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Verfahren beim Separieren oder Fraktionieren von faserigen Aufschwemmungen in Hydrozyklonen und Hydrozyklon zur Ausführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren beim Separieren oder Fraktionieren von faserigen
Aufschwemmungen, insbesondere von Aufschwemmungen von Zellstoff- oder Holzmasse, in Hydrozyklo- nen und einen Hydrozyklon zur Ausführung dieses Verfahrens. Hydrozyklone sind bekanntlich Vorrichtun- gen, die aus einer Kammer mit Kreisquerschnitt und mit wenigstens einem Einlass und wenigstens zwei
Auslässen, von denen wenigstens einer zentral angeordnet ist, bestehen.
Die Hydrozyklone sind so einge- richtet, dass sie der zugeführten Aufschwemmung eine Rotationsbewegung um die Achse der Kammer er- teilen, und die Kammer ist in solcher Weise ausgeführt, dass ein wesentlicher Teil der zugeführten Druck- energie in Rotationsenergie umgewandelt wird. Solche Hydrozyklone können vorteilhafterweise aus einer konischen Kammer bestehen, wobei die Aufschwemmung tangential in den weiteren Teil der Kammer eingeleitet wird und wobei Wirbelbewegungen entstehen, die zur Folge haben, dass die schwereren oder dynamisch schwereren Partikelchen (die gröbere Fraktion) die Kammer durch deren Spitze verlassen. Die leichteren Partikelchen (die feinere Fraktion) entweichen durch einen zentralen Auslass, das sogenannte
Uberlaufrohr.
In der Zellstoffindustrie arbeiten im allgemeinen Hydrozyklonanlagen oft in vier oder fünf Stufen.
Dabei wird die leichtere Fraktion von einer Stufe, die erste Stufe ausgenommen, zum Einlass einer vorhergehenden Stufe zurückgeleitet und die schwerere Fraktion von einer Stufe zum Einlass einer nachfolgenden Stufe geleitet. Die sekundären Stufen verbessern im allgemeinen das gesamte Trennungsvermögea der Anlage nicht. Die sekundären Stufen sollen ihrerseits dazu dienen, die Faserverluste herabzusetzen.
Die schwereren Fraktionen werden daher nach Verdünnung zu einer nachfolgenden Stufe gepumpt. Ver- dlinnungsfllissigkeit und Energie werden somit zugeführt, um die Faserverluste zu erniedrigen und dadurch die Anlage wirksamer zu machen.
Diese bekannten Hydrozyklonanlagen sind sehr kompliziert, da für jede Stufe eine Pumpe und umfangreiche Rohrleitungen, Armaturen, Reguliereinrichtungen usw. erforderlich sind. Die Pumpen der sekundären Stufen werden weiters sehr rasch abgenützt, da sich die Konzentration der einen Verschleiss hervorrufenden Partikelchen im allgemeinen mit jeder Stufe erhöht. Man kann somit bedeutende Vorteile erreichen, wenn die Anzahl der Stufen herabgesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, durch welches die genannten Nachteile vermieden werden und ausserdem eine bessere Faserfraktionierung oder Trennung erreicht wird.
Es sind Hydrozyklone, in deren unterem Teil eine zusätzliche Separierung ausgeführt wird und durch welche diese Nachteile bis zu einem gewissen Grad vermieden werden, an und für sich schon bekannt. So ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift Nr. 754339 vorgeschlagen worden, die Aufschwemmung auf ihrem Weg gegen den Auslass der schwereren Fraktion durch zwei Drosselorgane hindurchzuleiten, jedoch ohne dass dabei eine zusätzliche Flüssigkeit in den sekundären Separierungsraum, der zwischen den beiden Drosselorganen abgegrenzt ist, eingeführt wird.
Weiters beschreiben auch die brit. Patentschrift Nr. 634, 067 und die franz. Patentschrift Nr. 1. 147. 973 Hydrozyklone, die mit sekundären Separierungsräumen ausgestattet sind. Diesen sekundären Separierungsräumen wird ausserdem eine zusätzliche Flüssigkeit in tangentialer Richtung zugeführt. Durch diese Mass-
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nahmen wurden zwar die Hydrozyklonanlagen weniger verwickelt, da die Rohrleitungen, Armaturen und
Reguliervorrichtungen vereinfacht werden konnten, die Erfahrungen sind jedoch mit diesen Anlagen nicht befriedigend gewesen, da die Separierungswirkung immer schlecht war. Man hatte nämlich die Bedeu- tung des Druckes, mit dem die zusätzliche Flüssigkeit zugeführt wurde, nicht erkannt.
Die Reinigungs- i wirkung eines Zyklons mit sekundären Abtrennungsräumen variiert mit dem Druck in sehr bedeutender
Weise. Bei ansteigendem Druck sinkt die Reinigungswirkung zunächst auf einen niedrigsten Wert und steigt dann, bis ein Maximum erreicht wird, um dann wieder zu sinken. Die Faserverluste werden dagegen in ganz anderer Weise beeinflusst. Sie nehmen annähernd fast proportional mit steigendem Druck ab.
Ziel der vorliegenden Erfindung, die sich auf ein Verfahren beim Separieren oder Fraktionieren von faserigen Aufschwemmungen in Hydrozyklonen, d. h. in Kammern mit Kreisquerschnitt, in denen die
Aufschwemmung unter Druck eingeführt und in eine leichtere und eine schwerere, je durch einen axialen
Auslass austretende Fraktion aufgeteilt wird, wobei die Aufschwemmung auf ihrem Weg gegen den Aus- lass der schwereren Fraktion durch zwei oder mehrere Drosselorgane hindurchgeleitet und ein zusätzliches
Separieren de : leichteren und schwereren Bestandteile durch im unteren Teil des Zyklons tangential zuge-
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schen den Drosselorganen und unmittelbar nach denselben, gesehen in der Richtung gegen den Auslass der schwereren Fraktion, zugeführt.
Die Drosselorgane bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Material, z. B. aus Kautschuk. Da- durch ist es möglich, durch vorübergehende Erweiterung der Öffnungen in denselben eine Verstopfung zu beseitigen. Die Öffnungen sind zweckmässig verschieden gross, so dass das Drosselorgan, das dem Einlass der Aufschwemmung am nächsten gelegen ist, eine grössere Öffnung als das folgende Drosselorgan aufweist.
Die Menge der zugeführten Flüssigkeit kann im allgemeinen weniger als 50% der primär zugeführten
Aufschwemmung und vorzugsweise weniger als 20% betragen.
Die Erfindung betrifft weiters einen Hydrozyklon zur Ausführung des obigen Verfahrens, welcher im Auslass der schwereren Fraktion mit einem Mundstück versehen ist, das eine oder mehrere je mit einem tangentialen Zulauf für eine Zusatzflüssigkeit versehene Drosselstrecken aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drosselstrecken im Mundstück in an sich bekannter Weise mittels wenigstens zwei mit einer zentralen Öffnung versehener, vorzugsweise aus elastischem Material, z. B. Kautschuk, bestehender Scheiben in der Längsrichtung abgegrenzt sind.
Die Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt eines Hydrozyklones, Fig. 2 einen Längsschnitt in grösserem Massstabe durch das Mundstück des Hydrozyklones, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie ICI - ICI der Fig. 2, Fig. 4 schematisch eine konventionelle Hydrozyklonanlage und Fig. 5 zeigt eine Anlage gemäss der Erfindung.
Der in Fig. 1 gezeigte Hydrozyklon besteht aus einem Deckel 1 mit Auslass 2, dem sogenannten Überlaufrohr, für die feinere Fraktion, Einlass 3 für die zu behandelnde Aufschwemmung und einem konischen Teil 5 mitAuslass für die gröbere Fraktion. An der Spitze des konischen Teils 5 ist ein Mundstück 6 angeschlossen, das unter Hinweis auf Fig. 2 näher beschrieben wird. Das Mundstück 6 besteht aus einer zylindrischen Hülse, in der eine zweite Hülse 7 angebracht ist, die durch Drosselorgane 8 in drei Kammern 9, 10 und 11 aufgeteilt ist. Die Hülse 7 ist durch Distanzorgane 12 in einem Abstand von der Innenwandung der äusseren Hülse gehalten und dem in dieser Weise gebildeten Zwischenraum kann Flüssigkeit. durch einen Rohrstutzen 13 zugeführt werden. Die Drosselorgane 8 bestehen aus Scheiben aus Weichgummi mit einer zentralen Öffnung.
In der Wandung der Hülse 7 sind Löcher 14'vorgesehen, die an der Innenwandung der Hülse 7 tangential in der Nähe der Drosselorgane 8 angeordnet sind. Die Höhe der Kammern 9, 10 und 11 soll grösser sein als der Durchmesser der Kammern.
Die zu behandelnde. Aufschwemmung wird unter Druck durch den Einlass 3 tangential in den weiteren Teil des Zyklones eingeführt und erhält eine Zyklonbewegung gegen die Spitze des Zyklones. Die gröberen Partikelchen bewegen sich gegen die Spitze dem Umkreis entlang und die feineren Partikelchen steigen aufwärts in dem im Inneren des Zyklones gebildeten Wirbel und entweichen durch das Überlaufrohr 2. Die gröberen Partikelchen durchlaufen die Kammer 9 und werden dort vom Wasser, das durch den Rohrstutzen 13 zugeführt wird, beaufschlagt, wobei eine zusätzliche Separierung stattfindet. In derselben Weise erhält man eine wiederholte Fraktionierung in den Kammern 10 und 11.
Ein Teil der von dem konischen
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Teil des Zyklones abgetrennten gröberen Fraktion wird somit an den Auslass 2 zurückgeführt, wodurch die Faserverluste reduziert werden.
In Fig. 4 ist eine übliche Hydrozyklonanlage gezeigt, die aus drei Gruppen von Hydrozyklonen 21,22 und 23 besteht. Durch eine Leitung 24 wird die zu behandelnde Aufschwemmung in den Zyklon 21 eingeleitet, wobei die erhaltene feinere Fraktion durch eine Leitung 25 und die gröbere Fraktion durch eine Leitung 26 abgehen. Die gröbere Fraktion wird in den Zyklon 22 eingeleitet. Von dort wird die. feinere Fraktion zu der Leitung 24 und weiter zu dem Zyklon 21 gepumpt. Die gröbere, aus dem Zyklon 22 entweichende Fraktion wird zu dem Zyklon 23 durch eine Leitung 27 geleitet und die in diesem Zyklon abgetrennte feinere Fraktion wird durch eine Leitung 28 dem Zyklon 22 zugeführt. Die von dem Zyklon 23 abgehende gröbere Fraktion wird durch eine Leitung 29 abgeleitet.
Die in Fig. 5 gezeigte Anlage, die gemäss der Erfindung ausgeführt ist, entspricht hinsichtlich ihrer Wirksamkeit der in Fig. 4 gezeigten. Diese Anlage besteht aus einer Gruppe von Hydrozyklonen 31 in einer ersten Stufe und aus einer Gruppe 32 in einer zweiten Stufe. Die zu behandelnde Aufschwemmung wird von einem Behälter 33 über eine Pumpe 34 zu den Zyklonen 31 geleitet und die feinere Fraktion entweicht durch eine Leitung 36. Die gröbere Fraktion entweicht zu einem Behälter 37 und wird mittels einer Pumpe 38 zu den Hydrozyklonen 32 geleitet, die gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, d. h. mit einem Mundstück 39, das drei an den Spitzen der Zyklonen angeschlossene Kammern enthält. Die dabei abgetrennte feinere Fraktion wird zu dem Behälter 33 durch eine Leitung 40 zurückgeleitet. Wasser wird dem Mundstück 39 durch eine Leitung 41 zugeführt.
Die Hydrozyklone gemäss der vorliegenden Erfindung können unter Umständen ein schlechteres Abtrennungsvermögen als ein üblicher Zyklon aufweisen. Falls man aber die bekannten Hydrozyklone in der ersten Stufe verwendet, werden ausgezeichnete Ergebnisse erhalten, wenn die gröbere Fraktion dieser Stufe zu einer zweiten Stufe mit Hydrozyklonen gemäss der Erfindung geleitet wird, also gemäss Fig. 5 der Zeichnung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren beim Separieren oder Fraktionieren von faserigen Aufschwemmungen in Hydrozyklonen, d. h. in Kammern mit Kreisquerschnitt, in denen die Aufschwemmung unter Druck eingeführt und in eine leichtere und eine schwerere, je durch einen axialen Auslass austretende Fraktion aufgeteilt wird, wobei die Aufschwemmung auf ihrem Weg gegen den Auslass der schwereren Fraktion durch zwei oder mehrere Drosselorgane hindurchgeleitet und ein zusätzliches Separieren der leichteren und schwereren Bestandteile durch im unteren Teil des Zyklons tangential zugeführte Zusatzflüssigkeit vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzflüssigkeit mit einem Druck von 1, 5 bis 4, 0 kp/cm2 zwischen den Drosselorganen zugeführt wird.