DE2622880B2 - Verfahren zum fraktionierten Abscheiden von suspendierten Feststoffen mittels Hydrozyklonen sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fraktionierten Abscheiden von Peststoffen einer bestimmten TrennkomgröBe in Suspensionen mittels Hydrozyklonen, die mit einer Unterlaufaustragsdüse und einem oberen Oberlauf versehen sind.

Übliche Hydrozyklone haben meist konische Form oder setzen sich aus einem oberen zylindrischen und einem unteren konischen Teil zusammen. Sie sind optimal zur Erzielung hoher Abscheidungsgrade, wobei der Festgutaustrag durch die Unterlaufaustragsdüse erfolgt. Bei beabsichtigter Fraktionierung erzielt man im allgemeinen niedrige Trennkorngrößen. Wollte man eine Erhöhung der Trennkorngröße erreichen, so war dies nur durch eine Erhöhung der Zulaufkonzentration, d.h. des prozentualen Anteiles an Feststoffen in der zulaufenden Suspension, möglich. Das gelingt allerdings nur mit ungenügender Trennschärfe. Außerdem besteht im allgemeinen der Nachteil, daß sich die Konzentration des Zulaufes ständig ändert, insbesondere bei der Aufbereitung von Rohmaterial Dadurch schwankt die jeweils erzielte TrennkomgröBe der abgeschiedenen Fraktion über einen zu großen Körnungsbereich. Derartige Produkte mit einem zu hohen Imperfektionswert sind für viele Anwendungszwecke wenig geeignet An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß für den 2s Begriff der Trennkorngröße in der Praxis auch die Ausdrücke Kornscheide oder Trennschnitt (im englischen u.a.: separation mesh) gebräuchlich sind. Es handelt sich in jedem Fall um den Überschneidungspunkt der jeweils durchschnittlichen Durchmesser der beiden Partikelfraktionen. Der Einfachheit halber wird im folgenden nur der Begriff der TrennkomgröBe verwendet

Hinzu kommt bei den bekannten Hydrozyklonen der Nachteil, daß man mit ihnen nur bis zu einer bestimmten TrennkomgröBe fraktionieren kann, wobei der Maximalwert von Zyklondurchmesser und Druck abhängt und 150 μπι beim Einsatz von einstufig betriebenen Zyklonen kaum übersteigt Trennkorngrößen von 200 μπι und mehr konnten im allgemeinen nicht erreicht werden. Die Herabsetzung des Druckes der zufließenden Suspension wiederum ist nach unten begrenzt, um den zur einwandfreien Funktion erforderlichen Drall aufrechterhalten zu können.

Aus der US-PS 27 35 547 ist ein sogenanntes Schwertrübeverfahren oder Schwimmsinkverfahren bekannt, bei dem sich ein Dichtegradient in Radialrichtung des Hydrozyklons von außen nach innen ergibt Die schwere Trübe ist dabei durch zusätzliche Fremdstoffe zu erzeugen. Hiermit wird ein verhältnismäßig brauch- so barer Schwergutaustrag erzielt, während beim Leicht gutaustrag durch den Überlauf Partikel verschiedener Größe mit nach oben geführt werden, so daß sich keine klare Trennung und damit keine hinreichende Klassierung ergibt. Dies erklärt sich auch daraus, daß beim Hydrozyklon nach der US-PS 27 35 547 in diesem über seine ganze Länge ein quasi lebendes Bett der Trübe vorhanden ist, während die abgeschiedenen Schwerstoffe erst in einem gesonderten, unterhalb der Austragsdüse vorgesehenen Behälter gesammelt werden.

Aus dem DE-GM 72 01 703 ist eine automatische Regelung der Unterlaufdüse eines Hydrozyklons bekannt, bei der mit Hilfe des Gewichtes des Hydrozyklons die Austrittskonzentration des Schlammes aus der Unterlaufdüse reguliert werden soll _bs

Aus der US-PS 27 9^748 ist ein Hydrozyklon zur Durchführung des Schwertrübe-Sortierverfahrens, d. h. Schwimm-Sink-Verfahrens beschrieben, der zu seiner Austragsdüse hin konisch zusammenläufv Oberhalb der Austragsdüse ist ein mit einer zentrischen öffnung versehener Bund eingebaut, wobei die Abmessungen des Bundes, insbesondere seiner zentrischen öffnung in Relation zu Abmessungen des Hydrozyklons bestimmte Werte einnehmen sollen. Hierdurch soll ein Maximum an Austritt durch die Austragsdüse erreicht werden. Es ist jedoch nicht an den Aufbau eines stationären Bettes und an eine Relation der Betthöhe zu dem Überlauf gedacht

Beim Gegenstand der US-PS 34 55 450 ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aus einem separatorartigen, nicht rotierenden Tellerstapel besteht in dem mit seitwärts zugeführtem Zusatzwasser durch Gegenstromwaschung eine Nachentschlammung des Unterlaufschlammes erfolgt Um den Abwärtsfluß des Waschmediums auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wird der gereinigte Sand im untersten Bereich zu einem nicht rotierenden Sandbett gesammelt Df iei ist dieser Raum durch eine Stauplatte unterteilt Auch hier wird kein stationäres und rotierendes Bett gebildet Femer ist auch dieser Entgegenhaltung keine Anregung in der Hinsicht zu entnehmen, eine Pegelhöhe-Kontrolle vorzunehmen. Vielmehr dient der Unterteil des Zyklons lediglich als Sandbehälter, während die eigentliche Zyklonenwirkung nur oberhalb des Tellerstapels stattfindet

Eine Anregung im Sinne der nachstrJienden erläuterten Erfindung ist daher keiner der vorstehend erörterten Vorveröffentlichungen zu entnehmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht zunächst darin, das Verfahren zur Fraktionierung mit Hydrozyklonen dahingehend zu verbessern, daß mit relativ hoher Trennschärfe wesentliche gröbere Trennkorngrößen als bisher möglich werden. Femer besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung von Anordnungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei die Anordnung in oder an Hydrozyklonen vorsehbar und mit relativ geringem Aufwand herstellbar sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung zunächst bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine Schlammfüllung als regelbare Meßgröße aufgestaut wird und daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Schlammfüllung und der Unterkante des Überlaufes auf eine bestimmte, der gewünschten TrennkomgröBe umgekehrt quadratisch proportionale freie Länge durch Änderung bzw. Konstanthaltung der Füllhöhe der Schlammfüllung eingeregelt wird.

Mit der Erfindung wird bewußt im unteren Bereich des Hydrozyklons eine stationäre und rotierende Schlrmmfüllung als regelbare Meßgröße aufgestaut deren Oberfläche im Mittel eine horizontale, untere Begrenzungsfläche der erläuterten freien l^änge darstellt Hierdurch ist eine einwandfreie Klassierung auch grober Trennkorngrößen möglich. Es entsteht mit dem Anstau der Schiammfüllung in dieser eine Konvektion* strömung, die am Xand vertikal nach unten gerichtet ist und zentrisch, also im Wirbelkern nach aufwärts geht. Dies ist dadurch erklärbar, daß die Schlammfaulung an der Unterseite stark abgebremst wird, während sie an der Oberseite gegenüber dem freien Luftraum eine demgegenüber wesentlich geringere Reibung erfährt. Damit sind die nach außen drückenden Zentrifugalkräfte an der Oberseite groß, dagegen an der Unterfläche klein. Diese durch die Konvektionsströmung verursachte Verdünnung in der Mittelzone (Wirbelkern) entlastet den Druck auf die Austrapsöffnun? urd ermöf?licht den

Abzug des Schlammes.

Die Erfindung erlaubt es ferner, daß Änderungen im Konzentrationsgrad der zulaufenden Suspension ohne weiteres der Art ausgeglichen werden, daß sie keinen Einfluß auf Trennkorngröße und Trennschärfe der abgeschiedenen Fraktion haben. Eine Vergrößerung der durch die oben angeführte freien Länge definierten effektiven Klärmantelfläche ergibt bei Konstanthaltung der übrigen Parameter eine Verkleinerung der Trenngröße. Dabei wird unter der effektiven Klärmantelfläehe die Mantelfläche des gedachten Zylinders verstanden, der sich über die freie Länge von der Unterkante des Überlaufes bis zum Pegel der Schlammfüllung erstreckt und näherungsweise den inneren Durchmesser der Überlaufdüse besitzt, wobei sich in und um diesen Zylinder der von der Trübe oder Suspension erfüllte Raum befindet. Durch Anstau einer entsprechenden Schiammenge oder -füllung kann der freie Abstand verändert und damit die gewünschte Trennkorngröße erreicht werden. Durch eine Einregelung dieses freien Abstandes und damit der effektiven Klärmantelfläche auf einen konstanten Wert ist eine sehr genaue Konstanthaltung der erzielten Trennkorngröße möglich. Man kann also durch regulierte Änderung der Füllhöhe der im Hydrozyklon angestauten Schlammfüllmenge die Fraktionierung der Partikel zu genau vorher bestimmten Kenngrößen beeinflussen. Partikel mit einer kleineren mittleren Korngröße werden mit dem Überlauf abgeführt, während Partikel mit größerer Korngröße in den Schlammaustrag durch den Unterlauf gelangen. Es hat sich ferner in überraschender Weise gezeigt, daß hierbei über einen verhältnismäßig großen Bereich von z. B. 40 bis 500 μιτι an Trennkorngröße eine sehr große Trennschärfe, d. h. ein niedriger Imperfektionswert, erreichbar ist. Insbesondere war überraschend, daß gerade bei großen Trennkorngrößen, d. h. im Grobkornbereich, eine sehr hohe Trennschärfe erzielt werden kann. Hiermit wird die Brauchbarkeit des Endproduktes wesentlich gesteigert und in vielen Fällen oft erst erreicht Es hat sich ferner gezeigt, daß die Trennkorngröße stetig mit der Zunahme der Schlammfüllmenge wächst, wobei die Trennkorngröße etwa umgekehrt proportional der Wurzel aus dem freien Abstand zwischen Schlammpegel und Unterkante der Überlaufdüse ist.

Mit der Erfindung ergibt sich regeltechnisch die Möglichkeit, die Höhe der Schlammfüllmenge oder statt dessen, bei sonst bekannten Abmessungen des Hydrozyklons, die Masse der aufgestauten Schlammfüllmenge als Meßgröße für die Konstantregelung der Trennkorngröße zu benutzen, wobei als Regelgröße eine entsprechende Vergrößerung oder Verringerung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse bzw. ein geeignetes Austrittsventil dienen kann. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Verringerung oder eine Verstärkung des Abzuges an Feststoffen erreicht, wodurch sich wiederum eine entsprechende Absenkung oder Erhöhung des Schlammpegels im Hydrozyklon ergibt Die hierzu vorzunehmende Änderung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse ist sowohl regeltechnisch, als auch konstruktiv in einfacher und wirkungsvoller Weise durchführbar.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. bei der Weiterverarbeitung von Zwischenprodukten, ist die Zulaufmenge und Konzentration der Suspension in gewissen Grenzen konstant In solchen Fällen genügt die vorstehend erläuterte Regelung der Höhe der Schlammfüllung. Ändert sich aber die Zulaufmenge und/oder die Konzentration der dem Hydrozyklon zugeführten Suspension in weiten Grenzen, wie es z. B. bei der Aufbereitung von Rohmaterial der Fall ist, so kann es bei ungünstigen Betriebsbedingungen geschehen, daß entweder der Schlammpegel auf eine zu große Höhe anwachst und damit den Hydrozyklon zusetzt, oder daß es Oberhaupt nicht zu einem Anstau einer gewissen Schlammfüllmenge im Hydrozyklon kommt.

ίο In beiden vorgenannten Fällen wäre die angestrebte Regelung nicht mehr durchführbar. Um auch dieses Problem zu lösen, wird mit einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, daß der aus der Unterlaufaustragsdüse austretende Schlamm in seiner Viskosität gemessen und bei zunehmender (abnehmender) Viskosität der Durchtrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse vergrößert (verringen) wird derart, da» die Viskosität etwa auf einen einstellbaren Wert konstantgehalten wird. Damit wird die Konzentration des aus der Unterlaufaustragsdüse austretenden Schlammes auf einem etwa konstanten Wert gehalten und verhindert, daß sich im Hydrozyklon zuviel oder zuwenig, im Grenzfall sogar überhaupt kein Schlamm anstaut. Die Messung der Viskosität kann im Hauptstrom oder in einem vom Hlauptstrom abgeteilten Nebenstrom des aus der Unterlau.xustragsdOse austretenden Schlammes erfolgen.

Weiter sieht die Erfindung eine Koordinierung der

beiden vorstehend erläuterten Regelkreise vor. Dies ist zum einen der Regelkreis, welcher den Durchtrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse zur Erzielung einer beabsichtigten Höhe oder Masse des aufgestauten Schlammes regelt Zum anderen ist dies der zuletzt beschriebene Regelkreis, der in Abhängigkeit von der Viskosität des austretenden Schlammes auf die Querschnittsveränderung der Unterlaufaustrittsdüse einwirkt Beide Regelkreise können zu einer gemeinsamen Differentialregelung zusammengeführt werden die in Koordinierung der Meßergebnisse beider Regelkreise die Einstellung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse bewirkt

Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung der vorstehend erläuterten Verfahrensmaßnahmen. So sind gemäß einem Vorschlag der Erfindung im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlaufsaustragsdüse und der Unterkante des Überlaufes eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderlieher Höhe geeignete Staufläche bzw. Stauflächen vorgesehen. Wenn auch mehrere Stauflächen möglich sind, so wird der Einfachheit halber im folgenden nur noch von einer Staufläche gesprochen. An der Staufläche bildet sich die Unterfläche der Schlammfüllung. Es empfiehlt sich daher, die Staufläche im unteren Bereich des Raumes zwischen Unterlaufaustragsdüse und Unterkante des Oberlaufzylinders vorzusehen. Hierbei sind unterschiedliche Formgebungen des Hydrozyklon möglich. Das wesentliche Kriterium für

so den Hydrozyklon und die Staufläche besteht darin, daß sich im Betrieb die oben erläuterte Schlammfüllung anstauen kann und daß die Möglichkeit einer Variierung des Abzuges an Feststoff durch die Unterlaufaustragsdüse besteht

Der Austrag, welcher in die Austragsdüse ausläuft, befindet sich unterhalb oder unmittelbar an der Unterseite der Staufläche und kann z. B. konisch ausgebildet sein. Eine derartige Staufläche ist als sich

vom Mantel des Zyklons nach innen erstreckende Kreisringscheibe leicht herstellbar. Die Breite dieses Kreisringes kann entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen variieren.

Die Erfindung betrifft ferner zur Durchführung der ■-, o. g. V*>rfahrensmaßnahmen gehörende Steuer- und Regelvorrichtungen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen unterhalb der Unterlaufaustragsdüse anzuordnenden Viskositätsmeßbehälter, der den aus der Unterlaufaustragsdüse austretenden Schlamm ganz ι ο oder teilweise aufnimmt und durch einen gegenüber seinem Querschnitt verengten Auslauf abgibt. Dabei ist eine der Konstanthaltung der Viskosität des aus der Unterlaufaustragsdüse austretenden Schlammes dienende Regelvorrichtung vorgesehen, die mit der Zunahme (Abnahme) der im Viskositätsmeßbehälter oberhalb dessen Austritts befindlichen Schlammenge den Durchtrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse des Hydrozyklons vergrößert (verringert). Auch ein derartiger Viskositätsmeßbehälter und seine Regelvorrichtungen sind mit relativ einfachen Mitteln und damit im Verhältnis geringen Kosten herstellbar.

Weitere Vorteile und Merkmale, sowie nähere Erläuterungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie den nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung und den Zeichnungen. In den im wesentlichen schematischen Zeichnungen zeigt

F i g 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, eines Ausführungsbeispieles der Erfindung,

F i g. 2 die Darstellung eines Hydrozyklons mit einer hydraulisch arbeitenden Sonde zur Feststellung der Schlammhöhe,

F i g. 3 bis 7 weitere Ausführungsmöglichkeiten des Hydrozyklons,

F i g. 8,9 die Prinzipdarstellung eines Viskositätsmeßbehälters,

Fig. 10 bis 14 Ausführungsmöglichkeiten eines Viskositätsmeßbehälters und der dazugehörigen Regelvorrichtungen,

Fig. 15, 16 zwei Ausführungsmöglichkeiten des Zusammenwirkens eines Hydrozyklons und eines Viskositätsmeßbehälters nach der Erfindung.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bezeichnet Ziff. 1 den Hydrozyklon in seiner Gesamtheit. Die Suspension oder Trübe wird mit Druck über ein flexibles Rohr 2 tangential zugeführt, so daß sie im Zykloninneren nach dem hier nicht näher zu erläuternden Zyklonprinzip auf schraubenförmigen Bahnen umlaufen kann. Mit 3 ist der Ablauf für die Feststoffe, mit 4 die noch näher zu erläuternde Stauringfläche und mit 5 der Oberlauf für die Flüssigkeit bezeichnet, aus der die Feststoffe vom Hydrozyklon (ganz oder) teilweise abgeschieden worden sind, so daß sie die feinere der gewonnenen beiden Fraktionen mitführt.

Bei Zufuhr einer entsprechenden Menge an Suspension eines gewissen Feststoffgehaltes bewirkt die ringförmige Staufläche 4, daß sich über ihr eine Schlammfüllung 7 bildet In Fig. 1 sind hierzu die Füllhöhen oder Pegel /1, /2 und /3 verschieden hoher Schlammfüllungen eingezeichnet Damit ergeben sich verschieden lange Abstände LX, Ll und L3 zwischen den Oberflächen oder Pegel pi, p2 und ρ3 der Schiarnrnfüllung und der Unterkanie S' des Oberlaufes 5. Wie erläutert ist die Trennkorngröße der abgeschiede- es nen Feststoffpartikel umgekehrt proportional der Wurzel aus dem Abstand L bzw. steigt sie stetig mit der Füllhöhe f an. Die jeweilige Lage des Pegels ρ der Schlammfüllung 7 kann durch eine hydraulisch arbeitende Sonde 8 festgestellt werden, die näher im Beispiel der F i g. 2 dargestellt ist. Sie besitzt an ihrem unteren Ende eine Membran 9, die entsprechend dem hydrostatischen Druck im Inneren des Zyklons mehr oder weniger zusammengedrückt wird, wodurch sich am kalibrierten Schaurohr 8' die Schlammpegel-Standsanzeige im Hydrozyklon ergibt. Das Saugrohr 8' kann sich innerhalb eines Führungsrohres 56 einer Überlaufkammer 5" befinden, welche auf die Abdeckplatte T des Hydrozyklons 1 aufgesetzt ist und den Überlauf mittels eines Stutzens 5'" abgibt. Die Druckmembran 9 und der sie tragende Sondenmeßkopf 8" sind von einem Schutzkäfig 9' umgeben. Im übrigen kann der Hydrozyklon gemäß den anderen Ausführungsbeispielen ausgestaltet sein.

Das Meßergebnis der hydrostatischen Meßsonde gemäß F i g. 2 kann in elektrische Werte IO umgesetzt werden, die gemäß F i g. 1 an einen Stellmotor 11 weitergegeben werden, der die Lage eines Drosseldornes 12 zur Unterlaufaustragsdüse 13 verändert. Mittels einer Schraubvorrichtung 14 kann bei leerem Hydrozyklon eine Grundstellung des Domes 12 zur Unterlaufaustragsdüse 13, d. h. ein bestimmter Druch trittsquer· schnitt 15 eingestellt werden. Mittels dieser Schraubvorrichtung 14 ist also eine Justierung des Drosseldornes 12 bezüglich seiner Höhenposition erreichbar, wodurch sich die gewünschte Trennkorngröße, die vom Hydrozyklon abzuscheiden ist, einstellen läßt.

Die Sonde 8 und der Stellmotor 11 sind so ausgelegt, daß ein Anwachsen der Schlammfüllung und damit ein Vergrößern der Füllhöhe f über den Stellmotor ein Bewegen des Drosseldornes 12 nach unten zur Folge hat, wodurch sich der Durchtrittsquerschnitt 15 der Unterlaufaustragsdüse 13 entsprechend vergrößert. Hiermit tritt pro Zeiteinheit mehr an Feststoff aus der Düse aus, wodurch die Schlammfüllung sinkt d. h. sich die Füllhöhe / verringert. Dieser Regelvorgang schwingt sich auf die Füllhöhe / ein, die der mit der Schraubverstellung 14 eingestellten Trennkorngröße entspricht.

Der Drosseldom 12 ist wartungsarm und betriebssicher. Er kann zum Schutz gegen Verschleiß mit einer Kappe aus Hartmetall, aus Gummi oder aus einem synthetischen Elastomer versehen sein. Stattdessen wären auch elektrische, hydraulische oder pneumatische Ventile als Düsen-Drosselorgane im Sinne von Stellgliedern möglich. Ferner können an Stelle der hydraulischen Sonde 8 auch andere Meßstrecken vorgesehen weiden. So ist in den Fig. 15 und 16 eine sich an der Masse der Schlammfüllung 7 orientierende Meßstrecke beschrieben. Auch wäre es möglich, die Füllhöhe /durch Röntgenstrahlen oder Isotopenstrahlen festzustellen (nicht gezeichnet). Sämtliche Meßwerte können, wie bereits im Beispiel der F i g. 1 erläutert, auch auf eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Steuerung für die Änderung des Durchtrittsquerschnittes 15 der Unterlaufaustragsdüse 13 wirken.

F i g. 1 zeigt einen Hydrozyklonmantel, dessen Durchmesser sich von oben nach unten etwas vergrößert An seiner Unterkante befindet sich die Stauringfläche 4, die in den Austragskonus 3 übergeht an dessen Ende sich die Unterlaufaustragsdüse 13 befindet

Die F i g. 3 bis 7 zeigen weitere Aüsführungsrnögüchkeiten der inneren Formgebung des Zyklonmantels in Verbindung mit einer Stauringfläche, wobei alle übrigen Bauelemente der Erfindung nicht dargestellt sind. An dieser Stelle sei erwähnt daß die äußere Formgebung

des Zyklonkörpers von seiner inneren Formgebung wesentlich abweichen kann. Z. B. sind äußerlich zylindrische oder im Durchmesser abgestufte Zyklonkörper bekannt, deren innere Formgebung in traditioneller Weise konisch ausgeführt ist.

Im Beispiel der F i g. 3 läuft der Hydrozyklonmantel 16 leicht koniscl: nach unten zusammen, wobei in diesem Beispiel die Breite der Stauringfläche 4 geringer ist als im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, Der Konuswinkel des Teiles 16 muß nicht mit dem Konuswinkel des Austrages 3 übereinstimmen, der sehr flach sein kann.

Mit 17 ist jeweils die obere, vom Überlauf 5 durchsetzte Abdeckplatte des Hydrozyklons 1 beziffert. Die Oberkante des Austragskonus setzt jeweils an der Innenkante der Stauringfläche 4 an.

F i g. 4 zeigt einen Hydrozyklon 1 mit zylindrischen Mantel oder Oberteil 16, der den zylindrischen Einlaufteil 18 verlängert. Die Breite des Stauring?* 4 ist in diesem Beispiel etwas größer als im Beispiel der Fig.3. Der Durchmesser des Austragskonus 3 ist gegenüber dem Durchmesser des zylindrischen Teiles 16 verringert. Die Stauringbreite kann hier vorzugsweise das 0,4 bis 0,1 fache des Durchmessers des Zyklonmantels 16 am Ansatz der Stauringfläche betragen.

Fig.5 zeigt einen Hydrozyklonmantel 16, dessen Durchmesser sich — ähnlich wie in F i g. 1 — nach unten zur Stauringfläche 4 hin erweitert. Hierdurch ergibt sich ein erweiterter Maximaldurchmesser des Zyklons und damit eine vergrößerte Breite und Fläche des Stauringes 4. Das Ausführungsbeispiel der F i g. 6 zeigt einen verlängerten zylindrischen Einlaufteil 18, der sich bei 19 zum Durchmesser des hier zylindrischen Mantelteiles 16 erweitert, an den sich — nicht notwendigerweise — ein leicht nach unten verjüngender konischer Teil 20 anschließt, der in die Stauringfläche 4 übergeht F i g. 7 zeigt eine terrassenförmige Anordnung mehrerer Stauringflächen 4 bis 4'", wobei der Durchmesser der einzelnen Ringflächen von oben nach unten abnimmt. Der Zyklonmantel 16 ist hier beispielsweise wiederum zjlindrisch ausgebildet.

Die vorstehend erläuterten Beispiele zeigen, daß die Erfindung mit unterschiedlich geformten Zyklonen durchführbar ist.

In den F i g. 8 bis 14 ist der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildende Viskositätsmeßbehälter im Prinzip und in verschiedenen Ausführungs- bzw. Anwendungsmöglichkeiten dargestellt. Der Viskositätsmeßbehälter 21 ist topfartig ausgebildet und besitzt in diesen Beispielen einen oberen zylindrischen Teil 22, einen sich daran anschließenden, nach unten verjüngenden konischen Teil 23 und einen Austrag 24. Der aus der Unterlaufaustragsdüse des Hydrozyklons ausgetragene Schlamm 25 fließt kontinuierlich durch den Viskositätsmeßbehälter 21 hindurch und tritt als Schlammstrom 26 aus dessen Austrag 24 aus. Dabei kann der Behälter 21 vom gesamten Austragsschlamm des Hydrozyklons (Hauptstrom) oder nur von einem Teil des Schlammes (Nebenstrom) durchflossen werden. Ist der Feststoffgehalt des Schlammes 25 hoch, so hat dies sowohl eine entsprechende Erhöhung der Trübewichte als auch eine erhöhte effektive Viskosität des Zweiphasengemisches zur Folge. Damit ergibt sich primär eine Verringerung der Auslaufgeschwindigkeit des Schlammstromes 26 aus dem Austrag 24 und hiermit senkundär ein Ansteigen des FQIIpegels 27 im Behälter 21 bis zum Erreichen der zur kontinuierlichen Förderung erforderlichen Auslaufgeschwindigkeit.

Während It. F i g. 3 bei zulaufendem Schlamm 25 von hoher Konzentration und zunächst kleinerer Austrittsgeschwindigkeit des Schlammstromes 26 sich ein relativ hoher Füllpegel 27 ergibt, ist in der Darstellung der

-, F i g. 9 angenommen, daß der zulaufende Schlamm 25' nur eine geringe Konzentration hat. Hieraus ergibt sich eine geringere Viskosität des austretenden Schlammstromes 26' und damit eine geringere Pegelhöhe 17'. Die Differenzhöhe H ist die zur Regelung benutzte

n, Meßgröße. Das im Fall der Fig.8 erhöhte Volumen ergibt in Verbindung mit der in diesem Fall zugleich höheren Trübewichte gegenüber dem Betriebszustand nach F i g. 9 ein merklich gesteigertes Füllgewicht des Behälters 21. Dieser Unterschied W kann durch Wägung

is zur geregelten Konstanthaltung der Konzentration den aus dem Hydrozyklon austretenden Schlammstromes 25 bzw. 25' ausgenutzt werden. Dabei empfiehlt es sich, zur i"»rnh- πΗργ Rprpirhcannaccuno am Auctracr Oa pint» _.__ ___. — _._._ — ....f.— ._o „— . —_.. __σ — . _... _

auswechselbare Auslaufdüse 28 vorzusehen, wie in Fig. 10 dargestellt. Ebenso kann gemäß Fig. 11 statt der Düse 28 ein axial verschiebbarer Drosseldorn 29 vorgesehen sein, der gegebenenfalls über ein Gestänge 30 automatisch einstellbar ist. Damit ist der Viskositätsmeßbehälter 21 auf den in Frage kommenden Regelbereich einstellbar, der sich im wesentlichen aus der gesamten Regelbereich einstellbar, der sich im wesentlichen aus der gesamten Kapazität des Hydrozyklons und der zu erwartenden Konsistenz des Schlammes 25 bzw. 25' ergibt. Die beiden vorgenannten

ω Faktoren bestimmen die Schlammaustragsmenge per Zeiteinheit. Es versteht sich, daß auch das Volumen des Meßbehälters 21 auf die pro Zeiteinheit zu erwartende Schlammaustragsmenge des Zyklons konstruktiv abgestimmt werden muß.

Fig. 12 zeigt das Prinzip einer schwenkbaren Lagerung 31 des Viskositätsmeßbehälters 21 zur Verschiebung der Höhenlage bei veränderten Füllgewicht. Die Nullstellung wird durch ein Gegengewicht 32 austariert, das auf dem Waagebalken 33 verstellbar ist.

Statt der Drehlagerung 31 kann auch eine Parallelführung mittels Lenker 34,35 und 36 vorgesehen sein, die in F i g. 13 dargestellt ist. Damit bleibt der Viskositätsmeßbehälter 21 beim Absenken oder Anheben in der Vertikallage. Ferner zeigt F i g. 13, wie diese Anordnung zur Konstanthaltung des Feststoffgehaltes im Unterlauf des Hydrozyklons durch Benutzung der Schlamm-Viskosität als Meßgröße des Regelkreises verwendet werden kann. Ein Dorn 37 ist an der Oberseite des Meßbehälters 21 befestigt und dringt ganz oder teilweise in die Unterlaufaustragsdüse 13 des Hydrozyklons 1 ein. Ist der Feststoffgehalt des bei 13 aus dem Zyklon austretenden Schlammes 25 zu hoch, so steigt gemäß Ziff. 27 in Fig.8 der Schlammpegel im Viskositätsmeßbehälter 21 an. Dadurch erhöht sich, wie erläutert, das Gewicht im Behälter 21 und er bewegt sich nach unten. Dies hat infolge des Herauswanderns des Domes 37 aus der Unterlaufdüse 13 eine Vergrößerung des Durchtrittsquerschnittes 15 an der Unterlaufaustragsdüse 13 und damit eine Verdünnung des dort

ω austretenden Schlammes zur Folge. Diese Verdünnung wiederum bewirkt ein Absenken des Schlammpegels 27 im Behälter 21. Ist die Viskosität des Schlammes in diesem Behälter 21 zu gering und damit der S;hlammpegel 27 zu niedrig, so hat dies eine entsprechende Verringerung des Gewichtes des Behälters 21 und damit sein Anheben zur Folge, wodurch sich wiederum eine Verringerung des Querschnitts 15 durch den Dorn 37 ergibt Die vorstehend beschriebene

Pegelanordnung pendelt sich auf einen bestimmten Wert in de Konzentration des ,Schlammaustrittes aus dem Querschnitt 15 der Düse 13 ein, wobei dieser Wert durch die Lage des Gewichtes auf dem Hebel 32 einstellbar ist. Um eine ruhige Arbeitsweise der Regelvorrichtung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung zur Dämpfung (nicht gezeichnet) für die Schwenkbewegung des Waagebalkens 33 vorzusehen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 ist der Dorn 37 über eine Konsole 38 fest mit dem Behälter 21 verbunden. Die vorstehend erläuterte Parallelaufhängung ist über die Verlängerung 34' des Lenkers 34 fest am Mantel des Hydrozyklons angebracht. Die Anordnung könnte gemäß Fig. 13a auch in der Weise verwirklicht werden, daß sich der Dorn 37' im Inneren des Zyklons 1 befindet und dessen Unterlaufaustragsdüse !3 von oben her verschließen kann. Der Dorn 37' befindet sich auf einen Hebel 38' der um das Lager 39 eines fest c.;h Zyklon angebrachten Tragarmes 40 schwenkbar ist. Die Schwenkbewegung des Meßbehälters 21 wird über den Lenker 41 auf den Hebel 38' übertragen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt mit dem öffnen oder Vergrößern des Durchtrittsquerschnittes 15 ein Dünnlauf und mit dem Verringern dieses Querschnittes ein Dicklauf des aus der Düse 13 austretenden Schlammes. F i g. 14 zeigt eine Einrichtung, deren Aufbau ähnlich der A nordnung nach F i g. 13 ist. Nur erfolgt hier die Verringerung des Austrittsquerschnittes der Düse 13 durch Anquetschen eines elastischen Schlammaustragrohres 42 an der Stelle 42' durch einen Stempel 43, der hier die Funktion des Domes 37 übernommen hat. Auch mit dieser Anordnung wird die Konzentration des aus dem Zyklon austretenden Schlammes konstant gehalten.

An Stelle des Domes 37, 37' oder des Stempels 43 kann man die Änderung des Gewichtes des Viskositätsmeßbehälters 21 auch auf eine andere Vorrichtung zur entsprechenden Änderung des Durchtrittsquerschnittes 15 der Austragsdüse 13 einwirken lassen.

Fig. 15 zeigt einen Hydrozyklon 1 mit einer gegenüber den F i g. 1 bis 7 anderen Formgebung seines Mantels, der ebenfalls mit einer Stauringfläche 4 und einer Austragsdüse 13 versehen ist. Der Hydrozyklon ist über zwei Parallellenker 44 an einer ortsfesten Halterung 45 aufgehängt, so daß er sich bei seiner Auf- und Abverlagerung im wesentlichen in dei Vertikalen bewegt Sein Gewicht belastet über eine Konsole 46 ein Federglied 47. Dies ist ein Maß für die Masse der in ihm befindlichen Schlammfüllung und damit für die Füllhöhe /(siehe F i g. 1). Dabei sei an dieser Stelle bemerkt, daß statt des Federgliedes 47 auch eine Druckmeßdose verwendet werden kann, deren elektrische Werte auf eine elektrische Stelleinrichtung, z. B. einen Stellmotor wirken, der seinerseits entsprechend das nachstehend erläuterte Differentialgestänge zum Heben und Senken eines Domes 52 betätigt

Gegen die Wirkung des Federgliedes 47 erfolgt bei zunehmender (abnehmender) Schlammfüllung eine Absenkung (Anhebung) des Hydrozyklons 1. Diese Vertikalbewegungen des Hydrozyklons werden über einen Auslegerschenkel 48 auf das Differentialsystem übertragen, welches in diesem Beispiel aus einem Gestänge besteht Im Gelenkpunkt 31 hängt wieder der Waagebalken 33 mit dem Gegengewicht 32 und dem Viskositätsmeßbehälter 21. Der Auslegerschenkel 48 ist bei 31 an den Balken 33 angelenkt Seine Auf- und Abwärtsbewegung wird über einen Lenker 49 auf einen Hebel 50 übertragen, der mit einem Ende bei 51 ortsfest angelenkt ist und an seinem anderen Ende den Dorn 52 trägt, der hier die Funktionen der Dorne 12 gemäß F i g. 1 und Position 37 gemäß F i g. 13 in sich vereinigt.

Aufgrund der Übersetzungswirkung des Hebels 50 hat eine Vertikalbewegung des Hydrozyklons über die Teile 48, 33, 49 und 50 eine gegenüber der Zyklonbewegung größere Vertikalbewegung des Domes 52 zur Folge. Eine zu hohe Schlammfüllung im Hydrozyklon bewirkt

ίο dessen Absinken und damit über den Dorn 52 ein Vergrößern des Durchtrittsquerschnittes 15 an der Unterlaufaustragsdüse 13, bis sich in Folge der damit eintretenden Lastverringerung im Hydrozyklon und der Grundeinstellung des Drosseldornes die gewünschte Füllhöhe im Hydrozyklon einpendelt.

Bei zu hoher Konzentration des Schlammunterlaufes ergibt sich das erläuterte Absinken des Viskositätsmeß

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führt, daß der Durchtrittsquerschnitt der Düse 13 mehr geöffnet und der erstrebte dünnere Schlammaustritt bewirkt wird.

Es ist also ersichtlich, daß sowohl das Absinken ode~ Anheben des Hydrozyklons entsprechend seiner Schlainmfüllung und der Gegenkraft der Feder 47, als auch das Absenken oder Anheben des Viskositätsmeßbehälters 21 entsprechend der Einstellung des Gewichtes 32 und der Konzentration des Schlammunterlaufes über das Differentialgestänge 48,33,39 und 50 die Lage des Domes 52 in der Unterlaufaustragsdüse 13 und damit die Größe des Durchtrittsquerschnittes beeinflußt, die sich schließlich auf den gewünschten Wert einpendeln wird. Es wirken also die in F i g. 1 und Fig. 13 (bzw. 13a und 14) je für sich dargestellten Regelkreise zusammen.

Die Regelung der Konzentration des Unterlaufes des Hydrozyklons kann auch mit anderen, herkömmlichen Methoden und Einrichtungen erreicht werden. Dies kann beispielsweise ein elf ktrisches, ein hydraulisches, oder ein pneumatisches Drosselventil sein, wobei als Geber dieses Regelkreises eine Dichtemessung der Trübewichte des austretenden Schlammes dient, die z. B. mittels Röntgenstrahlen oder Radioisotop η oder durch pyknometp he on line-Messung durchführbar ist.

F i g. 16 zeigt eine der F i g. 15 im Regelprinzip gleiche Anordnung, jedoch in konstruktiv vereinfachter Form. Auch hier wirken beide Regelsysteme differentiell zusammen. Der Waagebalken 33 hat hier die Funktion des einarmigen Hebels 50 in Fig. 15 mit übernommen.

so Der Auslegerschenkel 48 greift im Punkt 31 am Waagebalken 33 an. Eine Laständerung im Hydrozyklon 1 hat gegen Wirkung einer entsprechenden Stellfeder eine vertikale Bewegung des Zyklons zur Folge, wobei diese Bewegung über die Teile 48,33,21 in eine entsprechende Vertikalbewegung des Drosseldornes 52 umgesetzt wird. An die Stelle des ortsfesten Drehpunktes 51 gemäß F i g. 15 ist eine die Abwärtsbewegung des Gewichtes 32 begrenzende Auflage auf einer Platte 53 vorgesehen, die ihrerseits ortsfest aber in der Höhe justierbar, montiert ist Auf diese Weise wird der Dom 52 bei einem Absinken des Hydrozyklons 1 aus der Düse 13 ausgehoben. Zur empirisch richtigen Fixierung des Nullpunktes — im Wechselspiel mit der Funktion der Viskositätswaage — gestattet eine Verstellspindelstange 54 eine vertikale Verschiebung der Platte 53. Diese Stellage kann z. B. durch eine Mutter und Kontermutter 55 fixiert werden. Die Viskositätsregelung durch den Meßbehälter 21 wird der

vorgenannten Lastregelung durch den Zyklon 1 in der gleichen Weise überlagert wie beim Ausführungsbeispiel der F ig. 15.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre sinngenAßen Kombinationen untereinander, s sind erfindungswesentlich.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

1. Patentansprüche;

   U Verfahren zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrozyklonen, die mit einer Unterlaufaustragsdüse und einem oberen Oberlauf versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine Schlammfüllung als regelbare Meßgröße aufgestaut wird und daß der Abstand zwischen dem Pegel der Schlammfüllung und der Unterkante des Oberlaufes auf eine bestimmte, der gewünschten Trennkorngröße umgekehrt quadratisch proportionale Länge durch Änderung bzw. Konstanthaltung der Füllhöhe der Schlammfüllung eingeregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Höhe oder der Masse der Schlammfüllung der Durchtrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse oder eines dieser nachgeschaiteten Steuerventils verändert wird. 2c
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Unterlaufaustragsdüse austretende Schlamm in seiner Viskosität gemessen und bei zunehmender (abnehmender) Viskosität der Durchtrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse vergrößert (verringert) wird, so daß die Viskosität etwa auf einen einstellbaren Wert konstant gehalten wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis für die Änderung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse entsprechend der Füllhöhe oder der ivl.'xsse der Schlammfüllung und der Regelkreis für die Änderung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse entsprechend der Viskosität bzw. Konzentration des austretenden Schlammes zu einer gemeinsamen Differentialregelung zusammengeführt sind, die auf die Verstellung des Durchtrittsquerschnittes der UnterlaufaustragsdCse des Hydrozyklones einwirkt
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß im Hydrozyklon (1) im Bereich zwischen der Unterlaufaustragsdüse (13) und der Unterkante (5') des Oberlaufes (5) eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderlicher Höhe (f) geeignete Staufläche oder Stauflächen (4 bis 4"') vorgesehen ist bzw. sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- so zeichnet, daß mehrere Stauflächen (4 bis 4'") terrassenförmig übereinander angeordnet sind, wobei sich der Durchmesser der Stauflächen von unten nach oben vergrößert
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, oder den Ansprü- 5$ chen 5 und 6, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Messen der Höhe oder Masse der Schlammfüllung (7) und durch Mittel zum Übertragen der Meßergebnisse auf eine Einrichtung zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes (15) der Unterlaufaustragsdüse (13), wobei eine verstellbare Vorrichtung zur Einstellung der gewünschten Schlammpegelhöhe vorgesehen ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Einstellen des Durchtrittsquerschnittes (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) des leeren Hydrozyklons (1) auf einen bestimmten Grundwert.
9. 9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Füllhöhe (Q der Schlammfüllung (7) eine z. B. hydraulisch arbeitende Sonde (8) vorgesehen ist
10. 10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Füllhöhe (!) der Schlammffiilung (7) eine mit Röntgenstrahlen oder Isotopenstrahlen arbeitende Meßvorrichtung vorgesehen ist
11. 11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Masse der Schlammfüllung (7) eine Druckmeßdose vorgesehen ist
12. 12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der Füllhöhe (Q auf eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Steuerung für die Änderung des Durchtrittsquerschnittes (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) gegeben werden bzw. einwirken.
13. 13. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Schlammfüllung (7) und die des Hydrozyklons unmittelbar gegen Federkraft mechanisch auf die Einrichtung zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) einwirken.
14. 14. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) ein Dorn (12, 52) vorgesehen ist, dessen Eindringtiefe in die Düse (13) verstellbar bzw. regelbar ist
15. 15. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Unterlaufaustragsdüse ein Viskositätsmeßbehälter (21) angeordnet Lt, der den aus der Unterlaufaustragsdüse (13) des Hydrozyklons austretenden Schlammstrom (25) ganz oder teilweise aufnimmt und durch einen gegenüber seinem Querschnitt verengten Auslaß abgibt und daß eine der Konstanthaltung der Viskosität des aus der Unterlaufaustragsdüse (13) austretenden Schlammstromes (25) dienende Regelvorrichtung vorgesehen ist, die mit Zunehmen (Abnehmen) der im Viskositätsmeßbehälter (21) oberhalb des Auslasses (24) befindlichen Schlammenge den Durchtrittsquerschnitt (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) vergrößert (verringert).
16. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß als Regelvorrichtung ein Gestänge mit einem einstellbaren Gewicht (32) dient, wobei das Gestänge das Gewicht des Viskositätsmeßbehälters (21) mit dem einstellbaren Gewicht (32) vergleicht und den Durchtrittsquerschnitt (15) entsprechend dem Gewichtsunterschied verstellt
17. 17. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Differentialgestänge für die Erfassung der Änderungen in der Masse des Hydrozyklons (1) und der Änderungen des Gewichtsunterschiedes zwischen dem Viskositätsmeßbehälter und dem einstellbaren Gewicht vorgesehen ist, und daß das Differentialgestänge entsprechend dem Gesamtresultat aus beiden Änderungen den Durchtrittsquerschnitt (15) der Unterlaufaustragsdüse (13) einstellt.