(12) OPIS PATENTOWY (19) PL. (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: ,PCT/CA96/00336

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: ,PCT/CA96/00336 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: ,WO96/35514, PCT Gazette nr 50/96 (11) (13) B1 (51) IntCl7: B04B 1/00 B04B 1/06 (54) Separator odśrodkowy (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: US,08/ Knelson Benjamin, Langley, CA (43) Zgłoszenie ogłoszono: (72) Twórca wynalazku: BUP 10/97 Benjamin Knelson, Langley, CA (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (74) Pełnomocnik: WUP 09/00 Kamiński Zbigniew, KANCELARIA PATENTOWA PL B1 1. Separator odśrodkowy, do rozdzielania mieszaniny (57) materiałów na składniki o różnych ciężarach właściwych, złożony z obrotowej misy otwartej od góry i składającej się z dna połączonego z obwodową stożkową ścianką pokrytą od wewnątrz wykładaną i zaopatrzoną w pierścieniowe zagłębienia, w których zbierają się cząstki składnika o większym ciężarze właściwym, przy czym zagłębienia te są połączone z umieszczonymi na zewnątrz misy kanałami odpływowymi dla cząstek oddzielonego składnika o większym ciężarze właściwym i są wyposażone na swym dnie w układ otworów fluidyzacyjnych, zaopatrzonych w zespoły strumieniowe połączone z komorą wodną, znajdującą się między wewnętrzną a zewnętrzną ścianką misy, a także z zespołu napędowego, nadającego misie ruch obrotowy, oraz z przewodu dopływowego mieszaniny przeznaczonych do rozdziału składników, umieszczonego wewnątrz misy, przy czym otwór wylotowy tego przewodu znajduje się w pobliżu dna misy, a także z obudowy misy wyposażonej w odpływy do odprowadzenia rozdzielonych w separatorze składników o różnych ciężarach właściwych, znamienny tym, że wewnętrzna stożkowa powierzchnia wykładziny (23) wewnętrznej obwodowej ścianki (15) misy (10) składa się z dolnej, gładkiej, stożkowej powierzchni (24A), sięgającej od dna (16) misy (10) w górę do krawędzi (50), znajdującego się nad nią zagłębienia (24B) oraz z górnej stożkowej powierzchni, w której... FIG I

2 Separator odśrodkowy Zastrzeżenia patentowe 1. Separator odśrodkowy, do rozdzielania mieszaniny materiałów na składniki o różnych ciężarach właściwych, złożony z obrotowej misy otwartej od góry i składającej się z dna połączonego z obwodową stożkową ścianką pokrytą od wewnątrz wykładziną i zaopatrzoną w pierścieniowe zagłębienia, w których zbierają się cząstki składnika o większym ciężarze właściwym, przy czym zagłębienia te są połączone z umieszczonymi na zewnątrz misy kanałami odpływowymi dla cząstek oddzielonego składnika o większym ciężarze właściwym i są wyposażone na swym dnie w układ otworów fluidyzacyjnych, zaopatrzonych w zespoły strumieniowe połączone z komorą wodną znajdującą się między wewnętrzną a zewnętrzną ścianką misy, a także z zespołu napędowego, nadającego misie ruch obrotowy, oraz z przewodu dopływowego mieszaniny przeznaczonych do rozdziału składników, umieszczonego wewnątrz misy, przy czym otwór wylotowy tego przewodu znajduje się w pobliżu dna misy, a także z obudowy misy wyposażonej w odpływy do odprowadzenia rozdzielonych w separatorze składników o różnych ciężarach właściwych, znamienny tym, że wewnętrzna stożkowa powierzchnia wykładziny (23) wewnętrznej obwodowej ścianki (15) misy (10) składa się z dolnej, gładkiej, stożkowej powierzchni (24A), sięgającej od dna (16) misy (10) w górę do krawędzi (50), znajdującego się nad nią zagłębienia (24B) oraz z górnej stożkowej powierzchni, w której znajduje się przynajmniej jedno pierścieniowe zagłębienie (24B) z układem otworów fluidyzacyjnych (34) oraz kanałów odpływowych (40) oddzielonego składnika o większym ciężarze właściwym oraz stożkowe obrzeże (51) misy (10). 2. Separator według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokość gładkiej powierzchni (24A) wykładziny (23) wewnętrznej obwodowej ścianki (15) misy (10), mierzona wzdłuż osi misy od powierzchni jej dna (16) do krawędzi (50) dolnej powierzchni (25A) pierwszego od dołu zagłębienia (25A) jest większa od mierzonej wzdłuż osi misy (10) odległości tej krawędzi od zewnętrznej krawędzi obrzeża (51) górnego otworu (17) misy (10). 3. Separator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że górna część wykładziny (23), pokrywającej wewnętrzną powierzchnię wewnętrznej stożkowej ścianki obwodowej (15), jest zaopatrzona w dwa zagłębienia (24B) i (24C). 4. Separator według zastrz. 1, znamienny tym że znajdujące się wokół dna zagłębień (25A) i ( 25B) otwory fluidyzacyjne (34) są umieszczone nad i pod znajdującymi się w dnie tych pierścieniowych zagłębień kanałami odpływowymi (40). * * * Przedmiotem wynalazku jest separator odśrodkowy, do rozdzielania mieszaniny materiałów na składniki o różnych ciężarach właściwych. Znany ze stanu techniki separator jest złożony z obrotowej misy otwartej od góry i składającej się z dna połączonego z obwodową stożkową ścianką pokrytą od wewnątrz wykładziną i zaopatrzoną w pierścieniowe zagłębienia, w których zbierają się cząstki składnika o większym ciężarze właściwym. Zagłębienia te są połączone z umieszczonymi na zewnątrz misy kanałami odpływowymi dla cząstek oddzielonego składnika o większym ciężarze właściwym. Zagłębienia są wyposażone na swym dnie w układ otworów fluidyzacyjnych, zaopatrzonych w zespoły strumieniowe połączone z komorą wodną znajdującą się między wewnętrzną a zewnętrzną ścianką misy, a także z zespołu napędowego, nadającego misie ruch obrotowy, oraz z przewodu dopływowego mieszaniny przeznaczonych do rozdziału składników, umieszczonego wewnątrz misy, przy czym otwór

3 wylotowy tego przewodu znajduje się w pobliżu dna misy, a także z obudowy misy wyposażonej w odpływy do odprowadzenia rozdzielonych w separatorze składników o różnych ciężarach właściwych. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US znany jest separator odśrodkowy z obrotową misą wyposażoną w stożkową obwodową ściankę, w której znajduje się szczelina odpływowa, otwierana w celu odprowadzenia zgromadzonego w niej składnika o większym ciężarze właściwym. Podobnego typu separatory odśrodkowe są znane również z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych AP nr nr US oraz US Z opisu zgłoszeniowego PCT, opublikowanego za nr WO 93/13864 znana jest konstrukcja separatora odśrodkowego, podobna do omawianych w wyżej wymienionych opisach patentowych, w której składnik o większym ciężarze właściwym jest odbierany z misy za pomocą promieniowych kanałów zaopatrzonych w zawory z regulowaną siłą otwarcia. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US , opracowanego przez twórcę niniejszego wynalazku, znany jest separator odśrodkowy służący do oddzielania siarki od węgla w celu zmniejszenia emisji siarki w procesach spalania. Separator ten jest wyposażony w obracającą się z dużą prędkością kątową - rozszerzającą się do góry stożkową misę wyłożoną wewnątrz wykładziną zaopatrzoną na wewnętrznej powierzchni w pierścieniowe zagłębienia, w których następuje fluidyzacja doprowadzonej centralnym przewodem mieszaniny ziaren przy użyciu wody wtryskiwanej z zewnątrz separatora przez otwory fluidyzacyjne w dnach zagłębień. Cząsteczki składnika mieszaniny o większym ciężarze właściwym są przy tym odprowadzane z dna zagłębień przez kanały odpływowe do odpowiedniego koryta odpływowego w obudowie separatora, natomiast cząstki składnika o mniejszym ciężarze właściwym wypływają wraz z wodą przez górny otwór otwartej misy do innego koryta odpływowego. Separator ten, wobec dużej liczby pierścieniowych zagłębień w wykładzinie oraz dużej liczby elementów konstrukcyjnych i regulacyjnych, jest stosunkowo kosztowny w eksploatacji. Ponadto okazało się, że rozdział składników mieszaniny o różnych ciężarach właściwych nie następuje z dokładnością niezbędną dla wielu procesów przemysłowych. Jednakże technika rozdzielania mieszaniny materiałów przy użyciu tego rodzaju separatora, wykorzystująca rozmieszczone wzdłuż osi misy pierścieniowe zagłębienia ze znajdującymi się w ich dnie otworami fluidyzacyjnymi do wtryskiwania wody, a także kanałami odpływowymi dla składnika o większym ciężarze właściwym, została doświadczalnie uznana za bardzo skuteczną pozwalając na osiągnięcie dużej wydajności i na znaczne ograniczenie strat w porównaniu do innych typów separatorów. Niedogodność tej techniki polega na odkładaniu się oddzielanego materiału o określonym ciężarze właściwym na dnie kolejnych zagłębień oraz wiąże się z koniecznością odprowadzania znacznych ilości wody wtryskiwanej do misy przez otwory fluidyzacyjne, jak również na oddzielaniu tej dużej ilości wody od materiału wypływającego wraz z nią z misy separatora. Niedogodności te ograniczają możliwość zastosowania separatora odśrodkowego, według opisu patentowego US , do przypadków dysponowania nieograniczoną ilością wody. Badania eksploatacyjne separatora według powyższego opisu patentowego, które doprowadzały do niniejszego wynalazku wykazały, że znaczne polepszenie efektów separacji można uzyskać przez nadanie mieszaninie przeznaczonych do rozdzielenia składników - ciągłego, laminarnego ruchu wzdłuż dolnej części powierzchni stożkowej obwodowej misy z równoczesnym wtryskiwaniem wody do wnętrza pierścieniowego zagłębienia, znajdującego się w górnej części tej misy. Wskutek tego, już w trakcie laminarnego ruchu mieszaniny dolnej części misy, następuje pod działaniem siły odśrodkowej - rozdzielenie mieszaniny na bliższą wewnętrznej powierzchni misy warstwę składnika o większym ciężarze właściwym, wpływającą do kolejnych zagłębień, w których materiał ten podlega fluidyzacji za pomocą wtryskiwanej wody, natomiast wierzchnia warstwa składnika o mniejszym ciężarze właściwym przepływa nad zagłębieniami i wypływa na zewnątrz z górnego otworu misy. Oczywiście ciągłość rozdzielania jest uwarunkowana ciągłym odprowadzaniem składnika o większym

4 ciężarze właściwym przez kanały odpływowe znajdujące się na dnie pierścieniowych zagłębień. Próby eksploatacyjne powyższej techniki wykazały słuszność jej założeń i wyższą jakość składników otrzymanych w wyniku rozdziału mieszaniny. Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji separatora odśrodkowego, który umożliwi realizację opisanej wyżej techniki zapewniając ciągły laminarny ruch mieszaniny w misie separatora przed osiągnięciem przez nią pierścieniowych zagłębień, a tym samym wstępne rozwarstwienie materiału na składnik o większym i o niniejszym ciężarze właściwym. Cel ten został zrealizowany w konstrukcji separatora odśrodkowego według wynalazku, która charakteryzuje się tym, że wewnętrzna stożkowa powierzchnia wykładziny wewnętrznej obwodowej ścianki misy składa się z dolnej, gładkiej, stożkowej powierzchni, sięgającej od dna misy w górę do krawędzi, znajdującego się nad nią zagłębienia oraz z górnej stożkowej powierzchni, w której znajduje się przynajmniej jedno pierścieniowe zagłębienie z układem otworów fluidyzacyjnych oraz kanałów odpływowych oddzielonego składnika o większym ciężarze właściwym oraz stożkowe obrzeże misy. Wysokość gładkiej powierzchni wykładziny wewnętrznej obwodowej ścianki misy, mierzona wzdłuż osi misy od powierzchni jej dna do krawędzi dolnej powierzchni pierwszego od dołu zagłębienia jest większa od mierzonej wzdłuż osi misy odległości tej krawędzi od zewnętrznej krawędzi obrzeża górnego otworu misy. Górna część wykładziny, pokrywającej wewnętrzną powierzchnię wewnętrznej stożkowej ścianki obwodowej, jest zaopatrzona w dwa zagłębienia. Promieniowe otwory fluidyzacyjne znajdujące się wokół dna zagłębienia są korzystnie umieszczone nad i pod znajdującymi się w dnie tych pierścieniowych zagłębień kanałami odpływowymi. Dzięki opisanej konstrukcji separatora możliwe stało się prowadzenie rozdzielania mieszaniny na składniki o różnych ciężarach właściwych przez jej wstępne rozdzielenie na stożkowej ściance dolnej części separatora oraz następne oddzielenie składnika o większym ciężarze właściwym w pierścieniowych zagłębieniach w górnej części separatora. Dzięki temu została zwiększona zarówno wydajność, jak i jakość składników będących wynikiem rozdziału mieszaniny. Wynalazek jest uwidoczniony w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku, przedstawiającym separator odśrodkowy według wynalazku, w przekroju osiowym. Separator złożony jest ze stożkowej, obrotowej misy 10, umieszczonej wewnątrz pokazanej fragmentarycznie, stałej obudowy wyposażonej w osiowy przewód dopływowy 12, przez który doprowadzana jest mieszanina poddawanych rozdzielaniu materiałów różniących się ciężarami właściwymi oraz w dwa odpływy, a mianowicie w odpływ 11 materiału lżejszego o mniejszym ciężarze właściwym i odpływ 14 materiału cięższego o większym ciężarze właściwym. Misa 10 składa się z części wewnętrznej 20, złożonej z dna 16 i z połączonej z nim stożkowej, obwodowej ścianki 15, otwartej u góry oraz z połączonej z nią i obejmującej nią - części zewnętrznej 25, również złożonej z dna 27 i obwodowej, stożkowej ścianki 26. Cała misa 10 jest osadzona na ułożyskowanym pionowym wale napędowym 18 i obracana wokół swej osi A przez zespół napędowy 19. Dno 16 wewnętrznej części 20 misy wykonanej z blachy metalowej jest płaskie, zaś jej obwodowa ścianka 15 ma postać ściętego stożka, rozszerzającego się do góry w kierunku górnego otworu 17, przy czym zarówno powierzchnia dna 16, jak i powierzchnia wewnętrzna obwodowej ścianki 15 są wyłożone grubą wykładziną poliuretanową 23. Wewnętrzna powierzchnia 24 wykładziny 23 styka się bezpośrednio z mieszaniną przeznaczonych do rozdzielenia materiałów dostarczaną do separatora przez przewód dopływowy 12. Część wewnętrzna 20 misy 10 jest umieszczona w części zewnętrznej 25, przy czym między tymi obydwoma częściami utworzona jest komora 28, napełniona wodą o podwyższonym ciśnieniu, doprowadzaną przez umieszczony wewnątrz wału napędowego 18 przewód 29 instalacji wodnej 30.

5 Obwodowa ścianka 26 zewnętrznej części 25 misy 10 jest szczelnie połączona wewnętrzną częścią swego szerokiego kołnierza 31 z górnym obrzeżem obwodowej ścianki 15 wewnętrznej części 20 uszczelniając komorę 28, przy czym zewnętrzną część kołnierza 31 wystaje poza obwodową ściankę 26. Wewnętrzna powierzchnia 24 wykładziny 23 ma w dolnej części misy 10 postać stożka ściętego 24A, zaopatrzonego u góry w dwa pierścieniowe zgłębienia 24B i 24C, z których każde jest ograniczone dwoma powierzchniami stożkowymi 25B i 25C. Obydwa pierścieniowe zagłębienia 24B i 24C w wykładzinie 23 są wyposażone w otwory fluidyzacyjne 34, znajdujące się w ich dnie i służące do pobierania wody z komory 28 w celu fluidyzacji materiału w rejonie zagłębień, a ponadto w kanały odpływowe 40, umieszczone wewnątrz cylindrycznej obudowy na zewnątrz obwodowej ścianki 26 zewnętrznej części 25 misy 10. Kanały odpływowe 40 stanowią przedłużenie pierścieniowych zagłębień 24B i 24C. W konstrukcji separatora odśrodkowego według wynalazku korzystne jest, aby otwory fluidyzacyjne 34, umieszczone wokół dna zagłębień 25A i 25B, znajdowały się nad i pod kanałami odpływowymi 40, umieszczonymi wokół osi dna tych pierścieniowych zagłębień. Gładka i pozbawiona zagłębień i występów stożkowa powierzchnia 24A wykładziny 23 dolnej, wewnętrznej części 20 misy 10, ograniczona od dołu dnem 16, a od góry dolną krawędzią 50 dolnego zagłębienia 24B ma wysokość większą od odległości tej dolnej krawędzi 50 zagłębienia 24B od płaszyczyzny górnego otworu 17, mierzonej wzdłuż osi misy 10. Pierścieniowe zagłębienie 24C ma średnicę zewnętrzną większą od zewnętrznej średnicy pierścieniowego zagłębienia 24B. Również średnica wewnętrznych krawędzi stożkowych powierzchni 24B i 24C tych zagłębień stopniowo wzrasta od krawędzi 50 zagłębienia 24B do krawędzi powierzchni 24C, ograniczającej od góry zagłębienie 24C. Wewnętrzna powierzchnia obrzeża 51 wykładziny 23 ponad górną krawędzią stożkowej powierzchni 25C stanowi stożek ścięty o dużym kącie nachylenia tworzącej, tworzący w najszerszym miejscu górny otwór 17 misy 10. W czasie eksploatacji separatora, przeznaczona do rozdzielenia mieszanina składników o różnych ciężarach właściwych jest doprowadzana przez otwór dopływowy 12, zaopatrzony w zwężoną końcówkę 12A, i spada na dno 16 wewnętrznej części 20 misy 10, na którym jest odrzucana siłą odśrodkową obracającej się misy 10 na zewnątrz, wypływając na dolną stożkową powierzchnię 24 wykładziny 23 obwodowej wewnętrznej ścianki 15, po której porusza się równocześnie ruchem obrotowym i ruchem postępowym do góry. Inaczej mówiąc, warstwa rozdzielanej mieszaniny, przylegająca do wewnętrznej powierzchni okładziny misy, porusza się ruchem obrotowym dokoła osi misy oraz wzdłuż tej osi do góry, przy czym średnica stożkowej części 24A powierzchni wewnętrznej 24 winna być tak dobrana, aby ruch mieszaniny miał charakter laminarny. Laminarny przepływ mieszaniny ułatwia, w trakcie ruchu na powierzchni stożkowej 24A jej rozdzielenie pod działaniem siły odśrodkowej na składnik o większym ciężarze właściwym oraz składnik o mniejszym ciężarze właściwym. Po osiągnięciu przez warstwę rozdzielanej mieszaniny, zagłębienia 24B, a następnie zagłębienia 24C, następuje rozdział jej składników, bowiem siłą odśrodkowa powoduje wytłoczenie składnika o większym ciężarze właściwym do wnętrza zagłębień 24B i 24C, a następnie przez kanały odlotowe 40 do odpływu 14 (odbiór nr 2). Natomiast składnik o mniejszym ciężarze właściwym jest dalej przesuwany wzdłuż powierzchni stożkowej 51 i zostaje wyrzucony siłą odśrodkową z górnego otworu 17 misy 10 do odpływu 11 (odbiór nr 1). W ramach wynalazku mogą zostać oczywiście dokonane różne modyfikacje, nie wykraczające jednak poza zakres zastrzeżeń patentowych. Niniejszy opis należy wobec tego uważać za przykład ilustrujący rozwiązanie wynalazku, lecz nie ograniczający zakresu ochrony z patentu.

6 FIG. I Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.