KR19990045521A - 난류발생수단을 갖는 하이드로사이클론 - Google Patents

Abstract

경질목의 섬유 현탁액(hardwood fibre suspensions)으로부터 수지 입자(resinous particles)를 분리하기에 적합한 하이드로사이클론(hydrocyclone)에 있어서, 원뿔형 분리 체임버(2)는, 원주방향의 벽을 따라 연장되며, 운전 중에 발생된 현탁액이 이를 따라서 흐르는 나선형 경로(10)와 교차하는 적어도 하나의 난류 발생 오프셋(offset)(12)이 제공된 원주방향의 벽(3)을 갖는다. 상기 분리 체임버(2,18)의 절단된 원뿔형 체임버 부분(39,41) 중 적어도 하나는 상기 오프셋(offset)(12)을 갖지 않으며, 상기 체임버 부분의 축방향 연장부는 적어도 상기 원뿔형 분리 체임버의 첨단(apex end)(38)의 배출구(43)의 직경만큼 크다.

Description

난류발생수단을 갖는 하이드로사이클론

본 발명은 액상 혼합물을 중량부(重量部; heavy fraction)와 경량부(輕量部; light fraction)로 분리하기 위한 하이드로사이클론(hydrocyclone)에 관한 것으로서, 원주방향의 벽(circumferential wall)(이하, "원주벽"이라 함)을 갖는 실질적으로 원뿔형인 분리용 체임버를 형성하는 하우징과, 대체로 원형인 배출구(outlet opening)를 정의하는 기부단(base end) 및 첨단(apex end)과, 상기 액상 혼합물을 기부단을 통해 분리용 체임버로 공급하는 적어도 하나의 입구부재(inlet member)와, 상기 첨단을 통해 분리용 체임버로부터 분리된 중량부를 배출하는 제1 출구부재(outlet member)와, 상기 분리용 체임버로부터 분리된 경량부를 배출하는 제2 출구부재를 포함한다. 상기 하이드로사이클론은 상기 액상 혼합물을 입구부재를 통해 분리용 체임버로 공급하는 수단을 추가로 포함하며, 운전하는 동안 발생된 액체의 흐름(liquid stream)이 분리용 체임버 내부 중심축의 둘레에 있는 나선형 경로를 따라 흐르도록 하고, 상기 나선형 경로가 중량부를 위한 입구부재로부터 상기 출구부재로 연장되며, 분리용 체임버의 원주벽에 배치된 오프셋(offset) 형태로서 상기 나선형 경로를 가로지르는 적어도 하나의 난류발생요소(turbulence creating element)를 추가로 포함한다. 상기 원주벽은 상기 중심축에서 대체로 일정한 거리로 위치됨은 물론 분리용 체임버의 원주길이의 적어도 5분의 1의 둘레에 연장되는 원주벽의 제1 영역(first zone)을 따라 분리용 체임버 내측 오프셋의 상류 가까이에 매끄러운 표면을 구비한다. 상기 오프셋은 원주벽의 제1 영역으로부터 상기 제1 영역보다 중심축에서 더욱 멀리 떨어져 위치된 원주벽의 제2 영역까지 연장되며, 제2 영역은 상기 액체의 흐름 방향에서 알 수 있는 바와 같이 상기 오프셋에서 전방으로 연장된다. 상기 오프셋은 운전 중 액체의 흐름이 오프셋을 통과할 때, 상기 액체의 흐름이 원주벽과 접촉하지 않도록 형성되고 칫수가 정해지며, 이로 인해 원주벽과 가장 가깝게 위치된 액체의 흐름의 층에는 난류가 발생하게 된다.

펄프 및 제지 산업에 있어서, 하이드로사이클론은 부적당한 중입자(重粒子; heavy particle)를 섬유 현탁액(fibre suspensions)에서 제거하기 위해 흔히 사용된다. 따라서, 상기 섬유 현탁액은 부적당한 중입자들을 함유한 중량부와 섬유를 함유하는 경량부로 분리된다. 이를 위한 종래의 하이드로사이클론 설비는 나란하게 결합된 여러 단계(일반적으로 3개 또는 4개의 단계들)의 하이드로사이클론이 배치된 하이드로사이클론들을 구비하며, 상기 하이드로사이클론의 단계들은 서로 연속되게 연결된다. 제1 하이드로사이클론에서 분리된 중량부 역시 섬유를 함유하고 있기 때문에 제2 하이드로사이클론 단계에서 다시 한번 분리되며, 이후 상기 제2 하이드로사이클론 단계에서 분리된 중량부는 제3 하이드로사이클론 단계 등을 통해 분리된다. 이러한 방법으로 섬유는 생성된 중량부로부터 단계적으로 회수된다. 하이드로사이클론 단계에서 형성되어 회수된 섬유들을 함유하는 경량부는 선행하는 하이드로사이클론 단계에 되돌려서 공급된다. 부연하면, 경량부가 가능한 한 부적당한 중입자를 거의 함유치 않도록 적어도 제1 하이드로사이클론 단계에서 효율적으로 분리하는 것이 중요하다.

하이드로사이클론에 의해서 섬유 현탁액을 분리하는데 관련되는 문제는 분리용 체임버의 원주벽에 섬유의 단단한 매트(mat)가 생성될 수 있다는 것이다. 부적당한 중입자들은 섬유의 매트에 쉽게 걸려서 중입자들을 위한 출구부재를 막히게 하는 결과를 낳을 수 있다. 이러한 문제는 유럽특허공보 제0615469호에 개시된 하이드로사이클론에 의해 해결된다. 이에 더하여 상기 공지된 하이드로사이클론은 비교적 극소량의 부적당한 중입자들을 함유하는 경량부와 비교적 극소량의 섬유를 함유한 중량부를 생성할 수 있다. 상기 공지된 하이드로사이클론의 이러한 유익한 성능은 액체의 흐름이 오프셋을 통과할 때, 분리 체임버의 원주벽에 가장 가까운 곳에 발생된 저압(underpressure)에 기인하는 것으로 보이며, 원주벽에 인접하는 섬유의 집합이 팽창되어 상기 섬유 집합의 섬유들은 서로 풀리게 된다. 비교적 큰 비표면(specific surface)을 갖는 풀려진 섬유들은 분리용 체임버의 내측에서 비교적 작은 비표면을 갖는 섬유의 집합보다 더욱 용이하게 분리된다.

따라서, 상기 공지된 하이드로사이클론은 섬유 현탁액을 분리하여 야기된 중량부가 비교적 묽게 되도록 할 수 있다. 이러한 공지된 하이드로사이클론을 펄프 및 종이 산업에 이용하면, 하이드로사이클론 단계에서 분리된 중량부들이 다음의 하이드로사이클론 단계로 공급되기 전에 그렇게 많이 희석될 필요가 없으므로, 비교적 적은 사이클론 집진기들로도 섬유 현탁액에서 부적당한 중입자들을 제거할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

그러나, 상기 공지된 하이드로사이클론의 장점은 오직 연질목, 즉 가문비나무(spruce) 및 소나무의 섬유질을 실질적으로 함유하는 섬유 현탁액의 분리와 대체적으로 연관되어 이루어질 수 있다.따라서, 공지된 하이드로사이클론은 실질적으로 경질목, 즉 자작나무 및 대부분의 열대성 나무의 종류로부터의 섬유질을 함유하는 현탁액을 분리할 때, 부적당한 입자들의 분리에 대해서는 효율이 충분치 않다는 것으로 입증되었다. 또한, 만약 현탁액의 섬유 농도가 다양한 적용에 있어 오히려 일반적인 0.4 내지 0.6 중량%와 같이 비교적 낮다면, 상기 효율은 더욱 감소된다.

경질목의 섬유 현탁액에 있어 부적당한 입자들이 하이드로사이클론의 와동(vortex) 중에 경입자(輕粒子; light particle)들처럼 거동하는 경향이 있는 수지 입자들을 포함하고 있어 분리하기가 난이하다. 이러한 수지 입자들은 종이의 질과 종이를 만드는 기계의 작동에 불리하며, 이러한 이유로 섬유 현탁액으로부터 수지 입자들을 제거하는 것이 중요하다. 또한, 재생 종이로 만들어진 섬유 현탁액에서 발견되는 소위 "스틱키스(stickies)"라 불리는 접착성 입자들은 상기 수지 입자들과 극히 유사하다.결론적으로, 재생된 종이 현탁액을 분리하는 상기 공지된 하이드로사이클론를 이용하면 경질목의 섬유 현탁액과 연관하여 상기 기술된 바와 같이 동일한 문제에 마주치게 된다.

상기 경질목의 섬유 현탁액을 분리할 때 만족스런 효율을 얻기 위하여 상기 공지된 하이드로사이클론을, 분리용 체임버 내에 매끄러운 표면을 구비한 종래의 하이드로사이클론로 대체한다면, 보다 많은 양의 섬유가 부적당한 중입자들을 함유한 중량부와 함께 손실될 수 있는 새로운 문제가 발생할 것이다.

본 발명의 주요한 목적은 유럽특허공고 제0615469호에 개시된 유형의 진보된 하이드로사이클론을 제공하여 상기 논의된 문제들을 해결하는 것이다.

이러한 목적은 분리용 체임버의 절단된 원뿔형 체임버 부분(truncated conical chamber portion)의 적어도 하나가 오프셋을 갖지 않고, 상기 절단된 원뿔형 체임버 부분의 축방향 연장부가 적어도 분리용 체임버의 첨단의 배출구의 직경만큼 큰 것을 특징으로 하는 처음에 기술된 유형의 하이드로사이클론에 의하여 달성된다. 결과적으로, 경질목의 섬유 현탁액을 취급할 경우, 본 발명의 하이드로사이클론이 수지 입자를 분리하는 효율은 유럽특허공보 제0615469호에 따른 공지된 하이드로사이클론과 비교해 보면 상당히 개선된다는 것을 알 수 있다.

상기 원뿔형 분리용 체임버는 분리용 체임버의 기부단에 근접한 최초로 절단된 원뿔형 체임버 부분과, 분리용 체임버의 첨단에 근접한 최종으로 절단된 원뿔형 체임버 부분으로 형성되며, 상기 최초 및 최종 체임버 부분의 적어도 하나는 오프셋을 갖지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분리용 체임버는 상기 최초 및 최종의 체임버 부분 사이에 중간의 절단된 원뿔형 체임버 부분이 형성하며, 상기 오프셋은 오직 상기 중간의 체임버 부분에만 연장된다. 이러한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 중간 체임버 부분의 축방향 연장부는 분리용 체임버의 축방향 연장부에 비해 3분의 2를 넘지 않으며, 바람직하게는 분리용 체임버의 축방향 연장부에 0.3 내지 0.5배이다. 상기 최종 체임버 부분의 축방향 연장부는 분리용 체임버의 첨단의 배출구의 직경의 2배 이상이어야 되며, 상기 제1 체임버 부분의 축방향 연장부는 적어도 분리용 체임버의 기부단에 의해 한정된 유입구의 직경만큼 커야하며, 바람직하게는 분리용 체임버의 기부단에 의해 정의된 유입구의 직경의 1.5 내지 3.0 배가 되야 한다.

대안적으로, 오프셋을 갖는 체임버 부분들이 오프셋이 없는 체임버 부분들과 상호 연결될 수 있도록 3개 이상의 절단된 원뿔형 체임버 부분이 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 경질목의 섬유 현탁액의 분리에 적합한 신규한 하이드로사이클론의 작동 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 상기 하이드로사이클론에 경질목의 섬유 현탁액을 주입하고, 상기 하이드로사이클론에서 생성된 현탁액의 중량부를 하이드로사이클론에 주입된 현탁액의 약 7 부피% 내지 9 부피%의 비율로 하이드로사이클론로부터 배출함으로써 달성될 수 있다. 상기 야기된 현탁액의 중량부가 특별한 장점이 있는 것으로 입증된 약 8 부피%의 비율로 사이클로 선회식 집진기에서 배출되는 것이 바람직하다. 따라서, 8 부피%의 비율에서 수지 입자의 감소는 75% 가 될 만큼 효율적이 될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이드로사이클론을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개된 부분의 확대 단면도.

도 3은 도 1에 따른 하이드로사이클론의 변형예에 대한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 하이드로사이클론의 바람직한 실시예를 도시하는 단면도.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절개된 부분의 확대 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 하이드로사이클론의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

도 7은 본 발명에 따른 하이드로사이클론의 또 다른 하이드로사이클론의 실시예를 도시하는 개략도.

도 8은 종래의 하이드로사이클론과 본 발명의 하이드로사이클론의 분리 효율을 예시하는 막대그래프.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하는 후술하는 상세한 설명으로부터 더욱 자세하게 설명된다.

도 1의 하이드로사이클론은 주위를 감싸는 원주벽(3)과 기부단(37) 및 첨단(38)을 갖는 원뿔형 분리용 체임버(2)를 형성하는 하우징(1)을 포함한다. 상기 하우징(1)은 그 축방향 연장부를 따라 일정한 단면적을 갖는 유입 체임버(4)를 형성한다. 상기 유입 체임버(4)는 기부단(37)을 통해 원뿔형 분리용 체임버(2)로 변화한다. 입구부재(6)는 액상 혼합물을 분리용 체임버(2)에 주입하여 접선방향으로 분리되도록 하기 위해 유입 체임버(4)에 배치된다. 하우징(1)에는 분리용 체임버(2)로부터 분리된 경량부를 배출하기 위해 분리용 체임버(2)의 기부단(37)에서 유입 체임버(4) 내측 중심으로 놓여진 관상의 출구부재(tubular outlet member)(7)가 형성된다. 하우징(1)에는 분리용 체임버(2)로부터 분리된 중량부를 배출하기 위한 출구부재(8)가 분리용 체임버(2)의 첨단에 형성된다. 펌프(9)가 액상 혼합물을 입구부재(6)를 통해 분리용 체임버(2)로 펌핑하도록 설치되며, 운전하는 동안 발생된 액체의 흐름은 분리용 체임버(2)에 따른 중심축(11)의 둘레에서 나선형 경로(10)를 거쳐 중량부용 출구부재(8)로 나아가게 된다.

중심축(11)으로부터 실질적으로 일정한 간격으로 위치되고 분리용 체임버(2)의 원주의 절반 둘레로 연장되는 제1 영역(A) 상에, 주위를 둘러싼 원주벽(3)은 매끄러운 표면을 갖는다. 상기 원주벽(3)의 아치형 쇼울더(shoulder)로 정의되는 오프셋(offset)(12)은 일정한 횡방향 연장부를 갖는 분리용 체임버(2)의 일부분을 따라 축방향으로 연장된다. 상기 오프셋(12)은 도 1에 나타낸 바와 같이 직선이다. 그러나, 오프셋(12)은 분리용 체임버(2)를 따라 나선형으로 연장될 수 있다. (분리용 체임버(2)의 횡단면에서 알 수 있는 바와 같이, 오프셋(12)의 횡방향 연장부는 원주벽(3)과 중심축(11) 사이의 거리가 1% 이상이어야 하며, 또는 40% 이하이어야 한다.) 상기 오프셋(12)은 액체가 흐르는 방향에서 알 수 있는 바와 같이 분리용 체임버(2)의 원주를 따라 후반부 하류단의 제1 영역(A)으로부터 이 제1 영역(A)보다 중심축(11)에서 더욱 먼 거리에 위치된 원주벽(3)의 제2 영역(B)으로 연장된다.

제2 영역(B)은 매끄러운 표면을 가지며, 오프셋(12)에서 제1 영역(A)으로 원주의 흐름 방향인 전방으로 연장되며, 제2 영역(B)과 중심축(11) 사이의 거리는 오프셋(12)으로부터의 방향에서 분리용 체임버(2)의 원주 둘레로 점진적으로 줄어들게 된다. 원주의 흐름 방향에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 영역(B)의 하류단에서 제2 영역은 제1 영역(A)과 같은 중심축에서의 동일한 거리를 갖는다.

상기 원주벽(3)은 제1 영역(A)이 오프셋(12)과 교차하는 날카로운 에지(edge)(13)를 갖는다. 분리용 체임버(2)의 횡단면에서 알 수 있는 바와 같이, 오프셋(12)은 액체가 흐르는 방향에 대하여 전방으로 그리고 분리용 체임버(2)에 대하여 외측으로 에지(13)에서 원주벽(2)의 제2 영역으로 곡선을 그리게 된다. 상기 오프셋(12)은 원주벽(3) 상에 어떠한 에지도 형성되지 않도록 원주벽(3)의 제2 영역(B)에 매끄럽게 연결된다.

상기 원뿔형 분리용 체임버(2)는 자체의 기부단(37)과 첨단(38) 사이에 3개의 축방향 체임버 부분, 즉 최초 절단된 원뿔형 체임버 부분(39), 중간 절단된 원뿔형 체임버 부분(40) 및 최종 절단된 원뿔형 체임버 부분(41)을 형성한다. 상기 오프셋(12)은 오직 중간 체임버 부분(40)에서만 원주벽(3)을 따라 축방향으로 연장된다. 중간 체임버 부분(40)의 축방향 연장부는 분리용 체임버(2)의 축방향 연장부의 0.4배이다. 상기 기부단(37)과 첨단(38) 각각은 대체로 원형인 유입구(42)와 배출구(43)를 각각 정의한다. 상기 최초 체임버 부분(39)과 최종 체임버 부분(41)은 각각 유입구(42) 직경의 2.2배이고, 배출구(43) 직경의 2.5배이다.

도 1과 2에 따른 하이드로사이클론이 작동하는 동안에, 분리되는 액상 혼합물은 펌프(9)에 의해 펌핑되어 입구부재(6)와 유입 체임버(4)를 통해 분리용 체임버(2)로 유입되며, 발생된 액체의 흐름은 중심축(11)에 대해서 나선형 경로(10)를 따라 흐르게 된다. 상기 액체의 흐름이 제2 체임버 부분(40)의 오프셋(12)으로 통과하기 때문에, 액체의 흐름은 원주벽(3)과의 접촉으로 손실을 입게되며, 이로 인해 흐름방향으로 알 수 있는 바와 같이 오프셋(2)의 후방에서 국부적 저압이 생성된다. 상기 저압은 원주벽(3)에 근접하게 위치된 액체의 흐름의 층에 난류를 발생시켜, 원주벽(3) 상에 침전물의 성장을 방지한다. 액상 혼합물에서 분리된 중량부는 출구부재(8)를 통해 분리용 체임버(2)에서 배출되는 반면, 액상 혼합물에서 분리된 경량부는 출구부재(7)를 통해 분리용 체임버에서 배출된다.

도 3은 도 1에 따른 하이드로사이클론의 변형예를 나타내는 것으로, 분리용 체임버의 원주벽 중간 체임버 부분에는 서로 대향하는 2개의 오프셋(14,15)이 제공된다. 이 경우, 원주벽은 C 영역을 따라 각각의 오프셋의 상류근처에 매끄러운 내면을 갖게 되며, 상기 C 영역은 분리용 체임버의 원주길이의 4분의 1 둘레에 분리용 체임버의 중심축(16)에서 실질적으로 일정한 거리에 위치된다.

도 4와 5에 도시한 상기 하이드로사이클론은 하우징(17)과, 최초 절단된 원뿔형 체임버 부분(39A)과 중간 절단된 원뿔형 체임버 부분(40A) 및 최종 절단된 원뿔형 체임버 부분(41A)을 갖는 실질적으로 원뿔형인 분리용 체임버(18)와, 원주벽(19)과, 입구부재(20)와, 경량부를 위한 출구부재(21) 및 중량부를 위한 출구부재(22)를 포함하며, 상기 도 1에 따른 하이드로사이클론의 요소들과 대응하는 동일한 기능을 갖는다. 상기 중간 체임버 부분(40A)은 서로 다른 단면적을 갖고, 축방향으로 연속적으로 배치된 복수개의 원통형 체임버 요소에 의해 형성된다. 상기 중간 체임버 부분(40A)의 단면적은 최종 체임버 부분(41A)을 향해 단계적으로 줄어들며, 그로 인해 중간 체임버 부분(40A)은 실질적인 원뿔형으로 형성된다. 인접하는 원통형 체임버 요소들(23) 사이에는 분리용 체임버(18)의 원주 방향으로 연장되는 수평턱들(shelves)(24)이 형성되어 있다. 상기 요소들(23)은 이 요소들(23)과 나란하게 연장되는 가상 직선(25)에 접하도록 배열되며, 그에 따라 가상 직선(24) 상의 수평턱들(24)에는 브레이크들(breaks)이 제공된다. 상기 원뿔형 원주벽과 대조적으로, 각각의 원통형 체임버 요소(23)의 원주벽은 분리된 중입자들을 중량부용 출구부재(22)에서 이격되도록 강제하지는 않는다.

대안적으로, 상기 제2 체임버 부분(40A)은 수평턱들(상기 수평턱들(24)에 대응하는)은 제2 체임버 부분(40A)의 벽을 따라 나선형으로 연장되게 형성되도록 설계될 수 있다. 물론, 이러한 대안적인 실시예에 있어서 제2 체임버 부분은 원통형 요소들에 의해 형성되지 않는다.

상기 원주벽(19) 상의 오프셋(26)은 일정한 횡방향 연장부가 있는 중간 체임버 부분(40A)을 따라 축방향으로 연장되며, 상기 원통형 체임버 요소들(23)에 접하는 가상 직선(25)의 전방에 위치하게 된다. 각각의 요소(23)는 도 2에 나타낸 중간 체임버 부분(40)의 단면적과 대체로 일치하는 단면적을 갖는다.상기 요소들(23)은 최종 체임버 부분(41A)에 가까운 2개의 인접한 요소들(23A,23B) 중 1개가 상기 가상 직선(25)에서 오프셋(26)까지의 횡방향 연장부를 갖도록 설계되며, 이는 상기 오프셋(26)의 횡방향 연장부에 의해 줄어든 요소(23A)의 대응하는 횡방향 연장부와 동일하다.결과적으로 오프셋(26)의 수평턱들(24)에는 브레이크가 또한 형성된다. 도 4 및 도 5에서 2개의 인접한 수평턱들이 각각 24A와 24B로 표시되어 있다.

도 4와 5에 따른 하이드로사이클론의 운전 중에, 분리된 중입자들은 수평턱들(24)로 끌려와 원통형 체임버 요소들(23)에 접하는 상기 가상 직선(25)과 오프셋(26)의 상기 브레이크를 통해 이들을 벗어난다. 그외의 점에서 도 4에 따른 하이드로사이클론의 기능은 도 1에 따른 상기 하이드로사이클론과 유사하다.

상기 액체의 흐름이 분리용 체임버의 제한된 부분을 따라, 즉 각각의 상기 체임버 부분(40) 및 (40A)를 따라 각각의 오프셋(12)(26)으로만 통과하기 때문에, 상기 액체는 약한 난류로 변하게 되며, 이는 본 발명의 하이드로사이클론을 경질목의 섬유 현탁액으로부터 수지를 함유한 입자를 분리하는데 특히 적절하도록 만든다.이는 SR로 표기된 유럽특허공고 제0615469호에 따른 공지된 하이드로사이클론에 의하여, 그리고 HS로 표기된 도 4에 따른 하이드로사이클론에 의하여 0.5 중량%의 섬유 농도를 갖는 열대성 경질목의 섬유 현탁액을 분리하는 시험 결과를 도시한 도 6의 막대 그래프로부터 명백해진 바와 같이 시험에 의해 입증된다. 수지 입자들의 감소율인 η는 부피를 단위로 하는 3개의 서로 다른 리젝트 비율(reject rate)인 RRV, 즉 6%, 8% 및 10%로 측정되었다.이 경우, 리젝트 비율 RRV는 중량부로서 하이드로사이클론에서 배출되는 주입된 현탁액의 몫이다.일반적으로, 리젝트 비율 RRV는 중량부와 함께 야기되는 양호한 섬유의 손실을 최소화하기 위하여 가능한 한 낮아야 한다.

6%의 리젝트 비율에서, 공지된 SR 하이드로사이클론은 54% 만큼 수지 입자를 감소시킨 반면 신규한 HS 하이드로사이클론은 64% 만큼 수지 입자를 감소시켰다. 8%의 리젝트 비율에 대응하는 값은 33% 및 75%이었으며, 10%의 리젝트 비율에서 대응하는 값은 28% 및 67%이었다. 따라서, 시험된 모든 리젝트 비율에서 2개의 하이드로사이클론 사이에는 명백한 차이가 있었으며, 신규한 HS 하이드로사이클론에서 더욱 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 특히 8%의 리젝트 비율에서, 상기 신규한 HS 하이드로사이클론은 놀라울 정도로 양호하게 작동했으며, 여기에 덧붙여 매우 높은 값인 75% 까지 수지 입자들을 감소시켰다. 또한, 막대 그래프는 7%의 리젝트 비율과 9%의 리젝트 비율 사이에서 상기 신규한 HS 하이드로사이클론의 성능이 최고라는 것을 표시하고 있다. 따라서, 신규한 HS 하이드로사이클론은 약 7% 에서 9%의 리젝트 비율사이에서, 바람직하게는 8%의 리젝트 비율에서 운전되는 것이 유익하다.

본 발명의 하이드로사이클론이 다른 종류의 섬유 현탁액을 분리할 때에도 유사한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 소위 "스틱키스"라 불리는 잉여 접착성 입자들 및 상당량의 경질목의 섬유를 포함하는 다양한 폐지로부터 만들어지는 현탁액은 상기 신규한 하이드로사이클론에 의해 만족스럽게 분리될 수 있다.

도 1 내지 5에 나타난 실시예들의 변형으로서 도 6을 보면, 중간 체임버 부분은 생략될 수 있고, 상기 분리용 체임버는 오프셋을 갖는 최초 체임버 부분(39B)과 오프셋이 없는 최종 체임버 부분(41B)으로 구획되며, 중량부가 상기 중심에 있는 생성된 경량부를 따라가지 못하도록 제3 체임버 부분에서 액체의 흐름을 안정하게 한다. 그러나, 도 7을 보면, 분리용 체임버를 오프셋이 없는 최초 체임버 부분(39C)과 오프셋을 갖는 최종 체임버 부분(41C)으로 구획하는 것도 역시 가능하다.

경질목의 섬유 현탁액을 취급할 경우, 본 발명의 하이드로사이클론이 수지 입자를 분리하는 효율은 유럽특허공보 제0615469호에 따른 공지된 하이드로사이클론과 비교할 때, 현저히 개선되며, 특히 상기 하이드로사이클론에서 야기된 현탁액의 중량부를 하이드로사이클론에 주입된 현탁액의 8 부피%의 비율에서 수지 입자의 감소는 75% 가 될 만큼 효과적이다.

Claims (9)

1. 액상 혼합물을 중량부(heavy fraction)와 경량부(light fraction)로 분리하기 위한 하이드로사이클론(hydrocyclone)에 있어서,

   원주벽(3)(19)과 기부단(37) 및 실질적으로 원형인 배출구(43)를 정의하는 첨단(38)을 갖는 실질적으로 원뿔형인 적어도 하나의 분리 체임버를 형성하는 하우징(1)(17);

   액상 혼합물을 상기 기부단을 통해 분리용 체임버 내에 접선의 방향으로 공급하는 적어도 하나의 입구부재(6)(20);

   상기 첨단을 통해 분리용 체임버로부터 분리된 중량부를 배출하는 제1 출구부재(8)(22);

   분리용 체임버에서 분리된 경량부를 배출하는 제2 출구부재(7)(21);

   상기 입구부재를 통해 분리용 체임버에 액상 혼합물을 공급하여 운전 중에 액체의 흐름이 발생되어 분리용 체임버의 중심축의 둘레에 나선형 경로―여기서 나선형 경로는 입구부재에서 중량부를 위한 상기 출구부재로 연장됨―를 따라 통과하게 하는 수단(9);

   상기 분리용 체임버의 원주벽에 배치되고, 상기 나선형 경로를 교차하는 오프셋(12)(26)의 형태인 적어도 1개의 난류 발생 요소―여기서, 원주벽(3)(19)은, 상기 중심축으로부터 실질적으로 일정한 거리에 위치되고 상기 분리용 체임버 원주의 적어도 5분의 1 둘레로 연장되는 원주벽의 제1 영역(A)을 따라, 상기 분리용 체임버 내측의 오프셋의 바로 상류에 매끄러운 표면 을 갖고, 상기 오프셋은 상기 원주벽의 제1 영역(A)으로부터 상기 제1 영역(A)보다 상기 중심축으로부터 더욱 먼 거리에 위치된 원주벽의 제2 영역(B)까지 연장되며, 상기 제2 영역(B)은 상기 액체가 흐르는 방향으 로 알 수 있는 바와 같이 상기 오프셋으로부터 전방을 향해 연장됨―; 및

   운전 중 상기 액체의 흐름이 상기 원주벽(3)(19)에 접하지 않는 크기로 형성되며, 액체의 흐름이 상기 오프셋을 통과할 때, 상기 원주벽과 가장 가깝게 위치된 상기 액체의 흐름의 층에 난류를 생성하는 상기 오프셋

   을 포함하며,

   상기 분리용 체임버(2)(18)의 절단된 원뿔형 체임버 부분(39)(39A)(39C)(41)(41A)(41B) 중 적어도 1개는 상기 오프셋(12)(26)을 갖고 있지 않으며, 상기 절단된 원뿔형 체임버 부분의 축방향 연장부는 적어도 상기 분리용 체임버의 첨단(38)의 배출구(43)의 직경만큼 큰 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
2. 제1항에 있어서, 상기 원뿔형 분리용 체임버(2)(18)는 상기 분리용 체임버(2)의 기부단(37)에 인접한 최초 절단된 원뿔형 체임버 부분(39)(39A)(39B)(39C)과 상기 분리용 체임버의 첨단(38)에 인접한 최종 절단된 원뿔형 체임버 부분(41)(41A)(41B)(41C)을 형성하며, 상기 최초 및 최종 체임버 부분 중 적어도 하나는 오프셋(12)(26)을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
3. 제2항에 있어서, 상기 최초 체임버 부분(39)(39A)(39C)은 상기 오프셋(12)(26)을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
4. 제2항에 있어서, 최종 체임버 부분(41)(41A)(41B)은 상기 오프셋(12)(26)을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
5. 제2항에 있어서, 상기 분리용 체임버(2)에는 상기 최초 및 최종 체임버 부분(39)(41)(39A)(41A) 사이에 절단된 중간 원뿔형 체임버 부분(40)(40A)이 형성되며, 상기 오프셋(12)(26)은 오직 상기 중간 체임버 부분에만 연장되는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
6. 제5항에 있어서, 상기 중간 체임버 부분(40)(40A)의 축방향 연장부는 상기 분리용 체임버(2)의 축방향 연장부의 3분의 2 이하이며, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 배인 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 최종 체임버 부분(41)(41A)의 축방향 연장부는 상기 분리용 체임버(2) 첨단(38)의 배출구(43) 직경의 2배 이상이 되는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 분리용 체임버(2)의 기부단(37)은 실질적으로 원형인 유입구(42)를 정의하고, 상기 제1 체임버 부분(39)(39A)의 축방향 연장부는 적어도 상기 유입구의 직경만큼 커야 하며, 바람직하게는 1.5 배 내지 3.0배가 되는 것을 특징으로 하는 액상 혼합물을 중량부와 경량부로 분리하는 하이드로사이클론.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 하나에 있어서, 상기 하이드로사이클론에 경질목의 섬유 현탁액을 공급하고, 상기 현탁액에서 생성된 중량부를 상기 하이드로사이클론에 주입된 현탁액의 부피를 단위로 하여 약 7% 내지 9%, 바람직하게는 8% 의 비율로 상기 하이드로사이클론로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 하이드로사이클론을 작동하는 방법.