DE1122496B - Mehrfachhydrozyklon - Google Patents

Description

Für die Klassierung von Feststoffsuspensionen sowie zum Waschen feinteiliger Feststoffe, beispielsweise in der Kohleaufbereitung, Stärkegewinnung, Befreiung von Kristallen von ihrer Mutterlauge, Klärung von Zuckersaft und anderen Säften ist die Verwendung von Mehrfachzyklonen, d. h. zusammengefaßten Gruppen mehrerer parallel geschalteter Hydrozyklone, deren Einlauf, Oberlauf und Unterlauf jeweils in eine gemeinsame Leitung münden, weitgehend üblich. Dabei ist es auch bekannt, mehrere solcher Mehrfachzykloneinheiten in einem Aufbau übereinander anzuordnen, um z. B. eine stufenweise Behandlung der Suspension zu erreichen. Hierbei kann ein gemeinsames Aufgaberohr vorgesehen sein, das beispielsweise am Boden einer Kolonne mit drei Mehrfachzyklongruppen in deren unterste einführt, während der Überlauf der ersten Gruppe in einer zweiten Gruppe und der Überlauf der zweiten Gruppe in der dritten Gruppe nachbehandelt wird, deren Überlauf schließlich aus einem zentrischen Rohr an der Decke des Aufbaues austritt, während die Unterlaufausträge von jeder Gruppe getrennt abgeführt werden. Bei einer anderen bekannten Anlage sind zwei Mehrfachhydrozyklongruppen übereinander in einem Aufbau zusammengefaßt, und der gemeinsame Zulauf befindet sich zwischen diesen beiden Gruppen, während die Oberläufe und Unterläufe jeder Gruppe wiederum in getrennten Kammern aufgefangen und getrennt abgezogen werden.

Bei der Benutzung einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten Hydrozyklonen bzw. Hydrozyklongruppen ist es auch bekannt, das Material in den aufeinanderfolgenden Stufen unter Zuführung einer Hilfsflüssigkeit zu behandeln. Ein wesentlicher Nachteil solcher Stufenbehandlungssysteme besteht jedoch in der Schwierigkeit einer innigen Vermischung des Einlaufes zu jeder Stufe mit anderen in die Stufe eintretenden Flüssigkeiten oder Suspensionen. In sogenannten Gegenstromwaschsystemen ist das Problem besonders unangenehm, weil der Überlauf jeder Stufe (abgesehen von der ersten) mit dem Einlauf einer vorhergehenden Stufe innig in Berührung gebracht werden muß, wenn das System mit höchstem Wirkungsgrad arbeiten soll. Zur Behebung dieser Schwierigkeit hat man entweder eine Pumpe vor jeder Stufe vorgesehen und die dadurch erzeugte Turbulenz ausgenutzt oder eigene Mischstationen vor jeder Stufe vorgesehen. Derartige Ausführungen sind natürlich teuer und schwerfällig.

In manchen Fällen, beispielsweise Behandlung von organiscnen Materialien wie Stärke, kommt die Schwierigkeit hinzu, eine Zersetzung oder einen chemischen Mehrfachhydrozyklon

Anmelder:

Dorr-Oliver Incorporated,
Stamford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. H. H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hildastr. 32

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 27. Juni 1956 (Nr. 208 442)

Gerrit Jan van der Wal und Jan van den Dorpel,

Amsterdam (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

Anbau zu vermeiden, wenn Material in dem System zurückgehalten wird. Insbesondere in solchen Fällen ist also noch die Möglichkeit gegeben, die Ansammlung und damit Zersetzung an den glatten Durchfluß hemmenden Stellen zu vermeiden. Bei der Stärkebehandlung kann beispielsweise eine Fäulnis einsetzen, die eine vollständige Betriebsunterbrechung notwendig macht.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anlagen ergibt sich daraus, daß Temperatur und Druck des zu behandelnden Materials aufrechterhalten weiden müssen oder Gesundheitsschäden der Arbeitspersonen zu befürchten sind. In allen solchen Fällen hängen die Schwierigkeiten bezüglich Isolation bzw. Hochdruckausrüstung, Dichtungen usw. unmittelbar mit der Zahl und Länge der Rohrleitungen, Anzahl von Pumpenmischstationen usw. zusammen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten bei der Stufenbehandlung von Materialien in Hydrozyklonkreislaufen zu beheben und eine Herabsetzung der erforderlichen Pumpenanzahl, Rohrleitungen usw. bei weitgehender Verringerung der Abmessungen der Hydrozyklonanlage zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von den bekannten Mehrfachzyklonen aus, die aus übereinander angeordneten Stufen von jeweils mehreren parallel geschalteten Hydrozyklonen bestehen, deren Einlauf, Oberlauf und

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Unterlauf in jeweils gemeinsame Kammern mit Zu- bzw. Ableitungen münden. Gemäß der Erfindung ist zwischen zwei übereinander angeordneten Stufen eine Kammer vorgesehen, in die der Unterlauf der oberen und der Oberlauf der unteren Stufe einmünden, wobei jedoch zur völligen Vermeidung einer wechselseitigen Störung der mit ihrem Oberlauf bzw. Unterlauf angeschlossenen Einzelzyklone die jeweils in eine Mischkammer mündenden Unterlaufauslasse der oberen Hydrozyklonstufe gegenüber den Oberlaufauslässen der darunterliegenden Hydrozyklonstufe versetzt angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die überraschende Feststellung zugrunde, daß entgegen der Erwartung die in diese gemeinsame Kammer eintretenden Oberlauf- und Unterlaufströmungen sich keineswegs nachteilig zu beeinflussen brauchen, wenn man dafür sorgt, daß die aus den Einzelzyklonen austretenden Ströme trotz ihrer Rotationsenergie keinen Rückschlag hervorrufen. Infolge der starken Rotation der zahlreichen Einzelausträge aus der oberen und unteren Stufe tritt aber andererseits in der Kammer ein so hoher Vermischungsgrad ein, wie er mit den bisher gebräuchlichen Anlagen, beispielsweise in den dort benutzten Zentrifugalpumpen nicht erreichbar war. Da die Mischzone in den Mehrfachhydrozyklonaufbau selbst verlegt ist, entfallen die bisher erforderlichen Anschlußleitungen an die Mischpumpen oder sonstigen Mischstationen, und die ganze räumliche Ausdehnung der Aufbereitungsanlage kann verringert werden. Infolgedessen sind weit weniger Zonen oder Stellen vorhanden, an denen sich Material stauen bzw. ansammeln und zersetzen könnte. Der Fortfall der bisher benötigten Verbindungsleitungen bedeutet gleichzeitig eine Verringerung des Energiebedarfs der Anlage, weil die Reibungsverluste geringer sind.

In Abänderung der obenerwähnten Ausgestaltung der Mischkammer ist bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform außer der einmündenden Unterlauf- und Oberlaufauslässe im Innern der Mischkammer eine Prallwand angebracht, die sich quer zur Axialrichtung der Hydrozyklone erstreckt und Durchlässe aufweist, über welche die durch die Prallwand gebildeten Teilkammern in offener hydraulischer Verbindung stehen, so daß eine völlige Durchmischung gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung mehrerer Ausführungsformen an Hand der Zeichnung.

Fig. 1 und 2 sind Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 3 ist ein teilweiser Längsschnitt nach Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt schematisch die Anpassung der Vorrichtung nach der Erfindung an ein Flußschema zur Gegenstrombehandlung;

Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Hydrozyklonschaltung für Gegenstrombehandlung;

Fig. 6 ist ein Teilquerschnitt einer Abänderung der Erfindung;

Fig. 7 ist eine teilweise Schnittdarstellung gemäß Linie VII-VII der Fig. 6.

Der Mehrfachhydrozyklon nach Fig. 1 besitzt ein Gehäuse 1 mit Endplatten 20 und 21. Mehrere Hydrozyklongruppen 2, 3 und 4, die in jedem Fall aus einer Mehrzahl von einzelnen Hydrozyklonen 5 mit Oberlauföffnungen 10 und Unterlauföffnungen 11 bestehen, sind mittels Halteplatten 6 und 7 zusammengehalten.

Jeder Hydrozyklon 5 ist gegenüber seinen jeweiligen Platten 6 und 7 abdichtbar, und jede Platte ist wiederum gegen das Gehäuse 1 abdichtbar. Zu diesem besitzt jede Platte 6 und 7 einen Flansch 16, der in Nuten 18 greift, die Packung 17 aufzunehmen.

Die Hydrozyklonstufen 2, 3 und 4 werden axial durch Einsätze 19 in Abstand gehalten, wodurch Kammern 14, 114, 214 und 314 gebildet werden. Die Kammer 214 nimmt den Oberlauf von Stufe 2, die

ίο Kammer 14 den Oberlauf von Stufe 3 und den Unterlauf von der Stufe 2, die Kammer 114 den Unterlauf von Stufe 3 und den Oberlauf von Stufe 4 und die Kammer 314 den Unterlauf von Stufe 4 auf. Jede Kammer besitzt eine Auslaßöffnung. So entfernt Auslaß 15 Material aus Kammer 14, Auslaß 15' Material aus Kammer 114, Auslaß 15" Material aus Kammer 214 und Auslaß 15'" Material aus Kammer 314. Die Zwischenräume zwischen den Platten 6 und 7 bilden Einlaufkammern 12, 12' und 12" für die Stufen 2, 3

so bzw. 4.

Im Betrieb wird das in jede Kammer 12, 12' und 12" eintretende Material in Oberlauf und Unterlauf getrennt. Beim Auslauf gelangt jede Fraktion in eine der Kammern 14, 114, 213 oder 314, von wo sie über ihre Leitung 15, 15', 15" bzw. 15'" ausgetragen wird. Die Kammern 14 und 114 nehmen gleichzeitig den Unterlauf einer Stufe und den Oberlauf einer anderen auf. Jede Fraktion tritt mit einer schraubenförmigen Bewegung ein, und durch die aufeinander einwirkenden Wirbel werden beide vermischt.

Nach Fig. 3 enthält das Gehäuse der zwei Hydrozyklonstufen Kammern 14' und 14" für den Unterlauf der einen und den Oberlauf der anderen Stufe mit einer querlaufenden Prallwand 25, die mittels Ab-Standshaltern 19' und 19" angebracht ist. Die Prallwand 25 ist deutlicher ersichtlich aus Fig. 3. In der Prallwand 25 sind Durchlässe 26 angebracht, so daß die Teilkammern 14' und 14" in unmittelbarer hydraulischer Verbindung stehen. Die mit öffnungen versehene Prallwand 25 behindert die gegeneinandergerichteten Ströme, die in die Kammer eintreten, an einer Beeinträchtigung der einzelnen Hydrozyklone 5, während gleichzeitig eine hinreichende Vermischung der beiderseitigen Hydrozyklonaustragströme gewährleistet ist, um den gewünschten hohen Wirkungsgrad zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt das Flußschema, in welchem die Vorrichtung zur Gegenstrombehandlung benutzt werden kann. Alle gleichen Elemente der Fig. 4 tragen das gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2, und die Trennwand 28 entspricht der in Fig. 4 gezeigten. Das einlaufende Material A fließt über Leitung 700 in das Sammelbecken 600 und zusammen mit dem zurückgeführten Oberlauf von der Stufe 102 über Pumpe 401 und Leitung 301 in die Stufe 101. Der Oberlauf von Stufe 101 tritt über Leitung501 als Produkte aus dem System aus. Der Unterlauf von Stufe 101 tritt in die Kammer zwischen dieser Stufe und der Stufe 103 ein und mit dem Oberlauf von der Stufe 103 gemischt über Leitung 201, 503, Pumpe 402 und Leitung 302 in die Stufe 102. Der Oberlauf von Stufe 102 wird durch Leitung 502 mit dem einlaufenden Material A vermischt, während der Unterlauf von Stufe 102 in die Kammer zwischen dieser Stufe und der Stufe 104 eintritt, von wo er mit Überlauf von Stufe 104 gemischt durch Leitung 202, 504, Pumpe 403 und Leitung 303 in Stufe 103 geht. In analoger Weise sind die Stufen 103, 102, 105, 104 und 106, 204, 506, 305

usw. und die Leitungen 203, 505, 304, Pumpen 404,

405 und 406 miteinander verbunden. Der Oberlauf von Stufe 105 geht zur Stufe 104 zurück, während der Unterlauf von Stufe 105 in die Kammer zwischen dieser Stufe und der Trennwand 28 eintritt, welche zu- s gleich auch das einlaufende Materials aus Leitung 800 aufnimmt. Das Gemisch von Unterlauf aus Stufe 105 und Material B läuft über Leitung 205, Pumpe

406 und Leitung 306 in Stufe 106. Der Oberlauf von Stufe 106 wird zur Stufe 105 zurückgeführt, während der Unterlauf von Stufe 106 über Leitung 206 als Endprodukt D austritt.

Das Flußschema der Fig. 5 ist demjenigen der Fig. 4 gleichwertig, jedoch mit dem Unterschied, daß drei der gemäß Fig. 4 benötigten Pumpen eliminiert werden. Das durch Leitung 700 einlaufende Material A tritt vom Sammelbecken 600 zusammen mit zurückgeführtem Oberlauf von Stufe 102 durch die Leitung 401 und Leitung 301 in Stufe 101. Der Oberlauf von Stufe 101 verläßt das System als Produkt C über Leitung 501. Der Unterlauf von Stufe 101 tritt in die Kammer zwischen dieser Stufe und Stufe 103, von wo er nach Vermischen mit dem Oberlauf aus Stufe 103 über Leitung 201, 503, 302 in die Stufe 102 läuft. Der Oberlauf von der Stufe 102 wird wieder über Leitung 502 mit dem Material A vermischt. Der Unterlauf von Stufe 102 tritt in die Kammer zwischen dieser Stufe und Stufe 104 ein, von wo er mit Oberlauf von Stufe 104 gemischt über Leitung 202. 504, Pumpe 403 und Leitung 303 in die Stufe 103 läuft usf. Der Oberlauf von Stufe 105 wird zur Stufe 104 zurückgeführt, während der Unterlauf von Stufe 105 nach Vermischen mit Material B aus Leitung 800 über Leitung 205, 306 in Stufe 106 läuft. Der Überlauf von Stufe 106 wird zur Stufe 105 zurückgeführt, während der Unterlauf von Stufe 106 als Endprodukt D über Leitung 206 das System verläßt.

Der grundsätzliche Vorteil des Flußschemas der Fig. 5 gegenüber demjenigen nach Fig. 4 ergibt sich aus den erheblichen Einsparungen in der Anzahl der Pumpen und von Rohrleitungen. Die Arbeitsweise des Flußschemas gemäß Fig. 6 benötigt nur je eine Pumpe, um den erforderlichen Druckunterschied in je zwei Stufen hervorzubringen, während in Fig. 5 je eine Pumpe für jede Stufe benötigt wird. Wirkt beispielsweise ein Druckverlust von 2 at über jedeHydrozyklonstufe einschließlich der zugeordneten Leitungen und Ausrüstungen, so wird man zweckmäßig eine 4,5-at-Pumpe als Pumpe 401 und beispielsweise 4-at-Pumpen als Pumpen 403 und 405 benutzen. Jede Aufnahmekammer des Gehäuses 1 würde dann bei dem dargestellten Flußschema auf einem Druck von 2,5 at liegen, während die entsprechenden Kammern des Gehäuses 1' auf einem Druck von 0,5 at liegen würden. Es kann an dieser Stelle noch erwähnt werden, daß Ventile in den verschiedenen Zuführungsleitungen zum System und auch in den Verbindungsleitungen des Systems selbst benötigt werden, um die Volumina und Druckunterschiede zu regeln. Diese Regelventile können natürlich entweder von Hand oder automatisch betätigt werden.

Es ist zu beachten, daß in den MehrfachfTydrozyklonen der Fig. 1,2,4 und 5 ein inniges Vermischen der jeweiligen Oberlauf- und Unterlaufströme in allen Mischkammern zwischen den Hydrozyklongruppen stattfindet. Die Prallwand 25 der Fig. 2 mit ihren verengten Durchlauföffnungen 26 (Fig. 3) vergrößert die Mischwirksamkeit um einen gewissen Betrag, aber auch bei dieser Ausführungsform erfolgt eine wesentlich schnellere Vermischung als bei einer Anlage entsprechend der Fig. 1. Andererseits ist es im Interesse der Betriebsüberwachung erwünscht, die Zusammensetzung der jeweiligen Unterläufe und Oberläufe aus den Hydrozyklongruppen 12, 12' usw. bzw. 101, 102, 103 usw. auf ihre Beschaffenheit ständig oder in gewissen Zeitabständen untersuchen zu können.

Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich, sind in der Mischkammer 14 zwei Fallen 37 und 38 vorgesehen. Die Falle 37 ist mit ihrer Oberkante dicht an den Mittelteil der Bodenplatte 7 der darüberliegenden Hydrozyklongruppe angesetzt und besitzt einen begrenzten Auslaß 39 (Fig. 7). Die Falle 38 ist spiegelbildlich ähnlich ausgebildet und angeordnet und ist an der oberen Platte 6 der darunterliegenden Hydrozyklongruppe abgedichtet. Infolgedessen tragen einige Einzelhydrozyklone der darüberliegenden Gruppe ihren Unterlauf in die Falle 37 aus, während entsprechende Überlauföffnungen der darunterliegenden Hydrozyklongruppe in die Falle 38 münden. Die Fallen besitzen eine gemeinsame Trennwand 41 und sind fest in ihrer Stellung gehalten, beispielsweise verschraubt. Die jeweiligen Ströme vermischen sich, nachdem sie aus den öffnungen 39 ausgetragen sind, aber innerhalb der Fallen sind die Ströme isoliert und ihre Zusammensetzungen können durch Entnahme mittels Proberöhren 42, 43 überprüft werden, die durch die Wand der Mischkammer nach außen führen, um Proben abzuziehen oder Meßvorrichtungen anzuschließen. Auf diese Weise können Oberlauf und Unterlauf unabhängig voneinander und ohne wesentliche Störung des Gesamtwirkungsgrades des Mischens überprüft sein.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mehrfachhydrozyklon, bestehend aus übereinander angeordneten Stufen von jeweils mehreren parallel geschalteten Hydrozyklonen, deren Einlauf, Oberlauf und Unterlauf in jeweils gemeinsame Kammern mit Zu- bzw. Ableitungen münden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei übereinander angeordneten Stufen eine Kammer vorgesehen ist, in die der Unterlauf der oberen und der Oberlauf der unteren Stufe münden, und die jeweils in eine Mischkammer (14, 114) mündenden Unterlaufauslässe (11) gegenüber den Oberlaufauslässen (10) versetzt sind.

2. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Mischkammer eine Prallwand (25) angebracht ist, die sich quer zur Axialrichtung der Hydrozyklone erstreckt und Durchlässe (26) aufweist.

3. Mehrfachhydrozyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Mischkammer (14, Fig. 6 und 7) Probefallen (37, 38) angeordnet sind, die in Form von Teilkammern nur an die Unterlaufauslässe bzw. nur an die Oberlaufauslässe einer kleinen Anzahl der Hydrozyklone der oberen bzw. unteren Stufe angeschlossen sind und über jeweils eine öffnung (39) mit der Mischkammer in Verbindung stehen, und daß in diese Probefallen (37, 38) vom Äußeren des Mehrfachhydrozyklons her verschließbare Probeableitungsrohre (42, 43) hineinragen.

4. Mehrfachhydrozyklonanlage zur Gegenstrombehandlung unter Verwendung von Mehrf achhydrozyklonen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei etwa auf gleicher Höhe liegende Mehrfachhydrozyklone in der Weise wechselseitig mit ihren Stufen hintereinandergeschaltet sind, daß die Mischkammern des einen Mehrfachhydrozyklons (1) an die Einlaßkammern des anderen Mehrfachhydrozyklons (10 und umgekehrt angeschlossen sind und zwischen die Einlaßkammern des einen

Mehrfachhydrozyklons (1) und die Mischkammern des anderen Mehrfachhydrozyklons (1') Pumpen (401, 403, 405) eingesetzt sind, während die Einlaßkammern des zweiten Mehrfachhydrozyklons (1') an die Mischkammern des ersten Mehrfachhydrozyklons (1) unmittelbar angeschlossen sind (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift 505 479;
Chemie-Ingenieur-Technik 1955, S. 191.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen