DE2716611C2 - Anordnung zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrozyklonen - Google Patents
Anordnung zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels HydrozyklonenInfo
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Description
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten
Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrozyklonen. die mit einer Unterlaufaustragsdüse und einem
oberen Überlauf versehen sind, und sieht dazu vor. daß oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine Schlammfüllung
als regelbare Meßgröße aufgestaut wird und daß der Abstand zwischen dem Pegel der Schlammfüllung
und der Unterkante des Überlaufes auf eine bestimmte, der gewünschten Trennkorngröße umgekehrt quadratisch
proportionale Länge duro! Änderung bzw. Konstanthaltung der Füllhöhe der Schlammfüllung
eingeregelt wird. Das Hauptpatent betrifft weitere Verfahrensmaßnahmen und bezieht sich ferner auf eine
Anordnung zur Durchführung des Verfahrerfs derart.
daß im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlaufaustragsdüse und der Unterkante des Überlaufes
eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderli
eher Höhe geeignete Staufläche oder Stauflächen vorgesehen ist. bzw. sind. Hinsichtlich weilerer Einzelheiten
und erzielter Vorteile wird auf den Offenbarungsinhalt des Hauptpatentes verwiesen.
Mit dem Verfahren und der Anordnung nach dem Hauptpatent kann man bei relativ hoher Trennschärfe
wesentlich gröbere Trennkorngrößen als bisher erreichen. Mit der vorliegenden Erfindung soll die Anordnung
nach dem Hauptpatent dahingehend verbessert werden, daß die Oberfläche der im Hydrozyklon
befindlichen stationären Schlaminfüllung. welche den
freien Abstand /ur Unterkante des Überlaufes und damit die Trennkorngröße der abzuscheidenden Parti
kel bestimmt, noch schärfer als bisher begrenzt; bzw*
definiert wird Zugleich soll hiermit eine einfache
Steuerung oder Regelung des genannten freien Abstandes ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind mit der Erfindung zunächst bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff
1 die Merkmale des Kennzeichens des Anspru*
ches 1 vorgesehen. Dieser Begrenzungskörper hat im
Hydrozyklon etwa die Funktion eines Kolbens in einem Zylinder. Der freie Raum unter dem Begrenzungskörper
wird mit dem Schlamm gefüllt und bildet ein stationäres Schlammbeti. Dabei ist dafür zu sorgen, daß
zwischen Begrenzungskörper und Hydrozyklon genügend Platz für den Duichtritt der oberhalb des
Begrenzungskörpers abgeschiedenen Partikel in den Raum unterhalb des Begrenzungskörpers vorhanden ist.
Der freie Raum oberhalb des Begrenzungskörpers definiert den freien, für die Trennkorngröße verantwortlichen
Abstand (englisch: vortex finder clearance length). Durch den Begren-:ungskörper wird dieser freie
Abstand und damit die Determinierung der Trennkorngröße des Fraktioniervorganges schärfer bestimmt als
durch die in der Regel nicht ebene und in ihrer Höhenlage nicht so genau einstellbare Oberfläche der
stationären Schlammfüllung. Ferner kann dieser Begrenzungskörper in einfacher Weise gesteuert werden,
z. B. durch eine von außen bedienbare .Stellstange. Auch
kann der Begrenzungskörper in ebenso einfacher We-se Teil eines Regelkreises sein, der den Austrittsquerschnitt
der Unterlaufaustragsdüse des Hydrozyklones vergrößert (verkleinert) und damit ein Absinken
(Anheben) der Schlammfüllung und damit des Begrenzungskörpers bewirkt, so daß eine bestimmte, vorher
einstellbare Höhenlage des Begrenzungskörpers innerhalb des Hydrozyklones eingehalten wird.
Aus der DE-PS 6 36 729 sind in einem zylindrischen Behälter mit tangentialem Einlaß zur Reinigung von
Papier, Stoff oder dergleichen nach unten offene Hohlkegel vorgesehen, die eine Bettbildung im unteren
Behälterteil und damit eine Mitnahme von schweren Verunreinigungen durch ein Saugrohr im Überlauf
verhindern sollen. Solche Hohlkegel sind der Abschirmung
dienende Stoffänger und weder bestimmt noch geeignet, als Begrenzungskörper zu dienen. Insbesondere
stehen sie einem Aufbau einer Schlammfüllung gemäß dem Hauptpatent entgegen. Auch beim Gegenstand
der DEAS 10 96 301 wird das Bilden eines Schlammbettes verhindert, und zwar durch nach unten
gerichtete trichterförmige Öffnungen von innerhalb eines Hydrozyklons frei drehbaren rotationssymmetrischen
Körpern, die an einem durch die Überlauföffnung des Hydro<yklons geführten StaH befestigt sind.
Hierdurch soll verhütet wt rden, daß spezifisch leichte Teile. 7 B. Korkteilchen, den Hydrozyklon durch die
Ablaßöffnung verlassen können. Damit ist auch der Gegenstand dieser Vorveröffentlichung weder zur
Ausführung der Lehre des Hauptpatentes bestimmt und geeignet, noch als Begrenzungskörper anzusprechen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ',ind
den Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung von erfindungsgemäßen
Ausführungsbcispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt bei Hydrozyklonen
F i g 1 eine Steuerung des Begrenzungskörpers mitiels einer Stange in Verbindung mit einer Regelung
des SchlammaustriHes durch einen Viskosimeter gemäß Jem Hauptpatent,
F ig< 2 eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer
Steuerung des Öegrenzüngskorpers mittels einer Stanfe,
_
F ί g. 3 bis 5 drei verschiedene Ausführungsbcispicle
der Regelung der HöhQ eines als Schwimmkörper ausgebildeten Begrenzurijäiskörpers.
Fig. 1 zeigt einen Hydrozyklon Ϊ mit Unterlaufaus^
traEsdüse2, Überlauf 3, Zulauf 4 Und Staufläche5 gemäß
dem Hauptpatent. Der o.g. freie Abstand L erstreckt sich von der Unterkante 3' des Überlaufes bis zur
mittleren Oberfläche des Begrenzungskörpers 6, unter dem sich die stationäre Schlammfüllung 7 befindet Der
Abstand L (vortex finder clearance length) wird in diesem Ausführungsbeispiel und auch dem der Fig. 2
durch willkürliche Einstellung, d. h. Steuerung bewirkt, und zwar mittels einer Stange 8, die im Beispiel der
F i g. 1 durch den Überlauf 3 und im Beispiel der F i g. 2 durch die Unterlaufaustragsdüse 2 hindurchgeführt ist.
Da in beiden Fällen der Begrenzungskörper 6 durch die Stange 8 gehalten wird, ist es in diesen Ausführungsbeispielen
nicht Bedingung, daß der Raum unterhalb des Begrenzungskörpers vom Schlammbett voll ausgefüllt
wird. Solche mechanischen Steuerungen sind konstruktiv sehr einfach, wobei der Anordnung nach F i g. 1 der
Vorzug zu geben ist, da hierbei die Umerlaufaustragsdüse 2 für die Einführung eines Drosseldornes 9
freigehalter, wird. Zusätzlich kann gemäß dem Hauptpatent
mittels eines Durchlaufviskosimf rs 10 der aus der Unteriaut'austragsduse 2 austretende Sch' :mm in seiner
Viskosität gemessen und bei zunehmender (abnehmender) Viskosität der Durchtrittsquerschnitt der Düse 2
mittels des Domes 9 vergrößert (verringert) werden, so daß die Viskosität etwa auf einen einstellbaren Wert
konstant gehalten wird. Mit 11 ist das dazugehörige Regelgestänge und mit 12 ein Gegengewicht für den
topfähnlichen Viskosimeter 10 bezeichnet. Auch beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 kann eine Sicherung
gegen Leerlaufen des Schlammbettes, z. B. in Form des Viskosimetertopfes, vorgesehen sein.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 5 ist der
Begrenzungskörper 6' als Schwimmkörper ausgebildet, dessen spezifisches Gewicht größer als das der zu
erwartenden Trübe oberhalb des Schlammbettes, aber kleiner als das spezifische Gewicht der ihn tragenden
stationären Schlammfüllung 7 ist. Dieser schwimmende Begrenzungskörper hat zunächst die schon geschi.Jerte
Funktion der schärferen Begrenzung des freien Abstandes L Ferner kann man mittels dieses Begrenzungskörpers
die Schlammpegelhöhe sehr einfach, nämlich direkt mechanisch messen, z. B. mittels einer
Schnur 13, die unter Federwirkung auf eine Meßrolle 14 aufgewickelt wird und dort direk: die jeweilige
Schlammpegelhöhe, bzw. bei anderer Eichung den Abstand L anzeigt. Die Schnur 13 oder auch eine
entsprechende Meßstange ist in dieser, konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform durch den
Überlauf 3 nach oben hindurchgeführt. Die Messung der Höhenlage des Begrenzungskörpers 6' könnte im
Prinzip auch in anderer Weise, z. B. magnetisch, durch Strahlcnmessung (Isotopen) und dergleichen erfolgen.
Dif <Jt:rch den schwimmenden Begrenzungskörper 6'
meßtechnisch eindeutig zu erfassende Höhenlage dieses Körpers und damit Größe des freien Abstand?s L kann
zu dessen Einregelung auf einen bestimmten Wert ausgenulzt werden. Der sich an der Skala der Meßrolle
14 einstellende 'stwert der Höhenlage des Begrenzungskörpers 6'. b/.w. des Abstandes /, wird gemessen.
Er wird ciurch eine gesonderte, 2, B. elektrische
Regelanordnung 30 mit einem entsprechend der gewünschten Trennkorngröße eingesleihen Sollwert
verglichen und durch diese, in Fig.3 nur prinzipiell
dargestellte Regelanordnung 30 auf eine Einrichtung zur Änderung des öurchtriüsquerschnittes der Austragsdüse
2 gegeben. Als derartige Einrichtung dient z. B. der gezeichnete Dorn 9. Die Regeleinrichtung ist so
ausgestaltet, daß bei einem zu großen Abstand L der
21 16
Dorn 9 den Querschnitt der Düse 2 verringert, wodurch sich entsprechend mehr an Schlamm anstaut und der
Begrenzungskörper 6' entsprechend angehoben wird. Ein zu kleiner Absland L hat dagegen über den Dorn 9
ein Vergrößern des Durchtritlsquerschnittes der Düse 2 ■>
zur Folge. Somit pendelt die Regeleinrichtung die Höhenlage des Begrenzungskörpers 6' auf den gewünschten
Sollwert ein.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann, ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, zusätzlich ein
das Leerlaufen des Schlammbettes verhinderndes topfförmiges Viskosimeter 10 vorgesehen sein. Dabei
kann ein Differentialgestänge gemäß Fig. 15 des Hauptpatentes zur Anwendung kommen, das die
Regelwerte der Meßrolle 14 und Regelanordnung 30 mit denen des Viskosimeter 10 kombiniert.
Das Ausführungsbeispiel der Fig.4 zeigt einen schwimmenden Begrenzungskörper 6'. an dem eine
nach unten gerichtete und einen Dorn 9' tragende Stange 8 befestigt ist. Hierbei befindet sich der Dorn im
Inneren des Hydrozyklones (analog zum Dorn 29 in Fig. 11 des Hauptpatentes) und verstellt daher den
Durchtrittsquerschnitt der Düse 2 von innen her. Im übrigen erfolgt hier die Regelung unmittelbar. Um die
Füllpegelhöhe justieren zu können, ist die Höhenlage des kegelförmigen Domes 9' auf der Stange 8
einstellbar, z. B. durch Ausführung der Stange 8 als Spindel und des D01 nes 9' als dazu passende Mutter.
Im Gegensatz zu der Fremdregelanordnung beim Beispiel der F i g. 3 erfolgt beim Ausführungsbeispiel
der F i g. 5 im Sinne des Prinzipes einer unmittelbaren Regelung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig.4
ebenfalls eine unmittelbare Regelung durch Eigenimpuls und durch einen mechanischen, in sich geschlossenen
Regelkreis. Dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Hydrozyklones I ein Regelgestänge
vorgesehen, das aus der Verbindungsstange 15 und einem oberen Hebel 16 sowie einem unteren Hebel 17
besteht. Der den Dorn 9 !ragende untere Hebel 17 ist bei 18 an einem festen Kragarm 19 des Hydrozyklones 4ό
angelenkt und bei 20 mit dem unteren Ende der Verbindungsstange 15 gelenkig verbunden, deren Länge
zur I-einjustiemng der Position des Domes 9 mittels
eines .Spannschlosses 21 versteilt werden kann. Das obere F.nde der Verbindungsstange 15 ist bei 22 an den
Hebel 16 angelenkt. der bei 23 an einen weiteren, oberen Kragarm 24 des Zyklones angelenkt ist und ein
Gegengewicht 25. sowie an seinem anderen Ende eine Rolle 26 trägt, auf der die den Schwimmkörper 6'
tragende Schnur 27 aufwickelbar ist. Die gewünschte Länge der Schnur 27 und damit die gewünschte Länge L
des o. g. freien Abstandes kann an der Rolle 26 eingestellt werden. Hierdurch wird die Niveauhöhe des
Begrenzungskörpers und über den freien Längenabstand L die Trennkorngröße eingestellt. Das Gewicht 25
sorgt dafür, daß die Schnur 27 stets gespannt bleibt. Der Hebel 16 wird sowohl vom Gewicht des Begrenzungskörpers
6', als auch seinem eigenen Gewicht und dem der Teile 17, 21 belastet, so daß im Falle eines
Leerlaufens des Schlammbettes der Dorn 9 die Unterlaufaustragsdüse 2 völlig abschließt. Hierbei ist
das Gegengewicht 25 so auszulegen, daß es im vorgenannten Betriebszustand den Verschluß der Düse
nicht hindert, Wird der Hydrozyklon wieder in Betrieb genommen, so füllt sich das Schlammbett 7 auf, bis es
den Begrenzungskörper abhebt und auf die gewünschte Niveauhöhe einregelt. Hierbei ist rechnerisch die auf
den Dorn einwirkende Last der Schlammsäule oberhalb des Düsenquerschnittes zu berücksichtigen. Da hier ein
Leerlaufen des Hydrozyklones verhindert ist, ist eine gesonderte Sicherung gegen dieses Leerlaufen, z. B. in
Form des erläuterten Durchlauf-Viskosimeter 10, in
diesem Fall nicht erforderlich.
An Stelle der Schnur 27 und deren Rolle 26 könnte auch eine Stange vorgesehen sein, die an dem
entsprechenden Ende des Hebels 16 einstellbar angebracht ist. In diesem Fall kann man auf das
Gegengewicht 25 verzichten.
Gegenüber der Ausführungsform nach Fig.4 ergibt
sich mit der nach Fig. 5 der Vorteil, daß der Drosseldorn 9 sich außerhalb des Hydrozyklones
befinde; und damit eine mögliche Verstopfungsgefahr der Düs»" vermieden ist. Ferner ist bei der Ausführungsform nach F i g. 5 die Pegeleinstellung mittels der Rolle
16 und des Gestänges aus dem Schlammbett herausgenommen, wodurch einer möglichen Blockierungsgefahr
vorgebeugt ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 kann man ferner durch einen kleinen elektrischen Nachführmotor
(nicht dargestellt) für die Rolle 16 eine Ferneinstellung des Sollwertes des Abstandes L bewirken. Das beim
Abschalten des Pumpenmotors erforderliche Leerlaufen des Schlammbettes kann durch einen elektrischen
Stellmotor 28 erreicht werden, der gemäß Pfeil 29 das Hebelende 17'anhebt.
Zur Zentrierung des schwimmenden Begrenzungskörpers 6' können an ihm z. B. drei radial nach außen
ragende Arme 31 vorgesehen sein, die an der innenwand Γ des zylindrischen Hydrozyklones gleiten.
Zwischen den Armen 31 kann der oberhalb des Begrenzungskörpers abgesetzte Schlamm nach unten
zwecks Bildung des Schlammbettes hindurchtreten. Bei Halterung des Begrenzungskörpers 6 bzw. 6' durch eine
Stange 8 sind solche Zentrierungen nicht unbedingt notwendig, könnten aber ebenfalls, falls erwünscht,
vorgesehen werden. Gemäß dem Beispiel der F'g. 4 können dazu an der Innenwand des Hydrozyklones
befestigte Arme 32 dienen, die mit einer Führung 33 die Stange 8: umgeben, wobei zwischen Stange 8 und
Führung 33 ein gewisses Führungsspiel vorgesehen ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei
einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrczyklonen, die mi. einer Unterlaufaustragsdüse
und einem oberen Oberlauf versehen sind, wobei oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine
Schlammfüllung als regelbare Meßgröße aufgestaut wird und 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, wobei ferner im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlaufaustragsdüse
und der Unterkante des Oberlaufes eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und
zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderlicher Höhe geeignete Staufläche oder Stauflächen
vorgesehers ist, bzw. sind, nach Patent 26 22 880, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung
unterhalb der Unterkante (3') des Oberlaufes (3) befindlichen, zur Determinierung derTrennkorngroße
dienenden freien Abstandes (L)em Begrenzungskörper
(6, 6') vorgesehen ist, der sich innerhalb des Hydrozyklones befindet und die sich bildende
stationäre Schlammfüllung (7) nach oben begrenzt, wobei Steuer- oder Regelmittel zur Einstellung der
Höhenlage des Begrenzungskörpers (6, 6') im Hydrozyklon (1) vorgesehen sind.
2. Anordr 'ng nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine mechanische, mit dem Begrenzungskörper (6) verbundene und von außen bedienbare
Steuereinrichtung.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Steuereinrichtung eine durch den Überlauf (3) oder die Unterlaufaustragsdüse (2)
hindurchgeführte und den Begrenzungskörper (6) tragende Stange (8) dient.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungskörper (6') als
Schwimmkörper ausgebildet ist, dessen spezifisches Gewicht kleiner als die zu erwartende Trübedichte
der stationären Schlammfüllung (7) ist und daß Mittel zur Erfassung der jeweiligen Höhenlage des
im Hydrozyklones schwimmenden Begrenzungskörprrs (6') vorgesehen sind, die in Verbindung mit
Regelmitteln diese Höhenlage mit einem eingestellten Sollwert vergleichen und eine Verstellung des
Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse (2) bewirken.
5. Anordnung nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch eine Meßschmir (13, 27) oder -stange, die
durch den Überlauf (3) hindurchgeführt ist und die Höhenlage des Begrenzungskörpers (6) auf ein
außerhalb des Hydro/yklones befindliches Regelgestänge
überträgt, das bei Anheben (Absinken) des schwimmenden Begrenzungskörpers (6') eine Ver
größerung (Verkleinerung) des Durchtrittsquerschnittes der 1 Interlaufaustragsdiise (2) bewirkt
6/ Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn^
zeichnet, daß das Regelgestänge einen zweiarmigen Hebel (16) aufweist art dessen einem Ende sich eine
eine Meßschnur (27) tragende Rolle (26) und an dessen anderem Ende sich ein die Meßschnür
spannendes Gewicht (23) befindet, daß an diesen Hebel (16) eine Stellstange (15) angelenkt ist und daß
an der Stellstange (15) ein weiterer Hebel (17) angelenkt ist, der einen Dorn (9) für das Verändern
des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse (2) trägt.
7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 6, gekennzeichnet durch Mittel, um
eir. unbeabsichtigtes Leerlaufen des Hydrozyklones zu verhindern, z. B. in Form eines Durchlauf-Viskosimeters
(10) gemäß dem Hauptpatent.
8. Anordnung nach einem oder me'ire. en der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungskörper (6, 6') mit mehreren, z. B. drei
radial nach außen ragenden Armen (31) versehen ist, die an der Innenwand (Γ) des zylindrischen
Hydrozyklones (1) gleiten und der Zentrierung des Begrenzungskörpers im Hydrozyklon dienen, wobei
zwischen den Armen (31) Raum für den Schlammdurchiritt vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Halterung des Begrenzungskörpers (6, 6') mittels einer Stange (8) sich an der Hydrozyklonirnenwandung
Arme (32) befinden, die eine die Stange (8) mit einem Führungsspiel umgebende Führung (33)
tragen.
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