？赏ㄟ^改變開口11的橫截面控制流出的粗料分散物的量；為此，這里使用了可軸向移動(dòng)的滑閥7。
圖2示出了另一種具有多個(gè)水平軸向的偏心輪3的變化，這些偏心輪3安裝在一個(gè)共同的殼體1中。每個(gè)偏心輪3通過一個(gè)自己的馬達(dá)(這里未示出)經(jīng)過皮帶輪12而被驅(qū)動(dòng)。由此，可以使得能單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)偏心輪3的轉(zhuǎn)數(shù)，這使得能從給料分散物中同時(shí)得到被放在一起的、差異很大的細(xì)料分散物。為此，優(yōu)選地采用這種變化，對(duì)于更小的分離范圍，且對(duì)于所有偏心輪同樣的分離范圍，獲得高的生產(chǎn)量。
在圖3中，把殼體1(圖1)的直的底板作成漏斗形，它固定在向下逐漸變細(xì)的部件14上，作為給料分散物的入口的接口2通向它的更深的位置。與圖1相反，接口2和5調(diào)換了它們的位置。對(duì)此，這種構(gòu)造是為了獲得給料的預(yù)分類，這使得旋轉(zhuǎn)的偏心輪3導(dǎo)致帶進(jìn)來的分散物的旋轉(zhuǎn)，通過這種旋轉(zhuǎn)，還在偏心輪3的進(jìn)口前面的粗顆粒被帶到由部件14和殼體1的壁所限定的內(nèi)部空間，并在那里被阻住，這使得它們不能再進(jìn)入偏心輪3，而是同樣通過接口5被排出。這里隨之通過直接在接口5上使用滑閥7來調(diào)節(jié)粗料分散物的量。
圖1至圖3中的偏心輪3實(shí)際上由兩個(gè)具有軸向間隔的互相連在一起的限位圓板15，16以及輪葉17構(gòu)成，這些輪葉17在這兩個(gè)限位圓極之間平行轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)且形成流動(dòng)通道，而且在圓板的圓周上均勻分布，在此它們能關(guān)于圓板周邊垂直或向下成一個(gè)角度。通過在一個(gè)限位圓板15上的一個(gè)中央孔，使細(xì)料分散物排入到空心軸9中。由輪葉17的外邊緣所確定的外圍表面是圓柱狀表面。但它也可以象圖4中那樣在具有中央孔的限位圓板15上作成具有較大直徑的錐形表面，這首先是為了在自由的內(nèi)部空間中均勻流過偏心輪3。
在圖5中，與偏心輪3同心安裝的且固定在限位圓板16上的錐形體18完成同樣的任務(wù)。
另一方面，圖6和7中的偏心輪3有一圓柱形表面，然而，此時(shí)這里徑向?qū)?zhǔn)的輪葉17延伸到偏心輪3的轉(zhuǎn)軸。這種實(shí)施方式不形成任何勢(shì)渦流動(dòng)，而是形成在偏心輪3中的固體渦流。此外，圖7中的偏心輪3上還固定有對(duì)面具有同樣間隔的平的環(huán)形圓板19，環(huán)形圓板19從偏心輪3的外圍徑向向外延伸，并且用于從偏心輪3外流入的給料分散物產(chǎn)生預(yù)加速度。
圖8和圖9示出了具有圓柱狀形狀的同軸構(gòu)造的偏心輪3的縱向和橫向截面，這形體形成空心軸9的部件。對(duì)于每個(gè)由兩個(gè)相鄰的輪葉17形成的流動(dòng)通道，上述形體具有一個(gè)在輪葉17的軸向長度方向上延伸的裂縫20，通過這裂縫20，細(xì)料分散物能進(jìn)入空心軸9，從那里，它經(jīng)過細(xì)料收集器10和接口4(圖1至3)被輸出給分離裝置。
權(quán)利要求
1.把微料固體分離為細(xì)顆粒和粗顆粒的方法，其特征是微粒固體被分散在一種液態(tài)流體中，且其在一確定的下降流動(dòng)中的分散，是通過疊加的、獨(dú)立于該下降流動(dòng)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)來強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是通過選擇下降流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的速度之間的比例來調(diào)整微粒固體的細(xì)顆粒和粗顆粒之間的顆粒分離的大小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是通過平行于它的轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)偏心輪及由輪葉所形成的流動(dòng)通道，用泵抽從外圍向中心流動(dòng)的分散物，以產(chǎn)生上述下降流動(dòng)，且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該偏心輪來產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
4.實(shí)施如權(quán)利要求1至3之一所述的方法的裝置，由一個(gè)耐壓殼體(1)、至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的安裝在殼體(1)內(nèi)且可驅(qū)動(dòng)的偏心輪(3)以及一個(gè)給料泵組成，其中殼體(1)具有一些用于輸入給料分散物(2)和輸出細(xì)料分散物(4)和粗料分散物(5)的接口，給料泵用于輸入給料分散物(2)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是把殼體(1)作成為基本上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的容器。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，具有一個(gè)圓柱狀容器，其特征是在所述容器的內(nèi)壁和所述偏心輪的外圍之間的徑向間隔總計(jì)小于該偏心輪直徑的10％。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安裝在殼體(1)的下端且裝在它的中央。
8.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征是用于給料分散物(2)的接口安裝在殼體(1)的下端且裝在它的中央。
9.如權(quán)利要求4至8之一所述的裝置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口的輸出橫截面的大小是可調(diào)的。
10.如權(quán)利要求4至8之一所述的裝置，其特征是用于粗料分散物(5)的接口安裝了一個(gè)傳送效率可調(diào)的吸入泵。
11.如權(quán)利要求4至8之一所述的裝置，其特征是偏心輪(3)的輪葉(17)是徑向?qū)?zhǔn)且從外周圍延伸進(jìn)偏心輪(3)的轉(zhuǎn)軸的區(qū)域中。
12.如權(quán)利要求4至8之一所述的裝置，其特征是偏心輪(3)的輪葉(17)是徑向?qū)?zhǔn)且從偏心輪(3)的外周圍延伸到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形成的并與偏心輪(3)同軸安裝的形體(18)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是形體(18)是作為空心軸形成的偏心輪(3)的驅(qū)動(dòng)軸(9)的一部分，對(duì)于由輪葉(17)所形成的流動(dòng)通道的每一個(gè)至少有一個(gè)用于細(xì)料輸出的開口(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種把微粒固體分離為細(xì)顆粒和粗顆粒的方法，微粒固體被分散在一種液態(tài)流體中，且其在一確定的下降流動(dòng)中的分散，是通過疊加的、獨(dú)立于該下降流動(dòng)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)來強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)的。通過選擇下降流動(dòng)和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的速度之間的比例來調(diào)整微粒固體的細(xì)顆粒和粗顆粒之間的顆粒分離的大小。
文檔編號(hào)B03B5/32GK1122262SQ94116159
公開日1996年5月15日 申請(qǐng)日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月7日
發(fā)明者杰爾根·斯坦 申請(qǐng)人:霍索卡瓦阿爾彼股份公司