DE933261C - Vorrichtung und Verfahren zum Konzentrieren oder Klassieren von in einer Fluessigkeit suspendierten Partikeln - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 22. SEPTEMBER 1955

St 8656VIb I ia

Die Erfindung betrifft das Konzentrieren und Klassieren von in Flüssigkeit suspendierten Partikeln mit Hilfe eines Hydrozyklons mit zwei zentralen auf der Achse des Hydrozyklons angeordneten Ablaßöffnungen und mit Hilfe von zwei Behältern zum Auffangen der getrennten Fraktionen.

Bekanntlich eignen sich die Hydrozyklone besonders zum Konzentrieren von in Flüssigkeit suspendierten festen oder flüssigen Partikeln und zum Klassieren fester Partikeln (siehe z. B. die deutschen Patentanmeldungen D 882 VIb/1 a und P ²5537 VIb/ia und die deutsche Patentschrift 870981).

Beim Konzentrieren oder Eindicken von Suspensionen oder Emulsionen ist die Konzentration der getrennten Fraktionen, wie schon bekannt ist, u. a. von der Größe der Öffnungen des Hydrozyklons, dem Zufuhrdruck, den Drücken in den Ablaßöffnungen und der Konzentration des Ausgangsproduktes abhängig. Nun unterliegt die Zufuhrkonzentration in der Praxis oft gewissen Schwankungen, was zur Folge hat, daß sich auch die Konzentrationen der getrennten Fraktionen ändern, falls keine Maßnahmen in dieser Hinsicht getroffen werden.

Wird ein Hydrozyklon ζ. Β. mit Wasser gespeist, so werden beide Fraktionen aus Wasser bestehen, und das Ablassen der »konzentrierten« Fraktion muß in diesem Falle völlig eingestellt werden, falls wenigstens eine gewisse Minimalkonzentration erfordert wird. Ist dahingegen die Zufuhr eines Eindickzyklons stark konzentriert, so kann die konzentrierte Fraktion (im weiteren Text mit »Ablaß« bezeichnet) nahezu fest werden. Tritt jedoch ein

solcher strähniger Ablaß aus. dem Hydrozyklon, so funktioniert dieser nicht mehr gut, d. h., die Konzentration der verdünnten Fraktion (im weiteren Text »Überlauf« genannt) steigt in diesem Falle • 5 stark an.

Beim Klassieren, d. h. bei der Trennung nach Fallgeschwindigkeit, können sich derartige Schwierigkeiten bei Schwankungen der Konzentration und auch bei Schwankungen des Gehaltes an Bestandteilen mit sehr hoher Absetzgeschwindigkeit ergeben, was im allgemeinen dem Gehalt an groben Bestandteilen entspricht.

Die Erfindung bezweckt, nunmehr das Konzentrieren und Klassieren bei wechselnder Zusammensefzung und/oder Konzentration der Zufuhr zu vereinfachen, und zwar in dem Sinne, daß sich die Zusammensetzung der abgeführten Fraktionen nur wenig ändert. Dies wird bewirkt, indem man Sorge dafür trägt, daß die Ablaßmenge größer bzw. geringer wird bei Steigerung bzw. Herabsetzung der Zufuhrkonzentration oder bei Steigerung bzw. Herabsetzung des Gehaltes an groben Bestandteilen in der Zufuhr.

Zu diesem Zweck besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Hydrozyklon, der mit zwei zentral auf· seiner Achse angeordneten Abfuhröffnungen (»Ablaßöffnung« und »Überlauföffnung« genannt) und mit Behältern zum Auffangen der getrennten Fraktionen versehen ist, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet wird, daß das Flüssigkeitsniveau jedes Behälters auf niedrigerer Höhe liegt als die dazugehörige Abfuhröffnung und daß an jede dieser Abfuhröffnungen ein Fallrohr angeschlossen ist, das in den dazugehörigen Behälter unterhalb des Flüssigkeitsniveaus desselben einmündet! (Unter Flüssigkeitsniveau eines Behälters ist hier das Niveau des Überlaufs, d. h. das möglichst hohe Flüssigkeitsniveau im Behälter zu verstehen.)

Bei dieser Anordnung funktionieren die beiden Fallrohre zusammen mit dem Hydrozyklon als ein Heber zwischen den beiden Behältern, so daß, ohne Berücksichtigung der Strömung, die durch die Zufuhr von Flüssigkeit oder Suspension in den Hydrozyklon erzeugt wird, die Flüssigkeit die Tendenz aufweist, von dem höchsten nach dem niedrigsten Niveau zu strömen. Die Stärke· und die Richtung der auftretenden Strömungen ist letzten Endes abhängig von dem Höhenunterschied der Flüssigkeitsniveaus in den zwei Behältern/ von der Größe der Abfuhröffnungen des Hydrozyklons und schließlich, was von außerordentlicher Bedeutung für diese Erfindung ■ ist, von dem Unterschied der Wichten der Flüssigkeiten oder Suspensionen in den beiden Fallrohren.

Bei guter Wirkung des Hydrozyklons ändert sich das spezifische Gewicht des Überlaufs nur in geringem Maße bei einer Veränderung in der Zusammensetzung der Zufuhr, das spezifische Gewicht des Ablasses dagegen steigt bei einer höheren Zufuhrkonzentration und bei einem höheren Gehalt an groben Teilen in der Zufuhr an. Das Gewicht der Flüssigkeit in dem Fallrohr für den Überlauf (das Überlauf rohr) erfährt folglich eine nur geringe Veränderung, das Gewicht der Flüssigkeit in dem Fallrohr für den Ablaß (das Ablaßrohr) dagegen eine große. Dies hat zur Folge, daß bei einer geringen Zufuhrkonzentration oder bei wenig groben Teilen in der Zufuhr ein großer Teil der zugeführten Flüssigkeit durch die Überlauföffnung abgeführt wird und nur -eine geringe Menge durch die Ablaßöffnung. Es ist auch möglich, daß sämtliche Flüssigkeit durch das Uberlaufrohr abgeführt wird und daß gar noch Flüssigkeit durch die Ablaßöffnung zurückgesaugt wird. Bei hoher Zufuhrkonzentration oder beim Vorhandensein vieler grober Teile in der Zufuhr wird durch die Wirkung des Hebers eine weit größere Suspensionsmenge durch die Ablaßöffnung abgeführt. Auf diese Weise wird folglich der Einfluß der Zufuhrkonzentration und des Gehaltes an groben Teilen auf die Konzentration und Zusammensetzung der getrennten Fraktionen erheblich verringert.

Es empfiehlt sich, das Flüssigkeitsniveau in jedem Behälter einstellbar vorzusehen, wodurch die Flüssigkeitsniveaus derart hinsichtlich einander verstellt werden können, daß bei Zufuhr einer Flüssigkeit in den Hydrozyklon Material aus dem Ablaßbehälter abgesaugt wird. In diesem Falle ist nämlich unter allen Umständen eine gewisse Minimalkonzentration des Ablasses sichergestellt. Es soll jedoch bei Zufuhr der zu behandelnden Suspension oder Emulsion aus keinem der beiden Behälter Material abgesaugt werden, aber die Zufuhr muß dann jedenfalls eine gewisse Minimalkonzentration aufweisen, ehe man überhaupt eine Ablaßfraktion erhält.

Bei Anwendung der Erfindung ist man in gewissem Sinne frei in der Wahl, wie hoch die Flüssigkeitsniveaus in den beiden Behältern einzustellen sind. Durch Herabsetzung der Flüssigkeitsniveaus ist es z. B. möglich, die Minimalablaßkonzentration zu steigern. Diese Herabsetzung der Flüssigkeitsniveaus hat gleichfalls zur Folge, daß mit einer höheren Zufuhrkonzentration gearbeitet werden kann. Wie schon bemerkt wurde, übt die Größe der Abfuhröffnungen des Hydrozyklons Einfluß auf die Stärke der auftretenden Strömungen aus; je nachdem 'nämlich die Ablaßöffniung kleiner oder die Überlauföffnung" - gröißer ist, soll auch das Niveau des Übeflaufbehälters höher gewählt werden.

Selbstverständlich brauchen die Behälter keine bestimmte· Form aufzuweisen; ein umgebogener Teil der Fallrohre kann diesem Zweck schon entsprechen. Die Aufgabe der Behälter ist nur, das Hineintreten von Luft in die Fallrohre zu verhindern.

Es ist naturgemäß notwendig, daß der Heber, nachdem sämtliches Material aus dem Ablaßbehälter abgesaugt worden ist, wodurch die Heberwirkung aufgehoben wird, bei Steigerung der Zufuhrkonzentration wieder zu funktionieren anfängt. Es ist deshalb von Bedeutung, daß das Niveau des Überlaufbehälters nicht zu niedrig angeordnet ist. Außerdem kann durch Zusatz von Wasser oder schon einge-

dickter Suspension in den Ablaßbehälter das' Aussetzen des Hebers verhindert werden.

Die Erfindung läßt sich auch bei parallel geschalteten Hydrozyklonen anwenden. In diesem Falle sind diese Hydrozyklone mit einer gemeinsamen Überlaufkammer und/oder einer gemeinsamen Ablaßkammer versehen, die mit einem Fallrohr ausgestattet ist (sind).
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen

ίο erläutert.

Fig. ι zeigt eine Versuchsanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Parallelschaltung mit einem bekannten Hydrozyklon;

Fig. 2 gibt eine graphische Darstellung der Ver-Suchsergebnisse;

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein Mehrfachhydrozyklon angewandt ist.

Fig. ι zeigt eine Zuleitung ϊ für das zu behandelnde Material, das in einem Verteilerrohr 2 ohne Entmischung in zwei Teile getrennt wird. Ein Teil strömt durch die Zuleitung 3 von Hydrozyklon 4, der aus einem zylindrischen Teil 5 und einem konischen Teil 6 besteht. Der konische Teil 6 ist an der Spitze mit einer Ablaßöffnung 7 versehen. Der zylindrische Teil 5 ist mit einem zentralen Wirbelrohr 8 mit Überlauföffnung 9 versehen, welches Rohr in eine mit Überlaufrohr 11 ausgestattete Überlaufkammer 10 einmündet.

Der zweite Teil strömt von Verteilerrohr 2 durch die Zuleitung 13 von Hydrozyklon 14, der aus einem zylindrischen Teil 15 und einem konischen Teil 16 besteht. Der konische Teil 16 ist an der Spitze mit einer Ablaßöffnung 17 versehen. Der zylindrische Teil 15 ist mit einem zentralen Wirbelrohr 18 mit Überlauföffnung 19 versehen, welches Rohr in die mit Überlauf rohr 21 ausgestattete Überlauf kammer 20 einmündet.

Die Ablaßöffnung 7 und das Überlaufrohr 11 von Hydrozyklon 4 münden frei in die atmosphärische Luft aus, aber bei Hydrozyklon 14 ist die Lage anders. Überlauf rohr 21 mündet nämlich unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 23 in den Behälter 22 ein. Dieses Niveau liegt niedriger als Überlauföffnung 19. Bei diesem Niveau 23 fließt der Behälter 22 über. An die Ablaßöffnung 17 ist das Ablaß rohr 24 angeschlossen, das in den Behälter 25 unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 26 einmündet, das niedriger angeordnet ist als die Ablaßöffnung 17. Bei diesem Niveau 26 fließt der Behälter über. Die Behälter 22 und 25 sind kleine Gefäße, die dazu dienen, den Zutritt von Luft in die Fallrohre 21 und 24 zu verhindern. Es können selbstverständlich in diesen Behältern noch Mittel zur Abfuhr fester Teile vorhanden sein, falls Verstopfungsgefahr vorliegt. Die Höhe des Niveaus 23 ist derart, daß das im Behälter 25 vorhandene Wasser abgesaugt wird, wenn bei 1 Wasser hineingeleitet wird. Hydrozyklon 14 ergibt deshalb bei Zufuhr von Wasser keine Ablaß fraktion, während aus Hydrozyklon 4 Wasser abgelassen wird. Will man verhindern, daß der Behälter 25 sich leert, so kann durch die mit einem Ventil 28 versehene Leitung 27 Flüssigkeit oder Suspension in den Behälter 25 geleitet werden.

Fig. 2 zeigt, wie die beiden Hydrozyklone bei verschiedenen Konzentrationen einer aus Löß, Sand und Wasser bestehenden Zufuhr arbeiten.

Auf die Abszissenachse α ist die Zufuhrkonzentration in Gramm pro Liter, auf den nach oben gerichteten Teil der Ordinatenachse b die Ablaßkonzentration in Gramm pro Liter und auf den nach unten gerichteten Teil der Ordinatenachse C die Überlaufkonzentration in Gramm pro Liter, und zwar von.Teilen gröber als 50 Mikron, eingetragen.

Die bei diesem Versuch angewandten Hydrozyklone, die senkrecht und mit der Spitze nach unten aufgestellt waren, wiesen nachstehende Abmessungen auf:

Durchmesser zylindrischen Teils .... 122 mm

Höhe zylindrischen Teils 75 mm

Durchmesser Zufuhröffnung 30 mm

Durchmesser Überlauföffnung 30 mm

Länge des Wirbelrohres im zylindrischen Teil 30 mm

Spitzenwinkel konischen Teils 20⁰

Der Durchmesser der Ablaßöffnung von Hydrozyklon 4 betrug 11 mm und der Durchmesser der Ablaßöffnung von Hydrozyklon 14 18 mm. Dieser Unterschied in den Durchmessern der Ablaßöffnungen war erwünscht, um das unterschiedliche Verhalten der beiden Hydrozyklone in der Graphik recht gut hervortreten zu lassen. In diesem Zusammenhang kann darauf hingewiesen werden, daß der von Überlauf rohr 21 hervorgerufene Unterdruck in Überlauföffnung 19 einen größeren Eindickeffekt von Hydrozyklon 14 herbeiführt, was wieder durch die größere Ablaßöffnung 17 wettgemacht wird. Es leuchtet ein, daß dadurch auch die Verstopfungsgefahr von Ablaßöffnung 17 verringert wird.

Das Flüssigkeitsniveau 26 in Behälter 25 und das Flüssigkeitsniveau 23 in Behälter 22 befanden sich beide auf 150 mm unterhalb der Ablaßöffnung 17. Der Zufuhrdruck für beide Hydrozyklone belief sich auf 0,5 kg/cm². Der Durchmesser des Fallrohres 21 betrug 50 mm und jener des Fallrohres 24 35 mm, d. h., diese Rohre waren so geräumig, daß kein bedeutender Widerstand ausgeübt wurde.

Die gestrichelten Linien in Fig. 2 bezeichnen die Ergebnisse, welche mit Hydrozyklon 4 erzielt wurden. Steigerung der Zufuhrkonzentration hat eine Steigerung der Ablaßkonzentration und eine Zunahme des Gehaltes an Bestandteilen, gröber als 50 Mikron, in dem Überlauf zur Folge. Die Steigerung der Ablaßkonzentration erfolgt zunächst schnell und anschließend immer langsamer, bis die Maximalkonzentration von 1330 g pro Liter bei einer Zufuhrgeschwindigkeit von 160 g pro" Liter erreicht wird. Es bilden sich dann »Strähne«, und bei weiterem Anstieg der Zufuhrkonzentration bleibt die Ablaßkonzentration unverändert.

Der Gehalt an Teilen, gröber als 50 Mikron, in dem Überlauf ist zunächst nihil und steigt anschließend langsam an, bis der Gehalt an groben Bestandteilen bei Zufuhrkonzentrationen, die 160 g pro Liter übersteigen, schnell zunimmt.

Mithin ist bei einem bekannten Hydrozyklon die Konzentration der Ablaßfraktion bei geringer Zufuhrkonzentration niedrig; bei hoher Zufuhrkonzentration jedoch sind die Konzentration und der Gehalt an groben Bestandteilen in dem Überlauf hoch.

Die gezogenen Linien in Fig. 2 bezeichnen die Ergebnisse von Hydrozyklon 14. Die Konzentration des Ablasses ist bei niedrigen Konzentrationen höher als die Ablaßkonzentration von Hydrozyklon .4, bei hohen Konzentrationen dagegen ein wenig niedriger. Der Gehalt an groben Bestandteilen in dem Überlauf ist, vor allem bei hohen Zufuhrkonzentrationen, um ein bedeutendes niedriger als bei Hydrozyklon 4.

Das Funktionieren von Hydrozyklon 14 wird demnach nicht durch die Bildung von »Strähnen« beeinträchtigt.

Recht interessant ist das Verhalten von Hydrozyklon 14 bei niedrigen Zufuhrkonzentrationen.

Dieser Hydrozyklon und die Flüssigkeitsniveaus 23 und 26 sind nämlich derart eingestellt, daß Flüssig-

-■'"⁼" keit oder Suspension, bei einem Überlauf mit einer Wichte von etwa 1 und bei Ablaßkonzentrationen von weniger als 950 g pro Liter, durch das Ablaßrohr 24 hinaufgesaugt wird. Anfangs kann deshalb bei niedrigen Zufuhrkonzentrationen (z. B. 30 g pro Liter) kein Ablaßmaterial entweichen. Die zugeführten Partikel, mit Ausnahme der feinsten Partikeln, die nicht in dem Hydrozyklon eingefangen werden, bleiben im Hydrozyklon zirkulieren, und die Konzentration nimmt deshalb fortwährend zu, bis diese an der Spitze gut 950 g pro Liter beträgt. Das Ablaßrohr 24 füllt sich anschließend mit Suspension von 950 g pro Liter und enthält sodann eine Suspensionssäule, die sich im Gleichgewicht befindet. Je nachdem mehr Teile in^dem Hydrozyklon eingefangen werden, um so mehr Teile können durch Ablaßrohr 24 abgeführt werden. Die Konzentration der Ablaß fraktion sinkt deshalb nie unter 950 g pro Liter. Bei Steigerung der Zufuhrkonzentration bis über 38 g pro Liter hinaus nimmt auch die Ablaßkonzentration bis maximal 1300 g pro Liter zu. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter den obenerwähnten Verhältnissen schwankt die Ablaßkonzentration demnach immer zwischen 950 und 1300 g pro Liter, ohne daß irgendeine Regelung dafür notwendig ist. Es versteht sich, daß der niedrigste Wert der Ablaßkonzentration, in diesem Beispiel also 950 g pro Liter, durch die Einstellung des Hydrozyklons und der Flüssigkeitsniveaus bedingt wird.

Bei einem zweiten Versuch wurden zwei mit der Spitze nach unten aufgestellte Hydrozyklone angewandt, die nachfolgende Abmessungen aufwiesen:

■ .

Durchmesser zylindrischen Teils .... 350 mm

Höhe zylindrischen Teils 100 mm

Durchmesser Zu fuhr öffnung . 50 mm

Durchmesser Überlauföffnung 50 mm

Länge des Wirbelrohres im zylindrischen Teil , 75 mm

Spitzenwinkel konischen Teils 20⁰

Durchmesser Ablaßöffnung 30 mm

Beide Hydrozyklone waren mit Fallrohren versehen, die einen Innendurchmesser von 80 mm aufwiesen und in Behälter einmündeten, ähnlich wie Hydrozyklon 14 in Fig. 1, aber bei dem einen Hydrozyklon befand sich das Flüssigkeitsniveau der beiden Behälter auf 990 mm unterhalb der Ablaßöffnung und bei dem anderen auf 240 mm.

Die Minimalablaßkonzentration betrug für den Hydrozyklon mit den langen Fallrohren etwa 850 g pro Liter und für den Hydrozyklon mit den kurzen Fallrohren etwa 480 g pro Liter. Bei dem Hydrozyklon mit den langen Fallrohren bildeten sich »Strähne« bei einer Zufuhrkonzentration von 300 g pro Liter, bei dem Hydrozyklon mit den kurzen Fallrohren schon bei 150 g pro Liter. In beiden Fällen belief sich die Ablaßkonzentration auf etwa 1350 g pro Liter.

In Fig. 3 sind einige Hydrozyklone 29, die durch Zuleitung 30 gespeist werden, mit einer gemeinsamen Überlaufkammer 31 und einer gemeinsamen Ablaßkammer 32 verbunden. Die Überlaufkammer 31 ist mit einem Überlauf rohr 33 versehen, das mit einem umgebogenen Gummischlauch 34 verbunden ist. Die Ablaßkammer 32 ist mit einem Ablaßrohr 35 versehen, gleichfalls verbunden mit einem umgebogenen Gummischlauch 36. Die gebogenen Enden der Gummischläuche 34 und 36 haben dieselbe Funktion als die Behälter 22 und 25 in Fig. 1, nämlich den Hinzutritt von Luft in die Fallrohre zu verhindern. Die Ausströmöffnungen der Gummischläuche, bilden in diesem Beispiel die Flüssigkeitsniveaus. Das Funktionieren der Vorrichtung wird deshalb durch Einstellung der Höhe, wo sich diese Ausströmöffnungen befinden, bedingt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Vorrichtung zum Konzentrieren oder Klas- sieren von in Flüssigkeit suspendierten Partikeln, welche Vorrichtung aus einem Hydrozyklon mit zwei auf der Achse des Hydrozyklons angeordneten zentralen Anfuhröffnungen und aus Behältern zum Auffangen der getrennten Fraktionen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsniveau jedes Behälters auf niedrigerer Höhe liegt als die dazugehörige Abfuhröffnung und an jede dieser Abfuhröffnungen ein Fallrohr angeschlossen ist, welches in den dazugehörigen Behälter einmündet, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsniveaus desselben.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Flüssigkeitsniveaus von wenigstens einem der Behälter einstellbar vorgesehen ist,
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Flüssigkeitsniveaus in jedem Behälter einstellbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsniveaus der beiden Behälter derart hinsichtlich einander eingestellt sind, daß bei Zufuhr einer Flüssigkeit Material aus dem Behälter für die konzentrierte Fraktion abgesaugt wird, aber bei

   Zufuhr einer Suspension aus keinem der beiden Behälter Material abgesaugt wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Abfuhröffnungen einer Anzahl Hydrozyklone miteinem gemeinsamen· Fallrohr verbunden sind.
6. 6. Verfahren zum Konzentrieren oder Klassieren von in Flüssigkeit suspendierten Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß dabei eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5 Anwendung findet.
7. 7. Verfahren zum Klassieren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens beim Absaugen von Material aus dem Behälter für die grobe Fraktion Flüssigkeit in diesen Behälter hineingeleitet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 545 §.5