稠密介质旋风分离器的制作方法

本申请要求2016年4月22日提交的澳大利亚临时专利申请no.2016901505的优先权，该申请的内容应被理解为通过该引用并入到该说明书中。

本发明总体涉及一种稠密介质旋风分离器。本发明特别适用于使用稠密介质旋风分离器分离固体颗粒，优选地为由不同比密度的煤炭颗粒在悬浮在水中的稠密介质(诸如磁铁矿和/或硅铁合金)中的相对移动分离它们，并且将便于在下文中关于该示例性申请公开本发明。然而，应理解，本发明不限于该申请，并且可以用于从固体颗粒进料分离各种不同密度颗粒。

背景技术：

本发明背景技术的以下讨论旨在促进本发明的理解。然而，应理解，讨论并非承认所提到的任何材料如在本申请的优先权日已经公开、已知或者为公知常识的一部分。

原始开采煤炭包括特定量的脉石矿物含量，该脉石矿物含量在标准条件下的燃烧之后留下固体灰渣。可售煤炭通常具有固定灰分规定界限，该界限通常在煤炭生产商与购买者之间的合同协议中指定。在许多情况下，原煤在开采之后由稠密介质分离器来处理，以分离脉石矿物含量与其他不期望颗粒，因此提供一种更可售产品。

可以基于被处理的颗粒的尺寸选择若干不同稠密介质分离器，以便使用。例如，大块可以在重介质转鼓、重介质路径、重介质容器、无压给料重介质旋流器(larcodem)等中处理，并且更小但仍然粗糙的颗粒可以在重介质旋风分离器、重介质摆线分离器(cycloid)等中处理。应理解，术语“重”和“稠密”在该上下文中可以可互换地使用。这些类型的稠密介质分离器装置使用悬浮在水中的介质固体(诸如磁铁矿和/或硅铁合金)的良性或惰性细磨粉末来形成稠密介质，该稠密介质的密度可以受浆料中的固体的比例控制。混合原煤与稠密介质使得能够相对于稠密介质的密度基于其密度来分离。例如，具有10％的灰分等级的煤炭可以通过将原煤添加到例如1400kg/m³的稠密介质来与原煤的更高灰分组分可分离。在该示例中，10％灰分产品煤炭可以漂浮离开更高灰分材料，更高灰分材料在稠密介质中可能往往下沉。漂浮的材料将抵达分离器的上溢出口，并且下沉的材料将抵达下溢出口。

稠密介质旋风分离器(dms)通常用作煤炭行业中的分离装置。dmc具有与水力旋流器类似的几何结构设计，水力旋流器具有锥筒形状，该锥筒形状具有到圆柱形部分的切线或渐开线二者之一的进料口和各端处的出口。圆柱形部分处的出口被称为涡旋探测器。锥形端处的第二出口被称为水龙头。承载悬浮颗粒的供给稠密介质切向地进入旋风分离器，向下螺旋，并且产生离心力场。更重的颗粒(下沉)朝向旋风分离器的壁移动穿过介质，并且以螺旋流的模式沿着旋风分离器壁向下前进，直到借助水龙头离开作为dmc下溢为止。在水龙头处，以与外涡流相同的方向旋转但向上流动的、承载大多数液体和与其一起的更轻颗粒(漂浮)的内涡流由于水龙头的流限制开始形成，并且借助涡旋探测器离开旋风分离器，作为dmc上溢。

虽然传统dmc的几何结构设计对于从流体去除固体以及尺寸分类有效，但它由于以下因素(以下更详细地说明)中的一个或更多个而对稠密介质分离的应用是次佳的：

过多介质隔离；

具有低于分离密度的供给介质密度；

中心空气芯在dmc中的形成；以及

直接监测分离密度的难度。

在传统dmc中，内反向涡流的高切向速度和小直径可能导致作用在颗粒上的离心力如此高，以致大量细介质颗粒与内涡旋流动流分离，并且在借助水龙头排放的流中被捕获。因此，dmc下溢的密度可能高于供给介质的密度，该供给介质的密度转而可能高于dmc上溢介质的密度。经常观察到的是dmc上溢中的密度比dmc下溢中的密度高多于0.5rd。过多介质隔离的影响包括低供给介质密度下的操作难度和降低的分离效率。

密度低于1350kg/m³的供给介质当在传统dmc中处理时可能不稳定，这提供准确控制低密度的颗粒分离的难度。颗粒具有抵达上溢或下溢二者之一的相等机会的密度被称为“分离密度”或“分馏点密度”。随着颗粒朝向水龙头在外螺旋流中移动，包围颗粒的介质的密度由于介质隔离而显著增大。因此，分离密度总是高于供给介质密度。这因为必须使用具有更低密度的供给介质而在需要低分离密度时可能引起问题。从操作的观点，期望具有分离密度低于供给介质密度的稠密介质分离器来避免介质不稳定性问题。

过多介质隔离可能引起传统dmc内的特定颗粒的再循环。在下溢与上溢介质密度之间的差大时，在分离密度周围的窄密度范围的颗粒将太轻而不能从水龙头排放，并且太重而不能从涡旋探测器离开，这导致再循环。在再循环材料的量对于dmc变得太大而不能忍受时，dmc含量主要借助水龙头被排放作为“涌动”。分离效率在这种情况下差。

传统dmc的出口是沿着其旋转轴线并且通向大气。由内向上涡旋产生的低压区可能使得沿着该轴线形成空气芯。空气芯由于空气芯的不稳定性而打扰螺旋流场，因此降低分离效率。在传统dmc操作下，空气芯对于分离处理是必要的。空气芯的直径随着浆料进料的固体含量的增加而减小。在供给浆料包含高含量的重颗粒时，空气芯可能由于借助水龙头存在的过多量的材料而不能形成，因此，可能显著减小分离锐度或效率。空气芯的存在还可能引起材料在高旋转速率下朝向两个出口拥塞，因此限制高分离力的使用。

因此，将期望提供用于分离不同比密度的固体颗粒的设备和方法，该设备和方法大幅减轻和/或克服现有设备和方法的缺点。

技术实现要素：

本发明提供了一种稠密介质分离设备，该稠密介质分离设备用于响应于由切向注入的浆料混合物的螺旋流生成的离心力来由它们在稠密介质中的相对移动分离不同比密度的固体颗粒。本发明的分离器的构造使得能够直接控制在稠密介质中承载的固体颗粒混合物的分离特性，从而允许不同比密度的颗粒组分从颗粒进料分离。

本发明的第一方面提供了一种用于分离混合物的稠密介质分离装置，装置包括：

外壳，该外壳限定中心纵轴，外壳包括：

入口，该入口与外壳处于流体连通；

涡旋空间，该涡旋空间至少在外壳内部；

出口组件结构，该出口组件结构与外壳和入口处于流体连通，出口组件结构具有：

外体，该外体设置在中心纵轴周围；和

至少一个内体，该至少一个内体具有同心设置在外体内部的一部分，外体和至少一个内体在其间限定至少两个同心且流体分离的出口通路，这些出口通路与入口处于流体连通，各出口通路包括与入口处于流体连通的出口；以及

中心杆，该中心杆在至少涡旋空间内沿着中心纵轴延伸，中心杆被构造为围绕中心纵轴旋转，

其中，在将混合物引入到入口中时，中心杆在涡旋空间内沿着涡流的方向旋转，并且旋转流将混合物的相应部分分到至少两个出口通路中的每一个中。

本发明的优点因旋转中心杆的包括和/或出口组件结构的构造而产生。

旋转的中心杆被构造为大幅抑制并且优选地避免涡流中的空气芯的形成。这使否则将由于降低分离效率的、空气芯的随机离心移动引起的涡流中的湍流最小化。中心杆还由于水力直径的减小而降低涡流内的混合。

中心杆可以具有任意合适的构造。在一些实施方式中，中心杆包括沿着外壳的纵轴布置的可旋转安装的圆柱或轴。中心杆围绕所述纵轴旋转。圆柱可以为实心或中空的。在一些实施方式中，中心杆的直径具有台阶式构造，出口组件中的直径小于外壳内，以提供更多空间，以便颗粒容易排出在内出口通路中。

中心杆沿与涡旋空间内的螺旋流的旋转相同的方向围绕纵轴旋转。这确保使杆表面针对涡旋流动流的流阻最小化。该旋转可以由若干手段来驱动。在一些实施方式中，中心杆由以下各项中的至少一者围绕纵轴可旋转地驱动：驱动装置；或在涡旋空间内的混合物的螺旋流的摩擦力。合适的驱动装置包括马达，优选为电动马达。转速可以取决于应用和被供给到分离器中的材料而变化。在实施方式中，中心杆以从0.0rpm至200rpm(优选地为从1rpm至100rmp)的速度来驱动。

中心杆的尺寸取决于分离器的大小，并且更具体地，取决于包含涡旋空间的外壳的大小。在一些实施方式中，中心杆的直径与外壳的直径的比为从0.05至0.5。在其他实施方式中，中心杆的直径与外壳的直径的比为从0.1至0.5，优选地为从0.1至0.3。

类似地，外壳的尺寸可能对分离器的分离特性有影响。在实施方式中，外壳的长度与外壳的直径的比为从0.5至10。在其他实施方式中，外壳的长度与外壳的直径的比为从1至10，优选地为从1至8，更优选地为从1至5。在其他实施方式中，外壳的长度与外壳的直径的比为从3至10，优选地为从3至8，更优选地为从5至8。

出口组件被构造为使得包含颗粒的螺旋浆料流动流根据颗粒密度径向分布并且在没有空气芯移动的条件下同时且平滑地细分到两个或更多个出口通路中。这些条件的目的在于使由于流场干扰引起的混合最小化，并且在不消除可能关于其他类型的旋风分离器发生的涌动现象时减轻该现象。有利地，流动流的同时分开可以避免由于在流动流的部分在不同时间阶段的抽出期间由于流场干扰引起的重新混合。出口组件可以具有满足该功能的任意数量的合适构造。在实施方式中，出口组件包括被构造为同时细分来自涡旋空间的流体的一系列同心圆柱形管。在这种实施方式中，各个出口通路(形成在管之间)可以具有同心设置在纵轴x-x周围并且流体连接到外壳的排出口。在一些实施方式中，出口组件形成台阶状圆柱形结构，外体和同心内体从排出口沿着纵轴x-x以不同的长度渐进地延伸。

分离器可以包括任意数量的内体。内体的数量确定从供给混合物分馏或分离的产品流的数量。在一些实施方式中，分离器包括至少两个内体，该至少两个内体具有同心设置在外体内部的一部分，相应内体同心地围绕纵轴设置，外体和至少两个内体在其间限定至少三个同心且流体分离的出口通路，这些出口通路与入口流体连通，各出口通路包括与入口流体连通的出口。因此，三个或更多个出口通路的使用从供给混合物产生中间产品。应理解，在实施方式中，分离器包括两个、三个、四个、五个、六个或更多个内体来产生各种数量的中间产品。另外的中间产品可以是第二类质量产品或回收作为用于重复处理的进料的一部分，以提高分离锐度。

外体可以具有任意期望的直径。然而，可以优选的是使外体具有与外壳的直径大致对应的直径。这产生包括被推向外壁的最粗糙/最稠密颗粒的馏分或产品。内体围绕纵轴同心地设置在外体内。各个内体被确定尺寸，更优选地具有被选择为捕获所供给的螺旋浆料流动流中的期望颗粒密度。各个内体优选地围绕纵轴均匀间隔开，因此提供限定各出口通路的开口的均匀角度间隙。出口通路优选地被确定尺寸为根据颗粒密度捕获所选颗粒。在实施方式中，在中心杆与邻接的内体之间的出口通路的径向间隔是中心杆与外体之间的总径向间隔的10％至60％，优选地为是中心杆与外体之间的总径向间隔的10％至50％。优选地，内体在外体与邻接或最靠近中心杆的内体之间均匀间隔开。

出口可以具有任意合适的构造。在一些实施方式中，至少两个出口与纵轴大致垂直地延伸。优选地，至少两个出口包括垂直安装的管。在一些实施方式中，至少两个出口相对于纵轴水平或向下地延伸。优选地，各个出口的一部分与外壳的一部分相切。

入口可以具有任意合适的构造。在一些实施方式中，入口的至少一部分与外体相切。优选地，入口包括至少一个切向安装的管。

外壳可以具有任意合适的构造。在实施方式中，外壳包括水平安装在地面接合安装结构上的中空圆柱体。外壳相对于地面接合安装结构优选地是固定的。

外壳内的涡旋空间包括一个区域，在该区域中，供给颗粒进入外壳并取决于颗粒的密度以涡旋从入口一直流动到出口组件，穿过出口组件流动至相应出口通路。涡旋空间内的颗粒变得围绕中心杆径向分布。涡旋空间通常至少从入口区域延伸到出口组件结构。在一些实施方式中，涡旋空间从入口延伸到各个出口。

混合物优选地包括与要分离的颗粒或固体(例如，煤炭颗粒)混合的稠密介质。稠密介质可以包括任意期望的供给混合物。在优选实施方式中，稠密介质包括由要悬浮在水中的细颗粒材料和固体(通常为颗粒材料)的混合物形成的浆料。在一些实施方式中，稠密介质包括固体(优选地为磁铁矿和/或硅铁合金)的惰性细磨粉末的含水浆料。在这些实施方式中，要处理的固体与稠密介质(通常为细磨磁铁矿和/或硅铁合金的含水悬浮液)混合，并且该浆料混合物借助于与到圆柱体的入口切向地供给到分离器中。作用在径向向外颗粒上的离心力由切向注入的浆料混合物所生成的、在中心杆周围的螺旋流逐渐形成。在离心力、拖曳力以及湍流扩散力的组合作用下，根据颗粒的比密度分离颗粒。因此，比稠密介质更稠密(更重)的颗粒被抛到靠近分离器壁的区域，并且以旋流模式沿着壁向下移动(下沉)，直到它们借助外环离开分离器为止。比稠密介质更轻的颗粒向内移动(漂浮)并最终经由内环从分离器离开。应理解，混合物的密度受稠密介质中的细固体的比例控制。

分离器可以以任意合适的方式来构造。在一些实施方式中，分离器由多个部分组成，各部分包括适于提供部分之间的不透流体密封的联接。例如，分离器可以由至少外壳部和出口组件结构部形成。这些部分可以包括协作的联接结构，例如凸缘，这些联接结构联接或以其他方式连接在一起，以在其间形成不透流体密封。在实施方式中，第一和第二出口包括适于向第一和第二出口提供到导管的不透流体附接的联接。

本发明的第二方面提供了一种分离材料的混合物的方法，方法包括以下步骤：

设置根据前述权利要求中任意一项的稠密介质分离器；

混合要处理的固体颗粒与稠密介质，以形成混合物；

在压力下将混合物引入到分离器的入口中；以及

在涡旋空间内沿涡流的方向使分离器的中心杆旋转，

其中，涡旋空间内的混合物的旋转流将混合物的各部分分到至少两个出口通路中的每一个中。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：准备具有所需介质密度的供给稠密介质；以及混合要处理的固体颗粒与供给稠密介质。

在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：由螺旋流的旋转力或外部马达驱动中心杆使之围绕其轴线旋转。

有效稠密介质分离器操作的目标是将稠密介质分离器的分离密度(rd50)控制在指定值，该指定值将使经受由消费者的规范和/或整体设备性能强加的质量约束的装置产量最大化。然而，传统稠密介质分离器的rd50通常无法直接监测。传统稠密介质分离器的rd50从实验室可洗性分析或示踪物测试工作来获得。所获得的数据具有准确度，行业基于该准确度具有与稠密介质分离器的性能水平和校正动作是否必要有关的决策。不幸的是，这些测试以它们较高的成本和信息变得可用之前的长时间框架为特征。不频繁的测试可能导致发现传统dmc的非最佳性能之前的长延迟，因此可能导致显著的煤炭损失。

因此，本发明还旨在提供一种用于直接监测并控制特定材料处理系统中的分离器的分离密度的方法。在这方面，方法还包括以下步骤：

改变供给稠密介质的密度和/或流过进入口的流体流的流速，直到包含轻(产品)颗粒的离开流动流的介质密度等于所需的分离密度为止。然后，本发明的分离器的实际分离密度(rd50)近似等于包含轻(产品)颗粒的离开流动流的介质密度。

应理解，分离密度可以从离开出口的流动流的介质密度直接确定。更具体地，在实施方式中，分离密度近似等于包含轻(产品)颗粒的离开流动流/出口的介质密度。这将允许直接监测分离密度和迅速校正动作，因此提高分离器的分离效率。

本发明应用于分离颗粒材料，诸如矿物和碳质固体，诸如煤炭、铁矿石、锰、钻石以及其他材料。本发明特别应用于处理煤炭。然而，应理解，本发明适用于处理包括但不限于以上提及的材料的其他材料。

附图说明

现在将参照附图的图来描述本发明，附图例示了本发明的特定优选实施方式，附图中：

图1提供了根据本发明的一个实施方式的稠密介质分离器的外部视图。

图2提供了示出了图1所示的稠密介质分离器的内部结构的、该稠密介质分离器的剖视立体图。

图3示出了具有1.2至2.3rd的颗粒密度范围的细煤(0.125mm至1.7mm)的分配曲线。

图4例示了中心杆旋转对介质密度分布的影响。

图5提供了不同端口(端口5靠近外体壁)处的煤颗粒密度和灰分值的图。

具体实施方式

本发明旨在提供一种设备，该设备用于响应于由切向注入的浆料混合物的螺旋流生成的离心力来由它们在稠密介质中的相对移动分离不同比密度的固体颗粒。

图1和图2中示出了具体实施本发明的一个实施方式的稠密介质分离器100。

所例示的分离器100包括外壳101，该外壳包括中空圆柱体，该中空圆柱体水平安装在地面接合安装结构(未例示)上。外壳101相对于地面接合安装结构是固定的。纵轴x-x被限定为沿着外壳101的中心纵轴纵向地穿过外壳101。分离器100被安装为纵轴x-x相对于地面几乎水平。

外壳101包括入口102，该入口在一端(下文中被称为分离器100的近端101a)处或靠近该一端围绕纵轴x-x切向地安装在外壳上。入口102包括被构造为在压力下将供给流体流引入到外壳101中的圆柱形口。如以下将更详细说明的，入口102的切向定向使得该供给流体能够以螺旋流的形式供给到外壳101中。

外壳101还包括布置在分离器100的出口端101b处的出口组件103。出口组件103包括一系列同心圆柱形管103a至103e，这些管被构造为同时细分被供给到外壳101并流过外壳101的螺旋浆料流动流。如图2最佳所示，出口组件103包括五个同心圆柱形出口管103a至103e，该五个出口管围绕纵轴x-x定心，并且具有围绕纵轴x-x径向间隔开各出口管103a至103e的管壁的直径。虽然例示了五个出口管，但应理解，可以使用任意数量的出口管。在优选实施方式中，出口管的数量为至少两个，更优选地为至少三个。

出口管103a至103e中的每一个具有排出口102a，这些排出口围绕纵轴x-x同心地设置，并且流体连接到外壳101。出口管103a至103e的不同直径被选择为捕获所供给的螺旋浆料流动流中的期望颗粒密度，由此提供期望馏分或颗粒密度范围。有效地，颗粒根据颗粒密度径向地分布在出口管103a至103e内。出口管103a至103e的同心结构形成不同管之间(并且在出口管103e的情况下，为该管与中心杆105之间)的一系列关联同心管环108a至108e(以下更详细地描述)。最大直径出口管103a具有与外壳101的直径大致对应的直径。更小直径出口管103e被确定尺寸为提供比出口组件103内的圆柱形中心杆105的直径大的所选直径。因此，出口管103b至103e包括具有如以上注释的不同直径的最大直径出口管103a内的内圆柱体。

如图1和图2所示，出口组件103形成台阶状圆柱形结构，各出口管103a至103e从排出口102a沿着纵轴x-x延伸不同长度，最小直径出口管103e从排出口102a沿着纵轴x-x延伸最远。各出口管103a至103e包括关联的出口109a至109e，这些出口包括垂直安装的管。出口109优选地向下、水平或在其间定向，以允许分离器100在关闭时排放。

因此，分离器100包括在外壳101和出口组件103内的用于供给的涡旋空间107a，在该涡旋空间中，供给颗粒进入外壳101，并且取决于颗粒的密度以涡旋(由此以涡流)从入口102一直流动到出口组件103并穿过该出口组件到达相应的出口109a至109e。

中心杆105被安装为沿着纵轴x-x纵向穿过并且穿过外壳101和出口组件103这两者的涡旋空间107a。中心杆105包括纵向且可旋转安装的圆柱或轴，该圆柱或轴沿着外壳的轴线来步骤，在设备101内用来抑制(优选地为防止)在流过外壳101和出口组件103的颗粒的螺旋流内的空气芯的形成。在所例示的实施方式中，中心杆105安装在位于分离器100的各端101a和101b处的两个轴承组件106，这些轴承组件允许中心杆105的平滑旋转。还使用两个轴密封件107来流体地密封这些端，以将流体保持在外壳101和出口组件103内。中心杆105经由联接结构104由外部电动马达(未示出)围绕纵轴x-x可旋转地驱动。中心杆105沿与螺旋流的旋转相同的方向(参见图2中的箭头h)围绕其轴线旋转，使得使杆表面针对涡旋流动流的流阻最小化。在本发明的另选实施方式中，中心杆105的旋转可以由螺旋流的涡旋动作的摩擦力来驱动。如图2所示，中心杆105的直径具有台阶式构造，出口组件103中的直径小于外壳101内，以提供更多空间，以便在内出口通路中容易释放颗粒。

外壳101的长度l和直径d对颗粒花费在分离器内的涡流h上的时间具有影响。为了良好分离，优选的是外壳101的长度l与其直径d的比在0.5至10的范围内。类似地，中心杆105在抑制和/或防止空气芯在颗粒的螺旋流内的形成方面的有效性取决于该中心杆105相对于外壳的直径d的直径d。中心杆105的直径d与外壳101的直径d的比在从0.05至0.5的范围内。此外，优选的是内环108e的径向间隙尺寸是中心杆105表面与外壳101壁之间的总径向间隙尺寸的10％至60％，并且总径向间隙尺寸的剩余部分被剩余环共享。

在所例示的实施方式中，外壳101包括入口端101a处的入口凸缘110和出口端101b处的出口凸缘112。入口凸缘110使用紧固件(未例示)(优选地为螺栓和螺母结构)可连接到顶板111。用于电动马达的联接器104同轴安装在顶板111上。一个轴承组件106布置在端支撑板114的中心处，并且另一个被端支撑板114支撑。两个轴密封件107由顶板111和端支撑板114来支撑。出口凸缘112使用紧固件(未例示)(优选地为螺栓和螺母结构)可连接到出口组件103上的协作凸缘113，以将外壳101流体密封到出口组件103。诸如o形环的合适密封结构可以用于分别实现凸缘112、113以及110与顶板111之间的期望不透流体密封。

在使用中，供给流体流f借助入口102供给到分离器100的涡旋空间107a中。要处理的供给流体流f中的固体是具有稠密介质(通常为细磨磁铁矿和/或硅铁合金的含水悬浮液)的混合物和该浆料混合物。如由图2所示的螺旋成形箭头通路h所示的，供给流体流f到外壳101中的切向进入将线性流体流流动转换成围绕中心杆105的螺旋流。作用在径向向外颗粒上的离心力由切向注入的浆料混合物所生成的、在中心杆105周围的螺旋流逐渐形成。在离心力、拖曳力以及湍流扩散力的组合作用下，在涡旋地带107a内根据颗粒的比密度分离颗粒。因此，比稠密介质更稠密(更重)的颗粒被抛到靠近分离器壁的区域，并且以旋流模式沿着壁向下移动(下沉)，直到它们借助外环离开分离器100为止。比稠密介质更轻的颗粒向内移动(漂浮)并最终经由内环从分离器100离开。

虽然不希望受任何一个理论限制，但发明人认为中心杆105沿着外壳101的纵轴的存在禁止低压地带的形成，并且因此禁止在分离器100的涡旋空间107a内的涡旋流内形成空气芯。在传统旋风或涡旋生成稠密介质分离器中，可以沿着分离器的涡旋旋转轴线形成空气芯。甚至在没有借助通向大气的出口输入的空气的情况下，在为稀释形式的供给悬浮液中包含或作为微泡的空气的有限量可以由于由涡流产生的低压地带而仍然沿着轴线形成空气芯(例如，参见t.neesse、j.dueck,“aircoreformationinthehydrocyclone”,mineralsengineering20(2007)第349-354页)。该空气芯的移动以随机离心为特征。该现象往往引起不利地影响分离效率的过多湍流(即，能量损失)。因此，中心杆105沿着壳101的纵轴的存在使否则将被空气芯的随机离心移动引起的涡流内的湍流最小化。中心杆105的存在还被认为减小流场的水力直径，因此减轻在分离器100的涡旋空间107a内的涡流内的湍流混合。总的来说，中心杆105抑制并且更优选地防止将干扰螺旋流并因此降低分离效率的不稳定空气芯的形成。作为这些影响的结果，如与不包括中心杆105的等效分离器相比，通过使用中心杆105来提高分离器100的分离效率。

如以上说明的，在壳101与中心杆105之间的空间中的螺旋流的涡旋动作在以下情况下产生离心力：没有空气芯移动使得稠密和/或粗糙颗粒朝向外壳101的壁径向向外迁移并以旋流模式沿着该壁向下移动，并且轻和/或细颗粒朝向中心杆径向向内迁移。根据颗粒密度径向分布在螺旋浆料流动流中的颗粒然后由出口管103a至103e同时细分并基于它们在开口102a处的螺旋浆料流动流内的位置进入相应的同心管环108a至108e。这使得稠密和/或粗糙颗粒借助用于稠密馏分产品c5的外环108a离开分离器，并且使得轻和/或细颗粒经由用于轻馏分产品c1的内环108e离开。流动流f的同时分开可以避免由于在流动流的部分在不同时间阶段的抽出期间由于流场干扰引起的重新混合。

还应理解，来自出口组件103的并流和同时分馏可以允许涡旋地带107a中的所有颗粒找到周围介质的密度靠近它们的颗粒密度的流动流。如之前说明的，过多介质隔离可能引起特定颗粒在传统稠密介质分离器构造中的再循环。在下溢与上溢介质密度之间的差大时，在分离密度周围的窄密度范围的颗粒将太轻而不能从水龙头排放，并且太重而不能从涡旋探测器离开，这导致再循环。在再循环材料的量对于稠密介质分离器变得太大而不能忍受时，稠密介质分离器含量主要借助水龙头被排放为“涌动”。这种情况下的分离效率差。

此外，具有反向涡流的现有技术稠密介质分离器具有由于湍流扩散而引起的、在向下与向上螺旋流之间的流动混合的问题。该混合将降低分离锐度。所例示的分离器100通过将涡旋空间107a中的流动流同时细分到出口管103a至103e来减轻该问题。来自涡旋空间107a的颗粒基于开口102a处的、它们在螺旋浆料流动流内的位置进入相应同心管环108a至108e。

流动流到多个部分中的同时细分提供稠密/粗糙与轻/细颗粒产品之间的另外中间颗粒产品c2至c4。这些产品在中间环108b至108d中被捕获。

对于关于煤炭分离的情况，分离器100可以被构造为稠密介质分离器装置，该稠密介质分离器装置使用在水中悬浮的、固体(诸如磁铁矿和/或硅铁合金)的惰性细磨颗粒来形成煤炭进料可以混合到的稠密介质，以便分离。稠密介质的密度可以受浆液中的固体的比例控制。混合原煤与稠密介质使得能够相对于稠密介质的密度基于其密度来分离。确切分离规范取决于所指定的要求。在大量情况下，该规范将由消费者所需的产品来确定。稠密介质分离器装置然后将操作为提供满足消费者规范的产品。例如，具有10％的灰分等级的煤炭可以通过将原煤添加到例如1400kg/m³的稠密介质来与原煤的更高灰分组分可分离。在该示例中，10％灰分产品煤炭可以漂浮离开更高灰分材料，更高灰分材料在稠密介质中可能往往下沉。在所例示的分离器中，中间产品c2至c4可以用作高灰分产品，这提高选煤厂的回收收益。

分离器100的构造允许直接控制在稠密介质中承载的固体颗粒混合物的分离特性，从而允许不同比密度的颗粒组分从颗粒进料分离。例如，在使用中，可以向分离器100供给以所需介质密度准备的稠密介质进料，将要处理的固体颗粒与供给稠密介质混合，然后将该混合物流供给到分离器100的进料口102中，以引起外壳中的混合物流的螺旋流。中心杆105的旋转由螺旋流的旋转力或外部马达围绕轴x-x来驱动，以便禁止低压地带的形成并因此禁止在分离器100的涡旋空间107a内的涡流内形成空气芯。然后将涡流分成在出口组件103的同心环108a至108e中的单独馏分c1至c5，从而单独排放多个离开流动流，馏分c1至c5中的每一个具有与出口管103a至103e的直径对应的不同密度。注意，所需分离密度可以通过改变因子来实现，这些因子包括供给稠密介质的密度以及流过入口的流体流的流速。可以改变这些因子，直到包含轻颗粒的离开流动流的介质密度等于所需分离密度为止。

示例

示例1-分离特性

如图1和图2所示构造的分离器100用于分离煤炭供给浆料，该浆料包括具有尺寸范围在0.125mm至1.7mm且颗粒密度范围在1.2相对密度至2.3相对密度的细煤。分离器100的外壳101具有100mm的直径和600mm的圆柱长度。如图1和图2例示，分离器100具有五个同心管环或出口通路，这些出口通路包括用于必需煤产品的、靠近中心杆105的两个通路108d和108e以及用于灰分丢弃的其他三个通路108a至108c。浆料供给流速是60l/min，并且供给介质密度是1.46相对密度(rd)。

图3是例示了分离器100的分配曲线的示例的图。从分配曲线计算分离密度(rd50)和分离效率(ep)。0.04的ep值指示分离器的分离效率优于从用于细煤的稠密介质旋风分离器和用于细煤的其他分离技术获得的分离效率。发明人认为通过使用中心杆和同心管环出口实现的湍流和混合的减少的组合有助于分离效率的提高。

示例2

使用细煤对示例1所述的稠密介质分离器进行大量测试，该细煤具有0.125mm至1.7mm的尺寸范围和1.2相对密度至2.3相对密度的颗粒密度范围以及2mm密度示踪物。

表1示出了供给介质密度、包含轻(产品)颗粒的离开流动流的介质密度以及从这些测试获得的分离密度(rd50)的比较。

表1用于使用分离器进行的测试的介质密度和分离密度(rd50)

可以观察到，分离密度(rd50)近似等于包含轻(产品)颗粒的离开流动流的介质密度，并且两种密度之间的差在±0.02rd的测量误差范围内。该关系建议包含轻颗粒的离开流动流的介质密度可以用作分离密度的直接指示符。该紧密关系在不使用中心杆时找不到。因此，发明人提出，中心杆和同心管环出口这两者在确定该关系中起到重要作用。由于能够在不使用耗时漂浮下沉或示踪物测试的情况下直接控制分离密度，相信提高了分离效率。

在表1中还观察到，供给介质的密度(供给rd)在本发明的分离器中高于分离密度(rd50)。该关系在实际稠密介质分离处理中提供重要的优点，因为较高密度的供给介质的使用将提高介质稳定性，特别是在需要低分离密度的分离处理中。

图4示出了在不同出口109a(图5中的端口5，靠近外体壁)至109e(图5中的端口1)处的、关于分离器的、中心杆旋转对介质密度的分布的影响。如图4所示，介质密度在中心杆旋转时从端口2至端口3急剧上升。该急剧上升对分离锐度有益。

图5提供了不同出口109a(图5中的端口5，靠近外体壁)至109e(图5中的端口1)处的、流中的煤颗粒密度和灰分值的图。图5示出了煤炭颗粒根据它们的密度和灰分值沿着径向方向的分数。

本领域技术人员将理解，这里描述的本发明容许除了具体描述的内容之外的变更和修改。理解，本发明包括落在本发明的精神和范围内的所有这种变更和修改。

在术语“包括”用于本说明书(包括权利要求)的情况下，它们要被解释为指定所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、部件或其组的存在。