DD276821A1 - Hydrozyklon - Google Patents

Abstract

Der Hydrozyklon zur Trennung einer Suspension in eine gereinigte Fluessigkeitsfraktion und eine mit Feststoff angereicherte Fluessigkeitsfraktion kann in allen Industriezweigen angewendet werden, wo die Abtrennung von insbesondere feinen Feststoffpartikeln aus Fluessigkeiten vorgenommen werden soll. Er weist gegenueber bekannten Hydrozyklonen hoehere Umfangsgeschwindigkeiten bei gleichem Durchsatz und gleichem Durchmesser des Abscheideraumes auf und realisiert damit bessere Abscheidegrade. Zur Erreichung der hoeheren Umfangsgeschwindigkeiten wird der bekannte Hydrozyklon erfindungsgemaess mit einem gegenueber dem zylindrischen Abscheideraum im Durchmesser groesseren rotationssymmetrischen Ringraum ausgeruestet, der tangentiale Zufuehrungskanaele fuer die Suspension aufweist, wobei der Ringraum mit dem Abscheideraum durch einen rotationssymmetrischen Verbindungskanal verbunden ist. Die Spaltbreite dieses Kanals nimmt in Richtung zur Achse des Hydrozyklons erfindungsgemaess ab. Die starke Zunahme der Geschwindigkeit bis zum Eintritt in den Abscheideraum verursacht gleichzeitig die Ausbildung eines rotationssymmetrischen Geschwindigkeitsprofils und fuehrt zu einer gleichmaessigen Abscheidung. Die Drallstaerke ist steuerbar. Fig. 1

Description

ausgeführt. Dadurch wird die Zentrifugalbeschleunigung ebenfalls erhöht, der ökonomisch vertretbare Durchsatz aber beschränkt. Es ist keine Lösung bekannt, die bei gleichem Durchsatz und Durchmesser des Abscheideraumes die Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit ermöglich' 'ine auf bewegte Einbauteile zurückgreifen zu müssen.

Ein weiterer Nachteil des klassische.: Κ,-drozyklons besteht darin, daß der eintretende Suspensionsstrahl zu dreidimensionalen Strömungsverhältnissen führt. Das erschwert nicht nur die Berechnung und Auslegung des Hydrozyklons, sondern führt auch zu ungleichmäßiger Abscheidung über den Umfang.

Bekannt ist, daß eine Vergleichmäßigung der Zuführung durch mehrere tangentiale Zuführungskanäle erreicht werden kann.

Diese Zuführungskanäle können auch so gestaltet werden, daß sich die Strahlen im weiteren Strömungsverlauf nicht treffen (DE-OS 2647486). Nachteil dieser Variante ist jedoch die komplizierte Gestaltung der Zt führungskanäle.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Trennung einer Suspension in eine gereinigte Flüssigkeitsfraktion un ' eine mit Feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion unter Ausnutzung der Zentrifugalbeschleunigung bei Erreichen höherer Abscheidungsgrade durch eine sehr einfache und fertigungsgünstige Lösung.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Mit der Erfindung soll die Trennung einer Suspension in eine gereinigte Flüssigkeitsfraktion und in eine mit feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion vorgenommen werden.

Merkmal bekannter Hydrozyklone ist es, daß nur bei einem bestimmtem Zusammenhang zwischen Abscheideraumdurchmesser, Durchsatz und Zulaufgestaltung eine ökonomische Betriebsweise möglich ist. Beispielsweise wird durch den Abscheideraumdurchmesser der für die Zentrifugalbeschleunigung wichtige wirksame Radius mitbestimmt.

Durch die Zulaufgestaltung wird über den eintretenden Flüssigkeitsimpuls entschieden. Verändert man den Durchsatz, so kann man zwar die Zentrifugalbeschleunigung erhöhen, steigert aber gleichzeitig den Druckverlust.

Aufgabe ist es daher, eine Drallerzeugung zu gestalten, die in einem bei gleichem Durchsatz betriebenen und mit gleichem Abscheideraumdurchmesser dimensionierten Hydrozyklon eine höhere Umfangsgeschwindigkeit hervorruft und damit wegen der höheren Zentrifugalbeschleunigung eine höhere Abscheideleistung aufweist. Gleichzeitig sollte dies möglichst einfach realisierbar sein.

Diese Aufgabe wi.d gelöst durch einen Hydrozyklon zum Trennen einer Suspension in eine gereinigte Flüssigkeitsfraktion und eine mit Feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion, umfassend einen zylindrischen Abscheideraum, dem sich nach unten ein sich konisch verengender Teil anschließt, ein von oben in den Abscheideraum hineinragendes Tauchrohr und Einrichtungen zum Zuführen der Suspension in den zylindrischen Abscheideraum, wobei erfindungsgemäß sich koaxial über dem zylindrischen Abscheideraum ein rotationssymmetrischer Ringraum ohne Einbauten mit einem größeren Durchmesser als der Abscheideraum und beliebigem Querschnitt, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, befindet, der mit dem zylindrischen Abscheideraum durch einen zur Hydrozyklonachse geneigten, rotationssymmetrischen Verbindungskanal verbunden ist, wobei die eine Wand dieses Kanals durch die Verbindung des Ringraumes mit dem Mantel des zylindrischen Abscheideraumes und die andere Wand durch die Verbindung des Ringraumes mit dem Mantel des Tauch rohres gebildet ist und dabei der obere Ringraum in Richtung des Verbindungskanals zum Abscheideraum offen ist, dabei die Spultbreite des Verbindungskanals vom Ringraum zum Abscheideraum in Richtung zur Achse des Hydrozyklons vorzugsweise abnimmt, wobei die Spaltbreite die kürzeste Entfernung ist, die zwischen den Wänden des rotationssymmetrischen Verbindungskanals bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon gemessen wird, weiterhin bei festgelegtem Durchmesser des Ringraumos sowie des Abscheideraumes die Länge der Verbindung zwischen Ringraum und Abscheideraum möglichst kurz ist, und schließlich der Ringraum einen oder mehrere tangentiale Suspensionszuführungskanäle besitzt, die übe; den Umfang gleichmäßig verteilt sind und deren jeweiliger Eintrittsquerschnitt mit dem Querschnitt des Ringraumes, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, an der Zuführungsstelle vorzugsweise übereinstimmt.

Es ist zweckmäßig, wenn die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gerade verlaufen.

Von Vorteil ist es, wenn die Wände das Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gekrümmt verlaufen.

Im Betriebszustand tritt die Suspension durch die tangentialen Zuführungsöffnungen in den oberen Ringraum ein. Durch das Übereinstimmen der Zuführungsquerschnitte mit dem Querschnitt des Ringraumos worden sowohl die günstigsten Impulsübertragungsverhältnisse, als auch die maximal mögliche Umwandlung der vorhandenen Energie in kinetische Energie in Umfangsrichtung erreicht. Die Strömung bewegt sich als Wirbelsenkenströmung mit überlagerter axialer Komponente durch den Vorbindungskanal in den Abscheideraum.

Durch die Abnahme des Radius und der Spaltbreito des Verbindungskanals auf diesem durchströmten Weg kommt es zu einer Beschleunigung dor Strömung, die zu einer Vergleichmäßigung des Goschwindigkeitsprofils über den Umfang führt, die mit der Anzahl dor Zuführungen zunimmt. Damit ist eine nahozu zweidimensionale Strömung im Bereich des Abscheideraumes roalisiort, dio gogonübor bekannten Hyclrozyklonen zu oiner gleichmäßigen Abscheidung führt. Darüber hinaus gestattet eine zwoidimonsionalo Strömung eine oinfachoro Berechnung und Auslegung des Apparates. Da Strömungsumlenkende Einbauten fohlon und dio äquivolonton Durchmesser sowohl im Ringraum als auch im Verbindungskanal ;iroß sind, bleiben die Strömungsbedington Rnorgievorluste der Drallerzeugung goring.

Durch dio Umsotzung dor wesentlichen Eründungsgedankon, den Drall bei größerem Radius zu erzeugen, dazu eine rotationssymmotrischo Gestaltung der Strömungskontur zu verwenden, und das Anwachsen des Dralls zum Abscheideraum hin durch die Vorongung dos Verbindungskanalspaltcis zu unterstützen, wird ein weiterer wichtiger Vorteil beim Betreiben dos Apparates gegenüber bekannton Zyklonon erreicht. Bei konstant gehaltenem Durchsatz kann der obere Ringraum durch eine unterschiedliche Anzahl von Zuführungskanälen beaufschlagt werdon. Damit werden unterschiedliche Eintrittsimpulse

r hervorgerufen, die ihrerseits zu unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten führen. Durch die erfindungsgemäße

Drallerzeuqung entsteht im Abscheideraum trotzdem wieder eine nahezu rotationssymmetrische Strömung. Es ist also möglich, bei gleichem Durchsatz unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten zu erzeugen, ohne Veränderungen am Apparat vornehmen zu müssen. Dieser Umstand läßt sich in zweifacher Hinsicht nutzen. Einerseits kann bei veränderlichem Durchsatz stets die gleiche Umlaufgeschwindigkeit hervorgerufen werden, um damit die gleiche Abschoideleistung zu gewährleisten. Andererseits kann bei gleichem Durchsatz die Abscheideleistung variiert werden. Der Apparat ist damit auci ι für verschiedene Trennaufgaben einsetzbar. Die unterschiedliche Beaufschlagung der Zuführungskanäle wird in bekannter Weise durch Ventile realisiert odor mit anderen Maßnahmsn herbeigeführt. In jedem Fall braucht keine Veränderung am Apparat vorgenommen zu werden. Die beabsichtigte einfache Gestaltung des Hydrozyklons ist durch die vollständig rotationssymmetrische Gestaltung gewährleistet. Eine Ausnahme bilden nur die Zuführungskanäle. Die einfache rotationssymmetrische Form erlaubt auch die Fertigung eier besonders beanspruchten Mantelteile des Abscheideraums und des Verbinde, ,gskanals aus korrosionsbeständigen Werkstoffen, wie Keramik oder Glas.

Ausführungsbeispiel

Die im Erfindungsanspruch genannten Merkmale können auf verschiedene Weise konkret ausgestaltet werden. Diese Umsetzungen der Merkmale sind gleichberechtigte Widerspiegelungen des Erfindungsgedankens, wenn sie den oberen Ringraum mit größerem Durchmesser ausstatten, die Querschnitte der Zuführungskenäle vorzugsweise gleich dem Ringraumquerschnitt wählen und eine vorzugsweise Spalteinengung des Verbindungskanals zur Achse des Hydrozyklons gestalten. Im Ausführungsbeispiel wird eine möglichst einfache Ausführung gewählt. Figur 1 zeigt den Hydrozyklon in Längsschnitt und in Figur 2 in der Draufsicht.

Der obere Ringraum 1 ist wie die Suspensionszuführungskanäle 2 mit einem rechteckigon Querschnitt versehen. Der rotationssymmetrische Verbindungskanal 3 stellt die Verbindung zwischen Ringraum 1 und Abscheideraum 4 her. Die Wändo des Verbindungskanals 3 sind, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, ohne Krümmung ausgelegt. Aus dem konischen Teil 5 wird die mit Feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion über den Austritt 6 abgezogen Die gereinigte Flüssigkeitsfraktion verläßt durch das Tauchrohr 7 den Hydrozyklon.

Einrichtungen wie Auslaufspiralen am Tauchrohr oder Einrichtungen, die den Partikelaustrag unterstützen, sind in den Figuren nicht Jargestsllt.

Claims (3)

1. ' Patentanspruch:

   1. Hydrozyklon zum Trennen einer Suspension in eine gereinigte Flüssigkeitsfraktion und eine mit Feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion, umfassend einen zylindrischen Abscheideraum, dem sich nach unten ein sich konisch verengender Teil anschließt, ein von oben in den Abscheideraum hineinragendes Tauchrohr und Einrichtungen zum Zuführen der Suspension in den zylindrischen Abscheideraum, gekennzeichnet dadurch, daß sich koaxial über dem zylindrischen Abscheideraum ein rotationssymmetrischer Ringraum (Dohne Einbauten mit einem größeren Durchmesser als der Abscheideraum und beliebigem Querschnitt, betrachtet bei einem Längsschnitt durch don Hydrozyklon, befindet, der mit dem zylindrischen Abscheideraum durch einen zur Hydrozyklonachse geneigten, rotationssymmetrischen Verbindungskanal (3) verbunden ist, wobei die eine Wand dieses Kanals durch die Verbindung des Ringraumes mit dem Mantel des zylindrischen Abscheideraumes und die andere Wand durch die Verbindung des Rirgraumes mit dem Mantel des Tauchrohres gebildet ist und dabei der obere Ringraum in Richtung des Verbindungskanals zum Abscheideraum offen ist, dabei die Spaltbreite des Verbindungskanals vom Ringraum zum Abscheideraum in Richtung zur Achse des Hydrozyklons vorzugsweise abnimmt, die Spaltbreite die kürzeste Entfernung ist, die zwischen den wänden des rotationssymmetrisch an Verbindungskanal« bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon gemessen wird, weiterhin bei festgelegtem Durchmesser des Ringraurnes sowie des Abscheideraumes die Länge der Verbindung zwischen Ringraum und Abscheideraum möglichst kurz ist, und schließlich der Ringraum einen oder mehrere tangentiale Suspensionszuführungskanäle (2) besitzt, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind, und deren jeweiliger Eintrittsquerschnitt mit dem Querschnitt des Ringraumes, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, an der Zuführungsstelle vorzugsweise übereinstimmt.
2. 2. Hydrozyklon nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gerade verlaufen.
3. 3. Hydrozyklon nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gekrümmt verlaufen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung kann in allen Bereichen der Volkswirtschaft verwendet werden, wo als eine Grundoperation die Trennunp einer Suspension in eins gereinigle Flüssigkeitsfraktion und eine mit Feststoff angereicherte Fiüssigkeitsfraktion vorgenommen wird. Derartige Anwendungsfälie treten besonders häufig in der chemischen Industrie, der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, der Holzindustrie, der Papier- und Zellstoffindustrie und anderen Industriezweigen auf. Charakteristisch ist der Einsatz bei der Aufbereitung von Suspensionen vor anderen Verarbeitungsstufen.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Die der Erfindung naheliegende technische Lösung stellt der klassische Hydrozyklon dar. Er wurde aus dem Aerozyklon entwickelt und weist die gleichen Elemente auf. Hauptbestandteil ist der zylindrische Abscheideraum, dem sich nach unten ein sich konisch verengender Teil anschließt. Die B !zeichnungen oben und unten beziehen sich auf eine vertikale Aufstellung des Hyrirozyklons. In den Abscheideraum ragt von oben das Tauchrohr. Der Austrittsquerschnitt ist größer als der der Austrittsöffnung am Konusende.

   Durch eine tangential am Zylindermantel angebrachte Zuführungsöffnung wird die Suspension dem Hydrozyklon zugefüh rt. Sie tritt in den Abscheideraum ein und beschreibt eine spiralförmige Bewegung entlang der Zyklonwand in Richtung zum Konusende. Auf Grund der Zentrifugalbeschleunigung werdon die Feststoffteilchen an die Zyklonwand geschleudert. Zur Achse hin ontsteht eine gereinigte Flüssigkeit, die ihre axiale Bewegungsrichtung schließlich umkehrt und den Zyklon durch das Tauchrohr vorläßt. Dio trübe Flüssigkeit wird am Konusende abgezogen. Auf der Achse des Hydrozyklons entsteht bei richtiger Arbeitsweise eino Lufttrombe (Autoronkollektiv: Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden Teil 3 Mechanisches Trennen in fluider Phaso, Leipzig 1982, S.216-224).

   Da boi einor Suspension dio Dichtedifferenz zwischen Feststoff und Flüssigkeit wesentlich geringer als bei einer Mischung aus Gas und Feststoff, wie beim Aerozyklon, ist, muß erreicht worden, daß die wirksame Zentrifugalbeschleunigung möglichst groß ist, um dio Abscheidung effektiv zu gestalten. Bei bekannten Hydrozyklonen ist dies, abgesehen von der Ausführung von Einlaufspiralen und Einschnürungen am Zuführungskanal, nur durch die Erhöhung der Eintrittsgeschwindigkeit möglich, die 'dann zu einor höheren Zontrifugalbeschleunigung führt. Gleichzeitig steigt damit der Druckverlust erheblich an und setzt somit eine ökonomische Gronzo. Bokenn'.e Hydrozyklono werden daher meist mit kleinen Durchmessern des Abscheideraumes