DD276821A1

DD276821A1 - HYDRO CYCLONE

Info

Publication number: DD276821A1
Application number: DD27453485A
Authority: DD
Inventors: Guenter Slowik; Juergen Kohlmann
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1990-03-14

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. 1The hydrocyclone for separating a suspension into a purified liquid fraction and a solids-enriched liquid fraction may be used in all industries where the separation of, in particular, fine solid particles from liquids is to be carried out. He has compared with known hydrocyclones higher peripheral speeds at the same throughput and the same diameter of the separation chamber and thus realized better separation efficiency. To achieve the higher peripheral velocities, the known hydrocyclone is equipped according to the invention with a rotationally symmetric annulus larger in diameter than the cylindrical separation chamber, which has tangential feed channels for the suspension, the annulus being connected to the separation chamber through a rotationally symmetrical connection channel. The gap width of this channel decreases according to the invention in the direction of the axis of the hydrocyclone. The large increase in the speed until entry into the separation chamber simultaneously causes the formation of a rotationally symmetric velocity profile and leads to a uniform deposition. The swirl intensity is controllable. 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.executed. As a result, the centrifugal acceleration is also increased, but the economically acceptable throughput limited. There is no known solution that allows for the same throughput and diameter of the separation chamber, the increase of the peripheral speed '' ine to resort to moving components.

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.Another disadvantage of the classic: Κ, -drozyklons is that the incoming suspension jet leads to three-dimensional flow conditions. This not only complicates the calculation and design of the hydrocyclone, but also leads to uneven deposition over the circumference.

Bekannt ist, daß eine Vergleichmäßigung der Zuführung durch mehrere tangentiale Zuführungskanäle erreicht werden kann.It is known that a homogenization of the feed can be achieved by a plurality of tangential feed channels.

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.These supply channels can also be designed so that the rays do not meet in the further flow (DE-OS 2647486). Disadvantage of this variant, however, is the complicated design of Zt guide channels.

Object of the invention

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.The object of the invention is the separation of a suspension into a purified liquid fraction and a solids-enriched liquid fraction by utilizing the centrifugal acceleration when higher degrees of separation by a very simple and low-production solution.

Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Mit der Erfindung soll die Trennung einer Suspension in eine gereinigte Flüssigkeitsfraktion und in eine mit feststoff angereicherte Flüssigkeitsfraktion vorgenommen werden.The invention is intended to carry out the separation of a suspension into a purified liquid fraction and into a solids fraction-enriched liquid fraction.

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.A feature of known hydrocyclones is that only in a certain relationship between Abscheideraumdurchmesser, throughput and feed design an economical operation is possible. For example, the effective radius, which is important for the centrifugal acceleration, is determined by the separation chamber diameter.

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.The inlet design determines the incoming fluid pulse. If the throughput is changed, the centrifugal acceleration can be increased, but at the same time the pressure loss is increased.

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.Task is therefore to design a swirl generation, which produces a higher peripheral speed in a operated at the same throughput and dimensioned with the same Abscheideraumdurchmesser hydrocyclone and thus has a higher separation efficiency because of the higher centrifugal acceleration. At the same time, this should be as easy as possible.

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.This object is achieved by a hydrocyclone for separating a suspension into a purified liquid fraction and a solids-enriched liquid fraction comprising a cylindrical separation space adjoining a conically narrowing portion downwardly, a dip tube projecting from above into the separation space, and means for feeding the suspension into the cylindrical separation space, wherein, according to the invention, a rotationally symmetrical annular space without internals having a larger diameter than the separation space and any cross-section, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, is coaxial with the cylindrical separation space connected to the hydrocyclone axis, rotationally symmetrical connection channel is connected, wherein the one wall of this channel through the connection of the annular space with the shell of the cylindrical Abscheideraumes and the other wall through the Connection of the annular space with the shell of the immersion tube is formed while the upper annulus in the direction of the connection channel to the separation chamber is open, while the Spultbreite the connection channel from the annulus to the separation space in the direction of the axis of the hydrocyclone preferably decreases, wherein the gap width is the shortest distance , which is measured between the walls of the rotationally symmetrical connection channel in a longitudinal section through the hydrocyclone, further with a fixed diameter of the annulus and the Abscheideraumes the length of the connection between the annulus and the separation space is as short as possible, and finally the annulus has one or more tangential suspension supply channels, the practice; the circumference are evenly distributed and their respective inlet cross section with the cross section of the annular space, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, preferably coincides at the feed point.

Es ist zweckmäßig, wenn die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gerade verlaufen.It is expedient if the walls of the connecting channel, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, are straight.

Von Vorteil ist es, wenn die Wände das Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Hydrozyklon, gekrümmt verlaufen.It is advantageous if the walls of the connecting channel, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, curved.

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.In the operating state, the suspension enters through the tangential feed openings in the upper annulus. By matching the feed cross sections with the cross section of the annulus, both the most favorable momentum transfer ratios and the maximum possible conversion of the existing energy to kinetic energy in the circumferential direction have been achieved. The flow moves as Vorbskenkenströmung with superimposed axial component through the Vorbindungskanal in the separation chamber.

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.By decreasing the radius and the gap width of the connection channel in this flow-through path, there is an acceleration of the flow, which leads to an equalization of the Goschwindigkeitsprofils over the circumference, which increases with the number dor feeders. This is a nahozu two-dimensional flow in the region of the separation space roalisiort, dio gogonübor known Hyclrozyklonen to oiner uniform deposition leads. In addition, a zwoidimonsionalo flow allows oinfachoro calculation and design of the apparatus. As flow deflecting internals are fohlon and dio equivolonton diameters both in the annulus and in the connecting channel; irgo, the flowbedington orgasm Vorluste the swirl generation remain 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 EintrittsimpulseAnother important advantage of operating the apparatus is the fact that it is necessary to generate the swirl at a larger radius by using a rotationally symmetric design of the flow contour and to support the growth of the swirl toward the separation space through the pre-connec- tion of the connecting channel gap bekannton cyclone reached. With constant throughput, the upper annulus can be acted upon by a different number of supply channels werdon. This will be different entry pulses

r hervorgerufen, die ihrerseits zu unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten führen. Durch die erfindungsgemäßecaused, which in turn lead to different peripheral speeds. By the invention

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.Nevertheless, swirling produces a nearly rotationally symmetrical flow in the separation chamber. It is thus possible to produce different peripheral speeds at the same throughput without having to make changes to the apparatus. This circumstance can be used in two ways. On the one hand, with variable throughput, the same circulation speed can always be produced, in order to ensure the same Abschoideleistung. On the other hand, the separation efficiency can be varied at the same throughput. The apparatus is thus auci ι used for various separation tasks. The different loading of the feed channels is realized in a known manner by valves odor brought about with other measures. In any case, no change needs to be made to the apparatus. The intended simple design of the hydrocyclone is ensured by the fully rotationally symmetrical design. An exception is only the feeder channels. The simple rotationally symmetrical shape also permits the production of particularly stressed shell parts of the separation chamber and of the connecting channel made of corrosion-resistant materials, such as ceramic or glass.

Ausführungsbeispielembodiment

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.The features mentioned in the invention claim can be made concrete in various ways. These implementations of the features are equal reflections of the inventive concept, if they equip the upper annular space with a larger diameter, the cross sections of the feed channels preferably equal to the annular space cross section and make a preferably gap narrowing of the connecting channel to the axis of the hydrocyclone. In the embodiment, the simplest possible design is selected. Figure 1 shows the hydrocyclone in longitudinal section and in Figure 2 in plan view.

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.The upper annulus 1 is like the suspension feed channels 2 provided with a rechteckigon cross-section. The rotationally symmetrical connection channel 3 establishes the connection between the annular space 1 and the separation space 4. The walls of the connecting channel 3 are, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, designed without curvature. From the conical part 5, the solids-enriched liquid fraction is withdrawn via the outlet 6 The purified liquid fraction leaves through the dip tube 7, the hydrocyclone.

Einrichtungen wie Auslaufspiralen am Tauchrohr oder Einrichtungen, die den Partikelaustrag unterstützen, sind in den Figuren nicht Jargestsllt.Devices such as outlet spirals on the dip tube or devices that support the particle discharge, are not Jargestsllt in the figures.

Claims

'Claim:

A hydrocyclone for separating a suspension into a purified liquid fraction and a solids-enriched liquid fraction comprising a cylindrical separation space followed by a conically narrowing portion downwardly, a dip tube projecting from above into the separation space, and means for feeding the suspension into the Cylindrical deposition chamber, characterized in that coaxially above the cylindrical separation chamber, a rotationally symmetrical annular space (Dohne installations with a larger diameter than the separation chamber and any cross-section, viewed in a longitudinal section through don hydrocyclone, located with the cylindrical Abscheideraum by an inclined to the hydrocyclone axis , rotationally symmetrical connection channel (3) is connected, wherein the one wall of this channel through the connection of the annular space with the shell of the cylindrical Abscheideraumes and the other wall through the connection of Rirgraumes is formed with the shell of the dip tube and while the upper annulus is open in the direction of the connection channel to the separation chamber, while the gap width of the connecting channel from the annulus to the separation space in the direction of the axis of the hydrocyclone preferably decreases, the gap width is the shortest distance between the walls the rotationally symmetrical connection channel is measured in a longitudinal section through the hydrocyclone, further with a fixed diameter of Ringraurnes and the separation space, the length of the connection between the annulus and the separation space is as short as possible, and finally the annulus has one or more tangential suspension supply channels (2) are distributed uniformly over the circumference, and whose respective inlet cross-section with the cross-section of the annular space, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, at the feed point preferably coincides.

2. A hydrocyclone according to claim 1, characterized in that the walls of the connecting channel, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, run straight.

3. A hydrocyclone according to claim 1, characterized in that the walls of the connecting channel, viewed in a longitudinal section through the hydrocyclone, are curved.

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention can be used in all fields of economics where as a basic operation the separation of a suspension into a clean liquid fraction and a solids-enriched liquid fraction is carried out. Such applications are particularly prevalent in the chemical, food and beverage industries, the wood industry, the paper and pulp industry and other industries. Characteristic is the use in the preparation of suspensions before other processing stages.

Characteristic of the known state of the art

The technical solution obvious to the invention represents the classic hydrocyclone. It was developed from the aerocyclone and has the same elements. The main component is the cylindrical separation chamber, which is followed by a conically narrowing part downwards. The drawings above and below refer to a vertical arrangement of the Hyriro cyclone. In the separation room protrudes from above the dip tube. The outlet cross-section is larger than that of the outlet opening at the cone end.

By a tangentially attached to the cylinder jacket feed opening, the suspension of the hydrocyclone zugefüh rt. It enters the separation chamber and describes a spiral movement along the cyclone wall in the direction of the cone end. Due to the centrifugal acceleration, the particulates are thrown to the cyclone wall. To the axis ontsteht a purified liquid, which eventually reverses its axial direction of movement and the cyclone passes through the dip tube. Dio cloudy liquid is withdrawn at the end of the cone. On the axis of the hydrocyclone arises at the correct mode of operation eino Lufttrombe (Autoron Collective: Process Engineering Calculation Methods Part 3 Mechanical separation in fluid Phaso, Leipzig 1982, p.216-224).

Since a density difference between solid and liquid is much lower than that of a mixture of gas and solid, as in the aero-cyclone, it must be achieved that the effective centrifugal acceleration is as great as possible in order to make the separation effective. In known hydrocyclones, this is possible only by increasing the inlet velocity, which then leads to a higher zonal centrifugal acceleration, apart from the design of inlet spirals and constrictions on the feed channel. At the same time, the pressure loss increases considerably and thus sets an economical Gronzo. Bokenn'.e Hydrozyklono are therefore usually with small diameters of the separation chamber