DE1088468B

DE1088468B - Verfahren zum Betrieb von Hydrozyklonen und Hydrozyklon zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1088468B
Application number: DEO3641A
Authority: DE
Inventors: Daniel Orelli; Raymond Beauquesne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-06-10
Filing date: 1954-06-08
Publication date: 1960-09-08
Also published as: GB774406A; FR1057135A; FR64522E; FR1088200A; FR66092E; BE529487A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Hydrozyklonen und auf einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Hydrozyklon. Sie betrifft insbesondere einen solchen Hydrozyklon, der sich im Betrieb selbst steuert sowie starken Druckschwankungen gewachsen ist und vorzugsweise zum Abscheiden von in einer Flüssigkeit enthaltenen feinen und feinsten Teilchen dient. Diese Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem von einem kegelstumpfförmigen Mantel umschlossenen Raum, dessen beide Grundflächen mit der Außenluft in Verbindung stehen. Die zu behandelnden Stoffe werden unter Druck im Bereich des oberen Endes des Kegelstumpfes durch eine tangential einmündende Leitung aufgegeben und führen eine Wirbelbewegung um einen Luftkern, den sogenannten Hohlkern, aus. Die festen Teile werden an der unteren bzw. Spitzenöffnung zurückgewonnen, während die Tragflüssigkeit durch einen oberen zentrischen Stutzen, den sogenannten tiberlauf, entweicht. Funktionell sind die bekannten Hydrozyklone in hohem Maße von der Gleichmäßigkeit der Aufgabe der zu behandelnden Flüssigkeit abhängig. Schwankungen in der Aufgabe können bis zum Abreißen des Wirbels und zur Zerstörung des Kerns führen, zumindest vermindern sie die Leistung der Anlage beträchtlich.

Die bekannten Hydrozyklone setzen andererseits dem sich ausbildenden Wirbel einen außerordentlich hohen Widerstand entgegen, verursachen daher entsprechend hohe Druckverluste. Infolgedessen sind derartige Hydrozyklone bisher auf vergleichsweise geringe Leistungen beschränkt geblieben. Eine Regelung der im Hydrozyklon herrschenden Drücke wird dabei durch eine Veränderung des Querschnitts der Austrittsöffnung an seiner Spitze herbeigeführt. Das heißt, die Regelung erfolgt in direkter Abhängigkeit von der Menge der an der Zyklonspitze austretenden Feststoffe.

Ein natürlicher, ununterbrochener Kern bildet sich in einem mit geringen Druckverlusten arbeitenden Hydrozyklon nur unter Zuhilfenahme automatischer Steuerungsmittel des Kerns. Der Zweck der Druckausgleichsvorrichtung liegt in einer »Versteifung« des natürlichen Kerns, um diesen auf seiner gesamten Länge, selbst unter wechselnden Betriebsbedingungen, ununterbrochen zu erhalten. Der Druckausgleich kann daher auch ohne künstlichen Kern arbeiten, und dieser wird nur zur Ergänzung vorgesehen, um bei der Behandlung von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität den Druckverlust in erträglichen Grenzen zu halten, da andererseits mit der notwendigen Erhöhung der Eintrittsgeschwindigkeit auch der Druckverlust erheblich steigen würde.

Demgegenüber hat sich die Erfindung zur Aufgabe Verfahren zum Betrieb

von Hydrozyklonen und Hydrozyklon

zur Durchführung dieses Verfahrens

Anmelder:

Daniel Orelli, Marseille,

und Raymond Beauquesne,
Creteil, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:

ao Frankreich vom 10. Juni, 23. Juli 1953

und 13. Mai 1954

Daniel Orelli, Marseille,

und Raymond Beauquesne, Creteil, Seine (Frankreich),, sind als Erfinder genannt worden

gestellt, ein Verfahren zum Betrieb von Hydrozyklonen einschließlich einer solchen Vorrichtung zu schaffen, bei dem sich ein konstanter, geringer Druckverlust bei beliebigem, selbst bei stark schwankendem Flüssigkeitsdurchsatz und eben solchen Schwankungen der Kerugröße der abzuscheidenden Teilchen ergibt, das außerdem mit einer annähernd konstanten Ablaßmenge an der Spitze des Hydrozyklons arbeitet und dennoch der Forderung nach einem hohen Wirkungsgrad und einer zuverlässigen Regelbarkeit Rechnung trägt.

Diese Bedingungen werden gemäß der Erfindung dadurch in besonders vorteilhafter Weise erfüllt, daß der sich im Betrieb bildende Hohlkern durch eine aufblasbare Blase oder durch einen von einem unter Druck stehenden Gasmantel umgebenen festen, z. B. stabförmigen Kern ausgefüllt wird.

Ein in dieser Weise betriebener Hydrozyklon steuert sich gewissermaßen selbst und erzeugt ständig einen Druckausgleich in unmittelbarer Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen. Das heißt mit anderen Worten, es wird ein den Wirbel ausfüllender fester Kern geschaffen, der auch bei geringem Durchsatz der Vorrichtung erhalten bleibt,

009 590/25T

In Anbetracht der gemäß der Erfindung erzielten geringen Druckverluste und der damit zusammenhängenden vergleichsweise geringen Eintrittsgeschwindigkeit des aufgegebenen Gutstromes sind die Abmessungen des neuen Hydrozyklons naturgemäß größer als die der eingangs bezeichneten bekannten Hydrozyklone, so daß der Stabilisierung des Kerns eine besonders große Bedeutung beizumessen ist.

Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneter Hydrozyklon kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so ausgestaltet sein, daß die aufblasbare Blase aus einem gegebenenfalls von einer Stange durchsetzten Schlauch besteht, dessen Durchmesser durch Aufblasen veränderbar ist. Durch diese Maßnahme wird ein bestimmter Kerndurchmesser auch bei niedriger Einströmgeschwindigkeit erzwungen, ohne daß die selbständige Regelbarkeit verlorengeht. Ein derartiger künstlicher Kern gewinnt dann vor allem besondere Bedeutung, wenn der Hydrozyklon zur Behandlung von Flüssigkeiten größerer Viskosität dient, denn dann ist zur Erzielung eines beständigen Kerns erforderlich, die Eintrittsgeschwindigkeit des Gutstromes beträchtlich zu vergrößern. Hierdurch steigt natürlich auch der Druckverlust stark an. Die Anwendung des künstlichen Kerns hält diese Druckverluste indessen in vertretbaren Grenzen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der feste Kern an einem Ende mit einer Druckleitung zur Bildung des Gasmantels verbunden. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Enden der Blase oder des festen Kerns über eine vom oberen Auslaß gesteuerte Druckausgleichsleitung miteinander verbunden sein.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, bei dem erfindungsgemäßen Hydrozyklon eine eine Düse aufweisende Kammer vorzusehen, die mit ihrem oberen Teil mit dem oberen Auslaß der Druckausgleichsleitung und mit ihrem unteren Teil über ein Rohr ebenfalls mit der Druckausgleichsleitung verbunden ist. Durch diese Ausbildung steht die Druckausgleichsvorrichtung mit der Überlaufkammer des Hydrozyklons in Verbindung, in welcher sich ein sekundärer Wirbel ϊη Abhängigkeit von dem Hauptwirbel in der konischen Kammer des Hydrozyklons ausbildet. Dieser sekundäre Wirbel füllt die Kammer nicht aus, namentlich wenn deren Austrittsöffnung einen größereren Querschnitt aufweist als die EintrittsöfFnung. In dem verbleibenden Raum bildet sich ein Gaspolster, welches dem Druckausgleich dient. Dieses Gaspolster unterstützt damit die Kammer oberhalb der Düse in der Ausbildung des Gasmantels des künstlichen Kerns innerhalb des Wirbels des Hydroklons. Die Düsenanordnung in der Druckausgleichsleitung bewirkt in ihrem unteren Teil die Ausbildung eines statischen, vom jeweiligen Betriebszustand des Hydrozyklons abhängigen Druckes. Es fördert damit besonders die Rückgewinnung von Gasblasen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Auslaß der Überlaufkammer des Hydrozyklons mit der die Düse aufweisenden Kammer die Form eines liegenden T. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Anordnung so zu treffen, daß der untere Auslaß in eine Entspaniiungskammer mündet, die bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform an die Druckausgleichsleitung angeschlossen ist.

Gegebenenfalls kann in der Überlaufkammer ein das Ende der Druckausgleichsleitung umgebender Kegel angeordnet sein. Dieser begünstigt die Ausbildung des sekundären Wirbels in der Überlaufkammer und damit die Bildung des entsprechenden Gaspolsters.

Schließlich kann gemäß der Erfindung bei Anwendung eines stabförmigen Kerns der Kegel unten offen sein.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung

ergeben sich aus der Beschreibung einiger besonders vorteilhafter Ausführungsformen des Hydrozyklons gemäß der Erfindung sowie an Hand der Zeichnungen, von denen

Fig. 1 einen Hydrozyklon mit einem festen Kern, der von einem' Gas- oder Flüssigkeitsmantel umgeben ist,

ίο Fig. 2 einen Hydrozyklon, dessen Kern durch eine aufblasbare Blase gebildet ist,

Fig. 3 einen Abschnitt einer Blase mit festem Kern und

Fig. 4 einen Hydrozyklon mit verschiedenen Verbesserungen zur Steigerung seines Wirkungsgrades, dessen Kern zur Vereinfachung der Darstellung nur angedeutet ist, wiedergibt.

Der Hydrozyklon ist in der üblichen Weise aufgebaut. Er besteht aus einem Mantel mit einem kegelstumpfförmigen Unterteil 1, dessen Längsachse senkrecht steht und dessen kleinere, unten befindliche Öffnung mit einem Auslaßstutzen 2 für das schwerere Gut ausgerüstet ist, einer zylindrischen Kammer 3, die fest mit der Grundfläche des Kegelstumpfes verbunden ist und einen Einlaß stutzen 4 für die zu behandelnde Flüssigkeit aufnimmt, und einer sich an die Kammer 3 anschließenden Überlaufkammer 5, die mit einem Ausflußstutzen 6 für die behandelte Flüssigkeit versehen ist. Die beiden Kammern sind durch einen Boden 8 getrennt, der in der Mitte mit dem Überlauf rohr 9 verbunden ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein stabförmiger Kern 7 vorgesehen, der in der Achse des Hydrozyklons befestigt ist, und zwar unten durch Zentrierbleche 7" und oben durch eine an der Haube sitzende Muffe. Selbstverständlich kann die Befestigung des Kerns 7 auch in anderer Weise geschehen, z. B. vermittels einer elastischen Befestigung.

Der feste Kern 7 würde den üblichen gasförmigen Kern ersetzen, falls es möglich wäre, dessen Querschnitt sehr genau unter Berücksichtigung der Arbeitsbedingungen des Gerätes zu berechnen. Eine solche Berechnung ist aber so gut wie unmöglich und nur theoretischer Natur. Erfindungsgemäß wird daher der Durchmesser des Kerns variabel gestaltet. Zu diesem Zwecke ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 an das obere Ende des Kerns 7 eine Druckgasleitung 7" herangeführt, durch die Gas zugeführt wird, das einen den festen Kern umgebenden Gasmantel 7^b bildet, dessen Durchmesser von der Art der auszuführenden Abscheidung abhängt. Während die Abmessungen des festen Kerns den kleinsten Wirkungsgrad festlegen, ist es möglich, den Wirkungsgrad durch Variierung des Durchmessers des Gasmantels zu ändern.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Kern aus einer zylindrischen Blase aus einem dehnbaren Werkstoff, z. B. einen Gummi- oder Kunstharzschlauch 7^a, der an seinen beiden Enden an Druckausgleichsleitungen 7^C und 7^d angeschlossen ist, die am Gehäuse befestigt sind und als Einblasdüsen dienen, so daß dieser Schlauch auf den gewünschten Durchmesser gedehnt werden kann. Zum Aufblasen sind Luft oder auch Flüssigkeiten geeignet.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es auch möglich, im Innern der Blase 7" einen festen Kern 7 anzubringen, der von dem die Blase füllenden Gas oder Flüssigkeit 7^b umgeben ist. Zufriedenstellende Ergebnisse werden mit dem dehnbaren Kern (Blase oder mit einem Gasmantel umgebener fester Kern) auch dann

bereits erzielt, wenn sich die Länge des Kerns auf den Abschnitt zwischen dem Auslauf 2 und dem Boden 8 beschränkt.

Die in Fig. 4 veranschaulichte Anlage zeigt eine Reihe weiterer Verbesserungen gemäß der Erfindung. Hierbei ist der Überlauf 9 mit einer Manschette versehen, die durch ein Rohr 9° und einen Flansch 9⁶ gebildet ist und sich über dem Boden 8 erhebt. Wird die Manschette durch eine Manschette eines anderen Durchmessers ersetzt, so wird der Durchgang durch den Überlauf entsprechend beeinflußt.

Falls der Kern durch einen Stab und einen den Stab umgebenden Gasmantel gebildet wird, mündet der Luft- oder Gaseintrittsstutzen 7^C im Innern einer kegeligen Düse 25, deren kleinere, nach unten gerichtete Grundfläche offen ist, so daß durch diese ringförmige öffnung der Gasmantel gespeist und in seinem Druck oben und unten ausgeglichen werden kann.

Um das Mitreißen von Luft oder Gas durch das durch den Auslaß stutzen 2 austretende Gut zu verhindern, mündet der Auslaßstutzen 2 in eine Kammer 23, die einen größeren Durchmesser hat als der Auslaßstutzen, so daß sich das Gut entspannen kann. Die Entspannungskammer 23 ist an eine Leitung 11 angeschlossen, so daß die beiden Enden des zentralen gasförmigen Kerns an den gleichen Druck gelegt werden können. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, verläßt die behandelte Flüssigkeit die Überlaufkammer 5 über den Auslaßstutzen 6, der tangential die Kammer verläßt. Der Auslaßstutzen 6 stellt den horizontalen Ast* eines liegenden T dar, dessen andere Äste 13" und 13⁶ dazu dienen, einerseits die möglicherweise von der behandelten Flüssigkeit mitgerissenen Gase wiederzugewinnen und andererseits die behandelte Flüssigkeit abzuführen. Der Ast 13^a ist vermittels der Leitungen 14 und 7^C an den oberen Teil der Überlauf kammer 5 angeschlossen. Der Ast 13° bildet eine Druckausgleichskammer, die eine sich den Druckverhältnissen im Hohlkern anpassende Atmung der die Blase oder den Gasmantel speisenden Luft zuläßt. Im Innern des Astes 13⁶ in der Nähe der Verbindung mit dem Stutzen 6 ist eine kegelstumpfförmige Manschette 13^C angeordnet, deren enger werdender Kegel nach unten gerichtet ist.

Der Ringraum zwischen der Innenwand des Astes 13⁶ und der Außenwand der Manschette 13^C ist durch eine Rohrleitung 26 ebenfalls mit dem oberen Teil der Überlaufkammer verbunden. Vorteilhafterweise ist das Rohr 26 von verhältnismäßig großem Querschnitt und bildet damit ebenfalls eine Druckausgleichskammer.

Das Gaskissen, das sich in der Druckausgleichskammer 13^a bildet, steht unter demselben Druck wie die Überlaufkammer und damit auch unter demselben Druck wie der obere Teil des zentralen gasförmigen Kerns. Ein solches Gleichgewicht besteht auch zwischen der Über lauf kammer und dem Austrittskreislauf, der mit dem Astl3⁶ beginnt, da die Überlaufkammer mit dem Ringraum zwischen dem Rohr 13⁶ und der Manschette 13^C in Verbindung steht.

Erfahrungsgemäß kann im Betrieb des Hydrozyklons der Flüssigkeitsdurchgang und damit der Flüssigkeitsdruck schwanken. Diesen Schwankungen unterliegt dann auch das in den Kammern 13° und 26 befindliche Gaspolster, so daß sich auch der Gaskern oder der Gasmantel selbsttätig entsprechend ausdehnt oder zusammenzieht, ein Vorgang, der als Atmung bezeichnet werden kann und einen im wesentlichen gleichbleibenden Wirkungsgrad des Hydrozyklons sichert. Diese Eigenart ermöglicht es, den Hydrozyklon gemäß der Erfindung in Rohrnetzen mit verhältnismäßig stark schwankendem Druck zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb von Hydrozyklonen, dadurch gekennzeichnet, daß der sich im Betrieb bildende Hohlkern durch eine aufblasbare Blase (7^a) oder durch einen von einem unter Druck stehenden Gasmantel (7^b) umgebenen festen, z. B. stabförmigen Kern (7) ausgefüllt wird.

2. Hydrozyklon zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf blasbare Blase aus einem gegebenenfalls von einer Stange (7) durchsetzten Schlauch (7°) besteht, dessen Durchmesser durch Aufblasen veränderbar ist.

3. Hydrozyklon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kern (7) an einem Ende mit einer Druckleitung (7^C) zur Bildung des Gasmantels (7⁶) verbunden ist.

4. Hydrozyklon nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Blase (7°) oder des festen Kerns (7) über eine vom oberen Auslaß (6) gesteuerte Druckausgleichsleitung (7^C, 7^d, 11) miteinander verbunden sind.

5. Hydrozyklon nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Düse (13^C) aufweisende Kammer mit ihrem oberen Teil (13^a) mit dem oberen Auslaß (7^C) der Druckausgleichsleitung (11) und mit ihrem unteren Teil (13^&) über ein Rohr (26) ebenfalls mit der Druckausgleichsleitung (11) verbunden ist.

6. Hydrozyklon nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (6) mit der Kammer (13°, 13^&) die Form eines liegenden T bildet.

7. Hydrozyklon nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Auslaß (2) in eine Entspannungskammer (23) mündet.

8. Hydrozyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammer (23) an die Druckausgleichsleitung (11) angeschlossen ist.

9. Hydrozyklon nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Überlaufkammer (5) ein das Ende der Druckausgleichsleitung (7^C) umgebender Kegel (25) angeordnet ist.

10. Hydrozyklon nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines stabförmigen Kerns der Kegel (25) unten offen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 679 138, 817 238,
781, 883 555;

belgische Patentschrift Nr. 507 399;
französische Patentschrift Nr. 1 057 135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen