FI80836B

FI80836B - Two-phase or multiple-phase cyclone separator or grader

Info

Publication number: FI80836B
Application number: FI853302A
Authority: FI
Inventors: Pertti Juhani Sarkomaa; Seppo Kalervo Ruottu
Original assignee: Pertti Juhani Sarkomaa; Seppo Kalervo Ruottu
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1990-04-30
Also published as: FI80836C; FI853302A0; FI853302L

Description

1 808361 80836

KAKSI- TAI MONIVAIHEINEN SYKLONIEROTIN TAI LAJITTELIJATWO- OR MULTI-PHASE CYCLON SEPARATOR OR SORTER

Keksinnön kohteena on kaksi- tai monivaiheinen sykloni-erotin tai materiaalin lajittelija, joka muodostuu yksi- tai useampivaiheisesta tyypillisesti rengas- tai spiraalimaisesta esierotusosasta ja niiden sisälle 5 sovitetusta jälkierottimesta tai -lajittelijasta. Laitteella voidaan puhdistaa ja lajitella tehokkaasti ja taloudellisesti kaasun ja kiintoaineen suspensiota, joissa hiukkaskoko vaihtelee paljon ja joiden hiukkaspitoisuus on suuri. Laitteella voidaan puhdistaa ja 10 lajitella kiintoaineen (mm. selluloosakuitujen), kaasu jen (mm. prosessikaasujen ilman ja/tai selluloosan keiton hönkähöyryjen) sulapisaroiden ja/tai nesteiden seoksia. Eräs mahdollinen sovellutusalue on mm. sellu-, puumassa- ja paperiteollisuudessa sellu-, hioke- tai 15 hierresulpun puhdistus ja lajittelu sekä poltto- ja sulatustekniikassa sulapisaroiden erotus kuumasta kaasusta (sulasykloni).The invention relates to a two-stage or multi-stage cyclone separator or material sorter consisting of a single-stage or multi-stage, typically annular or helical, pre-separation section and a post-separator or sorter arranged inside them. The device can efficiently and economically clean and sort economically and economically a suspension of gas and solids with a large particle size and a high particle concentration. The device can be used to clean and sort mixtures of solids (e.g. cellulose fibers), gases (e.g. process gas air and / or cellulose cooking steam) vapor droplets and / or liquids. One possible area of application is e.g. in the pulp, pulp and paper industry, the cleaning and sorting of pulp, ground or 15 mill pulps, and in combustion and smelting technology, the separation of melt droplets from hot gas (molten cyclone).

Polttotekniikassa vakiintuneen aseman saavuttaneiden kiertomassareaktoreiden eräs keskeinen ongelma on kaa-20 sun mukana kulkeutuvien, hienojakoisten (10 μπι...500 μπι) hiukkasten erottaminen kaasuista ja palauttaminen takaisin haluttuun kohtaan prosessia. Tämän sovellutuskohteen erityisvaatimuksia ovat mm. painehäviön pienuus ja hienojakoisen jakeen hyvä erottaminen sekä liialli-25 sen eroosion välttäminen. Suuren erotuskyvyn merkitys korostuu erityisesti sellaisissa polttosovellutuksissa, joissa rikkioksideja absorboidaan kalsiumiin. Myös kaa-sutussovellutuksissa on pienten hiukkasten suuri erotuskyky merkittävä etu. Erotuskyky tietenkin suurenee, 30 jos kytketään kaksi syklonia sarjaan. Tällaisen kytkennän haittoja ovat mm. suuri painehäviö, kallis rakenne ja suuri tilantarve sekä lay-out ongelmat. Keksinnönmu-kaisella laitteella voidaan ratkaista edellä selostetut 2 80836 ongelmat. Laitteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön tärkeimpänä etuna on sen erotuskykyyn nähden pieni painehäviö. Laite on rakenteellisesti yksinkertainen ja 5 sen tilantarve on vähäinen verrattuna kahteen tai useampaan erilliseen sykloniin tai lajittelijaan. Lisäksi laite soveltuu rakenteellisesti hyvin käytettäväksi mm. kaasuttimissa ja leijukerroskattiloissa. Seuraavassa selvitetään keksintöä yksityiskohtaisesti oheiseen pii-10 rustukseen viittaamalla.One of the main problems of circulating mass reactors, which have become well-established in combustion technology, is the separation of fine particles (10 μπι ... 500 μπι) from the gases and their return to the desired point in the process. The special requirements of this application are e.g. small pressure drop and good separation of the fine fraction and avoidance of excessive erosion. The importance of high resolution is especially emphasized in combustion applications where sulfur oxides are absorbed into calcium. The high resolution of small particles is also a significant advantage in gasification applications. The resolution, of course, increases if 30 cyclones are connected in series. The disadvantages of such a connection are e.g. high pressure drop, expensive structure and large space requirements as well as lay-out problems. The device according to the invention can solve the above-described problems of 2,80836. The device is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1. The main advantage of the invention is its low pressure drop compared to its resolution. The device is structurally simple and requires little space compared to two or more separate cyclones or sorters. In addition, the device is structurally well suited for use e.g. in carburettors and fluidized bed boilers. In the following, the invention will be explained in detail with reference to the accompanying silicon-10 drawing.

Kuvio 1 esittää keksinnönmukainen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisempänä erottimena tai lajittimena on kaksipuolisesti tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvirtaussyklo-15 ni.Figure 1 shows the basic structure of a double cyclone or screen according to the invention, with the inner separator or screen being a double-flow side-flow cyclone which removes a part of the mixture with a lower density on both sides.

Kuvio 2 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisempänä erottimena tai lajittimena on toispuoleisesti tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvirtaussyklo-20 ni.Figure 2 shows the basic structure of a double cyclone or sorter according to the invention, the inner separator or sorter being a side-flow cyclone 20 which unilaterally removes a part of the mixture with a lower density.

Kuvio 3 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin ja -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisempänä erottimena tai lajittimena on ns. läpivirtaussykloni.Figure 3 shows the basic structure of a double cyclone and sorter according to the invention, when the inner separator or sorter has a so-called flow-through cyclone.

Kuvio 4 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai 25 -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisempänä erottimena tai lajittimena on tavanomainen sykloni.Figure 4 shows the basic structure of a double cyclone or 25 sorter according to the invention when the inner separator or sorter is a conventional cyclone.

Kuvio 5 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun ensimmäisen erotusvaiheen jälkeen on ohitus laitteen sisäänvir-30 taukseen.Figure 5 shows the basic structure of a double cyclone or sorter according to the invention when, after the first separation step, there is a bypass to the inflow of the device.

Kuvio 6 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisempänä 11 3 80836 erottimena tai lajittimena on toispuoleisesti tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvirtaussyklo-ni, joka on varustettu poistuvan virtauksen kineettistä energiaa paineeksi muuttavalla diffuusorilla.Fig. 6 shows the basic structure of a double cyclone or sorter according to the invention, in which the separator or sorter inside is a side-flow cyclone which unilaterally removes a part of the mixture with a lower density and is equipped with a pressure kinetic energy-converting diffuser.

5 Kuvio 7 esittää keksinnönmukaisen kolmivaihesyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisem-pänä erottimena tai lajittimena on toispuoleisesti tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvir-taussykloni, joka on varustettu poistuvan virtauksen 10 kineettistä energiaa paineeksi muuttavalla diffuusorilla .Fig. 7 shows the basic structure of a three-phase cyclone or sorter according to the invention, the inner separator or sorter being a side-flow cyclone which unilaterally removes a lower density part of the mixture and is equipped with a pressure kinetic energy-converting diffuser.

Kuvio 8 esittää keksinnönmukaisen kolmivaihesyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun sisem-pänä erottimena tai lajittimena on toispuoleisesti 15 tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvir- taussykloni.Fig. 8 shows the basic structure of a three-phase cyclone or sorter according to the invention, the inner separator or sorter being a side-flow cyclone which unilaterally removes a part of the mixture with a lower density.

Kuvio 9 esittää keksinnönmukaisen kaksivaihesyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun laitteessa on kaksi sisäänvirtaussyhdettä ja sisempänä 20 erottimena tai lajittimena on kaksipuoleisesti tihey deltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvirtaussyk-loni.Figure 9 shows the basic structure of a two-stage cyclone or sorter according to the invention when the device has two inflow connections and the inner separator or sorter is a double-flow cyclone which removes a part of the mixture with a lower density on both sides.

Kuviosta 1 ilmenee keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai lajittimen periaatteellinen rakenne ja keskeiset 25 toiminnat. Aine virtaa tuloaukon 1 kauttaa ulompaan kammioon 2, jonka muodostavat sopivimmin samankeskeis-ten erotinkammioiden seinämien välinen rengasmainen tila. Rengastilan 2 virtausnopeus sovitetaan siten (kaasuilla tavallisesti 5...20 m/s), että seoksen suu-30 ritiheyksinen osa (esim. kiintoainepartikkelit kaasussa) erottuu ulomman kammion ulkoseinämälle. Edellä ja jäljempänä tiheydellä tarkoitetaan seoksen keskitiheyttä. Erotuskammion 2 kehälle on sijoitettu seinämälle erottuneen suurtiheyksisen seoksen osan poistoyhde 3, 4 80836 joka sopivimmin sijaitsee erotuskammion 2 alaosassa. Yhteen 3 kautta sopivimmin tangentiaalisesti poistettu seoksen suuri tiheyksinen osa (kiintomateriaali tai neste tai nesteen ja/tai kaasun ja/tai kuitujen ja/tai 5 kiintoaineen ja/tai sulan seos) kuljetetaan haluttuun kohteeseen kanavan 4 kautta. Kiihdytyskanavan 5 ulko-seinämän etureunan 10 suunta sovitetaan siten, että seoksen pienitiheyksinen osa virtaa yhteen 3 jälkeen sopivimmin tangentiaalisen nopeutensa säilyttäen kiih-10 dytyskanavaan 5, joka on sisemmän syklonin sisäänvir-tauskanava. Sen ulompi reuna on sopivimmin sovitettu yhtymään tangentiaalisesti sisemmän erotuskammion kehään. Ulomman erotuskammion 2 pienitiheyksinen seoksen osa kiihdytetään sisäänvirtauskanavassa 5 sisemmän 15 erotuskammion 6 edellyttämään nopeuteen (kaasuilla ja höyryillä 15...60 m/s) ja johdetaan sopivimmin tangen-tiaalisesti sisempään erotuskammion 6. Sisempi erotus-kammio voi olla pituudeltaan saman- tai erimittainen kuin ulompi erotuskammio 2, mutta sopivimmin se on 20 pitempi kuin ulompi erotuskammio. Erotuskammion 6 kehälle on sovitettu kehälle erottuneen keskitiheyksi-sen jakeen poistamiseksi yksi tai useampia yhteitä 7, joista keskitiheyksinen jae (kaasun puhdistuksessa hie-nojae) kuljetetaan haluttuun kohteeseen kanavien 8 25 kautta. Pienitiheyksinen seoksen osa (puhdas kaasu tai neste) johdetaan haluttuun kohteeseen sisemmän sykloni-kammion päädyissä olevista sopivimmin sisemmän sykloni-• kammion kanssa samankeskeisistä yhteistä 9. Kaksoissyk- loni sovitetaan sopivimmin toimimaan horisontaaliasen-30 nossa, mutta on selvää, että sen akseli voi olla hori-sontaalisuuntaan nähden mielivaltaisessa asennossa.Figure 1 shows the basic structure and key functions of a double cyclone or screen according to the invention. The substance flows through the inlet 1 into the outer chamber 2, which is preferably formed by an annular space between the walls of the concentric separator chambers. The flow rate of the ring space 2 is adjusted (usually 5 ... 20 m / s for gases) so that the high-density part of the mixture (e.g. solids particles in the gas) separates on the outer wall of the outer chamber. Above and below, density refers to the average density of a mixture. On the circumference of the separation chamber 2, a drain connection 3, 4 80836 of the part of the high-density mixture separated on the wall is arranged, which is preferably located in the lower part of the separation chamber 2. Preferably, the high density portion of the mixture (solids or liquid or mixture of liquid and / or gas and / or fibers and / or solids and / or melt) removed tangentially removed through the channel 3 is conveyed to the desired destination via the channel 4. The direction of the front edge 10 of the outer wall of the acceleration channel 5 is adjusted so that the low-density part of the mixture flows together after 3, preferably at its tangential velocity, while maintaining the acceleration channel 5, which is the inflow channel of the inner cyclone. Its outer edge is preferably arranged to coincide tangentially with the circumference of the inner separation chamber. The low-density part of the mixture of the outer separation chamber 2 is accelerated in the inflow channel 5 to the speed required by the inner separation chamber 6 (15-60 m / s for gases and vapors) and is preferably fed tangentially to the inner separation chamber 6. The inner separation chamber can be the outer separation chamber 2, but preferably 20 longer than the outer separation chamber. One or more connections 7 are arranged on the circumference of the separation chamber 6 to remove the medium-density fraction separated on the circumference, of which the medium-density fraction (fine fraction in gas cleaning) is conveyed to the desired destination via channels 8. A low density portion of the mixture (pure gas or liquid) is passed to the desired destination from the common 9 at the ends of the inner cyclone chamber, preferably concentric with the inner cyclone chamber 9. The double cyclone is preferably adapted to operate in a horizontal position, but it is clear that its axis in an arbitrary position with respect to the horizontal direction.

Kuvio 2 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellisen rakenteen ja keskeiset toiminnot, kun sisempänä syklonina on yksipuolisesti 35 pienitiheyksistä seoksen osaa poistava sivuvirtaussyk-loni. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta ulompaan esiero-tuskammioon 2, jonka kehälle on sijoitettu seinämälle erottuneen suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhde 3, 5 80836 joka sopivimmin sijaitsee erotuskammion 2 alaosassa. Yhde 3 on tehty siten, että seoksen suuritiheyksinen osa poistuu kammiosta sopivimmin tangentiaalisesti. Seoksen suuritiheyksinen osa kuljetetaan poistoyhteestä 5 3 haluttuun kohteeseen kanavan 4 kautta. Kiihdytyskana- van 5 ja erityisesti sen ulkoseinämän etureunan 10 suunta ja muoto sovitetaan siten, että sisempään ero-tuskammioon virtaava seoksen osuus säilyttää tangenti-aalisen nopeutensa poistoyhteen 3 kohdalla. Ulomman 10 erotuskammion 2 pienitiheyksinen seoksen osa kiihdyte tään sisäänvirtauskanavassa 5 sisemmän erotuskammion 6 edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisempään erotuskammioon 6. Sisempi erotus-kammio voi olla pituudeltaan saman- tai erimittainen 15 kuin ulompi erotuskammio 2, mutta sopivimmin se on pitempi kuin ulompi erotuskammio. Erotuskammion 6 kehälle on sovitettu kehälle erottuneen keskitiheyksi-sen seoksen osan poistamiseksi yksi tai useampia yhtei-tä 7, joista keksitiheyksinen jae (kaasun puhdistukses-20 sa hienojae) kuljetetaan haluttuun kohteeseen kanavien 8 kautta. Kun käytetään yhtä poistoyhdettä 7, sijaitsee se sopivimmin sisemmän erotuskammion 8 vastakkaisessa päässä pienitiheyksisen seoksen osan ulosvirtausyhtee-seen 9. nähden. Pienitiheyksinen seoksen osa (puhdas 25 kaasu tai neste) johdetaan haluttuun kohteeseen sisemmän syklonikammion toisessa päädyssä olevasta poistoyhteestä 9, joka on sopivimmin horisontaaliasennossa, mutta on selvää, että sen akseli voi olla horisontaali-suuntaan nähden mielivaltaisessa asennossa.Figure 2 shows the basic structure and main functions of a double cyclone or sorter according to the invention, when the inner cyclone is a side-flow cyclone unilaterally removing 35 parts of the low-density mixture. The substance flows through the inlet opening 1 to the outer pre-separation chamber 2, on the circumference of which a wall outlet part 3, 80836 of the high-density mixture separated on the wall is placed, which is preferably located in the lower part of the separation chamber 2. The joint 3 is made so that the high-density part of the mixture leaves the chamber, preferably tangentially. The high-density portion of the mixture is conveyed from the outlet connection 5 3 to the desired destination via the channel 4. The direction and shape of the acceleration channel 5, and in particular of the front edge 10 of its outer wall, are adjusted so that the portion of the mixture flowing into the inner separation chamber maintains its tangential velocity at the outlet connection 3. The low-density part of the mixture of the outer separation chamber 2 is accelerated in the inflow channel 5 to the speed required by the inner separation chamber 6 and is preferably led tangentially to the inner separation chamber 6. The inner separation chamber may be 15 or One or more connections 7 are arranged on the circumference of the separation chamber 6 to remove a part of the medium-density mixture separated on the circumference, of which the low-density fraction (fine gas purification) is conveyed to the desired destination via the channels 8. When one discharge connection 7 is used, it is preferably located at the opposite end of the inner separation chamber 8 to the outflow connection 9 of the part of the low-density mixture. A low density portion of the mixture (pure gas or liquid) is directed to a desired location from an outlet 9 at the other end of the inner cyclone chamber, which is preferably in a horizontal position, but it is clear that its axis can be in an arbitrary position with respect to the horizontal.

30 Kuvio 3 esittää keskinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellisen rakenteen ja keskeiset toiminnot, kun sisempänä syklonina käytetään ns. läpi-virtaussyklonia. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta ulompaan erotuskammioon 2, jonka kehälle on sijoitettu sei-35 nämälle erottuneen suuritiheyksisen seoksen osa poisto-yhde 3. Yhde on sopivimmin muotoiltu siten, että suuritiheyksinen seoksen osa poistuu erotuskammiosta 2 6 80836 tangentiaalisen nopeutensa säilyttäen. Suuritiheyksinen seoksen osa johdetaan kanavalla 4 haluttuun kohtaan. Kiihdytyskanavan 5 ulkoseinämän etureunan 10 suunta ja muoto on sopivimmin sellainen, että sisempään erotus-5 kammioon virtaava seoksen osuus säilyttää tangentiaalisen nopeutensa. Ulommassa erotuskammiossa käytetään virtauksen ohjaukseen ja/tai laitteen toiminnan säätöön kiinteitä tai säädettäviä virtauksen ohjauselimiä 11 poistoyhteen 3 läheisyydessä. Lisäksi kiihdytyskanavan 10 5 ulkoseinämän etuosan 10 suunta saattaa olla säädettä vä. Ulomman erotuskammion 2 pienitiheyksinen seoksen osa kiihdytetään sisäänvirtauskanavassa 5 sisemmän erottimen, läpivirtaussyklonin, erotuskammion 6 edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimman tangentiaa-15 lisesti sisempään sylinterimäiseen erotuskammioon 6.Figure 3 shows the basic structure and main functions of a double cyclone or sorter according to the invention, when the so-called inner cyclone is used as the inner cyclone. through-virtaussyklonia. The substance flows through the inlet 1 into an outer separation chamber 2, on the circumference of which a part of the high-density mixture separating part 3 is arranged. The unit is preferably shaped so that the high-density part of the mixture leaves the separating chamber 2 maintaining its tangential velocity. A high density portion of the mixture is passed through channel 4 to the desired location. The direction and shape of the front edge 10 of the outer wall of the acceleration channel 5 is preferably such that the portion of the mixture flowing into the inner separation chamber 5 maintains its tangential velocity. In the outer separation chamber, fixed or adjustable flow control elements 11 are used in the vicinity of the outlet connection 3 for controlling the flow and / or for regulating the operation of the device. In addition, the direction of the front portion 10 of the outer wall of the acceleration channel 10 5 may be adjustable. The low density part of the mixture of the outer separation chamber 2 is accelerated in the inflow channel 5 to the speed required by the separation chamber 6 of the inner separator, the flow-through cyclone, and is fed tangentially to the inner cylindrical separation chamber 6.

Seoksen pienitiheyksinen osa poistuu erottimen alaspäin suunnatun poistoputken 9 kautta. Erotinkammion 6 pohja on pääasiallisesti tasomainen ja sopivimmin siten kallistettu, että erotettu keskitiheyksinen seoksen osa 20 valuu kaltevaa pintaa myöden kohti alimmassa kohdassa olevaa poistoyhdettä 7, josta keskitiheyksinen jae (kaasun puhdistuksessa hienojae) kuljetetaan kanavalla 8 haluttuun kohteeseen.The low density portion of the mixture exits through the downwardly directed outlet pipe 9 of the separator. The bottom of the separator chamber 6 is substantially planar and preferably inclined so that the separated medium density mixture part 20 flows along the inclined surface towards the outlet connection 7 at the lowest point, from where the medium density fraction (fine fraction in gas cleaning) is conveyed to the desired destination.

Kuvio 4 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai 25 -lajittimen periaatteellisen rakenteen ja keskeiset toiminnot, kun sisempänä syklonina on tavanomainen sykloni. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta ulompaan erotus-kammioon 2, jonka kehälle on sijoitettu seinämälle erottuneen suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhde 3, 30 joka on sopivimmin muotoiltu siten, että suuritiheyksi nen seoksen osa poistuu erotuskammiosta 2 tangentiaalisen nopeutensa säilyttäen. Suuritiheyksinen seoksen osa johdetaan kanavalla 4 haluttuun kohteeseen. Kiihdytys-kanavan 5 ulkoseinän etureunan 10 suunta ja muoto on 35 sopivimmin sellainen, että sisempään erotuskammioon virtaava seoksen osuus säilyttää tangentiaalisen nopeutensa. Ulomman erotuskammion 2 pienitiheyksinen seok- 7 80836 sen osa kiihdytetään sisäänvirtauskanavassa 5 sisemmän erottimen erotuskammion 6 edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisempään ero-tuskammioon 6. Seoksen pienitiheyksinen osa poistuu 5 erottimen keskusputkesta 9. Keskitiheyksinen jae poistuu sisemmän syklonin kartion pohjasta 7.Figure 4 shows the basic structure and main functions of a double cyclone or 25 sorter according to the invention when the inner cyclone is a conventional cyclone. The substance flows through the inlet 1 into an outer separation chamber 2, on the circumference of which a wall outlet part 3 of the separated high-density mixture is arranged, which is preferably shaped so that the high-density part leaves the separation chamber 2 while maintaining its tangential velocity. A high density portion of the mixture is passed through channel 4 to the desired destination. The direction and shape of the leading edge 10 of the outer wall of the acceleration channel 5 is preferably such that the portion of the mixture flowing into the inner separation chamber maintains its tangential velocity. The low density mixture of the outer separation chamber 2 is accelerated in the inflow channel 5 to the speed required by the separation chamber 6 of the inner separator and preferably fed tangentially to the inner separation chamber 6. The low density portion of the mixture exits the separator core tube

Kuvio 5 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta ja keskeisiä toimintoja, kun ensimmäisen erotusvaiheen jälkeen on 10 ohitus laitteen sisäänvirtaukseen. Aine virtaa tuloau-kon 1 kautta ulompaan erotuskammioon 2, jonka kehälle on sijoitettu seinämälle erottuneen suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhde 3, joka on sopivimmin muotoiltu siten, että suuritiheyksinen seoksen osa poistuu 15 tangentiaalisen nopeutensa säilyttäen ja johdetaan kanavalla 4 haluttuun kohteeseen. Keskitiheyksinen seoksen osa palautetaan tangentiaalisen nopeuden säilyttäen ohituskanavalla 12 ulomman erotuskammion 2 sisäänvirtauspuolelle. Pienitiheyksinen seoksen osa 20 kiihdytetään kanavassa 5 sisemmän erottimen erotuskammion edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisempään erotuskammion 6. Sisemmän erotuskammion periaatteellinen rakenne ja toiminta on esimerkiksi kuvissa 1, 2, 3 ja 4 esitetyn kaltainen.Figure 5 shows the basic structure and key functions of a double cyclone or sorter according to the invention when, after the first separation step, there is a bypass to the inflow of the device. The substance flows through the inlet 1 into an outer separation chamber 2, on the circumference of which a wall-separated high-density mixture part discharge connection 3 is arranged, preferably shaped so that the high-density mixture part leaves 15 at its tangential velocity and is led to the desired destination. The medium density part of the mixture is returned to the inflow side of the outer separation chamber 2 by maintaining the tangential velocity in the bypass channel 12. The low density mixture part 20 is accelerated in the channel 5 to the speed required by the separation chamber of the inner separator and is preferably fed tangentially to the inner separation chamber 6. The basic structure and operation of the inner separation chamber is as shown in Figures 1, 2, 3 and 4, for example.

25 Kuvio 6 esittää keksinnönmukaisen kaksoissyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta ja keskeisiä toimintoja, kun sisempänä erottimena tai lajittimena on toispuoleisesti tiheydeltään pienempää seoksen osaa poistava sivuvirtaussykloni, joka on varustettu poistu-30 van virtauksen kineettistä energiaa paineeksi muuttavalla diffuusorilla. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta ulompaan erotuskammioon 2, jonka mudostaa sopivimmin samankeskeisten erotinkammioiden seinämien välinen rengasmainen tila. Rengastilassa 2 virtausnopeus sovi-35 tetaan siten, että suuritiheyksinen jae tai pääosa β 80836 erotettavasta kiintoaineesta erottuu rengastilan ulko-seinämälle. Erotuskammion 2 kehällä on suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhde 3, joka sopivinunin sijaitsee erotuskammion 2 alaosassa. Suuritiheyksinen seoksen 5 osa johdetaan kanavalla 4 haluttuun kohteeseen. Poisto-yhteen 3 ohittava ja tangentiaalinopeutensa säilyttävä pienitiheyksinen seoksen osa kiihdytetään kanavassa 5 sisemmän erottimen erotuskammion 6 edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisem-10 pään erotuskammioon 6. Kiihdytyskanavan etureunan 10 muoto ja suunta on sopivimmin sellainen, että sisempään erotuskammioon virtaava seoksen osuus säilyttää tangen-tiaalisen nopeutensa. Tarvittaessa seinämässä 10 voi olla paineentasausreikiä 13. Erotuskammion 6 kehälle 15 erottunut keskitiheyksinen seoksen osa (kaasun puhdistuksessa hienojae) poistuu yhdestä tai useammasta yhteestä 7 ja johdetaan kanavalla 8 haluttuun kohteeseen. Pienitiheyksinen jae (esim. puhtaat kaasut) johdetaan molemmille erottimille yhteisen keskusputken 9 20 kautta diffuusoriin. Diffuusori voi olla radiaalinen, ; puoliradiaalinen tai aksiaalinen. Radiaalisen diffuuso- rin muodostavat sopivimmin kartio 15 olennaisesti tasomainen päätyrengas 16 ja olennaisesti radiaalinen sii-pisola 17. Radiaalidiffuusori voi olla myös siivetön, 25 jolloin sopivimmin kartiolla 15 varustettu päätylevy 16 voidaan helposti tehdä aksiaalisuunnassa liikuteltavaksi .Fig. 6 shows the basic structure and main functions of a double cyclone or sorter according to the invention when the inner separator or sorter is a side flow cyclone which unilaterally removes a lower part of the mixture and is equipped with a pressure kinetic energy-converting diffuser. The substance flows through the inlet 1 into the outer separation chamber 2, which is preferably formed by an annular space between the walls of the concentric separation chambers. In the ring space 2, the flow rate is adjusted so that the high-density fraction or the main part of the solids β 80836 to be separated separates on the outer wall of the ring space. The circumference of the separation chamber 2 has an outlet connection 3 for a part of the high-density mixture, which is most conveniently located in the lower part of the separation chamber 2. A high-density part of the mixture 5 is led through a channel 4 to the desired destination. The low-density part of the mixture passing the discharge joint 3 and maintaining its tangential velocity is accelerated in the channel 5 to the speed required by the inner separator separation chamber 6 and preferably tangentially to the inner end separation chamber 6. The shape and direction of the leading edge their speed. If necessary, the wall 10 may have pressure equalization holes 13. The medium-density part of the mixture separated in the circumference 15 of the separation chamber 6 (fine fraction in gas purification) leaves one or more connections 7 and is led through a duct 8 to the desired destination. A low density fraction (e.g. pure gases) is passed to a diffuser through a common central pipe 9 20 for both separators. The diffuser may be radial,; semi-radial or axial. The radial diffuser is preferably formed by a conical 15 substantially planar end ring 16 and a substantially radial vane 17. The radial diffuser can also be wingless, whereby the end plate 16, preferably provided with a cone 15, can be easily made axially movable.

Kuvio 7 esittää keksinnönmukaisen kolmivaihesyklonin tai -lajittimen periaatteellista rakennetta ja keskeisiä toimintoja. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta spiraa-30 limaiseen kahden samankeskeisen lieriöpinnan rajoitta maan esierotuskanavaan 2. Sen spiraalimaisen väliseinän 18 nousukulma voi olla vakio, mutta sopivimmin nousu-kulma pienenee siten, että virtaava aine saavuttaa kunkin erotusvaiheen edellyttämän nopeuden riittävän ero-35 tustehon saavuttamiseksi. Spiraalimaisen erotuskammion kehälle on sijoitettu kaksi tai useampia ko. kanava-poikkileikkausken suuritiheyksisen seoksen osan pois- 9 80836 toyhdettä 3, joista erottunut aine johdetaan kanavilla 4 haluttuihin kohteisiin. Olennaista on, että päävir-tauksen tangentiaalinopeus säilyy kussakin ja erityisesti viimeisessä esierotusvaiheessa ja viimeisen esi-5 erotusvaiheen jälkeen aine kiihdytetään sisimmän erottimen edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisemmän erottimen tai lajittimen kammion 6 ulkokehälle. Seoksen pienitiheyksinen osa poistuu erottimen keskusputkesta 9 diffuusoriin 14 ja 10 sen poistoputkesta 19 haluttuun kohteeseen, viimeisen erotusvaiheen tiheydeltään suurempi seoksen osa (kaa-sunpuhdistuksessa hienojae) poistuu erotuskammion kehältä sopivimmin sen alimmasta kohdasta ja tangentiaalisesti sovitettujen yhteiden 7 kautta ja johdetaan 15 edelleen kanavilla 8 haluttuihin kohteisiin. Sopivimmin ainakin yhden poistoyhteen 7 aukko on lähellä poisto-putken 9 vastaista päätyseinää, kun käytetään toispuoleisesti poistavaa sivuvirtaussyklonia.Figure 7 shows the basic structure and key functions of a three-phase cyclone or sorter according to the invention. The substance flows through the inlet 1 into a helical 30 concentric cylindrical surface delimiting the ground pre-separation channel 2. The angle of inclination of its helical partition 18 may be constant, but preferably the angle of inclination decreases so that the fluid reaches the required separation rate for each separation step. On the circumference of the helical separation chamber are placed two or more 980836 parts 3 of the high-density mixture of the channel cross-section, from which the separated substance is led through the channels 4 to the desired destinations. It is essential that the tangential velocity of the main flow is maintained in each and especially in the last pre-separation step and after the last pre-5 separation step the substance is accelerated to the speed required by the innermost separator and preferably tangentially to the outer circumference of the inner separator or sorter chamber 6. The low density portion of the mixture exits the separator central tube 9 to the diffuser 14 and 10 from its outlet tube 19 to the desired destination, the higher density portion of the final separation step (fine fraction in gas cleaning) exits the separation chamber circumference preferably at its lowest point and further tangentially connected . Preferably, the opening of the at least one outlet connection 7 is close to the end wall opposite the outlet pipe 9 when a one-sided outlet side flow cyclone is used.

Kuvio 8 esittää keksinnönmukaisen kolmivaihesyklonin 20 tai -lajittimen periaatteellista rakennetta, kun esi- erottimien virtauskanavan ulkopinta muodostuu spiraali-pinnasta ja viimeinen erotin on sivuvirtaussykloni. Aine virtaa tuloaukon 1 kautta sama-akselisten lieriö-ja kartiopintojen rajoittamaan spiraalikanavaan 2. Sen 25 spiraalimaisen väliseinän 18 nousukulma voi olla vakio, mutta tarvittaessa nousukulma voi muuttua siten, että sen ja ulkovaipan kartiomaisuuden aiheuttama spiraali-kanavan poikkileikkauksen pieneneminen kiihdyttää kussakin erotusvaiheessa virtauksen nopeuden erottimen 30 toiminnan kannalta sopivan suuruiseksi. Lisäksi spiraa-likanavan sisä- ja/tai ulko-osan kartiomaisuudella ja spiraalin nousukulman muutoksella voidaan kanavan poikkileikkauksen leveyden ja korkeuden suhdetta tehdä erottimen toiminnan kannalta edullisimmaksi. Spiraali-35 maisen erotuskammion 2 kehällä on suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhteitä 3, joista tiheämpi seoksen osa poistuu sopivimmin tangentiaalisesti ja johdetaan 10 80836 haluttuihin kohteisiin kanavilla 4. Olennaista on, että päävirtauksen tangentiaalinopeus säilyy kussakin ja erityisesti viimeisessä vaiheessa ja viimeisen esiero-tusvaiheen jälkeen päävirtauksen aine kiihdytetään 5 sisemmän erottimen edellyttämään nopeuteen ja johdetaan sopivimmin tangentiaalisesti sisemmän erottimen tai lajittimen kammion 6 ulkokehälle. Seoksen pienitiheyk-sisin osa poistuu erottimen keskusputkesta 9. Viimeisen erotusvaiheen tiheydeltään suurempi seoksen osa (kaa-10 sunpuhdistuksessa hienojae) poistuu erotuskammion kehältä sopivimmin tangentiaalisesti kammion alaosaan sijoitettujen yhteiden 7 kautta ja kuljetetaan edelleen johdoilla 8 haluttuun kohteeseen.Figure 8 shows the basic structure of a three-phase cyclone 20 or sorter according to the invention, when the outer surface of the flow channel of the pre-separators consists of a helical surface and the last separator is a side flow cyclone. The substance flows through the inlet 1 to the helical channel 2 bounded by coaxial cylindrical and conical surfaces. 30 to a size suitable for the operation. In addition, the conicity of the inner and / or outer part of the spiral duct and the change in the pitch angle of the spiral can make the ratio of the width and height of the cross-section of the duct the most advantageous for the operation of the separator. The circumference of the helical-35 separation chamber 2 has outlets 3 of the high-density mixture part, of which the denser part of the mixture is preferably tangentially discharged and directed to the desired destinations via channels 4. It is essential that the main flow tangential velocity is maintained in each accelerating to the speed required by the inner separator 5 and preferably guided tangentially to the outer circumference of the inner separator or sorter chamber 6. The low density part of the mixture exits the separator central tube 9. The higher density part of the final separation stage (fine fraction in gas cleaning) exits the perimeter of the separation chamber, preferably tangentially through connections 7 located at the bottom of the chamber and further conveyed by lines 8 to the desired destination.

Kuvio 9 esittää keksinnönmukaisen kaksivaihesyklonin 15 tai -lajittimen periaatteellista rakennetta ja keskei siä toimintoja, kun laitteen ensimmäisessä erotusvai-heessa on kaksi sisäänvirtausyhdettä ja sisempänä erottimena on sivuvirtaussykloni. Aine virtaa erottimen rinnakkaisista yhteistä 1 ulompiin erotuskammioihin 2, 20 joiden kehälle on sijoitettu ulkoseinämälle erottuneen suuritiheyksisen seoksen osan poistoyhteet 3, jotka on sopivimmin tehty siten, että suuritiheyksinen seoksen osa poistuu kammiosta tangentiaalisen nopeutensa säilyttäen ja johdetaan haluttuihin kohteisiin kanavilla 25 4. Päävirtaus säilyttää tangentiaalisen nopeutensa ja kiihdytetään sisemmän erottimen edellyttämään nopeuteen kiihdytyskanavassa 5, jotka sopivimmin yhdistetään tangentiaalisesti sisemmän erotuskammion 6 ulkokehälle. Seoksen pienitiheyksisin osa poistuu keskusputkien 30 kautta diffuusoreihin 14, joissa aineen rotaation liike-energia pyritään muuttamaan paineeksi. Sisemmän erotuskammion suuritiheyksinen seoksen osa (kaasun puhdistuksessa hienojae) poistetaan kammion 6 kehällä olevista yhteistä 7, jotka on sopivimmin sijoitettu ainakin 35 osittain päätyjen lähelle ja voivat olla sovitettuja kehälle halutulla tavalla, esim. radiaalisesti taiFigure 9 shows the basic structure and key functions of a two-stage cyclone 15 or sorter according to the invention, with two inflow connections in the first separation stage of the device and an inner separator cyclone as the inner separator. The substance flows from the parallel joint 1 of the separator to the outer separation chambers 2, 20 on the circumference of which are arranged the outlet connections 3 of the high density mixture separated from the outer wall. and accelerating to the speed required by the inner separator in the acceleration channel 5, which are preferably connected tangentially to the outer circumference of the inner separator chamber 6. The lowest density portion of the mixture exits through central tubes 30 to diffusers 14, where the kinetic energy of the rotation of the substance is sought to be converted to pressure. The high-density part of the mixture in the inner separation chamber (fine fraction in gas cleaning) is removed from the common 7 on the circumference of the chamber 6, which are preferably at least 35 partially near the ends and can be arranged on the circumference in the desired way, e.g.

IIII

li 80836 tangentiaalisesti, mikä on yleensä suositeltavaa. "Hieno jae” johdetaan kanavilla 8 haluttuun kohteeseen.li 80836 tangentially, which is generally recommended. The “fine verse” is routed through channels 8 to the desired destination.

Edellä selostetuissa kuvissa on rajoituttu vain 2- ja 3- vaihesyklonien ja -lajittimien periaatteellisen toi-5 minnan selostukseen, mutta samaa oivallusta voidaan soveltaa myös niitä useampivaiheisten laitteiden tekemiseen. kuvioissa 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ja 9 on esi tetty kaksoissyklonin tunnusomaisimmat piirteet, mutta patenttivaatimuksen 1 ja lisävaatimusten mukaiset toi-10 minnat ja piirteet voidaan aikaansaada myös muunlaisin erilaisin rakentein, mitoituksin ja sovituksin.The figures described above are limited only to the description of the basic operation of 2- and 3-phase cyclones and sorters, but the same insight can also be applied to the making of multi-stage devices. Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 show the most characteristic features of a double cyclone, but the functions and features according to claim 1 and the additional claims can also be provided with other different structures, dimensions and adaptations.

Tämän patenttihakemuksen syklonierottimellä tarkoitetaan mm. seuraavia syklonierottimen päätyyppejä: - tavanomainen keskipakosykloni (Fig. 4).The cyclone separator of this patent application means e.g. the following main types of cyclone separator: - a conventional centrifugal cyclone (Fig. 4).

15 - sivuvirtaussykloni (Fig. 1, 2, 6, 7, 8 ja 9) ja - läpivirtaussykloni (Fig. 4).15 - side flow cyclone (Fig. 1, 2, 6, 7, 8 and 9) and - flow-through cyclone (Fig. 4).

Claims

12 80836

A two-stage or multi-stage device for sorting mixtures according to particle size or for separating particles or fibers from liquids or gases, characterized in that the first part of the separator or sorter is a pre-separator (2) arranged around the cyclone separator and removed in the pre-separator (2). separated material, and there is an acceleration channel (5) between the pre-separator (2) and the cyclone separator (6), the cross-sectional area of which decreases in the flow direction, and from which the flow is led to the cyclone separator (6).

Device according to claim 1, characterized in that the centrifugal separator or centrifugal timer is formed by two or more preferably coaxial annular pre-separators (2) having a common central cyclone (6) and in which the velocity of each outer separator (2) after the acceleration channel (5) tangential to the circumference of the inner cyclone (6), and the separated material is each removed through the connections (3 and 7) on the outer circumference of the separator.

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that each nested cyclone can have several inflow channels and / or reject connections (3 and 7).

Device according to Claim 1 or 2 or 3, characterized in that the reject connections (3 and 7) of the nested separators are arranged on the circumference of the chambers.

Device according to Claim 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that diffusers (14) are arranged in the outlets of the main flow of the inner separator.

Device according to Claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5, characterized in that at least some of the higher density outlet connections (3) of the mixture are made tangentially. li i3 80836

Device according to Claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5 or 6, characterized in that the cyclone chambers have either fixed or adjustable gas flow guides (11), in particular in the vicinity of the outlet connections (3) of the higher density part of the mixture.

Device according to Claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5 or 6 or 7, characterized in that part of the medium density fraction of the outer separation chamber (2) is guided in the annular channel (12) after the first separation step while maintaining its tangential velocity on the inflow side of the first separation step. (1).

Device according to Claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5 or 6 or 7 or 8, characterized in that the centrifugal separator or centrifugal timer is formed by two or more coaxial successive annular pre-separators (2) with a common central cyclone (6). , and in which the flow rate of the outlet channel (5) of each outer separator (2) is preferably directed tangentially to the inflow channel of the following separator (2, 6), and the separated material is discharged through the connections (3, 7) on the outer circumference of each separator. 14 80836