Подающее устройство для сепаратора частиц, сепаратор для разделения частиц и способ разделения частиц
Предложенная группа изобретений относится к подающему устройству сепаратора для разделения частиц, и в частности к подающему устройству сепаратора для разделения частиц, предназначенного для суспензий, содержащих частицы с низкой и высокой плотностью и/или частицы различных размеров. Данное изобретение было разработано главным образом для использования в качестве сепаратора для разделения частиц из минеральных суспензий, содержащих частицы низкой плотности и/или меньшие по размеру частицы и частицы высокой плотности и/или большие по размеру частицы; далее оно будет описано со ссылкой на данное применение. Устройство для подачи загружаемой суспензии в сепаратор для частиц включает камеру, имеющую по меньшей мере одну перегородку для разделения камеры на первую зону и вторую зону, источник псевдоожижения для подачи ожижающей текучей среды в отверстие перегородки и впускное отверстие для сырья для подачи суспензии в первую зону, где перегородка отводит суспензию от второй зоны и направляет ожижающую текучую среду от источника псевдоожижения через вторую зону для объединения с суспензией из первой зоны. Вторая зона сформирована внутри перегородки, а первая зона сформирована между внешней стороной перегородки и камерой. Отверстие перегородки имеет внутренний диаметр, по существу равный внутреннему диаметру источника псевдоожижения. Устройство для подачи используется для осуществления способа подачи суспензии в сепаратор, включающего разделение камеры на первую зону и вторую зону перегородкой, при этом вторая зона сформирована внутри перегородки, а первая зона сформирована между внешней стороной перегородки и камерой; подачу суспензии в первую зону; отведение суспензии от второй зоны; и подачу ожижающей текучей среды из источника псевдоожижения в отверстие перегородки и через вторую зону для создания ожижающего потока, который объединяется с суспензией из первой зоны. Устройство для подачи загружаемой суспензии используется в устройстве для отделения частиц с низкой плотностью и/или меньшим размером от загружаемых суспензий, включающем множество наклонных каналов, расположенных вблизи первого конца камеры, и в котором источник псевдоожижения расположен вблизи второго конца камеры. Технический результат – уменьшение количества ожижающей среды, а также повышение эффективности отделения от суспензии частиц с низкой плотностью и/или меньшим размером. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники
Данное изобретение относится к подающему устройству сепаратора для разделения частиц и, в частности, к подающему устройству сепаратора для разделения частиц, предназначенного для суспензий, содержащих частицы с низкой и высокой плотностью и/или частицы различных размеров. Данное изобретение было разработано главным образом для использования в качестве сепаратора для разделения частиц из минеральных суспензий, содержащих частицы низкой плотности и/или меньшие по размеру частицы и частицы высокой плотности и/или большие по размеру частицы; далее оно будет описано со ссылкой на данное применение.
Уровень техники
Предполагается, что последующее обсуждение существующего уровня техники представляет данное изобретение в соответствующем техническом контексте и позволяет соответствующим образом оценить его преимущества. Однако, если ясно не указано противоположное, ссылку на какой-либо существующий уровень техники в данном патентном описании не следует истолковывать как выраженное или предполагаемое допущение, что этот уровень техники является хорошо известным или образует часть общедоступных сведений в этой области.
Сепараторы для разделения частиц широко известны в промышленности. Одним из типов сепаратора для разделения частиц является классификатор с псевдоожиженным слоем, который широко используют в угольной и горнодобывающей промышленности для разделения частиц на основе плотности. Исходная суспензия поступает в классификатор с псевдоожиженным слоем, и в конечном итоге ее разделяют на суспензию более мелких, или имеющих более низкую плотность частиц, которая поднимается через емкость, и выпускаемые из нижней части устройства частицы, имеющие больший размер или более высокую плотность. Нижнюю часть устройства подпирают направленным снизу вверх ожижающим потоком, который обычно подают через нижнее основание емкости.
Эти классификаторы существуют в нескольких конфигурациях, самую простую из которых называют сепаратором с опрокидывающимся дном. Сепаратор с опрокидывающимся дном по существу включает цилиндр, нижняя часть которого имеет форму конуса, чтобы выпускать материал (частицы с более высокой плотностью) через воронку в качестве нижнего продукта. В верхней части цилиндра, по внешнему краю, расположен переливной желоб для сбора верхнего продукта, содержащего частицы с низкой плотностью, в то время как в верхней секции цилиндра расположена центральная распределительная камера, чтобы можно было отделить поступающую загружаемую суспензию от ожижающего потока, направляемого к перетоку.
Другую конфигурацию называют классификатором с орошением; он включает систему наклонных каналов, расположенных над цилиндром, при этом наверху, над наклонными каналами, расположен переточный желоб, включающий последовательность внутренних желобов для подачи верхнего продукта к внешнему желобу. В классификаторе с орошением исходную суспензию обычно подают на уровне, близком к нижней части наклонных каналов, и выпускают либо сверху, либо в непосредственной близости к системе наклонных каналов.
Другая конфигурация, относящаяся к классификатору с орошением, известная как инвертированный классификатор с орошением, состоит из обращенного псевдоожиженного слоя, при этом система наклонных каналов расположена под цилиндром. В этом случае исходная суспензия поступает просто через стенку в вертикальной секции устройства.
Еще одна конфигурация известна как гравитон; по существу она представляет собой классификатор с орошением, расположенный внутри центрифуги. Фактически, вертикальная ось классификатора с орошением повернута на 90°, так что эта ось проходит по радиусу от вала центрифуги.
Каждая из этих систем разделения частиц требует значительного псевдоожижения для поддержания взвешенного состояния частиц и, таким образом, обеспечения возможности проводить разделение. Подача ожижающего потока приводит к добавлению еще большего количества текучей среды, обычно воды, и, следовательно, к большим затратам энергии. Однако снизить степень псевдоожижения с целью уменьшения потребления энергии невозможно, так как это отрицательно повлияло бы на взвешенное состояние частиц. Это также отрицательно повлияло бы на две дополнительные функции ожижения. Первой функцией является наличие ожижающей текучей среды, облегчающей
отмучивание, или очистку материала перед выгрузкой из нижней части устройства. Второй функцией является наличие ожижающей текучей среды, обеспечивающей хорошо выраженные и однородные условия ожижения для поддержания массы частиц в текучей среде и, в свою очередь, для предотвращения смешивания с материалом, подаваемым в устройство. Эта вторая функция является решающей для предотвращения проскока и, следовательно, неправильного перемещения материала суспензии.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту данного изобретения, предложено устройство для подачи загружаемой суспензии в сепаратор для разделения частиц, имеющий источник псевдоожижения, включающее:
камеру, имеющую по меньшей мере одну перегородку для разделения данной камеры на первую зону и вторую зону; и
впускное отверстие для подачи исходной суспензии в первую зону;
при этом перегородка отводит суспензию от второй зоны и направляет ожижающую текучую среду от источника псевдоожижения через вторую зону, для объединения ее с суспензией из первой зоны.
Предпочтительно впускное отверстие выполнено с возможностью подачи исходной суспензии тангенциально по отношению к боковой стенке камеры.
Предпочтительно впускное отверстие выполнено с возможностью подачи исходной суспензии так, чтобы создать вращающийся поток суспензии в первой зоне.
Предпочтительно впускное отверстие для сырья непосредственно примыкает к боковой стенке камеры.
Предпочтительно имеются два впускных отверстия для сырья, расположенные на противоположных сторонах боковой стенки камеры. Более предпочтительно, имеются четыре впускных отверстия для сырья, расположенные по окружности камеры, примерно через интервалы в 90°.
Предпочтительно в камере формируют зону смешивания, в которой ожижающая текучая среда из второй зоны объединяется с суспензией из первой зоны. В некоторых примерах воплощения зону смешивания формируют на выгружном конце камеры. В других примерах воплощения зону смешивания формируют на верхнем конце камеры.
Предпочтительно камера имеет расходящиеся боковые стенки. Более предпочтительно боковые стенки расходятся от конца камеры, на котором находится
впускное отверстие. В альтернативном случае боковые стенки расходятся по направлению к тому концу камеры, где находится впускное отверстие. В одном из примеров воплощения камера имеет по существу форму усеченного конуса.
В некоторых примерах воплощения камера имеет по существу цилиндрическую форму.
Предпочтительно перегородка имеет по существу форму усеченного конуса. В альтернативном случае перегородка имеет по существу цилиндрическую форму.
Предпочтительно перегородку располагают вблизи впускного конца камеры, чтобы создать зазор между перегородкой и впускным концом и дать возможность более плотным частицам стекать через этот зазор вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры. Более предпочтительно, этот зазор является кольцеобразным по форме. В некоторых примерах воплощения зазор имеет ширину ≥3×η, где η - наибольший размер частиц в исходной суспензии.
Предпочтительно сепаратор для частиц является сепаратором типа, имеющего множество наклонных каналов. В альтернативном случае сепаратор для частиц представляет собой сепаратор с разделением во взвешенном слое, содержащий цилиндрический корпус, имеющий камеру псевдоожижения, расположенную под выводящим устройством для удаления частиц с низкой плотностью и/или с более мелкими размерами. В одном из примеров воплощения выводящее устройство включает переточный желоб.
Во втором аспекте данного изобретения предложено устройство для отделения частиц с низкой плотностью и/или более мелким размером от исходных суспензий, включающее устройство по первому аспекту данного изобретения, множество наклонных каналов, расположенных вблизи первого конца камеры, и источник псевдоожижения для направления ожижающего потока ко второй зоне, при этом источник псевдоожижения расположен вблизи второго конца камеры.
В третьем аспекте данного изобретения предложено устройство для отделения частиц с низкой плотностью и/или более мелким размером от исходных суспензий, включающее устройство по первому аспекту данного изобретения, выводящее устройство для удаления частиц с низкой плотностью и/или более мелким размером, при этом выводящее устройство расположено вблизи первого конца камеры, и источник псевдоожижения, для направления ожижающей текучей среды ко второй зоне, при этом источник псевдоожижения расположен вблизи второго конца камеры.
Предпочтительно источник псевдоожижения включает камеру псевдоожижения, содержащую псевдоожиженный слой, создаваемый ожижающей текучей средой, при этом перегородка расположена вблизи второго конца камеры для создания зазора между перегородкой, вторым концом и камерой псевдоожижения, для обеспечения возможности стекания более плотных частиц вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры в камеру псевдоожижения.
Предпочтительно отношение высоты псевдоожиженного слоя к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥1.
Предпочтительно отношение суммарной высоты камеры псевдоожижения и перегородки к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥2.
Предпочтительно отношение высоты данного устройства к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥3.
Предпочтительно камера псевдоожижения имеет по существу форму усеченного конуса. В альтернативном случае камера псевдоожижения имеет по существу форму цилиндра.
Предпочтительно перегородка имеет внутренний диаметр, который по существу равен диаметру камеры псевдоожижения. В альтернативном случае перегородка имеет внутренний диаметр, который отличается от диаметра камеры псевдоожижения.
Второй и третий аспекты данного изобретения могут также иметь предпочтительные отличительные особенности, описанные в связи с первым аспектом данного изобретения. Например, зазор может иметь ширину ≥3×η, где η является наибольшим размером частиц в исходной суспензии.
В четвертом аспекте данного изобретения предложен способ подачи суспензии в сепаратор для частиц, имеющий источник псевдоожижения, включающий:
разделение камеры на первую зону и вторую зону с помощью перегородки, при этом вторую зону формируют внутри перегородки, а первую зону формируют между внешней стороной перегородки и камерой;
подачу суспензии в первую зону;
отведение суспензии от второй зоны; и
направление ожижающей текучей среды, поступающей от источника псевдоожижения, через вторую зону, для создания ожижающего потока, который объединяется с суспензией из первой зоны.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает подачу суспензии тангенциально по отношению к боковой стенке камеры.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает подачу суспензии таким образом, чтобы получить вращающийся поток суспензии в первой зоне.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает подачу суспензии на противоположных сторонах боковой стенки камеры.
Предпочтительно вторая зона окружена первой зоной.
Предпочтительно, данный способ дополнительно включает размещение перегородки вблизи впускного конца камеры для создания зазора между перегородкой и впускным концом, для обеспечения возможности стекания более плотных частиц через этот зазор вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает обеспечение перегородки, имеющей по существу цилиндрическую форму. В альтернативном случае данный способ дополнительно включает обеспечение перегородки в форме по существу усеченного конуса.
Предпочтительно данный способ включает формирование в камере зоны смешивания, в которой ожижающий поток из второй зоны объединяется с суспензией из первой зоны. В некоторых примерах воплощения данный способ включает формирование зоны смешивания на выпускном конце камеры. В других примерах воплощения данный способ включает формирование зоны смешивания на верхнем конце камеры.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает формирование камеры с расходящимися боковыми стенками, чтобы направлять поток более плотных частиц в камере. Более предпочтительно боковые стенки расходятся от впускного конца камеры. В альтернативном случае боковые стенки расходятся по направлению к впускному концу камеры.
Предпочтительно данный способ дополнительно включает обеспечение возможности стекания суспензии вниз через множество наклонных каналов, расположенных вблизи первого конца камеры, так чтобы частицы с низкой плотностью и/или более мелким размером выходили из ожижающего потока, увлекаясь вверх по наклонным каналам, в то время как находящиеся в суспензии частицы с более высокой плотностью и/или более крупными размерами скользили по каналам вниз, и удаление из сепаратора частиц с более низкой плотностью и меньшими размерами и частиц с более высокой плотностью или более крупными размерами.
Предпочтительно источник псевдоожижения включает камеру псевдоожижения, содержащую псевдоожиженный слой, который создает ожижающая текучая среда, и способ дополнительно включает размещение перегородки вблизи второго конца камеры для создания зазора между перегородкой, вторым концом и трубопроводом, что позволяет более плотным частицам стекать вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры в камеру псевдоожижения.
Предпочтительно данный способ включает такое выполнение камеры псевдоожижения, чтобы отношение высоты псевдоожиженного слоя к диаметру камеры псевдоожижения составляло ≥1.
Предпочтительно данный способ включает такое выполнение камеры псевдоожижения и перегородки, чтобы отношение суммарной высоты камеры псевдоожижения и перегородки к диаметру камеры псевдоожижения составляло ≥2.
Предпочтительно данный способ включает такое выполнение камеры псевдоожижения, чтобы отношение высоты устройства к диаметру камеры псевдоожижения составляло ≥3.
Предпочтительно данный способ включает формирование перегородки с по существу таким же внутренним диаметром, как и диаметр камеры псевдоожижения. В альтернативном случае данный способ включает формирование перегородки с внутренним диаметром, который отличается от диаметра камеры псевдоожижения.
Также, если это является применимым, данный способ может включать предпочтительные признаки первого, второго и третьего аспектов данного изобретения, указанные выше. И здесь, например, данный способ может включать обеспечение или выполнение зазора с шириной ≥3×η, где η представляет собой максимальный размер частиц в исходной суспензии.
Если контекст явно не требует иного, в описании и формуле изобретения слова «включать», «включающий» и т.п. следует интерпретировать во включающем смысле, в противоположность исключающему или исчерпывающему смыслу, то есть в смысле «включающий, но не ограниченный этим».
Кроме того, при использовании в данном описании и если не указано иного, использование порядковых числительных «первый», «второй», «третий» и т.д. для описания обычного объекта просто указывает, что даны ссылки на различные примеры сходных объектов и не подразумевается, что описанные таким образом объекты должны
находиться в указанной последовательности во времени, пространстве, в связи друг с другом или любым другим образом.
Краткое описание чертежей
Далее, только в качестве примера, описаны предпочтительные формы воплощения со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:
Фиг. 1 представляет вид в сечении устройства по одному из примеров воплощения данного изобретения;
Фиг. 2 представляет схематичное изображение вида сверху устройства по Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет схематичное изображение вида сверху другого примера воплощения устройства по Фиг. 1;
Фиг. 4 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 5 представляет вид в сечении устройства по другому примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 6 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 7 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 8 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 9 представляет вид в сечении части устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения;
Фиг. 10 представляет вид сверху устройства по Фиг. 9;
Фиг. 11 представляет вид сверху альтернативы устройству по Фиг. 9;
Фиг. 12 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения; и
Фиг. 13 представляет вид в сечении устройства по еще одному примеру воплощения данного изобретения.
Предпочтительные формы воплощения данного изобретения
Теперь данное изобретение будет описано со ссылкой на следующие примеры, которые во всех отношениях следует рассматривать как иллюстративные и
неограничивающие. На чертежах соответствующие признаки в пределах одного и того же примера воплощения или общие для различных примеров воплощения указаны одинаковыми численными позициями.
Часто даны ссылки на поступление более плотных частиц в нижний поток, а частиц с более низкой плотностью - в верхний поток. Но специалистам понятно, что совсем мелкие частицы с высокой плотностью будут поступать в верхний поток, а слишком большие частицы с более низкой плотностью будут поступать в нижний поток. Как правило, быстрее оседающие частицы поступают в нижний поток, а медленнее оседающие частицы поступают в верхний поток, но во многих сепараторах геометрия системы и состояние суспензии также могут влиять на этот результат. В относительно разбавленных условиях более грубые (имеющие больший размер) частицы будут склонны поступать в нижний поток, а более мелкие (меньшие по размеру) частицы - в верхний поток. Ясно, что системы, включающие частицы с некоторым распределением по размерам и плотностям, являются сложными по своему отклику. Следовательно, для целей описания примеров воплощения данного изобретения применяется упрощенное описание, со ссылкой на более плотные или более крупные частицы (например, быстрее оседающие), поступающие в нижний поток, и частицы с меньшей плотностью или меньшим размером - поступающие в верхний поток. Не следует считать, что это упрощенное описание ограничивает каким-либо образом применение данного изобретения.
Обратимся к Фиг. 1; проиллюстрирован сепаратор 1 для частиц, включающий источник 2 псевдоожижения, множество наклонных каналов 3 и устройство 4 для подачи суспензии S в сепаратор для частиц по одному из примеров воплощения данного изобретения. В этом примере воплощения сепаратор 1 для частиц выполнен с возможностью работать как классификатор с орошением. Соответственно, наклонные каналы 3 расположены в верхней части 5 сепаратора 1 для частиц, а источник 2 псевдоожижения расположен в нижней части 6. Наклонные каналы 3 образованы рядами наклонных пластин 7. В верхней части камеры 5 расположен переливной желоб 8 для приема и удаления верхнего потока 9 частиц с низкой плотностью и/или меньшим размером, которые перемещаются снизу вверх под действием направленного вверх ожижающего потока 10 от источника 2 псевдоожижения. Источник 2 псевдоожижения включает распределительное устройство 12, расположенное на дне камеры 13 псевдоожижения, сформированной в нижней части 6. Распределительное устройство 12
создает псевдоожиженный слой, который направляет ожижающий поток 10 снизу вверх в сепараторе 1 для частиц. Через выпускное отверстие 15 в нижней части 6 выгружают нижний поток 16 частиц с более высокой плотностью.
Подающее устройство 4 включает камеру 17, разделенную на внешнюю зону 20 и внутреннюю зону 21 перегородкой 22. Два впускных отверстия 23 для подачи суспензии S во внешнюю зону 20 расположены на противоположных сторонах 24 камеры 17, с трубопроводами 25 для подачи суспензии, как наилучшим образом показано на Фиг. 2. Перегородка 22 в этом примере воплощения включает по существу цилиндрическую трубу (или трубопровод), которая расположена вблизи нижнего конца 26 камеры 17 и прикреплена к боковым стенкам 27 камеры 17 посредством опорных элементов 28 около верхней части перегородки 22. Камера 17 имеет коническую секцию 17а и цилиндрическую секцию 17b, при этом коническая секция соединена с камерой 13 псевдоожижения, а цилиндрическая секция соединена с верхней частью 5 сепаратора для частиц. Таким образом, цилиндрическая секция 17b образует выпускной конец подающего устройства 4. Коническая секция 17а камеры 17 проходит сверху вниз, с круто наклоненными боковыми стенками 27, чтобы более плотные частицы легко перемещались сверху вниз, а не прилипали к боковым стенкам.
Как можно видеть, камера 13 псевдоожижения по существу является цилиндром значительно меньшего диаметра, чем сечения конической секции 17а камеры 17. Меньший диаметр помогает обеспечить соответствующее отношение высоты псевдоожиженного слоя к диаметру, что облегчает более однородное перемещение материала внутри зоны F псевдоожижения, образованной внутри сепаратора для частиц. При меньшем диаметре требуется меньше воды для псевдоожижения, и, следовательно, необходимо устанавливать и обслуживать меньшее количество сопел для псевдоожижения. Таким образом, общий поток текучей среды, перемещающийся к перетоку 9 системы, будет ниже, и, таким образом, легче предотвратить достижение перетока более плотными частицами. Предпочтительно, чтобы отношение высоты псевдоожиженного слоя (определяемое высотой камеры 13 псевдоожижения) к диаметру было не меньше единицы. Предпочтительно также, чтобы длина перегородки была равна высоте камеры 13 псевдоожижения. Следовательно, предпочтительно, чтобы отношение суммарной высоты камеры 13 псевдоожижения и перегородки 22 к диаметру было больше двух. Предпочтительно также, чтобы пространство выше перегородки 22 имело такую же высоту, как камера 13 псевдоожижения. Эти предпочтительные отношения
проиллюстрированы на Фиг. 1 (хотя этот чертеж и дан не в масштабе), где высоты камеры 13 псевдоожижения, перегородки 22 и пространства выше перегородки 22 являются одинаковыми и обозначены расстоянием Н, в то время как диаметр камеры 13 псевдоожижения обозначен расстоянием D. Таким образом, отношение высоты псевдоожиженного слоя к диаметру составляет H/D≥1, отношение суммарной высоты камеры 13 псевдоожижения и перегородки 22 к диаметру составляет 2H/D≥2, и отношение высоты Z всего подающего устройства 4 к диаметру составляет 3H/D≥3.
Меньший диаметр зоны псевдоожижения дает ряд преимущественных эффектов в отношении перемещения материала (если он представляет собой более плотные частицы) к нижнему потоку 16 через выпускное отверстие 15. Во-первых, если поток твердых веществ к нижнему потоку 16 является относительно малым по сравнению с потоком поступающей загружаемой суспензии S, то легче получить слой из частиц с высокой плотностью в меньшей по размеру зоне. Этот эффект применим к сырью из минеральных песков низкого качества, где скорость нижнего потока по твердому веществу будет низкой. Таким образом, здесь все еще будет существовать результирующий поток 10 ожижающей воды снизу вверх через слой, обеспечивая качественное обесшламливание. При этом обесшламливание можно получить при более низком расходе ожижающего потока, а тогда ультрамелкие тяжелые минералы (частицы с более высокой плотностью) с меньшей вероятностью переходят в верхний поток 9. При наличии загружаемой суспензии S, которая требует выпуска более высокой доли материала в нижний поток 16, диаметр цилиндрической зоны F псевдоожижения просто увеличивают, увеличивая диаметр камеры 13 псевдоожижения. Таким образом, конструкцию камеры псевдоожижения можно подобрать под любую конкретную цель.
Загружаемая суспензия S поступает в камеру 17 через впускные отверстия 23, находящиеся как раз над точкой пересечения конической секции 17а с цилиндром 13 псевдоожижения. В этом примере воплощения загружаемая суспензия S поступает идеально тангенциально по отношению к боковой стенке 27, создавая вращающийся поток 30, как наилучшим образом показано на Фиг. 2. Вращающийся поток 30, как правило, переносит большие по размеру и обладающие большей плотностью частицы сверху вниз и вдоль стенки, в направлении нижнего конца 24. Таким образом, энергию подачи загружаемой суспензии S используют для обеспечения некоторого количества энергии, необходимой для поддержания частиц в сепараторе 1 во взвешенном состоянии. В других примерах воплощения загружаемая суспензия S поступает тангенциально к
боковой стенке 27 в нескольких положениях (до четырех положений, отстоящих друг от друга на 90°), таким образом, чтобы это способствовало получению потока 30, вращающегося в одном направлении, как наилучшим образом показано на Фиг. 3. В других примерах воплощения для подачи сырья используют дополнительные точки тангенциального ввода. В дополнительных примерах воплощения точки тангенциального ввода лежат не в одной горизонтальной плоскости, но могут быть расположены в камере 17 на различных высотах.
Перегородка 22 расположена так, что между перегородкой и нижним концом 24 камеры 17 образуется зазор 40. Ввиду цилиндрической формы перегородки 22 зазор 40 между перегородкой 22 и камерой 13 псевдоожижения имеет кольцеобразную или круглую форму. Можно понять, что если перегородка 22 имеет другую форму, например, форму конуса или перевернутого конуса, зазор 40 также будет иметь другую форму. Опускающиеся большие по размеру и обладающие более высокой плотностью частицы из вращающегося потока 30 проходят через зазор 40 в камеру 13 псевдоожижения. Для предотвращения возможного засорения, зазор 40 можно сделать настолько широким, насколько это необходимо. В общем, зазор 40 должен превышать максимально возможный размер частиц, подаваемых в сепаратор 1 для частиц, и предпочтительно превышать в 3 или более раз. То есть, если обозначить максимальный размер частиц как л, зазор 40 должен быть ≥3×η. Также защиту от частиц слишком большого размера применяют обычно и для суспензии, подаваемой предварительно в сепаратор 1 для частиц. В некоторых примерах воплощения, если предполагается засорение зазора 40, вблизи него вводят дополнительное количество воды или текучей среды. Также, если это необходимо, количество горизонтальных опорных элементов 28 можно было бы удвоить, как и количество трубопроводов для подачи дополнительной ожижающей воды. Это означает, что эффективное отношение высоты к диаметру становится еще более предпочтительным для псевдоожижения.
Расположение цилиндрической перегородки 22 вблизи камеры 13 псевдоожижения означает, что перегородка 22 эффективно проходит по высоте цилиндрической зоны F псевдоожижения в камере 13 псевдоожижения, так как ожижающий поток 10 течет снизу вверх, мимо зоны F псевдоожижения, во внутреннюю зону 21 перегородки 22 и через нее. Это распространение зоны F псевдоожижения на внутреннюю зону 21 частично облегчается тем, что перегородка 22 имеет внутренний диаметр, по существу равный диаметру камеры 13 псевдоожижения. В некоторых примерах воплощения внутренний
диаметр перегородки 22 не обязательно должен быть таким же, как диаметр камеры 13 псевдоожижения. Например, перегородка 22 может иметь коническую конфигурацию, при этом ее внутренний диаметр сначала является таким же (или близким к такому же), как диаметр камеры 13 псевдоожижения, а затем постепенно увеличивается в диаметре. Подобным образом, перегородка 22 может иметь конфигурацию перевернутого конуса, при этом внутренний диаметр сначала является таким же (или близким к такому же), как диаметр камеры 13 псевдоожижения, а затем постепенно уменьшается в диаметре. Наконец, перегородка может иметь внутренний диаметр, который меньше и/или больше, чем диаметр камеры 13 псведоожижения. Однако, как правило, является предпочтительным, чтобы внутренний диаметр перегородки 22 был по существу равным диаметру камеры 13 псевдоожижения.
Цилиндрическая перегородка 22, так же как погружная распределительная камера, способствует распределению большей части поступающей загружаемой суспензии S вне перегородки, отводя суспензию S вверх и из окрестностей цилиндрической зоны 13 псевдоожижения. Ясно, что относительно большие или имеющие высокую плотность частицы, как правило, будут соскальзывать или стекать вниз вдоль боковой стенки 27 через зазор 40 между цилиндрической перегородкой 22 и цилиндрической зоной F псевдоожижения. Это перемещение предотвращает возможное засорение и представляет собой идеальную ситуацию, если учесть, что более чем вероятно, что этот материал склонен соединяться с нижним потоком 16.
Однако, будучи помещенными внутрь камеры 13 псевдоожижения, эти частицы либо направляются вниз, в нижний поток 16, либо смещаются вверх и выходят из зоны F псевдоожижения, в зависимости от гидродинамики системы. Объемный поток этого материала, состоящий из более крупных и имеющих более высокую плотность частиц, может быть очень малым по сравнению с общим потоком загружаемой суспензии S. Следовательно, этот материал не может отрицательно влиять на однородное состояние псевдоожижения в камере 13 псевдоожижения.
Таким образом, в ходе работы большая часть загружаемой суспензии S вращается вместе с вращающимся потоком 30 в камере 17 вокруг внешней стенки цилиндрической перегородки 22, в то же время имея склонность к течению вверх. Ожижающий поток из внутренней зоны 21 перегородки 22 объединяется с суспензией S из внешней зоны 20, предпочтительно в зоне 42 смешивания. В этом примере воплощения зона 42 смешивания расположена в верхней области или на верхнем конце камеры 17 и вблизи
цилиндрической секции 17b, соответствующей выпуску. Энергия поступающей загружаемой суспензии S в значительной степени способствует перемещению, поддерживая большую часть материала суспензии во взвешенном состоянии над конической секцией 17а. Следовательно, материал суспензии в малой степени склонен или вообще не склонен осаждаться и прилипать к боковой стенке 27 конической секции 17а. Следовательно, нет необходимости подавать в камеру 17 отдельную ожижающую воду, чтобы поддерживать суспензию S во взвешенном состоянии в радиальном направлении от центра сепаратора 1 для частиц. Однако можно использовать введение ограниченного количества воды для предотвращения маловероятного засорения. Таким образом, энергию загружаемой суспензии S и ее объемного потока используют с целью поддержания взвешенного состояния во внешней зоне 20 конической секции 17а.
В конечном итоге поток исходной суспензии направляют снизу вверх, через коническую секцию 17, а затем через цилиндрическую секцию 17b камеры 17, по направлению к системе наклонных каналов 3, особенно во внешней по радиусу области сепаратора 1, обеспечивая лучшую и более однородную поддержку по всем наклонным каналам. Этот благоприятный эффект, получаемый в результате этого примера воплощения данного изобретения, отличается от обычного рабочего режима классификатора с орошением, где сырье подают сверху вниз, из положения, находящегося как раз под наклонными каналами, при этом ожижающий поток смещает его в противоположном направлении, а затем сырье идет вверх по наклонным каналам. В этой ситуации обычного классификатора с орошением поток вверх по наклонным каналам более сконцентрирован по центру, и, таким образом, имеет место неоднородное распределение материала в наклонных каналах. Таким образом, в данном примере воплощения изобретения наклонные каналы используют более эффективно, и, следовательно, более эффективно используют сепаратор 1 для частиц.
Другим преимуществом описанной конфигурации является то, что в некоторых случаях она также экономит пространство ввиду подачи загружаемой суспензии S в камеру 17 вблизи нижнего конца 26. Следовательно, верхнюю секцию или часть 5 сепаратора 1 для частиц можно использовать для более эффективного размещения наклонных каналов 3 и желоба 8 без необходимости изменения конструкции верхней части или секции 5.
Кроме того, твердые вещества, возвращающиеся из наклонных каналов 3 (то есть частицы с большей плотностью), будут перемещаться вниз вдоль боковой стенки 27 по
направлению к камере 13 псевдоожижения. Твердые вещества, находящиеся выше цилиндрической зоны F псевдоожижения, как правило, перемещаются в цилиндрическую зону F псевдоожижения вследствие того, что скорость направленного вверх потока является более низкой, чем в других местах. Твердые вещества, которые находятся за пределами зоны F псевдоожижения, снова смешиваются с загружаемой суспензией S, повышая концентрацию. Это означает, что концентрация твердых веществ, которые, как правило, снова стекают в сепаратор 1 для частиц, будет повышаться до уровня, необходимого для их переноса в цилиндрическую зону F псевдоожижения камеры 13 псевдоожижения.
Как можно понять, существует много возможных вариантов, которые можно применить к этой конструкции, как показано на Фиг. 4-11, которые выполнены не в масштабе, но, как предполагается, имеют предпочтительное отношение высоты слоя к диаметру H/D≥1, отношение суммарной высоты камеры 13 псевдоожижения и перегородки 22 к диаметру 2H/D≥2 и отношение высоты всего подающего устройства 4 к диаметру Z=3H/D≥3. Например, цилиндрическую перегородку 22 можно заменить перегородкой 45 конической формы (как наилучшим образом показано на Фиг. 4 и 7), перегородкой 48 в форме перевернутого конуса (как наилучшим образом показано на Фиг. 8) или перегородкой 49, которая является частично конической и частично цилиндрической (как наилучшим образом показано на Фиг. 6). В другом примере цилиндрическую камеру 13 псевдоожижения можно также заменить камерой 50 конической формы (как наилучшим образом показано на Фиг. 5), камерой 52 конической формы (как наилучшим образом показано на Фиг. 6). Еще в одном примере изменяют форму камеры подающего устройства с усеченного конуса на чисто коническую 55 (как наилучшим образом показано на Фиг. 7), цилиндрическую 58 (как наилучшим образом показано на Фиг. 4) или форму перевернутого конуса 60 (как наилучшим образом показано на Фиг. 6). В еще одном примере, во всех случаях, конические формы заменены правильными перевернутыми пирамидами или сходными многогранными геометрическими формами.
На Фиг. 9 упрощенный схематический чертеж иллюстрирует камеру 61, имеющую отверстия или каналы 62 на внутренней поверхности 63, для образования псевдоожиженного слоя из ожижающей текучей среды, подаваемой в область 64 между внутренней поверхностью 63 и внешней поверхностью 65 из источника 66 псевдоожижения. Нижний выпускной трубопровод в форме трубы 67 снабжен
регулирующим клапаном 68. Регулирующий клапан 68 предпочтительно подсоединен для приема сигналов от двух датчиков давления (не показаны). Если измеренная плотность суспензии превышает заданную величину или значение, регулирующий клапан 68 открывается, в то время как при заданном значении или ниже него регулирующий клапан 68 закрывается. Таким образом, имеющие более высокую плотность и/или большие размеры частицы легко и удобно удаляют из устройства 4. Фиг. 10 и 11 иллюстрируют две формы устройства по Фиг. 9. Фиг. 10 иллюстрирует вид сверху или план камеры 61, где камера имеет коническую форму, так что отверстия 62 сформированы на внутренней поверхности 63 конуса. Фиг. 11 иллюстрирует вид сверху или план камеры 61, где камера имеет форму перевернутой пирамиды, так что отверстия 62 сформированы на внутренней поверхности 63 перевернутой пирамиды, ограниченной четырьмя соединенными наклонными плоскостями 69, имеющими форму неполного треугольника.
Одним из преимуществ конической камеры 50, 52 псевдоожижения (и, следовательно, зоны псевдоожижения в форме конуса) является то, что эффективная скорость псевдоожижения выше у основания, что позволяет перевести во взвешенное состояние более крупные частицы, в то же время обеспечивая более низкие скорости псевдоожижения на больших высотах. Это помогает большему количеству мелких и более плотных частиц достигать нижнего выпуска 16. Сходный эффект можно получить и при использовании перегородки 45, 48 конической формы, снижая скорости в верхней зоне и обеспечивая наклонные поверхности для содействия осаждению частиц в направлении нижнего выпуска. В каждом из этих вариантов форм камеры 17, перегородки 22 и камеры 13 псевдоожижения подающее устройство 4 все еще будет работать по существу таким же образом, как это описано в связи с Фиг. 1 и 2.
В некоторых примерах воплощения впускные отверстия 23 и трубопроводы 25 для сырья модифицируют для создания подающего устройства, подобного циклону, с более высокими давлениями подачи на входе для получения более высоких центробежных сил. В других примерах воплощения имеется только одно впускное отверстие 23 для сырья. В других примерах воплощения трубопровод (трубопроводы) 25 для сырья проходят под углом к центральной оси камеры 17, что создает направленный снизу вверх вращающийся поток; это наилучшим образом показано на Фиг. 4 и 8.
Обратимся к Фиг. 12, на котором проиллюстрирован (не в масштабе) еще один пример воплощения данного изобретения, где сепаратор для частиц выполнен как гравитон или центрифуга 70, имеющие множество радиальных ответвлений 72,
смонтированных на центральном вращающемся валу 75. На конце каждого радиального ответвления закреплена сборка 76, которая включает наклонные каналы 3, источник 2 псевдоожижения и подающее устройство 4. В данном примере воплощения сборка 76 успешно может включать зону F псевдоожижения в пределах относительно малого пространства, внутри сборки 76, вследствие организации подающего устройства 4, так как большое количество пространства занимает система наклонных каналов 3. Подающее устройство 4 в гравитоне 70 значительно снижает количество необходимой ожижающей воды W, а также повышает отношение высоты к диаметру для зоны F псевдоожижения, таким образом, создавая более однородную зону псевдоожижения, а следовательно более качественное обесшламливание. Таким образом, общую длину зоны F псевдоожижения (включая внутреннюю зону 21 перегородки 22), ведущей вверх к наклонным каналам 3, можно сделать значительно короче. Кроме того, высокий расход сырья способствует предотвращению налипания подаваемых твердых веществ на внутренние поверхности гравитона 70, вблизи которых центробежные силы 77 выше, поскольку уменьшенная скорость потока ожижения означает, что скорости псевдоожижения (и следовательно центробежные силы) будут ниже.
Обратимся к Фиг. 13, на котором проиллюстрирован (не в масштабе) еще один пример воплощения данного изобретения, где сепаратор для частиц выполнен в виде инвертированной флотационной камеры 90 с орошением. В этом примере воплощения внешняя зона 20 перегородки 22 становится зоной 91 разделения, позволяющей более плотным частицам в форме «хвостов» стекать вниз, к наклонным каналам 3, в то же время позволяя полученной извне пенистой смеси подниматься вверх и во внутреннюю зону 21 перегородки 22, а затем в цилиндрическую зону F псевдоожижения. Таким образом, пузырьки в пенистой смеси защищены во внутренней зоне 21 от турбулентности, создаваемой большим потоком загружаемой суспензии S, поступающим через впускные отверстия 23 во внешнюю зону 20, что снижает вероятность отделения более крупных частиц от пузырьков. В некоторых примерах воплощения цилиндрическая перегородка 22 может проходить еще ниже в сторону наклонных каналов 3 или даже в непосредственной близости к ним. Такое размещение наиболее вероятно приводит к частичному затоплению наклонных каналов 3, смещая зону пены в наклонные каналы 3. Это приводит к значительным преимуществам, так как возникает стабильная и саморегулируемая граница раздела между пенистой смесью и «хвостами». Кроме того, улучшенное отношение
высоты к диаметру должно приводить к значительно лучшему псевдоожижению в направлении сверху вниз и, следовательно, к обесшламливанию верхнего продукта 9.
В то время как приведенный на Фиг. 1 пример воплощения имеет зону 42 смешивания на верхнем конце камеры 17, следует отметить, что в примерах воплощения, приведенных на Фиг. 12 и 13, зона 42 смешивания не находится на верхнем конце камеры. Вместо этого зона 42 смешивания расположена на выпускном конце камеры 17, вблизи наклонных каналов 3 (которые смещены к одной стороне гравитона 70 на Фиг. 12 и находятся в середине инвертированной флотационной камеры 90 с орошением на Фиг. 13).
Данное изобретение можно также использовать с другими типами сепараторов частиц на флотационной основе, например, с инвертированным классификатором с орошением. В случае инвертированного классификатора с орошением для этого устройства, применяя подающее устройство примера воплощения по Фиг. 12, получают такие же технические преимущества, как для флотационной камеры с орошением, так как инвертированный классификатор с орошением обычно применяют для переработки частиц, имеющих меньшую плотность, чем текучая среда, отделял их от частиц с более высокой плотностью.
Также следует понимать, что любые из признаков в предпочтительных примерах воплощения данного изобретения можно комбинировать друг с другом и не обязательно применять их по отдельности. Например, признак перегородки конической формы, как показано на Фиг. 4, можно использовать в гравитоне 70 Фиг. 9 или в инвертированной флотационной камере 90 Фиг. 12. Подобным образом, любые конфигурации, изображенные на Фиг. 5-8, также можно использовать в гравитоне 70 Фиг. 9 или в инвертированной флотационной камере 90 Фиг. 12. Подобные комбинации двух или большего числа признаков из вышеописанных примеров воплощения или предпочтительных форм данного изобретения могут быть легко осуществлены специалистом в данной области.
Обеспечивая устройство для подачи суспензии в сепаратор для частиц, в котором перегородка разделяет камеру на две зоны, данное изобретение позволяет переводить частицы в сепараторе во взвешенное состояние за счет энергии поступающей исходной суспензии, что снижает потребность в дополнительной ожижающей текучей среде или в более высоком расходе ожижающей текучей среды и обеспечивает более однородное распределение частиц по наклонным каналам. Кроме того, данное изобретение позволяет
создать более эффективную зону псевдоожижения, что также снижает потребность в ожижающей текучей среде. Кроме того, перегородка также успешно облегчает эффективное использование ожижающей текучей среды для эффективного отделения от суспензии частиц с низкой плотностью и/или с меньшим размером. Все эти преимущества данного изобретения приводят к созданию подающего устройства, которое можно применять для различных сепараторов частиц, а также к созданию сепаратора частиц, работающего более эффективно при отделении от суспензии частиц с более низкой плотностью и/или меньшими размерами, к более эффективному использованию энергии и меньшему потреблению воды/текучей среды для ожижения, в то же время допуская большее содержание воды и твердых веществ в подаваемом сырье. Кроме того, данное изобретение потенциально можно приспособить для существующих сепараторов частиц. Во всех этих отношениях данное изобретение представляет значительное практическое и экономическое усовершенствование по сравнению с уровнем техники.
Хотя данное изобретение описано со ссылкой на конкретные примеры, специалистам понятно, что данное изобретение может быть осуществлено во многих других формах.
1. Устройство для подачи загружаемой суспензии в сепаратор для частиц, включающее:
камеру, имеющую по меньшей мере одну перегородку для разделения камеры на первую зону и вторую зону, при этом вторая зона сформирована внутри перегородки, а первая зона сформирована между внешней стороной перегородки и камерой,
источник псевдоожижения для подачи ожижающей текучей среды в отверстие перегородки и
впускное отверстие для сырья для подачи суспензии в первую зону,
где перегородка отводит суспензию от второй зоны и направляет ожижающую текучую среду от источника псевдоожижения через вторую зону для объединения с суспензией из первой зоны,
отличающееся тем, что отверстие перегородки имеет внутренний диаметр, по существу равный внутреннему диаметру источника псевдоожижения.
2. Устройство по п. 1, в котором перегородка имеет структуру полой трубки.
3. Устройство по п. 2, в котором перегородка по существу имеет форму усеченного конуса или цилиндра.
4. Устройство по п. 1, в котором перегородка расположена по центру у одного конца камеры.
5. Устройство по п. 1, в котором (а) внутренний диаметр перегородки постепенно увеличивается от отверстия перегородки, (б) внутренний диаметр перегородки постепенно уменьшается от отверстия перегородки, или (в) внутренний диаметр перегородки по существу является таким же, как диаметр источника псевдоожижения вдоль его длины.
6. Устройство по п. 1, в котором впускное отверстие для сырья выполнено с возможностью подачи суспензии тангенциально по отношению к боковой стенке камеры или создания вращающегося потока суспензии в первой зоне.
7. Устройство по п. 1, которое снабжено дополнительным впускным отверстием для сырья, при этом впускные отверстия расположены на противоположных сторонах боковой стенки камеры вблизи отверстия перегородки для подачи загружаемой суспензии в точке над пересечением камеры и источника псевдоожижения.
8. Устройство по п. 1, в котором камера имеет боковые стенки, расходящиеся от конца камеры, на котором расположено впускное отверстие.
9. Устройство по п. 1, в котором камера является по существу цилиндрической или имеет форму усеченного конуса.
10. Устройство по п. 1, в котором перегородка расположена вблизи одного из концов камеры, с образованием зазора между перегородкой и этим концом, для обеспечения возможности стекания частиц с большей плотностью вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры через этот зазор.
11. Устройство по п. 10, в котором зазор является кольцеобразным по форме.
12. Устройство по п. 10 или 11, в котором зазор имеет ширину ≥ 3 х η, где η представляет собой максимальный размер частиц в загружаемой суспензии.
13. Устройство для отделения частиц с низкой плотностью и/или меньшим размером от загружаемых суспензий, включающее:
подающее устройство по любому из пп. 1-9,
множество наклонных каналов, расположенных вблизи первого конца камеры, и
в котором источник псевдоожижения расположен вблизи второго конца камеры.
14. Устройство по п. 13, в котором источник псевдоожижения включает камеру псевдоожижения, имеющую псевдоожиженный слой для создания ожижающей текучей среды, при этом перегородка расположена вблизи второго конца камеры с образованием зазора между перегородкой, вторым концом и камерой псевдоожижения, для обеспечения возможности стекания частиц с большей плотностью вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры в камеру псевдоожижения.
15. Устройство по п. 14, в котором (а) отношение высоты псевдоожиженного слоя к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥ 1, (б) отношение суммарной высоты камеры псевдоожижения и перегородки к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥ 2, или (в) отношение высоты устройства к диаметру камеры псевдоожижения составляет ≥ 3.
16. Устройство по п. 13, в котором зазор является кольцеобразным по форме.
17. Устройство по п. 13, в котором зазор имеет ширину ≥ 3 х η, где η представляет собой наибольший размер частиц в загружаемой суспензии.
18. Способ подачи суспензии в сепаратор для частиц, имеющий источник псевдоожижения, включающий:
разделение камеры на первую зону и вторую зону перегородкой, при этом вторая зона сформирована внутри перегородки, а первая зона сформирована между внешней стороной перегородки и камерой;
подачу суспензии в первую зону;
отведение суспензии от второй зоны; и
подачу ожижающей текучей среды из источника псевдоожижения в отверстие перегородки и через вторую зону для создания ожижающего потока, который объединяется с суспензией из первой зоны,
отличающийся тем, что отверстие перегородки имеет внутренний диаметр, по существу равный внутреннему диаметру источника псевдоожижения.
19. Способ по п. 18, дополнительно включающий: (а) подачу суспензии тангенциально по отношению к боковой стенке камеры; (b) подачу суспензии таким образом, чтобы создать вращающийся поток суспензии в первой зоне; и/или (с) подачу суспензии на противоположных сторонах боковой стенки камеры вблизи отверстия перегородки в точке над пересечением камеры и источника псевдоожижения.
20. Способ по п. 18, в котором вторая зона окружена первой зоной.
21. Способ по п. 18, дополнительно включающий размещение перегородки вблизи одного конца камеры для создания зазора между перегородкой и этим концом для обеспечения возможности стекания частиц с большей плотностью вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры через зазор.
22. Способ по п. 21, в котором зазор является кольцеобразным по форме.
23. Способ по п. 18, дополнительно включающий формирование камеры с расходящимися боковыми стенками, чтобы направлять в камере поток частиц с большей плотностью.
24. Способ по любому из пп. 18-23, дополнительно включающий:
обеспечение возможности стекания суспензии вниз через множество наклонных каналов, расположенных вблизи первого конца камеры, так чтобы частицы с низкой плотностью и/или меньшими размерами выходили из ожижающего потока путем скольжения вверх по наклонным каналам, в то время как содержащиеся в суспензии частицы с большей плотностью и/или более крупными размерами соскальзывали по каналам вниз; и
выведение частиц с низкой плотностью, частиц меньшего размера, частиц с большей плотностью или частиц более крупного размера из сепаратора для частиц.
25. Способ по п. 24, в котором источник псевдоожижения включает камеру псевдоожижения, содержащую псевдоожиженный слой, при этом способ дополнительно включает размещение перегородки вблизи второго конца камеры для создания зазора между перегородкой, вторым концом и камерой псевдоожижения для обеспечения возможности стекания частиц с большей плотностью вдоль по меньшей мере одной боковой стенки камеры в камеру псевдоожижения.
