專利名稱：使用緊密地間隔開的通道的增強型重力分離設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用緊密地間隔開的通道的增強型重力分離，且已經被設計成特別地但非唯一地用于分離流體進料中的密度較大和密度較小的混合顆粒。發明背景
貫穿此說明書并且在權利要求書中，術語“顆粒”在廣意上用來不僅指代固體物質的離散對象、而且還指代固體物質的聚集對象、以及液體材料的離散或聚集的泡沫或液滴。重力分離與基于密度來分離顆粒有關，通常需要對顆粒尺寸的影響進行流體動力學抑制。已開發不同的技術來促成重力分離，但所有技術都遭遇到進料中的顆粒尺寸變化的影響。理想情況下，在重力分離中，低密度顆粒作為一個流動流的一部分到達，并且較高密度顆粒作為另一個流到達。然而，在實踐中，這種理想結果并未實現。舉例而言，在流態化床分離器中，較高密度的顆粒通常沉降得較快，但最細的高密度顆粒緩慢地沉降、并且加入到較低密度流中。相反，最大的低密度顆粒更快速地沉降、并且將與密度較大的顆粒一起出現。在螺旋分離器中，分離更為復雜，然而再次地，分離僅覆蓋有限的尺寸范圍。增強型重力分離方法利用離心力來促進通常低至O. OlOmm的超細顆粒的分離。這些設備根據固體-液體流態化床的原理來操作。通過增加所謂的“g力”，實現了更高的沉降速度并且因此實現了更高的固體率。通過較高的“g力”，中間的沉降范圍偏向較細的顆粒，這進而減小了顆粒沉降速度對顆粒尺寸的依賴性。因此，離心力抑制了顆粒尺寸的影響，從而又促成低于O. IOOmm且通常低至O. Olmm的重力分離。本發明是源于一種使用緊密地間隔開的傾斜通道的新型并且強力的分離機制。通過緊密地間隔開的傾斜通道，流動變為層狀，且剪切速率增加，從而產生慣性提升。沉降在中間流動范圍內的顆粒(顆粒雷諾數介于約I與500之間)基于密度而淘析，顆粒尺寸幾乎不起作用。因此，大于約O. IOOmm的顆粒基于密度而分離。對于涉及顆粒物質之間的顯著密度差異的二元系統來說，大于約O. 040mm的顆粒的完全分離是可能的。此機制已用于在我們的國際專利申請PCT/AU00/00058中描述的類型的回流分級器(Reflux Classifier)中，修改成具有緊密地間隔開的傾斜通道是分開例如I. 77mm的距離。這些傾斜通道為I. Om長。發明概述因此，本發明提供一種增強型重力分離設備，該重力分離設備包括一個或多個容器，這個或這些容器具有外部的和內部的區域、可圍繞一個中心軸旋轉；用于將密度較大和密度較小的混合流態物質的一種進料引入到這些容器中并將該進料引向這些外部區域的裝置；多個緊密地間隔開的傾斜板的一個陣列，這些傾斜板定位于每個容器內該外部區域與內部區域之間，這樣使得來自該陣列的密度較小物質的上層流到達該內部區域、而密度較大物質的底層流到達該外部區域；以及用于將該底層流和上層流從該設備上移動的裝置。優選地，這些緊密地間隔開的傾斜板被分離開小于6mm的間隔。更優選地，這些間隔是小于2mm。
優選地，該流態物質包括密度較大與較小顆粒在一種液體中的一種混合物，并且其中這些密度較小顆粒到達該內部區域而這些密度較大顆粒到達該外部區域。替代地，該流態物質包含在一種液體中的顆粒，并且其中實質上不含顆粒的一種稀液體流到達該內部區域，而含有高比率顆粒的一種濃縮流到達該外部區域。同樣替代性地，該流態物質包含在一種液體中的具有相似密度的顆粒，并且其中該液體和較細顆粒到達該內部區域，而含有高比率較粗顆粒的一種濃縮流到達該外部區域。優選地，緊密地間隔開的傾斜板的每個陣列都是位于一個基本上矩形的盒子內，該盒子具有通向該外部區域的一個外端和通向該內部區域的一個內端。優選地，每個矩形盒子在一個基本上徑向的方向上從該中心軸延伸，就像一個車輪的輪輻。優選地，一種流態化流體被引入到該外部區域的外周，從而致使在此區域中形成·一個流態化床。優選地，該底層流是通過周期性地打開在該外部區域中的一個或多個閥門而被移除的。附圖
簡要說明盡管存在可能落入本發明范圍內的任何其他形式，但現在將參考附圖僅通過舉例來描述本發明的一種優選形式，在附圖中圖I是根據本發明的增強型重力分離設備的截面正視圖；并且圖2是圖I所示的設備的圖解的截面平面圖。本發明優選實施方案的詳細描述根據本發明的增強型重力分離設備包括一個中心驅動軸1，該中心驅動軸被安排成有待通過一個驅動裝置(典型地包括電動機(圖中未顯示))以適當速度被驅動。中心軸I優選是如圖I所示的豎直取向的，但在其他應用中可以是水平或傾斜的。旋轉的八角形截面的結構Ib被附接到中心軸I上、并且進而支撐從該八角形截面的結構Ib的對應面朝外延伸(如圖2中清晰可見)的八個徑向臂lc。提供了八個矩形截面的容器2，在這八個徑向臂Ic中每個的下方安裝一個，以便通過中心軸I是可旋轉的，就像車輪的輪輻。每個容器2具有一個后傾斜外壁3、一個平面的頂壁4、一個下壁5、和兩個側壁11。每個容器具有一個外部區域6和一個內部區域7。多個緊密地間隔開的平行的傾斜板8的一個陣列在每個容器2的外部區域6與內部區域7之間延伸，這些傾斜板被定位于該容器中，這樣使得這些板的外邊緣9與外部區域6聯通、并且這些內邊緣10與內部區域7聯通。這些緊密地間隔開的平行的傾斜板8由多個通道隔開，這些通道典型地小于2_高。板間隔的典型實例為I. 77mm，如在我們的國際專利申請PCT/AU00/00058中所提及的，其中傾斜板為I. Om長。然而，術語“緊密地間隔開”是相對于這些板陣列的總體尺寸而言的、并且還隨著待處理的顆粒的尺寸而變化。一般來說，板間隔可以是大到6mm，并且仍然產生一些改善的性能，但理想情況下是小于2mm，并且在一些情形中可以是O. 05mm或甚至更小。盡管緊密地間隔開的傾斜板的陣列已被描述為是安裝于矩形盒子內，但很明顯，存在許多其他的安裝這些陣列的方式。在本發明的一種形式中，這些板8之間的傾斜通道可以由在內部區域7與外部區域6之間延伸的一個連續環狀物中的多層錐體部分所形成。然而，優選的是使用被安裝在矩形盒子內的矩形板的陣列，因為這是制造起來較簡單且較低廉的、并且可以給出裝置內更受控制的流動。該增強型重力分離設備進一步配備有流態化裝置，該流態化裝置可例如采取來自經由一個供應環狀物14A的八個導管14的流體進料形式，從而形成流態化區15。諸如水等流態化流體在壓力下被引入到流態化 區15中，從這里被引入到外部區域6中。外部區域6進一步配備有多個出口閥16，該多個出口閥可以在不同時間打開以便從外部區域6中移除底層流的材料。這一材料可被移除到槽17中，該槽是形成于這些出口閥16下方并且從一個圍繞該可旋轉組件的覆板18向內延伸。在使用中，密度較大和密度較小的混合顆粒處于液體中的一種進料在壓力下被弓I入到空心的中心管Ia中、并且接著經由八個導管21和出口 22流出到外部區域6中，在這里混合的顆粒可以在這些流態化區15中被流態化。這個流態化床的顆粒接著抵抗由該組件圍繞中心軸I旋轉而引起的增強的重力場而向內移動穿過這些傾斜板8之間的緊密地間隔開的通道。密度較小的顆粒到達內部區域7中的上層流中，由此這些顆粒如箭頭24所示并且穿過出口 25而溢流到一個流槽23中，在該出口處，這些顆粒可以如箭頭26所示排放到覆板18中、且因此排放到多個出口 27。密度較大的顆粒到達外部區域6，在這里這些顆粒通過打開多個閥門16而被周期性地移除到槽17中。本發明組合了離心力場與從緊密地間隔開的傾斜通道產生的強力分離機制的益處。旋轉系統在向外的徑向方向上產生了高“g力”。平行通道的盒子被定位在系統內。這些傾斜通道如圖I所示是相對于離心力的徑向方向稍微傾斜的。通過產生高的離心力(例如)100g,0. OlOmm的顆粒可以在重力下跟O. IOOmm的顆粒一樣快地沉降。離心場結合緊密地間隔開的傾斜通道，促進了大于約O. OlOmm的顆粒的強有力的基于密度的分離。在不同顆粒物質之間存在顯著密度差異的情況下，基于密度的分離應該適用于大于約O. 002mm的顆粒。離心場結合緊密地間隔開的傾斜通道還產生了相當高的吞吐量優勢，從而準許大的水力負荷。盡管已在分離流體進料中的密度較大與密度較小的混合顆粒的特定應用中描述了本發明，但將了解的是，本發明也可用作進行固體-液體分離的方法，其中的目標是產生一種實質上不含固體的稀液體流以及一種含有高比率固體(顆粒)的較濃縮的流。該稀流在徑向方向上向內流動，而固體主要在設備內徑向地向外移動。在另一種應用中，該設備可以用于分離主要具有相似密度的較粗與較細的顆粒。較細的顆粒由此朝向內部區域移動，而較粗的顆粒在設備內徑向地向外沉降。除了基于密度來分離顆粒的主要應用之外，該設備還存在額外的用途。離心分離器領域的技術人員將了解，存在許多方式來遞送進料、使體系流態化、并且移除底層流和上層流。在此重要的是包括一個由多個平行的傾斜通道組成的通路。上層流懸浮液被迫使通過這些通道，其目的是促成更強的基于密度的分離以及更高的水力負荷。
權利要求
1.一種增強型重力分離設備，包括一個或多個容器，這個或這些容器具有外部的和內部的區域、可圍繞一個中心軸旋轉；用于將密度較大和密度較小的混合流態物質的一種進料引入這些容器中并將該進料引向這些外部區域的裝置；多個緊密地間隔開的傾斜板的一個陣列，這些傾斜板定位于每個容器內該外部區域與該內部區域之間，這樣使得來自該陣列的密度較小物質的上層流到達該內部區域、而密度較大物質的底層流到達該外部區域；以及用于將該底層流和上層流從該設備上移動的裝置。
2.如權利要求I所述的設備，其中這些緊密地間隔開的傾斜板被分離開小于6mm的間隔。
3.如權利要求2所述的設備，其中這些間隔是小于2mm。
4.如權利要求I所述的設備，其中該流態物質包括密度較大顆粒與密度較小顆粒在一種液體中的一種混合物，并且其中這些密度較小顆粒到達該內部區域而這些密度較大顆粒到達該外部區域。
5.如權利要求I所述的設備，其中該流態物質包含在一種液體中的顆粒，并且其中實質上不含顆粒的一種稀液體流到達該內部區域，而含有高比率顆粒的一種濃縮流到達該外部區域。
6.如權利要求I所述的設備，其中該流態物質包含在一種液體中的具有相似密度的顆粒，并且其中含有較細顆粒的液體到達該內部區域，而含有高比率較粗顆粒的一種濃縮流到達該外部區域。
7.如以上權利要求中的任一項所述的設備，其中緊密地間隔開的傾斜板的每個陣列都是位于一個基本上矩形的盒子內，該盒子具有通向該外部區域的一個外端和通向該內部區域的一個內端。
8.如權利要求7所述的設備，其中每個矩形盒子在一個基本上徑向的方向上從該中心軸延伸，就像一個車輪的輪輻。
9.如以上權利要求中的任一項所述的設備，其中一種流態化流體被引入到該外部區域的外周，從而致使在此區域中形成一個流態化床。
10.如以上權利要求中的任一項所述的設備，其中該底層流是通過周期性地打開在該外部區域中的一個或多個閥門而被移除的。
11.如以上權利要求中的任一項所述的設備，其中該上層流是通過從該內部區域接收流的一個流槽而被移除的。
全文摘要
一種增強型重力分離設備使多個矩形截面的容器(2)圍繞一個中心驅動軸(1)旋轉。每個容器具有多個緊密地間隔開的板的一個陣列(8)，這些板與該容器一起定位在外部區域(6)與內部區域(7)之間。致密的和密度較低的混合流態物質的進料經由一個管道(1a)和多個導管(21)被饋送到這些外部區域(6)、經過這些板陣列(8)并且進入這些內部區域(7)之中。密度較低物質的上層流到達這些內部區域(7)而密度較高物質的底層流到達外部區域(6)。通過經由環狀物(14A)和導管(14)被供應到這些外部區域(7)中的液體可以使這些容器流態化。
文檔編號B04B5/02GK102917801SQ201180024175
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者凱文·帕特里克·高爾文 申請人:紐卡斯爾創新有限公司