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Bei der im Folgenden vorgestellten Erfindung handelt es sich um einen Zyklonvorseparator, der einem Zyklon vorgeschaltet wird. Die Vorschaltung eines Zyklonvorseparators führt zu einer Verbesserung der Trennung von Medium und Feststoff in einem nachfolgenden Zyklon.
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Zur Trennung von Feststoffen aus gasförmigen und flüssigen Medien kommen Zyklone zum Einsatz. Durch eine entsprechende z.B. tangentiale Zuführung des mit Feststoffen beladenen Mediums wird dieses innerhalb des zylindrischen Körpers des Zyklons in Rotation versetzt. Aufgrund der durch diese Drehbewegung induzierten Zentrifugalkraft werden die dieser Kraft ausgesetzten Feststoffpartikel an die Außenwand dieses zylindrischen Zyklonkörpers transportiert und durch die weiterhin auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte an dem Außenmantel des Zyklons gehalten. Neben dem Zulauf verfügt ein Zyklon auch über einen Oberlauf und einen Unterlauf. Der Oberlauf wird dabei so ausgebildet, dass das aus dem Zyklon abführende Rohr zentrisch eine bestimmte Länge in den Zyklon hineinragt. Dies hat zur Folge, dass das tangential in den Zyklon eintretende Medium mit den darin enthaltenen Feststoffen nicht direkt in den Oberlauf abfließen können, sondern sich ein Wirbel um dieses Oberlaufrohr ausbildet. Das eintretende Medium muss erst einige Umdrehungen vollziehen, bevor ein Eintritt in das Oberlaufrohr möglich ist. In dieser Zeit, die sich zwischen Eintritt des Mediums und Austritt durch den Oberlauf ergibt, hat der der Zentrifugalkraft ausgesetzte Feststoff Zeit, sich Richtung Zyklonaußenwand zu verlagern. Das Medium kann durch den Oberlauf den Zyklon verlassen, wohingegen die Feststoffe durch die weiterhin wirkende Zentrifugalkraft des Außenwirbels an der Wandung des Zyklons gehalten werden. Der im Zyklon herrschende Druck führt dazu, dass das weitgehend von Feststoffen befreite Medium zum großen Teil durch den Oberlauf des Zyklons austreten kann und ein kleinerer Anteil des Mediums gemeinsam mit den abgeschiedenen Feststoffen aus dem Unterlauf des Zyklons austritt.
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Zyklone werden häufig zur Abscheidung von Feststoffen aus gasförmigen Medien wie Luft (Aerozyklone) bzw. flüssigen Medien (Hydrozyklone) wie Wasser eingesetzt. Im Gegensatz z.B. zu einer Siebanlage ist ein Zyklon einfacher aufgebaut, ist leistungsfähig und verschleißarm. Auch bei großen Durchflussmengen nimmt der apparative Umfang nur geringfügig zu. Zyklone sind in der Lage eine große Bandbreite an Partikeldurchmessern bis hin zu Feinpartikeln abzuscheiden.
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Nachteil eines Zyklons ist, dass von einem Partikeldurchmesser nur eine Teilmenge abgeschieden wird. Auch wenn der größte Teil eines Partikels über die Zentrifugalkräfte an der Außenwand Richtung Unterlauf ausgetragen wird, gelangen einige Partikel gleichen Durchmessers mit in den Oberlauf. Das Maß der Abscheidung wird dabei wesentlich von der Größe der Zentrifugalkraft bestimmt, die wiederum von der Höhe der Zulaufmenge und dem Durchmesser des Zyklons beeinflusst wird. Allgemein kann man sagen, dass sich die Abscheideleistung mit zunehmender Partikeldichte und Korndurchmesser, steigender Zulaufmenge und abnehmenden Zyklondurchmesser verbessert.
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Mit Blick auf die Abscheidung kommt der Trennzone innerhalb des Zyklons hohe Bedeutung zu. Die Trennzone beschreibt den Bereich den das zentrisch angeordnete Oberlaufrohr in den Zyklon hineinragt und somit den Abstand zwischen dem Eintritt in den Zyklon und der Eintrittsöffnung des Oberlaufrohres. Während der Aufenthaltszeit in der Trennzone soll der Feststoff, induziert durch die Zentrifugalkraft, möglichst vollständig den Außenmantel des Zyklons erreichen, um sich so dem zur Überlauföffnung strömenden Medium (z.B. Luft oder Wasser) zu entziehen. Die Partikel, die sich nicht weit genug aus dem Einflussbereich dieser Strömung entfernen konnten, werden von diesem Strömungsfeld erfasst und mit in den Oberlauf ausgetragen.
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Insbesondere bei hoher Mediumviskosität oder anderen eine Trennung negativ beeinflussenden Faktoren kann die Abscheideleistung eines Zyklons negativ beeinflusst werden, da einigen Feststoffpartikeln innerhalb der Trennzone des Zyklons (Bereich zwischen Eintritt in den Zyklon und Eintritt in den Oberlauf) mit dem auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte nicht ausreichend Zeit zur Verfügung steht, um sich weit genug Richtung Zyklonaußenwand zu bewegen. Diese Partikel können sich nicht dem Richtung Oberlaufeintrittsöffnung strebenden Medienstrom entziehen und werden mit dem Oberlauf ausgetragen.
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Die hier vorgestellte Erfindung eines Zyklonvorseparators soll diesem Problem entgegenwirken. Mit dem Zyklonvorseparator soll eine weitgehende Separierung von Feststoff und Medium bereits vor dem eigentlichen Zyklon erfolgen. Dies erfolgt dergestalt, dass das Originalgemisch aus Medium und Partikeln in eine schraubenförmig ausgebildete Rohrleitung des Zyklonvorseparators geleitet wird. Die kreisförmige Ausführung dieser Rohrleitung führt dazu, dass die Partikel innerhalb dieser Rohrleitung den durch die Krümmung bewirkten Zentrifugalkräften ausgesetzt sind und somit die Partikel bereits hier Richtung Rohraußenwand streben. Während Partikel und Medium beim Eintritt in den Zyklonvorseparator noch weitgehend gleichmäßig vermischt waren, befinden sich die Partikel beim Austritt aus dem Zyklonvorseparator an dessen Rohraußenwand. In dem nachfolgenden Zyklon, in dem dann eine Trennung der Partikel vom Medium erfolgt, gelangt somit ein vorsepariertes Medium, bei dem sich die Feststoffpartikel bereits an der Außenwand der Rohrleitung des Zyklonvorseparators befinden. Die Feststoffe gelangen dadurch mit dem Eintritt in den Zyklon bereits auch an dessen Außenwand. Die räumliche Trennung von Medium und Feststoff, die der stofflichen Trennung von Medium und Feststoff vorausgehen muss, wurde durch den Zyklonvorseparator bereits vor dem Eintritt in den Zyklon vorweggenommen. Vorteilhaft ist auch, dass die Vorseparation von Medium und Feststoff innerhalb des Zyklonvorseparators in einer geschlossenen Leitung und damit ungestört von anderen Strömungseinflüssen erfolgen kann. Durch die Anordnung dieses Zyklonvorseparators kann die Abscheideleistung eines Zyklons wesentlich verbessert werden. Dies gilt insbesondere für die Abtrennung von Feststoffpartikeln aus höherviskosen Medien, bei denen eine längere Wirkzeit erforderlich ist, um ein Feststoffpartikel innerhalb einer solchen Flüssigkeit eine bestimmte Strecke zu transportieren. Der Zyklonvorseparator bietet zudem die Möglichkeit, die Vorseparation an die Art der Flüssigkeit und der Partikel anzupassen. Die Zentrifugalkraft kann durch das Maß der Rohrkrümmung, dem Rohrquerschnitt und die Aufenthaltszeit, hier die Länge der Fließstrecke, im Zyklonvorseparator einfach angepasst werden. Dies kann auch unabhängig von dem nachfolgenden Zyklon erfolgen. So kann z.B. bei einem hochviskosen Medium die Fließstrecke und damit die Aufenthaltszeit in dem Zyklonvorseparator so lang ausgeführt werden, dass die Partikel ausreichend Zeit haben vor dem Eintritt in den Zyklon die Außenwand des Vorseparators zu erreichen und somit bereits mit dem Eintritt in den Zyklon auch an die Außenwand des Zyklons weitergeleitet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 und 2 erläutert.
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1 zeigt den Zyklonvorseparator ZVS. 2 zeigt den Zyklonvorseparatur ZVS, wie dieser beispielhaft auf einem Zyklon Z montiert sein kann.
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An 2 sind, neben dem aufgesetzten Zyklonvorabscheider ZVS auch die Funktionsbereiche wie Zyklonoberteil Zyo mit Trennzone Tz und das Zyklonunterteil Zyu eines Zyklons Z dargestellt. Bei 2 erfolgt der Zulauf Zu in den aufgesetzten Zyklonvorseparator ZVS. Ohne Zyklonvorseparator ZVS würde der Zulauf Zu1 (nur mit Pfeil angedeutet) in das Zyklonoberteil Zyo auf gleiche Weise erfolgen. Außerdem sind in 2 der Oberlauf OL dargestellt, aus dem das weitgehend von den Feststoffen befreite Medium austritt sowie der Unterlauf UL, aus dem im Wesentlichen der Feststoff mit etwas Medium das Zyklonunterteil Zyu verlässt.
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1 zeigt die Ausführung des Zyklonvorseparators ZVS mit einem hier tangential angeordneten Zulauf Zu in eine sich schraubenförmig ausgebildete Rohrführung ZSp. Während das Medium die schraubenförmige Rohrführung ZSp durchfließt, werden aufgrund des gekrümmten Fließweges die Feststoffpartikel einer Zentrifugalkraft ausgesetzt. Aufgrund der Zentrifugalkraft bewegen sich die Feststoffpartikel Richtung Außenwand Aw und werden dort über den Fließweg Richtung Zzy zunehmend an der Außenwand Aw aufkonzentriert. Letztendlich gelangt das Medium an das Ende der spiralförmigen Rohrleitung und tritt aus der Öffnung Zzy in den Zyklon Z ein.
