HU196918B - Fluidization bed for separating two intermixed solid phases - Google Patents

Description

A találmány tárgya fiuidizációs ágy, két összekevert szilárd halmazállapotú fázis szétválasztására, ahol az egyik fázis a másik fázis fiuidizációs feltételei mellett nem fluidizálható; amely fiuidizációs ágy háza rugalmas felfüggesztésű, és alsó fiuidizációs gázáram köpennyel és felső fluidizált anyagot továbbító köpennyel van kialakítva; ahol a köpenyek között porózus fal van; továbbá legalább egy gázellátó vezeték van az alsó köpenybe csatlakoztatva, valamint legalább egy gázetvezető vezeték van a felső köpenybe csatlakoztatva.

A technika állása szerint ismeretes számos különböző eljárás és berendezés fiuidizációs ágy felhasználásával, különböző poralakú anyagoknak egy tárolási övezettől legalább egy felhasználási övezetig való továbbítására, ahol az említett övezetek száníottevő távolságra vannak egymástól úgy, mint pl. a zsákoló.₅berendezéseknél, ahol a tároló helytől a zsákolóíg szükséges továbbítani a poralakú anyagokat, vagy pl. konténerek megrakásánál, illetve extrudáló présekből kialakított gyártósorok kiszolgálásánál.

A szóban forgó feladat megoldásának egyik konkrét példája az alumínium olvadék elektrolízissel történő előállításánál az elektrolizáló kádak vagy cellák timfölddel történő elltátása.

Ismeretes, hogy ez a feladat tipikus példáját képezi a poralakú anyag viszonylag jelentős távolságra való továbbításának.

Ismeretes, hogy az alumínium olvadék elektrolízissel történő előállításához alapanyagul szolgáló timföldet nagy kapacitású tárolókban vagy más néven silókban raktározzák. A silókból a timföldet gyakran több száz méter távolságban lévő felhasználási övezetbe szükséges továbbítani. Ezt a feladatot régebben nagy teljesítményű mozgatható szállítótartály lánccal, vagy magas nyomású levegővel működő szállító rendszernél vagy egyéb mechanikus továbbító eszközzel oldották meg.

Az utóbbi időszakban mind elterjedtebbekké váltak a timföld továbbítására azok a fiuidizációs ágy működési elvén működő berendezések, amelyeket nagy számban említ a vonatkozó szakirodalom. Az egyik ilyen berendezést ismerteti pl. a 4 016 053 sz. USA szabadalom. A berendezés timföld tárolási övezettől felhasználási övezetig történő továbbítására szolgál és magában foglal egy elsődleges fiuidizációs ággyal működőszállítóművet, amely a timföld fluidizációjához szükséges gáz betápláló és kibocsátó elemekkel van kialakítva, amely fiuidizációs ágy révén megoldott a timföld permanens fluidizációja; továbbá a szóbanforgó megoldás másodlagos fiuidizációs ágy szerkezetei van kialakítva, amelyet fiuidizációs gázt betápláló és kibocsátó elemekkel szereltek fel és amely másodlagos fiuidizációs ágy szintén permanens fluidizált állapotban tartja a szállítandó timföldet; és a timföldet fogadó és továbbító, valamint ürítő elemekkel van kialakítva. Az ismertetett berendezést az egyes elektrolízis kádaknál, illetve celláknál a poralakú timföldet megfelelően betápláló adagoiószerkezettel szerelték fel.

Ismeretes, hogy a porszerű vagy poralakú anyagot továbbító fiuidizációs ágy működési elvén működő berendezések mindaddig kifogástalanul működnek, ameddig a továbbítandó anyag megőrzi egységes, egy szilárd fázisból felépített, szemcsés, illetve poralakú szerkezetét. Különböző problémák jelentkeznek azonban olyan esetekben, amikora továbbított, illetve szállított anyagok a fiuidizációs ágy elvén működő szállítóműben két, egymással összekevert szilárd halmazállapotú fázissá alakulna k. A problémát azjelenti, hogy az egyik fázis fiuidizációs feltételei mellett a másik fázis többnyire nem fluidizálható. Ennek következtében a nem fluidizálható fázis lerakódásaitól a porózus falon eltömődések keletkeznek. Ez a jelenség azt a hiányosságot okozza, hogy az egyébként fluidizálható másik fázis fluidizációja megnehezedik és a fiuidizációs ágy működési elvével végzett továbbítás nehézségekbe ütközik.

Az említett jelenségből fakadó hiányosság különösen szembetűnővé válik olyan üzemi feltételek melleit, mint amilyeneket pl. az alumínium előállításának olvadék elektrolízissel történő műveleteinél tapasztalhatunk, ahol fluorin tartalmú szennyeződések következtében gyakori a nem fluidizálható szilárd fázis kialakulása és a fluidizálható fázissal való összekeveredése. Az ilyen szennyeződésekkel kevert timföld hajlamos tömör zömülékeket ún. aglomcrátu mókát képezni.

A találmánnyal célunk az említett hiányosságok kiküszöbölése, azaz a porszerű vagy poralakú anyagok továbbítására használt fiuidizációs ágy tökéletesítése, amely két, egymással összekevert szilárd halmazállapotú fázis szétválasztását képes a továbbítás folyamatossága mellett megoldani.

A találmánnyal feladatunk a két egymással összekevert szilárd halmazállapotú fázis szétválasztássá, amely a nem fluidizálható szilárd fázis leválasztását és 3 fluidizálható szilárd fázis továbbítását egyaránt lehetővé teszi, újszerű szerkezeti elemek alkalmazásával, illetve a szerkezeti elemek egymáshoz képesti térbeli elrendezésének módosításával.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat a bevezetőben ismertetett típusú fiuidizációs ágynál megoldódik, ha a porózus falra lerakódó szilárd halmazállapotú fázis felszaggatásáról és ezen fels<aggatott lerakódások meghatározott ürítő nyílás irányába való vezetéséről gondoskodnak.

A kitűzött feladatot a bevezetőben ismertetett típusú fiuidizációs ágynál úgy oldottuk meg a találmány szerint, hogy a felső köpenyének — a két, összekevert sziláid halmazállapotú fázist szabályozottan bevezető eleme van, — a ház homlokfal! síkján elrendeztt fluidizált szilárd fázist kibocsátó túlfolyója van, — a lerakódott szilárd fázist ürítő, a válaszfalon a porózus fal magasságában kialakított nyílása van a felső köpeny túlfolyóval átellenes végén, — továbbá a porózus falhoz csatlakoztatott vibrációs egysége van; ahol a vibráció frekvenciája célszerűen 750 és 1500 között van percenként, amplitúdója pedig célszerűen 2—5 mm, továbbá a vibrációs mozgásnak porózus fal irányú, a túlfolyóval átellenes oldalra mutató vektorérteímű összetevője van.

A találmány szempontjából előnyös, ha a vibrációs mozgás vektora a porózus fal síkjával célszerűen mintegy 20°—60° szöget zár be.

A találmány szempontjából továbbá célszerű, ha a vibrációs mozgást 1—3 perces periódusokban valósítjuk meg, óránként kétszer vagy négyszer.

196 916

A találmány szerinti fluidizációs ágyat a továbbiakban részletesebben kiviteli példa és rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti fluidizációs ágy vázlatos hosszmetszti képe.

A fluidizációs ágy háza alsó fluidizációs gázáram 1 köpennyel és felső fluidizált anyagot továbbító 2 köpennyel van kialakítva. Az 1 és 2 köpenyek között porózus 3 falat képeztünk ki. Az 1 köpenybe gázellátó 4 vezetéket csatlakoztattunk n felső 1 köpenybe pedig gázclvezető 5 vezetéket illesztettünk.

A felső 2 köpenyt továbbá elláttuk egy itt nem ábrázolt adagoló szerkezettel, amely a rugalmas 8 csőtoldaton és a 6 vezetékenkeresztül toidja meg a szabályozott anyagbetáplálást.

A találmány szerinti berendezést a ház homlokfali síkján elrendezett fluidizált szilárd fázist kibocsátó 7 túlfolyóval szereltük fel. A 7 túlfolyót egy rugalmas hajlékony 8a csőtoldaton keresztül kapcsoltuk össze az anyag kivezetéssel.

Az 1. ábra szerinti hosszmetszeti vázlaton látható a nyíllal szimbolizált vibrációs 9 egység, amely vibrációs vektor mozgását célszerűen a berendezés súlypontján áthaladóankercsztül fejti ki a függőlegessel a szöget bezárva.

A fluidizációs ágy elvén működő berendezés által továbbított poralakú anyag mozgási irányát a 10 nyíllal szimbolizáltuk. A vibrációs 9 egység által létrehozott mozgás a lerakodott szilárd fázis részecskéket a 11 nyíllal jelzett irányba továbbítja.

A felső 1 köpeny 7 túlfolyóval átellenes végén egy szögben döntött 12 válaszfalat alakítottunk ki, amelynek alsó részén a porózus 3 fal magasságában egy 13 nyílás van, amelynek hossza gyakorlatilag azonos a porózus 3 fal szélességével és amely nyílásnak magassága a lerakódott szilárd fázis részecske nagyságától függően méretezhető.

A 13 nyílást egy vázlatosan ábrázolt szabályozott nyíláskeresztmetszetű 13a elemmel egészftetük ki. Aminta 13a elemet nyitjuk vagy zárjuk, a lerakodott szilárd fázis elkerülhetetlenül magával sodorva bizonyos mennyiségű fluidizált porszerű anyagot, a 14 tartályban rakódik le. A 12 válaszfal felső részén egy 18 nyílás van kialakítva, amelyen keresztül lehetővé válik a fluidizáló gáz (levegő) kiürítése a felső 2 köpeny irányában.

A rajzon bemutatott kiviteli alaknál a 14 tartályt egy 15 zsilippel alakítottuk ki, amely 15 zsilipet a 16 és 17 szelepek, valamint a rugalmas hajlékony 8 csőcsatlakozás határoz meg.

A 16 szelep nyitásával tesszük lehetővé a.szilárd fázis 15 zsilipbejuttatását. A16 szelep zárásával és a 17 szelep nyitásával a lerakodott szilárd fázist a berendezésből eltávolíthatjuk.

Az olyan kiviteli alaknál, amelynél a 14 tartály alapja fluidizációs ággyal van ellátva, célszerű az olyan megoldás, amely egy 18 nyíláson keresztül lehetővé teszi a fluidizáló gáz eltávolítását a felső 2 köpeny irányába.

A 15 zsilip nélküli kialakítás esetén a lerakodott szilárd fázist a 13 nyílás 13a elem általi periodikus nyitásával üríthetjük bármilyen megfelelő tartályba vagy edénybe.

A találmány szerinti berendezést rugalmas 19 felfüggesztő elemekkel láttuk el, hogy ily módonlehetővé tegyük a vibrációs 9 egység működtetését.

A lerakodott szilárd fázis porózus 3 fal menti egyenletes elosztását, valamint a berendezésből való eltávolítását elősegítendő, a fluidizációs ágy kialakulásának feltételét nem zavarva, a porózus 3 falat periodikus vibrációs hatásnak tettük ki. Ez a periodikus vibrációs hatást létrehozó vibrációs 9 egység lehet bármilyen, pl. mechanikus, elektromágneses, pneumatikus, hidraulikus, stb. megoldású. A vibrációs hatást célszerűen precenként 750—-1500 frekvenciával fejtjük ki, ahol a rezgés amplitúdója célszerűen 2—5 mm közötti. Ezek a rezgőmozgást jellemző értékek egyébként megegyeznek az ún. „vibrációs szita” szokványos működési jellemzőivel, időtartama 1—3 perc, és ezen működési periódust óránként 2—4 alkalommal ismételtük meg. A vibrációs mozgás eredőjének a lerakodott szilárd fázis kivezetésének irányával célszerű egybeesni. A vibrációs mozgatás hatására létrejövő szilárd fázis haladási iránya ellentétes a fluidizáció révén továbbított anyag haladási irányával. Az eltérő működési irány a szétválasztás egyik garanciája.

A vibrációs mozgás vektora célszerűen áthalad a berendezés súlypontján és a függőlegeshez ké|x\st a dőlésszögű. Az a dőlésszög célszerű értéke 0 °C—70 °C. A leggyakoribb előnyös a érték, mintegy 45 *C-os.

A nem fluidizált vagy más néven lerakodott szilárd fázis a periodikus vibrációs hatás következtében a fluidizáció révén mozgatott anyaggal ellentétes irányban haladva a porózus 3 fal mentén jut a kiürítő nyíláshoz. A porózus 3 fal általában vízszintes helyzetű, amely a fluidizációs jelenség kialakulásához szükséges. Mindazonáltal a vízszintestől való 3°-nál kisebb eltérés megengedhető.

Példa.

Timföldnek olvadék elektrolízissel alumíniummá történő feldolgozásánál alkalmazzák az ún. 1 lall-I Icroult eljárást, amelynél a timföldet konkrét esetben ún. fluidizációs ágy működési elvét felhasználó eljárással juttatják egy tároló övezettől legalább egy felhasználási övezetig. A műveleteknél a találmány szerinti berendezést alkalmaztuk, amellyel a két, egymással összekevert szilárd fázis szétválszatása a fluidizációs folyamat alkalmával teljes mértékben megoldható volt. Az egyik szilárd fázist a továbbítandó timföld képezte, míg a másik nem fluidizálliató fázist a különböző timföldtől zömült aglomerátumok alkották.

A találmányunk szerinti berendezést a szállított, illetve továbbított poralakú anyag áramlási irányával ellentétesen helyeztük el olymódon, hogy a nem fluidizálható lerakodott szilárd fázis konglomerátumok eltávolíthatók legyenek a fluidizációs ágy elvén működő szállítóműből, mie lőtt azok a timföld továbbítási pályájára kerültek volna.

A találmányunk szerinti berendezés konkrét példánál felhasznált kiviteli alakja 3 m hosszú és 60 cm széles. Az alsó 1 köpeny magassága 10 cm, mfga felső 2 köpeny magassága 45 cm.

Aporózus 3 falfelülete 1,4 m². A timföld kiszolgálásnál felhasznált fluidizációs gáz nyomása a köpenyben 5 880 Pa és a fluidizációs gáz kumulált átáramoltatási értéke 2 Nm’/perc.

A találmányunk szerinti berendezést tradicionális

196 918 módon szolgáltuk ki, két egymással összekevert szilárd fázissal (timfölddel és timföld aglomerátumokkal) óránként mintegy 61 mennyiségben.

A vibrációs 9 egységgel megvalósított irányított vibrációs hatást excenteres típusú vibrátorral oldottuk meg. A vibrációs mozgás vektorának a vízszintes síkkal bezárt szöge 45° volt. A vibráció jellemzői: percenkénti 1500 frekvencia, 4 mm-űes amplitúdó.

A vibrációs hatást két perces időtartamig óránként két alkalommal fejtettük ki.

A találmány szerinti berendezést folyamatosan üzemeltettük, mintegy 6 hónapos időtartamig. Ez alatt az időtartam alatt 26 0001 timfölddel szolgáltuk ki az alumíniumgyártó berendezést. Ezen munka folyamán mintegy 5100 kg nem fluidizálható aglomerálódott szilárd fázist távolítottunk el a 13 nyíládon keresztül, amely mintegy 0,2 kg szétválasztott, nem fluidizálható szilárd fázisnak, másnéven konglomerátumnak felel meg fluidízációs működést elven továbbított timföld tonnánként.

A találmány szerinti megoldás előnye, hogy a részben szennyezők hatására vagy más körülmények miatt kialakuló nem fluidizálható szilárd fázis részek a berendezéssel szétválaszthatok a fluidizálható továbbítandó poralakú másik szilárd fázistól, és ennek következtében a felhasználási helyek kiszolgálása a fluidízációs működési elven továbbított poralakú anyaggal folyamatos lehet.

Szabadalmi igénypontok

Claims (7)

1. Fluidízációs ágy, két összekevert szilárd halmazállapotú fázis szétválasztására, ahol az egyik fázis a másik fázis fluidízációs feltételei mellett nem fluidizálható; amely fluidízációs ágy háza rugalmas felfüggesztésű és alsó fluidízációs gázáram köpennyel és felső fluidizált anyagot továbbító köpennyel van kialakítva; ahol a köpenyek között porózus fal van; továbbá legalább egy gázellátó vezeték van az alsó köpenybe csatlakoztatva, valamint legalább egy gázelvezető vezeték van a felső köpenybe csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy alsó köpenyének (1), — a két, összekevert szilárd halmazállapotú fázist szabályozottan bevezető eleme (6) van, — a ház homlokfali síkján elrendezett, fluidizált szilárd fázist kibocsátó túlfolyója (7) van, — a lerakódott szilárd fázist ürítő, a válaszfalon (12) a porózus fal (3) magasságában kialakított nyílása (13) van a felső köpeny (2) túlfolyóval (7) átellenes végén, továbbá — a porózus falhoz (3) csatlakoztatott vibrációs egysége (9) van, ahol a vibráció frekvenciája célszerűen 750 és 1500 között van percenként, amplitúdója pedig célszerűen 2—5 mm; továbbá a vibrációs moz15 gásnak porózus fal (3) irányú, a túlfolyóval (7) átellenes oldalra mutató vektorérlelmű összetevője van.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy vibrációs egységgel (9) létrehozott mozgásvektor a porózus fallal (3) célszerűen 20° és 60°

20 közötti szöget zár be.

3. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy óránként célszerűen 2—

4 alkalommal 1 —3 perces időtartamig vibrációs mozgásvektor létrehozó vibrációs egysége (9) van.

25 4. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a porózus fal (3) vízszintes vagy vízszintes síktól legfeljebb 3°-os szöggel eltérő helyzetű.

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a lerakodott szilárd

30 fázist ürítő szerkezete tartállyal (14), valamint szelepek (16, 17) közötti zsilippel (15) van kialakítva.

6. Az 1—5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a lerakódon szilárd fázist tároló tartálya (14) fluidízációs ággyal, továbbá

35 a felső 2 köpenybe vezető, fluidízációs gázt (levegőt) átbocsátó nyílással (18) van kialakítva.

7. Az 1—6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a lenikódolt szilárd fázist ürítő nyílása (3) nyitó- és záró elemmel (13a)

40 van ellátva.