Устройство и способ извлечения частиц из суспензии

Предложенная группа изобретений относится к устройствам и способам извлечения плавучих частиц из суспензии. Может применяться для извлечения плавучих частиц, таких как полые керамические микросферы из водной суспензии летучей золы, в которой они содержатся. А также могут применяться для извлечения из суспензии частиц, имеющих удельную плотность выше, чем у суспензии. Полые керамические микросферы могут представлять собой ценосферы. Устройство для извлечения частиц из суспензии содержит корпус, определяющий область потока суспензии и имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие в противоположных первой и второй областях корпуса, по меньшей мере одну наклонную гофрированную пластину, содержащуюся внутри корпуса и имеющую по меньшей мере один гофр, образующий вершину или впадину, которая проходит в области потока суспензии, коллектор на стороне впускного отверстия пластины, связанный с по меньшей мере одной вершиной или по меньшей мере одной впадиной и трубой, проходящей от коллектора и за пределы впускного отверстия корпуса. Горловина коллектора расположена на краю пластины для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность больше, чем у суспензии, оседать и направляться вдоль верхней стороны впадины к горловине коллектора или для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность ниже, чем у суспензии, подниматься и направляться вдоль нижней стороны вершины к горловине коллектора. С помощью устройства осуществляются способы извлечения частиц с низкой плотностью из суспензии, а также способы извлечения частиц с высокой плотностью из суспензии. Технический результат – повышение эффективности, а также чистоты извлечения частиц из суспензии. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к устройствам и способам извлечения частиц из суспензии. Оно находит особое применение для извлечения плавучих частиц (таких как полые керамические микросферы) из суспензии (такой как водная суспензия), в которой они содержатся. Однако в инвертированной конфигурации устройства и связанные с ними способы могут применяться для извлечения из суспензии частиц, имеющих удельную плотность выше, чем у суспензии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полые керамические микросферы, состоящие из оксида алюминия и диоксида кремния, заполненные воздухом или инертным газом, производятся как побочный продукт сжигания угля при температурах от приблизительно 1500 °C до 1750 °C. Эти полые керамические микросферы называются «ценосферами» и обнаруживаются в пылевидной топливной золе тепловых электростанций. Их химический состав и физические характеристики меняются в зависимости от процесса сгорания и состава используемого угля. Каждая такая керамическая микросфера, как правило, имеет диаметр от приблизительно 5 до 500 микрон с плотностью от приблизительно 0,4 до 0,8 г/см³, что делает ее менее плотной, чем вода.

Полые керамические микросферы изначально считались нежелательными и сложными отходами, поскольку после высыхания они превращались в стойкую пыль в воздухе. Кроме того, низкая плотность сделала их непригодными для закапывания, поскольку грунтовые воды выталкивали бы их на поверхность. Однако они стали ценным товаром, имеющим приблизительную коммерческую стоимость около 1000 долларов США за тонну на момент подачи данной заявки. В зависимости от их марки, полые керамические микросферы находят различные промышленные применения, включая их использование в легких изоляционных изделиях; наполнителях для красок, лаков и пластмасс; легких заполнителях в бетонах; и наполнителях для битумных каучуков и это только некоторые из примеров. Преимущества использования полых керамических микросфер в качестве наполнителя в таких применениях включают снижение веса, пониженную вязкость, уменьшение усадки и улучшенные огнезащитные свойства.

Основными побочными продуктами тепловых электростанций, работающих на угольном топливе, являются шлак, зольный остаток и летучая зола. Более тяжелые шлак и зольный остаток могут быть удалены в нижней части котла электростанции, тогда как легкая летучая зола поднимается вверх и, в целом, переносится с отработанными газами, от которых она отделяется, и переносится к золоотвалу посредством либо сухого способа, либо мокрого способа.

Мокрое транспортирование летучей золы может привести к образованию суспензии, которая стекает в осадочные отстойники. Здесь большая часть золы осядет, и плавучие полые керамические микросферы поднимутся на поверхность. Однако разница в плотности между полыми керамическими микросферами и водой такова, что скорость, с которой микросферы поднимаются к поверхности воды, чрезвычайно мала. Рабочие должны собирать плавающие полые керамические микросферы вручную, снимая плавающие микросферы с поверхности воды. Поэтому этот процесс может быть довольно трудоемким и отнимать много времени.

Кроме того, приблизительно 80% полых керамических микросфер, содержащихся в летучей золе, либо повреждаются при транспортировке в осадочные отстойники, либо оказываются захваченными золой или загрязняются ею, либо становятся непригодными для использования иным образом. Поскольку эти полые керамические микросферы образуют только от приблизительно 0,2% до 2% летучей золы в ее источнике, такой высокий процент дальнейших потерь недопустим.

Следовательно, в этом отношении есть возможности для совершенствования и раскрытое в данном документе изобретение устраняет эти и другие недостатки по меньшей мере до некоторой степени. Кроме того, поскольку устройство является инвертируемым для отделения от суспензии частиц, имеющих удельную плотность выше, чем у суспензии, изобретение может выполнять две задачи.

Предыдущее рассмотрение предпосылок изобретения предназначено только для облегчения понимания настоящего изобретения. Следует понимать, что рассмотрение не является подтверждением или признанием того, что какой-либо из упомянутых материалов был частью общеизвестных знаний в данной области техники на дату приоритета заявки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство, содержащее:

корпус, определяющий область потока суспензии и имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие в противоположных первой и второй областях корпуса, соответственно, при этом область потока суспензии проходит между впускным отверстием и выпускным отверстием;

по меньшей мере одну функционально наклонную гофрированную пластину, содержащуюся внутри корпуса, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину или впадину, которая проходит в области потока суспензии; и

коллектор, обеспеченный на стороне впускного отверстия пластины и связанный с:

по меньшей мере одной вершиной, при этом горловина коллектора расположена на краю пластины для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность ниже, чем у суспензии, подниматься и направляться вдоль нижней стороны вершины к горловине коллектора; или

по меньшей мере одной впадиной, при этом горловина коллектора расположена на краю пластины для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность больше, чем у суспензии, оседать и направляться вдоль верхней стороны впадины к горловине коллектора.

Дополнительные признаки предусматривают, что устройство имеет множество разнесенных и функционально наклонных гофрированных пластин, содержащихся внутри корпуса, при этом каждая пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину или впадину, которая проходит в области потока суспензии; и что каждая пластина имеет множество гофров, образующих множество вершин и множество впадин.

Еще один признак предусматривает, что впадины гофрированных пластин расположены таким образом, что частицы с более высокой плотностью, содержащиеся в суспензии, направляются вниз вдоль рабочей верхней стороны впадин.

Если частицы, подлежащие извлечению, имеют удельную плотность ниже, чем у суспензии, противоположные первая и вторая области корпуса могут представлять собой соответствующие рабочие верхнюю и нижнюю области. Дополнительные признаки предусматривают, что соответствующие гофры смежных пластин образуют группу вершин; и что каждая группа вершин имеет связанный с ней коллектор, обеспеченный на стороне впускного отверстия пластин с горловиной каждого коллектора, расположенной напротив краев пластин.

Еще один признак предусматривает, что каждый коллектор находится в сообщении по текучей среде со стояком, функционально проходящим вверх от коллектора, для направления частиц с низкой плотностью из горловины коллектора и из корпуса по стояку. Еще один признак предусматривает, что коллектор функционально сужается вверх для состыковки со стояком, тем самым помогая частицам с низкой плотностью в суспензии перемещаться внутрь стояков и вдоль них.

В качестве альтернативы, если частицы, подлежащие извлечению, имеют удельную плотность выше, чем у суспензии, противоположные первая и вторая области корпуса могут представлять собой соответствующие рабочие нижнюю и верхнюю области. Дополнительные признаки предусматривают, что соответствующие гофры смежных пластин образуют группу впадин; и что каждая группа впадин имеет связанный с ними коллектор, обеспеченный на стороне впускного отверстия пластин с горловиной каждого коллектора, расположенной напротив краев пластин.

Еще один признак предусматривает, что каждый коллектор находится в сообщении по текучей среде со сливной трубой, функционально проходящей вниз от коллектора для направления частиц с высокой плотностью из горловины коллектора и из корпуса по сливной трубе. Еще один признак предусматривает, что коллектор функционально сужается вниз для состыковки со сливной трубой, тем самым помогая частицам с высокой плотностью в суспензии перемещаться в сливные трубы и вдоль них.

Еще один признак предусматривает, что корпус определяет промежуточное пространство между впускным отверстием и гофрированными пластинами, и что промежуточное пространство содержит одну или более перегородок, расположенных поперек области потока суспензии.

Еще дополнительные признаки предусматривают, что корпус имеет функционально вертикальную секцию и наклонную секцию, находящуюся ниже по потоку от функционально вертикальной секции, с впускным отверстием, обеспеченным в функционально вертикальной секции, и одной или более гофрированными пластинами, расположенными внутри наклонной секции; и что вторая область корпуса сосредотачивается в выпускном отверстии.

Дополнительные признаки предусматривают, что рабочий наклон каждой гофрированной пластины составляет от 60° до 80° от горизонтали, предпочтительно 70°; и что наклонная секция корпуса имеет по существу такой же наклон, как и гофрированные пластины.

Дополнительные признаки предусматривают, что суспензия содержит смесь воды, летучей золы и полых керамических микросфер; что частицы с низкой плотностью представляют собой полые керамические микросферы; и что полые керамические микросферы представляют собой ценосферы.

Настоящее изобретение распространяется на способ извлечения частиц с низкой плотностью из суспензии, при этом способ включает:

обеспечение устройства, как определено выше;

прием внутрь корпуса через впускное отверстие суспензии, содержащей частицы с низкой плотностью;

инициирование протекания суспензии вдоль области потока суспензии;

инициирование подъема и направления частиц с низкой плотностью вдоль нижней стороны по меньшей мере одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

инициирование попадания частиц с низкой плотностью в горловину коллектора, связанного с каждой из вершин.

Настоящее изобретение также распространяется на способ извлечения частиц с низкой плотностью из суспензии, включающий этапы:

втекания суспензии в корпус через впускное отверстие и через область потока, содержащую по меньшей мере одну функционально наклонную гофрированную пластину, находящуюся в ней, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину, которая проходит вдоль такой области потока;

инициирования подъема и направления частиц с низкой плотностью вдоль нижней стороны по меньшей мере одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

сбора частиц с низкой плотностью, поднимающихся по меньшей мере от одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной, в один или более коллекторов, связанных с каждой вершиной; и

направления частиц с низкой плотностью из коллекторов функционально вверх за пределы уровня впускного отверстия в корпус по стоякам.

Настоящее изобретение также распространяется на способ извлечения частиц с высокой плотностью из суспензии, при этом способ включает:

обеспечение устройства, как определено выше;

прием внутрь корпуса через впускное отверстие суспензии, содержащей частицы с высокой плотностью;

инициирование протекания суспензии вдоль области потока суспензии;

инициирование оседания и направления частиц с высокой плотностью вдоль верхней стороны по меньшей мере одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

инициирование попадания частиц с высокой плотностью в горловину коллектора, связанного с каждой из впадин.

Настоящее изобретение также распространяется на способ извлечения частиц с высокой плотностью из суспензии, включающий этапы:

втекания суспензии в корпус через впускное отверстие и через область потока, содержащую по меньшей мере одну функционально наклонную гофрированную пластину, находящуюся в ней, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий впадину, которая проходит вдоль такой области потока;

инициирования оседания и направления частиц с высокой плотностью вдоль верхней стороны по меньшей мере одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

сбора частиц с высокой плотностью, оседающих по меньшей мере из одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной в один или более коллекторов, связанных с каждой впадиной; и

направления частиц с высокой плотностью из коллекторов функционально вниз за пределы уровня впускного отверстия, где они извлекаются из корпуса, по сливным трубам.

Далее только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы будет описан вариант осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

на фиг. 1 представлен трехмерный вид устройства согласно настоящему изобретению для отделения частиц с низкой плотностью от суспензии;

на фиг. 2 представлены гофрированные пластины в поперечном сечении, содержащиеся внутри корпуса устройства, показанного на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен вид в сечении двух смежных гофрированных пластин;

на фиг. 4 представлен трехмерный вид гофрированных пластин и коллекторов, связанных с вершинами гофрированных пластин;

на фиг. 5 представлен трехмерный вид гофрированных пластин и альтернативный вариант осуществления коллекторов, связанных с вершинами гофрированных пластин;

на фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ отделения частиц с низкой плотностью от суспензии с использованием устройства по фиг. 1;

на фиг. 7 представлен трехмерный вид второго варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению для отделения частиц с высокой плотностью от суспензии; и

на фиг. 8 представлен вид в сечении двух смежных гофрированных пластин устройства по фиг. 7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СО ССЫЛКОЙ НА ЧЕРТЕЖИ

Предлагается устройство для отделения частиц с низкой плотностью от суспензии. Оно находит особое применение при извлечении полых керамических микросфер из водной суспензии, которая образуется как часть способа мокрого отделения летучей золы из тепловой электростанции, работающей на угольном топливе. Эти полые керамические микросферы в одном иллюстративном варианте осуществления могут представлять собой ценосферы.

Устройство имеет корпус, определяющий область, по которой суспензия может протекать при использовании. Корпус имеет впускное отверстие на функционально верхней области корпуса для приема суспензии и выпускное отверстие, через которое остальная часть суспензии, то есть часть суспензии, остающаяся после того, как частицы с низкой плотностью по меньшей мере частично были извлечены из нее, может выйти из корпуса.

Корпус содержит по меньшей мере одну наклонную гофрированную пластину, которая имеет по меньшей мере один гофр, образующий вершину. По соображениям обеспечения эффективности корпус может, как правило, содержать несколько гофрированных пластин, каждая из которых имеет множество гофров и, таким образом, образует множество вершин и впадин. Смежные гофрированные пластины разнесены друг от друга для создания между ними области потока, через которую может протекать суспензия. Направление наклонных вершин и впадин гофрированных пластин проходит в целом по пути потока.

Устройство дополнительно содержит один или более коллекторов, каждый из которых связан с вершиной и обеспечен на стороне впускного отверстия пластины. Горловина каждого коллектора расположена на краю пластины. При использовании нескольких гофрированных пластин соответствующие гофры на смежных пластинах могут образовывать группы вершин. Коллектор, следовательно, может быть связан с каждой из вершин таким образом, что группа, связанная с горловиной соответствующего коллектора, обеспечивается там, где группа вершин заканчивается на стороне впускного отверстия пластин.

При использовании суспензия, содержащая частицы с низкой плотностью, например, суспензия, содержащая полые керамические микросферы, может поступать в корпус через впускное отверстие и может протекать к выпускному отверстию. Частицы с низкой плотностью могут подниматься и направляться вдоль нижней стороны каждой из вершин к горловине каждого коллектора. Следовательно, частицы, которые перемещаются по нижней стороне конкретной группы вершин, могут попадать в общий коллектор.

Поскольку работа устройства зависит от силы тяжести и относительных плотностей компонентов суспензии, следует понимать, что если в описании делается ссылка на термины «вертикальный» или «горизонтальный», то они относятся к ориентации устройства при использовании. Подобным образом относительные направления, такие как «под» и «над», относятся к устройству, находящемуся в вертикальной ориентации.

На фиг. 1 показан иллюстративный вариант осуществления устройства (1) для отделения частиц с низкой плотностью от суспензии. В целях иллюстрации устройство (1) и его работа будут объяснены с помощью примера, в котором частицы с низкой плотностью представляют собой полые керамические микросферы, содержащиеся в суспензии летучей золы. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что устройство можно использовать для отделения любой частицы или совокупности частиц, имеющих более низкую плотность или плотности, чем у остальных компонентов, содержащихся в суспензии.

Устройство (1) содержит корпус (3) с вертикальной секцией (5) и наклонной секцией (7) под вертикальной секцией. Как вертикальная секция (5), так и наклонная секция (7) имеют по существу прямоугольное поперечное сечение. Впускное отверстие (9) обеспечено в вертикальной секции (5) и, таким образом, рядом с верхней частью устройства (1), через которое суспензия может поступать в корпус (3). В нижней области наклонной секции (7) корпус образует воронку (11) с выпускным отверстием (13) корпуса, предусмотренным на узком конце воронки (11). При использовании суспензия может протекать через корпус (3) от впускного отверстия (9) к выпускному отверстию (13) в области (12) потока корпуса, образованной между впускным отверстием и выпускным отверстием.

В настоящем варианте осуществления наклонная секция (7) расположена под углом приблизительно 70° от горизонтали. Внутри наклонной секции (7) содержится множество разнесенных и по существу параллельных гофрированных пластин (15), которые также наклонены под углом приблизительно 70° от горизонтали. Каждая гофрированная пластина (15) имеет несколько гофров и, следовательно, определяет множество вершин (17) и впадин (19), образованных гофрами.

Как более ясно показано на виде в поперечном сечении в ширину на фиг. 2, соответствующие вершины (17) смежных гофрированных пластин вместе образуют параллельные группы вершин (21). Переходя теперь к фиг. 4, коллектор (25) обеспечен на стороне впускного отверстия на краях (23) гофрированных пластин (15) на каждой из групп вершин (21), поэтому каждый коллектор связан с вершинами (17) их соответствующей группы (21). Горловина (27) каждого коллектора расположена напротив краев (23) пластин и предназначена для сбора восходящего вытекающего потока микросфер из групп вершин (25), как будет более подробно описано ниже.

Каждый коллектор (25) сообщается по текучей среде со стояком (29), который проходит вверх от коллектора для направления микросфер из горловины (27) коллектора (25) и из корпуса (3) по стояку (29).

В промежуточном пространстве (31), в целом, между впускным отверстием (9) и гофрированными пластинами (15), обеспечены вертикально разнесенные перегородки (33), которые, следовательно, расположены поперек направления потока.

На фиг. 6 показана блок-схема способа (500) отделения частиц с низкой плотностью от суспензии с использованием устройства (1). На первом этапе суспензия летучей золы подается (501) в корпус (3) через впускное отверстие (9). Суспензия может подаваться самотеком, закачиваться в корпус или может использоваться комбинация этих способов. Суспензия попадет в промежуточное пространство (31) в вертикальной секции (5) и будет стекать вниз через перегородки (33). Перегородки (33) помогают уменьшить турбулентность потока суспензии, поскольку результаты могут быть более эффективными, когда нисходящий поток через устройство является однородным или максимально близок к однородному.

На втором этапе суспензию заставляют течь (502) вдоль области потока суспензии и через промежутки между смежными гофрированными пластинами (15). Параметры потока суспензии через эти пространства между смежными пластинами и, в частности, скорость его потока конфигурируются таким образом, чтобы обеспечивать возможность отделения полых керамических микросфер от более тяжелой остальной части суспензии, как описано далее со ссылкой на фиг. 6.

На фиг. 3 показаны две смежные гофрированные пластины (15) в продольном сечении. Показанная верхняя пластина разрезана по вершине (17), а пластина, показанная внизу, разрезана по впадине (19). На фиг. 3 проиллюстрировано состояние, в котором пространство между смежными пластинами (50) полностью заполнено суспензией, которая в этом иллюстративном варианте осуществления является водной. Суспензия представляет собой смесь полых керамических микросфер (51) с низкой плотностью и частиц (53) золы с более высокой плотностью и других более тяжелых примесей. Будет понятно, что остальная часть пространства (50) между смежными пластинами, следовательно, заполнена водой.

Тот факт, что полые керамические микросферы (51) имеют меньшую плотность, чем вода, приведет к тому, микросферы (503) будут подниматься в воде при условии, что скорость потока достаточно низкая, чтобы предотвратить унос микросфер. Когда полые керамические микросферы (51) перемещаются вверх в пространство (50) между смежными пластинами (15), микросферы в конечном итоге столкнутся с нижней стороной верхней пластины. Полые керамические микросферы (51) будут направляться к вершине (17) верхней пластины по наклоненным вверх краям гофра. Как только микросферы (51) достигнут вершины (17) верхней пластины, микросферы будут направляться вверх по вершине на нижней стороне верхней пластины.

И наоборот, из-за того, что частицы (53) золы и другие примеси с более высокой плотностью имеет большую плотность, чем вода, частицы (53) золы перемещаются вниз в пространстве (50) между смежными пластинами (15). По мере того, как частицы (53) золы перемещаются вниз, они в конечном итоге сталкиваются с верхней поверхностью нижней пластины. Частицы (53) золы будут направляться к впадине (19) нижней пластины по наклоненным вниз краям гофра. Как только частицы (53) золы достигнут впадины (19) нижней пластины, они будут направляться вниз по впадине на верхней поверхности нижней пластины к воронке (11) и, таким образом, также к выпускному отверстию (13).

Когда микросферы (51), перемещающиеся вверх вдоль вершин, достигнут краев (23) гофрированных пластин (15) на стороне впускного отверстия, микросферы попадут в горловину (27) коллектора (25), которая связана с соответствующей группой (21) вершин. Микросферы (51) будут продолжать подниматься в стояках (29) и, в конечном итоге, выйдут из корпуса (3), откуда микросферы могут быть транспортированы далее. Остаток суспензии, содержащий золу (53) с более высокой плотностью и другие примеси, может выйти из выпускного отверстия (13), откуда его можно транспортировать для дальнейшей обработки.

На фиг. 4 показано расположение параллельных пластин. Тот факт, что листы гофрированы, играет очень важную роль в сборе микросфер. Когда микросферы всплывают по нижней стороне листов, они переносятся в направлении вершин в листах, которые находятся выше, где они концентрируются и перемещаются вдоль этих волнистостей вершин к верхним частям листов. Там они всплывают в инвертированные каналы сбора. Эти инвертированные каналы охватывают все точки, где микросферы выходят из вершин листов. Оттуда они всплывают по стоякам и собираются наверху.

На фиг. 5 показано расположение параллельных пластин по фиг. 4 с альтернативным коническим вариантом осуществления коллекторов (25), чтобы лучше способствовать перемещению микросфер (51) вверх в стояки (29) и вдоль них. Хотя конические коллекторы (25) были проиллюстрированы в качестве функционально сужающихся вверх от каждого конца для состыковки с соответствующим стояком (29) в середине пролета такого коллектора (25), следует иметь в виду, что стояк (29) может быть расположен где угодно вдоль длины коллектора (25), при этом коллектор (25) соответствующим образом сужается вверх для состыковки со стояком.

Подобным образом зола будет скользить вниз по листам, и переноситься во впадины в листах, и сбрасываться через дренажный желоб к выпускному отверстию.

Устройство (1) и способ (500), описанные выше, могут решить две задачи, связанные с отделением полых керамических микросфер посредством флотации в соответствии с известным уровнем техники. Первая такая рассматриваемая задача заключается в том, что микросферы плавают с очень низкой скоростью. Обычно они поднимаются в воде со скоростью приблизительно 100 мм в минуту в зависимости от плотности и размера конкретных микросфер. Пропуская суспензию между близко расположенными параллельными листами, которые могут, как правило, быть разнесены друг от друга на приблизительно 10 мм, микросферам необходимо лишь подняться вверх на приблизительно 15 мм, прежде чем они достигнут нижней поверхности пластины прямо над ней. После этого путь их движения вверх определяется вершиной в гофрах, и при достижении верхнего края пластины они войдут в горловину коллектора и будут перемещаться дальше вверх в стояках.

Напротив, при использовании обычных способов флотации потребуется очень большой резервуар для флотации, чтобы обеспечить достаточное время пребывания для выхода полых керамических микросфер на поверхность зольной суспензии. Например, в традиционном резервуаре для флотации глубиной 5 м микросферы будут, как правило, достигать поверхности за 30 мин.

Вторая рассматриваемая задача заключается в том, что это устройство и способ его использования, могут повысить чистоту, с которой извлекаются микросферы, по сравнению с чистотой извлечения посредством традиционных способов. Такая повышенная чистота может быть связана с тем фактом, что после того, как микросферы достигли инвертированных каналов сбора или вершин, они могут больше не контактировать с частицами золы, и только микросферы будут всплывать к стоякам (с минимальным, насколько это возможно, количеством примесей). Извлечение микросфер из стояков будет происходить выше уровня воды, на удалении от зольной суспензии, находящейся ниже.

Во всем описании, если содержание не требует иного, слово «содержать» или его варианты, такие как «содержит» или «содержащий», будет пониматься как подразумевающее включение указанного целого числа или группы целых чисел, но не исключение любого другого целого числа или группы целых чисел.

Устройство может быть также изготовлено в модульной конструкции, чтобы обеспечивать индивидуальные настройки для изменения скоростей потока суспензии и/или извлечения ценосфер. Модульная конструкция будет состоять из съемных гофрированных пластин стандартного устройства, принимаемых в нем, чтобы число гофрированных пластин можно было менять по мере необходимости. В качестве альтернативы модульная конструкция будет состоять из стандартного устройства с фиксированным количеством гофрированных пластин, при этом количество стандартных устройств, составляющих установку, может быть изменено по мере необходимости.

Хотя настоящее изобретение было описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, следует иметь в виду, что многие модификации или вариации настоящего изобретения возможны без отступления от сущности или объема настоящего изобретения. Например, с одинаковыми позиционными обозначениями, обозначающими одинаковые компоненты, устройство (10) может использоваться в инвертированной конфигурации, как изображено на фиг. 7, для практического использования в качестве осветлителя или подобного.

На фиг. 7 показан иллюстративный вариант осуществления устройства (10) для отделения частиц с высокой плотностью от суспензии. Устройство (10) имеет корпус (30) с вертикальной секцией (50) и наклонной секцией (70) над вертикальной секцией. Как вертикальная секция (50), так и наклонная секция (70) имеют по существу прямоугольное поперечное сечение. Впускное отверстие (90), через которое суспензия может приниматься в корпус (30), обеспечено в вертикальной секции (50) и, таким образом, около дна устройства (10).

В верхней области наклонной секции (70) корпус образует воронку (110) с выпускным отверстием (130) корпуса, предусмотренным на узком конце воронки (110). При использовании суспензия может протекать через корпус (30) от впускного отверстия (90) к выпускному отверстию (130) в области (120) потока корпуса, образованной между впускным отверстием и выпускным отверстием.

Наклонная секция (70) расположена под углом приблизительно 70° от горизонтали. Внутри наклонной секции (70) содержится множество разнесенных и по существу параллельных гофрированных пластин (150), которые также наклонены под углом приблизительно 70° от горизонтали. Каждая гофрированная пластина (150) имеет несколько гофров и, следовательно, определяет множество вершин (170) и впадин (190), образованных гофрами.

Соответствующие впадины (190) смежных гофрированных пластин вместе образуют параллельные группы впадин, в которых обеспечены коллекторы (210), собирающие при использовании спускающийся вытекающий поток частиц, имеющих большую удельную плотность, чем суспензия.

Каждый коллектор (210) сообщается по текучей среде со сливной трубой (290), которая проходит вниз от коллектора для направления более тяжелых частиц из горловины коллектора (210) и из корпуса (30) по сливной трубе (290).

На фиг. 8 показаны две смежные гофрированные пластины (150) в продольном сечении. Показанная верхняя пластина разрезана по впадине (190), причем пластина, показанная внизу, разрезана по вершине (170). На фиг. 8 проиллюстрировано состояние, в котором пространство между смежными пластинами (500) полностью заполнено суспензией, которая в этом иллюстративном варианте осуществления является водной, содержащей частицы (530) с высокой плотностью.

Тот факт, что частицы (530) с высокой плотностью имеют большую плотность, чем вода, заставит их тонуть в воде при условии, что скорость потока достаточно низкая. По мере того, как частицы (530) с высокой плотностью перемещаются вниз в пространстве (500) между смежными пластинами (150), они в конечном итоге сталкиваются с верхней стороной нижней пластины и в конце концов направляются к впадине (190) нижней пластины вдоль наклоненных вверх краев гофра. Как только частицы (530) с высокой плотностью достигнут впадины нижней пластины, частицы (530) с высокой плотностью будут направляться вниз по впадине в коллекторы и, в конце концов, вниз из устройства по сливным трубам.

1. Устройство для извлечения частиц из суспензии, содержащее:

корпус, определяющий область потока суспензии и имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие в противоположных первой и второй областях корпуса, соответственно, при этом область потока суспензии проходит между впускным отверстием и выпускным отверстием;

по меньшей мере одну наклонную гофрированную пластину, содержащуюся внутри корпуса, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину или впадину, которая проходит в области потока суспензии;

коллектор, обеспеченный на стороне впускного отверстия пластины и связанный с:

по меньшей мере одной вершиной, при этом горловина коллектора расположена на краю пластины для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность ниже, чем у суспензии, подниматься и направляться вдоль нижней стороны вершины к горловине коллектора; или

по меньшей мере одной впадиной, при этом горловина коллектора расположена на краю пластины для обеспечения возможности частицам в суспензии в области потока суспензии, имеющим удельную плотность больше, чем у суспензии, оседать и направляться вдоль верхней стороны впадины к горловине коллектора; и

трубой, проходящей от коллектора и за пределы впускного отверстия корпуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит множество разнесенных и наклонных гофрированных пластин, содержащихся внутри корпуса, при этом каждая гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину и/или впадину, которая проходит в области потока суспензии.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая гофрированная пластина содержит множество гофров, образующих множество вершин и множество впадин.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что впадины гофрированных пластин расположены таким образом, что частицы с более высокой плотностью, содержащиеся в суспензии, направляются вниз вдоль верхней стороны впадин.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что: (i) противоположные первая и вторая области корпуса являются его соответствующими рабочими верхней и нижней областями; (ii) соответствующие гофры смежных гофрированных пластин образуют группу вершин, при этом каждая группа вершин содержит коллектор, связанный с ними и обеспеченный на стороне впускного отверстия гофрированных пластин; (iii) каждый коллектор сообщается по текучей среде с соответствующей трубой; и (iv) труба представляет собой стояк, проходящий вверх от коллектора для направления частиц с низкой плотностью из горловины коллектора и из корпуса по стояку.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что стояки проходят вверх от коллекторов через промежуточное пространство и выходят за пределы уровня впускного отверстия корпуса.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что коллекторы сужаются вверх для состыковки с соответствующим стояком.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что: (i) противоположные первая и вторая области корпуса являются его соответствующими рабочими нижней и верхней областями; (ii) соответствующие гофры смежных гофрированных пластин образуют группу впадин, при этом каждая группа впадин содержит коллектор, связанный с ними и обеспеченный на стороне впускного отверстия гофрированных пластин; (iii) каждый коллектор сообщается по текучей среде с соответствующей трубой; и (iv) труба представляет собой сливную трубу, проходящую вниз от коллектора для направления частиц с высокой плотностью из горловины коллектора и из корпуса по сливной трубе.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что сливные трубы проходят вниз от коллекторов через промежуточное пространство и выходят за пределы уровня впускного отверстия корпуса.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что коллекторы сужаются вниз для состыковки с соответствующей сливной трубой.

11. Устройство по п. 7 или 10, отличающееся тем, что корпус определяет промежуточное пространство между впускным отверстием и гофрированными пластинами, и промежуточное пространство содержит одну или более перегородок, расположенных поперек области потока суспензии.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что корпус содержит вертикальную секцию и наклонную секцию ниже по потоку от вертикальной секции с впускным отверстием, обеспеченным в вертикальной секции, и одной или более гофрированными пластинами, расположенными внутри наклонной секции.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что вторая область корпуса сосредотачивается в выпускном отверстии.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что рабочий наклон каждой гофрированной пластины составляет от 60° до 80° от горизонтали.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что рабочий наклон каждой гофрированной пластины составляет предпочтительно 70°.

16. Устройство по п. 14 или 15, отличающееся тем, что наклонная секция корпуса имеет такой же наклон, что и гофрированные пластины.

17. Способ извлечения частиц с низкой плотностью из суспензии, включающий этапы:

(A) обеспечения устройства по любому из предыдущих пунктов;

(B) приема в корпус через впускное отверстие суспензии, содержащей частицы с низкой плотностью;

(C) инициирования протекания суспензии вдоль области потока суспензии;

(D) инициирования подъема и направления частиц с низкой плотностью вдоль нижней стороны по меньшей мере одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

(E) инициирования попадания частиц с низкой плотностью в горловину коллектора, связанного с каждой из вершин.

18. Способ извлечения частиц с низкой плотностью из суспензии, включающий этапы:

(A) втекания суспензии в корпус через впускное отверстие и через область потока, содержащую по меньшей мере одну наклонную гофрированную пластину, находящуюся в ней, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий вершину, которая проходит вдоль такой области потока;

(B) инициирования подъема и направления частиц с низкой плотностью вдоль нижней стороны по меньшей мере одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

(C) сбора частиц с низкой плотностью, поднимающихся по меньшей мере от одной вершины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной, в один или более коллекторов, связанных с каждой вершиной; и

(D) направления частиц с низкой плотностью из коллекторов вверх за пределы уровня впускного отверстия в корпус по стоякам.

19. Способ извлечения частиц с высокой плотностью из суспензии, включающий этапы:

(A) обеспечения устройства по любому из пп. 1-16;

(B) приема в корпус через впускное отверстие суспензии, содержащей частицы с высокой плотностью;

(C) инициирования протекания суспензии вдоль области потока суспензии;

(D) инициирования оседания и направления частиц с высокой плотностью вдоль верхней стороны по меньшей мере одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной; и

(E) инициирования попадания частиц с высокой плотностью в горловину коллектора, связанного с каждой из впадин.

20. Способ извлечения частиц с высокой плотностью из суспензии, включающий этапы:

(A) втекания суспензии в корпус через впускное отверстие и через область потока, содержащую по меньшей мере одну наклонную гофрированную пластину, находящуюся в ней, при этом гофрированная пластина содержит по меньшей мере один гофр, образующий впадину, которая проходит вдоль такой области потока;

(B) инициирования оседания и направления частиц с высокой плотностью вдоль верхней стороны по меньшей мере одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной;

(C) сбора частиц с высокой плотностью, оседающих по меньшей мере из одной впадины, образованной по меньшей мере одной наклонной гофрированной пластиной в один или более коллекторов, связанных с каждой впадиной; и

(D) направления частиц с высокой плотностью из коллекторов вниз за пределы уровня впускного отверстия в корпус по сливным трубам.