DE2712763A1

DE2712763A1 - Hydrozyklonseparator

Info

Publication number: DE2712763A1
Application number: DE19772712763
Authority: DE
Inventors: Rune Helmer Frykhult
Original assignee: Celleco AB
Current assignee: Celleco AB
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-09-29
Also published as: CA1061289A; FI62774B; SE407751B; FI62774C; FI770746A; IT1084603B; JPS52119569A; DE2712763C2; FR2345217B1; FR2345217A1; JPS5927225B2; US4134827A; SE7603714L

Description

"HydroZyklonseparator"

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrozyklonseparator, mit einem am einen Ende vorgesehenen, tangential angeordneten Einlaß für eine verhältnismäßig niedrigviskose Mischung, die in zwei Anteile aufzutrennen ist, und mit einem am gleichen Ende vorgesehenen zentralen Auslaß für einen der Anteile und mit einem zweiten Auslaß, der am gegenüberliegenden Ende für den zweiten Anteil vorgesehen ist, wobei der erste Einlaß mit einer EinlaßdUae versehen ist, die mit einer ersten Zuführleitung für eine verhältnismässig hochviskose Mischung verbunden ist» die zu behandeln ist, und mit einer zweiten Zuführleitung für eine Verdünnungsflüssigkeit .

Hydrozyklonseparatoren werden für viele Zwecke verwendet. Einer der wichtigsten Verwendungearten ist in der Cellulose-Induatrie gegeben zur Reinigung von Suspensionen von CelluloBefasern. Im allgemeinen besteht eine Zyklonseparatoren-Anlage aus verschiedenen Stufen, die in Serie geschaltet

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sind, wobei jede Stufe verschiedene Zyklonseparatoren aufweist, die parallelgeschaltet sind, wobei gemeinsame Kammern vorgesehen sind für die Einlasse und für die Auslässe. Bei einer solchen Zyklonseparatoren-Anlage wird die ursprünglich hoch verdünnte Cellulosesuspension in einen Strom aus verdünnten, gereinigten Fasern (leichter Anteil) und in einen Strom aus eingedickten Verunreinigungen (schwerer Anteil) aufgetrennt. In der modernen Verfahrenstechnologie sind die Temperaturen der durch die Zyklonseparatoranlagen aufzutrennenden Cellulosesuspensionen allmählich angestiegen, was bedeutet, daß die Viskosität des Wassers entsprechend gefallen ist. Somit ist das Trennvermögen der Zyklonseparatoren abgefallen, wodurch die Konzentration der Cellulosefasern in dem verhältnismässig konzentrierten schweren Anteil angestiegen ist, es sei denn, die Anlage wurde um mehrere Stufen erweitert. Die hohe Konzentration des schweren Anteils stellt auch eine Gefahr des Verstopfens der letzten Stufe der Zyklonseparatoren dar.

Es sind viele Versuche gemacht worden, die Probleme des Paserverlustes und des Verstopfens zu lösen und praktische Lösungen sind in wirtschaftlichen Grössenordnungen erprobt worden. Im Prinzip wurde den einzelnen Zyklonseparatoren Wasser unter Druck zugeführt, um den schweren Anteil zu verdünnen und die wertvollen Fasern auszuwaschen. Im allgemeinen

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wurtle WuiJUiM' in der N'ihe dei; j en igen Ende:; don ZykJonseparators tangential zugeführt, an dem der Auslaß für den schweren Anteil vorgesehen war, oder durch einen Kanal, der an dem für den Aur>l?iß für den schweren Anteil vorgesehenen Ende mit einem radialen Abstand von der Wandung des Zyklonseparators endet. Es ist auch versucht worden, Austragskammern vorzusehen, die wie Zylinder oder Kegel ausgebildet und mit einem tangentialen Einlaß für das Wasser zum Verdünnen versehen waren, der direkt mit dem Auslaß des Zyklonseparators für den schweren Anteil verbunden war. Bestenfalls wurden die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Verstopfen beseitigt und die Verluste an Pasern verringert, aber es verblieben immer noch einige Nachteile. So ist es sehr wesentlich für die Funktion eines Zyklonseparators, daß die am Einlaß und am Auslaß des Zyklonseparators vorherrschenden Druckverhältnisse richtig sind. Da das Wasser zum Verdünnen bisher in jedem einzelnen Separator eingeführt wurde, war es notwendig, die Strömung dieses Wassers mit großer Genauigkeit einzustellen, was mit normalen Ventilen ein sehr schwieriger Vorgang ist. Da eine Zyklonseparator-Anlage aus mehreren Zyklonseparatoren besteht, die in jeder Stufe parallelgeschaltet sind, muß das Wasser zum Verdünnen absolut gleichmässig auf die verschiedenen Einheiten verteilt werden. Dies hat sich in der Praxis als nahezu unmöglich erwiesen. Die vorgeschlagenen Betriebsweisen bedeuten auch, daß sich bedeutende Abnutzungsprobleme ergeben.

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Beispielsweise aus der US-PS 3 ^>o3 5oJ> ist das Prinzip auch bekannt, einen Zyklonseparator mit Wasser für Verdünnungszweeke zu betreiben, das durch einen tangeritialeri K in laß zup.e führt wird, wflhrnrid eine flfln» ip.o i'>ii;ipen:! i on durch einen anderen tangentialen Einlaß zugeführt wird. Dieser Stand der Technik zeigt lediglich das Zuführen einer FlUsuigkeituuuiipetia ion durch einen tangent i alen Ui η luft, dur unter einem rechten Winkel zur Hauptachse des Zyklonseparators angeordnet ist. Diese Konstruktion hat sich als nicht besonders zweckvoll erwiesen und sie kann nicht dazu verwendet werden, Pasern erfolgreich aus dem Strom des schweren Anteils zu gewinnen, der aus einer Zyklonseparatorenanlage zur Reinigung einer Cellulosesuspension ausgetragen wird. Falls die Absicht besteht, die Cellulosefasern zu einem großen Teil zu reinigen und gleichzeitig den Abwasserstrom aus Umweltschutzgründen zu verringern, so bedeutet dies, daß die Verunreinigungen in einem letzten Strom des schweren Anteile gesammelt werden müssen, der einen kleinen Teil der zugeführten Strömung darstellt.

Es ist die der vorliegenden Erfindung zu Qrunde liegende Aufgäbe, eine Anordnung der obenerwähnten Art vorzusehen, die in der Lage ist, die Verluste des erwünschten Produktes zu verringern, ohne daß zusätzliche Verfahrensstufen hinzugefügt werden müssen. Die Anordnung soll auch eine sichere Betriebsweise ermöglichen.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem bei Hydrozyklonseparatoren der eingangs erwähnten gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung separat und direkt mit der Einlaßdüse verbunden sind und daß die letztere in der Weise konstruiert ist, daß sie die verhältnismäßig niedrigviskose Mischung, die in der Einlaßdüse erhalten wird, veranlaßt, in den Hydrozyklonseparator mit einer Bewegungskomponente einzuströmen, die längs der Hauptachse in Richtung auf den (zweiten) Auslaß gerichtet ist, der am entgegengesetzten Ende des Hydrozyklonseparators angeordnet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zuführleitung mit der Einlaßdüse im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Hauptachse des Hydrozyklonseparators verbunden ist, während die erste Zuführleitung mit der Einlaßdüse unter einem spitzen Winkel zu der zweiten Zuführleitung verbunden ist.

Vorzugsweise sind die erste und die zweite Zuführleitungen an die Einlaßdüse in einer Ebene angeschlossen, die tangential zu dem Hydrozyklonseparator verläuft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Einlaßdüse eine gewisse axiale Ausdehnung in Richtung auf den Auslaß für den schweren Anteil, d.h. zwischen dem Ver-

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bindungspunkt der zweiten Zuführleitung und dem tangentialen Einlaß der Einlaßdüse in den Hydrozyklonseparator.

Vorzugsweise ist die erste Zuführleitung mit der Einlaßdüse unter einem Winkel von Λ =110 bos l60° gegenüber der Hauptachse des Hydrozyklonseparators verbunden, wobei sich erwiesen hat, daß U. bei einem Winkel von etwa 135 zu den besten Ergebnissen des Hydrozyklonseparators führt.

Es hat sich gezeigt, daß durch die vorliegende Erfindung es möglich wird, die Verluste um etwa 5οί gegenüber derjenigen Menge zu verringern, die bisher in der letzten Stufe einer Hydrozyklonseparator-Anlage als möglich betrachtet wurde, ohne eine weitere Stufe hinzuzufügen. Bei solchen Anlagen ist es bei den normalerweise vorherrschenden Druckbedingungen in dem Auslaß für den schweren Anteil und in dem System für das Wasser zum Verdünnen offenbar geworden, daß die Einlaßfläche für die zu reinigende Suspension und sogar der Auslaß für den schweren Anteil um einen Faktor von 2-3, verglichen mit der entsprechenden Fläche in einem konventionellen Zyklonseparator einer entsprechenden

kann

Größe, vergrößert werder/. Dies bedeutet, daß die Betriebssicherheit erheblich erhöht worden ist und bedeutet gleichzeitig, daß die Zyklonseparatoren nach der vorliegenden Erfindung für neue Anwendungsfälle einsetzbar sind, für die konventionelle Zyklonseparatoren wegen des Verstopfens

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nicht sicher genug arbeiteten.

Eine lediglich als Beispiel gedachte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Die Pig. I zeigt einen Querschnitt durch die letzte Stufe einer Zyklonseparator-Anlage, die zwei gesonderte erfindungsgemäße Zyklonseparatoren aufweist, die in Serie geschaltet sind.

Fig. 2 ist ein schematisches Flußdiagramm einer konventionellen Anlage zum Reinigen des schweren Anteils aus einer letzten Stufe einer Zyklonseparatoren-Anlage.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm einer Anlage zu dem gleichen Zweck, aber mit drei Serien von zwei Zyklonseparatoren, die parallel geschaltet sind und die mit tangentialen Einlassen für die zu reinigende Cellulosesuspension und für das Wasser zum Verdünnen versehen ist. Die Einlasse sind jedoch im rechten Winkel zur Hauptachse des Zyklonseparators angeordnet.

In Fig. 4 sind die erfindungsgemäßen Hydrozyklonseparatoren unmittelbar an die letzte Stufe einer Anlage in Serie geschaltet. Es ist eine Pumpe vorgesehen für das Wasser zum Verdünnen.

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Die in der Pig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist in der folgenden Weise konstruiert.

Der erste Hydrozyklonseparator weist einen tangentialen Einlaß 2, einen zentralen Auslaß 3 für den Austrag des leichten Anteils, einen Auslaß ¹J für den schweren Anteil und eine Einlaßdüse 5 auf, die mit einer ersten Zuführleitung 6 für den schweren Anteil verbunden ist, der aus einer nicht dargestellten Zyklonanlage ausgetragen wird, und die Einlaßdüse ist weiterhin mit einer zweiten Zuführleitung 7 für die Verdünnungsflüssigkeit verbunden. Die Einlaßdüse 5 endet somit in einem tangentialen Einlaß 2 in dem Hydrozyklonseparator 1. Die Zuführleitung 6 ist mit der Einlaßdüse 5 unter einem Winkel von etwa o£ = 135° zu der Hauptachse des Hydrozyklonseparators verbunden, während die Zuführleitung 6 mit der Einlaßdüse 5 im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Hauptachse des Hydrozyklonseparators 1 verbunden ist. Die Zuführleitungen 6 und 7 sind mit der Einlaßdüse 5 verbunden und zwar in einer Ebene, die tangential zu dem Hydrozyklonseparator 1 verläuft. Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, weist die Düse 5 eine gewisse axiale Ausdehnung auf zwischen den Verbindungspunkten der zweiten Zuführleitung 7 und dem tangentialen Einlaß 2 der Einlaßdüse 5 in den Hydrozyklonseparator 1. Eine Rohrleitung, die den Auslaß 3 für den leichten Anteil darstellt, erstreckt sich um

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ein gewisses Maß in axialer Richtung bis unterhalb des Einlasses 2.

Der zweite Hydrozyklonseparator 8, der mit dem Separator in Serie verbunden ist, ist kleiner ausgeführt, jedoch in einer ähnlichen Weise konstruiert. Der schwere Anteil von dem Auslaß ¹J für den schweren Anteil aus dem Hydrozyklonseparator 1 wird durch die Leitung 9 zugeführt und Wasser zum Verdünnen wird durch die Leitung Io zugeführt. Der schließlich gereinigte leichte Anteil wird durch den Auslaß 11 für den leichten Anteil ausgetragen und der letzte schwere Anteil wird durch den Auslaß 12 ausgetragen.

Bei der gezeigten Anordnung stehen die Querschnitte der Strömungsflächen an den Verbindungen der jeweiligen Einlaßdüsen für die Zuführleitungen 6, 7, 9 und Io zueinander im Verhältnis von 5,5 : 1,0 : 2,1 : 0,2. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Einlaßes 2 dazu beträgt 8,5. Die Anordnung funktioniert in der folgenden Weise.

Schwerer Anteil von der Zyklonseparator-Anlage fließt durch die Zuführleitung 6 und Wasser zum Verdünnen, beispielsweise solches, das von einem Abwassersystem . kommt, wird unter Druck durch die Zuführleitung 7 gepumpt, wodurch die Hauptantriebskraft für das Abtrennen der Cellulosefasern von den Verunreinigungen in dem Separator 1 erhalten wird.

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Die Ströme werden in der EinlaßdUse 5 gemischt, wodurch der eintretende schwere Anteil verdünnt wird, um die Trennung zu erleichtern. Infolge der Richtung der Zuführleitung 6 im Verhältnis zur Hauptachse des Hydrozyklons und infolge der Konstruktion der Einlaßdüse erhält die durch den Einlaß 2 eintretende Strömung eine Bewegungskomponente, die axial nach unten gerichtet ist, während die Hauptkomporiente einen rechten Winkel einnimmt zu der Hauptachse des Hydrozyklons 1.

In dem Hydrozyklon 8 werden Cellulosefasern wiedergewonnen, die mit der Strömung durch den Auslaß 11 ausgetragen werden, und werden mit der Faserströmung von dem Auslaß 3 des Hydrozyklons 1 kombiniert und werden zu einem passenden Punkt in der Zyklonseparator-Anlage zurückgeführt. Die Strömung des schweren Anteils 12 stellt den letzten Abfall von der Zyklonseparatoranlage dar.

Zur Illustration der Vorteile, die durch die Anordnung nach der Erfindung erreichbar sind, werden einige wenige Vergleichsdaten angegeben für Anlagen gemäß den Fig. 2 bis 4. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt die Fig. 2 eine konventionelle Anordnung, die Fig. 3 eine Anordnung mit tangentialen Einlassen im rechten Winkel für die zu reinigende Fasersuspension und für das Wasser zum Verdünnen, während

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die Fig. ^Jl eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt. In den Fig. 4 enthalten die Tanks 13, 13a und 13b weißes Wasser zum Verdünnen und, falls angebracht, zum Antreiben der Zyklonseparatoren; Ik, l^la, l^b bzw. 15, 15a, 15b bezeichnen Zyklonseparatoren, die in Serie geschaltet sind. Es ist festzuhalten, daß drei parallel angeordnete Sätze von zwei in Serie geschalteten Zyklonseparatoren vorgesehen sind, um einen direkten Vergleich von Anordnungen der· gleichen Größe zu ermöglichen. In den Figuren bezeichnen 16, 16a und 16b die Zuführleitungen für die Cellulosesuspension, d.h. von der letzten Stufe einer Zyklonseparator-Anlage, 17 - 2o bezeichnen Pumpen, 21, 21a und 21b bezeichnen Austragsleitungen für den leichten Anteil, 22, 22a, 22b bezeichnen Austragsleitungen für den schweren Anteil und 23 bezeichnet eine Rückführleitung für den leichten Anteil von den Zyklonseparatoren 15, 15a, 15b. Die anderen Merkmale der Anlage ergeben sich aus den Zeichnungen.

Ergebnisse:

I. Konventionelle Anordnung (Fig. 2) Verluste etwa lo? (Volumen), 5 % (Gewicht)

II. Anordnung mit tangentialen Einlassen im rechten Winkel (Fig. 3)

Verluste etwa 8% (Volumen), 4 % (Gewicht).

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III. Anordnung gemäss der Erfindung (Fig. *Q Verluste etwa J>% (Volumen), 2,5 % (Gewicht.)

Wie sich aus diesen Beispielen ergibt, macht es die vorliegende Erfindung möglich, das gewünschte Proaukt in einer effizienten und einfachen Weise zu gewinnen, die

d.hi Verluste wesentlich zu verringern,/sowohl im Vergleich mit herkömmlichen Anlagen als auch im Vergleich mit Anordnungen, die tangentiale Einlasse im rechten Winkel für den schweren Anteil und für das Wasser zum Verdünnen aufweisen.

Es ist festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Anordnungen zum Verdünnen und Reinigen der schweren Anteile beschränkt ist, die von der letzten Stufe einer Zyklonseparator-Anlage kommen, sondern Hydrozyklone gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer beliebigen Stufe einer Zyklonseparator-Anlage verwendet werden.

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Claims

AB Celleco, Pack, S 100 52 Stockholm / Schweden

Ansprüche

Hydrozyklonseparator, mit einem am einen Ende vorgesehenen, tangential angeordneten Einlaß für eine verhältnismäßig niedrigviskose Mischung, die in zwei Anteile aufzutrennen ist, und mit einem am gleichen Ende vorgesehenen
zentralen Auslaß für einen der Anteile und mit einem
zweiten Auslaß, der am gegenüberliegenden Ende für den zweiten Anteil vorgesehen ist, wobei der erste Einlaß mit einer Einlaßdüse versehen ist, die mit einer ersten Zuführleitung
für eine verhältnismäßig hochviskose Mischung verbunden ist, die zu behandeln ist, und mit einer zweiten Zuführleitung
für eine Verdünnungsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zuführleitung (6) und die zweite Zuführleitung (7) separat und direkt mit der Einlaßdüse (5) verbunden sind und daß die letztere in der Weise konstruiert ist, daß sie die

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OMGINAW INSPECTED

verhältnisma'ssig niedrigviskose Mischung, die in der Einlaßdüse (5) erhalten wird, veranlaßt, in den Hydrozyklonsepafiitor (1) mit. ei nor Mewe/Miric;:·. komponente e i ti/,u:;t, rmneri, die längs der Hauptachse in Richtung auf den (zweiten) Auslaß (J|) gerichtet ist, der am entgesetzten Ende des Hydrozyklonseparators (1) angeordnet ist.
2. Hydrozyklonseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zuführleitung (7) mit der Einlaßdüse (5) im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Hauptachse des Hydrozyklonseparators (1) verbunden ist, während die erste Zuführleitung (6) mit der EinlaßdUse (5) unter einem spitzen Winkel zu der zweiten Zuführleitung (7) verbunden ist.
3. Hydrozyklonseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zuführleitungen (6,7) an die EinlaßdUse (5) in einer Ebene angeschlossen sind, die tangential zu dem Hydrozyklonseparator (1) verläuft.

ty. Hydrozyklonseparator nach einem der Ansprüche l-3> dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdüse (5) zwischen dem Verbindungspunkt der zweiten Zuführleitung (7) und dem tangentialen Einlaß (2) der Einlaßdüse (5) in den Hydrozyklonseparator (1) eine gewisse axiale Ausdehnung aufweist in Richtung auf den Auslaß (*0 für den schweren Anteil.

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^Γ). Hydrozyklonseparator nach einem der Ansprüche ?-^Jl, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zuführleitung (6) mit der Einlaßdüse unter einem Winkel von o£ = 110 bis 160° zu der Hauptachse des llydrozyklnnseparatorr, verbunden ist.

Γ). Hydrozyklonseparator nach Anspruch '>, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel dC etwa 135° beträgt.