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Verfahren zum Trennen oder Fraktionieren einer flüssigen Suspension in einem Hydrozyklonseparator und Hydrozyklon zur
Durchführung des Verfahrens
Zum Trennen von Suspensionen in Zyklonen wird die Suspension in die Trennkammer mindestens an- nähernd tangential an ihrem Umfang eingebracht, wogegen die mehr oder weniger von den suspendierten
Partikeln befreite Trägerflüssigkeit und die auszuscheidenden Stoffe je durch einen eigenen, axialen Auslass ausströmen. Um in der Trennkammer die Wirbelbewegung zu erhalten, wird die Suspension unter Druck zugeführt, der im Einlasskanal vollständig oder zum überwiegenden Teil in kinetische Energie umgewandelt wird.
Bei mit Stäuben angereicherten Gasen, d. h. gasförmigen Suspensionen handelt es sich um Trägermedien mit niedrigem spezifischem Gewicht und grossem Volumen. Es ist deshalb nicht schwierig, mittels geeignet geformter Einlassflächen die nötigen Strömungsgeschwindigkeiten im Zyklon-Einlass zu erreichen.
Beim Trennen flüssiger Suspensionen, d. h. Hydro-Zyklonen, liegen die Verhältnisse anders. Hier handelt es sich um Medien mit hohen spezifischen Gewichten und verhältnismässig kleinen Volumen. Daher müssen die Einlassflächen klein sein, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Wirbelkammereinlass zu erreichen.
In diesem Fall erschien es deshalb nicht zweckmässig, Zyklone mit zwei oder mehr Einlässen zu verwenden, was jedoch bedeutet, dass man sich auch nicht die Vorteile zunutze machen kann, die symmetrisch angeordneten Einlässen im Hinblick auf die Strömungsverhältnisse in der Trennkammer zukommen. Hinzu kommen die Nachteile hoher Strömungsgeschwindigkeiten sowohl im Hinblick auf den notwendigen Einlassdruck wie auch auf den wegen des hohen spezifischen Gewichtes auch hohen Leistungsbedarf, zumal wenn die Suspension höhere Viskosität besitzt. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten vergrössern ausserdem den Verschleiss.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile weitgehend zu vermeiden. Sie besteht in einem Verfahren zum Trennen oder Fraktionieren einer flüssigen Suspension in einem Hydrozyklonseparator, wo- bei die Suspension unter Überdruck der Trennkammer des Separators durch wenigstens zwei zur Achse der Trennkammer zentrisch symmetrisch angeordnete, die Suspension beschleunigende Einlässe zugeführt und sodann zur Durchführung einer Wirbelbewegung veranlasst wird. Das vorliegende Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass nur ein kleiner Teil u. zw. weniger als 20% der der Suspension erteilten Druckenergie in den Einlässen in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird.
Ferner schafft die Erfindung einen Hydrozyklonseparator zur Durchführung dieses Verfahrens, das sich dadurch kennzeichnet, dass die Einlässe eine Längs-und Querprofilierung besitzen, dass nur ein kleiner Teil u. zw. weniger als 20% der in der Suspension gespeicherten Druckenergie in diesen Einlässen in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird.
Wünscht man in den genannten Einlässen nur wenig Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie zu verwandeln, so muss die Beschleunigung der Flüssigkeit in diesen Einlässen - die genauer gesagt Durchströmkanäle sind-entsprechend niedrig gehalten werden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des geringen Verschleisses ist es ferner wünschenswert, die Suspension mit einem relativ niedrigen Druck den genannten Einlässen oder Kanälen zuzuführen. Im Sinne der Erfindung wird die Suspension mit einem Druck von 0, 5 bis 2, 5 atü, vorzugsweise 1, 0-2, 0 atü, dem Zyklon durch zwei oder mehrere zentrisch symmetrisch angeordnete Einlässe zugeführt.
Vorzugsweise hat die Suspension beim Eintritt in die Trennkammer des Hydrozyklons eine Geschwindigkeit von 1 - 8 rn/sec, vorzugsweise 2-6m/sec. Im Sinne der Erfindung
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ist es ferner ratsam, wenn die Suspension in die Trennkammer mit verhältnismässig niedriger tangentialer
Strömungsgeschwindigkeit eintritt, wobei die eigentliche Zunahme der Geschwindigkeit erst in der Trenn- kammer selbst erfolgt. Die maximale Geschwindigkeit in dieser ist praktisch die gleiche wie sie in
Zyklonen nach der bisher vorherrschenden Art angewendet wird, doch wird das Geschwindigkeitsmaximum in einer Zone erreicht, die näher dem Zentrum der Trennkammer gelegen ist.
Da die Zentrifugalkraft in einem Zyklon umgekehrt proportional der dritten Potenz des Radius ist, wird hiedurch eine wesentlich verbesserte Abscheidungsfähigkeit erzielt, während gleichzeitig der erforderliche Kraftbedarf für die Ab- scheidung beträchtlich niedriger als sonst liegt.
Zum Trennen von z. B. Pulpe-Suspensionen ist bereits vorgeschlagen worden, die Drücke im Einlass eines Hydro-Zyklons niedriger als 2, 5 atü, z. B. zwischen 1, 4-2, lkg/cm , zuhalten. Hiebet hat es sich jedoch nicht um Zyklone mit zwei oder mehr symmetrisch gelegenen Einlässen gehandelt, d. h. ein
Einlass niedriger Geschwindigkeit in die Trennkammer gleichzeitig mit einem niedrigen Einlassdruck wurde nicht erhalten, sondern man hat schon im Einlass Druck weitgehend in Geschwindigkeit umgewandelt¯ und dementsprechend viel Kraft verbraucht u. zw. teilweise als Stossverluste beim Eintritt der Suspension in die Trennkammer, jedoch als Schwingungsverluste in der Trennkammer, hervorgerufen durch die asymmetrische Zufuhr der Suspension.
Diese Verluste werden nach der Erfindung praktisch vollständig vermieden, während gleichzeitig ein verbessertes Abscheidungsergebnis erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist nachstehend näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, in der Fig. 1 einen Vertikalschnitt und Fig. 2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 zeigen, während Fig. 3 eine Einzelheit der Zuführungskanäle des Zyklons zeigt.
Der Hydro-Zyklon besitzt eine Trenn-bzw. Abscheidungskammer l, die sich in Richtung des einen Endes 2 verjüngt und deren anderes Ende von einer Nabe 3 und einem auf ihr angeordneten LeitschaufelRing 4 gebildet wird. Axial oberhalb der Nabe 3 befindet sich eine Zuführkammer 5 mit radialem Einlassstutzen 6. Von der Trennkammer 1 führt ein zentraler Auslass 7 für die gereinigte Flüssigkeit nach oben ; der konische Gehäuseteil 2 endet mit einem Mundstück 8. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bildet der Leitschaufel-Ring (4 in Fig. 1) eine Anzahl von Einlasskanälen 9, deren Begrenzungswände gleichmässig über dem Umfang angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt eine Abwicklung des Aussenumfanges des Leitschaufel-Ringes 4 und lässt erkennen, dass die Leitschaufeln mit ihren zur Zuführkammer 5 weisenden Enden etwa parallel zur Achse des Zyklons verlaufen und zur Trennkammer l hin derart gekrümmt sind, dass die Hauptrichtung der Kanäle 9 einen Winkel mit der Längsachse der Trennkammer 1 bildet. Wie weiter aus Fig. 3 ersichtlich, ist jeder zweite Zwischenraum zwischen den Leitschaufeln 4 mittels Deckplatten 10,11 verschlossen, so dass nur jeder zweite Zwischenraum zwischen den Leitschaufeln 4 flüssige Suspension in die Trennkammer 1 führt. Die Flüssigkeit wird somit durch Kanäle zugeführt, die zentrisch symmetrisch angeordnet und so gekrümmt sind, dass die Suspension in die Trennkammer mit einer tangentialen Strömungskomponente eintritt.
Dabei sind die Kanäle so geformt, dass nur ein kleiner Teil, z. B. weniger als 20% und vorzugsweise weniger als 10% der Druckenergie, die die Suspension vor ihrem Eintritt in die Kanäle trägt, in diesen in kinetische Energie umgewandelt wird. Die übrige Geschwindigkeitszunahme erfolgt in der Trennkammer.
Die Einlasskanäle können auch in anderer Weise als durch Leitschaufeln gebildet sein. Beispielsweise könnten an Stelle der Leitschaufeln tangential gerichtete Einlassrohre treten, die über den Umfang der Trennkammer symmetrisch und zweckmässig in geeigneten gleichen Abständen verteilt sind. In diesem Fall könnte'die Zuführkammer 5, Fig. 1, entfallen. Die Verwendung von Leitschaufeln hat jedoch den Vorteil, dass die Zahl der Kanäle, die mittels der Deckplatten 10,11 unwirksam gemacht werden kann, entsprechend den Bedürfnissen des Einzelfalles variiert wird, so dass z. B. nur jeder dritte, vierte usw.
Kanal abgedeckt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Trennen oder Fraktionieren einer flüssigen Suspension in einem Hydrozyklonseparator, wobei die Suspension unter Überdruck der Trennkammer des Separators durch wenigstens zwei zur Achse der Trennkammer zentrisch symmetrisch angeordnete, die Suspension beschleunigende Einlässe zugeführt und sodann zur Durchführung einer Wirbelbewegung veranlasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein kleiner Teil u. zw. weniger als 20% der der Suspension erteilten Druckenergie in den Einlässen in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird.