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Die Erfindung betrifft eine Hydrozyklone-Anordnung zum Zentrifugalabscheiden von Feststoffen aus einer Suspension, aufweisend wenigstens einen ersten Hydrozyklon mit einer ersten Trennkammer, einem in die erste Trennkammer tangential einmündenden ersten Einlauf zum Zuführen eines ersten Suspensionsanteils eines Suspensions-Aufgabegutstroms in die erste Trennkammer, einem ersten Unterlauf zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem ersten Oberlaufrohr zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion, wenigstens einen zweiten Hydrozyklon mit einer zweiten Trennkammer, einem in die zweite Trennkammer tangential einmündenden zweiten Einlauf zum Zuführen eines zweiten Suspensionsanteils des Suspensions-Aufgabegutstroms in die zweite Trennkammer, einem zweiten Unterlauf zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem zweiten Oberlaufrohr zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion, sowie eine gemeinsame Zulaufkammer mit einem Zulauf für das Einleiten des Suspensions-Aufgabegutstroms in die gemeinsame Zulaufkammer und einer der Anzahl von ersten und zweiten Hydrozyklonen entsprechenden Anzahl von Abläufen zum Ausleiten von jeweiligen Suspensionsanteilen aus der gemeinsamen Zulaufkammer in die ersten und zweiten Einläufe der ersten und zweiten Hydrozyklone.
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Die
WO 2018/091173 A1 beschreibt eine Hydrozyklonanordnung zur Reinigung einer Faserstoffsuspension mit mehreren Hydrozyklon-Kammern kreisförmigen Querschnitts, in die jeweils an einem Ende ein Einlauf sowie ein Leichtteil-Auslauf und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider mündet, wobei die Einläufe über eine gemeinsame Zulaufkammer mit einem gemeinsamen Zulauf verbunden sind und die Leichtteil-Ausläufe über separate und durch die gemeinsame Zulaufkammer führende Auslauf-Leitungen mit einem gemeinsamen Leichtteil-Ablauf verbunden sind.
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Die
US 3,543,931 beschreibt eine Zyklone-Anordnung mit mehreren Zyklonen, die über eine gemeinsame Zulaufkammer mit einer Fluidsuspension versorgt werden. Jeweils mehrere Zyklone sind in zwei parallelen Reihen linear nebeneinander angeordnet, wobei die Zulaufkammer zwei parallel zueinander angeordnete gerade verlaufende Zulaufkanäle aufweist, deren Deckenhöhen sind kontinuierlich reduzieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hydrozyklone-Anordnung zum Zentrifugalabscheiden von Feststoffen aus einer Suspension zu schaffen, die mit einer hohen Zuverlässigkeit betrieben werden kann. Darüber hinaus ist gegebenenfalls auch eine verbesserte Trennwirkung angestrebt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hydrozyklone-Anordnung zum Zentrifugalabscheiden von Feststoffen aus einer Suspension, aufweisend:
- - wenigstens einen ersten Hydrozyklon mit einer ersten Trennkammer, einem in die erste Trennkammer tangential einmündenden ersten Einlauf zum Zuführen eines ersten Suspensionsanteils eines Suspensions-Aufgabegutstroms in die erste Trennkammer, einem ersten Unterlauf zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem ersten Oberlaufrohr zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion,
- - wenigstens einen zweiten Hydrozyklon mit einer zweiten Trennkammer, einem in die zweite Trennkammer tangential einmündenden zweiten Einlauf zum Zuführen eines zweiten Suspensionsanteils des Suspensions-Aufgabegutstroms in die zweite Trennkammer, einem zweiten Unterlauf zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem zweiten Oberlaufrohr zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion, sowie
- - eine gemeinsame Zulaufkammer mit einem Zulauf für das Einleiten des Suspensions-Aufgabegutstroms in die gemeinsame Zulaufkammer und einer der Anzahl von ersten und zweiten Hydrozyklonen entsprechenden Anzahl von Abläufen zum Ausleiten von jeweiligen Suspensionsanteilen aus der gemeinsamen Zulaufkammer in die ersten und zweiten Einläufe der ersten und zweiten Hydrozyklone, wobei
die gemeinsame Zulaufkammer als eine Ringkammer ausgebildet ist, an welche der Zulauf zur Bildung einer Ringströmung angeschlossen ist.
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Der Zulauf kann zur Bildung einer Ringströmung außermittig angeschlossen sein. Eine außermittige Anordnung bzw. Ausrichtung des Zulaufs bedeutet insofern, dass der über den Zulauf in die Ringkammer einströmende Suspensions-Aufgabegutstrom nicht radial zum Zentrum hin gerichtet zuläuft, sondern außermittig zuströmt, insbesondere vom Zentrum weggelenkt zuströmt. Insbesondere kann der Zulauf zur Bildung einer Ringströmung in tangentialer Ausrichtung an die Zulaufkammer angeschlossen sein. Insofern kann die in die Ringkammer einströmende Suspensions-Aufgabegutstrom tangential einströmen.
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Hydrozyklone als solches sind ausgebildet zum Abtrennen wenigstens einer Schwerfraktion aus einer Suspension. Die Suspension umfasst eine Trägerflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in der Feststoffpartikel dispergiert sind. In Abhängigkeit des Strömungsverhaltens der Feststoffpartikel in der Trägerflüssigkeit kann eine Schwerfraktion an einem Unterlauf des Hydrozyklons abgetrennt werden. Die Restsuspension, von der die Schwerfraktion abgetrennt ist, kann als abgereicherte Suspensions-Fraktion bezeichnet werden. Die abgereicherte Suspensions-Fraktion umfasst demgemäß die Trägerflüssigkeit und gegebenenfalls verbliebene Feststoffpartikel, nachdem die Schwerfraktion abgetrennt worden ist. Die abgereicherte Suspensions-Fraktion kann verbliebende Feststoffpartikel enthalten oder frei von Feststoffpartikeln sein.
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Grundsätzlich kann in einer ersten Betriebsweise der Hydrozyklone die abgereicherte Suspensions-Fraktion einen Gutstoff bilden. Der Gutstoff ist insofern diejenige Fraktion, die als Produkt oder Zwischenprodukt verwendet werden soll. In einer solchen ersten Betriebsweise bildet dann die abgetrennte Schwerfraktion ein Schwerteilrejekt. Das Schwerteilrejekt kann im Hinblick auf die den Gutstoff darstellende abgereicherte Suspensions-Fraktion verworfen werden oder einem weiteren Verfahrensprozess unterworfen werden. Beispielsweise bei der Verwendung von Hydrozyklonen in der Papierherstellung kann die Schwerfraktion beispielsweise Sandpartikel, Glassplitter oder Metallteile umfassen, die auszusortieren sind. Die den Gutstoff bildenden Feststoffpartikel in der verbliebenen abgereicherten Suspensions-Fraktion können die gewünschten Faserstoffpartikel umfassen, welche der beispielhaft erwähnten Papierherstellung dienen können.
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In einer anderen, zweiten Betriebsweise der Hydrozyklone kann hingegen die abgetrennte Schwerfraktion den Gutstoff bilden. Der Gutstoff ist in dieser zweiten Betriebsweise insofern diejenige Fraktion, die als Produkt oder Zwischenprodukt verwendet werden soll. In einer solchen zweiten Betriebsweise bildet dann die abgereicherte Suspensions-Fraktion ein sogenanntes Leichtteilrejekt. Das Leichtteilrejekt kann im Hinblick auf die den Gutstoff darstellende abgetrennte Schwerfraktion verworfen werden oder einem weiteren Verfahrensprozess unterworfen werden. Beispielsweise bei der Verwendung von Hydrozyklonen in der Papierherstellung kann es gewünscht sein, Feinstpartikel abzutrennen, die kleinere Korngrößen aufweisen, als die zur Papierherstellung zweckmäßige Korngrö-ßenverteilung vorgibt.
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Unabhängig der tatsächlichen Orientierung des Hydrozyklons im Raum wird das Austragsorgan der Schwerfraktion generell als Unterlauf bezeichnet und das Austragsorgan der verbliebenen abgereicherten Suspensions-Fraktion, d.h. der den Gutstoff enthaltende Restsuspension generell als Oberlauf bezeichnet.
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In der Trennkammer wird die über den Einlauf in den Hydrozyklon eingebrachte Suspension in eine Wirbelströmung gebracht, so dass sich die Schwerfraktion wandnah der Trennkammer anreichern und von dort ausgetragen werden kann. Die Trennkammer weist meistens eine sich in Richtung des Unterlaufs verjüngende konische Gestalt auf, d.h. zumindest die Innenwand der Trennkammer ist konisch ausgebildet. Es sind jedoch auch Ausführungen mit kreiszylindrischen Trennkammerwänden möglich.
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Die Hydrozyklone-Anordnung umfasst zumindest zwei Hydrozyklone, also wenigstens einen ersten Hydrozyklon und wenigstens einen zweiten Hydrozyklon. Die Hydrozyklone-Anordnung kann jedoch in allgemeiner Betrachtung eine beliebige Anzahl von einzelnen Hydrozyklonen aufweisen. So sind insbesondere Hydrozyklone-Anordnungen mit beispielsweise drei einzelnen Hydrozyklonen oder vier einzelnen Hydrozyklonen zweckmäßig.
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Wenn mehrere Hydrozyklone zu einer gemeinsamen Hydrozyklone-Anordnung zusammengefasst werden, kommt ein gemeinsamer Zulauf und gegebenenfalls auch ein gemeinsamer Austritt zur Anwendung, in dem die einzelnen abgereicherten Suspensions-Fraktionen der einzelnen Hydrozyklone zu einem gemeinsamen Gutstoffstrom zusammengeführt werden. Der gemeinsame Austritt für den zusammengeführten Gutstoffstrom aus der Hydrozyklone-Anordnung kann insbesondere als eine Austrittskammer ausgebildet sein, an welche die Oberlaufrohre der einzelnen Hydrozyklone strömungstechnisch angeschlossen sind. In der Austrittskammer werden die mehreren abgereicherten Suspensions-Fraktionen zu dem gemeinsamen Gutstoffstrom vereinigt und beispielsweise über einen an die Austrittskammer strömungstechnisch angeschlossen Austrittsrohrstutzen von der Hydrozyklone-Anordnung weggeführt.
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Wenn mehrere Hydrozyklone zu einer gemeinsamen Hydrozyklone-Anordnung zusammengefasst werden, kann auch eine gemeinsame Zulaufkammer zur Anwendung kommen, an die ein gemeinsamer Zulauf, beispielsweise ein Zulaufrohrstutzen strömungstechnisch angeschlossen ist, über den ein Suspensions-Aufgabegutstrom, d.h. diejenige Ausgangssuspension, von der die Schwerfraktion und gegebenenfalls auch eine unerwünschte Leichtfraktion abgetrennt werden soll, der Hydrozyklone-Anordnung zugeführt wird. Von der gemeinsamen Zulaufkammer führen dann mehrere Abläufe, beispielsweise Ablaufrohrstutzen, weg, welche in die Einläufe der einzelnen Hydrozyklone münden, so dass der Aufgabesuspensionsstrom möglichst gleichmäßig in einzelne Suspensionsanteile aufgeteilt und auf alle Hydrozyklone verteilt bzw. ausgeleitet wird.
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Indem die gemeinsame Zulaufkammer als eine Ringkammer ausgebildet ist, an welche der Zulauf zur Bildung einer Ringströmung, insbesondere außermittig oder in tangentialer Ausrichtung angeschlossen ist, wird eine Hydrozyklone-Anordnung zum Zentrifugalabscheiden von Feststoffen aus einer Suspension geschaffen, die mit einer hohen Zuverlässigkeit betrieben werden kann und darüber hinaus gegebenenfalls auch eine verbesserte Trennwirkung aufweisen kann.
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Durch eine Zuführung des Suspensions-Aufgabegutstroms zur Bildung einer Ringströmung, insbesondere außermittig oder in tangentialer Ausrichtung in eine Ringkammer wird der Suspensions-Aufgabegutstrom in eine definierte Ringkanalströmung geführt, welche nacheinander an alle Einläufe aller Hydrozyklone der Hydrozyklone-Anordnung geleitet wird. Damit wird ein in strömungstechnischer Hinsicht unkontrollierter bzw. undefinierter Eintritt des Suspensions-Aufgabegutstroms in einen großen Hohlraum, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verhindert. Ein solcher großer Hohlraum würde nämlich einerseits bei Eintritt des Suspensions-Aufgabegutstroms von dem Zulauf in den Hohlraum aufgrund der plötzlichen Strömungsquerschnittserweiterung einen hohen Druckverlust verursachen und anderseits würde der eingetretene Suspensions-Aufgabegutstrom sich in dem großen Hohlraum unkontrolliert ausbreiten mit entsprechenden lokalen Verwirbelungen und/oder Toträumen, in denen die Strömung fast oder vollständig zum Stehen kommen kann. Die insoweit unerwünschten Verwirbelungen und/oder Toträume würden Ablagerungen und Agglomerationen verursachen und begünstigen, welche die Strömungswege in der Hydrozyklone-Anordnung zusetzen können, so dass es zu unerwünschten Störungen und Fehlfunktionen in der Hydrozyklone-Anordnung kommen würde. Indem die gemeinsame Zulaufkammer als eine Ringkammer ausgebildet ist, an welche der Zulauf in tangentialer Ausrichtung angeschlossen ist, können plötzliche Strömungsquerschnittserweiterungen und damit hohe Druckverluste verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden, lokale Verwirbelungen verhindert und/oder Toträumen weitgehend oder vollständig vermieden werden. Somit ist die Gefahr von Ablagerungen und Agglomerationen in der Hydrozyklone-Anordnung reduziert und folglich Störungen und Fehlfunktionen in der Hydrozyklone-Anordnung weniger wahrscheinlich. Dadurch wird die Betriebszuverlässigkeit erhöht. Außerdem kann aufgrund der geringeren Ablagerungen und Agglomerationen und der geringeren Druckverluste die gewünschte Abscheidewirkung verbessert werden. Speziell in der erwähnten Papierherstellung kann der Suspensions-Aufgabegutstrom Feststoffpartikel aufweisen, die ein von der Kugelform deutlich abweichende Gestalt aufweisen, wie beispielsweise Stäbchen oder Fäden, die eine besonders hohe Gefahr der Ablagerung, Agglomeration und/oder Verstopfung bedeuten.
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Die gemeinsame Zulaufkammer kann als eine kreisförmige Ringkammer mit einer torusartigen Hauptströmungskanalwand ausgebildet sein. Eine kreisförmige Ringkammer mit einer torusartigen Hauptströmungskanalwand begünstig nicht nur ein gleichmäßiges, ungehindertes Strömen des Suspensions-Aufgabegutstroms in der Zulaufkammer, sondern fördert auch die möglichst gleichmäßige Verteilung des Suspensions-Aufgabegutstroms auf die einzelnen Einläufe der einzelnen Hydrozyklone der Hydrozyklonen-Anordnung. Auch eine solche Verbesserung der gleichmäßigen Verteilung des Suspensions-Aufgabegutstroms führt zu verbesserten Abscheidewirkungen an den einzelnen Hydrozyklonen, da alle vorhandenen Hydrozyklone gleichförmig mit einem zumindest annähernd gleichen Suspensionsanteil bei zumindest annähernd gleichen Durchsätzen beaufschlagt werden.
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Die torusartige Hauptströmungskanalwand verhindert einen zentralen Totraum in der Zulaufkammer.
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Die Höhe des Strömungsquerschnitts des Zulaufs kann der Höhe eines Strömungsquerschnitts in einem Ringabschnitt der Ringkammer entsprechen, an welchem Ringabschnitt der Zulauf an die Ringkammer angeschlossen ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Deckenwandabschnitt eines Zulaufrohres bündig in einen Deckenwandabschnitt der Ringkammer übergehen kann. In gleicher Weise kann auch ein Bodenwandabschnitt des Zulaufrohres bündig in einen Bodenwandabschnitt der Ringkammer übergehen. Gegebenenfalls konstruktiv nicht zu vermeidende geringfügige Höhenunterschiede können durch allmähliche Wandübergänge abgemildert werden. Auch hierdurch können unerwünschte Verwirbelungen verhindert oder zumindest weitegehend vermieden werden. Die außermittige, insbesondere tangentiale Zuführung des Suspensions-Aufgabegutstroms in die Ringkammer vermeidet eine plötzliche Umlenkung der Strömung und hilft zusätzlich unerwünschte Verwirbelungen zu vermeiden.
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Die Ringkammer kann ausgehend vom Zulauf in Strömungsrichtung der Suspension mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgebildet sein.
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Der abnehmende Strömungsquerschnitt kann angepasst sein auf die jeweils sukzessive Abtrennung eines Suspensionsanteils an einem Hydrozyklon. Insoweit kann der abnehmende Strömungsquerschnitt so angepasst sein, dass in dem Verlauf der Strömung des Suspensions-Aufgabegutstroms durch den Ringkanal der Ringkammer, während oder nach der Abtrennung eines Suspensionsanteils in einen Einlauf eines Hydrozyklons der Strömungsquerschnitt entsprechend dem verbleibenden, nicht abgetrennten Rest-Suspensionsanteils reduziert wird, so dass die Strömungsgeschwindigkeit zumindest weitgehend oder vollständig beibehalten wird.
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Die Abnahme des Strömungsquerschnitts kann somit an die Verringerung des Volumenstroms der Suspension im Ringkanal aufgrund einer jeweiligen Abzweigung eines Suspensionsanteils des Suspensions-Aufgabegutstroms in einen der Abläufe zu den ersten und zweiten Einläufen der ersten und zweiten Hydrozyklone angepasst sein.
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Die Ringkammer kann in Strömungsrichtung der Suspension dadurch mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgebildet sein, indem die Höhe des Strömungsquerschnitts der Ringkammer in Strömungsrichtung kontinuierlich oder schrittweise reduziert wird.
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Die Höhe des Strömungsquerschnitts der Ringkammer kann in Strömungsrichtung reduziert werden, indem ein Deckenwandabschnitt der Ringkammer in Strömungsrichtung kontinuierlich oder schrittweise absenkend ausgebildet ist.
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Eine Reduzierung der Höhe des Strömungsquerschnitts der Ringkammer kann insofern dadurch erfolgen, dass der Deckenwandabschnitt der Ringkammer erniedrig wird. Der Deckenwandabschnitt der Ringkammer kann insoweit auch wendelförmig sein.
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Alternativ oder ergänzend kann die Höhe des Strömungsquerschnitts der Ringkammer in Strömungsrichtung reduziert werden, indem ein Bodenwandabschnitt der Ringkammer in Strömungsrichtung kontinuierlich oder schrittweise ansteigend ausgebildet ist.
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Des Weiteren alternativ oder ergänzend zu einem Absenken des Deckenwandabschnitts und/oder einer ansteigenden Ausbildung des Bodenwandabschnitts der Ringkammer, können gegebenenfalls auch gegenüberliegende Seitenwandabschnitt der Ringkammer kontinuierlich oder schrittweise hinsichtlich ihres Abstandes reduziert werden, um den Strömungsquerschnitt der Ringkammer in Strömungsrichtung kontinuierlich oder schrittweise zu reduzieren.
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Die Ringkammer kann einen Rückführungskanalabschnitt aufweisen, welcher in Strömungsrichtung der Suspension im Ringkammer dem letzten Ablauf zum Ausleiten eines letzten Suspensionsanteils aus der gemeinsamen Zulaufkammer in den letzten Hydrozyklon nachgelagert ist, wobei eine in der Ringkammer verbleibende Restsuspension in den Ringabschnitt der Ringkammer zurückführt, an dem der Zulauf angeschlossen ist.
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Durch einen Rückführungskanalabschnitt können Störstoffe, insbesondere die nicht zu den Gutstoffen gehörende Schwerfraktion und/oder Leichtfraktion, die sich sonst in einem Deckenbereich des Ringkanals ansammeln könnten, in den neu einströmenden Suspensions-Aufgabegutstrom eingeleitet und darin erneut suspendiert und aus dem Deckenbereich weggeführt.
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Der Rückführungskanalabschnitt der Ringkammer kann ausgebildet sein die verbleibende Restsuspension unterhalb des Suspensions-Aufgabegutstroms unterzuschichten.
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Durch ein solches Unterschichten der verbleibenden Restsuspension unterhalb des neuen Suspensions-Aufgabegutstroms werden die Störstoffe besonders gut mit dem neuen Suspensions-Aufgabegutstrom vermischt und insbesondere besonders gut von dem Deckenbereich des Ringkanals weggeführt.
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Der Zulauf kann an einem Ringabschnitt der Ringkammer angeschlossen sein, der zwischen zwei unmittelbar benachbarten Abläufen in zwei Einläufe der ersten und zweiten Hydrozyklone positioniert ist. Eine solche Anordnung verhindert, dass der Suspensions-Aufgabegutstrom zunächst in einem ersten Ringabschnitt in eine kreisförmige Strömung umgelenkt wird, bevor ein erster Suspensionsanteil aus dem Ringkanal abgezweigt wird. Indem der Zulauf zwischen zwei unmittelbar benachbarten Abläufen in zwei Einläufe der ersten und zweiten Hydrozyklone positioniert ist, wird insoweit verhindert, dass der Suspensions-Aufgabegutstrom unmittelbar in den ersten Hydrozyklon abgeführt wird, noch bevor sich eine Kreisringströmung eingestellt hat.
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Die Abläufe können in gleichmäßigen Umfangsabständen voneinander beabstandet aus der Ringkammer abzweigend an der Zulaufkammer angeordnet sein. Indem die Abläufe in gleichmäßigen Umfangsabständen voneinander beabstandet angeordnet sind, erfolgt eine jeweilige Abzweigung eines Suspensionsanteils in dem ringförmigen Strömungspfad in gleichmäßigen Abständen voneinander. Dies trägt weiter zu einer konformen Abscheidung in den einzelnen Hydrozyklonen bei. Im jeweiligen Strömungsabschnitt des Ringkanals zwischen zwei Abläufen kann sich der Suspensions-Aufgabegutstrom bzw. der verbleibende Suspensions-Aufgabegutstrom nach überströmen eines Ablaufes wieder vergleichmäßigen, bevor am nächsten Ablauf ein erneuter Suspensionsanteil abgetrennt wird.
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Übergangsbereiche jeweils von der Ringkammer in die Abläufe können abgerundete Konturen aufweisen. Solche abgerundeten Konturen können von großen Radien an Übergangskrümmungen von Wandabschnitten der Ringkammer gebildet werden. Dies minimiert zusätzlich potenzielle Strömungsabrisse bzw. Verwirbelungen, wodurch plötzliche Druckverluste im Strömungspfad reduziert oder ganz verhindert werden können. Außerdem werden harte Kanten vermieden bzw. verhindert, so dass es zu keiner harten Anströmung kommt, wodurch suspendierte Störstoffe sich gegebenenfalls anreichern und ablagern könnten.
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Die abgerundeten Konturen der Übergangsbereiche können jeweils Radien zwischen 5 bis 50 Millimeter, insbesondere 20 bis 30 Millimeter aufweisen.
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Die Innenwände des Zulaufs, der Ringkammer und/oder der Abläufe können insbesondere glattwandig und/oder frei von Einbauten, Vorsprüngen und/oder Stufen ausgebildet sein. Dies kann potenzielle Strömungsabrisse bzw. Verwirbelungen zusätzlich verhindern, so dass keine plötzlichen Druckverluste im Strömungspfad zu befürchten sind.
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Die Ringkammer kann einen zentralen Axialdurchgang umfangen, in dem ein gemeinsamer Austritt der Hydrozyklone-Anordnung angeordnet ist, über den die abgereicherten Suspensions-Fraktionen sowohl des wenigstens einen ersten Hydrozyklons als auch des wenigstens einen zweiten Hydrozyklons gemeinsam abgeführt werden.
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Bei einer solchen Anordnung müssen keine mehreren, einzelnen Austritte der mehreren Hydrozyklon durch die Ringkammer hindurchgeführt werden, was ungünstige Einbauten in der Ringkammer bedingen würde. Vielmehr werden die Oberlaufrohre der einzelnen Hydrozyklone zu einem gemeinsamen Austritt zusammengeführt, wobei der gemeinsame Austritt, beispielsweise ein gemeinsames Austrittsrohr, außerhalb der Ringkammer entlanggeführt ist, und zwar zentral durch ein insoweit bestehendes Loch in dem Gehäuse der Ringkammer im Sinne einer Henkelöffnung eines Volltorus, d.h. durch den Axialdurchgang.
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Ein äußerer Mantelwandabschnitt des Austritts und/oder äußere Mantelwandabschnitte von Umlenkeinrichtungen der Oberlaufrohre des wenigstens einen ersten Hydrozyklons als auch des wenigstens einen zweiten Hydrozyklons können jeweils einen Innenwandabschnitt der Ringkammer bilden.
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Die Ringkammer kann insoweit durch ein mehrteiliges Kammergehäuse gebildet werden. Dabei kann eine obere Kammergehäusehälfte in Art eines Deckels ausgebildet sein. In einem solchen Deckel kann die wendelförmige Deckenfläche ausgebildet sein. Eine untere und/oder innere Kammergehäusehälfte kann derart geformt sein, dass insoweit innenseitig der Ringkammer eine oder mehrere Innenwandabschnitte gleichzeitig die äußerer Mantelwand des Austritts und/oder äußere Mantelwandabschnitte von Rohrstücken der Oberlaufrohre bilden.
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Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer konkreten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydrozyklone-Anordnung,
- 2 eine teilgeschnittene perspektivische Darstellung der Hydrozyklone-Anordnung gemäß 1 in einer Ansicht von schräg oben bei aufgeschnittener Ringkammer,
- 3 eine perspektivische Teildarstellung der Hydrozyklone-Anordnung gemäß 2 in einer Seitenansicht mit geschlossen dargestellter Ringkammer,
- 4 eine schematische Darstellung einer Abwicklung der Ringkammer mit in Strömungsrichtung sich kontinuierlich verringerndem Strömungsquerschnitt, und
- 5 eine tabellarische Darstellung von spezifischen Werten bei einer beispielshaften Ausführungsform der Ringkammer mit in Strömungsrichtung sich kontinuierlich verringerndem Strömungsquerschnitt.
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In der 1 ist eine Hydrozyklone-Anordnung 1 zum Zentrifugalabscheiden von Feststoffen aus einer Suspension dargestellt. Die Hydrozyklone-Anordnung 1 weist wenigstens einen ersten Hydrozyklon 2.1 auf, mit einer ersten Trennkammer 3.1, einem in die erste Trennkammer 3.1 tangential einmündenden ersten Einlauf 4.1 zum Zuführen eines ersten Suspensionsanteils eines Suspensions-Aufgabegutstroms in die erste Trennkammer 3.1, einem ersten Unterlauf 5.1 zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem ersten Oberlaufrohr 6.1 zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion.
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Die Hydrozyklone-Anordnung 1 weist außerdem wenigstens einen zweiten Hydrozyklon 2.2 auf, mit einer zweiten Trennkammer 3.2, einem in die zweite Trennkammer 3.2 tangential einmündenden zweiten Einlauf 4.2 zum Zuführen eines zweiten Suspensionsanteils des Suspensions-Aufgabegutstroms in die zweite Trennkammer 3.2, einem zweiten Unterlauf 5.2 zum Austragen einer abgetrennten Schwerfraktion und einem zweiten Oberlaufrohr 6.2 zum Austragen einer abgereicherten Suspensions-Fraktion.
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Die Hydrozyklone-Anordnung 1 umfasst im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels einen gemeinsamen Austritt 7 für die abgereicherten Suspensions-Fraktionen sowohl des wenigstens einen ersten Hydrozyklons 2.1 als auch des wenigstens einen zweiten Hydrozyklons 2.2.
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Dem ersten Oberlaufrohr 6.1 und dem zweiten Oberlaufrohr 6.2 ist jeweils eine Umlenkeinrichtung 8.1, 8.2 zugeordnet, welche ausgebildet ist, die in axialer Richtung austretende abgereicherte Suspensions-Fraktion in eine Richtung mit einer radialen Richtungskomponente umzulenken, so dass die abgereicherten Suspensions-Fraktionen jeweils mit diesen radialen Richtungskomponenten in den gemeinsamen Austritt 7 eingeleitet werden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Umlenkeinrichtungen 8.1, 8.2 ausgebildet, die jeweils in einem sich axial erstreckenden Tauchrohrabschnitt 9.1, 9.2 des jeweiligen Oberlaufrohrs 6.1, 6.2 geführte abgereicherte Suspensions-Fraktion um 90 Grad aus der axialen Richtung in eine radiale Richtung umzulenken.
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Wie insbesondere in 2 näher dargestellt ist, weist die Hydrozyklone-Anordnung 1 eine gemeinsame Zulaufkammer 10 mit einem Zulauf 10a für das Einleiten des Suspensions-Aufgabegutstroms in die gemeinsame Zulaufkammer 10 auf. An die Zulaufkammer 10 sind einer der Anzahl von ersten und zweiten Hydrozyklonen 2.1, 2.2 entsprechenden Anzahl von Abläufen 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 zum Ausleiten von jeweiligen Suspensionsanteilen aus der gemeinsamen Zulaufkammer 10 in die ersten und zweiten Einläufe 4.1, 4.2 der ersten und zweiten Hydrozyklone 2.1, 2.2.
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Der Zulauf 10a ist, wie in 2 dargestellt ist, an einem Ringabschnitt der Ringkammer angeschlossen, der zwischen zwei unmittelbar benachbarten Abläufen 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 in zwei Einläufe 4.1, 4.2 der ersten und zweiten Hydrozyklone 2.1, 2.2 positioniert ist.
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Die Abläufe 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 sind in gleichmäßigen Umfangsabständen voneinander beabstandet aus der Ringkammer abzweigend an der Zulaufkammer 10 angeordnet.
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Übergangsbereiche jeweils von der Ringkammer in die Abläufe 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 weisen, wie in 2 dargestellt ist, abgerundete Konturen auf. Die abgerundeten Konturen der Übergangsbereiche können jeweils Radien zwischen 5 bis 50 Millimeter, insbesondere 20 bis 30 Millimeter aufweisen.
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Die Innenwände des Zulaufs 10a, der Ringkammer und/oder der Abläufe 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 sind vorzugsweise glattwandig und/oder frei von Einbauten, Vorsprüngen und/oder Stufen ausgebildet.
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Die Ringkammer umfängt einen zentralen Axialdurchgang 14, in dem ein gemeinsamer Austritt 7 der Hydrozyklone-Anordnung 1 angeordnet ist, wir dies insbesondere in 1 dargestellt ist, über den die abgereicherten Suspensions-Fraktionen sowohl des wenigstens einen ersten Hydrozyklons 2.1 als auch des wenigstens einen zweiten Hydrozyklons 2.2 gemeinsam abgeführt werden.
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Ein äußerer Mantelwandabschnitt des Austritts 7 und/oder äußere Mantelwandabschnitte von Umlenkeinrichtungen 8.1, 8.2, d.h. Rohrstücken der Oberlaufrohre 6.1, 6.2 des wenigstens einen ersten Hydrozyklons 2.1 als auch des wenigstens einen zweiten Hydrozyklons 2.2 bilden jeweils einen Innenwandabschnitt der Ringkammer.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die gemeinsame Zulaufkammer 10 als eine Ringkammer ausgebildet, an welche der Zulauf 10a in tangentialer Ausrichtung angeschlossen ist.
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Die gemeinsame Zulaufkammer 10 ist dabei als eine kreisförmige Ringkammer mit einer torusartigen Hauptströmungskanalwand ausgebildet. Die Form der Ringkammer bzw. der Gehäuseschale der Ringkammer kann von einer Idealform einer Torusfläche abweichen. Aufgrund zusätzlicher optionaler Merkmale, die gegebenenfalls vorhanden sind, kann die Form der Ringkammer ebenfalls von einer idealen Torusfläche abweichen. So kann, beispielsweise wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels, eine Deckenwand 12 der Ringkammer wendelförmig gestaltet sein, wie dies insbesondere in 3 erkennbar ist, so dass die Querschnittskontur der Ringkammer kein Kreis ist, wie dies in 1 auch dargestellt ist.
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Die Höhe des Strömungsquerschnitts des Zulaufs 10a entspricht der Höhe des Strömungsquerschnitts in einem Ringabschnitt der Ringkammer, an welchem Ringabschnitt der Zulauf 10a an die Ringkammer angeschlossen ist. Die Ringkammer ist insoweit ausgehend vom Zulauf 10a in Strömungsrichtung der Suspension mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgebildet.
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Die Abnahme des Strömungsquerschnitts ist an die Verringerung des Volumenstroms der Suspension im Ringkanal aufgrund einer jeweiligen Abzweigung eines Suspensionsanteils des Suspensions-Aufgabegutstroms in einen der Abläufe 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, zu den ersten und zweiten Einläufen 4.1, 4.2 der ersten und zweiten Hydrozyklone 2.1, 2.2 angepasst.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Ringkammer in Strömungsrichtung der Suspension dadurch mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgebildet, indem die Höhe des Strömungsquerschnitts der Ringkammer in Strömungsrichtung kontinuierlich reduziert wird. Dies ist in 4 schematisch in einer Abwicklung des Strömungspfades in Strömungsrichtung innerhalb des Ringkanals dargestellt.
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Zur Reduzierung des Strömungsquerschnitts der Ringkammer ist die Deckenwand 12 der Zulaufkammer 10 in Strömungsrichtung nach unten abgeschrägt. Die Strömungskanalbreite kann dabei konstant bleiben.
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Vor dem ersten Ablauf 11.1, im Bereich des Pfeiles P1, weist der Strömungskanal seinen ursprünglichen Strömungsquerschnitt auf. Im Bereich des Pfeiles P2 auf Höhe des ersten Ablaufs 11.1 beginnt die Reduzierung des Strömungsquerschnitts und wird über den zweiten Ablauf 11.2, den dritten Ablauf 11.3 und den vierten Ablauf 11.4 hinweg gleichmäßig weiter reduziert, entlang der Strömung durch die Bereiche der Pfeile P3 und P4. Nach dem vierten Ablauf 11.4, welcher im vorliegenden Fall des gezeigten Ausführungsbeispiels einer Hydrozyklonen-Anordnung mit insgesamt vier Hydrozyklonen der letzte Ablauf ist, verbleibt ein Restströmungsquerschnitt, über den eine Restsuspension in den Ringabschnitt der Ringkammer zurückgeführt wird, wie dies durch den Pfeil P5 angedeutet ist.
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Die Ringkammer weist insoweit einen Rückführungskanalabschnitt 13 auf, welcher, in Strömungsrichtung der Suspension im Ringkammer, dem letzten Ablauf zum Ausleiten eines letzten Suspensionsanteils aus der gemeinsamen Zulaufkammer 10 in den letzten Hydrozyklon 2.1, 2.2 nachgelagert ist und die in der Ringkammer verbleibende Restsuspension in den Ringabschnitt der Ringkammer zurückführt, an dem der Zulauf 10a angeschlossen ist.
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Der Rückführungskanalabschnitt 13 der Ringkammer ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ausgebildet die verbleibende Restsuspension unterhalb des Suspensions-Aufgabegutstroms unterzuschichten.
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In der 5 sind, in Verbindung mit einer schematischen Darstellung des abgewickelten Strömungskanals der Ringkammer anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels einer Hydrozyklonen-Anordnung 1 mit vier Hydrozyklonen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 einer bestimmten Baugröße, tabellarisch wesentliche Prozessgrö-ßen aufgezeigt.
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Die Querschnittsfläche des Strömungskanals der Ringkammer am Zulauf vor dem ersten Ablauf 11.1 beträgt 1830 mm3 und verringert sich kontinuierlich bis auf 840 mm3 vor dem vierten Ablauf 11.4. Demgemäß beträgt die Querschnittsfläche des Strömungskanals der Ringkammer vor dem zweiten Ablauf 11.2 beispielsweise 1740 mm3 und vor dem dritten Ablauf 11.3 beispielsweise 1290 mm3.
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Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten an der Hydrozyklonen-Anordnung 1 des konkreten Ausführungsbeispiels weist der Strömungskanal des Strömungskanals der Ringkammer am Zulauf vor dem ersten Ablauf 11.1 eine Höhe von 61 mm auf. Die Höhe des Strömungskanals reduziert sich dann kontinuierlich bis auf 28 mm vor dem vierten Ablauf 11.4. Demgemäß beträgt die Höhe des Strömungskanals der Ringkammer vor dem zweiten Ablauf 11.2 beispielsweise 58 mm und vor dem dritten Ablauf 11.3 beispielsweise 43 mm.
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Im Falle einer Beaufschlagung der Hydrozyklonen-Anordnung 1 mit einem niedrigen Durchsatz, der beispielsweise nur halb so groß ist und der eine höhere Abscheidequalität bedeuten kann, beträgt der Volumenstrom im Strömungskanal der Ringkammer am Zulauf vor dem ersten Ablauf 11.1 beispielsweise 450 l/min und verringert sich kontinuierlich bis auf 150 1/min vor dem vierten Ablauf 11.4. Demgemäß beträgt der Volumenstrom im Strömungskanal der Ringkammer vor dem zweiten Ablauf 11.2 beispielsweise 350 l/min und vor dem dritten Ablauf 11.3 beispielsweise 250 l/min. Nach dem vierten Ablauf 11.4 beträgt der Volumenstrom im Rückführungskanalabschnitt 13 beispielsweise 50 1/min. In diesem Zusammenhang stellt sich dann im Strömungskanal der Ringkammer am Zulauf vor dem ersten Ablauf 11.1 eine Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 4,1 m/s ein, die sich kontinuierlich bis auf 3,0 m/s vor dem vierten Ablauf 11.4 verringert. Demgemäß beträgt die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal der Ringkammer vor dem zweiten Ablauf 11.2 beispielsweise 3,35 m/s und vor dem dritten Ablauf 11.3 beispielsweise 3,25 m/s.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018091173 A1 [0002]
- US 3543931 [0003]