EP1124641B1

EP1124641B1 - Verfahren und vorrichtung zum mechanischen trennen eines dispersen systems

Info

Publication number: EP1124641B1
Application number: EP99955886A
Authority: EP
Inventors: Günter Slowik; Jürgen Kohlmann
Original assignee: Kohlmann Juergen; Slowik Guenter
Current assignee: KOHLMANN, JUERGEN; SLOWIK, GUENTER
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: WO2000025932A1; ATE249282T1; CA2348385A1; CN1121909C; EP1124641A1; CN1325324A; AU1266100A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Trennen eines dispersen Systems in zwei oder mehrere disperse Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Zentrifugalabscheider und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Als disperse Systeme kommen solche in Frage, bei denen die disperse Phase fest, flüssig oder gasförmig ist und das Dispersionsmittel entweder flüssig oder gasförmig, also fluid ist. Die mechanische Trennung eines derartigen dispersen System identischer Partikeldichte in Grob- und Feingut wird als "Klassieren" bezeichnet. Wird eine Trennung nach unterschiedlichen Dichten durchgeführt, so spricht man von "Sortieren". Werden Partikel von einem sie umgebenden flüssigen oder gasförmigen Dispersionsmittel getrennt, so handelt es sich um ein Abscheideverfahren. Zur Durchführung der mechanischen Trennverfahren "Klassieren", "Sortieren" und "Abscheiden" werden sogenannte Zentrifugalabscheider, auch Zyklone genannt, eingesetzt.
Aus der DE- PS 875 753 ist eine Einrichtung zum Abscheiden fester, in einem Gasstrom schwebender Gutteile mittels eines Zentrifugalabscheiders bekannt. Der Gesamtstrom wird vor dem Eintritt in den Zentrifugalabschelder in zwei Teilströme geteilt, die tangential an unterschiedlichen Stellen in den Zentrifugalabscheider eingeleitet werden, um den mit der niedrigeren Konzentration an Gut angereicherten Teilstrom so in diesen einzuleiten, daß dadurch die Abscheidung des übrigen Gutes nicht gestört wird. In der Gesamtstromleitung ist eine Trennzunge angeordnet durch die der Gesamtstrom in die zwei Teilströme getrennt wird und um die gewünschte Vorabtrennung der Grobgutschicht zu bewirken.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung sind aus der DE 39 36 078 C2 bekannt. Das zur Steuerung des Grades der Trennung eines fluiden Mehrphasengemisches bestimmte Verfahren wird unter Verwendung eines Zyklonabscheiders mit einem Drallerzeuger durchgeführt. Dabei wird der gesamte Stoffstrom durch eine erste Teilung auf mindestens zwei Teilströme aufgeteilt oder es werden mindestens zwei Eingangsstoffströme für den Zyklonabscheider verwendet, wobei mindestens einer der Teilströme in seiner Größe veränderbar ist. Die Teilströme werden gegebenenfalls weiter aufgeteilt und anschließend den Zuführungskanälen des Drallerzeugers zugeleitet. Der Drallerzeuger besitzt eine Drallkammer mit mehreren tangentialen Zuführungskanälen, die die gleiche Querschnittsfläche haben und deren Anzahl geradzahlig ist.
Der Nachteil dieser Verfahrensweise und der dazugehörigen Vorrichtung besteht vor allem darin, daß der Abscheidegrad nur in einem sehr kleinen Bereich variiert werden kann, oder den Einbau einer verhältnismäßig großen Anzahl an tangentialen Zuführungskanälen erfordert. Letzteres führt zu einer wesentlichen Kostenerhöhung. Außer dem Abscheidegrad sind die Trennschärfe und die Trennkorngröße weitere bedeutende Kennwerte beim mechanischen Trennen eines dispersen Systems. Die beiden letztgenannten Kenngrößen können durch die in der DE 39 36 078 C2 beschriebenen Verfahrensweise nur unwesentlich beeinflußt werden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, ohne große bauliche Veränderungen den Abscheidegrad unabhängig vom Fluiddurchsatz in einer großen Breite variieren zu können sowie die Trennkorngröße und die Trennschärfe zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst. Geeignete Ausgestaltungen der Verfahrensweise sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruches 13. Geeignete Ausgestaltungsvarianten der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 14 bis 25 angegeben.
Die vorgeschlagene Verfahrensweise, die Teilströme auf tangentiale Zuführungskanäle mit unterschiedlichen Querschnittsflächen als Einzelwert oder Summe an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider aufzuteilen, führt zu einer wesentlichen Erweiterung des Regelbereiches und auf eine verbesserte Einflußnahme auf die verfahrenstechnischen und qualitativen Parameter während des Betriebes. Von großem Vorteil ist, daß sich im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, der Abscheidegrad unabhängig vom Gesamtvolumenstrom in einem relativ großen Bereich geregelt werden kann. Für eine Vielzahl an Einsatzgebieten ist bereits eine Betriebsweise mit drei oder vier tangentialen Zuführungskanälen ausreichend. Diese sind entweder direkt am Zentrifugalabscheider gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet oder sie münden in eine gesonderte Drallkammer, mit der der Zentrifugalabscheider zusätzlich ausgerüstet ist. Ein Zentrifugalabscheider mit einer derartigen Drallkammer ist z.B. in der DE 39 36 078 C2 ausführlich beschrieben.
Die Aufteilung des Gesamtvolumenstromes auf zwei Teilströme, die separat über ein Drosselventil oder eine Pumpe steuerbar sind, und jeder Teilstrom auf einen oder zwei tangentiale Zuführungskanäle aufgeteilt wird, wobei sich im Falle von zwei tangentialen Zuführungskanälen diese in ihrer Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider unterscheiden, oder bei mehr als zwei tangentialen Zuführungskanälen die Summe der Querschnittsflächen als Unterscheidungsmerkmal wesentlich ist, ermöglicht eine Vielzahl an Variationen hinsichtlich einer unterschiedlichen Einstellung der Eintrittsimpulse der einzelnen In den Zentrifugalabscheider einzuleitenden Teilströme, die sich auf die Zentrifugalbeschleunigung im Abscheider auswirken. Dadurch kann produktspezifisch die Trennschärfe und die Trennkorngräße eingestellt und die Einstellgrößen während des Betriebes verändert werden.
Wesentlich ist auch, daß die erforderliche Rotationssymmetrie der Teilströme nach dem Eintritt in den Zentrifugalabscheider nicht beeinträchtigt wird.
Zur Vergrößerung des Abscheidegrades wird die Teilstrommenge, die durch den tangentialen Zuführungskanal mit der kleinsten Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider eingeleitet wird, durch entsprechende Einstellung von Pumpe oder Drosselorgan vergrößert und die andere Teilstrommenge wird dementsprechend verkleinert. Der Gesamtvolumenstrom bleibt dabei konstant. Die in den Zentrifugalabscheider eingeleiteten Teilströme werden sehr gut miteinander vermischt. Durch die Anordnung der bereits erwähnten Drallkammer kann dieser Effekt noch verbessert werden, wobei die radiale Komponente des Geschwindigkeitsvektors zunimmt. Bei einer Teilung der Teilströme vor den tangentialen Zuführungskanälen auf zwei Teilstrommengen, sollte die Teilstrommenge, die dem tangentialen Zuführungskanal mit der größeren Querschnittsfläche oder den Zuführungskanälen mit der größeren Summe der Querschnittsflächen zugeordnet ist, über ein in die Teilstromleitung eingebundenes Drosselventil regelbar sein. Mit diesem Ventil kann dann dieser Teilstrom in seinem Durchsatz beeinflußt werden. Bei konstantem Durchsatz wird dann zwangsläufig die andere Teilstrommenge, die über den Zuführungskanal mit der kleineren Querschnittsfläche in den Zentrifugalabscheider eingeleitet wird, erhöht. Dadurch ergibt sich bereits ein großer Regelbereich für den Abscheidegrad. Durch den Einbau einer zusätzlichen Drallkammer in den Zentrifugalabscheider können evtl. auftretende Unregelmäßigkeiten infolge unterschiedlicher Eintrittsimpulse der zwei, drei oder vier Teilstrommengen weitestgehend ausgeglichen werden. In der Drallkammer sollten Einbauten für eine gewisse Zwangsführung der eingeleiteten Teilströme vorgesehen sein. Wichtig ist, daß für die Teilströme eine freie Auswahl getroffen werden kann und nicht ein Teilstrom aus einer Rückführung resultiert und demzufolge nicht frei einstellbar ist. Die Teilströme können entweder aus einem Gesamtvolumenstrom durch Teilung oder als getrennte Ausgangsförderströme, die von einem oder zwei Vorratsbehältern ausgehen und bei denen der Stofftransport durch separate Förderorgane erfolgt, gebildet werden. Eine Volumenstromänderung zur Bildung unterschiedlicher Teilströme kann dann durch Änderung der Drehzahl der eingesetzten Pumpen bewirkt werden. Die vorgeschlagene Verfahrensweise kann auch für solche Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen der Abscheidegrad konstant gehalten werden soll, bei veränderlichem Fluiddurchsatz. Im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Lösung ist bei der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensweise der erzielbare Regelbereich erheblich eingeschränkt. Bei gleichen Querschnittsflächen aller tangentialen Zuführungskanäle ist lediglich eine weitere Aufteilung der Teilströme im Teilungsverhältnis 2:1 möglich. Die beiden Teilströme werden über symmetrisch angeordnete Leitungen und tangentiale Zuführungskanäle in die Drallkammer des Zentrifugalabscheiders eingeleitet. Außerdem ist diese Lösung nur für Zentrifugalabscheider mit einer zusätzlichen Drallkammer geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verfahrensweise kann zur Beeinflussung des Abscheidegrades in dem Teilstrom, der über den Zuführungskanal mit der kleinsten Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider eingeleitet wird, der Druck gemessen werden. Dieser wird auf einem vorbestimmten Wert gehalten, indem mindestens eine der übrigen Teilstrommengen verändert wird. Diese Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß bei schwankenden Aufgabeströmen die Trennleistung bzw. der Abscheidegrad des Zentrifugalabscheiders im Wesentlichen aufrechterhalten werden kann.
Zur Realisierung dieser Verfahrensweise ist in den Zuführungskanal mit der kleinsten Querschnittsfläche an der Eintrittssteile in den Zentrifugalabscheider ein Druckmeßgerät eingebunden. Dieses ist mit einem Stellventil gekoppelt, das in einen der Zuführungskanäle für die anderen Teilströme eingebunden ist Es besteht auch die Möglichkeit, jeweils in mehreren der übrigen Teilströme ein Stellventil anzuordnen, die dann wahlweise über das Druckmeßgerät gesteuert werden.
Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, daß vor und/oder nach dem Zentrifugalabscheider ausgewählte Stoffparameter gemessen oder bestimmt werden und in Abhängigkeit davon das Teilstrommengenverhältnis zwischen zwei oder mehreren Teilströmen und/oder die Druckdifferenz zwischen zwei definierten Stellen, jeweils einer vor und einer nach dem Zentrifugalabscheider, verändert werden. Diese Maßnahme kommt vor allem dann zur Anwendung, wenn der Druck nicht als Größe für die Steuerung des Abscheideprozesses verwendet werden kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn sich Einflußgrößen ändern, die zwar auf den Abscheideprozeß Einfluß nehmen, nicht aber auf den Druck. So kann sich beispielsweise die Beladung des Aufgabestromes ändern. In diesem Fall wird die Eigenschaft eines Stoffstromes gemessen und als Führungsgröße der Regelung verwendet. Zum Beispiel kann die Partikelgrößenverteilung im Strom nach dem Zentrifugalabscheider mittels eines Meßgerätes gemessen werden und der Druck vor dem Zentrifugalabscheider sowie das Verhältnis der Teilströme vor dem Zentrifugalabscheider verändert werden. Durch diese Maßnahme kann zum Beispiel der Staubgehalt im Reingasstrom oder die mittlere Trennkorngröße des Zentrifugalabscheiders durch entsprechende Regelung konstant gehalten werden.
Bei den erforderlichen Stellorganen zur Veränderung des Teilstrommengenverhältnisses und/oder der Druckdifferenz kann es sich beispielsweise um eine Pumpe oder ein Ventil handeln, die erforderlichenfalls auch in Kombination eingesetzt werden können.
Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Beispielen erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: einen Zentrifugalabscheider mit zwei tangentialen Zuführungskanälen, als Längsschnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 2,
Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3: die perspektivische Darstellung des Zentrifugalabscheiders gemäß Fig. 1 mit einer Variante für die Teilstromaufteilung,
Fig. 4: einen Zentrifugalabscheider gemäß Figur 1 mit einer zusätzlichen Drallkammer, als Längsschnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 5,
Fig. 5: einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 4,
Fig. 6: einen Zentrifugalabscheider mit drei tangentialen Zuführungskanälen, die in eine Drallkammer münden, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 7: den Zentrifugalabscheider gemäß Fig. 6 als Längsschnitt,
Fig. 8: die Draufsicht auf den Zentrifugalabscheider gemäß Fig. 6,
Fig. 9: das Funktionsschaltbild für eine Variante der Teilstromaufteilung des Zentrifugalabscheiders gemäß Fig. 6,
Fig. 10: ein Funktionsschaltbild für die Aufteilung der Teilströme bei einem Zentrifugalabscheider mit vier tangentialen Zuführungskanälen,
Fig. 11: ein Funktionsschaltbild für die Aufteilung zwei separat entnommener Teilströme auf drei tangentiale Zuführungskanäle eines Zentrifugalabscheiders und
Fig. 12: ein Funktionsschaltbild für einen Zentrifugalabscheider mit zwei tangentialen Zuführungskanälen und einem Druckmeßgerät.

Der in der Figur 1 gezeigte Zentrifugalabscheider 10 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Abscheideraum 3, der mit einem konischen Unterteil 4 verbunden ist sowie einem Tauchrohr 5, das aus dem Abscheideraum 3 herausragt. In den Abscheideraum 3 münden die beiden tangentialen Zuführungskanäle 1, 2 für die Zuführung des dispersen Systems, das im Zentrifugalabscheider 10 einem Trennprozeß unterzogen werden soll. Wie in der Figur 2 deutlich zu sehen, weisen die beiden Zuführungskanäle 1, 2 an ihren Eintrittsstellen S₁, S₂ unterschiedliche Querschnittsflächen auf. Die beiden tangentialen Zuführungskanäle 1, 2 besitzen die gleiche Höhe und jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche, und unterscheiden sich lediglich in ihrer Breite. Der Zuführungskanal 1 ist an der Eintrittsstelle S₁ breiter ausgebildet als der andere tangentiale Zuführungskanal 2 an der gleichen Stelle S₂. Entscheidend ist die Querschnittsfläche unmittelbar an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider 10. Bis zu dieser Stelle können die tangentialen Zuführungskanäle auch einen anderen Querschnittsverlauf aufweisen, z.B. einen konischen. Die Form bzw. Kontur der Querschnittsfläche muß selbstverständlich nicht ausschließlich rechteckförmig, sondern kann z.B. auch kreisrund ausgeführt sein. Unter Bezugnahme auf die Figur 3 wird die Betriebsweise dieser Ausführungsvariante näher erläutert. Der gesamte Fluidstrom des zu trennenden dispersen Systems wird einem Vorratsbehälter entnommen und anschließend auf zwei Teilströme 7 und 8 aufgeteilt. In die Teilstromleitung für den Teilstrom 8 ist vor der Anschlußstelle an den tangentialen Zuführungskanal 1 ein Ventil 9 eingebunden. Der in seinem Volumenstrom veränderbare Teilstrom 8 wird über den Zuführungskanal 1 mit der größeren Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle S₁ in den Zentrifugalabscheider 10 eingeleitet. Der andere Teilstrom 7 wird direkt über den Zuführungskanal 2 eingeleitet, der an der Eintrittsstelle S₂ eine kleinere Querschnittsfläche aufweist. Wird das Ventil 9 vollständig geöffnet, so stellt sich bei konstantem Gesamtvolumenstrom 6 ein von der Abscheidegeometrie und den Stoffdaten abhängiger Abscheidegrad ein. Schließt man das Ventil 9 schrittweise und hält dabei den Gesamtvolumenstrom 6 konstant, so wird der Abscheidegrad erhöht, infolge der höheren Geschwindigkeit an der Eintrittsstelle S₂ mit der kleineren Querschnittsfläche.
In den Figuren 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, die im Vergleich zu der Variante gemäß den Figuren 1 bis 3 noch mit einer zusätzlichen Drallkammer 11 ausgerüstet ist. Diese befindet sich oberhalb des Abscheideraumes 3 und besitzt einen größeren Durchmesser als der Abscheideraum 3. In ihrer Höhe ist die Drallkammer 11 niedriger als die Höhe des Abscheideraumes 3. Die tangentialen Zuführungskanäle 1 und 2 münden am Außenumfang der Drallkammer 11 in diese. In der Drallkammer 11 werden die tangential eingeleiteten Teilströme zur Mittelachse des Zentrifugalabscheiders 10 beschleunigt und vergleichmäßigt. Dadurch wird erreicht, daß beim Eintritt in den Abscheideraum 3 eine besonders hohe Rotationssymmetrie der Strömung erreicht wird.
In den Figuren 6 bis 8 ist eine Ausführungsvariante mit drei tangentialen Zuführungskanälen 1, 2, und 12 mit identischen Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen S₁, S₂ und S₁₂ in die Dralikammer 11 des Zentrifugalabscheiders 10 gezeigt. Die Eintrittsstellen S₁, S₂ und S₁₂ sind gleichmäßig verteilt über den Umfang der Drallkammer 11 angeordnet, besitzen somit jeweils den gleichen Abstand zueinander. Innerhalb der Drallkammer 11 ist um das Tauchrohr 5 ein Bauteil 14 mit einer kegelförmigen Mantelfläche angeordnet, deren Kegelspitze in Richtung des Abscheideraumes 3 zeigt. Parallel dazu beabstandet ist an der Übergangsstelle von der Drallkammer 11 in den Abscheideraum 3 ein in entgegengesetzter Richtung zeigender kegelförmiger bzw. trichterförmiger Einlauf 15 angeordnet. Dadurch kann in der Drallkammer bereits eine Vorabscheidung der schwereren Phase stattfinden.
Bei dieser Variante tritt der erfindungsgemäße Effekt nur dann ein, wenn zwei tangentiale Zuführungskanäle, wie z.B. 2 und 12, über eine Zuführungsleitung 8 und der dritte Zuführungskanal, z.B. 1, über die andere Zuführungsleitung 7 gespeist werden. Diese Schaltungsvariante ist in Figur 9 gezeigt. Der Gesamtfluidstrom 6 wird mittels einer Förderstrompumpe 16 dem Vorratsbehälter entnommen und auf die beiden Teilströme 7 und 8 aufgeteilt. Der Teilstrom 7 gelangt ohne weitere Beeinflussung über den tangentialen Zuführungskanal 1 in den Zentrifugalabscheider 10. Der Teilstrom 8 wird in zwei weitere Unterteilströme 8a und 8b aufgeteilt, wobei in die Leitung für den Teilstrom 8 ein Ventil 9 eingebunden ist. Der Unterteilstrom 8a gelangt dann über den tangentialen Zuführungskanal 2 und der Unterteilstrom 8b über den tangentialen Zuführungskanal 12 in den Zentrifugalabscheider 10. Die Summe der Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen S₂ und S₁₂ der Zuführungskanäle 2 und 12 ist größer als die Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle S₁ des Zuführungskanals 1. Im vorliegenden Fall sind die Querschnittsflächen aller drei Zuführungskanäle identisch.
Das muß jedoch nicht immer so sein, wesentlich ist nur, daß die beiden tangentialen Zuführungskanäle, die mit einer im Volumenstrom veränderbaren Leitung verbunden sind, in ihrer Summe eine größere Querschnittsfläche aufweisen.
Die Vorteile dieser Schaltungsvariante bestehen vor allem in einer einheitlichen konstruktiven Auslegung der tangentialen Zuführungskanäle, wodurch der bauliche Aufwand gering gehalten wird. Außerdem können alle tangentialen Zuführungskanäle mit den gleichen Anschlußverbindungen ausgerüstet werden.
In der Figur 10 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante für eine Anordnung mit vier tangentialen Zuführungskanälen 1, 2, 12 und 13 dargestellt.
Die Zuführungskanäle 1 und 12 haben an ihren Eintrittsstellen S₁, und S₁₂ in den Zentrifugalabscheider 10 jeweils die gleiche Querschnittsfläche und sind einander gegenüberliegend angeordnet. Beides trifft in analoger Weise auch für die Zuführungskanäle 2 und 13 mit den Eintrittsstellen S₂ und S₁₃ zu. Die Summen der Querschnittsflächen, einerseits der Zuführungskanäle 1 und 12 und andererseits der Zuführungskanäle 2 und 13 sind jedoch unterschiedlich. Der einem Behälter entnommene Gesamtvolumenstrom 6 wird nach der Einbindung der Förderstrompumpe 16 auf die beiden Teilströme 7 und 8 aufgeteilt. In die Leitung für den Teilstrom 8 ist ein Ventil 9 eingebunden. Nach dem Ventil 9 wird der Teilstrom 8 auf zwei weitere Unterteilströme 8a und 8b aufgeteilt, die über die tangentialen Zuführungskanäle 2 und 13, die an den Eintrittsstellen S₂ und S₁₃ im Vergleich zu den beiden anderen Zuführungskanälen 1 und 12 die größeren Querschnittsflächen aufweisen, in den Zentrifugalabscheider 10 eingeleitet werden. Der andere, vom Gesamtvolumenstrom abzweigende Teilstrom 7 wird ebenfalls auf zwei weitere Teilströme 7a und 7b aufgeteilt, die über die tangentialen Zuführungskanäle 1, 12 mit den kleineren Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen S₁ und S₁₂ in den Zentrifugalabscheider 10 eingeleitet werden. An dieser Stelle soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß z.B. bei vier Zuführungskanälen nicht die Einzelquerschnitte von Bedeutung sind, sondern die Summen der Querschnittsflächen der jeweils einer von der Gesamtvolumenstromleitung 6 abzweigenden Teilstromleitungen 7 und 8. Bei vier tangentialen Zuführungskanälen besteht auch die Möglichkeit einer Schaltungsvariante, wonach der eine Teilstrom, z.B. 7, nur über einen tangentialen Zuführungskanal in den Zentrifugalabscheider eingeleitet wird und der andere Teilstrom 8, der über ein Ventil regelbar ist, auf die anderen drei tangentialen Zuführungskanäle aufgeteilt wird. Selbstverständlich ist die Summe der drei Querschnittsflächen größer als die noch verbleibende Querschnittsfläche.
Durch die paarweise gegenüberliegende Anordnung der tangentialen Zuführungskanäle mit jeweils gleichem Querschnitt an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider wird eine verbesserte Rotationssymmetrie bei Einleitung unterschiedlicher Teilstrommengen erreicht.
In Figur 11 ist noch eine weitere Ausführungsvariante dargestellt, bei der der Gesamtvolumenstrom aus zwei separaten Teilströmen 7, 8 gebildet wird, die entweder einem Behälter oder zwei örtlich getrennten Behältern entnommen werden, und zwar jeweils jeder Teilstrom 7, 8 über eine gesonderte Förderstrompumpe 16 bzw. 17.
Der Teilstrom 7 gelangt dann ohne weitere Aufteilung über den tangentialen Zuführungskanal 1 mit der kleineren Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle S₁ in den Zentrifugalabscheider 10. Der andere Teilstrom 8 wird auf zwei Unterteilströme 8a und 8b aufgeteilt, die über die tangentialen Zuführungskanäle 2 und 12 mit den größeren Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen S₂ und S₁₂ in den Zentrifugalabscheider 10 geleitet werden. Entscheidend ist wiederum, daß die Summe der Querschnittsflächen der Eintrittsstellen S₂ und S₁₂ größer ist als die noch verbleibende Querschnittsfläche.
Die Regelung der einzelnen Förderstrommengen erfolgt ausschließlich über die Drehzahlregelung der Förderstrompumpen 16 und 17.
Diese Variante bietet folgende Vorteile:
Bei bestimmten dispersen Systemen besteht die Gefahr, daß sie die Zufuhrleitungen verstopfen können, insbesondere im Bereich von Ventilen. Durch die mögliche Regelung der zuzuführenden Stoffmengen ausschließlich durch die Drehzahlregelung über eingebaute Pumpen, kann eine Verstopfungsgefahr vermieden werden.
Wird der Zentrifugalsbscheider im Saugbetrieb gefahren, so ist die Pumpe bzw. der Verdichter hinter dem Zentrifugalabscheider angeordnet Eine Einflußnahme auf den Förderstrom erfolgt dann über die Kennlinie der Pumpe oder über die angesaugte Falschluft (Aerozyklon).
In der Figur 12 ist noch ein Zentrifugalabscheider als Funktionsschaltbild gezeigt ,der in seinem Aufbau im Wesentlichen der in Figur 3 gezeigten Variante entspricht.
In den tangentialen Zuführungskanal 2, der an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider im Vergleich zu dem anderen tangentialen Zuführungskanal 1 die kleinere Querschnittsfläche aufweist, ist ein Druckmeßgerät 18 eingebunden, das über eine Leitung 19 mit dem Stellventil 9, das in der Zufuhrleitung für den Teilstrom 8, die mit dem Zuführungskanal 1 verbunden ist, gekoppelt ist.
Diese Variante kommt zur Anwendung, wenn es sich um einen Aufgabestrom handelt, dessen Beladung nahezu konstant bleibt und bei dem sich auch die sonstigen Stoffeigenschaften nicht ändern. Die einfachste Realisierung dieser Maßnahme erfolgt bei Aufteilung des Gesamtvolumenstromes, des Aufgabestromes, in zwei Teilströme, die direkt über jeweils einen tangentialen Zuführungskanal 1 bzw. 2 in den Zentrifugalabscheider 10 eingeleitet werden, wie in Figur 12 gezeigt.
Der Druck wird dabei in dem Zuführungskanal 2 gemessen, wobei die Meßstelle auch außerhalb dieses Kanals 2 liegen kann, zum Beispiel in der Zuführungsleitung zu diesem Kanal. In Abhängigkeit von dem gemessenen Druck wird bei Durchsatzschwankungen das Steilventil 9 verändert, bis der Druck wieder den gewünschten Sollwert erreicht hat. Dadurch wird gleichzeitig das Verhältnis der beiden Teilströme beeinflußt.
Betrachtet man die Veränderung des Aufgabestromes detailliert, so läuft folgender Vorgang ab. Bei einem zunehmenden Aufgabestrom würde ohne die vorgeschlagene Regelung auch der Druck ansteigen. Das bedeutet, daß die Drallgeschwindigkeit im Zentrifugalabscheider steigen würde, was zu einer veränderten Abscheidung führt. Wird nun das Stellventil 9 geöffnet, so erhöht sich der Teilstrom, der durch den Zuführungskanal 1 mit der größeren Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider in diesen geleitet wird. Die Geschwindigkeit des Teilstromes in diesem Zuführungskanal 1 nimmt nur geringfügig zu, während die Geschwindigkeit des Teilstromes in dem Zuführungskanal 2, der an der besagten Eintrittsstelle die kleinere Querschnittsfläche aufweist, beträchtlich abnimmt. Dadurch wird der Drall im Zentrifugalabscheider auch bei höherem Aufgabestrom konstant gehalten. Ausdruck des konstanten Dralls im Zentrifugalabscheider ist im Wesentlichen der Druck vor dem Zentrifugalabscheider.

Claims

Verfahren zum mechanischen Trennen eines dispersen Systems in zwei oder mehrere disperse Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Zentrifugalabscheider (10), wobei mindestens zwei Teilströme (7, 8) aus einem Gesamtvolumenstrom (6) oder als getrennte Ausgangsförderströme gebildet werden, die durch tangentiale Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) als Rotationsströmung in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet werden und die Teilströme (7, 8) entweder
a) in zwei tangentiale Zuführungskanäle (1, 2) mit an den Eintrittstellen (S₁, S₂) in den Zentrifugalabscheider (10) unterschiedlichen Querschnittsflächen in diesen eingeleitet werden oder

b) bei einer Aufteilung der Teilströme (7, 8) auf mehr als zwei tangentiale Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) mindestens ein Teilstrom (7, 8) in weitere Unterteilströme (7a, 7b, 8a, 8b) aufgeteilt wird und jeder Unterteilstrom über einen tangentialen Zuführungskanal (1, 2, 12, 13) in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet wird, wobei sich die Summen der Querschnittsflächen der tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) an den Eintrittstellen (S₁ bzw. S₂ und S₁₂; oder S₁ und S₁₂ bzw. S₂ und S₁₃) in den Zentrifugalabscheider (10), die dem jeweiligen Teilstrom (7 oder 8) zugeordnet sind, unterscheiden,
und mindestens der Teilstrom (8), der dem tangentialen Zuführungskanal (1) mit der größeren Querschnittsfläche oder den tangentialen Zuführungskanälen (2, 12, 13) mit der größeren Summe der Querschnittsflächen zugeordnet ist, mittels eines Steuerorgans (9, 17) unmittelbar verändert wird, und die Aufteilung der Teilströme (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) auf die tangentlalen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) so vorgenommen wird, daß bei geforderter höherer Umfangsgeschwindigkeit in dem Zentrifugalabscheider (10) die tangentialen Zuführungskanäle (2, 1 oder 1 und 12) mit der kleineren Querschnittsfläche oder Summe der Querschnittsflächen an der Eintrittsstelle (S₂, S₁ oder S₁ und S₁₂) in den Zentrifugalabscheider (10) mit einem größeren Teilstrom (7) oder dem Gesamtvolumenstrom (6) beaufschlagt werden und umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtvolumenstrom (6) in zwei Teilströme (7, 8) aufgeteilt wird, die über je einen Zuführungskanal (1, 2) in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet werden, wobei der Teilstrom (8), der mit der größeren Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle (S₁) in den Zentrifugalabscheider (10) verbunden ist, mittels eines Steuerorgans (9) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtvolumenstrom (6) auf mehr als zwei tangential in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitete Teilströme (7, 8, 7a, 7b, 8a, 8b) aufgeteilt wird, wobei mindestens zwei tangentiale Teilströme (7a, 7b, 8a, 8b) von einem Teilstrom (7, 8) abgezweigt werden, und der Teilstrom (8), dessen Unterteilströme (8a, 8b) über tangentiale Zuführungskanäle (2, 12, 13) mit in der Summe größeren Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle (S₂, S₁₂, S₁₃) in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet wird, mittels eines Steuerorgans (9) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerorgan (9) eine Pumpe und/oder ein Ventil eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme (7, 8) unabhängig voneinander durch Förderstromänderung der jeweiligen Pumpe verändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei separate Teilströme (7, 8) die Ausgangsförderströme bilden, wobei jeder dieser Teilströme (7, 8) durch eine Pumpe (16, 17) verändert wird und mindestens ein Teilstrom (8) auf weitere Unterteilströme (8a, 8b) aufgeteilt wird, die über tangentiale Zuführungskanäle (2, 12) in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß auf den Durchsatz der Teilströme (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) außerhalb der tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleiteten Teil- undloder Unterteilströme (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) vor dem Erreichen des Arbeitsraumes des Zentrifugalabscheiders (10) in Richtung Zentrifugalabscheiderachse beschleunigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme (7, 8) aus einem gemeinsamen oder getrennten Vorratsbehältern entnommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Gesamtvolumenstrom (6) zur Absenkung der Trennkorngröße der Teilstrom (7, 8) mit dem größeren Volumenstrom reduziert wird und der Teilstrom mit dem kleineren Volumenstrom erhöht wird, bei gleichzeitiger Erhöhung des Vordruckes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Abscheidegrades infolge von Druckschwankungen in dem Teilstrom (7, 8), der über den Zuführungskanal (1, 2, 12, 13) mit der kleinsten Querschnittsstelle an der Eintrittsstelle (S₁, S₂, S₁₂, S₁₃) in den Zentrifugalabscheider (10) eingeleitet wird, der Druck gemessen und auf einem konstanten Wert gehalten wird, durch Veränderung mindestens einer der übrigen Teilstrommengen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Trenneigenschaften vor und/oder nach dem Zentrifugalabscheider (10) einer oder mehrere der den Abscheideprozeß charakterisierenden Stoffparameter gemessen oder bestimmt werden und in Abhängigkeit davon das Teilstrommengenverhältnis zwischen zwei oder mehreren Teilströmen (7, 8) undloder die Druckdifferenz zwischen zwei definierten Stellen, jeweils einer vor und einer nach dem Zentrifugalabscheider (10), verändert werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Zentrifugalabscheider (10) mit mehreren tangentialen Zuführungskanälen (1, 2, 12, 13), wobei
a) bei einer Anordnung von zwei Zuführungskanälen (1, 2) diese an den Eintrittsstellen (S₁, S₂) in den Zentrifugalabscheider (10) eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen und

b) bei einer Anordnung von mehr als zwei tangentialen Zuführungskanälen (1, 2, 12, 13) mindestens zwei tangentiale Zuführungskanäle (2, 12 oder 2, 13) mit Leitungen (8a, 8b) für Unterteilströme verbunden sind, die von einer Teilstromleitung (8) abzweigen, und sich die Summen der Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen (S₁ bzw. S₂ und S₁₂; oder S₁ und S₁₂ bzw. S2 und S₁₃) der Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) in den Zentrifugalabschelder (10), die der jeweiligen Teilstromleitung (7 oder 8) zugeordnet sind, unterscheiden,
und sowohl bei einer Anordnung von zwei als auch von mehr als zwei tangentialen Zuführungskanälen (1, 2, 12, 13) mindestens in die Teilstromleitung (8), die an die tangentialen Zuführungskanäle (1 oder 2, 12 oder 2, 13) mit der größeren Querschnittsfläche oder Summe der Querschnittsflächen an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider (10) angeschlossen ist, ein Steuerorgan (9, 17) eingebunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) an den Eintrittstellen (S₁, S₂, S₁₂, S₁₃) in den Zentrifugalabscheider (10) die gleiche Höhe sowie eine gleiche oder unterschiedliche Breite aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unterschiedlichen Querschnittsflächen oder die gebildeten Summen der Querschnittsflächen um mehr als das Vierfache unterscheiden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Zuführungskanäle (2, 12 oder 1, 12 oder 2, 13) mit gleichen Querschnittsflächen an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider (10) über Leitungen (7a, 7b, 8a, 8b) für die Unterteilströme mit einer gemeinsamen Zuführungsleitung (7, 8) für die Teilströme verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine der Zuführungsleitungen (7, 8) ein stufenlos einstellbares Steuerorgan (9, 16, 17) eingebunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan eine Pumpe (16,17) oder ein Ventil (9) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen der Querschnittsflächen der tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) an den Eintrittsstellen (S₁, S₂, S₁₂, S₁₃) in den Zentrifugalabscheider (10) in einer Ebene liegen und die Querschnittsflächen gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) auf der gleichen axialen Koordinate liegend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitungen (7, 8, 7a, 7b, 8a, 8b) unterschiedliche Anschlußquerschnitte aufweisen, derart, daß die Zuführungsleitungen (8, 8a, 8b), die mit den tangentialen Zuführungskanälen (1, 2, 12, 13) in Verbindung stehen, deren Querschnittsfläche oder Summe der Querschnittsflächen an den Eintrittsstellen in den Zentrifugalabscheider (10) am größten ist, den größeren Anschlußquerschnitt besitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß In die in den Zuführungskanal (2) mit der kleinsten Querschnittsfläche an der Eintrittsstelle in den Zentrifugalabscheider (10) eingebundene Leitung (7) oder in diesem Zuführungskanal (2) ein Druckmeßgerät (18) eingebunden ist, das mit mindestens einem Stellventil (9) gekoppelt ist, das in mindestens einem der Zuführungskanäle (1) für die übrigen Teilstrommengen eingebunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach dem Zentrifugalabscheider (10) ein Meßgerät zur Messung oder Bestimmung eines oder mehrerer der den Abscheideprozeß charakterisierenden Stoffparameter eingebunden ist, das mit mindestens einem Stellorgan zur Veränderung des Teilstrommengenverhältnisses und/oder der Druckdifferenz zwischen zwei definierten Stellen, jeweils einer vor und einer nach dem Zentrifugalabscheider (10), gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugalabscheider (10) mit einer Drallkammer (11) ausgerüstet ist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Abscheideraumes (3) des Zentrifugalabscheiders (10) und deren Höhe kleiner als die Höhe des Abscheideraumes (3) ist, wobei die tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) mit der Drallkammer (11) in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der tangentialen Zuführungskanäle (1, 2, 12, 13) auf vier beschränkt ist.