FI125394B - Menetelmä raemaisen kiintoaineen hienojakoiseksi syöttämiseksi nesteeseen - Google Patents

Description

Menetelmä raemaisen kiintoaineen hienojakoiseksi syöttämiseksi nesteeseen

Keksinnön kohteena on menetelmä raemaisen kiintoaineen hienojakoiseksi syöttämiseksi nesteeseen, jossa menetelmässä raemaista kiintoainetta ja nestettä syötetään sekoitustilaan ja sekoitetaan toisiinsa ja kiintoaineen pienten hiukkasten ja nesteen seos poistetaan sekoitustilasta.

Kiintoaineen hienojakoista syöttämistä nesteeseen tarvitaan monissa erilaisissa prosesseissa. Esimerkkeinä tällaisista prosesseista voidaan mainita prosessit, joissa erotellaan erilaisia ainesosia nesteestä, prosessit, joissa uudistetaan jatkuvasti kiertäviä puhdistusvesiä ja/tai -nesteitä kierron aikana ja prosessit, joissa lisätään erilaisia katalyyttejä ja/tai säädetään värejä.

Edellä mainittuihin prosesseihin liittyvillä aloilla on kehitetty erilaisia ratkaisuja, jolla on pyritty aikaansaamaan hyvänlaatuinen kiintoaineen hienojakoinen syöttö nesteeseen. Esimerkkeinä edellä mainituista tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita JP-julkaisussa 2004338121 A1, PCT-julkaisussa WO 2009/048337 A1, DE-julkaisussa 1 174 744, EP-julkaisussa 0 768 113 A1 ja US-julkaisussa 3 727 760 kuvatut ratkaisut.

Aiemmin tunnetun tekniikan epäkohtina on ollut niiden monimutkaisuus ja myös se, että ko. tekniikalla saavutettu lopputulos ei ole ollut paras mahdollinen.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan, tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän avulla. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että neste syötetään oman sisääntuloyhteensä kautta sekoitustilaan ja kiintoaine syötetään oman sisääntulonsa kautta sekoitustilaan ja neste ja kiintoaine saatetaan kosketuksiin toistensa kanssa kohdistamalla sekoitustilassa olevaan kiintoaineeseen nesteen virtaus niin, että nestevirtaus porautuu raemaisen kiintoaineen muodostamaan massaan, jolloin nesteen virtauksen vaikutuksesta synnytetään raemaisen kiintoaineen hallittu pyöriminen sekoitustilassa olevassa hallitussa pyörintätilassa, jolloin raemaisen kiintoaineen rakeet kuluttavat pyöriessään toisiaan ja kulumisessa irtoavat pienet hiukkaset kulkeutuvat sekoitustilasta ulos nesteen mukana ja isot raeosat jatkavat pyörimistään hallitussa pyörintätilassa.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea sen yksinkertaisuus. Keksinnön etuna on myös hyvin korkealaatuinen lopputulos, ts. kiintoaineen hienojakoi sen syöttäminen laatutaso verrattuna aiemmin tunnetulla tekniikalla saavutettavaan laatutasoon on huomattavasti korkeampi. Keksinnön etuna on edelleen se, että keksinnön mukaisen menetelmän käyttökustannukset ovat hyvin edulliset, mm. huoltotarve on huomattavan pieni aiemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa kuvatun esimerkin avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatteellisena kuvantona erästä sovellutusmuotoa, jossa käytetään hyväksi keksinnön mukaista menetelmää ja kuvio 2 esittää periaatteellisena kuvantona kuvion 1 sovellutusmuo-don virtaustilanne ilman seinämiä.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti eräs sovellutusmuoto, jossa käytetään keksinnön mukaista menetelmää. Viitenumeron 1 avulla on merkitty säiliö, johon on sovitettu sekoitustila 2, johon sekoitettava raemainen kiintoaine 3 ja neste syötetään. Sekoitustila on muodostettu kuvion 1 esimerkissä väliseinän 4 avulla. Neste kierrätetään säiliössä 1 olevan sekoitustilan 2 kautta syöttämällä neste sekoitustilaan tuloyhteen 5 kautta ja poistetaan sekoitustilasta poistoyhteen 6 kautta. Väliseinä 4 on kuvion 1 esimerkissä sovitettu niin, että raemainen kiintoaine 3 pääsee valumaan väliseinän 4 ja säiliön 1 seinämän väliin sovitetun raon kautta sekoitustilan alaosassa olevaan alueeseen 7 sitä mukaa kun prosessi etenee.

Kuviossa 2 on esitetty sama asia kuin kuviossa 1 sillä erolla, että kuviossa 2 ei ole esitetty säiliötä ja väliseinää, vaan ainoastaan neste ja raemainen kiintoaine.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kiintoaineen hienojakoiseksi syöttämiseksi nesteeseen on olennaista, että neste, johon kiintoainetta halutaan syöttää, järjestetään kiertäväksi siten, että raemainen kiintoaine saadaan raemaisena massana pyörimään hallitusti määrätyssä pyörintätilassa nesteen virtauskierron jossakin vaiheessa, ilman, että rakeet pääsevät varsinaiseen vir-tauskiertoon mukaan. Kun kiintoaineen rakeet pyörivät hallitussa pyörintätilassa niin, ne törmäilevät toisiinsa ja samalla kuluvat, jolloin niistä irtoaa pieniä hiukkasia, jotka lähtevät nesteen varsinaisen virtauskierron mukaan ja isokokoisemmat rakeet jatkavat pyörimistään pyörintätilassa.

Raemaisen kiintoaineen pyörintätilan geometria määräytyy monesta yksityiskohdasta. Esimerkiksi kiintoaineen ja nesteen ominaispainoero vaikuttaa siihen voidaanko painovoimaa hyödyntää siinä kuinka pyörivien rakeiden mukaan lähtö sekoitustilan läpi tapahtuvaan nesteen varsinaiseen virtauskier-toon estetään.

Kuvoissa 1 ja 2 esitetään eräs geometrinen malli, jossa raemaisen kiintoaineen hienojakoinen syöttö nesteeseen saadaan toteutetuksi poraamalla reamaisen kiintoaineen massaa nestevirtauksella vaakasuoraan sivulta.

Kuten edellä on todettu, kuvioiden 1 ja 2 sovellutuksessa säiliön 1 sisään on sovitettu sekoitustila 2, jonka kautta neste on sovitettu kiertämään yhteiden 5 ja 6 välityksellä. Neste on sovitettu virtaamaan vaakasuunnassa si-sääntuloyhteen 5 kautta niin, että nestevirtaus porautuu raemaisen kiintoaineen 3 muodostamaan massaan. Virtauksen porautuminen massaan tapahtuu kuvioiden 1 ja 2 esimerkissä niin, että raemaisen kiintoaineen 3 rakeet lähtevät pyörimään tuloyhteen 5 kautta virtaavan nesteen vaikutuksesta. Pyöriminen tapahtuu hallitussa pyörintätilassa 8. Järjestämällä sekoitustila 2 riittävän suureksi pyörintätilaan 8 nähden saadaan aikaan tilanne, jossa sekoitustilassa 8 pyörimisliikkeessä olevat raemaisen kiintoaineenrakeet eivät joudu kosketukseen minkään sekoitustilaa 2 raajaavan rakenteen, esimerkiksi väliseinän 2 tai/ja säiliön 1 seinämän kanssa. Tällöin kiintoaineen 3 hienotamisprosessi ei kuluta mitään laitteiston osaa. Edellä mainitulla seikalla on kaksi merkittävää edullista ominaisuutta. Ensinnäkin huoltokustannukset pienevät ja toiseksi nestekiertoon ei lähde mukaan haitallisia hiukkasia laitteiston rakenteesta.

Koska sekoitustilan 2 poikkipinta-ala on pyörintätilan 8 kohdalla huomattavasti suurempi kuin sisääntuloyhteen 5 poikkipinta-ala, jää kiertävän nesteen virtausnopeus tällä alueella niin pieneksi, että raemaisen kiintoaineen rakeet seuraavat vain hetken nestettä ja laskeutuvat sitten alas, lähteäkseen pian taas virtauksen mukaan. Raemaisen kiintoaineen rakeiden liike pyörintätilassa on suhteellisen hidasta, jolloin rakeet kuluvat hyvin hitaasti ja näin hienojakoiset kulumispartikkelit lähtevät pikkuhiljaa kiertävän nesteen mukaan.

Pyörintätilassa 8 tapahtuva hidas rakeiden kuluminen korvautuu alueelta 7 valuvalla raemassalla. Väliseinä 4 pidättää suurempaa raemaiseen kiintoaineen määrää niin, että kiertävän nesteen liikkeelle ei aiheudu liiallista vastapainetta.

Kuviossa 2 on esitetty samat seikat kuin kuviossa 1. Kuviosta 2 tulee kuitenkin paremmin esille raemaisen kiintoaineen sijainti esimerkiksi alueessa 7 ja myös pyörintätilan 8 olennainen olemus.

Kuvioiden 1 ja 2 esimerkissä nestevirtaus kohdistetaan vaakasuuntaiseen raemaiseen kiintoaineeseen. Raemainen kiintoaine on useimmiten painavampaa kuin neste. Tällöin raemaisen kiintoaineen pyöritys sen kuluttamiseksi on edullista toteuttaa ohjaamalla nesteen kierto raemaisen massan läpi alhaalta ylöspäin, jolloin painovoima laskee kierron nostattamat rakeet pyörityksessä alas ja nestekierto nostaa ne taas ylös. Tätä perusperiaatetta on sovellettu myös kuvioiden 1 ja 2 esimerkissä, jossa vaakasuuntainen nesteen virtaus kääntyy ylöspäin ja virtaus nostaa rakeita mukanaan ylöspäin ja painovoima vetää rakeet puolestaan alas kuten edellä on esitetty.

Mitä pienempi ominaispainoero raemaisella kiintoaineella ja nesteellä on, sitä enemmän nestekierron nopeutta tulee pyörintätilassa 8 pienentää, jotta rakeet eivät lähde kiertoon mukaan, tai toisinpäin. Tällöin on edullista järjestää nestekiertoon olennaisesti laajeneva tila, jonka pohjalle laitetaan haluttu määrä raemaista kiintoainetta. Tällainen järjestely on esitetty kuvioissa 1 ja 2.

Kuten edellä on esitetty, virtaus ohjataan kuvioiden 1 ja 2 esimerkissä vaakasuuntaisesti raemaiseen kiintoaineeseen. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa mahdollisuus. Kiertävä neste voidaan myös ohjata esimerkiksi kohtisuoraan ylhäältä alas lähelle raemaisen kiintoaineen pintaa, jolloin nestevirtaus porautuu pystysuunnassa vähän matkaa raemaiseen kiintoaineeseen ja kääntyy sitten ylöspäin, tuoden mukanaan rakeita, jotka nousevat kraateriksi raemaisen kiintoaineeseen muodostuneen reiän ympärille. Näin syntynyt kraa-teri ei kuitenkaan kestä korkeana, kun alta porataan koko ajan uutta reikää raemaiseen kiintoaineeseen, vaan rakeet valuvat takaisin porausreikään muodostaen juuri halutun pyörityksen eli pyörintätilan. Suunta, jossa virtaus ohjataan raemaiseen kiintoaineeseen voi luonnollisesti vaihdella vapaasti, ts. suunta voi olla jokin muukin kuin edellä on esitetty.

Edellä esitettyjen sovellutusten yhteydessä voidaan tarvittaessa luonnollisesti myös käyttää erilaisia sihtejä rajaamaan rakeiden lähtöä pyörin-tätilasta 8 nesteen kierron mukana.

Keksintöä on kuvattu edellä kuvioiden 1 ja 2 mukaisen sovellutusesimerkin avulla. Keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu ko. esimerkkiin, vaan on selvää, että muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Kuviossa 1 on esimerkiksi kuvattu sylinterin muotoinen säiliö. On selvää, että säiliö voi olla toisenlainenkin kuin kuvioissa esitetty sylinterimäinen säiliö jne.

Keksintöä voidaan muunnella vapaasti patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

1. Menetelmä raemaisen kiintoaineen hienojakoiseksi syöttämiseksi nesteeseen, jossa menetelmässä raemaista kiintoainetta (3) ja nestettä syötetään sekoitustilaan (2) ja sekoitetaan toisiinsa ja kiintoaineen pienten hiukkasten ja nesteen seos poistetaan sekoitustilasta (2), tunnettu siitä, että neste syötetään oman sisääntuloyhteensä (5) kautta sekoitustilaan (2) ja kiintoaine (3) syötetään oman sisääntulonsa kautta sekoitustilaan (2) ja neste ja kiintoaine (3) saatetaan kosketuksiin toistensa kanssa kohdistamalla sekoitustilassa (2) olevaan kiintoaineeseen (3) nesteen virtaus niin, että nestevirtaus porautuu raemaisen kiintoaineen (3) muodostamaan massaan, jolloin nesteen virtauksen vaikutuksesta synnytetään raemaisen kiintoaineen hallittu pyöriminen sekoitustilassa (2) olevassa hallitussa pyörintätilassa (8), jolloin raemaisen kiintoaineen rakeet kuluttavat pyöriessään toisiaan ja kulumisessa irtoavat pienet hiukkaset kulkeutuvat sekoitustilasta (2) ulos nesteen mukana ja isot raeosat jatkavat pyörimistään hallitussa pyörintätilassa (8).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen virtaus kohdistetaan vaakasuunnassa sekoitustilassa (2) olevaan raemaiseen kiintoaineeseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen virtaus kohdistetaan pystysuunnassa sekoitustilassa (2) olevaan raemaiseen kiintoaineeseen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestevirtaus ohjataan raemaiseen kiintoaineeseen ylhäältä alaspäin lähelle rakeisen kiintoaineen pintaa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen virtaus raemaiseen kiintoaineeseen ohjataan niin, että virtaus nousee raemaisessa kiintoaineessa alhaalta ylöspäin, jolloin nestevirtaus nostaa mukanaan raemaisen kiintoaineen rakeita ylöspäin ja painovoima laskee rakeet vastaavasti alaspäin.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyörintätila (8) sovitetaan välimatkan päähän sekoitus-tilaa (2) rajaavista rakenteista.