EP1167621B1 - Hydrozyklonanlage - Google Patents

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EP1167621B1
EP1167621B1 EP01107322A EP01107322A EP1167621B1 EP 1167621 B1 EP1167621 B1 EP 1167621B1 EP 01107322 A EP01107322 A EP 01107322A EP 01107322 A EP01107322 A EP 01107322A EP 1167621 B1 EP1167621 B1 EP 1167621B1
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EP
European Patent Office
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distribution
wall
hydrocyclones
unit according
hydrocyclone
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EP01107322A
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Michael Danger
Rolf Hartmann
Stefan Rippl
Peter Schweiss
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/18—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force
    • D21D5/24—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force in cyclones

Definitions

  • the invention relates to a hydrocyclone plant with several hydrocyclones according to the Preamble of claim 1.
  • hydrocyclones are used to make liquids containing substances from different sinking behavior, due to strong centrifugal forces fractionate. So it is e.g. possible in a pulp suspension, as used to Production of paper is used to concentrate contained impurities and through a Rejektan gleich derive from the hydrocyclone. The of impurities freed fraction, namely the accept, is led through the accepts connection and used further.
  • These processes are known per se, as is the fact that a good effect is only guaranteed if the hydrocyclones do not have a certain size exceed. In a hydrocyclone plant, for larger throughputs is therefore a plurality - often even a variety - of hydrocyclones needed. These are then flowed through in parallel by the liquid to be purified, which means that the liquid flow into a multitude of smaller partial streams must be split. For this, e.g. Distribution and collection devices, such as will be described below.
  • a convenient distribution and collection device is usually to create so that the distribution of the liquid streams is largely uniform.
  • Another Demands on hydrocyclone plants of this type is their simplicity to them to produce inexpensive.
  • the hydrocyclones for maintenance purposes easy to exchange. The fulfillment of all these demands is in the past existing systems not satisfactorily resolved.
  • the invention is therefore based on the object, a hydrocyclone plant with simple Make the means so that the hydrocyclones easily attached and removed can be and a secure grip is guaranteed even with overpressure.
  • the inventively designed distribution and collection device contains for the inlet and for the process e.g. each a relatively large cylindrical metal tube or an oval metallic flow part. This can be the mentioned threaded bolts be welded. For the screw connection are only a few and In addition, cheap standard parts needed. Since the hydrocyclones are made in series, e.g. be poured or sprayed, the flanges can be in one piece with the Establish connections.
  • Fig. 1 shows an example of a hydrocyclone 1, which in the inventive manner the distribution and collection device 5 is connected and thus a part of Hydrocyclone plant forms.
  • the liquid to be cleaned passes via a lower inlet pipe 10, to which the inlet connection 2 is connected, into the hydrocyclone 1.
  • the liquid flows into the Acceptance connection 3 and then into the accept pipe 11, which is above the Inlet pipe 10 is located.
  • Inlet connection 2 and accept connection 3 are each with a flange 6 provided by means of threaded bolts 9 and nuts 8 at the cylindrical side wall 7 of the corresponding tubes is releasably secured.
  • Reject connection 4 is here as usual at the lower end of the hydrocyclone.
  • FIG. 1 Another side view of the hydrocyclone plant shown in Fig. 1, again only Sectionally, Fig. 2 shows.
  • the inlet pipe 10 and the accept pipe 11 recognizable in side view.
  • the connected to the upper pipe flange 6 is a Round flange, while the corresponding flange 6 'on the inlet pipe 10 as an alternative oval is drawn.
  • two threaded bolts per flange are sufficient. It may be useful, the threaded bolt 9 only when mounting the hydrocyclone on the cylindrical side wall 7 réellesch spaen, since then any inaccuracies of the Pipe laying can be compensated. There is usually no additional Effort such as drilling or attaching reinforcements required.
  • the threaded bolt Can simply be placed on the curved pipe wall and welded.
  • connection to the distribution and collection device 5 takes place according to Fig. 3 and Fig. 4 with an elastic seal 14 which through the opening in the cylindrical side wall 7 is pushed through.
  • Threaded bolt 9 and nuts 8 are in Fig. 3 drawn by dashed lines, since they are hidden.
  • the seal has inside and outside the inlet and outlet pipe, a larger outer diameter than him Having opening in this tube.
  • the outer diameter of the seal 14 at the Location that is located after insertion in the opening of the inlet or outlet pipe, is less than the diameter of this opening. This forms first, so before the connection of the hydrocyclone is in its end position, a gap 17 (s. Fig. 4).
  • the bore of the gasket is conical, in such a way that it separates from outside inward, so narrowed in the mounting direction 18 of the flange 6. This will when retracting the connecting pipe, the gasket expands and settles inside the Distribution pipe on. Even so, the not completely excluded tolerances in the Production of hydrocyclones or hydrocyclone plant are compensated. Threaded bolt 9 and nuts 8 are shown in dashed lines, since they are hidden.
  • the distribution and manifolds ie the inlet pipe 10 and the accepts pipe 11 are not arranged directly above one another, but offset so that the accept pipe 11 with the center axis of the hydrocyclone. 1 Aligns so that the accepts pipe 11 is perpendicular to the hydrocyclone 1.
  • Acceptance connection 3 and inlet connection 2 are at right angles to each other Connection directions. This arrangement is favorable in many cases. Especially what the Compactness of the system, the simplicity of the connections and the safety of the Attachment of the hydrocyclone to the distribution and collection device 5 relates.
  • the figure 5 shows yet another feature that not only here but also at other embodiments of the subject invention is possible. It can namely by an - here only hinted - adjusting 19 of the accepts 3 in the axial Direction are shifted. As a result, larger tolerances can be compensated. But this adjustment can have a further advantage because the assembly of Hydrocyclone is considerably simplified. It would then be e.g. first of all Feed inlet 2 into the inlet pipe 10. Subsequently, through Increasing the accepts connection 3 and the connection to the accepts pipe 11th getting produced. The use of seals as described in FIGS. 3 and 4 are advantageous. Then, as already described, the flanges 6 to the Threaded bolt 9 screwed, and without the hydrocyclones 1 at a additional bracket are attached, a secure grip is ensured.
  • the hydrocyclone plant shown in FIG. 6 receives the suspension to be purified a distribution and collection device 5 'designed as a stationary cylinder.
  • This Cylinder is inside by a horizontal partition 13 (dashed lines) divided transversely to the flow direction. Upstream of this partition wall 13, i. so inlet side, are the inlet connections 2 of the laterally arranged Hydrocyclones 1 and downstream of the partition 13, the accept connections 3.
  • the Central axis of the hydrocyclones is in each case parallel to the cylindrical side wall. 7 arranged.
  • Hydrocyclones can also be used so that the heavy fraction as accepts and the light fraction is used as a reject. With such an application will be e.g. specifically light impurities separated from a paper fiber suspension. Also for this purpose, a system according to the invention can be used by the Accept connection 3 of FIG. 1 or 2 serves as a reject connection. The accepts then fall at the outlet for the heavy fraction. Such circuits are known per se and therefore not specifically shown here.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hydrozyklonanlage mit mehreren Hydrozyklonen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekanntlich werden Hydrozyklone verwendet, um Flüssigkeiten, in denen sich Stoffe von unterschiedlichem Sinkverhalten befinden, durch starke Zentrifugalkräfte zu fraktionieren. So ist es z.B. möglich, die in einer Faserstoffsuspension, wie sie zur Erzeugung von Papier verwendet wird, enthaltenen Störstoffe aufzukonzentrieren und durch einen Rejektanschluss aus dem Hydrozyklon abzuleiten. Die von Störstoffen befreite Fraktion, nämlich der Gutstoff, wird durch den Gutstoffanschluss geführt und weiter verwendet. Diese Vorgänge sind an sich bekannt, ebenso die Tatsache, dass ein guter Effekt nur gewährleistet ist, wenn die Hydrozyklone eine bestimmte Größe nicht überschreiten. Bei einer Hydrozyklonanlage, die für größere Durchsatzmengen ausgelegt ist, wird daher eine Mehrzahl - oft sogar eine Vielzahl - von Hydrozyklonen benötigt. Diese werden dann parallel von der zu reinigenden Flüssigkeit durchströmt, was bedeutet, dass der Flüssigkeitsstrom in eine Vielzahl von kleineren Teilströmen aufgeteilt werden muss. Hierzu können z.B. Verteil- und Sammelvorrichtungen, wie sie im folgenden noch beschrieben werden, verwendet werden.
Eine zweckmäßige Verteil- und Sammelvorrichtung ist in der Regel so zu erstellen, dass die Verteilung der Flüssigkeitsströme weitestgehend gleichmäßig ist. Außerdem sollen hydraulische Störungen, Wirbel oder ähnliches vermieden werden. Eine weitere Anforderung an Hydrozyklonanlagen dieser Art ist ihre Einfachheit, um sie kostengünstig herstellen zu können. Auch sollen die Hydrozyklone zu Wartungszwecken leicht zu tauschen sein. Die Erfüllung aller dieser Forderungen ist bei den bisher vorhandenen Anlagen nicht befriedigend gelöst.
Aus der DE-A-299 16 565 kennt man bereits eine Hydrozyklonanlage dieser Art, und es wird nebenbei erwähnt, dass als Alternative zur dort beschriebenen Befestigung mittels elastischer-ringförmiger Dichtelemente auch verschraubte Flansche möglich wären. In einer weiteren Publikation, der US-A-4 146 469, werden Möglichkeiten gezeigt, Hydrozyklone so von unten in die Gutstoffleitungen einzuführen, dass ihre Zulauföffnungen durch eine unterhalb der Gutstoffleitungen angeordnete Zuführleitung versorgt werden können. Die an der Rohrdurchführung benötigte Dichtvorrichtung wird durch Bügel und Schrauben verspannt. Durch die WO-A-91/16988 ist die paarweise Befestigung von Hydrozyklonen mittels leicht lösbarer Klemmvorrichtungen bekannt.
Eine weitere Befestigung solcher Hydrozyklonen mit Flansch und Gegenflansch zeigt die DE-A-3150073.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Hydrozyklonanlage mit einfachen Mitteln so zu gestalten, dass die Hydrozyklone leicht angebracht und wieder entfernt werden können und ein sicherer Halt auch bei Überdruck gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Die erfindungsgemäß gestaltete Verteil- und Sammelvorrichtung enthält für den Zulauf und für den Ablauf z.B. je ein relativ großes zylindrisches Metallrohr oder ein ovales metallisches Strömungsteil. Daran können die erwähnten Gewindebolzen angeschweißt werden. Für die Schraubverbindung werden nur wenige und zudem billige Normteile benötigt. Da die Hydrozyklone in Serien gefertigt sind, z.B. gegossen oder gespritzt werden, lassen sich die Flansche in einem Stück mit den Anschlüssen herstellen.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden beschrieben an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigt:
Fig. 1
Teil einer erfindungsgemäßen Hydrozyklonanlage in Seitenansicht;
Fig. 2
die Hydrozyklonanlage der Figur 1 in einer anderen Seitenansicht;
Fig. 3
den Anschluss im Detail;
Fig. 4
die Dichtung im Detail;
Fig. 5 + 6
je eine Variante des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 zeigt exemplarisch einen Hydrozyklon 1, der in der erfindungsgemäßen Weise an die Verteil- und Sammelvorrichtung 5 angeschlossen ist und somit einen Teil der Hydrozyklonanlage bildet. Bei Betrieb der Anlage gelangt die zu reinigende Flüssigkeit über ein tiefer liegendes Zulaufrohr 10, an das der Zulaufanschluss 2 angeschlossen ist, in den Hydrozyklon 1. Nach bestimmungsgemäßer Reinigung fließt die Flüssigkeit in den Gutstoffanschluss 3 und anschließend in das Gutstoffrohr 11, welches sich oberhalb des Zulaufrohres 10 befindet. Zulaufanschluss 2 und Gutstoffanschluss 3 sind jeweils mit einem Flansch 6 versehen, der mit Hilfe von Gewindebolzen 9 und Muttern 8 an der zylindrischen Seitenwand 7 der entsprechenden Rohre lösbar befestigt ist. Der Rejektanschluss 4 befindet sich hier wie üblich am unteren Ende des Hydrozyklons 1 und dient der Abführung der im Hydrozyklon gesammelten Schwerteile in ein Rejektsammelrohr 16. Mit Vorteil ist der Anschluss an das Rejektsammelrohr 16 parallel zu den übrigen Anschlüssen. Als Halterung für die Teile der Verteil- und Sammelvorrichtung 5 dient ein nur angedeutetes Befestigungsgerüst 15. Die Hydrozyklone selbst sind bereits durch die beschriebenen Verbindungen ausreichend fest verankert.
Eine andere Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Hydrozyklonanlage, wiederum nur ausschnittsweise, zeigt die Fig. 2. Dabei sind das Zulaufrohr 10 und das Gutstoffrohr 11 in Seitenansicht erkennbar. Der am oberen Rohr angeschlossene Flansch 6 ist ein Rundflansch, während der entsprechende Flansch 6' am Zulaufrohr 10 als Alternative oval gezeichnet ist. In der Regel sind zwei Gewindebolzen pro Flansch ausreichend. Es kann sinnvoll sein, die Gewindebolzen 9 erst bei Montage der Hydrozyklonanlage auf die zylindrische Seitenwand 7 aufzuschweißen, da dann eventuelle Ungenauigkeiten der Rohrverlegung ausgeglichen werden können. Dabei ist in der Regel kein zusätzlicher Aufwand wie Bohren oder Anbringen von Verstärkungen erforderlich. Der Gewindebolzen kann einfach auf die gewölbte Rohrwandung aufgesetzt und angeschweißt werden.
Zweckmäßigerweise erfolgt der Anschluss an die Verteil- und Sammelvorrichtung 5 gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 4 mit einer elastischen Dichtung 14, die durch die Öffnung in der zylindrischen Seitenwand 7 durchgesteckt ist. Gewindebolzen 9 und Muttern 8 sind in Fig. 3 gestrichelt gezeichnet, da sie verdeckt sind. Die Dichtung hat innerhalb und außerhalb des Zulauf- bzw. Ablaufrohres einen größeren Außendurchmesser als ihn die Öffnung in diesem Rohr aufweist. Der Außendurchmesser, den die Dichtung 14 an der Stelle hat, die nach dem Einsetzen in der Öffnung des Zulauf- bzw. Ablaufrohres liegt, ist geringer als der Durchmesser dieser Öffnung. Dadurch bildet sich zunächst, also bevor der Anschluss des Hydrozyklons in seiner Endlage ist, ein Zwischenraum 17 (s. Fig. 4). Die Bohrung der Dichtung ist konisch ausgeführt, und zwar so, dass sie sich von außen nach innen, also in Montagerichtung 18 des Flansches 6 verengt. Dadurch wird beim Einfahren des Anschlussrohres die Dichtung erweitert und legt sich im Innern des Verteilrohres an. Auch so können die nicht ganz auszuschließenden Toleranzen bei der Herstellung der Hydrozyklone bzw. Hydrozyklonanlage ausgeglichen werden. Gewindebolzen 9 und Muttern 8 sind gestrichelt gezeichnet, da sie verdeckt sind.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Hydrozyklonanlage sind die Verteil- und Sammelrohre, also das Zulaufrohr 10 und das Gutstoffrohr 11 nicht direkt übereinander angeordnet, sondern so versetzt, dass das Gutstoffrohr 11 mit der Mittelachse des Hydrozyklons 1 fluchtet, dass also das Gutstoffrohr 11 senkrecht über dem Hydrozyklon 1 liegt. Dadurch haben Gutstoffanschluss 3 und Zulaufanschluss 2 rechtwinkelig zueinander liegende Anschlussrichtungen. Diese Anordnung ist in vielen Fällen günstig. Insbesondere was die Kompaktheit der Anlage, die Einfachheit der Anschlüsse und die Sicherheit der Befestigung des Hydrozyklons an der Verteil- und Sammelvorrichtung 5 betrifft.
Die Figur 5 zeigt noch eine weitere Besonderheit, die nicht nur hier, sondern auch bei anderen Ausführungen des Erfindungsgegenstandes möglich ist. Es kann nämlich durch eine - hier nur angedeutete - Verstelleinrichtung 19 der Gutstoffanschluss 3 in axialer Richtung verschoben werden. Dadurch lassen sich auch größere Toleranzen ausgleichen. Diese Einstellmöglichkeit kann aber einen weiteren Vorteil haben, weil die Montage des Hydrozyklons beträchtlich vereinfacht wird. Es wäre dann z.B. zunächst der Zulaufanschluss 2 in das Zulaufrohr 10 einzustecken. Anschließend kann durch Höherstellen des Gutstoffanschlusses 3 auch die Verbindung zum Gutstoffrohr 11 hergestellt werden. Die Verwendung von Dichtungen, wie sie in Fig. 3 und 4 beschrieben sind, ist dabei von Vorteil. Dann werden, wie bereits beschrieben, die Flansche 6 an die Gewindebolzen 9 geschraubt, und auch ohne dass die Hydrozyklone 1 an einer zusätzlichen Halterung befestigt sind, ist ein sicherer Halt gewährleistet.
Die in der Fig. 6 gezeigte Hydrozyklonanlage erhält die zu reinigende Suspension durch eine als stehender Zylinder ausgebildete Verteil- und Sammelvorrichtung 5'. Dieser Zylinder ist im Innern durch eine waagerechte Trennwand 13 (gestrichelt gezeichnet) quer zur Strömungsrichtung geteilt. Stromaufwärts zu dieser Trennwand 13, d.h. also zulaufseitig, befinden sich die Zulaufanschlüsse 2 der seitlich angeordneten Hydrozyklone 1 und stromabwärts der Trennwand 13 die Gutstoffanschlüsse 3. Die Mittelachse der Hydrozyklone ist jeweils parallel zur zylindrischen Seitenwand 7 angeordnet.
Hydrozyklone können auch so eingesetzt werden, dass die Schwerfraktion als Gutstoff und die Leichtfraktion als Rejekt verwendet wird. Mit einer solchen Anwendung werden z.B. spezifisch leichte Störstoffe aus einer Papierfasersuspension abgeschieden. Auch hierzu kann eine erfindungsgemäße Anlage verwendet werden, indem der Gutstoffanschluss 3 der Fig. 1 oder 2 als Rejektanschluss dient. Der Gutstoff fällt dann am Auslass für die Schwerfraktion an. Solche Schaltungen sind an sich bekannt und daher hier nicht speziell dargestellt.

Claims (13)

  1. Hydrozyklonanlage mit mehreren Hydrozyklonen (1), die je mindestens einen Zulaufanschluss (2), einen Gutstoffanschluss (3) und einen Rejektanschluss (4) aufweisen sowie mit mindestens einer Verteil- und Sammelvorrichtung (5, 5') für die Zu- und Abführung von Flüssigkeiten in die Hydrozyklone (1) bzw. aus den Hydrozyklonen,
    wobei mindestens einer der Anschlüsse der Hydrozyklone (1) mit der Verteil- und Sammelvorrichtung (5, 5') verschraubt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Anschlüsse der Hydrozyklone (1) mit einem Flansch (6, 6') versehen ist, der an die Verteil- und Sammelvorrichtung (5, 5') mit Hilfe von Gewindebolzen (9) angeschraubt ist, welche an die Wandung (7) der Verteil- und Sammeleinrichtung (5, 5') angeschweißt sind.
  2. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (7) an den Anschweißstellen keine Verstärkungen oder Bohrungen aufweist.
  3. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass je Anschluss zwei Gewindebolzen (9) vorgesehen sind und dass diese an den Stellen der Wandung (7) angebracht sind, an denen der geringste Abstand zum Flansch (6, 6') besteht.
  4. Hydrozyklonanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Dichtung (14) aufweist, welche den in die Verteil- und Sammeleinrichtung (5, 5') eingesteckten Anschluss ringförmig umschließt, bis in das Innere der Verteil- und Sammeleinrichtung (5, 5') hineinreicht und innerhalb und außerhalb der Verteil- und Sammeleinrichtung (5, 5') jeweils einen größeren Außendurchmesser hat als die Öffnung in der Wandung (7) an dieser Stelle.
  5. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Dichtung (14) an der Stelle, die im montierten Zustand in der Öffnung der Wandung (7) liegt, mindestens 2 mm geringer ist als der Durchmesser dieser Öffnung.
  6. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung der Dichtung (14) konisch ist, derart dass sie sich in Montagerichtung (18) des Flansches (6, 6') verengt.
  7. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenfläche des Flansches (6, 6') die Dichtung (14) nicht berührt.
  8. Hydrozyklonanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Anschlüsse der Hydrozyklone (1) in ihrer Lage zueinander einstellbar und dann starr fixierbar sind.
  9. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Hydrozyklone (1) rechtwinkelig zur Hauptströmungsrichtung in der Verteil- und Sammelvorrichtung (5) liegen.
  10. Hydrozyklonanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteil- und Sammelvorrichtung (5') ein Strömungsteil enthält, welches eine in sich geschlossene, vorzugsweise zylindrische Seitenwand (7) hat mit Öffnungen für die Zulaufanschlüsse (2) und Öffnungen für die Gutstoffanschlüsse (3) oder für die Rejektanschlüsse (4) der Hydrozyklone (1),
    dass die Verteil- und Sammelvorrichtung (5') eine innenliegende Trennwand (13) aufweist, welche ihren Strömungsquerschnitt verschließt,
    dass die Zulaufanschlüsse (2) der Hydrozyklone (1) stromaufwärts und die Gutstoffanschlüsse (3) oder die Rejektanschlüsse (4) stromabwärts der Trennwand (13) in die Verteil- und Sammelvorrichtung (5') münden.
  11. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen für die Gutstoffanschlüsse (3) oder die Rejektanschlüsse (4) gleichmäßig über den Umfang der Verteil- und Sammelvorrichtung (5') verteilt sind.
  12. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Hydrozyklone (1) parallel zur Hauptströmungsrichtung in der Verteil- und Sammelvorrichtung (5') liegen.
  13. Hydrozyklonanlage nach Anspruch 10, 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (7) einen Grundriss hat, der einem gleichmäßigen Polygon entspricht.
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