AT518392B1

AT518392B1 - Hydrocyclone with special underflow discharge pipe

Info

Publication number: AT518392B1
Application number: ATA50865/2016A
Authority: AT
Inventors: Dipl Ing Kramer Michael
Original assignee: Andritz Ag Maschf
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2017-10-15
Also published as: AT518392A4; EP3300806A1

Abstract

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Hydrozyklon (1) mit einem Zulaufbereich (2) mit einem tangentialen Zulauf (4) für eine Aufgabetrübe (6) und einem weiteren an den Zulaufbereich (2) anschließenden Abscheidebereich (3) mit einem Unterlaufaustragsrohr (8) zur Abfuhr von Schwerstoffen und einer Oberlaufdüse (9), die in Form eines Tauchrohres axial in das Innere des Hydrozyklons (1) ragt. Erfindungsgemäß ist das Unterlaufaustragsrohr (8) stirnseitig verschlossen und weist es in der Seitenwand (13) für die Abfuhr der Schwerstoffe Öffnungen (10) auf.The subject of this invention is a hydrocyclone (1) with an inlet area (2) with a tangential inlet (4) for a feed pulp (6) and a further separation area (3) adjoining the inlet area (2) with an underflow discharge pipe (8) Removal of heavy materials and a headflow nozzle (9), which projects in the form of a dip tube axially into the interior of the hydrocyclone (1). According to the invention, the underflow discharge pipe (8) is closed on the front side and has openings (10) in the side wall (13) for the removal of the heavy materials.

Description

Beschreibungdescription

HYDROZYKLON MIT SPEZIELLEM UNTERLAUFAUSTRAGSROHRHYDROCYCLONE WITH SPECIAL UNDERFLOW TUBE

[0001] Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Hydrozyklon mit einem Zulaufbereich mit einem tangentialen Zulauf für eine Aufgabetrübe und einem weiteren an den Zulaufbereich anschließenden Abscheidebereich mit einem Unterlaufaustragsrohr zur Abfuhr von Schwerstoffen und einer Oberlaufdüse, die in Form eines Tauchrohres axial in das Innere des Hydrozyk-lons ragt.The subject of this invention forms a hydrocyclone with an inlet area with a tangential inlet for a task pulp and another subsequent to the inlet area separation area with a Unterlaufaustragsrohr for removing heavy materials and a head nozzle, in the form of a dip tube axially into the interior of the Hydrozyk -lons sticks out.

[0002] Ein Hydrozyklon besteht in der Regel aus einem zylindrischen Segment mit einem tangentialen Zulauf (Einlaufdüse) und einem daran anschließenden konischen Segment mit der Unterlauf- oder Apexdüse. Der Vortex-Finder bzw. die Oberlaufdüse ragt in Form eines Tauchrohres axial von oben in das Innere des Zyklons.A hydrocyclone is usually a cylindrical segment with a tangential inlet (inlet nozzle) and an adjoining conical segment with the underflow or Apexdüse. The vortex finder or the top jet nozzle protrudes in the form of a dip tube axially from above into the interior of the cyclone.

[0003] Hydrozyklone sind Trennaggregate, die Feststoffgemische basierend auf unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeiten zu trennen vermögen. Dabei ist von keiner vollständigen Trennung der Fraktionen auszugehen, vielmehr sind große Unterschiede in der Sinkgeschwindigkeit mit stark unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten belegt, in den jeweiligen Grob- oder Feinstoffabzug zu gelangen.Hydrocyclones are separation units that are able to separate solid mixtures based on different sinking rates. It is to be assumed that no complete separation of the fractions, but large differences in the rate of descent are assigned with very different probabilities to get into the respective coarse or fine deduction.

[0004] Die Trübe wird dabei in der Regel dem Zyklon Kopfstück tangential zugeführt, dort auf eine abwärts gerichtete Kreisbahn gezwungen und durch die konische Verjüngung des Abscheidebereichs auf der daraus resultierenden Abwärtsspirale beschleunigt. Diese Beschleunigung und die daraus resultierende Fliehkraft führen zu einem starken Kraftfeld, welches alle spezifisch schwereren Partikel als das umgebende Fluid nach außen treibt, während alle leichteren Teilchen nach innen gefördert werden. Entlang der gesamten Abwärtsspirale erfolgt eine Ablösung der kernnahen Schichten in die nach oben gerichtete Oberlaufströmung. Der unten abgeführte, eingedickte Strom wird Unterlauf genannt, der nach oben abgeführte, wird als Ober-bzw. Überlauf bezeichnet.The slurry is thereby supplied tangentially to the cyclone head piece, forced there on a downward circular path and accelerated by the conical taper of the deposition area on the resulting downward spiral. This acceleration and the resulting centrifugal force result in a strong force field that drives out all of the heavier particulates than the surrounding fluid, while all lighter particles move inward. Along the entire downward spiral, the layers close to the core are separated into the upward-directed upper-flow flow. The below discharged, thickened stream is called underflow, the upwards discharged, is as Ober- or. Overflow called.

[0005] Die Bezeichnungen „oben" und „unten" gehen in der vorliegenden Beschreibung vom Oberlauf (spezifisch leichtere und/oder kleinkörnigere Fraktion) und vom Unterlauf (spezifisch schwerere und/oder gröbere Fraktion) aus. Die tatsächliche Positionierung des Hydrozyklons ist davon jedoch weitestgehend unabhängig, so werden häufig auch horizontal eingebaute Hydrozyklone verwendet.The terms "top" and "bottom" in the present description of the upper reaches (specifically lighter and / or small grain fraction) and the lower reaches (specifically heavier and / or coarser fraction). However, the actual positioning of the hydrocyclone is largely independent of this, as well as horizontally installed hydrocyclones are often used.

[0006] Naturgemäß beinhaltet die kernnahe Strömung deutlich weniger Feststoffe als die außenliegenden, nach unten gerichteten Strömungsfelder. Zudem besteht für Partikel mit sehr kleinen Sinkgeschwindigkeiten eine deutlich höhere Wahrscheinlichkeit in die Oberlaufströmung zu gelangen, als dies für grobkörnige Fraktionen der Fall ist, sodass es zu einer relativen Anreicherung an Feinstoffen (auf die Feststoffmasse bezogen) im Oberlauf kommt. Volumenbezogen (in mg/l) liegt der Fall allerdings genau umgekehrt, bezogen auf den abgeführten Volumenstrom weist der Oberlauf eine Feststoffabreicherung bei Feinfraktionen auf, sofern diese spezifisch schwerer als das Fluid sind.By nature, the near-core flow contains significantly less solids than the outboard, downwardly directed flow fields. In addition, for particles with very low sinking rates, a significantly higher probability of reaching the upper-stream flow than for coarse-grained fractions is the case, so that there is a relative accumulation of fines (based on the solid matter) in the upper reaches. Volume related (in mg / l), however, the case is exactly the opposite, based on the discharged volume flow, the upper reaches a solids depletion of fine fractions, if they are specifically heavier than the fluid.

[0007] Wesentlich für das Trennverhalten des Hydrozyklons ist die Art des Unterlaufaustrages. Man unterscheidet Strangaustrag (bei kleinen Ünterlaufdüsen bzw. hohen Feststoffgehalten) und Schirmaustrag. Dazwischen gibt es einen Übergangsbereich.Essential for the separation behavior of the hydrocyclone is the type of Unterlaufaustrages. A distinction is made between strand discharge (with small flow nozzles or high solids contents) and screen discharge. In between there is a transition area.

[0008] Während im Strangaustragsbereich keine Lufttrombe sichtbar ist, bildet sich diese im Schirmaustrag deutlich aus, und übt damit einen massiven Einfluss auf das Strömungsbild im Hydrozyklon aus. Luft wird durch die Unterlaufdüse angesaugt, zeitgleich aber vermehrt Feinstoffe aus dem Bereich der Kernströmung mit in den Unterlauf gefördert. Es tritt also im Unterlauf eine (häufig ungewollte) Aufkonzentration von Feinstoffen, bezogen auf das abgezogene Fluidvolumen auf.While no Lufttrombe is visible in Strangaustragsbereich, this forms clearly in the Schirmaustrag, and thus exerts a massive influence on the flow pattern in the hydrocyclone. Air is sucked in through the underflow nozzle, but at the same time increasingly fines from the area of the core flow are conveyed into the underflow. So there is a (often unwanted) concentration of fines, based on the withdrawn fluid volume in the lower reaches.

[0009] Bei Vorliegen eines Strangaustrages findet diese Vermischung von Schichten im Zyklon Unterlauf in wesentlich geringerem Ausmaß statt, was sich in einer deutlich schärferen Tren- nung niederschlägt.[0009] In the presence of a strand discharge, this mixing of layers in the cyclone underflow takes place to a much lesser extent, which results in a significantly sharper separation.

[0010] Erfahrungsgemäß ändert sich die Trenncharakteristik im Zyklon signifikant, wenn es zu einem Umschlag des Austrittsbildes vom Strangaustrag zum Schirmaustrag kommt. Qualitative Einbußen hinsichtlich der Trennschärfe sind die Folge.Experience has shown that the separation characteristic changes significantly in the cyclone when it comes to an envelope of the exit image from the strand discharge to Schirmaustrag. Qualitative losses in terms of selectivity are the result.

[0011] Eine gezielte Einflussnahme auf das Unterlaufprofil lässt sich nur bedingt umsetzen. Strangaustrag erhält man unter anderem bei: [0012] - hohem Feststoffgehalt [0013] - kleinem Unterlaufdurchmesser [0014] - hoher Partikelgröße (und damit hoher Sinkgeschwindigkeit) [0015] - niedriger Temperatur [0016] - hoher Viskosität im Fluid [0017] Nicht immer lassen sich aber die Betriebsbedingungen so setzen, dass ein permanenter Strangaustrag gegeben ist. So ist z.B. bei schwankenden Einlauffeststoffgehalten die Auslegung nach dem geringsten Feststoffgehalt auszuführen, mit dem Risiko der Verstopfung der Unterlaufdüse bei hohen Feststoffanteilen im Zulauf.A targeted influence on the underflow profile can be implemented only conditionally. Extrusion is obtained, inter alia, in: High solids content [0013] Small underflow diameter [0014] High particle size (and thus high rate of descent) [0015] Low temperature [0016] High viscosity in the fluid Not always but can set the operating conditions so that a permanent strand discharge is given. For example, e.g. to carry out the design according to the lowest solids content at fluctuating inlet solids contents, with the risk of clogging of the underflow nozzle at high solids content in the inlet.

[0018] Hohe Temperaturen verschärfen das Problem zusätzlich, weil die Viskosität des Trägermediums sinkt und damit weniger Reibungsverluste im Konusteil auftreten, wodurch im Austritt mehr Drall vorliegt und dadurch der Strang aufreißt.High temperatures exacerbate the problem in addition, because the viscosity of the carrier medium decreases and thus less friction losses occur in the cone part, which is present in the exit more swirl and thereby tears the strand.

[0019] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hydrozyklon derart zu verbessern, dass ein Schirmaustrag weitgehend vermieden werden kann.The invention is therefore based on the object to improve a hydrocyclone in such a way that a Schirmaustrag can be largely avoided.

[0020] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hydrozyklon gemäß Patentanspruch 1. Beim erfindungsgemäßen Hydrozyklon ist das Unterlaufaustragsrohr stirnseitig verschlossen und weist nur in der Seitenwand Öffnungen für die Abfuhr der Schwerstoffe auf.This object is achieved by a hydrocyclone according to claim 1. In the hydrocyclone according to the invention the Unterlaufaustragsrohr is closed at the front and has only in the side wall openings for the removal of the heavy materials.

[0021] Durch dieses modifizierte Austragsrohr für den Unterlauf wird eine Lufttrombenbildung und somit ein Schirmaustrag weitgehend verhindert.By this modified discharge pipe for the lower reaches a Lufttrombenbildung and thus a Schirmaustrag is largely prevented.

[0022] Durch das stirnseitig verschlossene Austragsrohr kann der eingedickte Unterlauf nicht zentral aus dem Zyklon abgeführt werden. Die Strömung wird somit an die Wandung des Hyd-rozyklons gezwungen. Dort findet durch den eingedickten Feststoff eine sehr effiziente Trennung von feststoffarmen Oberlauf und hocheingedickten Unterlauf statt. Auch bei sinkendem Feststoffgehalt im Zulauf kann sich kein Luftkern ausbilden, weil der drallbehaftete Unterlauf nicht in direkter Verbindung mit dem Wirbelkern der Oberlaufströmung steht. Durch diese Modifikation wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass ein Feinstoffpartikel aus dem Oberlauf in den Unterlauf gelangt.Due to the end capped discharge tube of the thickened underflow can not be removed centrally from the cyclone. The flow is thus forced to the wall of the hydrocyclone. There, through the thickened solid, a very efficient separation of low-solids overflow and highly thickened underflow takes place. Even with decreasing solids content in the inlet no air core can form, because the swirling underflow is not in direct communication with the vortex core of the headwater flow. This modification reduces the likelihood of a fine particle from entering the lower reaches of the upper reaches.

[0023] Es ist günstig, wenn die Öffnungen im Unterlaufaustragsrohr schlitzförmig ausgebildet sind, beispielsweise können in der Wand des Austragsrohres zwei gegenüberliegende schlitzförmige Öffnungen vorgesehen sein.It is advantageous if the openings are formed slit-shaped in Unterunteraustragsrohr, for example, two opposing slot-shaped openings may be provided in the wall of the discharge pipe.

[0024] Der Abscheidebereich des Hydrozyklons kann entweder rein konisch ausgebildet sein oder aber aus einem konischen Teilstück und aus einem daran anschließenden zylindrischen Teilstück bestehen.The separation region of the hydrocyclone can either be purely conical or consist of a conical section and an adjoining cylindrical section.

[0025] Je nach Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Unterlaufaustragsrohr somit in den konischen Abscheidebereich oder in den zylindrischen Teilbereich des Abscheidebereichs erstrecken.Depending on the embodiment, the underflow discharge pipe according to the invention can thus extend into the conical separation region or into the cylindrical subregion of the separation region.

[0026] Wenn sich das Unterlaufaustragsrohr in den konischen Abscheidebereich erstreckt, kann man von einem zusätzlichen positiven Einfluss auf die Feinteilabscheidung ausgehen, weil der feinstoffbelastete Kern der Wirbelströmung durch den verschlossenen Oberteil des Austragsrohrs abgeblockt wird.When the underflow discharge pipe extends into the conical separating region, one can assume an additional positive influence on the fine particle separation, because the fine substance loaded core of the turbulent flow is blocked by the closed upper part of the discharge pipe.

[0027] Das Unterlaufaustragsrohr kann stirnseitig mit einer kreisförmigen Platte verschlossen sein, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Unterlaufaustragsrohres ist. Dadurch stehen die Ränder der Platte über das Austragsrohr über und der Kern der Wirbelströmung wird besser von der Strömung im Bereich des Unterlaufs abgeschirmt.The Unterlaufaustragsrohr may be closed at the end with a circular plate whose diameter is greater than the diameter of the Unterlaufaustragsrohres. As a result, the edges of the plate over the discharge pipe over and the core of the vortex flow is better shielded from the flow in the region of the lower reaches.

[0028] Es ist auch denkbar, dass das Unterlaufaustragsrohr stirnseitig mit einer kegelförmigen Kappe verschlossen ist, wobei die Kappenspitze zur Oberlaufdüse weist.It is also conceivable that the Unterlaufaustragsrohr is closed at the front end with a conical cap, the cap tip facing the headwash nozzle.

[0029] Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Hydrozyklon anhand von vier Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: [0030] Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Hydrozyklons; [0031] Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrozyklons; [0032] Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für das Unterlaufaustragsrohr; [0033] Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Unterlaufaustragsrohr; [0034] Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen jeweils gleiche Bauteile oder Stoffströme.In the following, the hydrocyclone according to the invention will be described with reference to four drawings. In the drawings: Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an embodiment of the inventions to the invention hydrocyclone; FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a further embodiment of the hydrocyclone according to the invention; FIG. FIG. 3 shows an embodiment of the underflow discharge pipe; FIG. FIG. 4 shows a further embodiment of the underflow discharge pipe; FIG. The same reference numerals in the figures designate the same components or streams.

[0035] In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrozyklons 1 dargestellt. Er besteht aus einem Zulaufbereich 2 und aus einem daran anschließenden Abscheidebereich 3. Der Zulaufbereich 2 ist hier zylinderförmig ausgebildet. Der Abscheidebereich 3 besteht aus einem konischen Teilstück 15, das direkt an den Zulaufbereich 2 angrenzt. Im unteren Bereich des Abscheidebereiches 3 ist das Unterlaufaustragsrohr 8 angeordnet, es ist an seinem stirnseitigen Ende 20 verschlossen. In der Seitenwand 13 des Unterlaufaustragsrohres 8 befinden sich zwei schlitzförmige Öffnungen 10, über die der Unterlauf 11 abgeführt wird.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the hydrocyclone 1 according to the invention. It consists of an inlet area 2 and an adjoining separation area 3. The inlet area 2 is here cylindrical. The separation region 3 consists of a conical section 15, which is directly adjacent to the inlet region 2. In the lower region of the separation region 3, the underflow discharge pipe 8 is arranged, it is closed at its front end 20. In the side wall 13 of the Unterlaufaustragsrohres 8 there are two slot-shaped openings 10 through which the lower reaches 11 is discharged.

[0036] Über den tangentialen Zulauf 4 wird eine Aufgabetrübe 6 dem Hydrozyklon 1 zugeführt. Bei der Aufgabetrübe 6 kann es sich beispielsweise um eine Gipssuspension handeln.Via the tangential inlet 4, a feed pulp 6 is fed to the hydrocyclone 1. The feed pulp 6 may be, for example, a gypsum suspension.

[0037] Durch die Oberlaufdüse 9, die in Form eines Tauchrohres axial in das Innere des Hydrozyklons 1 ragt, kann die spezifisch leichtere bzw. feinkörnigere Fraktion als Oberlauf 12 abgeführt werden. Die Mündungsöffnung 14 der Oberlaufdüse 9 endet hier im Anfangsbereich des Abscheidebereiches 3.By the upper nozzle 9, which protrudes axially in the form of a dip tube into the interior of the hydrocyclone 1, the specific lighter or finer-grained fraction can be discharged as the upper reaches 12. The mouth opening 14 of the upper-flow nozzle 9 ends here in the beginning region of the separation region 3.

[0038] In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrozyklons 1 dargestellt. Der Abscheidebereich 3 besteht hier aus einem konischen Teilstück 15 und einem daran angrenzenden zylindrischen Teilstück 18. Die Höhe z des konischen Teilstücks 15 beträgt hier weniger als 100 mm.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the hydrocyclone 1. The separation region 3 here consists of a conical section 15 and an adjacent cylindrical section 18. The height z of the conical section 15 is less than 100 mm here.

[0039] Das zylindrische Teilstücks 18 hat hier einen Durchmesser x von ungefähr 30 mm und eine Höhe (Länge des Teilstücks 18 in axialer Richtung betrachtet) y von ungefähr 40 mm.The cylindrical portion 18 here has a diameter x of about 30 mm and a height (length of the portion 18 viewed in the axial direction) y of about 40 mm.

[0040] Die hier angeführten Maße beziehen sich auf einen Hydrozyklon 1, der in der Versuchsanlage sehr gute Resultate erzielt hat, selbstverständlich ist es möglich, dass davon abweichende Maße ebenfalls sehr gute Ergebnisse erzielen.The dimensions given here relate to a hydrocyclone 1, which has achieved very good results in the experimental plant, of course, it is possible that deviating measures also achieve very good results.

[0041] Das Unterlaufaustragsrohr 8 ragt hier in das zylindrische Teilstück 18 hinein.The Unterlaufaustragsrohr 8 protrudes here into the cylindrical portion 18 into it.

[0042] Im zylindrischen Teilstück 18 hat der abgesetzte Grobstoff genügend Platz, um sich mittels Drehbewegung gezielt Richtung Unterlaufaustragsrohr 8 zu bewegen. Außerdem verhindert diese Verlängerung, dass die Kernströmung in den eigentlichen Unterlauf (11) durchschlägt.In the cylindrical portion 18 of the deposited coarse has enough space to move by means of rotary movement targeted direction Unterlaufaustragsrohr 8. In addition, this extension prevents the core flow breaks through into the actual underflow (11).

[0043] In Figur 3 ist gegenüber Figur 2 ein leicht modifiziertes Unterlaufaustragsrohr 8 dargestellt. Das Unterlaufaustragsrohr 8 wird hier an seinem oberen Ende durch eine kreisförmige Platte 21 verschlossen, deren Durchmesser größer ist, das der Durchmesser des Unterlaufaustragsrohres 8. Die Ränder der Platte 21 stehen somit etwas über und schirmen den Unterlauf- bereich vom darüber liegenden Kernbereich ab.In Figure 3, a slightly modified underflow discharge pipe 8 is shown with respect to Figure 2. The underflow discharge pipe 8 is here closed at its upper end by a circular plate 21 whose diameter is larger, that of the diameter of the underflow discharge pipe 8. The edges of the plate 21 are thus somewhat above and shield the underflow region from the overlying core region.

[0044] In Figur 4 ist eine weitere Variante des Unterlaufaustragsrohres 8 dargestellt. Der stirnseitige Verschluss des Unterlaufaustragsrohres erfolgt hier über eine konusförmige Kappe 22.FIG. 4 shows a further variant of the underflow discharge pipe 8. The frontal closure of the underflow discharge pipe takes place here via a cone-shaped cap 22.

Claims

claims

1. hydrocyclone (1) having an inlet area (2) with a tangential inlet (4) for a feed pulp (6) and another to the inlet area (2) subsequent deposition area (3) with a in the separation area (3) projecting underflow discharge pipe (3) 8) for the removal of heavy materials or coarse grain, wherein an upper nozzle (9) in the form of a dip tube axially into the interior of the hydrocyclone (1), characterized in that the underflow discharge pipe (8) is closed at the end and that in the side wall ( 13) has openings (10) for the removal of the heavy materials.

2. Hydrocyclone (1) according to claim 1, characterized in that the openings (10) are slot-shaped.

3. hydrocyclone (1) according to claim 2, characterized in that the Unterlaufaustragsrohr (8) has two opposite slot-shaped openings (10).

4. hydrocyclone (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the separating region (3) consists of a conical portion (15) and of a subsequent cylindrical portion (18).

5. hydrocyclone (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Unterlaufaustragsrohr (8) is closed at the end with a circular plate (21) whose diameter is greater than the diameter of the Unterlaufaustragsrohres (8).

6. hydrocyclone (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Unterlaufaustragsrohr (8) is closed at the end with a conical cap (22), wherein the cap tip (23) to the upper nozzle (9). 4 sheets of drawings