DE2647486A1 - Hydrozyklon - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydrozyklon zum Reinigen von Suspensionen, der ein sich kegelstumpfförmig verjüngendes Sortierrohr aufweist, an dessen weitestem Bereich die zu reinigende Suspension eingespeist wird, von wo sich der Suspensionsstrom auf mit dem Sortierrohr koaxial angeordnete Ablauföffnungen verteilt, wobei sich die Gutstoff-Ablauföffnung am weiten Ende und die Schmutz-Ablauföffnung am engen Ende des Hydrozyklons befindet.

In der Papier- und Zellstoffindustrie werden derartige Hydrozyklone in großem Umfang zum Reinigen wässriger Fasersuspensionen von gröberen und feineren Verunreinigungen und Schmutzpartikeln eingesetzt. Die Hydrozyklone haben den Vorteil, daß sie keine mechanisch bewegbaren Teile aufweisen, in ihrem Aufbau verhältnismäßig einfach sind und über eine hohe Reinigungsleistung sowie lange Lebensdauer verfügen.

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ORIGINAL INSPECTED

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Moderne HydroZyklone weisen einen verhältnismäßig langen, kegelstumpfförmigen Behälter auf, dessen breiter Bereich nach oben weist. An diesem breiten Bereich ist der Suspensions-Einlauf tangential zur Mantelfläche des Kegelstumpfes angeordnet, und die zu behandelnde Suspension wird mit hoher Geschwindigkeit in den Hydrozyklon eingespeist, wobei ihr eine schnelle Drehbewegung aufgezwungen wird, so daß ein aufrecht stehender Flüssigkeitswirbel in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes entsteht, der gleichzeitig kontinuierlich nach unten wandert. Alle Teilchen, einschließlich Schmutzteilchen, die schwerer als die Flüssigkeit sind, gelangen infolge der Flieh-, kraftwirkung in den periferen Bereich des Wirbels und reichern sich dort an. Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung des Hydrozyklons bewegt sich die rotierende Flüssigkeitsschicht schnell zum schmaleren Ende des KegelStumpfs hin, wobei über die dort angeordnete Auslauföffnung der größte Teil der von der Suspension abgetrennten Verunreinigungen, d.h. des Ausschusses abgeführt wird. Im ruhigeren Kern der rotierenden "Säule" sammelt sich die gereinigte Flüssigkeit an, und in diesem Bereich entsteht eine nach oben zur anderen Auslaßöffnung hin gerichtete Strömung. Diese zweite Auslaßöffnung wird von einem durch die obere Zyklonstirnwand geführten, koaxialen Rohr gebildet, das ein Stück in den breiteren, oberen Bereich des Hydrozyklons hineinreicht und über das der Gutstoff austritt.

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In der Papier- und Zellstoffindustrie müssen häufig große Fasersuspensionsmengen pro Zeiteinheit durch eine Anlage befördert werden, und da der Größe der Hydrozyklone infolge abnehmender Reinigungsleistung Grenzen gesetzt sind, werden zu diesem Zweck Hydrozyklone geeigneter Größe zu parallel geschalteten Batterien zusammengefügt.

Die Betriebsweise derartiger Zyklon-Batterien hat sich als wirksam und zuverlässig erwiesen, wenngleich sie mit gewissen Mängeln behaftet ist. So hat der einzelne Hydrozyklon eine im Hinblick auf das Parallelschalten etwas ungünstige Form, da er zwei konzentrische Abflüsse und einen tangentialen Einlauf aufweist, die in der Praxis im allgemeinen von Zyklon zu Zyklon durch Schläuche und Schlauchkupplungen miteinander verbunden werden müssen, wodurch sich große Druckverluste ergeben. Darüber hinaus erfordert eine derartige Zyklon-Batterie verhältnismäßig viel Platz.

Es ist bereits eine Konstruktion bekannt (SW-PS 315 266), mit der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden sollten. Dazu wurden im oberen Zyklonteil zwischen Mantel und Gutstoff-Ablauf schräge Bleche angeordnet, zwischen denen die Suspension in tangentialer Richtung in den Zyklon eingespeist wird. Dadurch wird erreicht, daß der in den Zyklon einzuspeisende Suspensionsstrom eine tangentiale Bewegungskomponente erhält,

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durch die die Rotationsbewegung der im Zyklon befindlichen Flüssigkeitssäule unterstützt wird. Dabei können bei dieser vorbekannten Konstruktion als tangentiale Einlaufe auch im oberen Wandbereich des Zyklons befindliche öffnungen dienen. Da die Flüssigkeitsströme in diesem Fall in vertikaler Richtung nicht in verschiedene Ebenen gelenkt werden, treffen sie aufeinander, wodurch überzählige Wirbel entstehen, durch die die Kapazität des Hydrozyklons vermindert wird. Im erstgenannten Fall gelangen die eingespeisten Flüssigkeitsströme in verschiedene Horizontalebenen und treffen somit nicht aufeinander. In strömungstechnischer Hinsicht ist die vorstehend erläuterte Lösung jedoch nicht optimal, denn die eintretenden Ströme lassen sich durch die zwischen den Blechen befindlichen Spalte nicht lenken, sondern fließen in unbestimmter Richtung.

Bei einem andere bekannten Hydrozyklon (SF-PS 42912) ist die obere Stirnwand spiralförmig ausgebildet. Dieser Hydrozyklon hat jedoch nur eine Einlauföffnung, wodurch sich eine zunehmende Instabilität in der Strömung ergibt. Außerdem ist für eine solche einzige Einlauföffnung verglichen mit Konstruktionen mit mehreren Einlauföffnungen ein langer Leitkanal erforderlich, wodurch sich die Baugröße erhöht. Bei einer solchen einzigen Einlauföffnung gibt es auch kein Auftreffen von Strömen, so daß die Schraubenfläche nur richtungsgebende Funktion hat.

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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen stabil arbeitenden Hydrozyklon zu schaffen, bei dem die an mehreren Stellen in das Sortierrohr eintretenden Flüssigkeitsströme nicht aufeinanderstoßen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen Einlaufkanäle, die auf schräge Leitflächen führen, die die Ströme auf eigene, im Sortierrohr gegeneinander versetzte schrauben- oder wendeiförmige Bahnen lenken.

Durch Einspeisen der Suspension in den Hydrozyklon über Einlaufkanäle, die infolge ihrer Formgebung ein Vorsortieren der Suspension bewirken, läßt sich außerdem eine beträchtliche Erhöhung der Zyklonkapazität erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Hydrozyklon gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung die Innenseite des Hydrozyklons.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargestellte Stirnwand in einer Draufsicht.

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Fig. 4 zeigt Kanalguerschnitte entlang der in Fig. 3 angedeuteten Linien I-I, H-II und IH-III.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung die in den Hydrozyklon eingesetzte obere Stirnwand.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hydrozyklon-Oberteils.

Der in Fig. 1 dargestellte Hydrozyklon hat ein übliches Sortierrohr 2, das sich nach unten zum Schmutz-Ablauf 4¹ hin kegelstumpf förmig verjüngt, sowie ein Gutstoff-Ablaufrohr 4 aufweist, das am oberen Ende des Hydrozyklons ein Stück in das Sortierrohr 2 hineinragt, so daß zwischen der Innenwand des Sortierrohres 2 und der Außenwand des Ablaufr'ohres 4 ein Ringraum 3 entsteht, in den die über die Einlaufkanäle 1 zugeführten Flüssigkeitsströme geleitet werden können. Dabei treten die aus den einzelnen Einlaufkanälen 1 austretenden Ströme an verschiedenen Stellen in das Sortierrohr 2 ein, wie dies in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist. Auf diese Weise entstehen mehrere Ströme, nämlich so viele Ströme wie Einlaufkanäle vorhanden sind, die bereits im oberen Bereich des Sortierrohres 2 gegeneinander versetzt sind und daher nicht aufeinandertreffen. -

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Dieser Strömungsverlauf wird mit Hilfe der in den Fig. 2 und gezeigten Stirnwand für das obere Ende des Sortierrohres 2 erreicht. In Fig. 1 ist der Einlauf als fester Bestandteil des Hydrozyklons dargestellt. In der Praxis wird er jedoch durch eine aus einem Material gleichmäßiger Stärke bestehende kreisförmigen Platte (Fig. 2) gebildet, die in der Mitte eine Öffnung für das Gutstoff-Abflußrohr 4 aufweist. In die beispielsweise aus armiertem Kunststoff bestehende Platte sind die Einlaufkanäle 1 eingearbeitet, deren in Strömungsrichtung der Suspension betrachteten inneren Ränder 5 spiralförmig nach innen gekrümmt sind und am Ende nahezu tangential in die Außenwand des Abflußrohres 4 übergehen. Die in Strömungsrichtung betrachtet äußeren Ränder 6 beschreiben eine spiralförmig nach innen verlaufende, etwas weitere Bahn und gehen am Ende nahezu tangential in die Innenwand des Sortierrohres 2 über. Auf diese Weise ergibt sich ein Einlaufkanal, der zunächst verhältnismäßig breit ist und sich gemäß Fig. 2 zum Ende hin verjüngt.

Wie Fig. 5 zeigt, ändert sich der Querschnitt des Einlaufkanals nach innen zu. An der Stelle 1, d.h. am äußeren Kanalende steigt der Kanalboden relativ steil vom Innenrand 5 zum Außenrand 6 hin an und geht ohne scharfen (spitzen) Winkel, in dem sich von der Suspension abgeschiedene schwere Teilchen ansammeln könnten, in diesen über. Im weiteren Verlauf des

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Kanals nach innen verläuft der Kanalboden aus der Schrägstellung (Stelle 1) in eine nahezu waagerechte Stellung (Stelle 3). Diese Form des Einlaufkanals hat den Vorteil, daß sich in der einzuspeisenden, schwerere und leichtere Teilchen (Sandkörner, Metallsplitter u.a. sowie Fasern) enthaltenden Suspension schon am Anfang des Kanals die schweren Teilchen zu dessen Außenrand hin bewegen und infolge der Zentrifugalkraft auch beim Eintritt des Stroms in das Sortierrohr 2 dort bleiben. Durch dieses "Vorsortieren" der im Hydrozyklon zu reinigenden Suspension wird die Reinigungsleistung bzw. die Kapazität des Hydrozyklons erhöht.

Der Boden des Einlaufkanals 1 ist in Strömungsrichtung derart geneigt, daß der aus dem einzelnen Kanal 1 über den Rand 7 austretende Strom im Uhrzeigersinn gesehen über den Außenrand 6 des folgenden Kanals 1 steigt, so daß ein Aufeinanderstoßen der einzelnen Ströme vermieden wird. Die Höhe der an der Eintrittsstelle 7 endenden schrägen Fläche 9 wird so bemessen, daß sie der Ganghöhe der Spiralbahn des aus dem Kanal 1 austretenden Stroms dividiert durch die Anzahl der schrägen Flächen 9 entspricht.

In Fig. 5 ist eine Platte gemäß Fig. 2 und 3 in das Oberteil des Hydrozyklons eingesetzt dargestellt. Bei dieser Ausführungsform beginnt der Einlaufkanal 1 außerhalb des Sortierrohres 2

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und setzt sich spiralförmig ins Innere des Hydrozyklons fort. Der aus dem Einlaufkanal 1 austretende Flüssigkeitsstrom gelangt über die schräge Fläche 9 in den Ringraum 3 zwischen Sortierrohr-Innenwand 2 und Gutstoff-Abflußrohr 4. Da der Außenrand des Einlaufkanals 1 nahezu tangential in die Innenwand des Sortierrohres 2 übergeht, beginnt der die Verunreinigungen von der Suspension trennende Wirbel im ringförmigen Raum 3 in hohem Grade störungsfrei. Der Innenrand des Einlaufkanals 1 geht nahezu tangential in die Außenwand des Gutstoff-Ablaufrohres 4 über.

Die auf diese Weise im Einlaufkanal 1 bereits "vorsortierten" Teilchen der Suspension werden somit bereits im Anfangsstadium in den äußeren bzw. inneren Teil des entstehenden Wirbels gelenkt.

Das Aufeinandertreffen der aus den einzelnen Einlaufkanälen austretenden Ströme wird durch schräge Flächen bzw. Abschrägungen verhindert, die die Ströme auf gegeneinander versetzte Spiralbahnen leiten. Die vertikale Wand dieser schrägen Fläche hat Bogenform und erstreckt sich im Ringraum 3 von der Sortierrohr-Innenwand bis zur Außenwand des Gutstoff-Ablaufrohres. Von der schrägen Fläche 9 gelangt der Strom schräg über die im folgenden Einlaufkanal strömende Flüssigkeit hinweg und

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trifft tangential auf die Sortierrohr-Innenwand, entlang der er sich wendelförmig fortbewegt. Infolge der schrägen Flächen 9 erhalten die Ströme Bewegungskomponenten, die so gerichtet sind, daß der aus dem einzelnen Einlaufkanal austretende Strom sich nach einer Drehung von 360 im Sortierrohr nicht mehr in die Austrittsebene bewegt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Ströme wieder auf sich selbst treffen, was zu Wirbelbildungen und Kapazitätseinbußen führen würde.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Einlaufkanal 1 eine in der Wand des Sortierrohres 2 angebrachte Öffnung, die entsprechend der Darstellung vorzugsweise rechteckförmig ist. Diese öffnung ist derart schräg in der Sortierrohrwand angebracht, daß die in Strömungsrichtung betrachtete innere Öffnungswand mit der vertikalen Wand 8 der schrägen Fläche 9 zusammenfällt. Auf diese Weise wird der durch den Kanal 1 zu leitende Strom im Ringraum 3 tangential zum Gutstoff-Abflußrohr 4 gelenkt. Von der schrägen Fläche 9 des Einlaufkanals 1 wird der Strom in der vorstehend beschriebenen Weise über den im folgenden Kanal fließenden Strom hinweggeleitet.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die öffnung des Einlaufkanals 1 durch Vertikalwände 10 oder Horizontalwände 10" in zwei oder mehrere Teile unterteilt werden.

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In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils vier Kanäle gezeigt. Selbstverständlich kann die Anzahl der Kanäle und der in sie einzubauenden Trennwände verändert werden, so daß die Erfindung also keinesfalls auf die in den Figuren darstellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

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Leerseite

Claims (7)

Ansprüche

1. Hydrozyklon zum Trennen von Suspensionen in eine Gutstoff- und eine Ausschuß-Fraktion mit einem sich kegelstumpfförmig verjüngenden Sortierrohr, an dessen schmalerem Ende sich eine öffnung zum Abführen der Ausschuß-Fraktion befindet, und an dessen breiterem Ende ein axiales Rohr zum Abführen der Gutstoff-Fraktion sowie mindestens zwei Einlaufkanäle für die zu reinigende Suspension vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (1) zu einer im Ringraum (3) zwischen Sortierrohr (2) und Gutstoff-Ablaufrohr (4) befindlichen schrägen Fläche (9) führt, von der der Suspensionsstrom über den im folgenden Einlaufkanal fließenden Strom hinwegleitbar ist.

2. Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufkanale (1) außerhalb des Sortierrohres (2) beginnen und spiralförmig in den Ringraum (3) laufen.

3. Hydrozyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (1) im Querschnitt mindestens teilweise dreiecksförmig ist.

4. Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (1) von einer in

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der Wand des Sortierrohres (2) vorgesehenen öffnung gebildet wird, deren in Strömungsrichtung gesehen innere Seitenwand tangential zum Gutstoff-Ablaufrohr (4) verläuft und deren in Strömungsrichtung gesehen äußere Seitenwand parallel zur inneren Seitenwand verläuft.

5. Hydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Fläche (9) in einer zum Gutstoff-Ablaufrohr nahezu tangential verlaufenden Vertikalwand (8) endet.

6. Hydrozyklon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vertikalwand (8) etwa gleich der Ganghöhe der im Ringraum (3) verlaufenden spiralförmigen Bahn für die Suspension dividiert durch die Anzahl der schrägen Flächen (9) ist.

7. Hydrozyklon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (1) durch senkrechte oder waagerechte Trennwände unterteilt ist.

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