DE1231672B - Verfahren zum Klassieren von in einer Fluessigkeit aufgeschwemmten festen Partikelchen sowie Hydrozyklon zum Ausfuehren des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL;

BOId

Deutsche KL: 12 d-1/01

Nummer: 1231 672

Aktenzeichen: M 41397IV a/12 d

Anmeldetag: 30. April 1959

Auslegetag: 5. Januar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klassieren von in einer Flüssigkeit aufgeschwemmten festen Partikelchen von unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlichem spezifischem Gewicht mit Hilfe eines Hydrozyklons, bei dem längs der Achse des Hydrozyklons ein in seinen Abmessungen veränderlicher gasförmiger Kern erzeugt und während des Verfahrens aufrechterhalten wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hydrozyklon zum Ausführen des neuen Verfahrens, bei dem ein Gaszuleitungsrohr in der Längsachse des Zyklons angeordnet ist.

Es ist bei Hydrozyklonen bekannt, in den beim Betrieb längs der Achse entstehenden flüssigkeitsfreien Raum ein Gas zur Erzeugung eines in seinen Abmessungen veränderlichen Kernes einzuführen und diesen Kern während des Trennungsverfahrens aufrechtzuerhalten. Bei einem bekannten Hydrozyklon mündet ein Gaszuführungsrohr gleichachsig mit der Zyklonachse am unteren, verengten oder am oberen Ende oder an beiden Enden des Zyklons, so daß sich das Gas entlang der Achse ausbreiten kann. Bei dieser Anordnung ist es jedoch schwierig, die Verhältnisse im Zyklon genau genug zu steuern und vor allem die Arbeitsweise stabil zu halten. Zur Abhilfe ist es bekannt, in der Achse des Zyklon einen sich durch den Zyklon erstreckenden festen Stab anzuordnen, der von einer Schicht eines am Ende des Stabes in den Hydrozyklon eingeführten Gases bedeckt ist. Der Stab soll dabei zur Führung der Gasschicht dienen. Auch hier ist es schwierig, den Gaskern unter allen Bedingungen ausreichend stabil zu halten. Man hat daher schon einen sich entlang der Achse erstreckenden aufblasbaren Hohlkörper verwendet, dessen Innerem ein Gas zugeführt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit dem die Verhältnisse im Inneren des Hydrozyklons wesentlich einfacher und zuverlässiger gesteuert und stabilisiert werden können, als dies mit den bisherigen Verfahren möglich war.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gas an einer im Bereich der Mitte des Kernes liegenden Stelle zugeführt wird. Durch die Einführung des Gases direkt im Bereich des Zentrums des flüssigkeitsfreien Kernes werden wesentlich stabilere Verhältnisse erreicht. Außerdem lassen sich mit einfachen Mitteln die Verhältnisse in diesem Bereich leicht beeinflussen und steuern.

Dieses Ergebnis läßt sich noch weiter dadurch verbessern, daß man gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Konsistenz der als Unterlauf abgehenden Aufschlämmung durch Ände-

Verfahren zum Klassieren von in einer Flüssigkeit aufgeschwemmten festen Partikelchen sowie
Hydrozyklon zum Ausführen des Verfahrens

Anmelder:

Charles Augustus McClure,

Malvern, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Alfred Gerald Gilbert,
Bridgeville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. Mai 1958

rung des Querschnitts des Unterlaufs steuert. Dadurch lassen sich Gaskern und Konsistenz des Unterlaufs leicht optimal abstimmen. Man verfährt vorteilhafterweise dabei so, daß man durch Vergrößerung der Querschnittsfläche des Unterlaufs über das übliche Maß hinaus zunächst einen sprühregenartigen Austritt des Unterlaufs einstellt und dann durch allmähliche Verkleinerung der Querschnittsfläche des Unterlaufs eine Verdickung des abgehenden Unterlaufs bewirkt.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Hydrozyklon zu schaffen, mit dessen Hilfe sich das Verfahren gemäß der Erfindung auf einfache Weise in der Praxis verwirklichen läßt. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß sich das Gaszuleitungsrohr entlang der Zyklonachse durch die Mündung eines Austrittskanals für den Überlauf erstreckt, im Bereich zwischen den Enden des Zyklonbehälters Austrittsöffnungen aufweist und in Richtung der Behälterachse feststellbar verschiebbar angeordnet ist. Dabei läßt sich die Stelle, an der das Gas im Zentrum eingeführt wird, auf einfache Weise durch Verschieben des Zuleitungsrohres einstellen. Vorteilhafterweise ist in dem kegelförmigen Teil des unteren Auslasses des Zyklons ein kegelförmiger Regelkörper axial verschiebbar angeordnet, mit dessen Hilfe sich

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der Querschnitt des Unterlaufs leicht auf den ge- werden kann. Es hat sich gezeigt, daß auf Grund

wünschten Wert einstellen läßt. dieser Anordnung in dem Wirbel eine nahezu lami-

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schema- nare Strömung entsteht und die Entwicklung einer

tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei- unkontrollierbaren Turbulenz unterbunden wird. Die

spielen erläutert. 5 Einstellung der Verhältnisse wird dabei so vorge-

F i g. 1 zeigt in Seitenansicht einen gemäß der Er- nommen, daß die inneren Schichten des Wirbels,

findung ausgebildeten Hydrozyklon; welche die feineren und leichteren Teile der Auf-

F i g. 2 zeigt den Zyklon gemäß F i g. 1 im Längs- schlämmung enthalten, gerade noch bis an die Mün-

schnitt, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie 4-4 dung des Stutzens 54 reichen und durch diesen und

der F i g. 1 geführt ist; io den Auslaß 71 als Überlauf austreten. Der die

F i g. 3 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie gröberen und schwereren Teilchen der Aufschläm-

3-3 der Fig. 1; mung enthaltene Teil des Wirbels tritt durch den

F i g. 4 und 5 zeigen in Seitenansicht bzw. im ringförmigen unteren Auslaß 59 als Unterlauf aus.

Längsschnitt eine Abwandlung des unteren Austritts- Es hat sich weiter gezeigt, daß auf Grund der

endes des Zyklons; 15 neuen Anordnung eine merklich genauere Klassie-

F i g. 6 zeigt eine Abwandlung im oberen Bereich rung als bisher möglich ist. Auch läßt sich das neue

des Zyklons; Verfahren auf Auf schlämmungen anwenden, deren

Fig. 7 zeigt teilweise aufgebrochen eine andere Feststoffgehalt größer als 15% ist.

Ausführungsform eines Zyklons gemäß der Erfin- Der Stutzen 54 und der Austrittsstutzen 35 können

dung. 20 aus verschleißfestem Material hergestellt sein. Auch

Der in den F i g. 1 bis 3 gezeigte Hydrozyklon 30 kann die Kammer 56 mit Kautschuk oder einem

weist ein aus den drei untereinander dicht ver- anderen elastischen dauerhaften Material ausgekleidet

schraubten Teilen 31,32 und 33 bestehendes Ge- sein. Statt des einen durchgehenden Rohres 61

häuse auf, das in seinem oberen Teil im wesentlichen können auch zwei von den Enden des Zyklons bis

zylindrisch ist und sich im unteren Teil konisch ver- 25 in das Zentrum der Kammer 56 ragende Rohre vor-

jüngt. Der obere Teil 31 des Gehäuses ist gegenüber gesehen sein, die neben ihrer Mündungsöffnung noch

dem mittleren Gehäuseteil 32 mit Flansch 43 durch weitere seitliche Austrittsöffnungen für das Gas oder

eine Trennplatte 42 abgeteilt, die in ihrer Mitte einen die Luft haben können.

zur Gehäuseachse koaxialen, nach unten fast bis zum Um die Stabilität der Verhältnisse in der Trenn-Beginn des konischen Abschnitts ragenden Stutzen 54 30 kammer weiterzuverbessern, ist es zweckmäßig, die trägt. Von der durch die Platte 42 abgeteilten Ge- Konsistenz des Unterlaufs zu kontrollieren und einhäusekammer geht ein mit Anschluß 72 versehener zustellen. Eine Möglichkeit hierzu ist in den F i g. 4 Auslaß 71 für den Überlauf aus. In den zylindrischen und 5 angedeutet. Diese zeigen den Zyklon im BeAbschnitt des mittleren Gehäuseteils 32 mündet bei reich der ringförmigen Austrittsstelle des Unterlaufs. 75 tangential die Zuführungsleitung 76 in den eigent- 35 Nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein Regelkörper liehen Trennraum 56 des Zyklons. 90 mit einer zylindrischen Basis 87 und einer einen

Am unteren Ende des konischen unteren Teils 33 sehr schlanken Konus 88 bildenden Umfangsfläche

des Gehäuses ist ein Austrittsmundstück 35 mit Hilfe vorgesehen, der von unten konzentrisch in den ring-

eines Klemmringes 48 befestigt. förmigen Auslaß 59 hineinragt. Dieser Regelkörper

Entlang der Gehäuseachse erstreckt sich ein Gas- 40 ist axial verschieblich angeordnet, so daß der freie oder Luftzuführungsrohr 61, das durch die Stirnwand Durchtrittsquerschnitt des Ringspaltes 59 feinfühlig des oberen Gehäuseteils 31 mit Hilfe einer Stopf-, eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann der buchse 52, 53 hindurchgefühlt ist und unter Bildung Regelkörper 90 auf dem Luftzuführungsrohr 61 vervon ringförmigen Durchlässen 55 bzw. 59 durch den schiebbar gelagert und mit Hilfe einer Feststell-Stutzen 54 und das Austrittsmundstück 35 ragt. Das 45 schraube 89 in einer bestimmten Höhenlage fixierbar Rohr 61 ist mit Hilfe eines am unteren Ende des sein. Der Regelkörper läßt sich daher zusammen mit unteren Gehäuseteils 33 befestigten Bügels 81 in dem Rohr 61 oder unabhängig von diesem axial vereiner Muffe 82 axial verschiebbar geführt und mittels schieben.

einer Madenschraube 83 in beliebiger Höhenstellung Mit dieser Anordnung läßt sich die Austrittsfixierbar. Das Zuführungsrohr 61 weist in seinem in 50 geschwindigkeit des Unterlaufs auch bei größeren der Trennkammer 56 liegenden Bereich eine oder Feststoffgehalten leicht einstellen. Eine Überladung mehrere Austrittsöffnungen 65 auf, durch die das des Zyklons läßt sich damit auf jeden Fall vermeiden, über die Öffnung 63 zugeführte Gas in die Trenn- Bei Inbetriebnahme des Zyklons läßt man den Regelkammer austreten kann. Die Austrittsstelle liegt etwa körper zunächst außer Wirkung und stellt den Zulauf im Zentrum der Trennkammer, und ihre genaue Lage 55 so ein, daß der Unterlauf zunächst in Form eines kann durch Verschieben des Rohres 61 eingestellt Sprühregens austritt. Erst dann schiebt man den werden. Regelkörper langsam in den Austrittsspalt ein, um

Die Aufschlämmung wird über das Rohr 76 tan- die Austrittsöffnung zu verengen und eine merkliche gential in die Trennkammer 56 eingeführt und bildet Verdickung des Unterlaufs zu erreichen. Durch die einen Wirbel. Der dabei entstehende flüssigkeitsfreie 60 Führung des Regelkörpers auf dem koaxialen Gas-Kern wird durch das Vorhandensein des festen zen- rohr 61 wird auf einfache Weise eine genaue zentralen Rohres 61 ohnehin schon stabilisiert. Die Sta- irische Einführung des Regelkörpers gewährleistet, bilität und die Ausbildung des Kernes wird aber ganz Bei der Verwendung eines Regelkörpers nach wesentlich dadurch unterstützt, daß dem Kern etwa F i g. 4 und 5 kann man auch auf eine untere Fühin seinem Zentrum Gas oder Luft in vorbestimmter 65 rung des Gasrohres 61 verzichten und gemäß F i g. 6 Menge zugeführt wird, wobei die Zuführungsstelle das Rohr im oberen Gehäuseteil 9 des Zyklons verunter Anpassung an die optimalen Verhältnisse auf schiebbar und mittels Schraube 93 feststellbar aneinfache Weise längs der Zyklonachse verschoben ordnen. Hierbei erfolgt eine selbsttätige Zentrierung

des Rohres 61 im unteren Auslauf 59 durch die Strömung.

Bei Verwendung eines Regelkörpers im Austritt des Unterlaufs lassen sich Aufschlämmungen so verarbeiten, daß der Unterlauf einen Feststoffgehalt von 40 bis 50 Volumprozent, ja sogar bis zu 60 Volumprozent fester Anteile aufweist.

Eine Verstellung des Regelkörpers zusammen mit einer Verstellung des Luft- oder Gaszuführungsrohres ist in vielen Fällen vorteilhaft, da die Austrittsöffnungen 65 bei einer Verdickung des Unterlaufs zweckmäßigerweise mehr nach oben verschoben werden.

An Stelle eines im unteren Teil konischen Zyklons kann auch ein zylindrischer Zyklon mit den Merkmalen der Erfindung versehen werden. Solche zylindrischen Zyklone werden allein verwendet oder auch häufig einem Zyklon gemäß Fig. 1 bis 3 zur Vorklassierung vorgeschaltet. Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter zylindrischer Hydrozyklon ist in F i g. 7 dargestellt. Der Zyklon 130 weist ein zweiteiliges Gehäuse 131,132 mit Flanschen 141,143 auf, dessen Teile durch eine Trennscheibe 142 voneinander getrennt sind. Diese Scheibe trägt einen nach unten ragenden Stutzen 154. Die Stutzen 172 mit Auslaß 171 und 176 mit Einlaß 175 für den Überlauf bzw. für die Zuführung der Aufschlämmung sind ähnlich angeordnet wie beim Beispiel der F i g. 1 bis 3. Der Auslauf 177 im Stutzen 178 für den Unterlauf liegt jedoch entsprechend der zylindrischen Form des Wirbels am Gehäuseumfang. Mit 163 ist das Gaszuführungsrohr bezeichnet, das mit Stopfbuchsen 152,158 abgedichtet ist und im Gehäuseinnenraum liegende Austrittsöffnungen 165 aufweist. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie bei dem Zyklon gemäß F i g. 1 bis 3.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Klassieren von in einer Flüssigkeit aufgeschlämmten festen Partikelchen von unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlichem spezifischem Gewicht mit Hilfe eines Hydrozyklon, bei dem längs der Achse des Hydrozyklons ein in semen Abmessungen veränderlicher gasförmiger Kern erzeugt und während des Verfahrens aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas an einer im Bereich der Mitte des Kernes liegenden Stelle zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konsistenz der als Unterlauf abgehenden Aufschlämmung durch Änderung seiner Querschnittsfläche variiert bzw. einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Vergrößerung der Querschnittsfläche des Unterlaufs über das übliche Maß zunächst einen sprühregenartigen Austritt des Unterlaufs einstellt und dann durch allmähliche Verkleinerung der Querschnittsfläche des Unterlaufs eine Verdickung des abgehenden Unterlaufs bewirkt.

4. Hydrozyklon zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gaszuleitungsrohr in seiner Längsachse, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gaszuleitungsrohr (61 bzw. 163) über die ganze Länge des Behälters entlang der Zyklonachse und durch die Mündung eines Austrittskanals (54 bzw. 154) für den Überlauf erstreckt, im Bereich des Behälters Austrittsöffnungen (65 bzw. 165) aufweist und in Richtung der Behälterachse feststellbar verschiebbar angeordnet ist.

5. Hydrozyklon nach Anspruch 4, bei dem sich der im wesentlichen zylindrische Behälter in seinem unteren Bereich kegelförmig verjüngt und sich an dem kegelförmigen Teil der untere Auslaß gleichachsig anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein kegelförmiger Regelkörper (90) in dem unteren Auslaß axial verschiebbar angeordnet ist.

6. Hydrozyklon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper auf dem Gaszuleitungsrohr verschiebbar geführt und unterstützt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1057135;
französische Zusatzpatentschriften Nr. 64 522,
092;
britische Patentschriften Nr. 507 412, 774 406.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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