SK11272003A3 - Spôsob separácie a extrakcie frakcií v materiálovom prúde materiálu a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu a zariadenia na separáciu frakcií, ako je jemný materiál v materiálovom prúde. Vynález sa týka konkrétne spracovania fluidizovateľných materiálov, pozostávajúcich z častíc, kontinuálnym znižovaním jemnej frakcie takýchto materiálov.

Doterajší stav techniky

Jedným z problémov, ktoré môžu vzniknúť v spojitosti s rozsiahlym transportom fluidizovateľných materiálov, je to, že častice sa drvia na jemnejšie frakcie počas transportu/spracovania. Ak má materiál, ktorý sa má transportovať, príliš vysoký podiel jemných častíc alebo prachu, toto môže spôsobiť vážne prevádzkové problémy tak v transportnom systéme samotnom, ako aj v spojitosti s ďalším použitím materiálu. Takéto problémy môžu zahrnovať segregáciu, narastanie usadenín alebo prachových vrstiev a problémy s odmeriavaním a likvidáciou. Najmä v spojitosti s transportom a dávkovaním oxidu hlinitého alebo fluoridu v spojitosti s elektrolytickým systémom môžu takéto problémy vyvolať veľmi nežiaduce prevádzkové problémy.

US patent č. 4 692 068 sa týka zariadenia, ktorým sa dá nastaviť množstvo fluidizovateľného materiálu. Toto zariadenie pozostáva zo zásobnej nádrže, fluidizačného prvku, rúry na vyrovnanie tlaku/odplynenie a výstupného otvoru na vypustenie fluidizovaného materiálu. Podľa opisu sa množstvo fluidizovaného oxidu hlinitého, ktoré vytečie zo zariadenia, kontroluje len nastavením tlaku fluidizačného plynu, dodávaného do zariadenia. Patent neuvádza, či sa toto zariadenie dá použiť ako separátor na odstránenie jemnejších frakcií z prúdu materiálu.

DE 197 04 566 C1 sa týka odstraňovania prachu z fluidizovaného materiálu. Toto zariadenie môže zahrnovať dve alebo viaceré komory so vstupom, fluidizovaný spodok, výstup na odťahovanie prachu alebo frakcií jemných častíc spolu s

-2výstupom pre materiál. Prach, stiahnutý z prvej komory, sa spracúva v cyklóne, ktorý oddeľuje častice od plynu. Častice, oddelené v cyklóne, potom vstupujú do nasledujúcej komory na podobné spracovanie v nej. Zariadenie má ďalej prostriedky na zahrievanie materiálu, ktorý sa má spracovať, a fluidizačným plynom môže byť redukčný plyn. Výstupy pre materiál v každej komore sú spojené so vztýčenými, zvislými stenami. Tieto steny zabezpečujú, aby v komorách bola vždy určitá hladina naplnenia. V dôsledku usporiadania uvedených stien sa materiál bude transportovať v tesnej blízkosti výstupov na odťahovanie prachu. Jedným problémom tohto riešenia je, že ak sa vstupný prúd do komôr mení a stane sa príliš veľkým, hladina materiálu v komorách môže byť v určitých časoch kriticky vysoká a môže spôsobiť upchávanie výstupov na odťahovanie prachu.

Podstata vynálezu

Tento vynález umožňuje značne zmenšiť problémy, ktoré vznikajú v dôsledku príliš veľkého podielu jemnejších frakcií v prúde materiálu. Pomocou tohto vynálezu sa jemnejšie častice extrahujú z prúdu materiálu, takže granulometrické zloženie sa zmenší, čo zmenšuje tendenciu k segregácii. Skutočnosť, že jemnejšia frakcia je odstránená, tiež vedie k zmenšeniu tendencie tvoriť prach. Toto riešenie je jednoduché a súčasne je robustné voči výchylkám vo vstupnom prúde materiálu.

Podstatou vynálezu je spôsob separácie a extrakcie frakcií v materiálovom prúde materiálu, pozostávajúceho z častíc rôznych frakcií, pričom materiál sa uvedie do íluidizovaného stavu pomocou najmenej jedného fluidizačného prvku, umiestneného pod materiálom, a jemné frakcie materiálu sa nadfluidizujú a vypudia pomocou extrakčného zariadenia, umiestneného nad materiálom, materiál sa vedie cez uzavreté potrubie, zahrnujúce separačnú komoru a vstup, v ktorom materiál vstúpi do separačnej komory, prechádzajúc cez štrbinu, usporiadanú medzi vstupom a uvedenou komorou, pričom sa materiál hydrostatický dodáva a rovnomerne distribuuje do separačnej komory.

Uvedený materiál pozostáva z oxidu hlinitého a/alebo iných ekvivalentných fluidizovateľných materiálov, výhodne z fluoridu.

-3Jemnejšie frakcie, ktoré sú vypudzované, pozostávajú z častíc s veľkosťou až do 50 mikrometrov.

Vynález poskytuje zariadenie na separovanie a extrahovanie frakcií v materiálovom prúde materiálu, pozostávajúceho z častíc rôznych frakcií, zahrnujúce uzavreté potrubie so vstupným koncom a výstupným koncom, cez ktoré sa materiál transportuje, a kde je separačná komora namontovaná medzi vstupný koniec a výstupný koniec, separačná komora zahrnuje najmenej jeden fluidizačný prvok pri základni komory a extrakčné zariadenie, umiestnené v hornej časti komory, pričom vstupný koniec potrubia zahrnuje distribučnú komoru so zvislou priehradkou, ktorá končí nad základňou distribučnej komory tak, že je vytvorená štrbina, cez ktorú je materiál vedený do separačnej komory, čím sa zabezpečí rovnomerná distribúcia materiálu smerom k separačnej komore.

Základňa distribučnej komory je umiestnená nižšie než základňa separačnej komory tak, že medzi nimi je vytvorený prah.

Extrakčné zariadenie je navrhnuté s otvorom tvaru štrbiny, ktorý prechádza nadol a do separačnej komory.

Vynález v ďalšom opíšeme podrobnejšie pomocou príkladov a obrázkov.

Prehľad obrázkov na výkrese

Obrázok znázorňuje schematický diagram zariadenia podľa tohto vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Ako znázorňuje obrázok, zariadenie zahrnuje vstupný kanál 1 na dodávanie fluidizovateľného materiálu. V základni kanála je namontovaný fluidizačný prvok 2, spojený s rúrou 23 na tlakový plyn. Vstupný kanál má mierny sklon a prechádza do zvislej časti 3 nadol, ktorá zahrnuje výstupný otvor 4. Výstupný otvor môže byť užší než prierez zvislej časti nadol, ak sa vloží zúženie, ktoré čiastočne kryje prierez (neznázornené). Materiál, ktorý opúšťa výstupný otvor, vstupuje do distribučnej komory 6, namontovanej na jednom konci vodorovného, uzavretého potrubia 7. Na svojom druhom konci je potrubie vybavené výstupom 5 nadol a medzi jeho koncami

-4je potrubie zhora pripojené na extrakčné zariadenie 9. Extrakčné zariadenie má otvor 20 tvaru štrbiny, ktorý pokrýva šírku komory a extrahuje v smere prúdu. Tento otvor môže byť vytvorený medzi dvoma priečnymi, šikmými doskami 21, 22, ktoré prechádzajú nadol do separačnej komory 17, pričom doska 22 prechádza o niečo ďalej do komory než doska 21.

V oblasti medzi distribučnou komorou 6 a výstupom 5 je v potrubí určená separačná komora 17. Potrubie 7 má v súlade s príkladom základňu s rôznymi hladinami, pričom základňa 10 s nižšou hladinou je namontovaná v spojení s distribučnou komorou 6 a základňa 11 s vyššou hladinou je umiestnená na výstupnej strane od nej. Fluidizačné prvky 12, 13, pripojené k zásobníku tlakového plynu cez rúry 14, 15, sú namontované v základni potrubia. Pre potrubie 7 je výhodné, ak je veľmi široké po celej svojej dĺžke vzhľadom na šírku vstupného kanála f. Napríklad, pomer šírok medzi potrubím 7 a vstupným kanálom 1 môže byť poriadku 100:1, aby sa zabezpečila veľká aktívna (fluidizovaná) plocha v separačnej komore.

Medzi distribučnou komorou 6 a separačnou komorou 17 je zvislá priehradka 16, ktorá vytvára štrbinu 18 medzi ňou a základňou 10. Priehradka prispieva k vytvoreniu hydrostatický poháňaného materiálového prúdu z distribučnej komory 6 cez štrbinu 18 ponad prah 19 medzi základňou 10 a základňou 11 a do separačnej komory 17, keď sa aktivujú fluidizačné prvky 12, 13. Hydrostatický tlak bude primárne závisieť od výšky naplnenia nad základňou v distribučnej komore 6. Parametre, ktoré sa týkajú materiálového prúdu, sú dôležité pre schopnosť udržať stabilné dodávanie materiálu do separačnej komory a teda optimálne podmienky v nej. Tento aspekt je zvlášť dôležitý, keď sú výchylky v množstve materiálu, transportovaného cez zariadenie, veľké, napríklad od takmer 0 ton za hodinu po niekoľko ton za hodinu. Distribučná komora s priehradkou 16 a prahom 19 bude tiež prispievať k zabezpečeniu rovnomernej distribúcie materiálu smerom k separačnej komore 17, čo sa týka tak distribúcie materiálu priečne k potrubiu, ako aj udržania hrúbky materiálu, ktorý prúdi cez separačnú komoru, konštantnou cez separačnú komoru. To sa dá dosiahnuť, pretože materiál, ktorý je vo fluidizovanom stave, bude distribuovaný približne ako kvapalina, napríklad voda, a distribúcia cez separačnú komoru bude konštantná, ak bude zariadenie namontované do takej polohy, aby

-5základňa bola v podstate vodorovná. Potrubie sa dá namontovať tak, aby jeho základňa bola mierne sklonená nadol v smere prúdu, aby sa zabezpečila podpora transportu smerom k výstupu.

V separačnej komore sa malé častice s menšou rýchlosťou sedimentácie (t. j. s väčším koeficientom strhávania) než hrubé častice môžu odseparovať, ak sa masa nadfluidizuje. V závislosti od špecifikácií pre individuálnu konštrukciu sa napríklad častice s veľkosťou až do 50 mikrometrov dajú nadfluidizovať tak, že sa zodvihnú cez prúd fluidizovanej masy a extrahujú sa extrakčným zariadením 9. Rozhodujúce faktory pre nastavenie schopnosti separátora extrahovať správne najmenšie veľkosti častíc budú zahrnovať hrúbku vrstvy fluidizovaného materiálu v separačnej komore 17. čas zotrvania a fluidizačnú rýchlosť, vyvolanú fluidizačným prvkom 13 v kombinácii s extrakčným zariadením. Jemné frakcie, ktoré sú extrahované, sa transportujú na separáciu plyn/častice (napríklad filter), kde sa častice môžu dopraviť do zásobníka na možné ďalšie použitie. Tá časť materiálu, ktorá prechádza cez separačnú komoru bez toho, aby bola extrahovaná, prejde do výstupu 5, ktorý môže pozostávať z výstupu tvaru lievika alebo nádrže (neznázornené) na pozberanie a zmenšenie šírky zariadenia pre ďalší transport.

Typickými hodnotami pre fluidizačný plyn podľa riešenia, opísaného vo vyššie uvedenom príklade, bude fluidizačná rýchlosť približne 2 cm/s v distribučnej komore 6 a fluidizačná rýchlosť 10 cm/s a viac v separačnej komore 17. Extrakčné zariadenie sa môže vhodne prevádzkovať s pomerne malým negatívnym tlakom.

Zariadenie, ktoré je navrhnuté na spracovanie fluidizovaného materiálu, môže spracovať veľké množstvá materiálu, ako je oxid hlinitý. Toto zariadenie sa dá ľahko skonštruovať na spracovanie od 0 ton za hodinu po niekoľko ton za hodinu. To znamená, že zariadenie sa dá použiť ako kontrolná jednotka pre výchylky a maximá v množstve jemnej frakcie, ktorá sa má odseparovať. Takéto situácie môžu nastať napríklad v spojitosti s dodávkami do továrenských jednotiek a hlavného zásobníka v továrni na hliník alebo pri nakladaní lodí zo zariadení na výrobu hliníka.

Uskutočnil sa test so zariadením podľa tohto vynálezu s aktívnou zónou (zóna s vysokou fluidizačnou rýchlosťou) 0,5 m² a zistilo sa, že bolo funkčné až do 6 ton za hodinu. V prípade potreby sa niekoľko zariadení dá zapojiť do série, aby sa dosiahla požadovaná separácia/extrakcia jemných frakcií.

-6Alternatívne sa dá zväčšiť veľkosť aktívnej zóny v separačnej komore zväčšením jej šírky alebo dĺžky. Účinok zariadenia je určený hrúbkou materiálovej vrstvy v aktívnej zóne, časom zotrvania materiálu v tejto zóne, fluidizačnou rýchlosťou a rýchlosťou extrakcie. Testy, uskutočnené pri rôznych fluidizačných rýchlostiach, ukazujú, že jemné frakcie sú vypudzované približne úmerne fluidizačnej rýchlosti. Pri používaní sa tento vynález ukázal byť zvlášť vhodným na kontinuálnu separáciu prachu z fluidizovateľnej masy tam, kde je potrebná vysoká kapacita.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob separácie a extrakcie frakcii v materiálovom prúde materiálu, pozostávajúceho z častíc rôznych frakcií, pričom materiál sa uvedie do fluidizovaného stavu pomocou najmenej jedného fluidizačného prvku (13), umiestneného pod materiálom, a jemné frakcie materiálu sa nadfluidizujú a vypudia pomocou extrakčného zariadenia (9), umiestneného nad materiálom, materiál sa vedie cez uzavreté potrubie (7), zahrnujúce separačnú komoru (17) a vstup, v y značujúci sa tým, že materiál vstúpi do separačnej komory, prechádzajúc cez štrbinu, usporiadanú medzi vstupom a uvedenou komorou, pričom sa materiál hydrostatický dodáva a rovnomerne distribuuje do separačnej komory.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že materiál pozostáva z oxidu hlinitého a/alebo iných ekvivalentných fluidizovateľných materiálov.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že materiál pozostáva z fluoridu.
4. 4. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že jemnejšie frakcie, ktoré sú vypudzované, pozostávajú z častíc s veľkosťou až do 50 mikrometrov.
5. 5. Zariadenie na separovanie a extrahovanie frakcií v materiálovom prúde materiálu, pozostávajúceho z častíc rôznych frakcií, zahrnujúce uzavreté potrubie (7) so vstupným koncom a výstupným koncom, cez ktoré sa materiál transportuje, a kde je separačná komora (17) namontovaná medzi vstupný koniec a výstupný koniec, separačná komora zahrnuje najmenej jeden fluidizačný prvok (13) pri základni komory a extrakčné zariadenie (9), umiestnené v hornej časti komory, vyznačujúce sa tým, že vstupný koniec potrubia (7) zahrnuje distribučnú komoru (6) so zvislou priehradkou (16), ktorá končí nad základňou (10) distribučnej komory tak, že je vytvorená štrbina (18), cez ktorú je materiál vedený do separačnej komory (17), na zabezpečenie rovnomernej distribúcie materiálu smerom k separačnej komore (17).
6. 6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že základňa (10) distribučnej komory (6) je umiestnená nižšie než základňa (11) separačnej komory (17) tak, že medzi nimi je vytvorený prah (19).
7. 7. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že extrakčné zariadenie (9) je navrhnuté s otvorom (20) tvaru štrbiny, ktorý prechádza nadol a do separačnej komory (17).