DE102008057339A1

DE102008057339A1 - Hydrozyklon

Info

Publication number: DE102008057339A1
Application number: DE102008057339A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mannes
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-20
Also published as: CN102215979A; EP2358478A1; WO2010054912A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon zur Reinigung einer Faserstoffsuspension (1) mit einer Kammer (11) kreisförmigen Querschnitts, in die an einem Ende ein Einlauf (4) sowie ein Lichtteil-Auslauf (5) und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider (6) mündet. Dabei sollen Kurzschlussströmungen zwischen dem Einlauf (4) und dem Leichtteil-Auslauf (5) dadurch verhindert werden, dass in einem zwischen dem Einlauf (4) und dem Abscheider (6) liegenden Führungsabschnitt (8) der Durchmesser der Kammer (11) größer als am Einlauf (4) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon zur Reinigung einer Faserstoffsuspension mit einer Kammer kreisförmigen Querschnitts, in die an einem Ende ein Einlauf sowie ein Leichtteil-Auslauf und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider mündet.
Hydrozyklone sind gut geeignet, um durch Zentrifugalkräfte Schwerteile und Leichtteile in Faserstoffsuspensionen aufzukonzentrieren und über den Auslauf bzw. den Abscheider abzuleiten.
In der Regel dienen sie der Entfernung von kleinen Metallteilen, Glassplittern und Sand oder aber von Styropor und anderen leichten Kunststoffteilen.
Dabei stellen sich allerdings Kurzschlussströmungen zwischen der über den Einlauf eingeführten Faserstoffsuspension und dem Leichtteil-Auslauf ein. Dies vermindert den Wirkungsgrad der Reinigung erheblich, insbesondere bei hohen Stoffdichten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kurzschlussströmungen zu behindern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem zwischen dem Einlauf und dem Abscheider liegenden Führungsabschnitt der Durchmesser der Kammer größer als am Einlauf ist.
Die Faserstoffsuspension wird durch tangentiales Einblasen über den Einlauf in der Kammer auf eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei die Faserstoffsuspension auf Grund der Zentrifugalkraft an die Wand der Kammer gedrückt wird. Dabei bewegt sich die Faserstoffsuspension spiralförmig vom Einlauf in Richtung Schwerteil-Abscheider.
Da der Durchmesser der Kammer im Führungsabschnitt größer als am Einlauf ist, entwickelt die sich an die Wand der Kammer anlegende Faserstoffsuspension eine Sogwirkung vom Einlaufabschnitt zum Führungsabschnitt.
Im Ergebnis vermindert sich der Umfang der Kurzschlussströme vom Einlaufabschnitt zum Leichtteil-Auslauf erheblich.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der maximale Durchmesser der Kammer im Führungsabschnitt mindestens 5 mm, vorzugsweise zumindest 10 mm und/oder mindestens 4%, vorzugsweise zumindest 8% größer als am Einlauf ist.
Um die einströmende Faserstoffsuspension nicht zu stark zu verwirbeln, sollte der Abstand zwischen Einlauf und Führungsabschnitt größer als 30 mm, vorzugsweise größer als 60 mm sein.
Im Interesse eines einfachen Aufbaus sollte das einlaufseitige Ende der Kammer eben ausgebildet sein.
Damit die in die Kammer eingeströmte Faserstoffsuspension nach einer Umdrehung nicht das Einströmen über den Einlauf zu stark behindert, kann es jedoch von Vorteil sein, wenn das einlaufseitige Ende der Kammer zumindest über einen radialen Umfangsbereich spiralförmig ausgebildet ist.
Dabei kann es des Weiteren vorteilhaft sein, wenn sich der spiralförmige Umfangsbereich über das gesamte einlaufseitige Ende der Kammer oder nur über den radial äußeren Teil des einlaufseitigen Endes der Kammer erstreckt.
In besonders bevorzugten Ausführungen sollte sich der spiralförmige Umfangsbereich in Strömungsrichtung der aus dem Einlauf kommenden Faserstoffsuspension an die zum einlaufseitigen Ende der Kammer weisende Begrenzung des Einlaufs anschließen und der spiralförmige Umfangsbereich an der vom einlaufseitigen Ende der Kammer wegweisenden Begrenzung des Einlaufs enden.
Je nach Aufgabe und Art des Hydrozyklons sowie der Zusammensetzung der Faserstoffsuspension kann es von Vorteil sein, wenn die Kammer in einem im Mündungsbereich des Einlaufs liegenden Einlaufabschnitt zylindrisch oder aber konisch ausgebildet ist.
Die bevorzugte Gestaltung des Übergangs zwischen dem Einlauf- und dem Führungsabschnitt hängt u. a. von der Entfernung zum Auslauf ab Im Interesse einer geringen Verwirbelung der Faserstoffsuspension ist es, wenn sich der Durchmesser vom Einlaufabschnitt zum Führungsabschnitt allmählich ändert. Allerdings kann eine starke Sogwirkung erreicht werden, wenn sich der Durchmesser vom Einlaufabschnitt zum Führungsabschnitt stufenförmig ändert.
Eine Verstärkung der vom Führungsabschnitt ausgehenden Sogwirkung kann noch dadurch erreicht werden, dass der Führungsabschnitt konisch ausgebildet ist, wobei sich der Durchmesser in Richtung Abscheider vergrößert.
Falls sich andererseits der Durchmesser in Richtung Abscheider vermindert, so könnte bereits die Abscheidung der Schwerteile im Führungsabschnitt eingeleitet werden.
Insbesondere kurze Führungsabschnitte sollten jedoch zylindrisch ausgebildet sein.
Dem Führungsabschnitt sollte ein vorzugsweise konusförmig ausgebildeter Abscheideabschnitt folgen, in dem sich der Durchmesser der Kammer zum Abscheider verringert. Die Verminderung des Durchmessers führt zu einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit und damit zu einer Verstärkung der Zentrifugal- und Fliehkräfte. Dadurch werden die Schwerteile an die Wand der Kammer gedrückt und dort aufkonzentriert. Am Ende des Abscheideabschnitts können die Schwerteile dann aus der Kammer abgeführt werden.
Da sich in der Zentrumsachse der Kammer die Leichtteile aufkonzentrieren, sollte am einlaufseitigen Ende der Kammer ein vorzugsweise rohrförmiger, entlang der Zentrumsachse verlaufender Leichtteil-Auslauf in die Mitte der Kammer ragen. Über diesen Auslauf können so die Leichtteile der Suspension abgepumpt werden.
Wegen der Sogwirkung des Führungsbereichs sollte der Leichtteil-Auslauf bis in den Führungsbereich der Kammer, aber möglichst nicht darüber hinaus ragen.
Dabei kann die Kurzschlussströmung behindert werden, wenn sich der Außenumfang des Leichtteil-Auslaufs in zumindest einem, vorzugsweise am kammerseitigen Ende liegenden Abschnitt vergrößert. Dabei ist es von Vorteil, wenn sich der Außenumfang des Leichtteil-Auslaufs zu seinem kammerseitigen Ende hin vorzugsweise kontinuierlich vergrößert.
Um auch Faserstoffsuspensionen hoher Stoffdichte reinigen zu können, ist es von Vorteil, wenn, beispielsweise wie in der EP 1 069 234 beschrieben, in die Kammer wenigstens eine Zuleitung für Verdünnungsflüssigkeit mündet.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Hydrozyklon zur Reinigung der Faserstoffsuspension von Schwerteilen eingesetzt wird und dabei die gereinigte Faserstoffsuspension über den Leichtteil-Auslauf abgeführt wird.
Es ist allerdings auch möglich, Leichtteile über den Auslauf aus der Faserstoffsuspension zu entfernen und die gereinigte Faserstoffsuspension über den Abscheider abzuführen.
Durch die erreichte Eindämmung von Kurzschlussströmen kann der Hydrozyklon mit Vorteil zur Reinigung von Faserstoffsuspensionen eingesetzt werden, welche zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn dienen und vorzugsweise eine Stoffdichte zwischen 1,5 und 4%, insbesondere zwischen 2,5 und 3,5% haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn über eine Zuleitung Verdünnungsflüssigkeit zugeführt wird.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: einen schematischen Querschnitt durch einen Hydrozyklon;
2a–c: verschiedene Gestaltungsformen mit zylindrischen Einlaufabschnitt 7 und
3a–c: verschiedene Gestaltungsformen mit konischem Einlaufabschnitt 7.
Die hier beschriebenen Hydrozyklone dienen der Reinigung einer Faserstoffsuspension 1 mit einer Stoffdichte zwischen 2,5 und 3,5% von Schwerteilen.
Das feststehende Gehäuse des Hydrozyklons umschließt gemäß 1 eine längliche Kammer 11 mit kreisförmigem Querschnitt.
An einem Ende der Kammer 11 befindet sich ein Einlauf 4, über den die zu reinigende Faserstoffsuspension 1 tangential in einen zylindrischen Einlaufabschnitt 7 der Kammer 11 eingedüst wird. Hierdurch wird die Faserstoffsuspension 1 auf eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei die Faserstoffsuspension 1 gegen die Wand der Kammer 11 gedrückt wird.
Durch die dabei wirkenden Zentrifugal- und Fliehkräfte reichern sich die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 11 und die Leichtteile 2 in der Mitte der Kammer 11 an. Auf diese Weise gelangen die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 11 spiralförmig zum gegenüberliegenden Ende der Kammer 11 mit der Schwerteil-Abscheider 6, über den die Schwerteile 3 aus dem Hydrozyklon gelangen.
Um die über den Einlauf 4 einströmende Faserstoffsuspension 1 nach einem Umlauf an der Wand der Kammer 11 nicht in den Einströmbereich des Einlaufs 4 zu leiten, ist in 1 der radiale äußere Umfangsbereich des einlaufseitigen Endes der Kammer 11 spiralförmig ausgebildet. Dabei schließt sich der spiralförmige Umfangsbereich 15 in Strömungsrichtung der aus dem Einlauf 4 kommenden Faserstoffsuspension 1 an die zum einlaufseitigen Ende der Kammer 11 weisende Begrenzung des Einlaufs 4 an und endet an der vom einlaufseitigen Ende der Kammer wegweisenden Begrenzung des Einlaufs 4.
Um Verstopfungen des Schwerteil-Abscheiders 6 entgegenzuwirken, wird im Bereich des Schwerteil-Abscheiders 6 über eine Zuleitung 10 Verdünnungsflüssigkeit 13 in die Kammer 11 geleitet.
Dies erlaubt den störungsfreien Einsatz des Hydrozyklons auch bei hohen Stoffdichten, wie hier angestrebt.
Die in der Mitte der Kammer 11 vorhandene, von den Schwerteilen 3 gereinigte Faserstoffsuspension 1 wird hier als Leichtteil-Komponente 2 über den Leichtteil-Abfluss 5 abgepumpt.
Hierzu reicht ein rohrförmiger Leichtteil-Abfluss 5 am einlaufseitigen Ende entlang der Zentrumsachse 12 in die Mitte der Kammer 11.
Der Leichtteil-Auslauf 5 hat an seinem kammerseitigen Ende eine Verdickung 14 des Außenumfangs, bei der sich der Außendurchmesser kontinuierlich zum Ende des Auslaufes 5 hin vergrößert. Dadurch wird die nach unten strömende Faserstoffsuspension 1 von diesem Auslauf 5 weggedrückt, was Kurzschlussströme zu diesem Auslauf 5 behindert.
An den Einlaufabschnitt 7 schließt sich in Richtung Abscheider 6 ein Führungsabschnitt 8 an, in dem der Durchmesser der Kammer 11 größer als am Einlauf 4 ist.
Auf diese Weise wird eine Sogströmung vom Einlauf- 7 zum Führungsabschnitt 8 erzeugt, was einer Kurzschlussströmung vom Einlauf 4 zum Leichtteil-Auslauf 5 entgegenwirkt. Im Ergebnis verbessert sich der Wirkungsgrad erheblich.
An den Führungsabschnitt 8 schließt sich dann in Richtung Abscheider 6 noch ein kegelförmiger Abscheideabschnitt 9 an, in dem sich der Durchmesser der Kammer 11 zum Abscheider 6 hin kontinuierlich vermindert.
Durch diese Verjüngung steigt die Rotationsgeschwindigkeit der Suspension derart an, dass sich die Schwerteile 3 an der Wand der Kammer 11 aufkonzentrieren.
Der Leichtteil-Auslauf 5 reicht bis in den Führungsabschnitt 8 hinein.
Um die Strömung der Faserstoffsuspension 1 im Einlauf nicht zu beeinträchtigen, hat der Führungsabschnitt 8 einen minimalen Abstand von mindestens 30 mm zum Einlauf 4.
Zur ausreichenden Verstärkung der Strömung vom Einlaufabschnitt 7 in den Führungsabschnitt 8 ist der maximale Durchmesser der Kammer 11 im Führungsabschnitt 8 mindestens um 10 mm größer als am Einlauf 4.
Gemäß den 2 und 3 können die Kammern 11 hierzu unterschiedlich gestaltet sein. Jedoch ist hier zur Konstruktionsvereinfachung das einlaufseitige Ende der Kammer 11 eben ausgeführt.
Bei den in 2 gezeigten Hydrozyklonen ist der Einlaufabschnitt 7 zylindrisch ausgebildet.
Allerdings erfolgt der Übergang vom Einlaufabschnitt 7 zum zylindrischen Führungsabschnitt 8 in 2a stufenförmig, während dies in 2b allmählich erfolgt. Im Gegensatz dazu ist der Führungsabschnitt 8 in 2c konisch ausgebildet, wobei sich der Durchmesser der Kammer 11 zum Abscheider 6 hin vergrößert, so dass die Kammer 11 beim Übergang zwischen Führungs- 8 und Abscheideabschnitt 9 ihren maximalen Durchmesser hat.
Die in 3 dargestellten Hydrozyklone haben einen konischen Einlaufabschnitt 7, bei dem sich der Durchmesser der Kammer 11 in Richtung Führungsabschnitt 8 kontinuierlich vergrößert, was den Strom zum Führungsabschnitt 8 unterstützt. In 3a ist der Führungsabschnitt 8 zylindrisch und in den 3b und 3c konisch ausgebildet. Auch in den 3b und c vergrößert sich der Durchmesser der Kammer 11 in Richtung Abscheideabschnitt 9. Allerdings stimmt bei 3b die Neigung der Wand im Führungsabschnitt 8 mit der Neigung der Wand im Einlaufabschnitt 7 überein, während in 3c die Wand im Führungsabschnitt 8 stärker zur Zentrumsachse 12 geneigt ist als die Wand im Einlaufabschnitt 7.
Sollen Leichtteile 2 aus der Faserstoffsuspension 1 entfernt werden, so wird die von diesen gereinigte Faserstoffsuspension 1 als Schwerteil-Komponente 3 über den Schwerteil-Abscheider 6 aus dem Hydrozyklon befördert, während die Leichtteile 2 über den Leichtteil-Abfluss 5 abgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1069234 [0025]

Claims

Hydrozyklon zur Reinigung einer Faserstoffsuspension (1) mit einer Kammer (11) kreisförmigen Querschnitts, in die an einem Ende ein Einlauf (4) sowie ein Leichtteil-Auslauf (5) und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen dem Einlauf (4) und dem Abscheider (6) liegenden Führungsabschnitt (8) der Durchmesser der Kammer (11) größer als am Einlauf (4) ist.
Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser der Kammer (11) im Führungsabschnitt (8) mindestens 5 mm, vorzugsweise zumindest 10 mm größer als am Einlauf (4) ist.
Hydrozyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser der Kammer (11) im Führungsabschnitt (8) mindestens 4%, vorzugsweise zumindest 8% größer als am Einlauf (4) ist.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Einlauf (4) und Führungsabschnitt (8) größer als 30 mm, vorzugsweise größer als 60 mm ist.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (11) in einem im Mündungsbereich des Einlaufs (4) liegenden Einlaufabschnitt (7) zylindrisch ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (11) in eine, im Mündungsbereich des Einlaufs (4) liegenden Einlaufabschnitt (7) konisch ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser vom Einlaufabschnitt (7) zum Führungsabschnitt (8) allmählich ändert.
Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser vom Einlaufabschnitt (7) zum Führungsabschnitt (8) stufenförmig ändert.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (8) zylindrisch ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (8) konisch ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Führungsabschnitt (8) ein vorzugsweise konusförmig ausgebildeter Abscheideabschnitt (9) folgt, in dem sich der Durchmesser der Kammer (11) zum Abscheider (6) hin verringert.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (4) tangential in die Kammer (11) führt.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am einlaufseitigen Ende der Kammer (11) ein vorzugsweise rohrförmiger Leichtteil-Auslauf (5) in die Mitte der Kammer (11) ragt.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außenumfang des Leichtteil-Auslaufs (5) in zumindest einem, vorzugsweise am kammerseitigen Ende liegenden Abschnitt vergrößert.
Hydrozyklon nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außenumfang des Leichtteil-Auslaufs (5) zu seinem kammerseitigen Ende hin vorzugsweise kontinuierlich vergrößert.
Hydrozyklon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einlaufseitige Ende der Kammer (11) eben ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das einlaufseitige Ende der Kammer (11) zumindest über einen Umfangsbereich (15) spiralförmig ausgebildet ist.
Hydrozyklon nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Umfangsbereich (15) sich über das gesamte einlaufseitige Ende der Kammer (11) erstreckt.
Hydrozyklon nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der spiralförmige Umfangsbereich (15) in Strömungsrichtung der aus dem Einlauf (4) kommenden Faserstoffsuspension (1) an die zum einlaufseitigen Ende der Kammer (11) weisende Begrenzung des Einlaufs (4) anschließt.
Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Umfangsbereich (15) an der vom einlaufseitigen Ende der Kammer 11 wegweisenden Begrenzung des Einlaufs (4) endet.
Hydrozyklon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtteil-Auslauf (5) entlang der Zentrumsachse (12) der Kammer (11) verläuft.
Hydrozyklon nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtteil-Auslauf (5) bis in den Führungsbereich (8) der Kammer (11) ragt.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kammer (11) wenigstens eine Zuleitung (10) für Verdünnungsflüssigkeit (13) mündet.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Faserstoffsuspension (1) über den Leichtteil-Auslauf (5) abgeführt wird.
Hydrozyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn dienende Faserstoffsuspension (1) vorzugsweise eine Stoffdichte zwischen 1,5 und 4%, insbesondere zwischen 2,5 und 3,5% hat.