CN102917801A - 使用紧密地间隔开的通道的增强型重力分离设备 - Google Patents

Abstract

一种增强型重力分离设备使多个矩形截面的容器（2）围绕一个中心驱动轴（1）旋转。每个容器具有多个紧密地间隔开的板的一个阵列（8），这些板与该容器一起定位在外部区域（6）与内部区域（7）之间。致密的和密度较低的混合流态物质的进料经由一个管道（1a）和多个导管（21）被馈送到这些外部区域（6）、经过这些板阵列（8）并且进入这些内部区域（7）之中。密度较低物质的上层流到达这些内部区域（7）而密度较高物质的底层流到达外部区域（6）。通过经由环状物（14A）和导管（14）被供应到这些外部区域（7）中的液体可以使这些容器流态化。

Description

使用紧密地间隔开的通道的增强型重力分离设备

发明领域

本发明涉及使用紧密地间隔开的通道的增强型重力分离，且已经被设计成特别地但非唯一地用于分离流体进料中的密度较大和密度较小的混合颗粒。

发明背景

贯穿此说明书并且在权利要求书中，术语“颗粒”在广意上用来不仅指代固体物质的离散对象、而且还指代固体物质的聚集对象、以及液体材料的离散或聚集的泡沫或液滴。

重力分离与基于密度来分离颗粒有关，通常需要对颗粒尺寸的影响进行流体动力学抑制。已开发不同的技术来促成重力分离，但所有技术都遭遇到进料中的颗粒尺寸变化的影响。理想情况下，在重力分离中，低密度颗粒作为一个流动流的一部分到达，并且较高密度颗粒作为另一个流到达。然而，在实践中，这种理想结果并未实现。举例而言，在流态化床分离器中，较高密度的颗粒通常沉降得较快，但最细的高密度颗粒缓慢地沉降、并且加入到较低密度流中。相反，最大的低密度颗粒更快速地沉降、并且将与密度较大的颗粒一起出现。在螺旋分离器中，分离更为复杂，然而再次地，分离仅覆盖有限的尺寸范围。

增强型重力分离方法利用离心力来促进通常低至0.010mm的超细颗粒的分离。这些设备根据固体-液体流态化床的原理来操作。通过增加所谓的“g力”，实现了更高的沉降速度并且因此实现了更高的固体率。通过较高的“g力”，中间的沉降范围偏向较细的颗粒，这进而减小了颗粒沉降速度对颗粒尺寸的依赖性。因此，离心力抑制了颗粒尺寸的影响，从而又促成低于0.100mm且通常低至0.01mm的重力分离。

本发明是源于一种使用紧密地间隔开的倾斜通道的新型并且强力的分离机制。通过紧密地间隔开的倾斜通道，流动变为层状，且剪切速率增加，从而产生惯性提升。沉降在中间流动范围内的颗粒（颗粒雷诺数介于约1与500之间）基于密度而淘析，颗粒尺寸几乎不起作用。因此，大于约0.100mm的颗粒基于密度而分离。对于涉及颗粒物质之间的显著密度差异的二元系统来说，大于约0.040mm的颗粒的完全分离是可能的。此机制已用于在我们的国际专利申请PCT/AU00/00058中描述的类型的回流分级器（Reflux Classifier）中，修改成具有紧密地间隔开的倾斜通道是分开例如1.77mm的距离。这些倾斜通道为1.0m长。

发明概述

因此，本发明提供一种增强型重力分离设备，该重力分离设备包括：一个或多个容器，这个或这些容器具有外部的和内部的区域、可围绕一个中心轴旋转；用于将密度较大和密度较小的混合流态物质的一种进料引入到这些容器中并将该进料引向这些外部区域的装置；多个紧密地间隔开的倾斜板的一个阵列，这些倾斜板定位于每个容器内该外部区域与内部区域之间，这样使得来自该阵列的密度较小物质的上层流到达该内部区域、而密度较大物质的底层流到达该外部区域；以及用于将该底层流和上层流从该设备上移动的装置。

优选地，这些紧密地间隔开的倾斜板被分离开小于6mm的间隔。

更优选地，这些间隔是小于2mm。

优选地，该流态物质包括密度较大与较小颗粒在一种液体中的一种混合物，并且其中这些密度较小颗粒到达该内部区域而这些密度较大颗粒到达该外部区域。

替代地，该流态物质包含在一种液体中的颗粒，并且其中实质上不含颗粒的一种稀液体流到达该内部区域，而含有高比率颗粒的一种浓缩流到达该外部区域。

同样替代性地，该流态物质包含在一种液体中的具有相似密度的颗粒，并且其中该液体和较细颗粒到达该内部区域，而含有高比率较粗颗粒的一种浓缩流到达该外部区域。

优选地，紧密地间隔开的倾斜板的每个阵列都是位于一个基本上矩形的盒子内，该盒子具有通向该外部区域的一个外端和通向该内部区域的一个内端。

优选地，每个矩形盒子在一个基本上径向的方向上从该中心轴延伸，就像一个车轮的轮辐。

优选地，一种流态化流体被引入到该外部区域的外周，从而致使在此区域中形成一个流态化床。

优选地，该底层流是通过周期性地打开在该外部区域中的一个或多个阀门而被移除的。

附图简要说明

尽管存在可能落入本发明范围内的任何其他形式，但现在将参考附图仅通过举例来描述本发明的一种优选形式，在附图中：

图1是根据本发明的增强型重力分离设备的截面正视图；并且

图2是图1所示的设备的图解的截面平面图。

本发明优选实施方案的详细描述

根据本发明的增强型重力分离设备包括一个中心驱动轴1，该中心驱动轴被安排成有待通过一个驱动装置（典型地包括电动机（图中未显示））以适当速度被驱动。中心轴1优选是如图1所示的竖直取向的，但在其他应用中可以是水平或倾斜的。

旋转的八角形截面的结构1b被附接到中心轴1上、并且进而支撑从该八角形截面的结构1b的对应面朝外延伸（如图2中清晰可见）的八个径向臂1c。

提供了八个矩形截面的容器2，在这八个径向臂1c中每个的下方安装一个，以便通过中心轴1是可旋转的，就像车轮的轮辐。每个容器2具有一个后倾斜外壁3、一个平面的顶壁4、一个下壁5、和两个侧壁11。每个容器具有一个外部区域6和一个内部区域7。

多个紧密地间隔开的平行的倾斜板8的一个阵列在每个容器2的外部区域6与内部区域7之间延伸，这些倾斜板被定位于该容器中，这样使得这些板的外边缘9与外部区域6联通、并且这些内边缘10与内部区域7联通。

这些紧密地间隔开的平行的倾斜板8由多个通道隔开，这些通道典型地小于2mm高。板间隔的典型实例为1.77mm，如在我们的国际专利申请PCT/AU00/00058中所提及的，其中倾斜板为1.0m长。

然而，术语“紧密地间隔开”是相对于这些板阵列的总体尺寸而言的、并且还随着待处理的颗粒的尺寸而变化。一般来说，板间隔可以是大到6mm，并且仍然产生一些改善的性能，但理想情况下是小于2mm，并且在一些情形中可以是0.05mm或甚至更小。

尽管紧密地间隔开的倾斜板的阵列已被描述为是安装于矩形盒子内，但很明显，存在许多其他的安装这些阵列的方式。在本发明的一种形式中，这些板8之间的倾斜通道可以由在内部区域7与外部区域6之间延伸的一个连续环状物中的多层锥体部分所形成。然而，优选的是使用被安装在矩形盒子内的矩形板的阵列，因为这是制造起来较简单且较低廉的、并且可以给出装置内更受控制的流动。

该增强型重力分离设备进一步配备有流态化装置，该流态化装置可例如采取来自经由一个供应环状物14A的八个导管14的流体进料形式，从而形成流态化区15。诸如水等流态化流体在压力下被引入到流态化区15中，从这里被引入到外部区域6中。

外部区域6进一步配备有多个出口阀16，该多个出口阀可以在不同时间打开以便从外部区域6中移除底层流的材料。这一材料可被移除到槽17中，该槽是形成于这些出口阀16下方并且从一个围绕该可旋转组件的覆板18向内延伸。

在使用中，密度较大和密度较小的混合颗粒处于液体中的一种进料在压力下被引入到空心的中心管1a中、并且接着经由八个导管21和出口22流出到外部区域6中，在这里混合的颗粒可以在这些流态化区15中被流态化。这个流态化床的颗粒接着抵抗由该组件围绕中心轴1旋转而引起的增强的重力场而向内移动穿过这些倾斜板8之间的紧密地间隔开的通道。

密度较小的颗粒到达内部区域7中的上层流中，由此这些颗粒如箭头24所示并且穿过出口25而溢流到一个流槽23中，在该出口处，这些颗粒可以如箭头26所示排放到覆板18中、且因此排放到多个出口27。

密度较大的颗粒到达外部区域6，在这里这些颗粒通过打开多个阀门16而被周期性地移除到槽17中。

本发明组合了离心力场与从紧密地间隔开的倾斜通道产生的强力分离机制的益处。旋转系统在向外的径向方向上产生了高“g力”。平行通道的盒子被定位在系统内。这些倾斜通道如图1所示是相对于离心力的径向方向稍微倾斜的。通过产生高的离心力（例如）100g，0.010mm的颗粒可以在重力下跟0.100mm的颗粒一样快地沉降。离心场结合紧密地间隔开的倾斜通道，促进了大于约0.010mm的颗粒的强有力的基于密度的分离。在不同颗粒物质之间存在显著密度差异的情况下，基于密度的分离应该适用于大于约0.002mm的颗粒。离心场结合紧密地间隔开的倾斜通道还产生了相当高的吞吐量优势，从而准许大的水力负荷。

尽管已在分离流体进料中的密度较大与密度较小的混合颗粒的特定应用中描述了本发明，但将了解的是，本发明也可用作进行固体-液体分离的方法，其中的目标是产生一种实质上不含固体的稀液体流以及一种含有高比率固体（颗粒）的较浓缩的流。该稀流在径向方向上向内流动，而固体主要在设备内径向地向外移动。在另一种应用中，该设备可以用于分离主要具有相似密度的较粗与较细的颗粒。较细的颗粒由此朝向内部区域移动，而较粗的颗粒在设备内径向地向外沉降。除了基于密度来分离颗粒的主要应用之外，该设备还存在额外的用途。

离心分离器领域的技术人员将了解，存在许多方式来递送进料、使体系流态化、并且移除底层流和上层流。在此重要的是包括一个由多个平行的倾斜通道组成的通路。上层流悬浮液被迫使通过这些通道，其目的是促成更强的基于密度的分离以及更高的水力负荷。

Claims (11)

1.一种增强型重力分离设备，包括：一个或多个容器，这个或这些容器具有外部的和内部的区域、可围绕一个中心轴旋转；用于将密度较大和密度较小的混合流态物质的一种进料引入这些容器中并将该进料引向这些外部区域的装置；多个紧密地间隔开的倾斜板的一个阵列，这些倾斜板定位于每个容器内该外部区域与该内部区域之间，这样使得来自该阵列的密度较小物质的上层流到达该内部区域、而密度较大物质的底层流到达该外部区域；以及用于将该底层流和上层流从该设备上移动的装置。

2.如权利要求1所述的设备，其中这些紧密地间隔开的倾斜板被分离开小于6mm的间隔。

3.如权利要求2所述的设备，其中这些间隔是小于2mm。

4.如权利要求1所述的设备，其中该流态物质包括密度较大颗粒与密度较小颗粒在一种液体中的一种混合物，并且其中这些密度较小颗粒到达该内部区域而这些密度较大颗粒到达该外部区域。

5.如权利要求1所述的设备，其中该流态物质包含在一种液体中的颗粒，并且其中实质上不含颗粒的一种稀液体流到达该内部区域，而含有高比率颗粒的一种浓缩流到达该外部区域。

6.如权利要求1所述的设备，其中该流态物质包含在一种液体中的具有相似密度的颗粒，并且其中含有较细颗粒的液体到达该内部区域，而含有高比率较粗颗粒的一种浓缩流到达该外部区域。

7.如以上权利要求中的任一项所述的设备，其中紧密地间隔开的倾斜板的每个阵列都是位于一个基本上矩形的盒子内，该盒子具有通向该外部区域的一个外端和通向该内部区域的一个内端。

8.如权利要求7所述的设备，其中每个矩形盒子在一个基本上径向的方向上从该中心轴延伸，就像一个车轮的轮辐。

9.如以上权利要求中的任一项所述的设备，其中一种流态化流体被引入到该外部区域的外周，从而致使在此区域中形成一个流态化床。

10.如以上权利要求中的任一项所述的设备，其中该底层流是通过周期性地打开在该外部区域中的一个或多个阀门而被移除的。

11.如以上权利要求中的任一项所述的设备，其中该上层流是通过从该内部区域接收流的一个流槽而被移除的。

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