DE1642787A1 - Verfahren zum Abscheiden von Fremdkoerpern aus einer fliessfaehigen Suspension,insbesondere aus einer waessrigen Aufschlaemmung von Faserstoffen fuer die Papierherstellung und Fliehkraft-Abscheider zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Abscheiden von Fremdkoerpern aus einer fliessfaehigen Suspension,insbesondere aus einer waessrigen Aufschlaemmung von Faserstoffen fuer die Papierherstellung und Fliehkraft-Abscheider zur Durchfuehrung des VerfahrensInfo
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Description
50^4/07
Beloit Corporation (66?) St.Jngbert,
Beloit, Wisconsin, USA ·
Verfahren zum Abscheiden von Fremdkörpern aus einer
fließfähigen Suspension, insbesondere aus einer wässrigen Aufschlämmung von Faserstoffen für die
Papierherstellung und Fliehkraft-Abscheider zur -
Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Fremdkörpern
aus einer fließfähigen Suspension, insbesondere aus einer wässrigen Aufschlämmung von Faserstoffen für die Papierherstellung
mittels eines Fliehkraft-Abscheiders. Fliehkraft-Abscheider haben üblicherweise eine kegelförmige Kammer mit
einer oberen mittigen Entnahme-Öffnung_für die gereinigte Aufschlämmung,
einer untereiAustrag-Öffnung am Scheitel der Kammer |
zum Austrag der Fremdkörper sowie einer tangentialen Einlaß-Öffnung.
Solche Fliehkraft-Abscheider werden durchweg zur Reinigung
einer Flüssigkeit oder eines Gases benutzt, indem die darin
enthaltenen Fremdkörper abgezogen werden. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Fliehkraft-Abscheider ist das Reinigen
von Papierbrei, in dem Holzfaserstoffe in einer wässrigen Lösung aufgeschlämmt sind. Obwohl im folgenden nur von dem
Reinigen von Papierbrei gesprochen wird, ist ein® Übertragung
10 9 818/1600 -2-
der Prinzipien der Erfindung auf mancherlei andere Gebiete nicht
ausgeschlossen.
Aufgrund der Wirkungsweise eines Fliehkraft-Abscheiders können
die Trägerflüssigkeit bezw. das Trägergas und die darin enthaltenen Partikel in folgende Kategorien klassifiziert werden:
a) die Hauptströmung·(Flüssigkeit oder Gas)
b) die annehmbare bezw. aufzunehmende Fraktion (in diesem Fall Holz-Faserstoffbrei)
e)die zurückzuweisende bezw. abzuscheidende Fraktion,
die wie folgte unterteilt werden kann:
1. Partikel mit einem spezifischen Gewicht nahe demjenigen der annehmbaren Fraktion, aber mit unterschiedlicher
geometrischer Gestalt und daher scheinbar größerer Dichte (im vorliegenden Fall Rinde,
Splitter, Knollen etc.)
2. Partikel anderen Ursprungs als die annehmbare Fraktion, aber von ähnlichen spezifischen Gewicht
und ähnlichen Abmessungen,
3. Partikel anderen Ursprungs als die annehmbare
Fraktion mit im wesentlichen unterschiedlichem spezifischen Gewicht oder Dichte,
Die Masse des Zuflusses, der durch die tangentiale Einlaß-Öffnung
eines Fliehkraft-Abscheiders geht, ist unmittelbar darauf einer Fliehkraft-Komponente unterworfen, von anderen,
auf die eintretende Strömung einwirkenden Kräften abgesehen. .Diese Komponente ist eine Funktion der tangenfeialen Geschwindigkeit und des jeweiligen Radius8 des einzelnen Partikels, wodurch
die vorerwähnte "c-3"-Fraktion sofort abgetrennt wird. Während
der Verweilzeit dieser Fraktion in äei8 kegeligen Kammer verbleibt
;i; 10 9 818/1800 ^5"
BADORIGiNAL
16427a?
diese auf einem schraubenförmigen Weg dicht an der Kammerwandung,
bis sie durch die Austrag-Öffnung am Scheitel der kegeligen
Kammer ausgetragen wird.
Die andere auf den Fluß einwirkende Kraft ist die Einzugskraft
der Flüssigkeit, die aufgrund der Anwesenheit der oberen mittigen
Entnahme-Öffnung hervorgerufen wird. Indem die Flüssigkeit durch diese Ö££nung auszutreten sucht, wird sie sofort einem wachsend
breiterwerdenden Fliehkraftfeld unterworfen» Die Intensität
dieses Feldes hängt ab von der Größe dieser Öffnung, indem sie
mit der Abnahme dieser Öffnung anwächst. (Wenn man zwei Einheiten mit identischem Ausfluß, Druckgefälle und geometrischer Form
etc. miteinander vergleicht, so ist diejenige in ihrem Wirkungsgrad letztlich überlegen, die die kleinere Entnahme-Öffnung hat).
Die Wahrscheinlichkeit* daß ein Partikel, das durch dieses vergrößerte
Fliehkraftfeld geht, aufgenommen "wird, ist besonders
hoch, da die Verweilzeit besonders klein ist. Es sei für den Augenblick angenommen, daß eine Trennung entstanden
ist und Partikel der "c-l"-Fraktion sowie der "e-2"~
Fraktion zurückgewiesen und daher zum Umfang hin dirigiert werden. Auf ihrem Weg treffen sie mit anderen Partikeln zusammen, |
kollidieren und verlieren einen Teil ihrer Energie, die ihnen anfänglich zuteil geworden ist. Dieser Energieverlust ist verbunden
mit einer Konzentration der eingezogenen Fraktion *b",
die sich in der Aufschlänifflung zwischen dem Kern des Strudels
und dem Umfang befindet. Bei der Wirkungsweise von Fliehkraft-Abscheidern,
wie sie bisher benutzt wurden, wächst die Konzentration
an der Kammerwandung schnell an, bis sie am Scheitel der '""■"." ■■"."■■-."'"" "■'.'-■". -4-
109818/1600
- 4-..-■ 16Λ2787
Kammer ein Maximum erreicht.
In Lösung der Aufgabe, die Leistungsfähigkeit bezw. den Wirkungsgrad
bisher bekannter Fliehkraft-Abscheider zu verbessern, wird gemäß der Erfindung verfahrensmässig vorgeschlagen, daß auf der
inneren Oberfläche der kegelförmigen Kammerwandung ein Flüssigkeitsbelag
erzeugt und aufrechterhalten wird. Die Flüssigkeit kann klares Wasser sein, und der Belag wird dadurch erzeugt, daß
für die Kammerwandung ein poröser Werkstoff .,gewählt wird, durch
den die Flüssigkeit diffundiert. Wenn die Kammerwandung aussen mit unter Druck stehender Flüssigkeit beaufschlagt wird, so erfolgt
diese Diffusion gleichmässig und bildet den gewünschten
Flüssigkeitsbelag. Die Wirkung dieser langsam diffundierenden
Flüssigkeit besteht darin, daß sie die "b"-Fraktion "befreit"
und den Einzug derselben zur Mitte der Kammer hin unterstützt, wo sie wieder eine Chance hat, aufgenommen zu werden. Die frühzeitige
Einführung derFlüssigkeit durch die poröse Kammerwandung läßt daher die Zahl der Chancen ansteigen, daß Fremdkörper abgetrennt
werden, da die Strömung kontinuierlich auch die zweifelhaften Partikel in der Franktion "c-l" und "e-2" entlang dem
Umfang zur mittigen Entnahme-Öffnung hin einzieht. .
Der eingestellte Flüssigkeitsbelag hat daher zwei Austrittsmöglichkeiten:
1. zusammen mit der zurückzuweisenden Fraktion in Richtung auf
den Scheitel der Kammer zu zu fließen,
2. in radialer Richtung zur Mitte des Kegels zu fließen und durch
die Entnahme-Öffnung aufgenommen zu werden.
Es wurde gefunden, daß beide Wege von der eingeleiteten Flüssigkeit eingeschlagen werden können, wobei der größte Teil durch
die Austrag-Öfflnung am Scheitel der Kammer geht, wenn der Zufliiß
durch die poröse Kammerwandung gering gehalten wird. Damit stellt
109818/1600
■'■-■■■ " -5-
BAD
die Menge der eingedrückten Flüssigkeit zur Erzeugung des Plüssigkeitsbelages eine weitere veränderliche Größe des
Verfahrens dar, sodaß durch die Änderung des Zuflusses'durch
die Kammerwand und Konstanthaltung aller anderen Veränderliehen verschiedene Arbeitsweisen eingestellt werden können.
Es ist demnach ein Ziel der Erfindung, die Leistungsfähigkeit bezw. der Wirkungsgrad eines Fliehkraft-Abscheiders zu verbessern,
um eine bessere Aufteilung der Fraktionen zu erreichen
und ihn für die Reinigung von Hoit-Faserstoffbrei besonders
geeignet zu machen. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbelag auf
der Kammerwandung verbessert die Trennung der abzuweisenden *
Fraktion von der annehmbaren Fraktion, indem die Konzentration
von Faserstoff an der Kammerwandung beeinflußbar herabgesetzt
wird und ein Abscheider geschaffen,, wird, mit dem Aufschlämmungen
hoher oder niedriger Konsistenz behandelt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel
eines Fliehkraft-Abscheiders zur Durchführung des Verfahrens
werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l einen Längsschnitt durch einen Fliehkraft-Abscheider
gemäß der Erfindung, und |
Fig.2 eine vergrößerte Teildarstellung von Fig.l.
Wie bekannt, werden die wässrige Aufschlämmung mit den festen VErunreinigungen durch den tangentialen Einlaß 10 eingeleitet 9
sodaß ein fortschreitender Wirbel entlang der Innenseite der
Kammerwandung 20 einer kegelförmigen Kammer erzeugt wird. Die Zuströmung kann durch ein Ventil 11 gesteuert werden. Die
schweren festen Fremdkörper bewegen sich zum Mundstück 30 hin,
wogegen die Aufschlämmung, die weniger den Fliehkräften unterworfen ist, innerhalb des Strudels zur oberen Entnahme-Öffnung
4o zu zurückgeführt wird.
10 9818/1600 "
-6 - 104278?
Die Kammerwandung 20 ist von einem Wassermantel 50 umgeben, an
den ein Einlaß 60 angeschlossen ist. Die Kammerwandung 20 besteht aus porösem Werkstoff, sodaß - wenn frisches Wasser unter Druck
in den Ringraum zwischen der Kammerwandung 20 und dem Mantel 50
eingeleitet wird - äas Wasser durch die Poröse Wand 20 diffundiert.
Hierdurch wird auf der inneren Oberfläche der kegelförmigen Kammerwandung 20 ein FlUssigkeitsbelag erzeugt. Wesentlich ist, daß
die durch die Kammerwandung diffundierende Wassermenge relativ zu dem durch den Einlaß 10 in die Kammer eintretenden Strom geregelt
werden kann. Ein Steuerventil 11 in der Einlaßleitung 10 erlaubt eine Regelung der eingeleiteten Aufschlämmung. Das langsam
durch die poröse Kammerwandung nach innen diffundierende
Wasser unterstützt das Einziehen der annehmbaren Fraktion der
Papierbrei-Aufschlämmung zur Mitte des Wirbels hin. Die zurückzuweisenden
Fremdkörper, die von der Aufschlämmung noch nicht abgetrennt sind, werden ebenfalls eingezogen, sodaß sie nochmals
die Möglichkeit haben, abgetrennt und ausgeschieden zu werden, wodurch der Wirkungsgrad des Abscheide-Vorganges gesteigert wird.
Es ist an dieser Stelle zu vermerken, daß die Querschnittsfläche
des fortschreitenden Wirbels klei>rijer ist als die Querschnittsflache
der kegeligen Kammer, und zwar aufgrund des Effektes der Konzentration. Der größte Durchmesser d des Mundstückes 50 ist
aber größer als der kleinste Durchmesser D der kegeligen Kammer. Dies erlaubt es den schweren Partikeln, einen längeren Weg
zurückzulegen, wodurch diese Partikel von dem zentralen, sieh aufwärtsbewegenden Strudel ferngehalten werden.
Der Scheitel des Mundstückes JO kann ebenfalls eine relativ
kleinere Dimension haben, weil der Wirkungsgrad des Flienkraft-r
Abscheiders gemäß der Erfindung vergrößert wird. Die Größe der
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Entnahme-Öffnung eines Fliehkraft-Abscheiders wird durch seinen
Wirkungsgrad bestimmt, weil eine Verdünnung im Bereich der
Auftriebskräfte der Kammerwandung den Holzfaserstoffbrei veranlaßt,
sich radial zur Mitte des ffortsehreitenden Wirbels und
dann zur Entnahme-Öffnung 4o zu bewegen, sodaß die Aufschlämmung
am Auslaß einen größeren Prozentsatz von gewünschten Partikeln enthält. Normalerweise muss ein Abscheider aufgrund der hohen
Konsistenz des konzentrierten Faserstoffbreis am Scheitelausgang
für einen gewissen Fluß ausgetragener Partikel eine Öffnung bestimmter Abmessung haben,"um zu vermeiden, daß sich der Aus- ä
laß verstopfte. Dies bedeutet, daß bei höherer Konsistenz aufgrund
der wachsenden Verstopfungsgefahr die Scheitelöffnung
relativ groß sein muß. Diese Zunahme der Scheitelöffnung hat
einen großen Ausfluß zur Folge, was wegen des Verlustes an
gewünschtem Faserstoffbrei wiederum zu einem geringeren Wirkungsgrad
führt.
Fig.2 zeigt einen Teil der porösen Kammerwandung 20 und des
Mundstückes 30 in vergrößerter Darstellung. Innerhalb des
Mundstückes 30 wird mit Absicht kein Flüssigkeitsbelag erzeugt.
Es ist .klar-ersichtlich», daß zwischen den inneren Oberflächen der
Wandung 20 und des Mundstücks 30 eine Diskontinuität besteht.
Die plötzliche Vergrößerung des Durchmessers, an dieser Stelle
verlängert den Weg der Fremdkörper und hält die zurückzuweisenden
Partikel von dem pittigen Strudel fern, sodaß diese Partikel
daran gehindert werden, von dem aufwärtsgehenden Strudel eingezogen zu werden. Das durch die poröse Wandung 20 eintretende
leichteren/ Wasser läßt daher die gewünschten/Partikel sich radial nach
innen zur Mitte des Strudels zu bewegen, wo sie vonpdem aufwärtsgehenden
mittigen Strudel erfaßt werden wohingegen das .
109818/1600 ~8"
größere und "trockene" Mundstück 50 die schwereren unerwünschten
Partikel von dem Aufwärts-Strudel fernhält und die= Abwärtsbewegung
zur Scheitelöffnung hin fördert.
Zusammengefaßt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Reinigen einer Papierbrei-Aufschlämmung von
Fremdkörpern, indem die Aufschlämmung in eine ^kegelige Kammer
eingeleitet wird, auf deren Innenwandung ein Belag von firschem
Wasser erzeugt wird und die ein Mundstück am schmaleren Ende hat,
das eine nicht poröse Wandung besitzt sowie eine Öffnung zum Austrag der Fremdkörper. Das Mundstück hat gegenüber dem
schmaleren Ende der Kammer einen um soviel kleineren Auslaß wie es dem Flüssigkeitsbelag auf der Innenwandung der Kammer entspricht. Indem der dünne Flüssigkeitsbelag innerhalb der Kammer
aufrechterhalten wird, erhält man eine niedrigere Konzentration von Faserstoff; denn dieser Wasserbelag ruft eine den Auftrieb
unterstützende Schmierung hervor, die Reibungswiderstände herabsetzt. Auch wird dadurch die Kammerwandung geschützt. Ferner
läßt die herabgesetzte Konzentration von Faserstoffen den Wirkungsgrad
anwachsen. Dies wiederum erlaubt es, die Entnahme-Öffnung
entsprechend dem gesteigerten Wirkungsgrad kleiner zu wählen.
Damit steuert die Abmessung dieser Öffnung die Leistungsfähigkeit. Indem die Entnahme-Öffnung kleiner gemacht wird, erhöht sich
die Winkelgeschwindigkeit der wirbelnden Partikel. Es wurde gefunden,
daß die Größe der Entnahme-Öffnung mit dem gleichen Druck-Differential
verringert werden kann, wenn die Kammer-Oberfläche im Sinne der Erfindung geschmiert ist. Auch kann mit dem gleichen
Druck-Differential das Volumen des Abscheiders erhöht werden.
Wenn der Fluß durch die poröse Kammerwand beispielsweise 50$ des
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Gesamt-Durchflusses ausmacht, so wird sich die Dichte des Flusses durch die Einheit : ändern.Hierdurch werden mehr Partikel
der "c-1 "-Fraktion sowie der ^0-2"-Fraktion durch die Entnahme-Öffnung
gezwungen, sodaß die Einheit mehr zum Auslesen nur der
11 c-5"-Fraktion eingestellt ist. Die Anwendung dieser Flußverteilnng
könnte in Fällen auftreten, wo eine Masse sehr hoher Konsistenz eingeführt wird und eine niedrige Konsistenz der
zurückzuweisenden Fraktion geboten ist.
Das andere Extrem einer Fluß-Verteilung besteht darin, daß die Aufschlämmung nur die Trägerflüssigkeit und die festen Bestandteile
der "c-3"-Fraktion enthält. In diesem Falle braucht nur
wenig Flüssigkeit zur Erzielung des Flüssigkeitsbelages eingeleitet
zu werden, um dessen Schmiereigenschaft einzustellen.
Die vorstehenden Prinzipien können auch auf Gas-Fliehkraft-Abscheider
angewandt werden, wobei der Flüssigkeitsbelag auf der Kammerwandung feste Bestandteile einfängt und durch die
Scheitelöffnung austrägt. In anderen Fällen wirkt die Flüssigkeit kühlend und verschleißmindernd, wenn die Gase sehr heiß
sind. Es ist festzustellen, daß weitere Vorteile und Verwendungsmöglichketten
der Auftriebsregelung durch Flüssigkeits-injektion in den verschiedensten Fällen erhalten werden können, wo Fliehkraftabscheider
benutzt werden. Somit ergibt sich, daß der neue Fliehkraft-Abscheider einen bedeutend größeren Wirkungsgrad aufweist,
indem der Einlaßdruck herabgesetzt wird und die Kammerwandung mit einem FlUssgkeitsbelag versehen wird.
Die Herabsetzung von Reibungsverlusten, die durch die Auftriebsschmierung
der Kammerwand erhalten wird, bringt verschiedene.
Vorteile mit sich, So wird für den gleichen Druckabfall eine
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höhere Kapazität erreicht; das heißt bis zu 25-30$ mehr Kapazität
im Vergleich zu einer Einheit ohne Auftriebsschmierung.
Wird das Druckgefälle verringert, so erhält man bei gleicher Kapazität einen höheren Wirkungsgrad und einen kleineren
Leistungsverbrauch (kleinere Druckpumpe). Für den gleichen Druck und die gleiche Kapazität sowie den gleichen Leistungsverbrauch wird der Wirkungsgrad stark erhöht, wenn der Querschnitt der Entnahme-öffnung verringert wird, da ein kleiner
Durchmesser höhere Winkelgeschwindigkeiten im äußeren Kern des Wirbels erlaubt, die eine schärfere Klassifikation und Abtrennung
mit sich bringt. Wenn alle anderen veränderlichen Größen ohne weiteres Anwachsen des Druckgefälles und des
Leistungsverbrauchs konstant gehalten werden, so erlaubt es
die Erfindung, den Abscheider beträchtlich zu verlängern, indem die Neigung der Kammerwand verändert und demtentsprechend
die Verweilzeit erhöht wird, die einen Regelfaktor darstellt, wo stärkere Klassifikation erwünscht ist.
- Patentansprüche -
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Claims (8)
1. Verfahren zum Abscheiden von Fremdkörpern aus einer
fließfähigen Suspension, insbesondere aus einer wäßrigen Aufschlämmung von Faserstoffen für die Papierherstellung mittels
eines Fliehkraft-Abscheiders mit einer kegelförmigen Kammer,
die eine obere mittige Entnahme-Öffnung für die gereinigte
Aufschlämmung und eine untere Austrag-Öffnung am Scheitel der
Kammer für den Austrag der Fremdkörper sowie eine tangentiale
Einlaß-Öffnung hat, dadurch gekennzeichnet , daß
auf die innere Oberfläche der Kammerwandung (20) ein Flüssigkeitsbelag aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flüssigkeitsbelag aus klarem Wasser besteht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Flüssigkeitsbelag nur bis zu einem schmalen Ende %
(30) der kegelförmigen Kammer aufgebracht wird. ' g
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet,
daß die in der Zeiteinheit in die Kammer gedrückte
Flüssigkeitsmenge zur Auffcechterhaltung des Flüssigkeitsbelages
etwa 50$ der durch den tangentialen Einlaß (10) einströmenden
Aufschlämmung ausmacht,
5. Fl^ihkraft-Äbscheider zur Durchführung des Verfahrens
nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die
Kammerwandung (20) aus porösem Werkstoff besteht, die von aussen
mit unter Druck stehender Flüssigkeit beaufschlagt wird.
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6. Fliehkraft-Abscheider nach Anspruch 5>
gekennzeichnet durch ein nicht poröses kegelförmiges Mundstück (50), das in
die Austrag-Öffnung ausläuft.
7. Flifckraft-Abscheider nach Anspruch 5, gekennzeichnet
durch einen die poröse Wandung (20) im Abstand umgebenden
Wassermantel (50) mit einem Wasseranschluß (6o).
8. Fliehkraft-Abscheider nach den Ansprüchen 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser (D) der kegelförmigen Kammer kleiner ist als der größte Durchmesser (d)
des Mundstückes (50).
9· Fliehkraft-Abscheider nach den Ansprüchen 5 bis 7,
gekennzeichnet durch ein den Durchfluß der den Flüssigkeitsbelag bildenden Flüssigkeit veränderndes Steuerventil (61)
im Wasseranschluß (6o).
109818/1600
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