DE3244336A1

DE3244336A1 - Hydrozyklon-trennvorrichtung

Info

Publication number: DE3244336A1
Application number: DE19823244336
Authority: DE
Inventors: Rune Helmer 14137 Huddinge Frykhult; Lars-Göran 14700 Tumba Rundqvist
Original assignee: Celleco AB
Current assignee: Celleco AB
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1983-06-16
Also published as: FI824177L; US4510056A; JPS5898150A; FI73610C; JPS6363262B2; SE8107262L; CA1209097A; SE434709B; FI73610B; FI824177A0

Description

Hydrozyklon-Trennvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung zum Trennen einer Mischung in eine erste leichte Fraktion mit verhältnismäßig geringer Dichte und eine zweite schwere Fraktion mit verhältnismäßig hoher Dichte, die eine Trennkammer mit einem kreiszylindrischen Bereich mit einem Tangentialeinlaß für die Speisegutmischung,einen mittigen Auslaß für die schwere Fraktion sowie einen konischen Bereich aufweist, der einen Auslaß für die schwere Fraktion bildet.

Hydrozyklon-Trennvorrichtungen haben vielfältigen Einsatz insbesondere in der Zellstoffindustrie zum Reinigen von Zellstoffasersuspensionen gefunden.

Hydrozyklon-Trennvorrichtungen lassen sich für viele Zwecke einsetzen - ein wesentlicher ist in der Zellstoffindustrie das Reinigen von Zellstoffasersuspensionen. Im allgemeinen hat eine Hydrozyklon-Trennanlage mehrere hintereinandergeschaltete Stufen, die jeweils mehrere parallelgeschaltete

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Hydrozyklon-Trennvorrichtungen mit gemeinsamer Ein- und Auslaßkammer enthalten. Eine solche Anlage teilt die stark verdünnte Zellstoffsuspension zu verdünnten gereinigten Fasern ("leichte Fraktion") sowie eingedickten Verunreinigungen ("schwere Fraktion") auf»

Gestiegene"Produktionskapazitäten und zunehmende Energie- ■ kosten verlangen nun die Möglichkeit, eine solche Tren» "^: nung, d.hv Reinigung, mit höherer Faserkonsentrafeion im Speisegut als bisher durchzuführen. Geänderte Produktionsverfahren haben auch zu höheren Arbeitstemperaturen-. geführt. Weiterhin sind die ümweltschutabestimmungen strenger geworden, so daß der Faserverlust mit der schweren Fraktion verringert werden muß - alle diese Einflußbedingungen laufen auf erhöhte Schwierigkeiten bei der Konstruktion von Hydrozyklonanlagen hinaus.

Es sind mehrere Versuche zur Lösung insbesondere des Pro™ blems des Faserverlustes und des Zusetsens der Austragsöffnung für die schwere Fraktion veröffentlicht worden beispielsweise in der schwedischen Patentschrift 77 02 500, die eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung der eingangs erwähnten Art betrifft und lehrt, an der Austragsöffnung der schweren Fraktion eine Führung anzuordnen, die der zur Austragsöffnung des konischen Teils strömenden schweren Fraktion eine axial einwärts zur Trennkammer gerichtete Bewegungskomponente erteilt» Weiterhin ist im konischen Teil der Trennkammer mindestens ein Führungselement vorzusehen, das im wesentlichen axial verläuft und der Strömung der schweren Fraktion, die auf einer vjendelförmigen Bahn entlang der Wandung des konischen Teils strömt, eine radial

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einwärts gerichtete Komponente erteilt. Eine solche Konstruktion erlaubt einen sichereren Betrieb, geringere Betriebskosten und niedrigere Faserverluste als bei den bekannten Hydrozyklon-Trennvorrichtungen.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die bei hoher betrieblicher Zuverlässigkeit, niedrigen Betriebskosten und niedrigen Faserverlusten das Trennen bzw. Reinigen von Zellstoffasersuspension mit höherer Faserkonzentration als bisher möglich, erlaubt.

Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Trennkammer über einen wesentlichen Teil ihrer Axialausdehnung mit einer eine verhältnismäßig mäßige Turbulenz erzeugenden Einrichtung versehen ist, die wendelförmig entgegengesetzt der Wendelbahn verläuft, auf der die Strömung entlang der Wand der Trennkammer strömt. Diese Turbulenz erzeugenden Mittel stellen in der Hydrozyklon-Trennvorrichtung derartige Strömungsbedingungen her, daß einer Bildung von Ablagerungen auf der Wand der Trennkammer trotz der verhältnimäßig hohen Faserkonzentration in der eingespeisten Zellstoffasersuspension entgegengewirkt wird. Diese Einrichtung läßt sich je nach beabsichtigtem Einsatzgebiet wie im konischen auch im kreiszylindrischen Bereich oder in einem der beiden Bereiche vorsehen.

BAD

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In einer geeigneten Ausfuhrungsform ist mindestens eine Führungsleiste mit im wesentlichen axial verlaufender Ausdehnung so angeordnet, daß sie der wendelförmig entlang der Wand der "Trennkammer strömenden Strömung eine radial einwärts gerichtete Komponente erteilt. Diese Führungsleiste bzw. -leisten ist bzw. sind gewöhnlich im unteren Teil des konischen Bereichs der Trennkammer angeordnet? man kann sie jedoch auch im oberen Teil oder selbst im kreiszylindrischen Bereich vorsehen. Wenn im konischen Bereich vorgesehen, erleichtern sie eine effiziente Trennung der abwärtsströmenden schweren von der aufsteigenden leichten Fraktion.

In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die wendelförmig verlaufende Begrenzungsfläche der Turbulent erzeugenden Einrichtung einen Winkel oi mit einer rechtwinklig zur axialen Symmetrieachse der Trennkammer verlaufenden Ebene, wobei der Winkel d im Bereich von 0 bis 75° liegt.

Besonders geeignet ist ein Winkel ot im Bereich von 40 bis Die Breite der von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsflächen der Turbulenz erzeugenden Einrichtung muß so groß sein, daß in der Trennkammer eine verhältnismäßig mäßige, aber keine zu starke Turbulenz entsteht, was bedeutet, daß die Erzeugende desjenigen Teils der Innenfläche der Trennkammer, der nicht zur von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsfläche der Turbulenz erzeugenden Einrichtung gehört, je nach dem Kegelwinkl zur axialen Symmetrieachse der Trennkammer unterschiedlich stark geneigt ist. Ist nämlich der Kegelwinkel groß, d.h. hat der konische Bereich der Trennkammer eine verhältnismäßig geringe axiale Ausdehnung, muß

diese Erzeugende unter einem spitzen Winkel ß> zur axialen Symmetrieachse der Trennkammer (von der Austragsöffnung für die schwere Fraktion her gesehen) liegen, damit die von der Wendelbahn gebildete Begrenzungsfläche der Turbulenz erzeugenden Einrichtung nicht zu breit wird. Ist andererseits der konische Bereich verhältnismäßig langgestreckt, muß die Erzeugende unter einem spitzen Winkel je zur axialen Symmetrieachse der Trennkammer (vom Einlaß der Hydrozyklon-Trennvorrichtung aus gesehen) geneigt sein. Die Situation ist analog im kreiszylindrischen Bereich der Trennkammer, wo die Erzeugende unter einem Winkel J⁴" zur axialen Symmetrieachse geneigt verlaufen muß, damit Raum für eine Turbulenz erzeugende Einrichtung in Form einer Wendelbahn bleibt.

In einem speziellen Fall verläuft im konischen Bereich der Trennkammer die Erzeugende parallel zur axialen Symmetrieachse der Trennkammer.

Es soll nun die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben und erläutert werden, in der

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit schaubildlich dargestellter Turbulenz erzeugender Einrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt auf der Ebene H-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt auf der Ebene III-III der Fig. 1;

Pig« 4 einen Längsschnitt durch einen Teil

einer konischen Trennkammer,und schließlich

Fig. 5 den gleichen Gegenstand wie die Pig» 4? aber mit anderer Konizität zeigen«

In den Fig. 1 bis 3 sind 1 und 2 der kreissylindrische bzw» der konische Bereich der Hydrosyklon-Trennvorrichtung, 3 ein Tangentialeinlaß für die zn trennende Speisegutmischung, 4 ein zentraler Auslaß für die leichtere Fraktion und 5 ein Auslaß für die schwerere Fraktion aus dem konischen Bereich, im konischen Bereich 2 sind axial vier Führungselemente 6 gleichmäßig um den konischen Bezeich herum verteilt angeordnet, die im Schnitt (vergl. Fig. 3) die Form symmetrischer Leisten haben. Eine Turbulenz erzeugende Einrichtung ist in Form einer Wendelbahn 7 entlang des konischen Bereichs der Trennkammer angeordnet. Die Erzeugende der Wendelbahn 7 bildet den Winkel cc ^mit der axialen Symmetrieachse der Trennkammer. Der Winkel (X ist im gezeigten Beispiel gleich 45°. Derjenige Bereich der Innenfläche des konischen Bereichs der Trennkammer, der nicht Teil der von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsfläche der Turbulenz erzeugenden Einrichtung ist, bildet seinerseits eine Wendelbahn 8, deren Erzeugende im dargestellten Beispiel parallel zur axialen Symmetrieachse 9 der Trennkammer verläuft. Die Fig. 4 zeigt einen Teil der Wand im konischen Bereich der Trennkammer mit verhältnismäßig kleiner Längsausdeh-

11 1 nung. Die Bezugszeichen 2,7 und 8 entsprechen dabei

1 den Bezugszeichen 2, 7 und 8 in Fig. 1„ während 9 die axiale Symmetrieachse der konischen Trennkammer darstellt, Die Wendelbahn 8 ist (von der Äüstragsöffnung der Hydro-

zyklon-Trennvorrichtung her gesehen) unter einem Winkel & auswärts geneigt.

Die Fig. 5 zeigt einen Teil einer Wandung in einer konischen Trennkammer mit verhältnismäßig großer Längsausdehnung. In dieser Figur entsprechen die Bezugszeichen 2", 7" und 8" den Bezugszeichen 2, 7 und 8 in Fig. 1, während das Bezugszeichen 9" dem Bezugszeichen 9' in Fig. 4 entspricht. Die Wendelbahn 8" ist (vom Einlaß der Hydrozyklon-Trennvorrichtung her gesehen) unter dem Winkel 2f- auswärts geneigt.

Im Rahmen der Erfindung sind eine Reihe von Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann die Turbulenz erzeugende Einrichtung axial mehr oder weniger weit durch den kreiszylindrischen und konischen Teil der Trennvorrichtung verlaufen. Die Führungsstange bzw. -stangen mit erheblicher axialer Ausdehnung können in der Trennkammer auf unterschiedliche Weise bezüglich dieser Einrichtung angeordnet sein.

Als Arbeitsbeispiel für eine Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sei erwähnt, daß man mit einer Speisefaserkonzentration von 0,9 Gew.-%-Zellulose die gleichen Reinigungsergebnisse erreicht wie zuvor mit einer Speisefaserkonzentration von 0,6 Gew.-%. Dieser Zuwachs hat ein erhebliches wirtschaftliches Gewicht, wie sich aus dem folgenden Arbeitsbeispiel ergibt: Beträgt die Produktionskapazität einer Zelluloseanlage 1000 Tonnen/24h, ist bei einer Faserkonzentration von 0,6 Gew.-%

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eine Fasermassenströmung von 115 m³/min zu reinigen^ bei einer Faserkonzentration von 0,9 Gew.-% jedoch nur 77 n»³/min. Dies bedeutet geringere Anlagen- und Betriebskosten, u.a. einen um 30 % geringeren Energiekostenaufwand.

Bisher ist es nur um die Reinigung von Fasermassensuspensionen gegangen. Eine Hydrosyklon-Trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung läßt sich jedoch auch außerhalb der Papier- und ZellstoffIndustrie mit Vorteil einsetzen.

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Claims

1. Hydrozyklon-Trennvorrichtung zum Trennen einer Mischung in eine erste Fraktion verhältnismäßug geringer Dichte und eine schwere zweite Fraktion verhältnismäßig hoher Dichte, mit "einer Trennkammer, die einen kreiszylindrischen Bereich mit einem Tangentialeinlaß für die Speisegutmisehtmg und einem zentralen Auslaß für die leichte Fraktion sowie einen konischen Bereich aufweist, der einen Auslaß für die schwere Fraktion bildet·, dadurch gekennzeichnet,, daß die Wand der Trennkammer (1, 2, 2', 2") über einen erheblichen Teil ihrer Axialausdehnung mit einer eine relativ mäßige Turbulenz erzeugenden Einrichtung versehen ist, die zu einer wendeiförmigen Bahn (7, 7', 7") angeordnet derjenigen Wendelbahn entgegengesetzt verläuft, auf der die Strömung entlang der der Trennkammer (1,2, 2', 2") strömt»

2. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennkammer (1, 2, 2', 2") mindestens eine Führungsleiste (6) mit erheblicher axialer

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Ausdehnung angeordnet ist, die der entlang der Wandung der Trennkammer (1, 2, 2', 2") auf einer Wendelbahn strömenden Strömung eine radial einwärts gerichtete Komponente erteilt.

3. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wendelbahn gebildete Begrenzungsfläche (7, 7', 7") der Turbulenz erzeugenden Einrichtung mit einer rechtwinklig zur axialen Symmetrieachse (9, 9", 9") der Trennkammer liegenden Ebene einen Winkel im Bereich von 0 bis 75° bildet.

4. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ¹I im Bereich von etwa 40 bis 65° liegt.

5. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz erzeugende Einrichtung im konischen Bereich (2, 2', 2") der Trennkammer vorgesehen ist.

6. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der Innenwand der Trennkammer, der nicht Teil der von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsfläche (7')der Turbulenz erzeugenden Einrichtung ist, seinerseits eine Wendelbahn (8¹) bildet, deren Erzeugende vom Auslaß (5) für die schwere Fraktion der Hydrozyklon-Trennvorrichtung her gesehen mit der axialen Symmetrieachse (9¹) der Trennkammer einen spitzen Winkel ρ bildet.

7. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß derjenige Teil der Innenwand der Trennkammer, der nicht Teil der von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsfläche (7) der Turbulenz erzeugenden Einrichtung ist, seinerseits eine Wendelbahn (8) bildet, deren Erzeugende parallel zur axialen Symmetrieachse (9) der Trennkammer verläuft.

8. Hydrozyklon-Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,, daß derjenige Teil der Innenwand der Trennkammer, der nicht Teil der von der Wendelbahn gebildeten Begrenzungsfläche (7") der Turbulenz erzeugenden Einrichtung ist, seinerseits eine Wendelbshn "1.8") bildet, deren Erzeugende vom Einlaß der Hydrozyklon-Trennvorrichtung her gesehen mit der axialen Symmetrieachse 19") der Trennkammer einen spitzen Winkel Y" bildet.