NO300257B1 - Apparat for sortering av partikkelformig materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et apparat for sortering av partikkelformig materiale, som angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Bakgrunn

Partikkelklassifisering eller -sortering er svært viktig i mange knuseprosesser. Generelt kan energiforbruket i knuseprosesser reduseres drastisk med en høy klassifiseringseffektivitet. Ideell klassifisering kan defineres som separasjon av en partikkelstrøm i to fraksjoner, en med innhold av kun fint materiale (under en spesifisert størrelse) og en andre av kun grovere partikler. I praksis kan imidlertid noen korn i materialføden til klassifiseringsapparatet bli med både i den grove og den fine strømmen. Innholdet av fint materiale i den grove strømmen og grovt materiale i den fine strømmen gir en måling på klassifiseringseffektivitet. Mengden av grovt materiale i den fine fraksjonen bestemmes hovedsakelig av rotor konstruksjonen. I praksis gir rotorklassfiseringsapparat (tvungen rotasjon) svært lite innhold av grovt materiale i den fine strømmen. På den andre siden er mengden av fint materiale i den grove strømmen svært forskjellig for mange klassifiseirngsapparat siden den avhenger av konstruksjonen. Dette er hovedindikatoren på klassifiseringseffektivitet.

US patentskrift 4.260.478 beskriver et apparat for klassifisering av partikler omfattende et hus med et utløp for fine partikler ved toppen av apparatet og et utløp for grovt materiale ved bunnen. En luftstrøm omfattende dispergert usortert materiale tilføres sorteringssonen nedenfra gjennom et vertikaltragende tilførselsrør. Sorteringssonen er forsynt med to koaksiale rotorer eller separasjonshjul, der den indre rotoren er forsynt med en tilførselskon som roterer med samme. Tilførselskonen er arrangert for å fordele materialet i sorteringssonen. Denne konstruksjonen har flere ulemper: for det første er tilførselskonen utsatt for stor slitasje grunnet store kollisjonskrefter mellom den roterende tilførselskonen og det oppadstrømmende usorterte materiale. Etter en viss driftstid kan konen oppvise ujevnt fordelte fordypninger og tilsvarende i den utvendige overflata, som kan etablere ubalanse og slitasje på rotorblad-lagre og motoren forbundet med samme. For det andre er utløpsseksjonen for fjerning av luft og sortert fint materiale fra sorteringssonen formet som et ordinært 90° bend, som fører til friksjonstap, og av den grunn kreves større energiforbruk ved lufttilførselsenden av sorteringsprosessen. Siden den største diameter av tilførselskonen er mindre enn den ytre diameter av de indre rotorbladene, vil dessuten materialet kontakte rotorbladene og føre til slitasje på samme.

Et liknende apparat er beskrevet i US patentskrift 2.968.401. Her er det ikke arrangert noe lufttilførselsrør vertikalt inne i sorteringssonen, og materialet som skal sorteres tilføres direkte inn i sorteringssonen dispergert i en luftstrøm. Denne sistnevnte konstruksjonen gir en lav sorteringseffektivitet siden fint materiale blandes med usortert materiale. Som med den førstnevnte kjente konstruksjonen, er tilførselskonen festet til rotorbladene og roterer sammen med disse. Den radielle ett-punkts tilførsel av materiale som skal sorteres gir dessuten en lav dispergeirngsgrad. Denne konstruksjonen er imidlertid forsynt med et spiralformet utløp for fint materiale, som reduserer friksjonstapet siden sentrifugalkraft omdannes til ensrettet kinetisk energi.

DE patentskrift 920.704 beskriver en partikkelseparator av liknende type som beskrevet foran. Denne konstruksjonen representerer imidlertid et tidlig trinn i utviklingen av slike apparater, og gir en lav sorteringseffektivitet, hovedsakelig på grunn av lite volum tilgjengelig for sortering. Også i denne konstruksjonen er rotorbladene utsatt for slitasje siden partikkelføden kontakter bladene direkte.

Den mest relevante kjente teknikk anses for å være representert ved US patentskrift 4.528.091, som er den foretrukne konstruksjonen i kommersiell anvendelse, særlig med hensyn til sorteringseffektivitet.

Sorteringssonen er forsynt med fire rotor-enheter fordelt i et horisontalplan og i innbyrdes lik avstand. Rotorene roterer om en horisontal akse. Her er en stasjonær tilførselskon anbrakt under rotorene. Et vertikalt arrangert tilførselsrør for delvis sortert materiale, fra den sekundære sorteringssonen nedenfor, dispergert i en luftstrøm er lokalisert under tilførselskonen. Tilførselsrøret oppviser en øvre seksjon formet som en avkortet kon og en sylinderformet nedre seksjon som avsluttes over en sekundær sorteringssone. Den sekundære sorteringssonen er forsynt med luft som strømmer tangentielt inn i samme, og er forsynt med nok en rotorenhet arrangert koaksialt med lengdeaksen av hovedapparatet.

Materiale som skal sorteres tilføres sorteringssonen med en skruetransportør inn i det ringformete avsnitt etablert av det indre huset i apparatet og den utvendige overflata av tilførselsrøret.

Også denne konstruksjonen har flere ulemper. For det første fører den periferiske tilførsel av materiaføde til en dårlig dispergering av det partikkelformige materiale i lufta, som igjen fører til en lavere sorteringseffektivitet, og for det andre vil arrangementet av den sekundære sorteringssonen etablere en stasjonær (ikke-roterende) sone nær rotasjonsaksen for luft og dispergert partikkelformig materiale, som igjen reduserer sorteringseffektivitet.

Det er følgelig behov for et apparat, som i tillegg til en høy sorteringseffektivitet gir en lav driftskostnad sammenliknet med eksisterende tekniske løsninger.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å framskaffe et apparat av typen beskrevet foran som unngår ulempene forbundet med de respektive konstruksjonene.

Oppfinnelsen

Dette formålet oppnås med et apparat ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere foretukne utførelser framgår av det uselvstendige kravet.

Oppfinnelsen angår et apparat av typen tvungen luftrotasjon for sortering av partikkelformig materiale til en fin del og en grov del, og apparatet omfatter

en øvre seksjon med en generelt avkortet kon-form og omfattende et separasjonshjul som roterer om en hovedsakelig vertikal akse, innløpsorgan for luft og partikkelformig materiale som skal sorteres, og et første utløp for luft og sortert fint partikkelformig materiale, og

en nedre seksjon med en generelt avkortet kon-form og omfattende et andre utløp for sortert grovt partikkelformig materiale, og et sekundært luftinnløp, og den nedre seksjonen er i strømningsmessig kommunikasjon med den øvre seksjon og oppviser en øvre diameter som er større enn diameteren for den nedre enden av den øvre seksjonen. I henhold til oppfinnelsen omfatter apparatet i kombinasjon:

et spiralformet utløp for fjerning av sortert fint materiale dispergert i luft,

et innløpsrør for tilførsel av partikkelformig materiale dispergert i en luftstrøm, hvilket innløpsrør er arrangert med sin lengdeakse ragende generelt vertikalt og inne i

sorteringsapparatets hus og rager fra en avstand under separasjonshjulet og ned gjennom den nedre seksjonen av sorteringsapparatets hus,

en fødefordeler med en spiss ende rettet nedover og arrangert hovedsakelig konsentrisk med innløpsrøret og separasjonshjulet, og valgfritt forbundet med den øvre enden av innløpsrøret med hjelp av minst to forbindelsesorgan, slik som stag og liknende, og fødefordeleren er dimensjonert og arrangert i en avstand under separasjonshjulet på en måte som leder føden av usortert materiale forbi separasjonshjulet, og

en sekundær sorteringssone omfattende et generelt traktformet nedre hus, hvis øvre seksjon oppviser et sekundært luftinnløp arrangert tangentielt på omkretsen av det nedre huset for å tilføre sekundærluft i en retning sammenfallende med rotasjonsretningen for separasjonshjulet.

Sorteringsapparatet ifølge oppfinnelsen gir høy sorterings-effektivitet takket være dets utforming: - det generelt vertikaltragende innløpsrøret gir en god dispergering av føden i lufttilførselsn og fører ikke til kollisjon mellom føden og den sorterte grovstrømmen. Innløpsrøret gir følgelig en høyere sorteringseffektivitet; - det spiralformete utløpet for finfraksjonen omdanner den sirkulerende luftstrøm til en rett og hovedsakelig turbulent strøm, som reduserer friksjonstapet som opptrer med utløp i form av et rett rør eller et vanlig bend; - tilførselen av sekundærluft gir en høy sorteringseffektivitet ved å skille fint materiale forbundet med det grove materialet som faller ned gjennom de øvre seksjonen og deretter gjennom den nedre seksjonen, og - tilførselskonen, som er festet til innløpsrøret, gir en jevn fordeling av fødematerialet rundt rotoren, og god dispergering i lufta før sorteringen starter. Siden tilførselskonen er statisk med hensyn til rotoren og til luftføden som inneholder usortert materiale, vil det opptre svært lite slitasje på overflata av tilførselskonen. Dessuten vil arrangementet av fødefordeleren i forhold til separasjonshjulet hindre at partiklene som skal sorteres kolliderer med separasjonshjulet, for slik å etablere en god dispergering av det partikkelformige materialet i sorteringssonen og unngå slitasje på separasjonshjulet.

I det etterfølgende er oppfinnelsen beskrevet i nærmere detalj med henvisning til figurer, der

figur 1 er ei skjematisk skisse som illustrerer en utførelsesform av apparatet i henhold til oppfinnelsen i et lengdesnitt,

figur 2 er ei snittskisse tatt langs linja A-A i figur 1, vinkelrett på lengdeaksen av apparatet, av det spiralformete utløpet for luft og grovt materiale,

figur 3 er ei snittskisse tatt langs linja B-B i figur 1, vinkelrett på lengdeaksen av apparatet, av den primære sorteringssonen,

figur 4 er ei snittskisse tatt langs linja C-C i figur 1, vinkelrett på lengdeaksen av apparatet, av det sekundære luftinnløp, og

figur 5 er et diagram som illustrerer partikkelstørrelsesfordelingen som oppnås ved sortering med et apparat ifølge oppfinnelsen og et kjent apparat.

I henhold til figur 1 tilføres fødemateriale sorteringsapparatet blandet med luft gjennom det vertikale røret 106. Deretter blir det fordelt inne i den øvre seksjonen 101 av sorteringsapparatet av fødefordeleren 107. Ettersom materialet nærmer seg rotoren 111, forbundet med et drivorgan (ikke vist) via en aksel 112, blir det fine materialet fanget opp av luftstrømmen og ført gjennom rotorbladene Illa og inn i den spiralformete utløpsseksjonen 102 via en åpning 113 og forlater sorteringsapparatet sammen med hovedluftstrøm men.

I figur 1, som viser en foretrukket utførelsesform, er fødefordeleren 107 illustrert som en kon arrangert med spissen rettet nedover og med en øvre endediameter som er litt mindre enn den utvendige diameter av separasjonshjulet. Fødefordeleren er arrangert i en viss avstand under separasjonshjulet slik at en imaginær kon (ikke illustrert) etablert som en forlengelse av den reelle kon 107 innkapsler eller i det minste berører den nedre enden av separasjonshjulet. På denne måten blir det partikkelformige materialet som skal sorteres ledet tett inntil separasjonshjulet men hindrer at partikler kolliderer med sistnevnte. Form og orientering av fødefordeleren er imidlertid avhengig av lufthastigheten og slitasjetoleransen for materialet i selve fordeleren.

Følgelig må en fødekon med en relativt liten diameter arrangeres i en større avstand fra separasjonshjulet, og en fødekon med samme diameter som separasjonshjulet kan arrangeres svært nær separasjonshjulet. Andre former er imidlertid også aktuelle: f.eks. en kon med en buet lengdeflate, som leder strømmen mere radielt enn en kon med samme høyde og diameter med ei 'plan' overflate. Denne sistnevnte konstruksjonen gjør det mulig å arrangere fødefordeleren tett inntil separasjonshjulet.

Det grove materialet avledes på utsiden av rotoren 111 på grunn av sentrifugalkrefter og faller ned i oppsamlingssonen 110 for grovt materiale og videre til utløpssonen 103. Etter oppsamlingssonen 110 for grovfraksjonen, blir materialet underlagt en ekstra rensing mht. fine korn av sekundærluft 105 som kommer tangentielt inn i den nedre seksjonen eller utløpssonen 103. Nærværet av tilførselsrøret 106 ved det sekundære luftinnløpet 105 hindrer at det etableres en stasjonær luftsone, som diskutert i forbindelse med den kjente teknikk foran. De fine kornene som er fjernet fra overflata av de grove kornene kan deretter tas opp til rotor-området av lufta som strømmer oppover til den primære sorteringssonen. Figur 2 viser utløpet 102 av sorteringsapparatet tatt radielt med hensyn til lengdeaksen av apparatet. Utløpet kommuniserer med den primære sorteringssonen via en åpning 113 i den endre seksjonen av utløpshuset 102, og akselen hos rotoren eller separasjonshjulet 111 er indikert ved 112. Mens lufta som kommer fra separasjonshjulet gjennom åpningen 113 strømmer gjennom utløpssonen, her i retning urviseren, blir sentrifugalkreftene gradvis omdannet til en rettlinjet strøm for slik å redusere friksjonstapet som opptrer med utløp formet som eksempelvis et 90° bend. Figur 3 viser den primære sorteringssonen i form av et snitt tilsvarende figur 2, der det øvre huset er indikert ved 101, rotoren ved 111 med et antall generelt radielt rettede blader, og en aksel 112. Figur 4 viser den sekundære sorteringssonen i form av en skisse tilsvarende figur 2 og 3, der det sekundære luftinnløpet er indikert ved 105, festet tangentielt til omkretsen av den nedre seksjonen 103. Siden innløpsrøret 106 for luft og materiale som skal sorteres opptar den sentrale del av den sekundære sorteringssonen, vil det ikke etableres noen stasjonær luftkjerne som kan hemme ytelsen av sorteringsapparatet.

Eksempel

Dette eksemplet har til hensikt å illustrere den forbedrete drift av apparatet ifølge oppfinnelsen sammenliknet med den foretrukne kjente teknikk represerntert ved US patentskrift 4.528.091 angitt foran, heretter beskrevet som 'Alpine-systemet'. De respektive apparatene ble brukt til sortering av partikkelformig silisiumkarbid. Prosessparametrene, som er tabulert nedenfor, ble justert for å oppnå så jevne betingelser som mulig, dvs. samme mengde luft per åpningsareal i rotoren, og samme konsentrasjon av føde i luftstrømmen.

Figur 5 viser resultatet av sorteringen. På tross av svært lav konsentrasjon av fødemateriale i lufta (0.15 kg/m<3>) under sorteringen, inneholder grovfraksjonen sortert i det kjente apparatet en mengde fine korn som normalt skulle sorteres til finfraksjonen. Det foreliggende apparatet gir imidlertid en svært smal partikkelstørrelsesfordeling, som framgår av figuren. Resultatet med hensyn til finfraksjonen er imidlertid den samme for begge apparatene.

For mange produsenter, særlig produsenter av slipemidler, er det uhyre viktig at det sorterte materialet oppviser en smal partikkelstørrelsesfordeling. En mere effektiv sortering gir også større kapasitet og energi-effektiv oppmaling i knusesystemer som anvender sorteringsapparat som drives i lukkete sløyfer.

Oppfinnelsen anviser følgelig et apparat som fører til en effektivere sortering og et produkt med høyere kvalitet, og takket være arrangementet av utløpet for grovfraksjonen, tilførselsrøret og sekundærlufta, gir det reduserte friksjonstapet en mere energi-effektiv i sortering.

Claims (2)

1. Apparat av typen tvungen luftrotasjon for sortering av partikkelformig materiale til en fin del og en grov del, hvilket apparat omfatter: en øvre seksjon (101) med en generelt avkortet kon-form og omfattende et separasjonshjul (111) som roterer om en hovedsakelig vertikal akse, innløpsorgan for luft og partikkelformig materiale som skal sorteres, og et første utløp (102) for luft og sortert fint partikkelformig materiale, og en nedre seksjon (103) med en generelt avkortet kon-form og omfattende et andre utløp (104) for sortert grovt partikkelformig materiale, og et sekundært luftinnløp (105), karakterisert ved at apparatet i kombinasjon omfatter et spiralformet utløp (102) for fjerning av sortert fint materiale dispergert i luft, et innløpsrør (106) for tilførsel av partikkelformig materiale dispergert i en luftstrøm, hvilket innløpsrør (106) er arrangert med sin lengdeakse ragende generelt vertikalt og inne i sorteringsapparatets hus (101,103) og rager fra en avstand under separasjonshjulet (111) og ned gjennom den nedre seksjonen (103) av sorteringsapparatets hus, en fødefordeler (107) med en spiss ende rettet nedover og arrangert hovedsakelig konsentrisk med innløpsrøret (106) og separasjonshjulet, og valgfritt forbundet med den øvre enden av innløpsrøret (106) med hjelp av minst to forbindelsesorgan (108), slik som stag og liknende, og fødefordeleren er dimensjonert og arrangert i en avstand under separasjonshjulet på en måte som leder føden av usortert materiale forbi separasjonshjulet (Hl), og en sekundær sorteringssone omfattende et generelt traktformet nedre hus (103), hvis øvre seksjon oppviser et sekundært luftinnløp (105) arrangert tangentielt på omkretsen av det nedre huset (103) for å tilføre sekundærluft i en retning sammenfallende med rotasjonsretningen for separasjonshjulet (111).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at fødefordeleren (107) er formet som en kon og oppviser en største diameter som tilsvarer den utvendige diameter av separasjonshjulet (111).