FI58954B - Hydrocyklon - Google Patents

Description

— » ... ,,,. KUULUTUtJULKAIJU rOOCJ

;fg| W •"»υΤΙ.ΑβΟΝΙΝΟΙίΚΑΙΡΤ 5öy5A

¾®viK C4Ä Patentti ayönrrtty 11 05 1931 ' ' Patent rceddelat ^ v ^ (S1) Kv.ik?/iot.a.3 D 21 D 5/24 SUOMI —FINLAND (21) PtMi^hAkun^-PtMnttnrfknfe,! 792571 (22) HakwnkpUvi —AntöknlnsKUc 20.08.79 ^ ^ (23) Alkuplivl—GIM|h«tad*( 20.08.79 (41) Tullut (ulkMial — Bllvta offuntHf

Patmtti- )s r«kl(t«rihallitut (44) NlhtftvUcsJpanon μ kuuL|ulk*l«in pvm. —

Patant> och rtgitterttyraltan ' AmOkan utl«fd och utUkrtftwi pubUm-ad 30.01.81 (32)(33)(31) awolkau»—taglrd prlorltat (71) Enso-Gutzeit Osakeyhtiö, Kanavaranta 1, 00l60 Helsinki ΐβ,

Suomi-Finland(FI) (72) Pentti Vikiö, Savonlinna, Matti Lankinen, Savonlinna,

Juhani Kyytsönen, Savonlinna, Suomi-Finland(Fl) (5I+) Hydro sykloni - Hydrocyklon Tämä keksintö koskee hydrosyklonia kuitususpension jakamiseksi kuituja sisältäväksi kevyemmäksi hyväksyttäväksi jakeeksi sekä lika-aineita sisältäväksi hylättäväksi raskaammaksi jakeeksi, joka hydro-sykloni käsittää erotuskammion, joka muodostuu osaksi sylinteriosas-ta, joka on varustettu ainakin yhdellä kanavalla eri jakeisiin jaettavan kuitususpension tangentiaaliseksi sisäänsyöttämiseksi ja jonka sisällä on koaksiaalisesti sijoitettu putki kevyemmän jakeen poistamiseksi, sekä osaksi sylinteriosan jatkeena olevasta lajitinkar-tiosta, jonka kärkeen on liitetty kartiosuulake, joka on tehty laji-tinkartiota jyrkemmin suppenevaksi, ja jonka kärjessä on raskaamman jakeen poistoaukko, jolloin lajitinkartion ja kartiosuulakkeen sisäpinnalle on sovitettu ainakin yksi, syklonin aksiaalisuunnassa kulkeva ohjaussiipi, joka antaa lajitinkartion ja kartiosuulakkeen sisäpinnalle kierukkamaista rataa pitkin kulkevalle raskaammalle jakeel-le säteittäisesti sisäänpäin suunnatun liikekomponentin.

Hydrosykloneja käytetään laajalti sellu- ja paperitehtaissa erotettaessa epäpuhtauksia kuitususpensioista, jotka käsitellään useisiin vaiheisiin jaetussa hydrosyklonilaitoksessa. Kussakin vaiheessa on suuri määrä yksittäisiä hydrosykloneja, jotka on kytketty yhteen rin- 2 58954 nakkain siten, että useita hydrosykloneja syötetään samanaikaisesti yhteisestä kammiosta, johon pumpataan laimea puhdistettava kuitua suspensio. Yksittäisessä hydrosyklonissa paineenalaisena syötetty kuitususpensio pakotetaan nopeaan pyörimisliikkeeseen kartiomaisesti supistuvassa putkessa, jossa keskipakoisvoiman vaikutuksesta kuitu-suspensiossa olevat osaset erkanevat toisistaan ominaispainonsa mukaisesti raskaammaksi ja kevyemmäksi jakeeksi.

Raskaampi jae sisältää ominaispainoltaan kuituja suuremmat epäpuhtaudet, joiden esiintymistä ei voida sallia paperin valmistukseen käytettävässä kuitususpensiossa. Kevyempi, paperin teossa hyväksyttävä jae taas sisältää pääasiassa hydrosykloniin suspension seassa syötetyt kuidut.

Kun hydrosykloniin syötetty kuitususpensio etenee nestepyörteenä kohti kartiomaisesti supistuvan putken, lajitinkartion kärkeä, tapahtuu kuitususpension jakeiksi erottuminen siten, että raskaammat epäpuhtaudet joutuvat keskipakoisvoiman vaikutuksesta pyörteen ulkoreunoille lähelle lajitinkartion seinämiä, kun taas kevyemmän jakeen muodostavat kuidut joutuvat nestepyörteen sisäkerrokseen lähemmäksi lajitinkartion pituusakselia. Epäpuhtaudet rikastuvat lajitinkartion seinämien lähellä olevaan kerrokseen, ja näin ollen niiden muodostama raskaampi jae poistetaan lajitinkartion kärjessä olevasta poisto-aukosta syötettävää kuitususpensiota sakeampana virtauksena.

Lähellä lajitinkartion kärkeä nestepyörteen virtaussuunta muuttuu päinvastaiseksi kohti lajitinkartion laajempaa osaa, ja alunperin syötettävän pyörteen sisäkerroksessa olevat kuidut joutuvat tähän sisäpyörteeseen, joka poistetaan lajitinkartioon nähden koaksiaali-sesta putkesta, joka sijaitsee hydrosyklonin sylinteriosassa, johon puhdistettavan kuitususpension syöttö tapahtuu.

Edellä kuvattu kuitususpension erottuminen raskaammaksi jakeeksi ja kevyemmäksi jakeeksi ei tietenkään ole käytännössä aivan täydellistä, vaan kevyempään jakeeseen saattaa joutua epäpuhtauksia ja toisaalta raskaamman jakeen mukaan kuituja. Kunnolla toimivan hydro-syklonilaitoksen tehtävänä onkin pitää kevyemmän jakeen puhtaus korkealla tasolla samalla, kun raskaamman jakeen kuitupitoisuus ei saa nousta kuitutappioitten takia liian suureksi.

Kuitutappioitten välttämiseksi menetellään siten, että hydrosykloni- 3 58954 laitoksen ensimmäisestä vaiheesta tuleva raskaampi epäpuhtauksia sisältävä jae, joka sisältää talteenotettavia kuituja, syötetään seu-raavaan vaiheeseen, josta kuidut saadaan siinä erottuneen kevyemmän jakeen mukana talteen. Näin menetellään, kunnes hydrosyklonilaitok-sesta poistuvan raskaamman jakeen kuitupitoisuus on halutussa minimissä.

Hydrosyklonilaitoksen hylättävän raskaamman jakeen tilavuusvirta pyritään pitämään mahdollisimman pienenä, mikä käytännössä merkitsee sitä, että hydrosyklonin lajintinkartion kärjessä oleva poisto-aukko mitoitetaan niin pieneksi kuin se on mahdollista ilman tukkeutumisriskiä.

Nykyaikaisesta prosessitekniikasta johtuu, että hydrosyklonilaitoksiin syötettävien kuitususpensioitten lämpötila on noussut yhä korkeammaksi, mikä merkitsee sitä, että veden viskositeetti on vastaavassa määrin alentunut. Tästä johtuu, että kuitususpension vesi pyrkii irtoamaan kuiduista ja siirtymään sisempään pyörteeseen paljon nopeammin kuin alhaisemmissa lämpötiloissa. Sakeuden tällä tavalla kasvaessa kuitususpensiopyörteessä on selvää, että kuidut eivät ehdi siirtyä sisempään pyörteeseen, vaan ne joutuvat raskaamman jakeen joukkoon, jonka sakeus siis entisestään kasvaa kuitupitoisuuden lisääntyessä. Toisaalta sisempään pyörteeseen hyväksytyn jakeen joukkoon alentuneen viskositeetin takia nopeammin virtaava vesi voi viedä mukanaan myös likahiukkasia, mikä alentaa syklonin puhdistustehoa.

Eräät, varsinkin lyhytkuituja sisältävät suspensiot sakeutuvat voimakkaasti raskaamman jakeen poistoaukon läheisyydessä, kun raskaamman jakeen tilavuusvirta pyritään pitämään pienenä. Tällöin saattaa rakentumisesta ja virtauksen pienuudesta johtuen hydrosyklonin toiminta keskeytyä tukkeutumisen vuoksi.

Ongelmana on näin ollen sellaisen hydrosyklonin aikaansaaminen, joka tehokkaasti erottaa toisistaan kevyemmän hyväksyttävän jakeen ja raskaamman hylättävän jakeen, jolloin viimeksi mainittu voi esteettä poistua hydrosyklonista mahdollisimman vähän kuitua sisältävänä, ja mahdollisimman pienenä tilavuusvirtana.

Eräänä ratkaisuna yllä olevaan pulmaan on ollut raskaamman jakeen laimentaminen vesisuihkuja käyttäen. Tämä kuitenkin lisää raskaamman jakeen tilavuusvirtaa myöhemmissä puhdistusvaiheissa, minkä lisäk- 4 58954 si vesisuihkujen asentaminen varsinkin ns. säiliötyyppisiin puhdistuslaitoksiin on hankalaa.

Toisena ratkaisuna hydrosyklonin tukkeutumisen estämiseksi on käytetty menettelyä, jossa hylättävän jakeen ulosvirtausaukko on järjestetty epäkeskeiseksi lajitinkartioon nähden. Tämä ratkaisu ei ole osoittautunut riittävän käyttövarmaksi varsinkaan säiliötyyppis-ten pyörrepuhdistimien kohdalla.

FI—patenttihakemuksessa 780581 on esitetty hydrosykloni, jossa hylättävän jakeen poistoaukon tukkeutumisvaaraa on koetettu poistaa sijoittamalla hydrosykloniin juuri ennen poistoaukkoa ruuvipinnan muodostava ohjauselin, joka antaa kartiomaisen osan poistoaukkoa kohti virtaavalle raskaammalle hylättävälle jakeelle aksiaalisesti sisäänpäin erotuskammioon suunnatun liikekomponentin. Tällaisen ruuvin sijoittaminen hydrosyklonin sisään monimutkaistaa kuitenkin hydrosyklonin rakennetta.

FI-patenttihakemuksessa 792654 on puolestaan esitetty pyörrepuhdis-tin, joka muodostuu yläosastaan sylinterimäisestä ja alaosastaan kar-tiomaisesta pesästä, johon on sijoitettu pumpun juoksupyörällä varustettu roottori. Sekä roottori että pesä on varustettu aksiaalisilla rivoilla, joiden yhteistoiminnan vaikutuksesta kuitususpensio joutuu alttiiksi riittävän suurille leikkausvoimille, niin että se fluidi-soituu, ts. muuttuu helposti juoksevaan muotoon, jolloin siinä olevat kuidut liikkuvat toisiinsa nähden. Tällöin voidaan esim. eripainoiset tai erikokoiset hiukkaset helposti erottaa toisistaan suurissakin sakeuksissa, 5-25 %:ssa, joille laite on lähinnä tarkoitettu. Tästä johtuu, että laite on rakenteeltaan huomattavasti monimutkaisempi kuin normaali hydrosykloni, joka on tarkoitettu toimimaan pienissä kuitu-suspensiosakeuksissa.

Esillä olevan keksinnön avulla on mahdollista poistaa ym. kuituhä-viöistä ja tukkeutumisesta aiheutuvat epäkohdat hydrosyklonin toiminnassa .

Keksinnön mukaisella hydrosyklonilla, jolle on pääasiassa tunnusomaista se, että lajitinkartiolle ja kartiosuulakkeelle yhteinen ohjaus-siipi, joka antaa raskaammalle jakeelle säteittäisesti sisäänpäin suunnatun liikekomponentin, sijaitsee lajitinkartion ja kartiosuulakkeen liittymäkohdassa.

5 58954

Kuten keksinnön selityksen johdannossa mainitaan kuitutappioitten välttämiseksi hydrosyklonin rejektivirtaus pyritään pitämään mahdollisimman pienenä, joka aikaansaadaan liittämällä lajitinkartion päähän kartiosuulake, joka on lajitinkartiota jyrkemmin suppeneva. Tällä tavoin on mahdollista pienentää hydrosyklonin kokonaispituutta.

Kun lajiteltavan massan sakeutuminen ja siitä aiheutuva tukkeutumis-vaara on suurin juuri lajitinkartion ja kartiosuulakkeen yhtymäkohdassa on virtaussiivekkeitten sijoittaminen siihen edullista, koska niiden vaikutus on voimakkainta pienellä lajitinkartion halkaisijalla (kartiosuulakkeen puolella ei enää tapahdu lajittumista), jolloin vaikutus ulottuu syvälle kuitususpensiokerrokseen eli hydrosyklonin keskiakselille saakka, Virtausiipien ollessa hydrosyklonin poikkipinnan suuremmalla halkaisijalla eli lähempänä hydrosyklonin syöttö-kohtaa, kuten FI-patenttihakemuksen 780581 mukaisessa hydrosyklonis-sa,virtaussiipien vaikutus rajoittuu vain kuitususpensiopyörteen ulkokerroksiin, ja lajittuminen ei ole kaikkein tehokkainta.

Seuraavassa selitetään keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaisen hydrosyklonin halkileikkausta, ja kuva 2 on kuvan 1 mukaisen laitteen poikkileikkaus viivaa II-II myöten.

Kuvan 1 mukaisesti hydrosykloniin kuuluu lajitinkartio 1, jonka laajempaan päähän onliitetty sylinterimäinen osa 2. Lajitinkartio 1 ja sylinteriosa 2 muodostavat erotuskammion sylinteriosaan;2tangentiaa-lisesti syöttökanavasta 3 johdettavalle paineenalaiselle kuitususpen-siolle, joka joutuu hydrosyklonin sisällä lajitinkartion 1 kärkeä kohti suuntautuvaan pyörrelrikkeeseen.

Lajitinkartion 1 kärkeen on liitetty kartiosuulake 4, joka on tehty lajitinkartiota 1 jyrkemmin suppenevaksi. Kartiosuulakkeen 4 kärjessä on raskaamman jakeen poistoaukko 5, ja sylinteriosaan 2 on sijoitettu koaksiaalisesti putki 6 kevyemmän hyväksyttävän jakeen poistamiseksi .

Kuvan 1 ja 2 mukaisesti lajitinkartion 1 ja kartiosuulakkeen 4 sisäpinnalla on tasavälein toisistaan neljä hydrosyklonin pituusakselin suuntaista ohjaussiipeä 7, jotka ovat poikkileikkaukseltaan kolmionmuotoisia. Ohjausiipien 7 säteen suunnassa mitattu korkeus on suurimmillaan lajitinkartion 1 ja kartiosuulakkeen 4 liittymäkohdassa ja kuvan 1 mukaisesti ohjaussiiven 7 pituudesta suurempi osa on la- . 58954

O

jitinkartion 1 puolella lajitinkartion 1 ja kartiosuulakkeen 4 liittymäkohtaa .

Keksinnön mukaisessa hydrosyklonissa tukkeutumisvaara on suurelta osalta eliminoitu, mikä perustuu ohjaussiipien 7 toimintaan. Kun lajitinkartiossa 1 kohti poistoaukkoa 5 kulkeva nestepyörre saavuttaa ohjaussiivet 7, on sen pakko poiketa kierukkaradaltaan kohti lajitinkartion 1 keskustaa. Tällöin nestepyörteen sisäkerroksessa oleva kevyempi jae, kuidut, joutuu lähemmäksi lajitinkartion 1 kärjestä kohti poistoputkea 6 kulkevaa sisäpyörrettä, joka sieppaa kuidut mukaansa. Ohjaussiipien 7 korkeus on mitoitettu sellaiseksi, että neste-pyörteen ulommilla reunoilla olevan raskaamman jakeen kulku kohti poistoaukkoa 5 kulkevalla kierukkaradalla ei häiriydy, ts. raskaammat osaset kulkevat ohjaussiipien 7 yli, ja keskipakoisvoiman vaikutuksesta sinkoutuvat uudelleen lähelle lajitinkartion 1 seinämiä. Kun neste-pyörre saavuttaa lajitinkartion 1 ja kartiosuulakkeen 4 yhtymäkohdan, josta virtauspoikkipinta alkaa supistua nopeammin, pienenee pyörre-liikkeen kiertosäde, mikä lisää raskaampaan jakeeseen vaikuttavaa keskipakoisvoimaa. Tällöin kartiosuulakkeen 4 seinämän läheisyydessä olevilla raskaammilla likahiukkasilla on entistä pienempi mahdollisuus tempautua vastakkaiseen suuntaan kulkevaan sisäpyörteeseen ja siten joutua hyväksyttävän kevyen jakeen joukkoon. Toisaalta kun ohjaussiipien 7 korkeus kartiosuulakkeen 4 alueella sisäpyörteen liikkumissuunnassa kasvaa, on sisäpyörteen ulkoreunalle mahdollisesti joutuneen likaliukkasen vaikeampi ylittää ohjaussiiven 7 harjanne ja likahiukkanen palautuu kartiosuulakkeen 4 seinämän lähellä olevan raskaamman jakeen pyörteeseen.

Näin ollen ohjaussiipien 7 vaikutuksesta kevyemmän jakeen sekoittuminen kartiosuulakkeen 4 sisäpinnalla raskaampaan jakeeseen ja päinvastoin on entistä vähäisempää, mistä on seurauksena edellisessä tapauksessa ennen kaikkea se, että raskaamman jakeen sakeutuminen on vähäisempää ja raskaamman jakeen virtaus poistoaukosta 5 tapahtuu helpommin.

Kartiosuulakkeen 4 ansiosta virtausnopeutta poistoaukossa 5 voidaan suurentaa, jolloin on mahdollista lisätä hydrosykloniin syötettävän kuitususpension ja siitä erottuneen raskaamman jakeen välistä paine-eroa, mikä lisää hydrosyklonin säädettävyyttä raskaamman jakeen tilavuusvirran suhteen ja hydrosyklonin toimintavarmuus kasvaa.

Keksintö ei ole rajoittunut yllä olevan selityksen ja kuvien mukai-

Claims (5)

7 58954 seen suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä ohjaussiiven 7 pituudesta suurin osa voi olla kartiosuulakkeen 4 puolella lajitinkartion 1 ja kartiosuulak-keen 4 yhtymäkohtaa.

1. Hydrosykloni kuitususpension jakamiseksi kuituja sisältäväksi kevyemmäksi hyväksyttäväksi jakeeksi sekä lika-aineita sisältäväksi hylättäväksi raskaammaksi jakeeksi, joka hydrosykloni käsittää erotus-kammion, joka muodostuu osaksi sylinteriosasta (2), joka on varustettu ainakin yhdellä kanavalla (3) eri jakeisiin jaettavan kuitususpension tangentiaaliseksi sisäänsyöttämiseksi ja jonka sisällä on koaksi-aalisesti sijoitettu putki (6) kevyemmän jakeen poistamiseksi, sekä osaksi sylinteriosan (2) jatkeena olevasta lajitinkartiosta (1), jonka kärkeen on liitetty kartiosuulake (4), joka on tehty kartio-osaa (1) jyrkemmin suppenevaksi, ja jonka kärjessä on raskaamman jakeen poistoaukko (5), jolloin lajitinkartion (1) ja kartiosuulakkeen (4) sisäpinnalle on sovittu ainakin yksi, syklonin aksiaalisuunnassa kulkeva ohjaussiipi (7), joka antaa lajitinkartion (1) ja kartiosuulakkeen (4) sisäpinnalla kierukkamaista rataa pitkin kulkevalle raskaammalle jakeelle säteittäisesti sisäänpäin suunnatun liikekomponentin tunnettu siitä, että sekä lajitinkartiolle (1) että kartiosuulakkeel-le (4) yhteinen ohjaussiipi (7) sijaitsee niiden liittymäkohdassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite tunnettu siitä, että ohjaussiiven (7) pituudesta suurin osa on lajitinkartion (1) puolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite tunnettu siitä, että ohjaussiiven (7) pituudesta suurin osa on kartiosuulakkeen (4) puolella.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite tunnettu siitä, että säteen suunnassa mitaten ohjaussiiven (7) korkeus on suurimmillaan lajitinkartion (1) ja kartiosuulakkeen (4) liittymäkohdassa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite tunnettu siitä, että ohjaussiipi (7) on poikkileikkaukseltaan kolmionmuotoinen.