DE1442388A1

DE1442388A1 - Mehrfachhydrozyklonanlage

Info

Publication number: DE1442388A1
Application number: DE19631442388
Authority: DE
Inventors: Johnson Oscar Walter
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1962-11-14
Filing date: 1963-10-08
Publication date: 1968-10-31
Also published as: GB1072524A; BE639131A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein gekapselte keramische Zyklone und insbesondere eine Mehrfachhydrozykloneinheit, die eine Vielzahl gekapselter Hydrozyklone aufweist.

In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Keramik" ein praktisch nicht metallisches Material mit hohen Abnutzungsfestigkeiteigenschaften. Diese Keramiken sind normalerweise in der Lage, hohen Temperaturen und Drükken zu widerstehen und sie sind äusserst hart und fest gegen Kompression. Keramik hat den wesentlichen Nachteil, dass * ihre Zugfestigkeit gering ist und sie leicht durch thermische und bzw. oder mechanische Stösse beschädigt wird.

Bisher sind keramische Hydrozyklone für Anwendungszwecke gebraucht worden, wo die in Betracht kommenden Arbeitstemperaturen und -drücke massig hoch waren und das zu behandelnde Material stark scheuernd war. Es war daher notwendig, die Hydrozyklone aus einem keramischen Material zu bauen, das der Abriebwirkung des zu behandelnden Materials wider-

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stehen würde. Dann wurde festgestellt» dass das verwendete keramische Material der Abriebwirkung des zu zerlegenden Materials widerstand, aber infolge der bei der Anwendung auftretenden thermischen und mechanischen Stösse nur eine sehr kurze Gebrauchs&auer hatte» Tatsächlich verfielen bei mehreren Anwendungen die keramischen Hydrozjklone vollständig aufgrund dieser Stösse. Als Lösung des Problems wurde vorgeschlagen, die keramischen Teile durch eiae Metallhülle su verstärken, um den vorstehend erwähnten Beanspruchungen zu widerstehen. Verschiedene Baumethoden für diese verstärkten keramischen Körper sind vorgeschlagen worden, aber keiner dieser Vorschläge erwies sich als zufriedenstellend. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, solche keramischen Körper durch Aufschrumpfen einer Metallverstärkuagshiille oder eines Gehäuses auf der Aussenseite des Korpers zu verstärken. Wegen des grossen Ausdehnungskoeffizienteaa. der meisten metallischen Werkstoffe hat jedoch das Yerstärfcungsgehäuse die Eigenschaft, bei hoher Temperatur grosser au werden und sich von dem keramischen Körper abzutrennen, da dieser einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten toesitst.

Ein anderes schwerwiegendes "ProlbXeia, das bei der Verwendung keramischer Hydrozyklone angetroffen wurde» "bestand in der Art und Weise, wie eine Vielzahl solcher Einheiten parallel eingebaut wurde, so dass die von. den Arma— turteilen ausgeübten mechanischen Spannungen nicht zum Reissen oder Brechen der keramischen Teile führten, 3?emer mussten solche Hydrozyklone derart montiert werden, dass die Gesamteinheit nicht leckte.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Mehrfachzykloneinheit zu schaffen, die gekapselte keramische Zyklone verwendet, die widerstandsfähig gegen thermische und mechanische Stösse sind. Ausserdem soll die kompakte Mehrfachzykloneinheit sieh leicht zusammenbauen, lassen und im Betrieb wirksam sein· Auch sollen gekapselte keramische Hydrozyklone verwendet werden, die innerhalb der Einheit sicher montiert werden und eine lange Lebensdauer aufweisen.

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Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines keramischen Hydrozyklons mit einer metallischen Ummantelung, die auf das keramische Material aufgeschmolzen ist, so dass es scharfen mechanischen und thermischen Stössen ohne Beschädigung widersteht. Schliesslich soll ein keramischer Körper durch eine Hetallhülle eingekapselt werden, um ein verstärktes keramisches Seil au ergeben, das scharfen mechanischen und ϊ/ärmestössen widersteht.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Pig· 1 ist eine Draufsicht auf eine neue und verbesserte Mehrfaehhydrozykloneinheit nach der Erfindung.

J¹Xg. 2 ist eine teilweise nach Linie II-II der Fig. 1 geschnittene Seitenansicht.

Pig. 3 ist ein Querschnitt in vergrössertem Masstab nach Linie III-III der Pig. 2. Sie zeigt den neuen und verbesserten Hydrozyklon im einzelnen.

Pig. 4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hydrozyklons und seiner Befestigungsteile nach Pig. 3.

Pig. 5 ist ein Querschnitt nach Linie V-V der Pig· 3·

Die allgemeine Arbeitsweise der Mehrfachhydrozykloneinheit 10 sei anhand der Pig. 1 und 2 erläutert. Ein Brei aus Flüssigkeit und festem Material wird der Einlaufkananer 12 durch Löcher 14 zugeleitet, die mit dem Einlassrohr 16 in offener Verbindung stehen. Letzteres trägt einen Plansch 20 zu* Anschluss an eine nicht dargestellte Leitung für Rohmaterial.

Der rohe Brei wird dann tangential in mehrere Einzelzyklone 22 geleitet, die in der Zuführkammer 12 zwischen Eostplatten 24 befestigt sind, und das Material wird durch

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Zentrifugalwirkung in eine schwere Fraktion und eine leichte Fraktion zerlegt» Der leichte Überlauf aus den Hydrozyklonen 22 wird im oberen Gehäuseteil 26 aufgefangen und der Verwendungsstelle durch den Überlaufauslass 28 zugeleitet. Die schwere Unterlauffraktion aus den Hydrozyklonen 22 wird im unteren Gehäuseteil 30 aufgefangen und ihrer Verwendungsstelle durch die Unterlaufauslassleitung 32 zugeleitet. An den Oberlauf- und Unterlaufauslässen 28 und 32 sind Flansche 34 und 36 angebracht, um den Mehrfachhydrozyklon an die betreffenden nicht dargestellten Auslassleitungen anzuschliessen.

Der Mehrfachhydrozyklon 10 besteht in der Hauptsache aus drei Abschnitten, nämlich dem oberen Gehäuse 26, dem unteren Gehäuse 30 und dem mittleren Einlaufabschnitt Lezterer besitzt einen Ringteil 40 zur Abstützung der Plattenroste 24,zwischen denen eine Vielzahl von Hydrozyklonen 22 in nachstehend beschriebener Weise befestigt ist. Mehrere Stützen 42 liegen zwischen den Zyklonen und sind in geeigneter Weise an den Rostplatten 24 angebracht, um den Einlauf— abschnitt 38 zu versteifen.

Ein Ringflansch 44·ist am oberen Gehäuseteil 26 angeschweisst oder in sonstiger Weise befestigt und nimmt mehrere Bolzen.46 auf, die sich, auch durch einen anderen Ringflansch 48 erstrecken, der am unteren Gehäuseteil 30 angeschweisst oder in sonstiger Weise befestigt ist. Durch entsprechendes Anziehen der Muttern 50 werden Gehäuseteil 26, mittlerer Einlaufabschnitt 38 und unterer Gehäuseteil 30 unter Bildung einer Mehrfachhydrozykloneinheit verbunden. Metallische O-fiin^ z>Of aie auch als Ringdichtungen bezeichnet werden können,· sind zwischen mittlerem Einlaufabschnitt 38 und den oberen und unteren Gehäuseteilen 26 und 30 vorge- *. sehen, um--diese Gehäuseteile nach atissen abzudichten und einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Gehäuse zu verhindern.

Der Mehrfachhydrozyklon 10 ist vorzugsweise in . senkrechter Lage beispielsweise durch Beine 52 montiert, die an einer Ringplatte 54 aus Stahl angeschraubt oder in sonsti-

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ger Weise befestigt sind. Letztere ist an den Eingteil 40 angeschweisst. An den Beinen 52 sind gegebenenfalls Fasse 56 angebracht ·

Fig* 3 und 5 zeigen im einzelnen die als Teile der Erfindung verwendeten Hydrozyklone· In der Hauptsache besteht ein Hydrozyklon 22 aus einer Kappe 56, einem inneren Keramikteil 53 mit einem zylindrischen Abschnitt 60 und einem konischen Abschnitt 62 und einer Umkapselung aus einer Stahlhülle 64· Diese Hydrozyklonart arbeitet in üblicher 'eise, indexE der Brei aus der Einlauf kammer 12 in den Jtoni..--Jüen Teil 6: des keramischen Körpers 58 durch den tangentialen Einlass 66 eingeführt wird. Die Suspension bewegt sich in inneren und aus s er en Wirbeln vom selben Drehsinn· Der leichtere InnenwJ.rbel bewegt sich jedoch axial zur Austragöffnung 68 an der Basis in der Kappe 56, während der schwerere oder dichtere Aus^enwirbel sich axial zur Apexöffnung 70 bewegt· Die Fraktion von höherer Konzentration wird in das untere Gehäuse 30 durch die Apexöffnung 70 ausgetragen, und die Fraktion geringerer Konzentration geht in das obere Gehäuse 26 durch die Auslassöffnung 68 in der Kappe 56 an der Basis»

Wie vorstehend erwähnt, bietet' die Verwendung hoch abriebfester keramischer Zyklone mehrere schwierige Probleme. Obgleich diese Materialien, nämlich eine hohe Abriebwiderstandsfähigkeit und Kompressionsfestigkeit besitzen, neigen sie doch infolge ihrer geringen Zugfestigkeit leicht zum Zerfall unter thermischen und mechanischen Stössen, wenn sie über einen weiten Temperatur- und Druckbereich arbeiten· ·

Ss wurde gefunden, dass die beste Methode zur Steigerung der Widerstandsfähigkeit der keramischen Hydrozyklone gegen thermischen und mechanischen Stoss darin besteht, dass man den Zyklon mit einer Metallhülle in solcher Weise umkapselt, dass die aufgebrachte Metallhülle den Hydrozyklon unter Kompression setzt· Tatsächlich wurde bei der nachstehend beschriebenen Methode festgestellt, dass die Porosität des keramischen Hydrozyklons weitgehend infolge der

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Kompressionskraft der auf den Hydrozyklon aufgeschmolzenen Schale vermindert wird·

Bei der Herstellung des eingekapselten. Hydrozyklons 22 wird der keramische Körper 58 zunächst in ein Gesenk gesetzt, das einen vorbestimmten Zwischenraum zwischen keramischem Körper und Gesenk freilässt· Bann wird geschmolzenes Wachs in diesen Zwischenraum eingegossen und sich unter Abkühlung verfestigen gelassen, so dass sich eine harte äussere Wachshülle um den keramischen Körper 58 bildet. Bann werden mehrere dieser mit Wachs überzogenen keramischen Körper in einen Halter eingesetzt und kontinuierlich, in. einen Keramikbrei eingetaucht, um einen keramischen Überzug auf de® Wachsgehäuse aufzubauen« Ber mit Keramik und Wachs überzogene keramische Körper 58 wird dann in einen Ofen gesetzt und langsam gebrannt, so dass der äussere keramische Überzug fest wird und das Wachs zwischen äusserem Keramikliberzug und innerem Keramikkörper schmilzt. Bann wird geschmolzenes Metall in den Spalt zwischen äusserem keramischem Überzug und innerem keramischem Körper eingegossen, der vorher von dem Wache eingenommen wurde. Ber ganze Aufbau wird dann abkühlen gelassen. Barauf wird das äussere keramische !utter abgebrochen, und es veiSLeibt der in ]?ig. 3 dargestellte eingekapselte Hydrozyklon.

Es wurde gefunden, dass das geschmolzene Metall bei der Abkühlung schrumpft und den keramischen Körper 58 unter Kompression setzt. Tatsächlich tritt anscheinend eine Art Amalgam!erung an den Grenzflächen zwischen der Aussenseite des keramischen Körpers und der Innenfläche der umschliessenden Metallhülle auf, so dass der Metallauftrag auf den keramischen Körper 58 aufgeschmolzen wird· Bas Ausmas s der Kompressionskraft auf den keramischen Hydrozyklon hängt von mehreren Variablen ab, wie aen Eigenschaften des gewählten Metalles« der Temperatur des geschmolzenen Metalles und der Dicke der gewünschten Schale· . _f

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Vorzugsweise soll die äussere Metailumhüllung 64 sich von einer Stelle unterhalb des tangentialen Einlasses "bis zu einer Stelle nahe der Apexcffnung 70 erstrecken. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, gewünsehtenfalls den keramischen Körper 58 nur teilweise einzukapseln. Ebenso kann im Rahmen der Erfindung die äussere Gestalt des keramischen Körpers 58 geändert werden. Natürlich kann die Aussenfläche des keramischen Körpers 58 auch völlig zylindrisch sein.

Aus K.g· 3 und 4 ist ersichtlich, dass der Metallauftrag 64 noch einem weiteren Zweck dient. Wie schon erwähnt wurde, ist der Hydrozyklon 22 zwischen Rostplatten 24 befestigt und eingedichtet, so dass der Rohbrei von der Einlauf kammer 12 in den Tangentialeinlass 66 eintritt und die Überlauf- und Unterlauffraktionen durch die Austragöffnung an dei* Sc._is bzw. £ie Apexöffnung 70 austreten· Beim Zusammenbau wird der ü-xting 72 uui das Apexende des Hydrozyklons gelegt,so dass er auf der Rostplatte 24 aufsitzt, wenn das Apexende 74 in die öffnung 76 in der Rostplatte 24 eingreift. Die Kappe 56 mit den Unterlegscheiben 78, die den Spindelteil 80 der Kappe 56 umgeben, wird dann aufgesetzt und verschliesst das Baaisende des korr.nusehen Körpers 58, Eine Haltemutter 82, die von deia 0-äing 84 umgeben ist, wird in die öffnung 86 in der Rostplatte 24 eingeschraubt," bis der Ring 84 gegen die Rostplatte 24 anliegt und abdichtet. Die Spannschraube 88 wird dann in die Haltemutter 82 gegen die Scheiben 78 eingeschraubt, bis der Hydrozyklon 22 zwischen den Rostplatten 24 sicher gehalten wird. Es ist leicht ersichtlich, dass die Spannschraube 88 eine Axialkraft auf den Hydrozyklon aufbringt. Die umsehliessende Metallschale 64 wirkt den Radialkomponenten dieser Axialkraft entgegen und vermindert die Möglichkeit einer Rissbildung oder eines Bruches des keramischen Körpers 58.

Zu betonen ist, dass die öffnung 86 in der Rostplatte 24 grösseren Durchmesser hat als der eingekapselte

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Hydrozyklon 22. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, weil so die Entfernung und. Ersetzung einzelner Zyklone ohne Ausbau der Rostplatten 24 möglich wird.

Die Zahl der verwendeten Scheiben 78 hängt von der Grosse der betreffenden Bauteile, dem Abstand der Rostplatten 24 und der G-rösse der erforderlichen Kraft ab und ist deshalb für die Erfiadung nicht wesentlich.

Die O-rllnge 72 und 84 dichten die Einlauf kämm er sowohl gegen das obere G-ehäuse 26 als auch gegen das untere Gehäuse 3O₁ ab, so dass der zur Einlaufkammer 12 zugeführte Brei in keine dieser Kammern eintreten kann, ohne vorher in den Hydrozyklonen 22 verarbeitet zu werden.

Der hier beschriebene Mehrfachhydrozyklon kann für sehr verschiedene Zwecke verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Verarbeitung eines katalysatorhaltigen Ölstromes vom Fraktionierboden katalytischer Krackanlagen, um brauchbaren Katalysator zurückzugewinnen oder störende Bestandteile aus dem' Produkt zu entfernen· Bei dieser Betriebsweise dient der Hydrozyklon zur Konzentrierung von stark scheuerndem Katalysator bei Temperaturen-.von etwa 360 0 (700° P).Die Hydrozyklone wurden bei dieser Betriebsart vorzugsweise aus Aluminiumoxyd, mit .einer Einkapselung aus nicht rostendem Stahl bestehen, der auf die Aussenfläche de? Ton-' erdeseite aufgeschmolzen ist. Diese Hydrozyklonart würde bemessen sein für ungefähr 10,5 at (150 Pfund/Zoll ) und kann bei Temperaturen in der Höhe bis zu 700° G (1300° I) betrieben werden. Die einzelnen gekapselten Hydrozyklone sind in der Lage, unter Drücken bis zu 700 kg/cm (10 000 Pfund/Zoll ) zu arbeiten· Die Breite des Arbeitsbereiches hängt von der Festigkeit des Gesamtgehäuses und seinen Befestigungs- und Sieherungseinrichtungen ab·

Die hier beschriebene Methode zur Einkapselung eines keramischen Hydrozyklons ist auch anwendbar auf andere keramische Körper, die die Neigung haben, unter extremen Druck-bzw· Temperaturbedingungeii zu reis sen oder zu zerfallen.

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Die beschriebene Vorrichtung hat viele offensichtliche Vorteile, die sich bei den Vorrichtungen bekannter Art nicht finden. Der Mehrfaehhydrozyklon ist einfach und verhältnismässig billig herzustellen. Er verwendet einen neuartigen Hydrozyklon, der nicht nur hoch widerstandsfest gegen Abrieb ist, sondern auch scharfen mechanischen und thermischen Stössen widersteht· Der beschriebene Hydrozyklon vermindert auch die Möglichkeit einer Beschädigung während der Herstellung, weil die auf den Apparat aufgebrachten mechanischen Spannungen die verschiedenen Bestandteile mit Sicherheit in wirkungsmässige Beziehung bringen. Der hier beschriebene Hydrozyklon bietet die Vorteile, die zwangläufig mit der Kompressionseharakteristik von Keramik durch Aufschmelzen einer Metallschale auf der Aussenseite verbunden sind, um so den keramischen Körper unter weitere Kompression zu setzen und die GesamtZugfestigkeit des Hydrozyklons zu steigern.

Obgleich im Vorstehenden die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besonders bec-onrieben wurde, können hieran Abänderungen vorgenommen werdnu, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

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Claims

-to - . Pat entaasprüche

1. Eingekapselter Baukörper mit „einem kohlen keramischen Bestandteil, gekennzeichnet durch eine auf die Aussenfläehe des keramischen Körpers aufgeschmolzene metallische Lage, die den keramischen Körper unter Kompression setzt.

2. Baukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle keramische Körper kreisförmigen Querschnitt hat.

3· Baukörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle keramische Körper an zwei Enden offen ist.

4. Baukörper nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass die Höhlung in dem keramischen Körper von einer grössten Querschnittsfläche am einen Ende sich auf eine Mindestquer— schnittsfläche am anderen Ende verjüngt«

5. Baukörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass praktisch die ganze Aussenseite des keramischen Körpers von dem Metallfutter eingekapselt ist.

6. Hydrozyklon mit einem hohlen keramischen Körper, gekennzeichnet durch eine auf die Aussenfläehe des keramischen Körpers aufgeschmolzene Metallschale.

7. Hydrozyklon nach Anspruch 6, dadurch gekeimzeich-, net, dass der Tangential einlass nahe der Wirbeiaus tr agöffnung liegt und die Met all schale sich zwischen dem !Eangentialeinlass und der Apexaustragsöffnung befindet,

8 ο Hydro zyklon trennanlage mit einem Gehäuse, in welchem ein Paar in Abstand liegender Platten- zwei Austragkammern mit einer dazwischenliegenden die Hydx'ozyklone enthaltenden Kammer unterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Platten keramische Hydrozyklone eingesetzt sind, deren Oberlauf aus t rags öffnungen mit der einen und deren Apexaustragsöffnungen mit der anderen Austragkammer in "Verbindung stehen, wobei die keramischen Hydrozyklone eine auf die Aussen-

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fläche aufgeschmolzene Metallsehale besitzen., die die Hydrozyklone unter Kompression setzt, die tangential en Einlasse der Hydrozyklone in offener Verbindung mit der dritten Kammer stehen und der zu trennende Brei unter Druck der dritten Kammer zwischen den Platten zugeführt wird,

9. Hydrozykloneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Hydrozyklone in die die Einheit unterteilenden Platten derart eingesetzt sind, dass die einen Hydrozyklonenden sich auf eine der Zwischenwände aufsetzen und Befestigungsmittel mit den anderen Hydrozyklonenden wirkungsaässig verbunden sind, die den einzelnen keramischen Hydrozyklon unter Axialdruck setzen»

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel aus einem Halter, der in einer der Zwischenbodenplatten sitzt,, und einer Spanneinrichtung besteht, die innerhalb des Halteteiles gesichert ist und eine Axialkraft auf den Hydrozyklon ausübt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil in einem in der Zwischenbodenplatte geformten Loch lösbar befestigt ist, das grosser ist als der grösste Durchmesser des keramischen HydroZyklons mit seiner Metallhülle.

12. Trennanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Hydrozyklone einen hohlen Körper und eine Kappe besitzen, die dessen eines Ende verschliesst und die Wirbelaustragöffnung sich in der Kappe in ?liessverbindung mit der Austragkammer befindet, während die.Apexöffnung in dem keramischen Körper in Fliessverbindung »it der zweiten Austragkammer steht.

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