RS60722B1 - Hidrociklonski separator - Google Patents

Description

Opis

TEHNIČKA OBLAST PRONALASKA

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na aparat za klasifikovanje čestičnog materijala, kao npr. agregata. Specifičnije, predmetni pronalazak se odnosi na hidrociklonski separator za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji. Predmetni pronalazak se takođe odnosi na sistem koji sadrži veći broj hidrociklonskih separatora i na postupak za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji.

OSNOV PRONALASKA

[0002] Poznato je da su hidrociklonski separatori korisni za klasifikovanje ili razdvajanje na frakcije, grubih od finih čvrstih materijala suspendovanih u tečnosti. U principu, hidrociklon je zatvorena vrtložna mašina koja obično sadrži kratak cilindrični odeljak (odeljak glave) iza koga se nalazi (koničan) kupasti odeljak. Uvođenje suspenzije čvrstih materijala obezbeđeno je pod predefinisanim pritiskom tangencijalno ili u spiralnoj putanji u odeljak glave tako da u njemu stvara vrtložni tok fluida, pri čemu taj tok prati putanju čiji se poluprečnik postepeno smanjuje do tačke u kojoj je poluprečnik konusa najuži, a koja je uobičajeno poznata kao apeks.

[0003] Kako se spiralna putanja približava apeksu hidrociklona, jedan njen deo menja smer i počinje da teče ka suprotnom kraju, tj. ka cilindričnom odeljku. Takođe, ovaj tok prati spiralnu putanju čiji je prečnik manji od prečnika prve spirale, a pri tome se okreće u istom smeru. Tako se u hidrociklonu obrazuje vrtlog. Pritisak će biti niži duž centralne ose vrtloga i povećavaće se u radijalnom pravcu ka spolja. Ideja je da će hidrociklon razdvajati čestice kaše prema obliku, veličini i specifičnoj težini, gde će se čestice koje se brže talože kretati ka spoljašnjem zidu hidrociklona, napuštajući na kraju hidrociklon kroz vršni odvod. Čestice koje se sporije talože kretaće se ka centralnoj osi i putovaće ka odeljku glave, napuštajući na kraju hidrociklon kroz ispusnu cev nadprotoka. Ispusna cev se normalno pruža na dole u cilindrični odeljak tako da je sprečen kratak spoj dotoka.

[0004] Efikasnost ove operacije, odnosno oštrina razdvajanja grubljih od finijih čestica, zavisi od različitih faktora, kao što su npr. veličina vršnog otvora, brzina dotoka, i gustina materijala koji se razdvaja i klasifikuje. Uticaj na operaciju razdvajanje i/ili klasifikacije imaće i dužina konusnog odeljka od cilindričnog dela do vršnog otvora.

[0005] Ovo razdvajanje prema obliku, veličini i specifičnoj težini ponekad se označava kao “raslojavanje”. Međutim, ovo raslojavanje materijala se ne postiže uvek u potpunosti što dovodi do nepotpunog klasifikovanja. Osim toga, vršni otvor ima tendenciju da se zapuši tokom rada, naročito kada je razdvajanje čestica prilično efikasno što dovodi do toga se kroz vršni otvor potiskuje vrlo spora i gusta masa, tako da može da postoji potreba da se ovakvo stanje spreči ili otkloni. U US-2649963 je prikazan hidrociklon koji je pozicioniran na takav način da je ispust smešten na izdignutom položaju u odnosu na nalazač vrtloga.

[0006] Dakle, potreba za poboljšanjima i dalje postoji u ovoj oblasti tehnike, i specifičnije, postoji potreba za hidrociklonskim separatorom koji omogućava dobro razdvajanje ali u isto vreme smanjuje i rizik da se apeks zapuši tokom rada.

KRATAK OPIS PRONALASKA

[0007] Stoga je cilj predmetnog pronalaska da se obezbedi hidrociklonski separator, sistem i postupak za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji, koji otklanjaju sve ili najmanje neke od prethodno razmatranih nedostataka sistema koji su trenutno poznati.

[0008] Drugi cilj je da se obezbedi hidrociklon sa poboljšanim svojstvima raslojavanja u poređenju sa trenutno poznatim rešenjima.

[0009] Potrebno je shvatiti da se u tekstu koji sledi izraz uzorni koristi u smislu primer, slučaj ili ilustracija.

[0010] Ovi i drugi ciljevi se postižu posredstvom hidrociklonskog separatora, sistema i postupka za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji kao što je definisano u priloženim patentnim zahtevima.

[0011] Prema prvom aspektu predmetnog pronalaska, obezbeđen je hidrociklonski separator za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji. Hidrociklonski separator sadrži odeljak glave koji ima ulazni vod prilagođen da uvodi suspenziju u odeljak glave, ispusnu cev nadprotoka smeštenu u odeljku glave i vršni odvod. Hidrociklonski separator dalje sadrži kupasti odeljak za razdvajanje smešten između odeljka glave i vršnog odvoda, pri čemu kupasti odeljak za razdvajanje ima proksimalni i distalni kraj, i pri čemu se kupasti odeljak za razdvajanje sužava prema distalnom kraju. Osim toga, hidrociklonski separator sadrži odeljak za potporu toka obezbeđen u kupastom odeljku za razdvajanje ili između kupastog odeljka za razdvajanje i vršnog odvoda. Odeljak za potporu toka sadrži namanje jedan ulaz za potporu toka konfigurisan tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru najmanje delimično ka vršnom odvodu. Hidrociklonski separator je konfigurisan da bude orijentisan na takav način da je vršni odvod u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka.

[0012] Ovim je predstavljen hidrociklonski separator koji je u stanju da postigne poboljšanu funkcionalnu efikasnost sa smanjenim rizikom od zapušavanja vršnog odvoda. Poboljšanu ili povećanu funkcionalnu efikasnost u ovom kontestu bi trebalo shvatati kao poboljšani učinak npr. pri raslojavanju, klasifikovanju materijala, uklanjanju mulja, izdvajanju finih čestica, zgušnjavanju i uklanjanju vode.

[0013] U kontekstu predmetnog prikaza, izraz distalni ili distalno potrebno je shvatiti kao usmereno ka vršnom odvodu, a izraz proksimalni ili proksimalno, potrebno je shvatiti kao usmereno ka odeljku glave. Osim toga, smatra se da izrazi nadprotok i podprotok predstavljaju svoje normalno značenje u tehnici, uprkos činjenici da je inventivni hidrociklon konfigurisan tako da se koristi u obrnutoj orijentaciji, čime se izlaz nadprotoka (tj. izlaz lakih komponenti) smešta “ispod” izlaza podprotoka (tj. izlaza teških komponenti).

[0014] Predmetni pronalazak se najmanje delimično zasniva na shvatanju da se putem smeštanja hidrociklonskog separatora u obrnutu konfiguraciju, ukupna funkcionalna efikasnost povećava, ali po cenu povećanog rizika od zapušavanja vršnog odvoda. Dakle, pronalazači predmetnog pronalaska su shvatili da se obezbeđivanjem odeljka za potporu toka sa najmanje jednim ulazom za potporu toka, koji se koristi/koriste kako bi obrazovali potporni fluid duž unutrašnjih zidova vršnog odvoda, smanjuje rizik od lepljenja spore/guste mase za unutrašnje zidove vršnog odvoda. Drugim rečima, ulaz(i) za potporu toka obezbeđuje(u) određenu vrstu “podmazivanja” i potporu za ispuštanje podprotoka kroz vršni otvor.

[0015] Pošto je hidrociklon tokom rada u obrnutoj orijentaciji (može da se označi i kao invertovana ili polu-invertovana orijentacija), ispuštanje podprotoka podržava pritisak dotoka a suprotstavlja mu se gravitacija, za razliku od konvencionalnih sistema kod kojih je ispuštanje podprotoka podržano pritiskom dotoka i gravitacijom. Sistem mlaznica (ulaz(i) za potporu toka) u skladu s tim najmanje delimično kompenzuje gravitaciono delovanje u inventivnom hidrociklonskom separatoru. Grupa ulaza za potporu toka može da bude smeštena tako da ubrizgava tečnost (kao što je npr. voda) ili da ubrizgava gas (kao npr. vazduh), ili njihovu kombinaciju.

[0016] Potrebno je razumeti da izraz “obrnuta konfiguracija” označava da je hidrociklonski separator, kad je u upotrebi, orijentisan tako da je vršni odvod u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka. Drugačije rečeno, kada je hidrociklon u upotrebi, njegova duža centralna osa obrazuje ugao u opsegu od 91° - 269° u odnosu na vertikalnu referentnu osu, ukoliko se smatra da ravna, konvencionalna konfiguracija iznosi 0°. Savršeno ravna konfiguracija je ona kod koje je odvod nadprotoka smešten ravno iznad vršnog odvoda, a centralna osa je savršeno vertikalna. Dakle, izraz “obrnuta konfiguracija” nije neophodno shvatiti kao ograničen isključivo na orijentaciju od 180° pri kojoj je vršni odvod direktno iznad odvoda nadprotoka.

[0017] Odeljak za potporu toka može na primer da bude integrisani deo distalnog kraja kupastog odeljka za razdvajanje sasvim u blizini vršnog odvoda. Stoga, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, najmanje jedan ulaz za potporu toka je smešten u distalnoj polovini, udaljeno od odeljka glave, kupastog odeljka za razdvajanje. Distalna polovina kupastog odeljka za razdvajanje je polovina bliža distalnom kraju (tj. bliža vršnom odvodu). Drugačije rečeno, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, hidrociklonski separator sadrži grupu ulaza za potporu toka smeštenih u kupasti odeljak za razdvajanje i konfigurisanih tako da ubrizgavaju fluid duž najmanje dela unutrašnje površine kupastog odeljka za razdvajanje, u smeru ka vršnom odvodu.

[0018] Međutim, odeljak za potporu toka može takođe da bude i posebna komponenta ili deo koji je povezan između distalnog kraja kupastog odeljka za razdvajanje i vršnog odvoda. Time je omogućeno brzo i jednostavna naknadna ugradnja konvencionalnih hidrociklonskih separatora. Osim toga, odeljak za potporu toka u principu može da ima cilindričan oblik, koji može, ali i ne mora da bude kupast.

[0019] Osim toga, proksimalni kraj kupastog odeljka za razdvajanje može da bude povezan direktno sa glavenim delom, ili alternativno, hidrociklonski separator može dodatno da sadrži prelazni (spejserski) deo ili odeljak smešten između odeljka glave i proksimalnog kraja kupastog odeljka za razdvajanje.

[0020] Osim toga, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, odeljak za potporu toka sadrži veći broj ulaza za potporu toka konfigurisanih tako da ubrizgavaju fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru ka vršnom odvodu. Dodatno, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, veći broj ulaza za potporu toka smešteno je duž obima odeljka za potporu toka.

[0021] Dalje, ulaz(i) za potporu toka može da bude tako konfigurisan da ubrizgani fluid obrazuje (kontinuirani) sloj ili film fluida duž unutrašnjeg zida hidrociklonskog separatora, gde ubrizgani fluid podržava ispuštanje podprotoka. Alternativno, u uzornim primerima izvođenja koji sadrže veći broj ulaza za potporu toka, oni mogu da budu tako konfigurisani da ubrizgani fluid obrazuje više paralelnih tokova koji teku duž unutrašnjeg zida hidrociklonskog separatora, gde ubrizgani fluid podržava ispuštanje podprotoka.

[0022] Dalje, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja pronalaska, veći broj ulaza za potporu toka je smešten tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka direktno ka vršnom odvodu. Dakle, ubrizgani fluid teče duž unutrašnjeg zida odeljka za potporu toka i direktno ka vrhu, što znači da ubrizgani fluid ne teče tangencijalno sa vrtlogom ili kovitlacem formiranim primarnim dotokom u odeljak glave. Kao što je prethodno pomenuto, fluid ubrizgan kroz ulaze za potporu toka prilagođen je da podržava ispuštanje podprotoka i nezavisan je od dotoka u odeljak glave.

[0023] Dodatno, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja pronalaska, svaki ulaz za potporu toka je tako orijentisan da ubrizgava fluid u smeru koji je najmanje delimično suprotan smeru gravitacije, kada je hidrociklonski separator orijentisan tako da je vršni odvod u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka.

[0024] Izraz “najmanje delimično suprotan” ne znači nužno savršeno antiparalelan (tj. paralelan ali koji se kreće u suprotnom smeru) već bi ga pre trebalo razumeti, kao vektorski prikaz smera ubrizgavanja koji ima komponentu antiparalelnu u odnosu na smer delovanja gravitacije. Drugim rečima, ubrizgavanje fluida deluje, u izvesnoj meri, nasuprot delovanju gravitacije.

[0025] U skladu sa drugim aspektom predmetnog pronalaska, obezbeđen je sistem koji sadrži veći broj hidrociklonskih separatora u skladu sa jednim od primera izvođenja koji se razmatraju u vezi sa prvim aspektom predmetnog pronalaska. Dakle, sa ovim aspektom pronalaska, dobijaju se slične prednosti i poželjna svojstva kao i u prethodno razmatranom prvom aspektu pronalaska.

[0026] Dalje, u skladu sa još jednim drugim aspektom predmetnog pronalaska, obezbeđen je postupak za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji, koji sadrži:

obezbeđivanje hidrociklonskog separatora koji sadrži odeljak glave koji ima ulazni vod prilagođen da uvodi tečnu suspenziju u odeljak glave, ispusnu cev nadprotoka smeštenu aksijalno u odeljku glave, vršni odvod, kupasti odeljak za razdvajanje smešten između odeljka glave i vršnog odvoda i odeljak za potporu toka obezbeđen između kupastog odeljka za razdvajanje i vršnog odvoda;

smeštanje hidrociklonskog separatora u takvu orjentaciju da je vršni odvod u vertikalno uzdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka;

uvođenje tečne suspenzije u ulazni vod tako da se u hidrociklonskom separatoru obrazuje vrtložni tok tečne suspenzije, pri čemu tok teče u spiralnoj putanji ka vršnom odvodu; ubrizgavanje fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru koji najmanje delimično vodi ka vršnom odvodu.

[0027] Ovde je predstavljen postupak za klasifikovanje čvrstih materijala u tečnoj suspenziji, koji omogućava poboljšanu funkcionalnu efikasnost sa smanjenim rizikom od zapušavanja vršnog odvoda. Korak dovođenja i korak ubrizgavanja ne moraju da se izvode u bilo kom fiksnom redosledu.

[0028] Sa ovim aspektom pronalaska, dobijaju se slične prednosti i poželjna svojstva kao i u prethodno razmatranom prvom aspektu pronalaska, i obrnuto.

[0029] Dalje, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, korak ubrizgavanja fluida sadrži ubrizgavanje fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u poprečnom smeru na spiralnu putanju toka tečne suspenzije i direktno ka vršnom odvodu. Shodno tome, predviđeno je da ubrizgani fluid (različit od tečne suspenzije) deluje kao podrška pri ispuštanju podprotoka i da smanji rizik od zapušavanja vršnog odeljka za ispuštanje.

[0030] Štaviše, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, korak ubrizgavanja fluida dodatno sadrži ubrizgavanje fluida u smeru koji je najmanje delimično suprotan smeru gravitacije. Izraz “najmanje delimično suprotan” ne znači nužno savršeno antiparalelan (tj. paralelan ali koji se kreće u suprotnom smeru) već bi ga pre trebalo razumeti, kao vektorski prikaz smera ubrizgavanja koji ima komponentu antiparalelnu u odnosu na smer delovanja gravitacije. Drugim rečima, ubrizgavanje fluida deluje, u izvesnoj meri, nasuprot delovanju gravitacije.

[0031] Još više od toga, u skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, korak ubrizgavanja fluida dodatno sadrži obrazovanje sloja fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka, gde sloj fluida teče u smeru ka vršnom odvodu. Sloj fluida će shodno tome obrazovati vrstu obloge ili spejserskog sloja između guste kaše koja teče kroz vršni odvod (tj. podprotok).

[0032] U skladu sa najmanje jednim uzornim primerom izvođenja predmetnog pronalaska, korak ubrizgavanja fluida dodatno sadrži ubrizgavanje više tokova fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka, gde svaki sloj fluida teče u smeru ka vršnom odvodu.

[0033] Ova i druga svojstva predmetnog pronalaska će u tekstu koji sledi biti dodatno razjašnjena uz pozivanje na primere izvođenja opisane u nastavku.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0034] Pronalazak će radi davanja primera biti opisan detaljnije u tekstu koji sledi, uz pozivanje na svoje primere izvođenja koji su ilustrovani na priloženim crtežima, na kojima:

Sl. 1 je ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek hidrociklonskog separatora kakav je poznat iz prethodnog stanja tehnike;

Sl. 2A je ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek hidrociklonskog separatora u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska;

Sl. 2B je ilustracija pogleda iz perspektive na delimično raširen parcijalni presek dela hidrociklonskog separatora (levo) i ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek hidrociklonskog separatora (desno) u skladu sa dva primera izvođenja predmetnog pronalaska;

Sl. 3A je uvećana ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek distalnog dela hidrociklonskog separatora uključujući vršni odvod, u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska;

Sl. 3B je, slično kao i Sl. 3A, uvećana ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek distalnog dela, ali tokom rada;

Sl. 3C je slično kao i Sl.3B uvećana ilustracija pogleda iz perspektive na parcijalni presek distalnog dela, ali u različitom načinu rada;

Sl. 4A je šematska ilustracija pogleda sa strane na hidrociklonski separator prema prethodnom stanju tehnike, smeštenom u ravnu konvencionalnu (0°) orijentaciju;

Sl. 4B je šematska ilustracija pogleda sa strane na hidrociklonski separator smešten u obrnutu (180°) orijentaciju u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska;

Sl. 4C je šematska ilustracija pogleda sa strane na hidrociklonski separator smešten u obrnutu (225°) orijentaciju u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska;

Sl. 4D je šematska ilustracija pogleda sa strane na hidrociklonski separator smešten u obrnutu (135°) orijentaciju u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska.

Sl. 5 je šematska predstava dijagrama toka postupka za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji u skladu sa jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska.

DETALJAN OPIS

[0035] U detaljnom opisu koji sledi, biće opisani uzorni primeri izvođenja predmetnog pronalaska. Međutim, potrebno je razumeti da su svojstva različitih primera izvođenja izmenjiva među njima i mogu da se kombinuju na različite načine, osim ako ništa drugo nije specifično naznačeno. Iako su u opisu koji sledi izloženi brojni specifični detalji kako bi bilo obezbeđeno temeljnije razumevanje predmetnog pronalaska, stručnjaku u oblasti će biti očigledno da predmetni pronalazak može da se izvodi u praksi bez tih specifičnih detalja. U drugim slučajevima, dobro poznate konstrukcije ili funkcije nisu detaljno opisane, kako ne bi unele nejasnoće u predmetni pronalazak. Iste referentne oznake kroz ceo dokument se odnose na iste elemente.

[0036] Na Sl.1 se vidi šematski prikaz hidrociklonskog separatora 100 prema prethodnom stanju tehike. Ovaj hidrociklonski separator 100 (ili jednostavno “hidrociklon”) sadrži cilindrični odeljak 110 glave. Ulazni vod 111 je tako smešten da uvodi suspenziju čvrstog materijala u cilindrični odeljak 110 glave, a ispusna cev nadprotoka 112 je postavljena aksijalno kroz vrh cilindričnog odeljka 110 glave. Cilindrični odeljak 110 glave je povezan sa konično suženim odeljkom 120 za razdvajanje. Kaša se uobičajeno uvodi tangencijalno ili u spiralnoj putanji kroz spoljašnji zid 113 odeljka 110 glave, stvarajući tako vrtložno kretanje 114 kaše koje prati putanju čiji se prečnik postepeno smanjuje sve do tačke gde je prečnik konusa 20 i apeksa 115 najmanji. Kako se spiralna pitanja približava apeksu 115 hidrociklona 100, njen deo 116 menja smer i počinje da teče ka suprotnom kraju, tj. ka odeljku 110 glave. Ovaj tok 116 takođe ide po spiralnoj putanji čiji je prečnik manji od prečnika prve spirale 114, pri čemu rotira u istom smeru. Na na taj način se unutar hidrociklona 100 obrazuje vrtlog. Pritisak će biti niži duž centralne ose vrtloga i povećavaće se prema spolja, ka spoljašnjem zidu 113 hidrociklona 100. Hidrociklon 100 će razdvajati čestice kaše prema obliku, veličini i specifičnoj težini pri čemu će se čestice koje se brže talože kretati ka spoljašnjem zidu hidrociklona 100, napuštajući na kraju hidrociklon kroz podprotok 117. Čestice koje se sporije talože kretaće se ka centalnoj osi i na gore, napuštajući na kraju hidrociklon kroz ispusnu cev 112 (nadprotok). Ispusna cev 112 normalno se pruža naniže u odeljak 110 glave tako da je sprečen kratak spoj dovodnog toka (koji se često označava kao nalazač vrtloga, što nije prikazano). Ovo razdvajanje prema obliku, veličini i specifičnoj težini može da se označi kao “raslojavanje”.

[0037] Sl. 2A ilustruje pogled iz perspektive na parcijalni presek hidrociklonskog separatora 1 pogodnog za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji. Hidrociklonski separator 1 ima odeljak 2 glave koji ima ulazni vod 3 prilagođen da uvodi suspenziju u odeljak 2 glave. Odeljak 2 glave je ovde ilustrovan tako da ima cilindrični oblik. Međutim, kao što je za stručnjaka u oblasti koji čita ovaj tekst već očigledno, izvodljivi su i dodatni oblici, kao što je npr. oblik kupe (koji ima ugao kupe u opsegu od 0 do 20 stepeni) ili zakrivljeni oblik. Osim toga, hidrociklon 1 ima ispusnu cev 4 nadprotoka, koja je smeštena aksijalno u odeljku 2 glave. Međutim, ispusna cev 4 nadprotoka može takođe da bude smeštena u drugim orijentacijama u odeljku 2 glave (npr. nagnuta ili van centra).

[0038] Dalje, hidrociklon 1 ima kupasti odeljak 5 za razdvajanje sa proksimalnim krajem 6 i distalnim krajem 7. Proksimalni kraj 7 je povezan sa odeljkom glave, a kupasti odeljak 5 za razdvajanje sužava se ka distalnom kraju 7. Odeljak 2 glave je ovde pokazan kao uklonjivi ili odvojivi odeljak koji je spojen sa kupastim odeljkom za razdvajanje duž prirubnice, međutim, izvodljivi su i drugi primeri izvođenja gde su dva dela integrisana u jedan komad. Takođe, hidrociklonski separator 1 može da sadrži prelazni cilindrični (spejserski) deo smešten između odeljka 2 glave i suženog odeljka 5 za razdvajanje (nije prikazano). Osim toga, kupasti odeljak 5 za razdvajanje može da bude odeljak za razdvajanje koji se konusno sužava, i koji ima ugao kupe koji se kontinuirano smanjuje, tj. u obliku je trube (kao što je ilustrovano na Sl. 2A). Alternativno, kupasti odeljak 5 za razdvajanje može da ima dva ili više kupastih odeljaka koji imaju različite uglove kupe gde su veći uglovi kupe blizu odeljka 2 glave (na proksimalnom kraju 6), a manji uglovi kupe više udaljeni od odeljka 2 glave ka distalnom kraju 7. U još jednom primeru izvođenja (nije prikazano) konusno suženi odeljak 5 za razdvajanje može da sadrži jedan kupasti odeljak koji ima samo jedan ugao kupe.

[0039] Još dalje, hidrociklonski separator 1 sadrži vršni odvod 8 (podprotok) smešten distalno od kupastog odeljka 5 za razdvajanje, gde je odeljak 20 za potporu toka smešten između njih. Odeljak 20 za potporu toka ima jedan ili više ulaza za potporu toka konfigurisanih tako da ubrizgavaju fluid duž najmanje dela unutrašnje površine 11 odeljka za potporu toka u smeru najmanje delimično usmerenom ka vršnom odvodu. Ovde je odeljak 20 za potporu toka u obliku većeg broja ulaza 9 za potporu toka smešten u kupasti odeljak 5 za razdvajanje i konfigurisan tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine kupastog odeljka 5 za razdvajanje u smeru ka vršnom odvodu 8. Grupa ulaza 9 za potporu toka je teško vidljiva na ilustraciji iz perspektive prikazanoj na Sl. 2, pa će razmatranja ulaza 9 za potporu toka biti obezbeđena detaljnije uz pozivanje na Sl.3A-3C.

[0040] Hidrociklon 1 je smešten u obrnutoj orijentaciji, pri čemu je vršni odvod 8 u vertikalno izdignutoj poziciji u odnosu na ispusnu cev 4 nadprotoka. Obrnuta orijentacija obezbeđuje predosti smislu sposobnosti uklanjanja vode, što znači da će kaša koja se istiskuje kroz vršni odvod 8 biti gusta, što dovodi do povećanog rizika od zapušavanja vršnog odvoda 8. Međutim, obezbeđivanjem grupe ulaza 9 za potporu toka, taj rizik može najmanje delimično da se smanji, pošto ubrizgani fluid obrazuje spejserski sloj ili barijeru između guste kaše, čime je obezbeđena smanjena verovatnoća da se kaša lepi za unutrašnje zidove vršnog odvoda i/ili distalnog kraja 7 kupastog odeljka 5 za razdvajanje (i posledično smanjenje rizika od zapušavanja).

[0041] Tokom funkcionisanja, suspenzija se uvodi u odeljak 2 glave, preko ulaznog voda 3, u spiralnoj putanji kroz spoljašnji zid odeljka 2 glave, čime se obrazuje na gore usmereno kretanje

1

14 kaše (suspenzije) sa prečnikom koji se postepeno smanjuje. Kako se kupasta spiralna putanja 14 kreće na gore i približava se vršnom odvodu 8, deo kaše menja smer i počinje da teče naniže ka odeljku glave 2. Ovaj povratni tok (nije prikazan) takođe prati spiralnu putanju, premda sa manjim prečnikom od spiralne putanje 14 usmerene na gore. U skladu sa tim, pritisak će biti niži duž centralne ose 50 vrtloga stvorenog u hidrociklonu 1, i povećavaće se radijalno ka spolja. Čestice koje se brže talože kretaće se ka spoljašnjem zidu hidrociklona 1 i biće potisnute na gore kroz vršni odvod 8 (podprotok), a čestice koje se sporije talože kretaće se ka centalnoj osi 50 i napuštaće hidrociklon 1 putem ispusne cevi 4 nadprotoka. Osim toga, grupa ulaza 9 za potporu toka, ubrizgavaće fluid u smeru na gore, ka vršnom odvodu 8, olakšavajući tako ispuštanje podprotoka, što u obrnutoj konfiguraciji funkcioniše nasuprot delovanju gravitacije. U skladu s tim, svaki ulaz 9 za potporu toka konfigurisan je tako da ubrizgava fluid u smeru koji je najmanje delimično usmeren nasuprot smera gravitacije 30, kada je hidrociklonski separator 1 orijentisan tako da vršni odvod 8 bude u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev 4 nadprotoka.

[0042] Sl. 2B ilustruje pogled iz perspektive na delimično raširen parcijalni presek odeljka hidrociklonskog separatora (levo) i pogled iz perspektive na delimični presek hidrociklonskog separatora 1 (desno) prema dva primera izvođenja predmetnog pronalaska. Pošto su mnogi delovi i komponente isti kao na Sl. 2A, a opšti principi funkcionisanja hidrociklonskog separatora 1 su već opisani, fokus će biti na delovima koji obezbeđuju različitost, naime, na odeljcima 20 za potporu toka. Krajnje levo, crtež raširenog pogleda iz perspektive prikazuje primer izvođenja u kome je odeljak 20 za potporu toka posebna komponenta/deo koji je smešten između kupastog odeljka 5 za razdvajanje i vršnog odvoda 8.

[0043] Ilustracija koja se na Sl. 2B nalazi sasvim desno, pokazuje alternativni primer izvođenja gde hidrociklon sadrži odeljak 20 za potporu toka koji ima jedan ulaz 9 za potporu toka konfigurisan tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine 11 odeljka 20 za potporu toka. Specifičnije, ulaz 9 za potporu toka konfigurisan je da ubrizgava fluid tako da on obrazuje tangencijalni ili spiralni tok duž dela unutrašnje površine 11 odeljka za potporu toka. Ulaz zapravo može da bude, na primer, u obliku proreza ili nekog sličnog oblika obezbeđenog u unutrašnjem zidu/površini 11 odeljka za potporu toka (slučno ulaznom vodu u odeljak glave). Ubrizgani fluid takođe ima aksijalnu komponentu (tj. fluid se ubrizgava u smeru koji je najmanje delimično usmeren ka vršnom odvodu) kako bi se olakšalo izbacivanje podprotoka kroz vršni odvod 8.

[0044] Na Sl. 3A ilustrovan je pogled iz perspektive na parcijalni presek samo jednog odeljka hidrociklonskog separatora. Specifičnije, Sl. 3A prikazuje distalni deo hidrociklona sa vršnim odvodom 8 i odeljkom za potporu toka. Grupa ulaza 9 za potporu toka smeštena je duž obima odeljka 20 za potporu toka.

[0045] Ulazi 9 za potporu toka ovde su u obliku mlaznica 16 povezanih sa zajedničkom dovodnom cevi 21 preko voda 13 i ventila 15. Ulazi 9 za potporu toka su smešteni tako da ubrizgavaju fluid duž unutrašnjeg zida 11 odeljka za potporu toka, naniže ka vršnom odvodu 8, kako bi bilo podržano ispuštanje podprotoka kroz vršni odvod 8. Kao što je pomenuto, ulazi 9 za potporu toka su povezani sa zajedničkom dovodnom cevi 21 koja ima ulazni otvor 13 u koji se dovodi fluid (kao što je naznačeno masnim strelicama). Zajednička dovodna cev 21 okružuje odeljak 20 za potporu toka radijalno spolja u odnosu na grupu ulaza 9 za potporu toka. Upotrebom zajedničke dovodne cevi 21, olakšana je instalacija hidrociklonskog separatora pošto postoji manje koraka u smislu veza između fluida koje treba organizovati i slično. Drugim rečima, zajednička dovodna cev 21 omogućava brzu i laku instalaciju pošto postoji samo jedan eksterni dovod 23 fluida koji je potrebno obezbediti, umesto da se svaki ulaz 9 za potporu toka posebno povezuje.

[0046] Na Sl. 3B ilustrovan je deo sa Sl. 3A, ali tokom rada. Strukturne komponente i različiti detalji u vezi sa njima, već su razmatrani uz pozivanje na Sl. 3A, i zarad konciznosti će biti izostavljeni. Ulazi 9 za potporu toka su smešteni tako da ubrizgavaju fluid duž dela unutrašnje površine 11 odeljka 20 za potporu toka, direktno ka vršnom odvodu 8. U primeru izvođenja koji je ilustrovan na Sl. 3B, ulazi 9 za potporu toka su konfigurisani tako da ubrizgavaju ili obrazuju sloj fluida 24 duž unutrašnje površine 11. Samim tim, ukoliko je fluid tečnost, on će obrazovati vrstu tečnog filma ili barijere kako bi se smanjio rizik da se gusta kaša (ovde naznačena u vidu grubih čestica 25) zalepi za unutrašnje površine 11 i zapuši vršni odvod 8. Alternativno, ukoliko je fluid 24 gas, on će obrazovati gasnu oblogu sa sličnim efektom.

[0047] Sl. 3C ilustruje različit način funkcionisanja u odnosu na Sl. 3B. Ovaj način funkcionisanja može da se izvodi sa istom grupom ulaza za potporu toka kao što je ona koja se koristi u primeru prikazanom na Sl.3B, ili sa različitom grupom ulaza za potporu toka. Na Sl.3C ulazi 9 za potporu toka ubrizgavaju više tokova fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka 20 za potporu toka, pri čemu svaki tok fluida teče u smeru ka vršnom odvodu 8. U sledećim primerima izvođenja moguće je kombinovati ubrizgavanje fluida obrazovanog u vidu sloja sa Sl.3B, sa ubrizgavanjem fluida u obliku više tokova sa Sl.3C.

[0048] Sl. 4A prikazuje šematsku ilustraciju bočnog pogleda iz perspektive na hidrociklonski separator 100. Hidrociklonski separator 100 smešten je u konvencionalnu ravnu (0°) konfiguraciju. Duža centralna osa 50 hidrociklona 100 smeštena je u istu liniju sa vertikalnom osom 41 (y-osom), tako da obrazuje ugao od 0° između vertikalne ose 41 (y-ose) i duže centralne ose 50.

[0049] Sl. 4B prikazuje šematsku ilustraciju bočnog pogleda iz perspektive na hidrociklonski separator 1, u skladu sa primerom izvođenja predmetnog pronalaska. Hidrociklon 1 je orijentisan u ravnoj obrnutoj konfiguraciji (poznatoj i kao invertovana konfiguracija), gde je duža centralna osa 50 hidrociklona 1 zarotirana za 180° u odnosu na vertikalnu osu 41 (zarotirana iz položaja konvencionalne ravne konfiguracije).

[0050] Sl. 4C prikazuje šematsku ilustraciju bočnog pogleda iz perspektive na hidrociklonski separator 1, u skladu sa drugim primerom izvođenja predmetnog pronalaska. Ovde je hidrociklon 1 smešten u drugu obrnutu orijentaciju/konfiguraciju (poznata i kao polu-invertovana konfiguracija), u kojoj je duža centralna osa 50 hidrociklon zarotirana za pribl.225° u odnosu na vertikalnu osu 41 (zarotirana iz položaja konvencionalne ravne konfiguracije).

[0051] Sl. 4D prikazuje šematsku ilustraciju bočnog pogleda iz perspektive na hidrociklonski separator 1, u skladu sa još jednim primerom izvođenja predmetnog pronalaska. Ovde je hidrociklon 1 smešten u drugu obrnutu orijentaciju/konfiguraciju (poznata i kao poluinvertovana konfiguracija), u kojoj je duža centralna osa 50 hidrociklona zarotirana za pribl.

135° u odnosu na vertikalnu osu 41 (zarotirana iz položaja konvencionalne ravne konfiguracije). Iako su na Sl. 4B - 4D odabrani samo neki specifični primeri, hidrociklonski separator može da bude orijentisan tako da je zarotiran za bilo koji broj stepeni u opsegu od 91° - 269° u odnosu na vertikalnu osu, kao npr.100°, 110°, 125°, 170°, 235°, itd.

[0052] Sl. 5 ilustruje šematsku predstavu dijagrama toka postupka za klasifikovanje čvrstih materijala u tečnoj suspenzija. Postupak uključuje korak obezbeđivanja S501 hidrociklonskog separatora, kao što je hidrociklonski separator u skladu sa bilo kojim prethodno razmatranim primerima izvođenja pronalaska. Obezbeđeni hidrociklonski separator poželjno sadrži odeljak glave koji ima ulazni vod prilagođen za uvođenje tečne suspenzije u odeljak glave, ispusnu cev nadprotoka smeštenu aksijalno u odeljku glave, vršni odvod, kupasti odeljak za razdvajanje smešten između odeljka glave i vršnog odvoda i odeljak za potporu toka obezbeđen između kupastog odeljak za razdvajanje i vršnog odvoda.

[0053] Dalje, hidrociklonski separator se smešta S502 u takvu orijentaciju da je vršni odvod u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka. Drugačije rečeno, hidrociklonski separator se smešta S502 u obrnutu orijentaciju.

[0054] Sledeće, tečna suspenzija se uvodi S503 u ulazni vod odeljka glave, tako da se u hidrociklonskom separatoru obrazuje vrtložni tok tečne suspenzije. Tok će prema tome teći u vidu spiralne putanje (sa prečnikom koji se smanjuje) ka vršnom odvodu, pre nego što promeni

1

smer i obrazuje drugi vrtložni tok suprotnog usmerenja, unutar prvog vrtložnog toka, kao što je poznato u tehnici. Osim toga, fluid (gas ili tečnost) se ubrizgava S504 duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru vršnog odvoda. Ovaj ubrizgani “sekundarni” fluid delovaće tako što pruža potporu prilikom ispuštanja podprotoka i smanjuje rizik od zapušavanja. Korak ubrizgavanja S504 fluida poželjno uključuje ubrizgavanje fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru koji je poprečan u odnosu na spiralnu putanju toka tečne suspenzije, tj. fluid se ubrizgava direktno ka vršnom odvodu, a ne tangencijalno, sa spiralom putanjom. Pošto je hidrociklon smešten u obrnutu orijentaciju, korak ubrizgavanja S504 fluida poželjno uključuje ubrizgavanje fluida najmanje delimično u smeru koji je suprotan smeru gravitacije. Time će se ubrizgavanje fluida najmanje delimično suprotstaviti delovanju gravitacije koje može da ugrozi ispuštanje podprotoka kroz vršni odvod.

[0055] Štaviše, stručnjak u oblasti uočava niz modifikacija ovde opisanih primera izvođenja koje su moguće bez odstupanja od obima pronalaska, koji je definisan u priloženim patentnim zahtevima. Na primer, odeljak za razdvajanje u skladu sa pronalaskom ne mora nužno da bude koničan u striktnom značenju. Sve dok je unutrašnji prečnik u principu smanjen gledano od gornjeg kraja ka donjem kraju, može da postoji veći broj različitih uglova kupe duž njegove uzdužne ose, a takođe može da bude i u većoj meri zakrivljanog izgleda, tj. da ima ugao kupe koji se kontinuirano menja. Osim toga, grupa ulaza za potporu toka može da sadrži bilo koji broj ulaza koji mogu ali i ne moraju da imaju mogućnost da budu individualno kontrolisani kad su u pitanju protok, smer, ugao širenja prilikom ubrizgavanja, itd. Prilikom praktične primene pronalaska za koji se traži zaštita, stručni čitalac na osnovu proučavanja crteža, prikaza i priloženih patentnih zahteva može da razume i da utiče na varijacije u prikazanim primerima izvođenja. Osim toga, u patentnim zahtevima, reč “sadrži” ne isključuje druge elemente ili korake, a upotreba imenica u jednini ne isključuje veći broj.

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Hidrociklonski separator (1) za klasifikovanje čvrstih materijala u tečnoj suspenziji, koji sadrži:

odeljak glave (2) koji ima ulazni vod (3) prilagođen da uvodi suspenziju u odeljak glave; ispusnu cev (4) nadprotoka smeštenu u odeljak glave (2);

vršni odvod (8);

kupasti odeljak za razdvajanje (5) smešten između odeljka glave i vršnog odvoda, pri čemu kupasti odeljak za razdvajanje ima proksimalni kraj (6) i distalni kraj (7), i pri čemu se navedeni kupasti odeljak za razdvajanje sužava prema navedenom distalnom kraju; koji se karakteriše time što hidrociklonski separator (1) dodatno sadrži odeljak za potporu toka

(20) koji je obezbeđen kod kupastog odeljka za razdvajanje ili između kupastog odeljka za razdvajanje i vršnog odvoda, gde navedeni odeljak za potporu toka sadrži najmanje jedan dovod za potporu toka

konfigurisan tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka (20) za potporu toka, u smeru koji je najmanje delimično usmeren ka vršnom odvodu (8); pri čemu je navedeni hidrociklonski separator (1) konfigurisan da bude orijentisan na takav način da navedeni vršni odvod bude u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka.

2. Hidrociklonski separator prema patentnom zahtevu 1, pri čemu navedeni odeljak (20) za potporu toka sadrži veći broj ulaza (9) za potporu toka konfigurisanih tako da ubrizgavaju fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka (20) za potporu toka, u smeru ka vršnom odvodu.

3. Hidrociklonski separator (1) prema patentnom zahtevu 2, pri čemu je navedeni veći broj ulaza (9) za potporu toka smešten duž obima odeljka (20) za potporu toka.

4. Hidrociklonski separator (1) prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu je/su navedni ulaz(i) (9) za potporu toka smešten/smešteni tako da ubrizgavaju tečnost.

5. Hidrociklonski separator (1) prema bilo kom od patentnih zahteva 1-3, pri čemu je/su navedni ulaz(i) (9) za potporu toka smešten/smešteni tako da ubrizgavaju gas.

6. Hidrociklonski separator (1) prema bilo kom od patentnih zahteva 2-5, pri čemu je navedeni veći broj ulaza (9) za potporu toka smešten tako da ubrizgava fluid duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka (20) za potporu toka u smeru direktno ka vršnom odvodu (8).

7. Hidrociklonski separator (1) prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu je/su navedni ulaz(i) (9) za potporu toka konfigurisan(i) da ubrizgava sloj fluida (24) duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka (20) za potporu toka, gde navedeni sloj fluida teče u smeru koji je najmanje delimično usmeren ka vršnom odvodu (8).

8. Hidrociklonski separator (1) prema patentnom zahtevu 2 ili bilo kom od patentnih zahteva 3-6 kada su zavisni od patentnog zahteva 2, pri čemu je navedeni veći broj ulaza za potporu toka konfigurisan tako da ubrizgava veći broj tokova fluida (27) duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka (20) za potporu toka, gde svaki tok fluida teče u smeru ka vršnom odvodu (8).

9. Hidrociklonski separator (1) prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu je svaki ulaz (9) za potporu toka orijentisan tako ubrizgava fluid u smeru koji je najmanje delimično suproton smeru gravitacije, kada je navedeni hidrociklonski separator (1) tako orijentisan da je navedeni vršni odvod (8) u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev (4) nadprotoka.

10. Sistem koji se karakteriše time što sadrži veći broj hidrociklonskih separatora (1) prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva.

11. Postupak (500) za klasifikovanje čvrstog materijala u tečnoj suspenziji koji sadrži:

obezbeđivanje (S501) hidrociklonskog separatora koji sadrži odeljak glave koji ima ulazni vod prilagođen da uvodi suspenziju u odeljak glave, ispusnu cev nadprotoka smeštenu u odeljak glave,

vršni odvod, kupasti odeljak za razdvajanje smešten između odeljka glave i vršnog odvoda

smeštanje (S502) hidrociklonskog separatora u takvu orijentaciju da je vršni odvod u vertikalno izdignutom položaju u odnosu na ispusnu cev nadprotoka;

uvođenje (S503) tečne suspenzije u ulazni vod tako da se u hidrociklonskom separatoru obrazuje vrtložni tok tečne suspenzije, gde navedeni tok teče u spiralnoj putanji ka vršnom odvodu;

koji se karakteriše time što hidrociklonski separator dodatno sadrži odeljak za potporu toka obezbeđen između kupastog odeljka za razdvajanje i vršnog odvoda;

1

ubrizgavanje (S504) fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru koji je najmanje delimično usmeren ka vršnom odvodu.

12. Postupak (500) prema patentnom zahtevu 11, pri čemu korak ubrizgavanja (S504) fluida sadrži ubrizgavanje fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka u smeru koji je poprečan u odnosu na navedenu spiralnu putanju toka tečne suspenzije i direktno ka navedenom vršnom odvodu.

13. Postupak (500) prema patentnom zahtevu 11 ili patentnom zahtevu 12, pri čemu korak ubrizgavanja (S504) fluida dodatno sadrži ubrizgavanje fluida u smeru koji je najmanje delimično suprotan smeru gravitacije.

14. Postupak (500) prema bilo kom od patentnih zahteva 11-13, pri čemu korak ubrizgavanja (S504) fluida dodatno sadrži obrazovanje sloja fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka, gde navedeni sloj fluida teče u smeru ka vršnom odvodu.

15. Postupak (500) prema bilo kom od patentnih zahteva 11-14, pri čemu korak ubrizgavanja (S504) fluida dodatno sadrži ubrizgavanje višestrukih tokova fluida duž najmanje dela unutrašnje površine odeljka za potporu toka, gde svaki tok fluida teče u smeru ka vršnom odvodu.

1