DE102022110164A1

DE102022110164A1 - Hydrozyklonanordnung

Info

Publication number: DE102022110164A1
Application number: DE102022110164.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan KOERBER; Thomas Jaschek; Wolfgang Mannes; Georg Jaeger; Manuel Brombeis
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (21) für eine Hydrozyklonanordnung und eine Hydrozyklonanordnung mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern mit dieser Vorrichtung.
Die Vorrichtung weist ein Formteil mit einem Kanalsystem auf. Das Kanalsystem umfasst jeweils einen einer Hydrozyklonkammern zurodbaren Kanal. Wird das Kanalsystem für die Verteilung von Verdünnungsflüssigkeit genutzt, so wird die Verdünnungsflüssigkeit den einzelnen Hydrozyklonkammern über das Kanalsystem zugeführt. Wird das Kanalsystem für das Abführen von einer angereichten Fraktion genutzt, ist das Kanalsystem mit den Hydrozyklonkammern verbindbar.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Hydrozyklonanordnung mit der oben genannten Vorrichtung für ein Verteilen von Verdünnungsflüssigkeit und/oder für ein Zusammenführen von mit Schwerteilen angereicherten Fraktionen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydrozyklonanordnung und ein Vorrichtung für eine Hydrozyklonanordnung.
Hydrozyklone sind gut geeignet, um durch Zentrifugalkräfte Schwerteile und Leichtteile in Faserstoffsuspensionen zu konzentrieren 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 unterliegt das Material der Kammer einem hohen Verschleiß, weshalb diese meist aus Keramik, einem formstabilen Kunststoff oder Metall gefertigt wird.
Je kleiner der Durchmesser der Hydrozyklon-Kammer ist, desto effizienter kann ein Hydrozyklon sein. Alternativ lassen sich bei gleichem Wirkungsgrad geringe Druckverluste realisieren. Zur Ausnutzung dieser Vorteile werden mehrere kleine Hydrozyklone zu einer Hydrozyklonanordnung zusammengefasst. Diese Hydrozyklonanordnungen werden auch als Multihydrozyklon bezeichnet. Beispielweise sind Multi-Hydrozyklone aus der EP2170522A1 oder der DE 2016 10 122 225 B4 bekannt. Insbesondere wenn diese Hydrozyklonanordnungen anstelle ehemals einzelner Hydrozyklone eingesetzt werden sollen, müssen die Zuläufe zu den einzelnen Hydrozyklonkammern und Ausläufe von den einzelnen Hydrozyklonkammern kompakt ausgestaltet werden. Die einzelnen Zuläufe und Ausläufe müssen zusammengeführt werden, um die vorhandenen Zuläufe und Abläufe nutzen zu können. Gerade dieses Erfordernis der Kompaktheit birgt die Gefahr von auftretenden Störungen, zum Beispiel durch Verstopfungen.
Aus der EP 1069234 A1 ist ein Hydrozyklon für ein Verfahren zum Ausbringen von Störstoffen aus einer Suspension bekannt. Das Verfahren dient zum Ausbringen von Störstoffen aus einer papierfaserhaltigen Suspension (S), insbesondere wenn sie aus Altpapier hergestellt ist. Dabei wird ein Hydrozyklon verwendet, bei dem Verdünnungsflüssigkeit (W) in vertikaler Richtung nach oben in den axialen Bereich zugegeben wird. Dadurch wird einer Verstopfung durch Störstoffe entgegengewirkt. Die Störstoffe können bevorzugt Schwerteile sein, die sich in der papierfaserhaltigen Suspension befinden.
Darüber hinaus ist aus der EP 1 888 248 B1 ein einzelner Hydrozyklon bekannt, bei dem eine tangentiale Einspritzung eines Fluids in einem Abstand von einem unteren Austritt erfolgt. Diese Einspritzung ist für eine Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit zur Erhöhung der Trennwirksamkeit vorgesehen. Unter dem Produktnamen Celleco Twister ist ein Flyer mit dem Titel „Celleco Twister Hydrocyclone" veröffentlicht. In dieser Veröffentlichung ist ein Zusammenschluss von drei derartigen Hydrozyklonen mit einer gemeinsamen Suspensionszuführung und einer gemeinsamen Gutstoffabführung am oberen Ende gezeigt. Die Einströmung auf halber Höhe der jeweiligen Zylinder und auch die Abführung von Störstoff erfolgt jeweils durch eine eigene Zuführung und Abführung. Der damit verbundene beanspruchte Bauraum ist erheblich, wodurch diese als Twister Hydrocyclon bezeichnete Anordnung nur bei entsprechend vorhandenem Bauraum eingesetzt werden kann.
Eine andere Lösung mit einem zusätzlichen Zustrom von Medium ist aus der EP 3 370 882 B1 bekannt. Der offenbarte Hydrozyklon zeigt aneinander gereihte Zylinderabschnitte. Auf einen sich verjüngenden Zylinderabschnitt schließt sich ein erweiternder Zylinderabschnitt und dann wieder ein verjüngender als Sammelkonus bezeichneter Zylinderabschnitt an. An diesen Sammelkonus schließt sich eine Schleuse für die Abführung von Störstoffen an. Der Sammelkonus ist doppelwandig ausgeführt. Die innere Wandung ist mit einer Vielzahl an leicht nach oben gerichteten Zuführungsöffnungen ausgebildet. Durch das zuströmende Medium wird den Partikeln im Zyklon ein zusätzlicher Impuls nach oben zur Steigerung der Effizienz zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe eine Vorrichtung für einen kompakten Aufbau bei einer Hydrozyklonanordnung mit mehreren Hydrozyklonkammern bereitzustellen zu Grunde.
Weiterhin lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren für den Betrieb einer Hydrozyklonanordnung mit mehreren Hydrozyklonkammern bereitzustellen, deren Störanfälligkeit reduziert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst.
Durch die Maßnahme eine Vorrichtung bereitzustellen, die mit den Hydrozyklonkammern verbindbar ist, konnte ein kompakter Aufbau erreicht werden. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Formteil, in dem ein Kanalsystem ausgebildet ist. Das Kanalsystem weist mehrere Kanäle auf. Jeder Kanal ist mit einer Hydrozyklonkammer verbindbar. Dadurch ist es möglich mittels der Vorrichtung aufgrund des Kanalsystems die erforderliche Anzahl an einzelnen Anschlüssen für Hydrozyklonkammern zu reduzieren. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau möglich. Formteil bedeutet, dass das Formteil einteilig ausgebildet ist. Besonders preisgünstig sind Formteile, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Darüber hinaus ist insbesondere auch die Herstellung im 3D-Druck, auch additive Manufacturing genannt, möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein erstes Formteil mit Kanälen mit einem ersten Kanalsystem und ein zweites Formteil mit einem zweiten Kanalsystem aufweist, wobei jedes Kanalsystem mindestens einen Anschluss aufweist. Dadurch ist es möglich zum Beispiel über das erste Kanalsystem eine Zuführung zu einzelnen Hydrozyklonkammern bereitzustellen und über das zweite Kanalsystem eine Abführung von den einzelnen Hydrozyklonkammern bereitzustellen. Durch den Einsatz dieser Vorrichtung kann ein kompakter Aufbau bereitgestellt werden. So kann insbesondere das erste Kanalsystem für eine Zuführung von Verdünnungswasser vorgesehen sein. Das zweite Kanalsystem kann insbesondere für eine Abführung einer mit Schwerteilen angereicherten Fraktion vorgesehen sein. Durch die Ausbildung der Kanalsysteme in Formteilen kann eine kostengünstige Herstellung erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Formteil auf der den Hydrozyklonkammern zugewandten Seite insbesondere für eine Abführung von einer mit Schwerteilen angereicherten Fraktion angeordnet ist. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt das erste Formteil an der den Hydrozyklonkammern abgewandten Seite der Vorrichtung anzuordnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kanalsystem ein Kanalsystem mit halboffenen Kanälen ist. Dadurch ist eine Reinigung des Kanalsystems auf einfache Weise möglich. Im Fall eines Störfalles kann zum Beispiel eine Verstopfung auf einfache Weise lokalisiert und beseitigt werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die halboffenen Kanäle des Kanalsystems durch eine Platte zu verschließen. Dadurch wird ein einfacher Aufbau möglich. Besonders bevorzugt ist die Platte sowohl für das Verschließen des ersten und des zweiten Kanalsystems vorgesehen. Dadurch wird ein sehr kompakter Aufbau durch wenig erforderliche Bauteile begünstigt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kanäle des ersten Formteils durch ein zweites Formteil verschlossen werden und nur das Kanalsystem eines der Formteile durch eine Platte verschlossen wird. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass jedem Formteil eine Platte für ein Verschließen des Kanalsystems zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die Kanalsysteme unabhängig voneinander zu öffnen und eine Teildemontage ist möglich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ersten Kanäle in dem ersten Formteil eine kleinere kleinste Querschnittfläche aufweisen im Vergleich zu einer kleinsten Querschnittfläche der Kanäle in dem zweiten Formteil. Durch die Wahl der Querschnittsflächen kann die Vorrichtung auf verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten und damit verbunden unterschiedlichen technologischen Zielsetzungen ausgelegt werden.
Für eine Abführung einer Schwerteilfraktion haben sich rechnerische Strömungsverhältnisse von mindestens 0,5 m/s als vorteilhaft herausgestellt, um Ablagerungen zu vermeiden. Gleichzeitig sollte eine Strömungsgeschwindigkeit von 4 m/s nicht überschritten werden, um unnötige Druckabfälle und erhöhten Verschleiß zu vermeiden.
Für eine HQ Anwendung hat sich eine Strömungsgeschwindigkeit bei der Schwerteilfraktion von mindestens 0,8 m/s in den einzelnen Kanälen als vorteilhaft herausgestellt und bei einer HF Anwendung hat sich eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,6 m/s in den einzelnen Kanälen als vorteilhaft herausgestellt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt bei der Vorrichtung die Kanäle für eine Abführung einer Fraktion, dass die Kanäle eine Höhe von 10 mm bis 30 mm aufweisen. Besonders bevorzugt wiesen die Kanäle eine Höhe von 20 mm auf. Als besonders geeignete Kanalbreite hat sich eine Breite im Bereich von maximal 50 mm herausgestellt. Ein besonders bevorzugter Kanalquerschnitt hat sich ein Kanalquerschnitt im Bereich von 800 mm² bis 1000 mm² herausgestellt. Dadurch lassen sich durch die Vorrichtung Volumenströme im Bereich von 30 l/min bis 80 l/min betriebssicher abführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kanalsystem für eine Zuführung von Verdünnungswasser ein Kanalsystem aufweist, wobei die Kanäle eine Kanalhöhe im Bereich von 10mm bis 20 mm, besonders bevorzugt ca. 15 mm, aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Kanalbreite im Bereich von 5mm bis 15 mm liegt. Als Querschnitte haben sich minimale Querschnitte von 50 mm² bis 300 mm² als besonders geeignet herausgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bereich in dem die Kanäle in dem Formteil zusammengeführt sind, auch als Sammel-Verteilraum bezeichnet, maximal den zweifach bis dreifachen Durchmesser des durchschnittlichen Durchmessers der Kanäle aufweisen.
Für eine gleichmäßige Verteilung bzw. Zusammenführung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die einzelnen Kanäle mit gleichen Querschnitten ausgebildet sind.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Kanäle so zu dimensionieren, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen für das Verdünnungswasser eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 m/s bis 7 m/s bevorzugt zwischen 1 m/s bis 2,5 m/s beträgt. Diese Strömungsgeschwindigkeiten haben sich auch für die Zuführung als vorteilhaft herausgestellt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kanäle des ersten Formteiles jeweils mit einer Düse für ein Eindüsen von Verdünnungsflüssigkeit versehen sind. Den Düsen wird die Verdünnungsflüssigkeit von vertikal unten zugeführt. Dadurch wird eine kompakte Bauform erreicht.
Durch eine Eindüsung von Verdünnungswasser von vertikal unten kann zum einen eine Fließfähigkeit einer mit Schwerteilen angereicherten Fraktion erreicht werden, wobei die bereits erfolgte Trennung nicht oder nur minimal beeinträchtigt wird. Es kann aber auch in Einzelfällen eine gezielt eine abweichende Ausrichtung der Eindüsung vorgesehen sein. Einzelzuführungen von Verdünnungswasser zu den einzelnen Hydrozyklonkammern werden durch den Einsatz der Vorrichtung beseitigt.
Für einen kompakten Aufbau hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass Düsen für eine Zuführung von Verdünnungswasser innerhalb der zweiten Kanäle des zweiten Formteiles angeordnet sind und vorzugsweise bis zu deren maximalen Höhe oder sogar darüber hinausragen. Dadurch wird eine Zuführung von Verdünnungswasser in die Düsen von vertikal unten möglich, wodurch ein kompakter Aufbau der Vorrichtung erreicht ist. Die Düsen können so ausgestaltet sein, dass eine Eindüsung sowohl zumindestens zum Teil nach vertikal oben, als auch/ oder zumindestens ein Teil teilweise in radialer Richtung eingedüst wird.
In einer Ausführungsform ist eine Ringnut für die Aufnahme einer Dichtung in einer vertikal verlaufenden Begrenzungsfläche für eine Abdichtung vom ersten Formteil zum zweiten Formteil ausgebildet. Durch die Anordnung in einer vertikal verlaufenden Begrenzungskante wird die Beanspruchung der Dichtung insbesondere bei Relativbewegung von erstem und zweitem Formteil gering gehalten. Dadurch kann eine hohe Lebensdauer der Dichtung erreicht werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zumindestens einige der Bauteile der Vorrichtung mittels einer Klemmeinrichtung am Außenumfang zu verbinden. Dadurch kann die Vorrichtung auf einfache Weise montiert und demontiert werden.
In einer Ausführungsform ist eine zentrale Verbindung vorgesehen. Diese zentrale Verbindung kann zusätzlich oder als alleinige Verbindung zur Verbindung der Bestandteile der Vorrichtung vorgesehen sein. Ist insbesondere die Zentrale Verbindung bei einer Vorrichtung für eine Hydrozyklonanordnung mit koaxial zu einer gemeinsamen Mittenachse angeordneten Hydrozyklonkammern vorgesehen, so hat sich ein dezentral angeordneter Zufluss/Auslass zu dem Kanalsystem als vorteilhaft für eine kontinuierliche Strömung herausgestellt. Ecken, Kanten oder starke Krümmungen im Kanalsystem würden die Gefahr von Ansammlungen und Ablagerungen mit sich bringen, was dann zu Störfehlern führen kann.
Durch die Vorrichtung können am unteren Ende einer Hydrozyklonanordnung mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern Teilströme zusammengeführt werden oder auch Teilströmungen für die einzelnen Hydrozyklonkammern, wie die Zuführung von Rückspülwasser bei einer kompakten Bauform bereitgestellt werden.
Durch das Kanalsystem des Formteiles kann eine Einströmung von Verdünnungswasser von unten in die Mitte der jeweiligen Hydrozyklonkammer bereitgestellt werden. Dabei kann eine kompakte Bauform realisiert werden.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Hydrozyklonanordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit für Verdünnungswasser in den ersten Kanälen mindestens 0,4 m/s beträgt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit 7 m/s nicht übersteigt. Vorzugsweise sollte die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 1 m/s bis 2,5m/s liegen und in Strömungsrichtung zunehmen.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Hydrozyklonanordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Abführen von einer Schwerteilfraktion sollte die Strömungsgeschwindigkeit in den zweiten Kanälen mindestens 0,13 m/s betragen. Bei HF-Anwendungen sollte die Strömungsgeschwindigkeit in den einzelnen Kanälen mindestens 0,4 m/s betragen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im gemeinsamen Auslass nicht größer als 4 m/s ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt für das untere Ende der jeweiligen Hydrozyklonkammer ein austauschbares Adapterstück vorzusehen. Durch einen Austausch des Adapterstückes und vorzugsweise auch der diesem Adapterstück zugeordneten Düse der Vorrichtung kann die Hydrozyklonanordnung der jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Ein Umbau der Hydrozyklonanordung von einer Anwendung auf eine andere Anwendung ist damit problemlos und mit geringem Aufwand möglich.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

1 Hydrozyklonanordnung mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern
2: Verteilereinrichtung im Schnitt
3: schematische Darstellung eines Formteiles zur Zusammenführung der Rejektströme der einzelnen Hydrozyklonkammern
4: schematische Darstellung des Formteiles zur Verteilung von Verdünnungswasser
5: Schnittdarstellung einer Vorrichtung mit außermittiger Verdünnungswasserzuführung
6: Formteil für die Aufnahme von Fraktionen
7: Formteil für die Bereitstellung von Verdünnungsflüssigkeit
8: Schematische Darstellung des Formteiles gemäß 6 für die Schwerteilfraktion
9 Schematische Darstellung des Formteiles gemäß 7 für Verdünnungswasser
10 Schematische Darstellung der Vorrichtung mit zentraler Verbindung

In 1 ist eine Hydrozyklonanordnung 1 mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern 3 gezeigt. Vertikal nach oben 15 wird über einen gemeinsamen oberen Auslass 11 eine Fraktion abgeführt. Diese Fraktion wird auch als Leichtteilfraktion bezeichnet und dieser obere Auslass wird im Folgenden auch als Leichtteilfraktion Abführung 11 bezeichnet.
Am unteren Ende der Hydrozyklonkammern sammelt sich eine Fraktion mit Schwerteilen, auch als Schwerteilfraktion bezeichnet. Diese Fraktion mit aufkonzentriertem Anteil an Schwerteilen muss betriebssicher abgezogen werden. Für den Abzug der Fraktion mit Schwerteilen ist ein gemeinsamer unterer Auslass 13 vorgesehen. Die Schwerteilfraktionen aus den einzelnen Hydrozyklonkammern 3 werden in der Vorrichtung 21 zusammengeführt und durch einen gemeinsamen unteren Auslass 13 abgeführt.
Es ist wichtig, dass die Schwerteilfraktion fließfähig gehalten wird. Ablagerungen in Toträumen oder Spalten sowie die Bildung von Verspinnungen durch Verwirbelungen in undefinierten Strömungsbereichen wachsen erfahrungsgemäß an. Das kann zu Verstopfungen führen. Diese Verstopfungen können entweder an der Stelle der initialen Ablagerung direkt auftreten. Darüber hinaus kann durch Loslösung einer bereits angewachsenen, verklumpten oder versponnenen Ablagerung eine Verstopfung in strömungsabwärts gelegenen engeren Querschnitten auftreten, wie zum Beispiel im unteren Auslass 13. Um die Schwerteilfraktion fließfähig zu halten und somit Ablagerungen und Verspinnungen zu vermeiden, ist eine Zuführung von Verdünnungsflüssigkeit, im Folgenden auch als Verdünnungswasser bezeichnet, mittels der Vorrichtung 21 in jedes untere Ende der Hydrozyklonkammern 3 vorgesehen. Das untere Ende jeder Hydrozyklonkammer ist bei der gezeigten Ausführung mit einem austauschbaren Adapterstück 60 versehen. Das Verdünnungswasser oder Verdünnungsflüssigkeit wird über eine zentrale Zuführung 23 der Vorrichtung 21 zugeführt. Zentrale Zuführung bedeutet hier, dass eine Zuführung einem Kanalsystem mit mehreren Kanälen zugeordnet ist.
Um undefinierte Strömungsbereiche und Toträume zu vermeiden, ist die Zusammenführung der Schwerteilfraktionen über ein Kanalsystem 36 mit Kanälen 37 in einem zweiten Formteil 35 der Vorrichtung 21 vorgesehen. In einem ersten Formteil 25 der Vorrichtung 21 ist ein Kanalsystem 26 für Verdünnungswasser mit Kanälen 27 ausgebildet. Mögliche Formteile 25, 35 für die Zusammenführung der Teilströme der Schwerteilfraktion und die Verteilung von Verdünnungswasser sind insbesondere in den 5 bis 7 gezeigt. Durch die Wahl der Kanalbreiten 29, 39 und Kanalhöhen 30, 41 kann die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst werden.
Die Querschnitte im Bereich der Zusammenführung der Schwerteilfraktionen aus den einzelnen Hydrozyklonkammern 3 sind so gewählt, dass die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten rechnerisch, Volumenstrom/Querschnitt, immer größer als 0,5 m/s sind. Vorzugsweise sind die Strömungsgeschwindigkeiten größer als 0,8 m/s (HQ) und größer als 1,6 m/s (HF). Dabei bedeutet HQ hohe Qualität und HF hoher Durchsatz. Die Strömungsgeschwindigkeit nach der Zusammenführung der Schwerteilfraktionsströme sollte 4m/s (HF) und 2 m/s (HQ) nicht überschreiten, um unnötige Druckverluste und Verschleiß durch abrasive Schwerteile in der Suspension zu vermeiden.
Die Kanalhöhe 41 der Kanäle 37 im zweiten Formteil 35 beträgt zwischen 10 mm und 30 mm, vorzugsweise 20 mm. Die Kanalbreite 39 sollte an einer Stelle, an der die Schwerteilfraktion aus einer einzelnen Hydrozyklonkammer 3 geführt wird, d.h. es ist noch keine Zusammenführung mehrerer Schwerteilfraktionen erfolgt, nicht größer als 50 mm, vorzugsweise nicht größer als 45 mm sein. Besonders bevorzugt wird eine Breite von 40 mm verwendet. Damit ergibt sich ein Kanalquerschnitt von maximal 20mm × 50mm = 1000 mm², vorzugsweise von ca. 800mm². Der Volumenstrom in der jeweiligen Schwerteilfraktion der Hydrozyklonanordnung 1 beträgt ca. 10% von der über die Zuführung 5 zugeführten Fasersuspension. Im vorliegenden Fall liegt der Volumenstrom der Schwerteilfraktion im Bereich von 30 - 100 l/min und vorzugsweise 40 - 80 l/min je nach Anwendung, HighQuality (HQ) oder HighFlow (HF).
Der Volumenstrom der Schwerteilfraktion aus einer einzelnen Hydrozyklonkammer 3 beträgt im Fall einer Hydrozyklonanordnung 1 mit vier Hydrozyklonkammern 3 jeweils ein Viertel der oben genannten Volumenströme. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte nicht kleiner als 40 l/min / 4 / 800 mm² = 0,2 m/s sein. Im Fall von HF beträgt die Strömungsgeschwindigkeit im Mittel stets mehr als 80 l/min / 4 / 800 mm² = 0,4 m/s. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit wird im unteren Auslass erreicht. Bei einem Innendurchmesser von zum Beispiel 21 mm sollte nach der Zusammenführung von vier Strömen an Schwerteilfraktionen die Strömungsgeschwindigkeit nicht größer als 4 m/s (80 l/min / 346 mm² = 3,85 m/s) sein. Diese berechneten Strömungsgeschwindigkeiten beziehen sich auf den mittleren Volumenabzug der Schwerteilfraktion. Hinzu kommen die turbulenten Strömungen aufgrund der Rotationsströmung. Durch die Form der Kanäle ist sichergestellt, dass die Strömung geführt wird und keine Totzonen sich ausbilden. Totzonen sind Bereiche in denen die Rotationströmung für ein Freihalten von Ablagerungen nicht ausreichend ist.
Die Querschnitte im Bereich der Kanäle 27 für das Verdünnungswasser im ersten Formteil 25 sind so dimensioniert, dass die Strömungsgeschwindigkeiten immer größer als 0,4 m/s und kleiner als 7 m/s; vorzugsweise zwischen 1 m/s und 2,5 m/s liegen. Das Verdünnungswasser wird häufig auch als Rückspülwasser bezeichnet.
Die Kanalhöhe 30 der Kanäle 27 im ersten Formteil 25 für das Verdünnungswasser beträgt zwischen 10 mm und 20 mm, vorzugsweise 15 mm. Die Kanalbreite 29 beträgt in Bereichen, in denen die Strömung sich schon auf einzelne Kanäle 27 aufgeteilt hat, zwischen 5 und 15 mm, vorzugsweise 10 mm. Daraus ergibt sich ein Strömungsquerschnitt zwischen 50 und 300 mm², vorzugsweise 150 mm².
Der Verteilraum 36 in dem das Verdünnungswasser über die zentrale Zuführung 23 in das erste Formteil 25 einströmt und in dem es sich auf die einzelnen Kanäle 27 aufteilt ist so gestaltet, dass die Breite dieses Verteilraums 28 maximal zweimal bis dreimal so groß ist, wie die Breite 29 der einzelnen Kanäle 27. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Verteilraumes 28 max. 30 mm.
Der Volumenstrom an Verdünnungswasser, der in die Hydrozyklonkammern 3 von unten eingedüst wird, entspricht in etwa der volumetrischen Abzugsmenge an Schwerteilfraktion, also ungefähr 10% der oben über die Zuführung 5 zugeführten Fasersuspension.
Die Strömungsgeschwindigkeiten in den Kanälen 27 des Verdünnungswassers ist somit immer größer als 30 l/min / 4 / 300 mm² = 0,42 m/s (HQ) und nicht größer als 80 l/min / 4 / 50 mm² = 6,7 m/s. Vorzugsweise liegt die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 2,5 m/s.
In den 2 bis 4 ist eine Ausführung gezeigt, bei der sowohl die zentrale Zuführung 23 für Verdünnungswasser als auch der Auslass 13 der Schwerteilfraktion radial innerhalb und mittig zu den Hydrozyklonkammern 3 angeordnet ist. Hier ist, zur Erreichung gleicher Strömungsbedingungen in den Kanälen von/zu den Hydrozyklonkammern, sowohl die zentrale Zuführung 23 für Verdünnungswasser als auch die Abführung der Schwerteilfraktion 13 auf der Mittenachse zwischen den Hdrozyklonkammern 3 angeordnet. Die Schwerteilfraktion wird vertikal nach oben abgeführt und das Verdünnungswasser wird von vertikal unten zugeführt. Es wäre aber auch möglich die Zuführung von Verdünnungswasser koaxial zu einer Abführung von der Schwerteilfraktion vorzusehen. Dann könnten der Auslass 13 und die Zuführung 23 von unten erfolgen.
In den 5 bis 10 ist eine Ausführung mit einem seitlichen Abzug der Schwerteilfraktion gezeigt. Das Verdünnungswasser wird aus vertikaler Richtung vertikal nach oben zugeführt. Es wäre jedoch auch möglich eine seitliche Zuführung von Verdünnungswasser vorzusehen. Bei dieser Ausführung ist mittig eine zentrale Verbindung 57 vorgesehen.
Anhand von den 5 bis 7 werden anhand einer gezeigten Vorrichtung verschiedene Ausführungen erläutert. Hydrozyklonanordnungen 1 werden für unterschiedliche Einsätze ausgelegt. Es wird insbesondere zwischen einer High Flow Anwendung (HF) und einer High Quality Anwendung (HQ) unterschieden. Die Version HQ wird für maximale Abscheideeffizienz und Gutstoffqualität besonders für „weiße“ Deinking Anlagen eingesetzt. Die HF Version ist für gute aber nicht maximale Abscheideeffizienz bei maximalem Durchsatz und geringem Differenzdruck besonders für die „braune“ OCC Anwendung geeignet.
Die Volumenströme in den beiden Cleaner-Versionen unterscheiden sich in der Regel um den Faktor zwei. Die Formteile 25, 35 müssen i.d.R. in großen Mengen produziert werden und sind deshalb am kostengünstigsten im Spritzguss herzustellen. Beim Spritzguss ergibt sich zur Anfertigung von Spritzgusswerkzeugen eine große Investition. Um die Anzahl der nötigen Spritzgusswerkzeuge und damit die Investition so gering wie möglich zu halten, ist es sinnvoll, die Formteile 25, 35 sowohl im HQ als auch im HF Cleaner verwenden zu können.
Um die Technologie der Hydrozyklonanordnung 1 mit mehreren Hydrozyklonkammern 3 auf die unterschiedlichen Durchsätze anzupassen, müssen im Bereich der Vorrichtung nur die vorgesehenen Düsen 31 für die vertikale Eindüsung des Verdünnungswassers ausgetauscht sowie die Adapterstücke 60 in ein unteres Konusende der Hydrozyklonkammer 3 eingeschraubt werden. So ist bei der HQ Version eine Düse 33 mit kleinerem Durchmesser vorgesehen und bei einer HF-Version eine Düse 32 mit einem größeren Durchmesser vorgesehen. Die unterschiedlichen Düsen 32, 33 können in das erste Formteil 25 für die Verteilung des Verdünnungswassers eingesetzt werden. Dadurch ist eine Anpassung an den geplanten Einsatz möglich und es können für beide Versionen Gleichteile als erstes Formteil 25 eingesetzt werden. Darüber hinaus werden die Düsen 31 von einer zwischen dem ersten Formteil 25 und dem zweiten Formteil 35 vorgesehenen Platte 51 gehalten. Die Platte 51 ist für einen Verschluss der in dem ersten Formteil 25 und dem zweiten Formteil 35 ausgebildeten halboffenen Kanalsystemen 26, 36 vorgesehen. Für eine erhöhte Abdichtung und zur Aufnahme der Belastung durch den Innendruck kann eine zentrale Verbindung 57 vorgesehen sein. Weiterhin ist für die Verbindung, der Formteile 25, 35 eine Verbindungsmanschette 55 am Außenumfang vorgesehen. Für eine Abdichtung ist zwischen dem ersten Formteil 25 und dem zweiten Formteil 35 eine in einer Ringnut angeordnete Dichtung 53 am Außenumfang vorgesehen. Dabei ist die Dichtung zwischen zwei vertikal verlaufenden Kontaktflächen der Formteile 25, 35 angeordnet.
Bei den unterschiedlichen Versionen HF, HQ sind außerdem am unteren Ende der Hydrozyklonkammer 3 jeweils ein Adapter 61, 63 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführung werden die Adapterstücke 61, 63 aufgeschraubt und stellen damit das untere Ende der jeweiligen Hydrozyklonkammer 3 dar. Der Durchmesser für die HQ-Version des Adapters 63 weist einen kleineren Durchmesser im Vergleich zu der HF-Version des Adapters 61 auf. Diese Adapter 63, 61 können mit ihrem unteren Ende in das zweite Formteil 35 eingeschoben werden. Für eine Abdichtung sind Dichtungen 59 vorgesehen.
In den 5 bis 7 sind zwar beide Ausführungen in einer Figur gezeigt, links: High Flow mit großem Durchmesser des Adapters 61 und großem Durchmesser der Düse 32 und rechts: High Quality mit kleinem Durchmesser des Adapters 63 und kleiner Durchmesser der Düse 33. Jedoch dient diese Darstellung nur zur Verdeutlichung der Unterschiede von den verschiedenen Ausführungen. In der Realität ist immer nur eine Version realisiert.
Durch diese Ausführung kann durch Variation der Düsen 32, 33 und Adapterstücke 61, 63 eine Anpassung an verschiedene Betriebsarten mit geringem Aufwand erfolgen. Auch ist im Nachgang eine Anpassung möglich. Die übrigen Spritzguss-Bauteile können für beide Betriebsarten verwendet werden.
Wie bereits zuvor beschrieben sind die Kanalsysteme 26, 36 halboffene Kanalsysteme 26, 36 mit einem Sammel/Verteilraum 28, 38 von dem die Kanäle 27, 37 abgehen. Die jeweils offene Seite der Formteile 25, 35 wird durch die dazwischenliegende Platte 51 begrenzt und verschlossen. In der Platte 51 sind Löcher für das Durchtreten des Verdünnungswassers an den Positionen unterhalb der Adapterstückenden 61, 63 ausgebildet. Von der Platte 51 werden die Düsen 32, 33 gehalten. Im Falle eines Defektes oder Verstopfung können die Kanalsysteme 26, 36 auf einfache Weise geöffnet und gereinigt werden. Die Formteile 25, 35 sind mit dieser Platte 51 durch eine am Außenumfang vorgesehene Manschette 55, 1, zusammengeklemmt. Zusätzlich oder alternativ zu der Manschette kann das in diesen 5 bis 7 und in den 8 bis 10 gezeigte in der Mitte vorgesehene Befestigungselement, hier ein Schraubelement, vorgesehen sein. Die Formteile sind mit der Platte 51 verklemmt, so dass sich auch unter anliegendem Innendruck nur minimale Spalte ausbilden können.
Die Kanäle 27, 37, insbesondere die Seitenwände der Kanäle, fungieren gleichzeitig als Verrippung und Versteifung der Formteile 25, 35.
Das Verdünnungswasser wird durch die Düsen 32, 33 direkt ins Zentrum des jeweiligen Adapterstückes 61, 63 eingedüst. Das Verdünnungswasser strömt vertikal nach oben durch die Düsen. Die Düsen sind so dimensioniert, dass das Verdünnungswasser durch die Düsen das zweite Formteil passiert und durch die Düsen durch die Kanäle 37 des zweiten Formteiles 35 geleitet wird. Die Düsen 32, 33 ragen bis zum unteren Ende des jeweiligen Adapterstückes 61, 63 der Hydrozyklonkammer 3. Vorzugsweise ragen die Düsen 32, 33 sogar in dieses untere Ende der durch die jeweiligen Adapterstücke 61, 63 gebildeten Hydrozyklonkammer 3 hinein. So hat sich ein Hineinragen von bis 5 mm als vorteilhaft herausgestellt.
Bezugszeichenliste

1: Hydrozyklonanordnung
3: Hydrozyklonkammern
5: Zuführung Fasersuspension
7: Zulaufkammer Fasersuspension
9: Einlauf Fasersuspension zur Hydrozyklonkammer (Zentrifugaltrennung)
11: gemeinsamer oberer Auslass; Leichtteilfraktion Abführung
13: Gemeinsamer unterer Auslass, Schwerteilfraktion Auslass
15: Vertikale Richtung nach oben
21: Vorrichtung
23: Erster Anschluss / Zentrale Zuführung Verdünnungsfluid
25: Erstes Formteil
26: erstes Kanalsystem
27: Kanal erstes Formteil
28: Sammelraum-Verteilerraum (1. Formteil)
29: Kanalbreite (1. Formteil)
30: Kanalhöhe
31: Düse
32: HF Düse
33: HQ Düse
35: zweites Formteil)
36: Kanalsystem zweites Formteil
37: Kanal zweites Formteil
38: Sammel-Verteilraum zweites Formteil
39: Kanalbreite zweites Formteil
41: Kanalhöhe zweites Formteil
51: Platte
53: Dichtung
55: Verbindungsmanschette
57: Zentrale Verbindung
59: Dichtung
60: Adapterstück
61: Adapterstück HF einer Hydrozyklonkammer
63: Adapterstück HQ einer Hydrozyklonkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2170522 A1 [0005]
DE 201610122225 B4 [0005]
EP 1069234 A1 [0006]
EP 1888248 B1 [0007]
EP 3370882 B1 [0008]

Claims

Vorrichtung (21) für eine Hydrozyklonanordnung (1) mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern (3) zur Reinigung von Fasersuspension, wobei die Vorrichtung (21) mit einem unteren Ende der Hydrozyklonkammern verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) ein Formteil (25, 35) umfasst, wobei in dem Formteil (25, 35) ein Kanalsystem (26, 36) mit mehreren Kanälen (27, 37) ausgebildet ist, wobei jeder Kanal (27, 37) mit einer Hydrozyklonkammer (3) verbindbar ist und das Formteil (25, 35) einen Anschluss (13, 23) aufweist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) ein erstes Formteil (25) mit Kanälen mit einem ersten Kanalsystem (26) und ein zweites Formteil (35) mit einem zweiten Kanalsystem (36) aufweist, wobei jedes Kanalsystem(26, 36) einen Anschluss (13, 23) aufweist.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Formteil (35) auf der den Hydrozyklonkammern (3) zugewandten Seite und das erste Formteil (25) an der den Hydrozyklonkammern (3) abgewandten Seite der Vorrichtung (21) angeordnet ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem (26, 36) in dem Formteil (25, 35) mit halboffenen Kanälen (27, 37) ausgebildet ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die halboffenen Kanäle durch eine Platte (51) verschlossen werden.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (51) zwischen dem ersten Formteil (25) und dem zweiten Formteil (35) angeordnet ist und das erste Kanalsystem (26) und das zweite Kanalsystem (36) durch die Platte (51) verschlossen werden.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (27) in dem ersten Formteil (25) eine kleinere kleinste Querschnittfläche aufweisen im Vergleich zu einer kleinsten Querschnittfläche der Kanäle (37) in dem zweiten Formteil (35).
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (27) des ersten Formteiles (25) jeweils mit einer Düse (31) Verdünnungsflüssigkeit versehen sind und Verdünnungsflüssigkeit von vertikal unten den Düsen (31) zugeführt wird.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (31, 32, 33) zumindestens teilweise innerhalb der Kanäle (37) des zweiten Formteiles (35) angeordnet sind.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zweite Kanalsystem (36) in dem zweiten Formteil (35) für ein zusammenführen von Schwerteilfraktionen aus einzelnen mit der Vorrichtung (21) verbindbaren Hydrozyklonkammern (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringnut für die Aufnahme einer Dichtung (53) in einer vertikal verlaufenden Begrenzungskante für eine Abdichtung vom ersten Formteil (25) zum zweiten Formteil (35) ausgebildet ist und eine Klemmeinrichtung (55) für die Bereitstellung einer axialen Klemmkraft am Außenumfang vorgesehen ist.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) mit einer zentralen Verbindung (57) versehen ist.
Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) nur ein Formteil (35) mit einem Kanalsystem mit mehreren Kanälen (37) und einen Anschluss (13) aufweist.
Hydrozyklonanordnung (1) mit einer Mehrzahl an Hydrozyklonkammern (3) mit einer Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) mit dem unteren Ende der Hydrozyklonkammern (3) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hydrozyklonanordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit für Verdünnungswasser in den ersten Kanälen mindestens eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 m/s beträgt.
Verfahren zum Betrieb einer Hydrozyklonanordnung (1) nach Anspruch 14 oder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Volumenstrom und Strömungsquerschnitt errechnete mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den zweiten Kanälen (37) für Schwerteilfraktionen aus den einzelnen Hydrozyklonkammern (3) mindestens 0,20 m/s beträgt, vorzugsweise sollte im gemeinsamen Auslass die Strömungsgeschwindigkeit nicht größer als 4 m/s sein.