DD290096A7 - Hydrozyklon fuer hohe druckbereiche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon zum Abscheiden von Feststoffen aus waeszrigen Loesungen mittels Fliehkraft unter sehr hohen Druecken in Regenierungsanlagen von Rohren, fuer Rohrbuendelwaermeuebertrager. Ziel ist ein Hydrozyklon unter Hochdruckbedingungen, der Leistungsabfaelle sowie Druckverluste ausschlieszt. Aufgabe der Erfindung ist ein Zyklon, in dessen Innengehaeuse die abgetrennten Festteilchen gesammelt und ohne zusaetzliche Absaugvorrichtung abgefuehrt werden. Erfindungsgemaesz wird das dadurch erreicht, dasz der Zyklon in ein Kopfteil und ein Zyklongehaeuse unterteilt ist, wobei sich im Kopfgehaeuse eine Einlaufkammer befindet, in der der Einlauf und der Auslauf muenden und das Zyklongehaeuse in seiner mittig ausgebildeten Speicherkammer einen konisch nach unten ausgefuehrten Sedimentationskegel lagert, der durch Spalt getrennt von einer konischen Huelse umhuellt wird. Der Sedimentationskegel verfuegt auf seinem Innenraum ueber in Distanz angeordnete spitze Ringnute, die von einer Vielzahl identischer Bohrungen durchdrungen werden. Die Bohrung der Speicherkammer geht in eine Bohrung eines nachgeordneten Ventilsitzes ueber, die sich durch Verschluszkoerper verriegeln laeszt. Einsetzbar in Regenerierungsanlagen fuer Rohre zur Herstellung von Rohrbuendelwaermeuebertragern. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dio Erfindung betrifft einen Hydrozyklon zum Abschoidon von Fasorstoffon aus wäßrigem Lösungon mittols Schwerkraft untor sehr hohen Drücken für Hochdruck-, Roinigungs- und Strahlanlagen, insbesondere für Rohre von Rohrbündelwärmoübortragcrn in Chemieanlagen. Sio kann nber auch im allgemeinen für Trennprozosso von Teilchen aus Flüssigkeiten, dio unter Hochdruck stehen, eingesetzt werden.

Charakteristik der bokannton technischen Lösungen

Gemäß GM 7022526 wird ein Hydrozyklon populaiisiert, dessen Funktionsprinzip im wesentlichen dem aller anderen bisher bekannten Zyklone entspricht. Derartige Zyklone haben meistens ein konisch ausgebildetes, aus metallischen oder Plastewerkstoffen bestehendes Gehäuse mit oinom Einlaufteil und oinom sich am verjüngenden Endo befindlichen unverschlossenen Ablaufteil für die Feststoffe, dem konträr der Austrittsstutzon für dio Flüssigkeit zugeordnet ist. Durch die konstruktive Anordnung gelangt die unter Druck stehende flüssige Phase über das Einlaufteil des Zyklongehäuses tangential in das Gehäuse, um dort in eino schnelle Rotation versetzt zu werden. Hierbei wandern die Festteile am inneren konischen Sedimontationskegel nach dem offenen Unterteil ab, um dort abgeschieden zu werden, während die flüssige Phase infolge dor Querschnittsdrosselung dos Sedimentationskegels zui Strömungsumkehr voranlaßt und als Sekundärwirbol aus dem Oberbereich des im Zyklonkegel mündenden Tauchrohr ausgetragen wird.

Nachteilig hiorboi bleibt, daß sich dorartlvjo Lösungen für Tronnprozosso von Foststoffon aus il'jssiyon, untor solir holioii Drucken stohoiulni) Modion nicht oignon, da das Abloßolomont dos Zyklons nicht vorschlosson Ist und oinon relativ großon Öffr-ungsquorschnitt aufweist. Hierdurch troton in diosom Borolch hoho Dreck, bfiillo oin, dio ihrerseits zu Loistungsabfällon insgesamt führon.

Dos woitoron bleibt boi solchem Lösun(;on und Varianton negativ, daß durch dlo noch wirkondon hohon Turbulonzon im Doroich dos Ablaßolomontos für dio Foststoffo oin Toll diosor Stoffo mit dom Sokundärwirbol mitgorisson wird, so daß oino guto Tronnung nMt solchen Einrichtungen untor (lon Bodingungon dos Hochdrucks nicht orziolt wordon kann.

Ziel dor Erfindung

Ziol dor Erfindung ist dio Schaffung oinos Hydrozyklon;;, dor sich in Rogonoriorungsanlagon untor Hochdruckbodingungon vorzüglich oinsotzon läßt, Druckabfälle sowio Loistungsvorlusto oussunlioßt und oinon hohon Wirkungsgrad dor Gosamtanlago gnrantiort.

Darlogung dos Wesens der Erfindung

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oinon Hydrozyklon zu ontwickoln, in dossen Innenraum dio Fesltoilchen der zu trennenden Phaso gesammolt sowio ohno zusätzliche Absaugvorrichtung insgesamt abgoführt wordon, die Bildung von Agglomoraten woitostgohond ausgeschaltet und in der weiteren Folgo auf den nachgoordnoten Einheiton oino Verstopfung sohr foiner Düson durch dio zugoführton rego.ioriorten Modion vorhindoi t wird.

Erfindungsgoma'ß wird dos dadurch orroicht, daß dor Hydrozyklon ir oin Kopfteil und oin Gehäuso untortoilt ist. Zontiisch im Kopf toil befindet sich eine zylindrische Einlaufkammer, in der axial der Auslauf für dio abgetronnto flüssige Phase und radial der Einlauf für das Eingangsgemisch angebracht sind. Von dor Einlaufkammer des Kopfteils schließt sich nach unten oin vorjüngondor Sedimontationskegel an, dor auf seiner Innenseite in Distanz vorgesehene Ringnute pufwoist, wolcrio eine Violzahl von Durchtrittsbohrungen besitzen. Durch oinon Spalt getrennt wird dor Sodimontationskegol von oinor konischon Hülse oingoschlosson, dio ihrorsoits dio innere Wandung oinor Spoicherkammor dnrstollt. Der Auslauf dor trichterförmigen Spbicherkammer sowie des Sedimc -Motionskegels mündot in oinor Durchgangsöffnung, in die der durch geeignete Bt wogungsmechanismon vertikal verstollbnre Verschlußkörper eingreift. Mit Erreichen des untersten Totpunktes des Vorschlußkörpers wird so eine durchgängige Verbindung von Durchgangsöffnung des Verschlußkörpers, Ablaufkanal und dem in cinom Sammelgohäuse befindlichen Auslauf hergestellt, wobei sich das Sammelgoha'use ringförmig um das Zyklongehäuse anlog!.

Ausfuhrungsbelsplel

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu stellen dar

Fij. 1: Hydrozyklon in Schnittdarstellung

Fig.2: Darstellung dor Speicherung des Sediments

Fig. 3: Darstellung dor Sp' ichorung des Sediments

Fig. 4: Darstellung der Speicherung des Sediments

Fig. 5: Darstellung dos Austrage des Sediments

Der Hydrozyklon seut sich aus einem mit dem Zyklongehäuse 5 und dom mit diesem durch Verbindungselemente lösbar gekoppelten Kopfteil 1 zusammen. Da im vorliegenden Falle unter Hochdruck gearbeitet wird, ist auf den beiden Berührungsflächen von Kopfteil 1 und Zyklongehäuse 5 eine Nut eingebracht, in die eine beiderseits mit einer Trapezfläche ausgerüstete, vorzugsweise aus Stahl bestehende Dichtung 10 eingreift. Zentrisch im Kopfteil 1 befindet sich eine zylindrische Einlaufkammer 3, die einon mittigen Auslauf 4 aufweist, der in der zylindrischen Einlaufkammer 3 etwa bis in die Höhe der Berührungsfläche von Kopfteil 1 und Zyklongehäuse 5 als Hohlzylinder weitergeführt wird. Der Auslauf 4 kann aber auch als auswechselbares Verschleißteil in eine im Kopfteil 1 angeordnete sowio die vom Hohlzylinder des Zyklongehäuses 5 weitergeführte Durchgangsbchrung als separate Hülse sc'ilüssig eingebracht werden. Senkrecht zur Achse des Auslaufs 4 mündet im oberen Bereich der zylindrischen Einlaufkammer 3 der ebenfalls mit Hilfe von Verbindungselementen lösbar ausgeführte und mit dem Kopfteil 1 verbundene Einlauf 2. Aus diesem Grund ist zwischen Einlauf 2 und Kopfteil 1 eine herkömmliche Linsendichtung vorgesehen und über einen Hochdruckflansch in bekannter Weise eine feste Verbindung mit dem Kopfteil 1 gewährleistet.

Das Zyklongehäuse 5 weist mittig eine Spoicherkammor 8 auf, die trichterförmig nach unten ausgebildet ist und in diesem Boreich eine zylindrische Ablaufbohrung besitzt. Die Speicherkammer 8 wird auf der Innenseite durch eine konische Hülse 6 mit homogener Wanddicke gebildet, deren Kegel nach unten verjüngend verläuft und mit der maximalen Kogelbreiti >iuf der Berührungsfläche von Kopfteil 1 und Hydrozyklon 5 endet. Nach innen schließt die konische Hülse 6 don ebenfalls konisch ausgebildeten Sedimentationskegel 7 ein, dessen oberer und unterer Auslauf auf eine Höhe von etwa 20mm dickwandig beziehungsweise verstärkt und im mittleren Bereich dünnwandig ausgeführt ist. Der Sodimontationskegol 7 besteht vorrangig aus einem zähen Plastwerkstoff und liegt mit seinem dickwandigen Ober- und Unterteil an der konischen Hülse 6 an. Auf der unteren, verjüngend auslaufenden Kegelseite ist die Verdickung außen bis auf den dünnwandigen Kegelbereich längsgeschlitzt. Die verjüngend auslaufenden Bereiche von Sedimentationskegel 7 und konischer Hülse β haben zum Trichter der Speicherkammer 8 einen Spalt 9, welcher etwa 3mm betragen kann. Auf seiner Innenfläche ist der Sedimentationskegel 7 in bestimmten Abständen senkrecht zur Ktyelachso mit spitzen Ringnuten 11 versehen, die sich über den Umfang des Sedimentationskegels 7 erstrecken und von zahlreichen Bohrungen 12 durchdrungen werden. Nach der Ablaufbohrung der

triclitetförmig ausgebildeten Spoicherkammor 8 schließt sich oin Ventilsitz 13 an, dessen Bohrung die der Spoichorkammor 8 nach unten (ortsotzt. Dieser Ventilsitz 13 besteht vorrangig aus Hartmotollworkstoff, wobei auch oncloro Materialien eingesetzt werdon können. Die Bohrung des Ventilsitzos 13 dichtet von unten oin Verschlußkörper 14 ab, der auf oinor Kolbenstango 15 lagert und in der Vortikalebone verfalubar ausgeführt ist. Sobald der Vorschlußkörper 14 durch Vorfahron dor Kolbonstange 15 in der Vertikalobone soinon untersten Totpunkt erreicht hat, wird oine durchgängige Verbindung von Spalt 9 mit dor Bohrung des Ventilsitzos 13, der Durchlaßbohrung 16 und dom zylindrischen Auslauf 17 hergestellt. Dor zylindrische Auslauf 17 seinorsoits bofindot sich in dom Sammolgohäuso 18, das ringförmig das Zyklongohäuso 5 umschließt. Zum Zyklongohäuse 5 besitzt das Sammolgoha'uso 18 Ringdichtungen 19, wobei das Sammelgohäuso 18 nach obon von einer Wulst 20 am Zyklongehäuse 5 aufgenommen und nach unten durch oino im Zyklongehäuso 5 gelagerte Ringsicherung 21 arretiert wird. Dor Bewegungsablauf der Kolbenstango 15 kann mittels hydraulischer, pneumatischer odor bokanntor Mechanismen erfolgen. Dio Vorrichtung wird nun anhand oines praktischen Anwendungsboispiels näher erläutert:

Das unter Hochdruck stehende, vorzugsweise mit Feststoffen angereicherte Medium gelangt durch den Einlauf 2 tangential in die zylindrische Einlaufkammer 3. Der Primärwirbel scheidet in üblicher Weise am Sedimentationskegel 7 Schwerstoffe ab, die mit dem Modiumstrom zum Spalt 9 abwandern. An den radialen spitzen Ringnuten 11 des Sedimentationskegels 7 werden die Feststoffe aufgehalten und infolge Oszillation der Wandung, hervorgerufen durch Druckschwankungen des Mediums, durch die in den Ringnuten 11 vorgesehenen Bohrungen 12 gedrückt. Im Hohlraum zwischen Sedimentationskegel 7 und konischer Hülso 6 fließt das Konzentrat infolge der wirkenden Schwerkraft abwärts und kommt durch die längsgeschlitzte Vordickung dos Scdimontationskcgols 7 zum Spalt 9. Hier befindet sich die unterste Markierung, von wo sich der vorherrschende Drall über den Spalt 9 in die Speicherkammer 8 fortsotzt, so daß es zu einer Ansammlung von Feststoffen kommt. Im Turnus wird die Auslauföffnung des Ventilsitzes 13 gelüftet, so daß die in der Speichorkammer 8 komprimierte Luftblase entsprechend Figur 2 bis 5 s :hnell die Entleerung der Kammer bewirkt. Zunächst greift nach Figur 2 der Verschlußkörper 14 in die Bohrung des Ventilsitzes 13 ein, so daß das Hydrozy!:'ongehäuso 5 von unten her verschlossen ist und die Sedimentation erfolgen kunn. Mit dem Druckaufbau ist gemäß Figur 3 und 4 die Luftblase in der Speicherkammer 8 verdichtet, wobei nach Figur 2 bis 4 eine allmähliche Konzentration djr Schmutztoile in der Speicherkammer 8 einsetzt. Durch Verfahren des Verschlußkörpers 14 in der \'2''ikalen wird die Auslauföffnung des Ventilsitzos 13 gemäß Figur 5 freigegeben, so daß sich der Druck innerhalb des Sedinentationskogels 7 entspannt. Das gleiche gilt für den Druck in der Speichorkammer 8, so daß dio kompri nierte Luftblase Flüssigkeit mit angereicherten Feststoffen aus der Speicherkammor 8 horausbefördert. Dor Primärstrom gibt dem Auslauf die Richtung, und der vorherrschende Druck hingegen sorgt für eine sehr schnelle Entleerung. Die Öffnungszeit für di η Flüssigkeitsaustrag aus der Speicherkammor 8 über die Bohrung des Ventilsitzes 13, die Durchlaßbohrung 16 und den zylindrischen Auslauf 17 des Sammelgohauses 18 dauert allgemein nur Sekunden. Generell beträgt der Flüssigkeitsaustrag bei diesem Öffnungsprozeß gegenüber herkömmlichen Hydrozyklonen nur ca. 0,5-1 %. Sämtliche Bewegungsabläufe dos Vorschlußkörpers 14 zur Verriegelung und öffnung der Bohrung dos Ventilsitzes 13 werden im vorliegenden Anwendungsfall über die Kolbenstange 15, in der der Verschlußkörper 14 lagert, pneumatisch vorgenommen. Die Vorteile der orfi.idungsgomäßen Lösung bestehen darin, daß die abgetrennten feinsten Schmutzteile zunächst im Hydrozyklon verbleiben und dann lach Auffüllung der Speicherkammer 8 durch geeignete Bewegungsmechanismen turnusmäßig abgeführt werden können. Der Hydrozyklon gewährleistet unter Hochdruck eine Abschoidung der Feststoffe aus wäßrigen Lösungen in "inom so hohen Maße, daß feinste Düsen von Nachfolgeeinhoiten, beispielsweise für Schneid- oder Strahlzwecke, nicht verstopfen. Damit worden Betriebsausfälle erheblich reduziert und kontinuierlich ablaufende Fertigungsprozesse in Industrieanlagen möglich. Der Vorgang vollzieht sich wartungslos, die konstruktive Auslegung des Hydrozyklons sowie der Regenerierungsanlage selbst bringt gegenüber herkömmlichen Lösungen eine erhebliche Platz- sowie Anlageneinsparung.

Claims (7)

1. Hydrozyklon für hoho Druckboreiche zum Abscheiden von Foststoffon aus wäßrigen Lösungon mittels Fliehkraft, bestehend aus oinom Gehäuse mit konisch ausgeführtem Hohlraum, on dom im Kopftoil oino zontrisch angoordnoto Einlaufkommor mit Einlauf und Auslaß und oin Ablaßteil am sich vorjüngondon Auslauf angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß sich an die zylindrische Einlaufkammor (3) oin nach unton konisch ausgoführtor Sodimontationskogol (7) anschließt, dor von einer konischen Hülse (6) durch oinen Spalt getrennt umhüllt wird, dio dio im unteren Boroich trichtorförmig ausgebildete Spoicherkammor (8) desZyklongohäusos (5) aufnimmt, deren mittigo Bohrung (12) die oinos nachgoordnoton Vontilsitzos (13) übornimir t, in welche oin in einer Kolbenstange (15) gelagerter, vertikal vorfahrbarer Verschlußkörpor (14) eingreift, woboi durch Kolbonstange (15) mit Erroichon ihres untersten Totpunktes der Bohrungsauslauf des Ventilsitzes (13) mit don angoordnoton Durchlaßbohrungon (16) und nachfolgend mit dem zylindrischen Auslauf (17) des das Hydrozyklongohäuse ringförmig umschließenden Sarnmelgohäusos (18) durchgängig vorbundon ist.

2. Hydrozyklon nach Punkt i, gekennzeichnet dadurch, daß zwischon dom lösbar vorgesehenen Kopftoil (1) und dom Zyklongohäuso (5) oine boidsoitig mitTrapozprofiliorung ausgestattete Dichtung (10) angeordnet ist.

3. Hydrozyklon nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sodimentationskogel (7) an seinen beiderseitigen Ausläufen mit Verstärkungen vorsohen und on der am verjüngendon Auslauf befindlichen Verstärkung über den gesamten Umfang bis in die Höhe des mittleren dünnwandigen Bereiches vom Sedimontationskegel (7) längsgeschlitzt ausgebildet ist.

4. Hydrozyklon nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daßdorSodimontationskogol (7) vom kleinen Durchmesser beginnend auf der Innenseite dem Durchmesser entsprechende in Abständen angeordnete spitze Ringnute (11) aufweist, die eino Vielzahl der Nutbreite identische Bohrungen (12) durchdringen.

5. Hydrozyklon nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem unteren Auslauf der konischp.i Hülse (6) sowie Sodimentationskegel (7) und der trichterförmigen Auslauffläche der Speicherkummer (8) oin Spalt (9) freigegeben wird.

6. Hydrozyklon nach Punkt 1,gekennzeichnet dadurch.daßdasringförmigeSammolgehäuso (18) am Zyklongehäuso (5) nach oben durch eine Wulst (20) sowie nach unten durch oino Ringsichorung (21) arretiert wird, an don Auflagostellon zum Zyklongehäuse (5) spezifische Ringdichtungen (19) aufweist.

7. Hydrozyklon nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Verschlußkörper (14) mit einem pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder mechanisch arbeitenden Stell- oder Rogelorgan gekoppelt ist.