DE1022532B

DE1022532B - Verfahren zum Trennen fester Teilchen, wobei das zu trennende Gemisch zusammen mit einem fluessigen Trennungsmedium durch einen Hydrozyklon geleitet wird

Info

Publication number: DE1022532B
Application number: DEST7836A
Authority: DE
Inventors: Jan Nicolas Jacob Leeman; Freerk Jan Fontein
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1953-03-02
Filing date: 1954-02-26
Publication date: 1958-01-16
Also published as: BE526735A; FR1097313A; US2817441A; GB726510A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen fester Teilchen, wobei das zu trennende Gemisch zusammen mit einem flüssigen Trennungsmedium durch einen Hydrozyklon geleitet wird.

Bekanntlich eignen sich Hydrozyklone gut zum Trennen fester Teilchen nach spezifischem Gewicht (Sortieren) und nach Korngröße (Klassieren).

Wenn ein Gemisch fester Teilchen klassiert werden muß, wird das Gemisch zusammen mit einer Flüssigkeit, deren spezifisches Gewicht dasjenige der zu klassierenden Teilchen unterschreitet, durch einen Hydrozyklon gepreßt. Die Fraktion, die den Hydrozyklon durch die Ablaßöffnung verläßt, enthält dann hauptsächlich alle großen und nur wenig kleine Gemischteilchen, und die Fraktion, welche den Hydrozyklon durch das Überlaufrohr verläßt, enthält die Hauptmenge der kleinen Teilchen.

Beim Sortieren verwendet man eine Flüssigkeit bzw. Trenntrübe mit einem spezifischen Gewicht, das höher als das spezifische Gewicht der spezifisch leichten Gemischteile und niedriger als das spezifische Gewicht der spezifisch schweren Gemischteile liegt, und es verläßt eine Fraktion von vorwiegend spezifisch schweren Teilen und Trennungsmedium den Hydrozyklon durch die Ablaßöffnung, während eine Fraktion von vorwiegend spezifisch leichten Teilen und Trennungsmedium den Hydrozyklon durch die Überlauföffnung oder das Überlaufrohr verläßt.

Die sich bei dem bekannten Verfahren in dem Hydrozyklon einstellende schnell rotierende Strömung ruft Kräfte hervor, die die Schwerkraft um ein Bedeutendes übersteigen, so daß die Stellung der Hydrozyklone von geringer Wichtigkeit ist.

Im allgemeinen werden Hydrozyklone mit senkrecht gerichteter Achse und nach unten zeigender Spitze aufgestellt, aber auch andere Stellungen sind bei dem bekannten Verfahren möglich.

Der Energieverbrauch ist dabei jedoch verhältnismäßig groß, vor allem bei der Anwendung großer Hydrozyklone. So beträgt die Zufuhrdruckhöhe bei einem Hydrozyklon mit einem größten Durchmesser von 1000 mm etwa 12 m Trennungsmediumsäule; bei größeren Hydrozyklonen sind noch höhere Drücke erforderlich. Bei zu niedrigen Drücken bildet sich nämlich kein hohler Luftkern, wodurch keine hinreichend scharfe Trennung stattfindet, und es gelangen beim Sortieren weiterhin spezifisch leichte Teile in die Fraktion der spezifisch schweren Teile und beim Klassieren bei wechselnder Belastung zu viel feine Teile in die Fraktion der gröberen Teile. In der Praxis ist es deshalb üblich, das Trennungsmedium mit den zu trennenden Teilen mit Hilfe einer Pumpe unter einem erheblichen Druck dem Hydrozyklon zuzuleiten. Der Anwendung von Pumpen für diesen Zweck haften jedoch verschiedene Nachteile an, z. B. die Möglichkeit, daß das Verfahren zum Trennen fester Teilchen, wobei das zu trennende Gemisch

zusammen mit einem flüssigen Trennungsmedium durch einen

Hydrozyklon geleitet wird

Anmelder: Stamicarbon N. V., Heerlen (Niederlande)

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt, München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 2. März 1953

Jan Nicolas Jacob Leeman, Brunssum,

und Freerk Jan Fontein, Heerlen (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

zu trennende Material Verstopfungen verursacht oder zermalmt wird.

Nach der Erfindung wird die Achse des Hydrozyklons unter einem Winkel α mit der Senkrechten angeordnet, und die Zufuhrdruckhöhe H wird auf einen Wert eingestellt, welcher kleiner ist als die 6fache Länge der Hydrozyklonachse und größer oder gleich ist der Projektion der geneigten ofachen Hydrozyklonlänge auf die Senkrechte.

Es ist bereits bekannt, zum Sortieren einen zylindrischen Zentrifugalabscheider geneigt anzuordnen. Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Zentrifugalabscheider benutzt wird, welcher waagerecht angeordnet ist.

Hierdurch besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, Hydrozyklone bei beträchtlich niedrigeren Drücken zu betreiben, so daß weniger Energie verbraucht wird und die Speisung von einem Speisebehälter erfolgen kann, der sich nur wenige Meter oberhalb des Hydrozyklons befindet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß große senkrecht aufgestellte Hydrozyklone deshalb einen verhältnismäßig großen Zufuhrdruck erfordern, weil infolge ihrer großen Länge eine Flüssigkeitssäule von derartiger Höhe darin vorhanden ist, daß die Schwerkraft ins Gewicht fällt und die Wirkung des Hydrozyklons beeinflußt. Wird der Hydrozyklon jedoch hinreichend schräg aufgestellt, so kann sich diese Erscheinung nicht einstellen. Beim Sortieren gibt es bei zu niedrigem Zufuhrdruck und senkrechter Stellung des Hydrozyklons keinen Luft-

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kern. Spezifisch leichte Teile können dann an der Achse Die Erfindung, welche sich insbesondere zum Trennen

entlang die Ablaßöffnung des Hydrozyklons erreichen. mittels Hydrozyklone mit einem größten Durchmesser Bei hinreichend schräger Stellung gibt es im allgemeinen zwischen 350 und 1500 mm bei einer Zufuhrdruckhöhe einen Luftkern, und die spezifisch leichten Teile können von 3 bis 6 m Trennungsmediumsäule eignet, wird an die Ablaßöffnung nicht erreichen. Außerdem liegt bei 5 Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, waagerechter Stellung des Hydrozyklons keine Kompo- Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines schräg aufgestellten

nente der Schwerkraft vor, die die spezifisch leichten Hydrozyklons, bei dem weiterhin 90° — α dem halben Teile in der Richtung der Ablaßöffnung befördern kann. Spitzenwinkel des Hydrozyklons gleichkommt.

Ist beim Klassieren kein Luftkern vorhanden, so ver- Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Waschvorrichtung

läßt eine große Menge mit feinen Teilen beladener io mit einem tiefen Waschbehälter und einem Hydrozyklon Flüssigkeit die Ablaßöffnung. Bei hinreichend schräger mit waagerechter Achse. In Fig. 1 stellt 1 einen aus Stellung bildet sich jedoch ein Luftkern, und die Ablaß- einem zylindrischen Teil 2 und einem konischen Teil 3 fraktion weist immer eine hohe Konzentration auf, so daß bestehenden Hydrozyklon dar. Die Zuleitung 4 mündet fast ausschließlich die groben Teile den Hydrozyklon durch die Zufuhröffnung 5 tangential in den von einer durch die Ablaßöffnung verlassen. 15 Platte 6 mit zentralem Überlaufrohr 7 abgeschlossenen

Bei senkrecht aufgestelltem Hydrozyklon muß die Teil 2 ein. Der konische Teil 3 ist mit einer Ablaß-Zufuhrdruckhöhe H (in Metern Trennungsmediumsäule) öffnung 8 versehen. Der Hydrozyklon wird von einem erwiesenermaßen mindestens etwa der 6fachen Länge L Zufuhrbehälter 26 aus gespeist, dessen Flüssigkeitsniveau der Hydrozyklonachse gleich sein. Es wurde nunmehr sich in Höhe H oberhalb der Zufuhröffnung 5 befindet, gefunden, daß, wenn die Achse des Hydrozyklons unter 20 Die Länge der Hydrozyklonachse ist mit L bezeichnet, einem Winkel α zur Senkrechten angeordnet wird, die der Winkel zwischen der Hydrozyklonachse und der Zufuhrdruckhöhe nur größer oder gleich 6 £ cos α zu Senkrechten mit a.

sein braucht; dies ist jedoch nur von Bedeutung, falls Der Hydrozyklon 1 ist mittels Stützen 9 in solcher

H < 6 L ist, weil in dem Falle, daß H >: 6 L ist, die Weise auf einem waagerechten Boden 10 aufgestellt, daß Zufuhrdruckhöhe auch bei senkrechter Stellung der 25 die unterste Linie des konischen Teils 3 waagerecht ver-Hydrozyklonachse genügt. läuft, so daß 90° —■ α dem halben Spitzenwinkel des

Gemäß einer Vorzugsausführung der Erfindung wird Hydrozyklons gleichkommt. 11 ist ein Sammelbehälter der Hydrozyklon mit seiner Achse waagerecht aufgestellt für die durch Überlaufrohr 7 abgeführte leichte Fraktion (α = 90°). Der Einfluß der Schwerkraft ist dann mög- und 12 ein Sammelbehälter für die durch Ablaßöffnung 8 liehst gering. Nach der obigen Angabe kann dann 30 abgeführte schwere Fraktion. Der Sammelbehälter 11 H — 6 L cos α unendlich klein sein, aber es versteht sich, weist eine derartige Konstruktion auf, daß die durch daß H immerhin so groß sein muß, daß sich in dem Überlaufrohr 7 abgeführte Fraktion nicht nach Rohr 7 Hydrozyklon eine Rotationsströmung entwickelt. zurückströmen kann.

Ein besonderer Vorteil eines mehr oder weniger waage- . .I₁

recht aufgestellten Hydrozyklons besteht darin, daß das 35 Beispiel 1

Zufuhrrohr des Hydrozyklons eine gerade Form auf- Rohe Fettkohle mit Abmessungen von 0,5 bis 10 mm

weisen kann, wenn die Speisung von einem höher gele- wurde in einem konischen Hydrozyklon von nachgenen Behälter aus erfolgt. Die Zuleitung eines senkrecht stehenden Abmessungen gewaschen: aufgestellten Hydrozyklons weist in der Praxis immer Durchmesser des zylindrischen Teiles 500 mm

eine Krümmung auf, was eine größere Abnutzung zur 40 _{Länge des zylindri}/_{chen Teiles} 215 mm

Folge haben kann. Durchmesser Zufuhröffnung 100 mm

Gemäß einer anderen Vorzugsausfuhrung wird em _Durch_messer Überlaufrohr 215 mm

konischer Hydrozyklon m solcher Weise aufgestellt^ daß _{Lä überlaufrohr 215 mm}

⁹?. "Γ ^a ⁱⁿ\ wesentlichen dem halben Spitzenwinkel Durchmesser Ablaßöffnung 150 mm

gleich ist und die Spitze des Hydrozyklons sich unterhalb 45 Süitzenwinkel 20°

dessen Überlauföffnung befindet. Eine solche Aufstellung "

weist den Vorteil auf, daß alle Flüssigkeit aus dem Hydro- Die Achse des Hydrozyklons bildet bei den Versuchen 1,

zyklon abfließen kann, was beim Abstellen und der 2 und 3 einen Winkel von 80° und bei den Versuchen 4 Wartung des Hydrozyklons von Bedeutung ist. und 5 einen Winkel von 75° mit der Senkrechten, und

Für eine gute Wirkung des Hydrozyklons ist es weiter- 50 zwar derart, daß die Ablaßöffnung unterhalb der Überhin erwünscht, daß Flüssigkeit, die durch das Überlauf- lauföffnung lag.

rohr abgeführt worden ist, nicht nach dem Überlaufrohr Die Zufuhr erfolgte von einem Behälter aus, dessen

zurückströmen kann, weil sich sonst feine oder spezifisch Flüssigkeitsspiegel sich 4,5 m oberhalb der Zufuhröffnung leichte Teilchen durch den Kern des Hydrozyklons hin- des Hydrozyklons befand. Die Trenntrübe bestand aus durch nach der Ablaßöffnung bewegen würden und dem- 55 Wasser und Magnetit, welches zu 95 Gewichtsprozenten zufolge in die Ablaßfraktion geraten. Das heißt, daß in feiner war als 50 Mikron.

der Praxis unter anderem das Überlaufrohr nicht in eine Die Kapazität betrug 120 m³ je Stunde. Es wurden

Gegendruckkammer einmünden darf. nachstehende Ergebnisse gemessen:

Versuch Nr.	1	2	3	4	5
Schwere Fraktion (Tonne/Stunde) Leichte Fraktion (Tonne/Stunde) Trübewichte	6,9 23,8 1,505 1,64 16 0,03	15,5 20,6 1,505 1,63 18 0,025	5,6 19,8 1,51 1,67 16 0,02	17,3 20,3 1,50 1,59 11 0,015	6,9 22,0 1,50 1,63 11 0,015
Trennwichte
Oberfläche Trompsche Kurve (cm²) Wahrscheinliche Abweichung

(Für die Bedeutung von Oberfläche »Trompsche Kurve« und »wahrscheinliche Abweichung«, siehe Coil. Eng., 1950, S. 128 bis 130 und 159, Cheradame u. ä.)

Derartige gute Ergebnisse lassen sich nicht erzielen, wenn dieser Hydrozyklon senkrecht aufgestellt wird.

Beispiel 2

Rohe Feinkohle wurde in einem konischen Hydrozyklon mit nachstehenden Abmessungen gewaschen:

Durchmesser des zylindrischen Teils 700 mm

Länge des zylindrischen Teils 420 mm

Zufuhröffnung 86-176 mm²

Durchmesser Überlaufrohr 300 mm

Länge Überlaufrohr 420 mm

Durchmesser Ablaßöffnung 220 mm

Spitzenwinkel 20°

Der Hydrozyklon war mit der Achse waagerecht aufgestellt und wurde von einem 5,90 m höher gelegenen Behälter gespeist.

Die Trenntrübe wies ein spezifisches Gewicht von 1,53 auf und bestand aus Wasser und Magnetit, welches zu 95 Gewichtsprozenten feiner war als 50 Mikron.

Die Zufuhrflüssigkeit enthielt viel Schlamm, wodurch die Viskosität der Trübe hoch war, was das Ergebnis in nachteiligem Sinne beeinflußte. Die Trompsche Kurve der Teile 1 bis 2 mm hatte eine Oberfläche von 62 cm², und die wahrscheinliche Abweichung betrug 0,08, was unter diesen Umständen als sehr gut zu bezeichnen ist.

Beispiel 3

Ein Gemisch von Sand und Löß in Wasser wurde in einem konischen Hydrozyklon mit nachstehenden Abmessungen klassiert:

Durchmesser des zylindrischen Teils 350 mm

Länge des zylindrischen Teils 230 mm

Durchmesser Zufuhröffnung 70 mm

Durchmesser Überlauf rohr 150 mm

Länge Überlaufrohr 150 mm

Durchmesser Ablaßöffnung 70 mm

Spitzenwinkel 20°

Der Hydrozyklon war mit der Achse waagerecht aufgestellt und wurde unter einem Druck von 0,3 atü gespeist. Dabei betrug die Kapazität 55,7 m³ je Stunde.

Die Trübe enthielt 79 g Feststoff je Liter. Die Kornverteilung in der Zufuhrflüssigkeit und die Klassierergebnisse gehen aus untenstehender Tabelle hervor:

Korngröße	₊	350	% der	Kornfraktion
(Mikron)	4-	210	Gesamtzufuhr	in der
	-J-	105		Ablaßfraktion
	-f	75	0,08	100
— 350	-j.	50	2,96	100
— 210	-].	40	18,21	100
— 105	-f	30	4,96	99
— 75	-j-	20	4,47	95
— 50			15,76	34
— 40			7,49	19
— 30		18,07	2
— 20		28,00	0
		100,00

Mit demselben Hydrozyklon in senkrechter Lage ergibt die Klassierung bei gleichem Zufuhrdruck ein beträchtlich ungünstigeres Ergebnis, und es geraten mehr feine Teile in die Ablaßfraktion.

Fig. 2 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung. Hier ist die Zufuhrleitung des waagerechten Hydrozyklons 13 unmittelbar über Ventil 14 an das kurze Abfuhrrohr 15 des tiefen Waschbehälters 16 angeschlossen.

Die Trübesäule von der Zufuhröffnung von Hydrozyklon 13 bis zur Überlaufrinne 17 von Waschbehälter ergibt hier die Zufuhrdruckhöhe H.

Das zu trennende Gemisch, z. B. Rohkohle, wird bei in den Waschbehälter hineingebracht. Die Kohlefraktion wird durch Überlaufrinne 17 abgeführt, die Berge und das Mittelprodukt durch Abfuhrrohr 15. Letztgenanntes Gemisch wird anschließend in Hydrozyklon 13 in eine Bergefraktion getrennt, die in Sammelbehälter 19, und eine Mittelproduktfraktion, die in Sammelbehälter 20 aufgefangen wird. Die zur Trennung von Berge und Mittelprodukt erforderliche Energie ist in dieser Weise sehr gering.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen fester Teilchen, wobei das zu trennende Gemisch zusammen mit einem flüssigen Trennungsmedium durch einen Hydrozyklon geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hydrozyklons unter einem Winkel α mit der Senkrechten angeordnet wird und die Zufuhrdruckhöhe (H) auf einen Wert eingestellt wird, welcher kleiner ist als die 6fache Länge der Hydrozyklonachse und größer oder gleich ist der Projektion der geneigten 6fachen Hydrozyklonlänge auf die Senkrechte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem konischen Hydrozyklon 90°—α im wesentlichen dem halben Spitzenwinkel des Hydrozyklons gleich gewählt wird und die Spitze des Hydrozyklons sich unterhalb dessen Überlauföffnung befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hydrozyklons waagerecht angeordnet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hydrozyklon mit einem größten Durchmesser zwischen 350 und 1500 mm die Druckhöhe in der Zufuhröffnung dieses Hydrozyklons auf mindestens 3 und höchstens 6 m flüssiges Trennungsmedium eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrozyklon, ohne Pumpe, von einer Ablaßöffnung eines tiefen Waschbehälters aus gespeist wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 807 501;
deutsche Patentanmeldung P 3381 VI/1 a (bekanntgemacht am 31. 5.1951).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen