Способ и устройство для разделения смеси предметов

 

Применение: для разделения сыпучих материалов по плотности с незначительной разницей последней, например, сельскохозяйственных продуктов. Сущность изобретения: устройство и способ для разделения смеси предметов с различной плотностью на разные группы содержат наклонный канал транспортировки с газопроницаемым днищем и боковыми стенками, на который подают псевдоожижаемый слой материала, нагнетают воздух в вертикальном направлении через газопроницаемое днище. Канал транспортировки выполнен с возможностью вертикальной вибрации с частотой и амплитудой, при которой разделяемая смесь имеет ускорение от 3 до 12 g (около 29 - 118 м/с²). 2 с. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к способу и устройству, использующим принципы текучего (псевдосжиженного) слоя разделения смесей материалов с различной плотностью, а более конкретно к способу и устройству, которые применяют для сортирования таких объектов, как например, сельскохозяйственная или другая продукция, обладающая незначительной разницей по плотности, на группы по признаку плотности.

Использование различий по плотности для разделения смесей широко распространено. В сельском хозяйстве разделение и сортировка продукции на этой основе осуществляется при помощи сухого и жидкого способов.

В жидком способе используется жидкость в качестве среды, при помощи которой отделяются более плотные объекты, которые тонут в этой жидкости, от более легких, которые всплывают. В сухом способе используется пневматическое разделение, основанное на различных плотностях и различных аэродинамических свойствах объектов, подлежащих сортировке.

В одном из сухих способов, который именуется способом слоя материала с приданными свойствами текучести или способом "FB" (псевдосжиженного слоя), газ, такой как воздух, подается с силой вверх через перемещающийся слой смеси, подлежащей разделению. Поток газа через промежутки между частицами смеси стремится отделить их одну от другой и поддерживает по крайней мере часть их веса. В результате этого слой смеси похож на жидкость высокой вязкости, и частицы смеси освобождаются до такой степени, что могут перемещаться внутри слоя под влиянием физических сил, таких как сила тяжести, что способствует разделению составляющих компонентов смеси.

Придание смеси свойств текучести ведет не только к ее разделению в зависимости от различной плотности компонентов смеси. Кроме этого, аэродинамические свойства частиц смеси также оказывают влияние на скорость и качество результирующего разделения. Поток газа, направленный вверх, через смесь, будет стремиться увлечь за собой менее компактные частицы независимо от их плотности. Сепараторы, которые придают свойства текучести подлежащей разделению смеси пневматическим способом, имеют ограниченную разделительную эффективность. В то время как верхний и нижний слои разделенной смеси, выходящие из сепаратора в конце его лотка, могут быть сравнительно однородными, промежуточный слой продолжает включать смеси частиц обеих плотностей. Это мешает достижению оптимальной разделительной эффективности.

Вторым, более важным недостатком разделения по методу, по которому самой смеси, подлежащей разделению, придаются свойства текучести пневматическими средствами, является то, что раньше такой метод был неприемлем для смесей с частицами, имеющими диаметр, превышающий примерно один иди два миллиметра. Таким образом, такие способы были эффективны только для разделения мелких объектов, таких как зерна хлебных злаков, и не применялись для разделения более крупных продуктов.

В связи с этим, прибегали к второму типу сухого способа, получившему наименование среды текучего слоя или способа "FBM", который основан на использовании текучих слоев, не состоящих из материалов смеси, подлежащей разделению. Для разделения смесей из твердых крупных тел различной плотности текучий слой, созданный из среды, которой приданы свойства текучести, ведет себя аналогично жидкости, но не смачивая объекты смеси, подлежащей разделению. Для разделения смесей из твердых крупных тел различной плотности текучий слой, созданный из среды, которой приданы свойства текучести, ведет себя аналогично жидкости, но не смачивая объекты смеси, подлежащей разделению. Предметы из твердого материала, имеющие меньшую плотность чем теоретическая плотность текучего слоя, будут вести себя как "всплывающая фракция" и окажутся на поверхности слоя. Предметы из твердого материала, имеющие большую плотность чем теоретическая плотность текучего слоя, будут вести себя как "тонущая фракция", то есть оставаться на дне слоя.

Для осуществления разделения необходимо, чтобы теоретическая плотность текучего слоя поддерживалась промежуточной между плотностями всплывающей и тонущей фракций смеси. Кроме того, размер частиц текучей среды должен быть на несколько порядков меньше, чем размер предметов, содержащихся в смеси, подлежащих разделению.

До изобретения использование текучей среды, и не включающей компоненты смеси, подлежащей разделению, успешно применялось для преодоления влияния на процесс других разделительных факторов, таких как аэродинамические характеристики, и сводилось к процессу, в котором разделение производилось в основном только за счет различия плотностей. В дополнение к этому, наличие слоя текучей среды между всплывающей фракцией смеси на поверхности текучего слоя и тонущей фракции на дне этого слоя, содействовало лучшему разделению всплывающей и тонущей фракций. Это осуществлялось отделением верхней части текучей среды со всплывшей фракцией, находящейся в ней, от нижней части слоя с утонувшей фракцией, находящейся в ней. После этого два компонента независимо друг от друга подвергались очистке от остатков текучей среды, благодаря чему достигалась почти стопроцентная эффективность разделения всплывающей и тонущей фракций смеси.

Хотя этот тип сухого способа проявляет себя хорошо для многих применений, он все же имеет некоторые ограничения. Так, например, многие из существующих способов, за исключением некоторых жидких способов (ориентированы на разделение продуктов с большой разницей в плотности) как отделение глыб и камней от картофеля, отделение частиц пластика от частиц меди и т.п. В то же время существует множество областей применения сортировки, где продукты, подлежащие разделению, имеют незначительную разницу по плотности. Смеси таких продуктов можно, в частности, обнаружить в сельском хозяйстве.

Большинство сельскохозяйственных продуктов, таких как овощи и фрукты, имеют разные качества и созревают неединообразно. После сбора урожая требуется качественная сортировка для обеспечения надежного и единообразного качества товара для рынка.

Некоторые виды технических приемов для сортировки по качеству специфичны для определенного вида продуктов, для которых они были разработаны. Но для многих других продуктов не существует каких-либо приемлемых способов.

Плотность могла бы быть самым прямым и последовательным индексом зрелости и других качественных факторов. Когда качественные изменения не очевидны по внешним изменениям, таким, как размер, вес, цвет и т.п. качественная сортировка на базе современной технологии неэффективна. Плотность может быть единственным критерием, открывающим возможности для сортировки по качеству в таких условиях. Однако качественная сортировка, основанная на разнице в плотности, нашла лишь ограниченное применение в торговле по нескольким причинам.

Изменения плотности, вызванные качественными преобразованиями в сельскохозяйственных товарах, обычно чрезмерно малы (обычно в пределах от 0,02 до 0,04 г/см³). Представляется, что обнаружение и сортировка таких продуктов со столь незначительными разницами в плотности возможно только с применением высококонтролируемых способов сортировки по плотности. Современные приемы сортировки по плотности, в которых используются жидкости, такие как соляные или спиртовые растворы в воде, для отделения всплывающих фракций от тонущих, требуют очень тщательного контроля над плотностью таких растворов, чтобы поддерживать плотность, промежуточную между плотностями всплывающей и тонущей фракций. Это трудно, в особенности потому, что эти растворы имеют тенденцию загрязняться посторонними веществами, которые воздействуют на плотность раствора. В этих условиях потребуется частая замена раствора. Следует также иметь в виду подготовительные и последующие операции по понижению загрязненности и по удалению остатков жидкости с продуктов. Эти операции часто ухудшают качество продукта и его способность к хранению. Более того, такие жидкости дорогие и могут представлять пожарный и социальный риск при использовании в больших количествах. Такие продукты как горох, черника, голубика и брусника нуждаются в предварительном увлажнении для устранения образования пузырьков, другие, как арахис, грецкий орех и орех пекан обычно не могут подвергаться обработке в жидкости, так как поглощение жидкости негативно отражается на их мучнистости и рассыпчатости. Кроме того, сортирование часто требует разделения на три, а то и больше категорий, что, в свою очередь, может потребовать несколько замен жидкости.

С другой стороны, сухие способы указанного выше типа обычно ограничиваются сортированием смесей продуктов соотносительно значительными разницами в плотности между всплывающей и тонущей фракциями. Когда разница в плотности товаров, подлежащих сортированию, порядка 0,02 г/см³, плотность текучего слоя, которая, как отмечалось, должна находиться между плотностями всплывающей и тонущей фракций, должна отличаться от плотностей компонентов смеси всего на 0,01 г/см³. Добиться поддерживания текучего слоя в пределах таких параметров технически чрезвычайно трудно. В связи с этим требуется создать устройство и способ для повышения однородности плотности среды текучего слоя (FBM) и текучего слоя из материала (FB) для процесса сортирования, который бы устранил многие из указанных трудностей. Такие устройство и способ, на которые подается заявка, описываются ниже.

В соответствии с изобретением смесь из предметов, имеющих незначительную разницу по плотности, сдается на вход наклонного лотка. Способствующий появлению свойства текучести газ, такой, как воздух, нагнетается со дна лотка через смесь, чтобы создать в материале текучий слой, который плывет по всему лотку до его выходного конца под действием силы тяжести. Предпочтительно лоток должен быть более широким и более мелким на входном конце и более узким и более глубоким на выходе. Лотку сообщается вертикальная вибрация, которая благотворно содействует эффективному разделению различных компонентов смеси, по мере того, как она перемещается в направлении движения текучего слоя. Менее плотные компоненты смеси поднимаются на поверхность текучего слоя, а более плотные образуют один или большее число слоев под менее плотными компонентами, образуя слои по мере того, как текучий слой становится глубже к выходному концу наклонного лотка. На выходном конце лотка различные слои отделяются друг от друга, например, струйным разделителем и погружаются на разные транспортеры.

В других вариантах осуществления изобретения один или более слоев могут передаваться одному или большему числу подобных наклонных лотков для дальнейшего разделения переданного слоя или слоев путем дальнейшего псевдосжижения этой части смеси.

Согласно еще одному варианту осуществления устройства и способа по изобретению текучий слой образуется из среды, такой как песок, и смеси с небольшой разницей плотностей, подлежащей разделению на различные группы по признаку плотности. Смесь подается на входной конец лотка таким образом, что она вовлекается в текучий слой среды. Как и в случае предыдущей реализации, вертикальная вибрация, сообщаемая лотку, способствует поддержанию однородной плотности среды текучего слоя на уровне, промежуточном между менее плотным и более плотным компонентами смеси, подлежащей разделению.

И, наконец, в еще одном варианте реализации устройства и способа по изобретению смесь, основанная на небольшой разности плотностей и подлежащая разделению, может вводиться в среду текучего слоя на выбранной глубине, предоставляя ей возможность подниматься так, что компоненты с разной плотностью пространственно разделяются по мере их вовлечения и движения в направлении перемещения текучего слоя. Компоненты с меньшей плотностью будут подниматься быстрее, в то время как компоненты с повышенной плотностью будут подниматься медленнее, таким образом воздействуя на их пространственное разъединение. Как и в других вариантах осуществления, лотку сообщается вертикальная вибрация для улучшения однородности плотности текучего слоя.

На фиг. 1 изображен вид в перспективе одного из вариантов предлагаемых устройства и способа; на фиг. 2 продольный разрез устройства на фиг. 1; на фиг. 3 в перспективе частичный вырез лотка сепаратора на фиг. 1; на фиг. 4 разрез А А на фиг. 3; на фиг. 5 разрез Б Б на фиг. 3; на фиг. 6 - увеличенный вид в перспективе воздушного контрольного механизма, использующегося в лотке сепаратора, показанного на фиг. 1; на фиг. 7 - увеличенный вид в перспективе выходного конца лотка фиг. 1; на фиг. 8 - увеличенный вид в перспективе части наклонного лотка на фиг. 1, который в частности иллюстрирует устройство и способ придания наклонному лотку вертикальных вибраций; на фиг. 9 в схематической форме вид в перспективе использования множества сепараторов, каждый из которых подвергается вертикальной вибрации и каждый используется для последовательного псевдосжижения и дальнейшего разделения фракций смеси, которой приданы свойства текучести для осуществления дальнейшего разделения компонентов, содержащихся в смеси; на фиг. 10 продольный разрез, схематично иллюстрирующий другие устройства и способ, представляющие собой второй вариант реализации изобретения относительно процессов разделения при посредстве текучего слоя среды; на фиг. 11 продольный разрез, схематически иллюстрирующий устройство и способ согласно еще одному варианту реализации изобретения; на фиг. 12 поперечный разрез устройства по фиг. 11, более детально иллюстрирующий способ удаления и перегрузки компонентов, которые отделены и собраны наверху текучего слоя среды.

Взятые вместе фиг. 1 и 2 изображают один из вариантов реализации сепаратора 10 согласно изобретению. Ради облегчения восприятия поддерживающие конструкции, такие как рамы, распорки и крепящие элементы для функциональных элементов сепаратора 10 были опущены в фиг. 1 и 2. Кроме того из фиг. 1 и 2 устранены полностью источники энергии и приводные механизмы для показанных конвейеров, если они достаточны для изобретения и имеют традиционный характер.

В соответствии с одним из видов изобретения сепаратор 10 включает систему каналов с входом и выходом для содержания материала текучего слоя, плывущего под влиянием силы тяжести от его входа до выхода. Как показано в качестве примера, отнюдь не ограничительного, открытый лоток 12 с вертикальными боковыми стенками 14, 16 имеет наклон вниз от закрытого входного конца 18 до открытого выходного конца 20. Смесь компонентов 22 подается на входной конец 18 лотка 12 и подвергается флюидизации пневматическими средствами способом, описанными ниже, для создания текучего (псевдосжиженного) слоя 24, показанного на фиг. 2.

Ввиду наклона лотка 12 текучий слой 24 плывет по лотку 12 до выходного конца 20 под влиянием силы тяжести. Чтобы оказать воздействие на скорость движения текучего слоя 24, крутизна наклона лотка 12 может регулироваться. Это может быть осуществлено путем подходящей шарнирной опоры для поддержания входного конца 18 лотка 12, а выходной конец 20 лотка 12 может поддерживаться каким-либо механизмом для поднимания и опускания выходного конца 20, как например, домкратом 21, как показано на фиг. 2.

Как хорошо видно на фиг. 3, горизонтальное расстояние между боковыми стенками 14, 16 лотка 12 уменьшается к его выходному концу 20. В результате этого текучий слой 24, плывущий по лотку 12, увеличивается по толщине в направлении движения потока, увеличивая расстояние между низом и верхом текучего слоя. Степень увеличения толщины текучего слоя 24 у выходного конца 20 лотка 12 зависит от степени сужения горизонтального расстояния между боковыми стенками 14, 16. В связи с этим целесообразно делать боковые стенки 14, 16 более высокими у выходного конца 20 лотка 12, чем у входного конца 18.

Сепаратор 10 включает средства подачи среды на входной конец 15 лотка 12 для создания текучего слоя на лотке. Как показано, средства подачи среды в варианте на фиг. 1 включают первый конвейер 26, бункер 28, расположенный в конце конвейера 26, и второй конвейер 30, который перемещает среду флюидизации или в случае варианта по фиг. 1 смесь 22 из бункера 28 на входной конец 18 лотка 12. Бункер 28 оснащен регулируемой задвижкой 32, которая контролирует количество среды флюидизации или смеси 22, подаваемой на конвейер 30. Регулируемая задвижка 32 вместе с конвейером 30 служит измерительным средством для регулирования скорости подачи среды флюидизации на входной конец 18 лотка 12.

Сепаратор 10 также содержит пневматические средства для нагнетания газа вверх через среду флюидизации в лотке 12 для создания из нее текучего слоя. Как уже отмечалось, в случае варианта на фиг. 1 текучий слой образуется из смеси компонентов 22 путем придания свойств текучести непосредственно самой смеси. Создание текучего слоя 24 из смеси 22 с использованием пневматических средств легче всего понять из фиг. 1-7, взятых вместе.

Дно лотка 12 включает воздухораспределительную плиту 38, которая может быть из перфорированного полиэтилена высокой плотности или из пористого металлического листа. Для сепаратора 10 воздухораспределительная плита 36 может быть изготовлена со средним отверстием от 30 мкм и скоростью потока (расходом) в 50 стандартных кубических футов в минуту (для таких мелких частиц, повергающихся флюидизации, как песок) до 70 мкм и скорости потока (расхода) в 600 стандартных кубических футов в минуту (или крупных объектов как арахис). Окружающий воздух направляется через воздухораспределительную плиту 38 и нагревается вверх через смесь 22 при помощи воздуходувки 34 через воздуховод 36.

Из воздуховода 36 воздух поступает в ряд камер 40 (фиг. 4), расположенных под лотком 12 и воздухораспределительной плитой 38, через отверстие 42 воздухо-приемной камеры 44 под наклонной торцевой стенкой 46. Воздух далее разделяется и проходит по боковым сторонам лотка 12 в прямоугольные воздушные емкости 48, 50, которые тянутся по всей длине лотка 12 с обеих его сторон (фиг. 3 и 5). Находящиеся под воздухораспределительной плитой 38 газовые камеры под давлением 40 (каждая из которых) связаны с одной или другой емкостями 48, 50 посредством множества круглых воздухо-приемных отверстий 52. Воздух под давлением в воздушных емкостях 48, 50 проходит таким образом через воздухо-приемные отверстия 52 в камеры под давлением 40 и нагнетается вверх через воздухораспределительную плиту 38 и смесь под ней для образования текучего слоя 24.

Каждая группа воздухо-приемных отверстий 52 перекрывается по мере необходимости пластинами 54, поворотно регулируемыми давлением воздуха (фиг. 2), которые могут быть подняты или опущены при помощи регулирующего троса 56, закрепленного на одном их конце. В конечном счете такое перекрывание оказывает воздействие на фактическую плотность текучего слоя 24 над каждой отдельной камерой воздушного давления 40. Частичное перекрытие приемных отверстий 52 путем опускания пластин регулирования давления 54 ведут к понижению давления воздуха в соответствующих камерах 40 по сравнению с давлением в воздушных емкостях 48, 50. Таким образом, воздухо-приемные отверстия 52 совместно с пластинами регулирования давления 54 служат в качестве клапанов регулирования давления в каждой воздушной камере 40.

Сужение боковых стенок 14, 16 по направлению к выходному концу 20 лотка 12 ведет к увеличению толщины текущего слоя 24 в направлении его движения. И это желательно для эффективного разделения смеси 22 на ее компоненты. Увеличение толщины текущего слоя 24 улучшает разделение, вызывая лучшее распределение по слоям, как это показано позициями 58 и 60 на фиг. 2.

Мелкий текучий слой требует меньшего давления воздуха для достижения такой же эффективной плотности как глубокий слой. В связи с этим для более мелких частей текучего слоя 24 применяется пониженное давление. Давление воздуха в каждой воздушной камере 40 непосредственно под воздухораспределительной плитой 38 с этой целью регулируется индивидуально путем управления пластинами регулирования воздушным давлением 54. Давление воздуха в воздушных камерах 40 устанавливается таким образом, что оно в каждой из них уменьшается в зависимости от ее расстояния от выходного конца 20 лотка 12. Это регулировка воздушного давления имеет целью соответствовать более-менее изменению глубины текучего слоя 24 по длине лотка 12.

Нижняя часть каждой воздушной камеры 40 имеет внизу люк 62 для ухода и очистки, а в наружных стенках воздушных емкостей 48, 50 у каждой пластины регулирования воздушным давлением 54 имеется дверца доступа 64 (фиг. 3) для обслуживания пневматической системы в этих участках.

Было установлено, что для некоторых комбинаций размеров (например сужение лотка, длина и т.п.) и для некоторых степеней наклона систем перемещения, таких как лоток 12, возникновение достаточно глубокого текучего слоя 24 не происходит. В соответствии с изобретением сепаратор текучего слоя, такой как сепаратор 10, оснащен ограничительными средствами для содействия образованию текучего слоя 24 путем замедления давления текучего слоя 24 у выходного конца 20 лотка 12 без значительного изменения объема лотка 12.

Как здесь показано в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в поток текучего слоя 24 устанавливается препятствие по усмотрению около выходного конца 20 лотка 12. В одном из вариантов ограничительных средств изобретения, показанном на фиг. 1 и 7, такое препятствие выполнено в форме множества тормозящих пластин, или же пластины или пластин, подвижных вертикально, как заслонки 66. Заслонки 66 поворачиваются вокруг вертикальной оси и приводятся в действие, например, гидравлическим или электрическим приводом 68. В другом варианте ограничительные средства принимают форму тормозящих устройств 123 на фиг. 10.

Дополнительное сопротивление потоку текучего слоя 24 у выходного конца 20 лотка 12 заставляет текучий слой 24 подниматься. При достижении приемлемой глубины заслонки 66 поворачиваются, чтобы уменьшить или совсем устранить такое препятствие потоку. Очень важно также, чтобы заслонки 66 не были слишком велики и перекрывали полностью выходной конец 20 лотка 12.

Когда это установлено, желательно поддерживать текучий слой 24 с достаточно постоянной глубиной. Эта стабильность однако регулярно нарушается в связи с добавками к текучему слою 24 смеси 22 с конвейера 30 смеси. В соответствии с изобретением обеспечиваются регулирующие средства для контроля глубины текучего слоя 24 и основанные на этом средства регулирования скорости, с которой конвейер 30 и задвижки 32 поставляют смесь 22 на входной конец 18 лотка 12. Таким образом, глубина текучего слоя 24 может поддерживаться автоматически на требуемом уровне. Как показано в качестве примера, не имеющего ограничительный характер, одной из таких форм регулирования может быть ультразвуковой датчик 70 (фиг. 2), установленный над лотком 12 для определения расстояния от него до верхней поверхности текучего слоя 24. Цилиндрические ультразвуковые короткодистанционные датчики с центральным процессором из серии, распространяемой корпорацией Агастат ("Agastat"), будут удовлетворительно функционировать для этих целей. Сигналы от ультразвукового датчика 70 используются для управления приводными средствами, обслуживающими конвейер питания 30 и/или задвижку 32.

В соответствии с другим вариантом изобретения сепаратор 10 включает средства вертикальной вибрации для сообщения лотку 12 вертикальной вибрации определенной частоты и амплитуды. Как лучше всего показано на фиг. 1, 2 и 8 вместе взятых и как иллюстрируется в порядке примера, не имеющего ограничительного характера, вертикальные средства вибрации могут включать клинообразный опорный элемент 73 с прорезью (фиг. 2), который прикрепляется к дну и поддерживает лоток 12. Опорный элемент 72 имеет прорезь 74, который, как это будет описано детально дальше, взаимодействует с кулачком и осью, показанными на фиг. 8, для сообщения лотку 12 вертикального вибрационного движения.

Способ, каким кулачковый элемент 76 и ось 78 сообщают вертикальное вибрационное движение, показан на фиг. 8 посредством прерывистых линий и стрелки 82. Как лучше всего показано на фиг. 8, приводное средство, такое как электромотор 60, приводит в движение ось 78, которая, в свою очередь, связана с кулачковым элементом, расположенным в прорези 74. Длина прорези 74 такова, что, когда ось вращает эксцентриковый кулачковый элемент 76, длина отверстия прорези 74 рассчитана таким образом, что практически никакой горизонтальный компонент движения не передается опорному элементу 72. С другой стороны эксцентриковые ось 78 и кулачковый элемент 76 передают опорному элементу движения вверх и вниз или вертикальные вибрации. Можно предусмотреть и другие инструменты и их комбинации для обеспечения описанного вертикального вибрационного движения, которые находятся в рамках объема притязаний по устройству и способу изобретения, как далее иллюстрируется и описывается на фиг. 9.

Очень важно, что вертикальная вибрация значительно улучшает разделение смеси 22 по мере того, как ей придаются свойства текучести, а отсюда следует улучшенное разложение на слои и улучшенное разделение на выходном конце лотка 12. Очень важно также отметить, что в основном сообщается только вертикальная вибрация лотку 12, и ничто не побуждает компоненты смеси двигаться горизонтально, только вертикально. Горизонтальное движение осуществления только под влиянием силы тяжести, побуждая смесь 22 в текучем состоянии двигаться вниз по наклонному лотку 12.

В соответствии с тем, что в настоящее время считается наилучшим вариантом использования изобретения, было установлено что частота вибраций и амплитуда для целей сортирования должна предпочтительно выбираться такими, чтобы объекты смеси 22 были от 3 до 12 g (приблизительно 29 118 м/с²) в зависимости от характеристики и размера продукта, подлежащего сортировке. Важно отметить, улучшенная флюидизация, являющаяся следствием вертикальных вибраций, сообщаемых лотку 12, позволяет применять процессы с текучим слоем, из материала с продуктами, которые значительно крупнее 1 или 2 мм, с такими как арахис, фасоль, кукуруза и другие подобные продукты более крупного размера, которые нуждаются в сортировке, основанной на небольшой разности в плотностях, на предмет их качества, зрелости и других таких характеристик этих продуктов.

Операцию по созданию текучего слоя 24 для разделения компонентов смеси 22 можно лучше всего понять на основе фиг. 2. Смесь 22 подается на конвейере 30 к входному концу 18 лотка 12, как это описано выше. Смесь 22 затем подвергается флюидизации при помощи воздуха, который, как описано раньше, нагнетается через воздушные емкости 48, 50, воздушные камеры 40 и газораспределительную плиту 36, причем давление воздуха постепенно повышается в камерах 40 во мере утолщения текучего слоя с приближением к выходному концу 20 лотка 12. В то время как смесь 22 подвергается флюидизации и плывет вниз по лотку под воздействием силы тяжести, лотку 12 сообщается вертикальная вибрация при помощи клинообразного опорного элемента 72 и кулачкового элемента 76, как это показано на фиг. 1 и 8. Как указано выше, вертикальная вибрация значительно содействует разделению и формированию слоев из компонентов смеси 22 по мере того, как текучий слой 24 образуется и плывет по лотку 12, таким образом, что компоненты 58 с меньшей плотностью образуют отдельный слой от компонентов с большей плотностью, как это, например, показано на позиции 60. Разделитель потока 84 вместе с конвейерами 86 и 66 являются средствами разгрузки различных слоев 58 и 60, которые разделяются по вертикали у выходного конца наклонного лотка 12.

Фиг. 9 схематически иллюстрирует другой вариант реализации устройства и способа согласно изобретению, заключающийся в дальнейшем разделении компонентов смеси, в котором из разделенных компонентов образуется новый текучий слой и подвергается последовательной обработке на нескольких лотках. Как показано на фиг. 9, три наклонных лотка, обозначенные 12A 12C, установлены один над другим. Для облегчения восприятия каждый наклонный лоток 12A 12C представлен схематически и не содержит пневматических средств и других деталей, которые были ранее описаны в связи с лотком 12, изображенным на фиг. 1-7, однако следует понимать, что каждый лоток 12A 12C содержит все дополнительные элементы и конструкции, описанные в связи с лотком 12 по варианту фиг. 1.

Каждый из трех наклонных лотков 12A 12C опирается на горизонтальные опорные элементы 90A 90C и 92A 92C у входного и выходного концов лотков. Опорные элементы 90A 90C предпочтительно оснащаются средствами для регулирования угла наклона каждого лотка 12A 12C, такими как, например, домкрат на фиг. 1. Или же сами опорные элементы 90A 90C могут регулироваться по высоте на стержнях 94. Так, в частности, в некоторых случаях может оказаться желательным иметь различные углы наклона для каждого лотка 12A - 12C. Лотки 12A 12C могут также быть расположены по горизонтали в отличие от вертикального расположения, и это тоже находится в пределах объема притязаний.

Опорные элементы 90, 92, расположенные горизонтально, скреплены с вертикальными стойками 94, каждая из которых оснащена сверху и снизу небольшими площадками 96, 98. Площадка 98 внизу каждой стойки 94 размещена на пружине 100, в то время как верхняя площадка 96 находится в контакте с кулачковым элементом 112, который приводится во вращение осью 102. Каждая ось 102 приводится во вращение цепью 106 и звездочкой 104, расположенной на концах осей 102, так что, когда мотор 106 приводит в движение звездочку 110, цепь 106 также приводится в движение, вращая звездочки оси 104 и сами оси 102. Вращательное движение каждого кулачкового элемента 112, в свою очередь, сообщает вертикальные вибрации необходимой амплитуды и частоты, как показано стрелками 114, каждому из наклонных лотков 12A 12C, как это описано раньше.

В ходе работы согласно устройству и способу, проиллюстрированным на фиг. 9, смесь 22 подается с конвейера 30 на входной конец верхнего лотка 12A и подвергается флюидизации описанным выше методом для образования текучего слоя 24A. На выходном конце лотка 12 A текучий слой 24A расслаивается так, что компоненты 58A меньше плотности отделяются и могут быть таким образом разгружены с помощью разделителя потока 84A и соответствующего конвейера 86A, в то время как компоненты с большей плотностью, отмеченные позицией 60A перегружаются на конвейер 88A. Конвейер 88Aв свою очередь, подаете эту порцию смеси на входной конец лотка 12B для формирования текучего слоя 24B и для дальнейшего разделения на выходном конце лотка 12B. Если желательно, можно осуществить и дальнейшее разделение путем направления последней части смеси посредством конвейера 88B на входной конец лотка 12C.

С другой стороны, в некоторых случаях желательно подвергнуть дальнейшему разделения слой менее плотных элементов 58A и 58B, как например, при отделении арахиса, зараженного флотоксином. Соответственно последовательное разделение любой из этих порций (слоев 58 или 60) находится в пределах объема притязаний по изобретению.

Как это понятно из предшествующего описания, вертикальная вибрация той же выбранной частоты и амплитуды сообщается каждому из лотков 12A 12C для улучшения разложения на слои, а отсюда и для разделения на выходном конце соответствующего лотка 12A 12C. Таким образом, на выходном конце самого нижнего лотка 12C завершается полностью разделение компонентов смеси с разными плотностями, как показано позициями 58C и 60C, благодаря рециркуляции части смеси с одного лотка на другой.

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 10, включает наклонный лоток, идентичный лотку 12, описанному в связи с вариантом по фиг. 1, по существу во всех отношениях, включая, но не ограничиваясь описанным средствами пневматики и вертикальной вибрации. Однако вместо использования смеси 22 для флюидизации и формирования из нее текучего слоя 23 здесь подается песок или другой тонкий материал с конвейера 30, подающего среду. Среда или песок далее подвергаются флюидизации таким же образом, как это описано в связи с рассмотрением фиг. 1, и смесь компонентов 22 вводится на входной конец 18 лотка 12 так, что смесь втягивается в текучий слой среды 24, формируя, например, всплывающую и тонущую фракции 58 и 60, которые разделяются разделителем потока в форме роликов 121 на выходном конце 20 лотка 12. Смесь компонентов 22 подается средствами подачи смеси, которые могут включать, например, отдельный конвейер 118. Желательно также включить в эту систему средства рециркуляции среды флюидизации, которые, например, могут содержать крупный барабан 120, изображенный на фиг. 10.

Важно отметить, что вертикальная вибрация, сообщаемая наклонному лотку 12 фиг. 10, содействует повышению однородности плотности текучего слоя среды 24, Повышенная однородность плотности текучего слоя 24 позволяет достичь более эффективного разделения компонентов различной плотности 56, 60 и способствует эффективному сортированию компонентов с небольшой разницей в плотности при помощи процесса текучего слоя среды (FBM).

Устройство и способ согласно изобретению могут также быть использованы в другом типе процесса текучего слоя среды, как это проиллюстрировано на фиг. 11 и 12, взятых вместе. На фиг. 11 и 12 наклонный лоток 12 снова в основном идентичен по конструкции и по средствам пневматики и вертикального вибрирования лотку 12. Однако в варианте реализации, показанном на этих фигурах, текучий слой среды, песка или какого-либо другого тонкого материала, образующего текучий слой 24, используются как плавучий поток. Соответственно смесь компонентов 22 вводится в плавучий поток, образованный текучим слоем среды, 24 на выбранной глубине, так что компоненты вовлекаются в плавучий поток, тем самым способствуя их разделению на группы с различной плотностью по мере того, как они поджимаются на поверхность плавучего потока или опускаются на дно, как это продемонстрировано на примере групп различной плотности 58A - 58D, которые пространственно разделяются и подбираются с поверхности плавучего потока, в отличие от группы компонентов 60, которые опускаются на дно плавучего потока. В верхней части лотка могут быть установлены перегородки 130 для содействия группированию компонентов разной плотности, а расположенные на расстояниях вилки 124А-124Д (фиг. 12) могут быть использованы для разгрузки каждой отдельной группы предметов 58A 58D с поверхности плавучего потока для помещения их на конвейеры, как это проиллюстрировано, например, на фиг. 12, позиция 121 B.

Степень пространственного разделения может регулироваться или увеличением угла наклона лотка 12, увеличивая скорость движения плавучего потока, или регулированием скорости движения плавучего потока при помощи задвижки 128, или же поднятием выше конвейера 30 при помощи домкрата 122 для регулирования глубины, на которую компоненты вводятся в плавучий поток. Как это очевидно, предметы с меньшей плотностью поднимутся быстрее, чем предметы с большей плотностью, тем самым осуществляя пространственное распределение компонентов на поверхности плывучего потока, а степень пространственного разделения будет определяться, как указано выше, скоростью движения плавучего потока и глубиной, на которую они вводятся в плавучий поток.

Как и в случае варианта, описанного на фиг. 10, клинообразный опорный элемент с прорезью 72, используемый в комбинации с кулачком 76 и осью 78 для сообщения вертикальной вибрации лотку 12, способствует повышению однородности плотности плывучего потока с теми же преимуществами, которые описаны выше в связи с фиг. 10.

Резюмируя, следует отметить, что изобретение предусматривает улучшенные способ и устройство для эффективного разделения и сортирования смеси компонентов, как например, сельскохозяйственных продуктов, когда предметы, подлежащие сортировке на несколько различных групп, имеют небольшую разницу по плотности. Описанное устройство и способ для создания текучего слоя могут быть использованы в процессах, связанных с текучим слоем из материала (FB) или с текучим слоем из среды (FBM), для осуществления улучшенной сортировки компонентов на основе небольшой разницы их плотности с использованием любого из этих процессов. В случае процессов сортировки с применением текучего слоя из среды достигается повышение однородности плотности текучего слоя среды, а в случае применения процессов с текучим слоем из материала достигается улучшенное разложение по слоям и разделение самого слоя, а размер предметов, подлежащих сортировке, при использовании усовершенствованного процесса FB согласно изобретению может быть значительно крупнее, чем 1 2 мм.

Изобретение может быть реализовано в других специфических формах без отклонения от его духа и существенных характеристик, и поэтому описанные варианты реализации должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстрации, не имеющие ограничительного значения.

Формула изобретения

1. Устройство для разделения смеси предметов с различной плотностью на разные группы, содержащее наклонный канал транспортировки, имеющий входной и выходной концы, днище и боковые стенки для размещения псевдоожиженного слоя, средство подачи псевдоожижаемой среды, расположенное у входного конца канала транспортировки, пневматическое средство, установленное под каналом транспортировки, средство вертикальной вибрации, соединенное с каналом транспортировки, отличающееся тем, что канал транспортировки выполнен с возможностью вибрации с частотой и амплитудой, при которых смесь имеет ускорение 3 12 g (около 29 118 м/с²).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит средства разгрузки различных слоев по вертикали, установленные на выходном конце канала транспортировки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит ряд каналов транспортировки, каждый из которых снабжен пневматическим средством, средством вертикальной вибрации, средством разгрузки, и средства для перегрузки по крайней мере части смеси, установленные между выходным концом одного из каналов транспортировки и входным концом другого канала транспортировки.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждый канал транспортировки уже у выходного конца по сравнению с входным концом.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что пневматическое средство содержит источник газа под давлением, перфорированную газораспределительную плиту, расположенную под каналом транспортировки, и газораспределительную емкость под газораспределительной плитой, связанную с источником газа под давлением.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что газораспределительная емкость содержит несколько отдельных камер с газом под давлением, связанных с источником газа под давлением и расположенных смежно одна с другой, под газораспределительной плитой по всей ее длине, и ряд индивидуально регулируемых клапанов, расположенных между камерой с газом под давлением и источником газа под давлением.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что газораспределительная плита представляет из себя пористый лист.

8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит измерительные средства, связанные со средствами подачи псевдоожижаемой среды.

9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что канал транспортировки представляет собой лоток, наклоненный вниз от входного конца к выходному концу канала транспортировки, причем лоток имеет боковые стенки, расположенные по горизонтали ближе одна к другой у выходного конца, чем у входного конца канала транспортировки.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что боковые стенки имеют большую высоту у выходного конца канала транспортировки, чем у входного его конца.

11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что содержит средства для регулирования угла наклона канала транспортировки.

12. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит ограничительные средства, установленные у выходного конца канала транспортировки.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что содержит контрольные средства для определения глубины текучего слоя, связанные со средствами подачи псевдоожижаемой среды.

14. Устройство по пп. 1, 5 13, отличающееся тем, что содержит средства подачи смеси предметов, расположенные у входного конца канала транспортировки.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средства подачи смеси предметов содержат средства для ее введения в псевдоожиженный слой на заданную глубину.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что содержит ряд разгрузочных средств, расположенных вдоль канала транспортировки.

17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что содержит средство рециркуляции среды, расположенное у выходного конца канала транспортировки и связанное со средством подачи среды у входного конца канала транспортировки.

18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства измерительной вибрации содержат элемент с прорезью, прикрепленный к каналу транспортировки, и кулачково-осевое средство вращения, соединенное с элементом с прорезью.

19. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства вертикальной вибрации содержат вертикально-подвижные стержни, соединенные с каналом транспортировки, и кулачково-осевое средство вращения, соединенное со стержнями.

20. Способ разделения смеси предметов с различной плотностью на разные группы, в котором на канал транспортировки подают псевдоожижаемую среду для формирования псевдоожиженного слоя, нагнетают воздух в вертикальном направлении через псевдоожижаемую среду в канале транспортировки для образования из нее псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что канал транспортировки подвергают вибрации в вертикальном направлении с частотой и амплитудой, при которых смесь имеет ускорение 3 12 g (около 29 118 м/с²).

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что включает разгрузку различных слоев смеси, которые разделяются по вертикали у выходного конца канала транспортировки.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что включает возврат по крайней мере на один другой канал транспортировки для псевдоожижения смеси, по крайней мере части смеси.

23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что включает доставку смеси предметов к входу канала транспортировки для ее вовлечения в псевдоожиженный слой.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что смесь предметов вводят в псевдоожиженный слой на определенную глубину.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что включает удаление каждой группы смеси, сформированной на поверхности слоя.

26. Способ по п. 23, отличающийся тем, что включает сбор псевдоожижаемой среды у выхода канала транспортировки и возвращение среды к входу канала транспортировки.

27. Способ по п. 23, отличающийся тем, что включает временное сдерживание потока псевдоожиженного слоя без изменения объема канала транспортировки до окончательного формирования псевдоожиженного слоя.

28. Способ по п. 23, отличающийся тем, что включает регулирование давление газа, нагнетаемого через псевдоожижаемую среду по всей длине канала транспортировки.

29. Способ по п. 20, отличающийся тем, что включает регулирование угла наклона канала транспортировки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12