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 Verfahrens

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DE1642787A1 DE19671642787 DE1642787A DE1642787A1 DE 1642787 A1 DE1642787 A1 DE 1642787A1 DE 19671642787 DE19671642787 DE 19671642787 DE 1642787 A DE1642787 A DE 1642787A DE 1642787 A1 DE1642787 A1 DE 1642787A1
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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
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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
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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-
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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
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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.
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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 .
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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)

Beloifc Corporation >/£. ti. Beloit, Wisconsin, USA Patentansprüche
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).
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DE19671642787 1966-04-18 1967-04-18 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 Pending DE1642787A1 (de)

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